CN107739364B - 一种反应-共沸精馏耦合的布洛芬缩酮化技术及装置 - Google Patents

一种反应-共沸精馏耦合的布洛芬缩酮化技术及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种反应‑共沸精馏耦合的布洛芬缩酮化技术及装置，该装置是集混合、反应、分离于一体的一体化缩酮反应装置，利用反应釜内机械搅拌与外循环相结合的方式实现物料的循环共混。将反应空间由反应釜扩展到精馏塔填料层，进一步增大了反应物的接触面积，提高了反应速率。利用水与石油醚之间的共沸，实现反应精馏与共沸精馏的耦合，及时移出反应生成水增大了反应物转化率。采用高沸程的石油醚为溶剂，提高反应温度，进一步缩短的反应时间。

Description

一种反应-共沸精馏耦合的布洛芬缩酮化技术及装置
技术领域
本发明属于化工行业的反应精馏领域，具体涉及一种布洛芬缩酮化反应的技术及装置，尤其适用于缩短化工生产过程中液液非均相反应时间的方法。
背景技术
布洛芬化学名为异丁苯丙酸，是生产抗炎、解热和镇痛类合成药剂的基础原料，也是制备布洛芬甲酯、肽类表面活性剂、可聚合烯类单体的基础化合物。作为一种非甾体消炎药，布洛芬医疗作用显著，不良反应小，是全球最畅销的非处方药物之一。
布洛芬的生产目前采用1，2-转位重排法工艺，主要生产工艺过程为傅克酰化、催化缩酮化、催化重排、水解等。该工艺的缩酮化过程，以氯酮、新戊二醇为原料，稀硫酸作催化剂，石油醚为溶剂，而国际上业内公认缩酮化反应是生产布洛芬的核心控制步骤，它直接决定布洛芬生产工艺的整体技术水平。
缩酮反应方程式如下所示：
Figure BDA0001436208570000011
国内外现有缩酮反应工序采用间歇生产流程。反应物氯酮、新戊二醇，催化剂硫酸以及溶剂石油醚一次投料至反应釜，物料采用机械搅拌混合。缩酮性质不稳定，在酸性条件下会发生可逆的水解反应，影响缩合反应的转化率，反应时间长能耗高；反应进行过程中产生的水，通过简单蒸馏移除，蒸出水中带出新戊二醇，产生高浓度有机废水。
专利(CN103524478A)公开了一种缩短布洛芬合成工艺缩酮化反应时间的装置及方法，该过程属于间歇反应，反应物料一次性加入反应釜，釜内无搅拌，循环物料只是由反应釜底循环至反应釜顶部，而未进入精馏塔。精馏塔内只有精馏过程而无反应进行，反应时间长达6.8h以上，蒸出水中新戊二醇含量为1％以下，反应釜料液中氯酮含量为2.1％以下，上述数据均高于本申请。
专利(CN202447074U)公开了一种用于酯交换的反应器，涉及的酯交换反应为均相亲核取代反应，只需蒸出被置换的醇或生成的酯就可以使反应趋于完全，本申请涉及的缩酮反应为非均相亲核加成反应，反应中会生成性质不稳定的中间产物半缩酮，必须严格控制反应条件才能进一步生成缩酮。从技术效果上看，对比专利反应时间12h，而本申请反应时间仅为4.5-6h，
发明内容
[要解决的问题]
(1)解决原间歇釜式反应器物料混合不均的的难题，促进催化剂硫酸在系统内的均匀分布；(2)解决生成物水难以及时移除反应系统的难题，促进反应正向移动；(3)解决蒸出水中新戊二醇含量高的问题，促进反应的清洁生产。
[技术方案]
本发明克服了现有技术的缺点，提出了一种反应-共沸精馏耦合的布洛芬缩酮化技术及装置。本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所述装置包括如下组成部分：缩酮反应釜(R)、反应精馏塔(T)、再沸器(E)、冷凝器(C)、分相器(A)、循环泵(P)，其中缩酮反应釜釜底料液出口与循环泵(P)相连，循环泵(P)出口与再沸器(E)相连，再沸器(E)出口与反应精馏塔(T)相连，反应精馏塔(T)塔顶设冷凝器(C)和分相器(A)。
利用上述装置的反应-共沸精馏耦合的布洛芬缩酮化技术步骤如下：
(1)打开反应釜搅拌以及反应釜夹套加热蒸汽，向缩酮反应釜(R)中加入含氯酮的石油醚溶液、新戊二醇和稀硫酸，待反应釜内料液温度升至60℃时，启动循环泵(P)并打开再沸器(E)入口蒸汽阀门，物料在再沸器(E)内实现部分汽化后，气液相进入反应精馏塔(T)中部继续反应；
(2)物料在精馏塔填料层进一步反应并实现反应生成水的分离，反应精馏塔(T)内气相与分相器(A)上层回流的液相进行汽液传质，塔顶汽相进入冷凝器(C)冷凝，冷凝液在分相器(A)中分层，上层石油醚回流，下层水连续采取并回收；
本发明中反应精馏塔(T)操作压力为1atm，理论板数15～20块，塔顶温度80～95℃，塔底温度90～120℃；所述石油醚是沸点为90-120℃的高沸程石油醚。
使用该方法缩酮化反应时间为4.5～6小时，反应釜料液中氯酮含量低于1.5％，塔顶采出水中的新戊二醇的浓度低于0.5％。
技术对比
原有工艺采用间歇反应釜为主体就进行反应，间歇反应釜内物料混合不均匀，采用低沸程石油醚为溶剂，反应温度较低，反应进行中采用蒸发的方法将反应生成的水蒸出，工艺上以氯酮质量含量达2.1％以下作为生产目标，反应时间大约24小时。该工艺存在的主要问题为反应时间冗长，能量消耗高，蒸出的水中含有质量分数约17～20％的新戊二醇，需重新回收利用。
专利(CN103524478A)在原有间歇反应釜的基础上加上了精馏塔，并通过将反应釜底部物料循环至反应釜顶部的方式促进物料循环，但是反应仍然只在间歇反应釜内进行，精馏塔只有分离过程而无反应进行。反应温度为80℃，反应时间降至6.8-8小时，蒸出的水中含有质量含量约1.0％的新戊二醇。
本申请为促进物料混合，在专利(CN103524478A)基础上将反应釜机械搅拌与外循环方式相结合，将循环物料用泵打至精馏塔填料层，拓展了反应空间，极大的增加了反应的传质和传热面积，并选用高沸程的石油醚作溶剂，将反应温度提高至反应温度90℃以上，进一步增大了反应速率，缩短了反应时间。本申请反应时间为4.5-6h，蒸出的水中新戊二醇含量降至0.5％以下。
[有益效果]
本发明与现有的技术相比，主要有以下有益效果：
(1)增加缩酮产量，进一步缩短缩酮化反应时间，缩酮化反应时间降至4-6h。
(2)将反应空间由反应釜扩展到精馏塔填料层，进一步增大了反应物的接触面积，提高了反应速率。
(3)利用水与石油醚之间的共沸，实现反应精馏与共沸精馏的耦合，提高了反应物转化率，反应釜料液中氯酮含量低于1.5％。
(4)降低了蒸出水中新戊二醇的浓度，塔顶采出水中的新戊二醇的浓度为低于0.5％。
附图说明
图1是缩酮化反应工艺流程示意图，其中：R－缩酮反应釜；T－反应精馏塔；E－再沸器；C－冷凝器；A－分相器；P－循环泵。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。为进一步说明本技术的先进性，将初始缩酮化生产技术列为技术1，专利(CN103524478A)所记载技术为技术2，以下分别进行实验，对比技术效果。
实施例1：
Figure BDA0001436208570000031
实施例2：
Figure BDA0001436208570000032
Figure BDA0001436208570000041
实施例3：
Figure BDA0001436208570000042
实施例4：
Figure BDA0001436208570000043
实施例5：
Figure BDA0001436208570000044

Claims (1)

1.一种反应-共沸精馏耦合的缩酮化反应生产布洛芬的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)打开反应釜搅拌以及反应釜夹套加热蒸汽，向缩酮反应釜(R)中加入含氯酮的石油醚溶液、新戊二醇和稀硫酸，待反应釜内料液温度升至60℃时，启动循环泵(P)并打开再沸器(E)入口蒸汽阀门，物料在再沸器(E)内实现部分汽化后，气液相进入反应精馏塔(T)中部继续反应，
(2)物料在精馏塔填料层进一步反应并实现反应生成水的分离，反应精馏塔(T)内汽相与分相器(A)上层回流的液相进行汽液传质，塔顶汽相进入冷凝器(C)冷凝，冷凝液在分相器(A)中分层，上层石油醚回流，下层水连续采取并回收，
其中反应精馏塔(T)操作压力为1atm，理论板数15～20块，塔底温度90～120℃，
所述石油醚是沸点为90-120℃的高沸程石油醚，使用该方法缩酮化反应时间为4.5～6小时，反应釜料液中氯酮含量低于1.5％，塔顶采出水中的新戊二醇的浓度低于0.5％，该方法所使用的装置包括如下组成部分：缩酮反应釜(R)、反应精馏塔(T)、再沸器(E)、冷凝器(C)、分相器(A)、循环泵 (P)，其中缩酮反应釜釜底料液出口与循环泵(P)相连，循环泵(P)出口与再沸器(E)相连，再沸器(E)出口与反应精馏塔(T)相连，反应精馏塔(T)塔顶设冷凝器(C)和分相器(A)。
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循环共混反应分离集成的布洛芬清洁生产关键技术;朱兆友 等;《科技成果》;20160614 *

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