CN108047033B - 一种制备扁桃酸类化合物的反应装置及其方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明公开了一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一和第二微通道换热器,第一和第二微通道反应器,产品收集器,第一、第二、第三和第四液体计量泵,第一液体计量泵的出口与第一微通道换热器的第一进口连接,第二液体计量泵的出口与第一微通道换热器的第二进口连接,第一微通道换热器的出口与第一微通道反应器的第一进口连接,第一微通道反应器的第二进口与第二微通道换热器的出口相连,第二微通道换热器的进口与第三液体计量泵的出口连接,第一微通道反应器的出口与第二微通道反应器的第一进口连接,第二微通道反应器的第二进口与第四液体计量泵的出口相连,第二微通道反应器的出口与产品收集器连接。本发明还公开了使用该装置制备扁桃酸类化合物的方法。本发明具有高效、节能、环保的优点。
Description
技术领域
本发明涉及扁桃酸类化合物技术领域,具体涉及一种制备扁桃酸类化合物的反应装置及其方法。
背景技术
扁桃酸类化合物为苯环上含有一个-CHOH-COOH基团的芳香族化合物,一般可由取代芳烃与乙醛酸在碱性条件下反应,生成扁桃酸类化合物的盐,然后用酸调节溶液PH值,使得扁桃酸了化合物析出,发生的化学反应过程如下:
这种反应的技术困难之一在于缩合产率偏低,以及产物的选择性不高的事实。以R1=OH为例,产物除了目标产物对羟基扁桃酸外,还会反应产生5~10%的同分异构体邻羟基扁桃酸,以及10~15%的二扁桃酸(生成扁桃酸后的再次反应,即乙醛酸与扁桃酸的第二次缩合)。这将直接导致后续的产物的分离困难,分离代价高,最终产品的纯度一般不超过99%的实际工业困难。
为了提高产物的选择性,减少后续同分异构体和二扁桃酸的分离除杂困难,技术人员进行了不懈的努力,重点从反应器和操作形式上进行了改进,例如:
中国专利CN104230702A提出了一种使用多釜串联的搅拌釜反应器组成的反应系统来进行此类反应。根据本领域技术人员常识,多釜串联的搅拌釜在效果上等同于平推流管式反应器,更优的效果就是多釜串联的搅拌釜中的混合效果要更好。但遗憾的是,该专利仅从理论上进行了该反应系统的优势的阐述,未给出任何实施例来说明具体的反应转化率和选择性。同时,相比平推流管式反应器,正如CN101835734A所述,多釜串联的搅拌釜反应器的级联中的每一个均需配备有引入反应物、提取产物的手段,以及用于混合反应物和用于控制工艺参数的装置,使得多釜串联的反应器系统在系统控制、设备成本、操作等等诸多方面也存在本领域技术人员共知的上述不足。
中国专利CN101835734A提出了使用一种平推流管式反应器来进行此类反应。然而这种反应器具有某些缺点,如物料的混合效果不好,易分层或结晶,导致在长的平推流管式反应器中容易出现反应液体分层,物料结晶等问题,导致实施效果不理想。虽然CN101835734A中提出了通过在管道中添加填充物,以改变反应器内混合效果的方案,但仍然未取得明显的技术效果。这也是为什么实际生产中尽可能的选择配备有搅拌的反应器来进行此类缩合反应的原因。
近十几年来,在微通道反应器中进行合成反应的研究,成为合成化学领域研究的热点。相比于传统的在常规反应器中进行的化学合成反应,微通道反应器具有比表面积大、传质传热效率高、混合效果好、反应时间短、反应条件易控制、安全易扩大化生产且无放大效益等优势。
发明内容
本发明公开了一种结构简单、反应效率高、节能环保的制备扁桃酸类化合物的反应装置及其方法。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器、第二微通道反应器、产品收集器、第一液体计量泵、第二液体计量泵、第三液体计量泵、第四液体计量泵,所述第一液体计量泵的出口与所述第一微通道换热器的第一进口连接,所述第二液体计量泵的出口与所述第一微通道换热器的第二进口连接,所述第一微通道换热器的出口与所述第一微通道反应器的第一进口连接,所述第一微通道反应器的第二进口与所述第二微通道换热器的出口相连,所述第二微通道换热器的进口与所述第三液体计量泵的出口连接,所述第一微通道反应器的出口与所述第二微通道反应器的第一进口连接,所述第二微通道反应器的第二进口与所述第四液体计量泵的出口相连,所述第二微通道反应器的出口与所述产品收集器的进口连接。
所述的第一微通道反应器和第二微通道反应器优选为高通量微通道反应器,所述的第一微通道换热器和第二微通道换热器优选为高通量微通道换热器。
本发明中所述的第一微通道反应器由至少一块微通道反应模块组成,使得取代芳烃与乙醛酸的缩合反应至少部分地在一个微通道模块中以连续方式进行。更优选的,所述的第一微通道反应器由两个或两个以上的微通道模块串联组成,使该反应至少在两个或两个以上的串联的微通道模块进行,以便根据反应进程的需要增加反应器的停留时间。
本发明还提供使用该装置制备扁桃酸类化合物的方法,包括如下步骤:
(1)将取代芳烃与液碱按摩尔比0.5~2:1,分别由第一液体计量泵和第二液体计量泵注入第一微通道换热器中混合换热,物料停留时间5~30秒,得到换热后的混合物料;
(2)将乙醛酸水溶液由第三液体计量泵注入第二微通道换热器中换热,物料停留时间5~30秒,得到换热后的乙醛酸水溶液;
(3)将步骤(1)得到的混合物料与步骤(2)得到的乙醛酸水溶液注入第一微通道反应器中混合并反应,物料停留时间5~60秒,得到第一微通道反应器反应产物:
(4)将步骤(3)得到的第一微通道反应器反应产物注入到第二微通道反应器中,与来自第四液体计量泵的无机酸反应,物料停留时间2~15秒,得到第二微通道反应器反应产物;
(5)将步骤(4)得到的第二微通道反应器反应产物经蒸发、结晶、过滤和打浆洗涤后得到扁桃酸类化合物。
本发明中,取代芳烃苯环上的取代基取自氢、卤素、烃基、烷氧基、羟基、乙酰基等。所述的取代芳烃优选为苯、苯酚、氯苯、溴苯、氟苯、甲苯、甲氧基苯、丙氧基苯中的一种。
本发明中,所述的第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度优选为50~90℃。
本发明中,所述的液碱优选为NaOH、KOH、Na2CO3、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾和K2CO3的水溶液中的一种或几种的混合溶液,所述碱液的浓度优选为5~50wt%。
本发明中,所述的无机酸优选为盐酸、硫酸和硝酸中的一种,所述无机酸的浓度优选为5~35wt%。
本发明中,所述的乙醛酸水溶液的浓度优选为10~40wt%,所述的乙醛酸水溶液中乙醛酸与取代芳烃的摩尔比优选为1.0~1.3:1。
本发明中,所述的无机酸的流量优选由所述的第二微通道反应器反应产物的pH值反馈自动控制,使得第二微通道反应器反应产物的pH值维持在1~6。
本发明中,微通道换热器和微通道反应器均为市场上能直接购买的标准模块,优选康宁公司(Corning)和ChemTrix公司的产品。
本发明中第一微通道反应器中发生如下化学反应:
本发明中第二微通道反应器中发生如下化学反应:
相比于传统的在常规反应器中进行的扁桃酸类化合物的合成反应,本发明所述微通道反应器具有比表面积大、传质传热效率高、混合效果好、反应时间短、反应条件易控制、安全易扩大化生产且无放大效益等优势。
取代芳烃与乙醛酸水溶液反应时,需在碱性条件下进行。取代芳烃以苯酚为例,期待发生的化学反应为:
同时,由于苯环上取代基OH的邻对位定位作用,还会发生生成如下邻位同分异构体的副反应:
在乙醛酸过量的情况下,生成的邻位和对位的扁桃酸能进一步发生如下的副反应,生成二扁桃酸:
可见,苯酚与乙醛酸反应合成对羟基扁桃酸的过程,存在着两类反应:
(a)以反应(1)和反应(2)为代表的同分异构体的竞争生成反应;
(b)以反应(3)、(4)和反应(5)为代表的扁桃酸与乙醛酸的进一步缩合反应;
反应(1)和反应(2)的竞争反应体系为一非均相的反应体系,通常需剧烈搅拌,或加入大量的相转移催化剂以使得油水两相混合均匀,其反应的选择性与反应程度均与反应体系的混合状态密切相关。在一定的温度下,混合效果越好,达到相同的原料转化率所需要的时间越少,产物的选择性也越高,异构体生成的量也越少。这就是专利CN104230702A提出用搅拌釜反应器来实现这一过程的重要原因。本发明采用的微通道反应器的最大特点之一即是可以大幅强化和改善油水两相的混合状态,而不用额外添加相转移催化剂。
更进一步的,作为本领域技术人员的常识,本反应体系的一个根本矛盾是原料的转化率与产物的选择性的矛盾。要想原料转化率高,在常规的反应器中需要在较低温度下反应,反应速度慢,物料需停留的时间就长,进而导致产物与乙醛酸的进一步缩合副反应明显增加,最终的实施效果是一般工业过程中二扁桃酸的选择性都在10~15%之间,远大于同分异构体副产物的选择性。传统的扁桃酸生产均采用间歇式生产,一般反应温度控制在0℃以下,反应时间为24小时左右。本发明所述的模块化微通道反应装置具有换热效率高,流速快的优点,可以在明显高于常规反应温度下进行反应,使得反应速率明显提高。同时,通过大幅降低停留时间,使得产物与乙醛酸的进一步缩合副反应明显降低。
与现有技术相比,本发明的优点为:
1、选择性高。由于采用短时间高温反应,使得产物扁桃酸在高温状态下停留时间很短,发生进一步缩合副反应的概率也大幅下降,反应选择性大幅提高,深度反应副产物二扁桃酸的选择性由公开报道的传统工艺的10~15%左右大幅下降到3.94%以下,同分异构体副产物的选择性由公开报道的传统工艺的5~10%左右大幅下降到1%以下,目标产物的选择性由公开报道的传统工艺的75~85%左右大幅提高到95.16%以上。
2、高效。采用连续式操作后,反应时间由传统的每批次操作24小时左右缩短至5~60s,可极大的缩短反应时间,大幅提高了生产效率。
3、节能。省掉传统工艺中的每批次的加热冷却操作,使得扁桃酸的生产能耗成本大幅降低。
4、环保。由于目标产物扁桃酸的选择性由传统工艺的75~85%左右大幅提高到95.16%以上,副反应大幅减少,在相同产能的情况下,三废副产物所占的比例由15~25%直接降到了6%以下,使得三废排放量大幅降低。
5、结构简单,适合工业放大。通过并联增加微通道反应器,即可实现工业化、扩大化生产,无放大效益,且装置体积小,占地少。
附图说明
图1为本发明的制备扁桃酸类化合物的反应装置的流程示意图。
图中:1为第一微通道换热器、2为第二微通道换热器、3为第一微通道反应器、4为第二微通道反应器、5为产品收集器、6为第一液体计量泵、7为第二液体计量泵、8为第三液体计量泵、9为第四液体计量泵。
具体实施方式
如图1所示,本发明的制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1、第二微通道换热器2、第一微通道反应器3、第二微通道反应器4、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
以下结合附图及具体实施例,对本发明作进一步的详细描述,但本发明并不仅限于所述的实施例。
本发明用于制备扁桃酸类化合物的工艺流程为:
(1)将取代芳烃流股S1与液碱流股S2分别由计量泵第一液体计量泵6和第二液体计量泵7注入第一微通道换热器1,混合并换热后,得到流股S5;
(2)将乙醛酸水溶液流股S3由第三液体计量泵8注入第二微通道换热器2换热后,得到流股S6;
(3)将步骤(1)得到的流股S5与步骤(2)得到的流股S6注入到第一微通道反应器3,混合并反应,得到流股S7,
(4)将步骤(3)得到的流股S7注入到第二微通道反应器4,与来自第四液体计量泵9的无机酸流股S4混合并反应,得到流股S8;
(5)将步骤(4)得到的流股S8经常规的溶剂蒸发、结晶、过滤和打浆洗涤后得到目标产品扁桃酸类化合物。
按照本发明,产品中扁桃酸、扁桃酸异构体和二扁桃酸含量用液相色谱分析。
表征各产物的摩尔选择性的定义为:
扁桃酸=得到的扁桃酸的摩尔数/投入反应系统的取代芳烃的摩尔数。实施例中以百分数表示。
扁桃酸异构体=得到的扁桃酸异构体的摩尔数/投入反应系统的取代芳烃的摩尔数。实施例中以百分数表示。
二扁桃酸=得到的二扁桃酸的摩尔数/投入反应系统的取代芳烃的摩尔数。实施例中以百分数表示。
实施例1
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备扁桃酸:所用取代芳烃为苯,流量为5ml/min。所用的碱为5wt%的NaOH水溶液,流量为5ml/min,此时,苯与NaOH的摩尔比为2.0;第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在90℃。第一微通道换热器的物料停留时间为17.9秒,第二微通道换热器的物料停留时间为15.0秒,第一微通道反应器中物料停留时间为8.1秒,第二微通道反应器中物料停留时间为7.8秒。乙醛酸水溶液的浓度为15.8wt%,流量为32.9ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.25。所用的无机酸为15wt%的稀盐酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=3.4进行自动控制。经HPLC分析,原料苯的转化率为97.4%,产物中扁桃酸的选择性为96.06%,二扁桃酸的选择性为3.94%。
实施例2
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由二块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对羟基扁桃酸:所用取代芳烃为苯酚,流量为10ml/min。所用的碱为20wt%的KOH水溶液,流量为29.8ml/min,此时,苯与NaOH的摩尔比为1.0。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在89.0℃。第一微通道换热器的物料停留时间为12.4秒,第二微通道换热器的物料停留时间为10.5秒,第一微通道反应器中物料停留时间为11.4秒,第二微通道反应器中物料停留时间为5.5秒。乙醛酸水溶液的浓度为20.3wt%,流量为46.8ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.20。所用的无机酸为10wt%的稀硫酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=2.2进行自动控制。经HPLC分析,原料苯酚的转化率为97.4%,产物中对羟基扁桃酸的选择性为95.16%,异构体邻羟基扁桃酸的选择性为0.90%,二扁桃酸的选择性为3.94%。
实施例3
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由三块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对氯扁桃酸:所用取代芳烃为氯苯,流量为10ml/min。所用的碱为10wt%的Na2CO3水溶液,流量为62.8ml/min,此时,苯与甲醇钠的摩尔比为1.5。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在82.1℃。第一微通道换热器的物料停留时间为6.8秒,第二微通道换热器的物料停留时间为29.3秒,第一微通道反应器中物料停留时间为16.5秒,第二微通道反应器中物料停留时间为5.3秒。乙醛酸水溶液的浓度为40.0wt%,流量为16.8ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.02。所用的无机酸为5wt%的稀硝酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=6.0进行自动控制。经HPLC分析,原料氯苯的转化率为97.8%,产物中对氯扁桃酸的选择性为95.16%,异构体邻氯扁桃酸的选择性为0.92%,二扁桃酸的选择性为3.92%。
实施例4
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由四块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对溴扁桃酸:所用取代芳烃为溴苯,流量为10ml/min。所用的碱为30wt%的K2CO3水溶液,流量为36.6ml/min,此时,苯与甲醇钾的摩尔比为0.8。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在65.8℃。第一微通道换热器的物料停留时间为10.6秒,第二微通道换热器的物料停留时间为21.8秒,第一微通道反应器中物料停留时间为28.4秒,第二微通道反应器中物料停留时间为6.8秒。乙醛酸水溶液的浓度为24.4wt%,流量为22.6ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.17。所用的无机酸为12wt%的稀硫酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=4.2进行自动控制。经HPLC分析,原料溴苯的转化率为98.5%,产物中对溴扁桃酸的选择性为96.39%,异构体邻溴扁桃酸的选择性为0.57%,二扁桃酸的选择性为3.04%。
实施例5
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由五块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对氟扁桃酸:所用取代芳烃为氟苯,流量为10ml/min。所用的碱为50wt%的甲醇钠水溶液,流量为22.5ml/min,此时,苯与乙醇钠的摩尔比为0.5。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在62.1℃。第一微通道换热器的物料停留时间为15.1秒,第二微通道换热器的物料停留时间为10.6秒,第一微通道反应器中物料停留时间为31.1秒,第二微通道反应器中物料停留时间为6.0秒。乙醛酸水溶液的浓度为20.0wt%,流量为46.5ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.21。所用的无机酸为15wt%的稀盐酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=5.1进行自动控制。经HPLC分析,原料氟苯的转化率为98.7%,产物中对氟扁桃酸的选择性为96.67%,异构体邻氟扁桃酸的选择性为0.50%,二扁桃酸的选择性为2.84%。
实施例6
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由六块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对甲基扁桃酸:所用取代芳烃为甲苯,流量为10ml/min。所用的碱为35wt%的甲醇钾水溶液,流量为18.1ml/min,此时,苯与乙醇钾的摩尔比为1.2。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在66.2℃。第一微通道换热器的物料停留时间为17.5秒,第二微通道换热器的物料停留时间为6.4秒,第一微通道反应器中物料停留时间为28.1秒,第二微通道反应器中物料停留时间为4.6秒。乙醛酸水溶液的浓度为13.3wt%,流量为76.8ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.27。所用的无机酸为15wt%的稀盐酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=1.5进行自动控制。经HPLC分析,原料甲苯的转化率为98.5%,产物中对甲基扁桃酸的选择性为96.36%,异构体邻甲基扁桃酸的选择性为0.58%,二扁桃酸的选择性为3.06%。
实施例7
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由七块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对甲氧基扁桃酸:所用取代芳烃为甲氧基苯,流量为10ml/min。所用的碱为15wt%的乙醇钾水溶液,流量为57.6ml/min,此时,苯与K2CO3的摩尔比为0.9。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在50.6℃。第一微通道换热器的物料停留时间为7.3秒,第二微通道换热器的物料停留时间为25.3秒,第一微通道反应器中物料停留时间为39.5秒,第二微通道反应器中物料停留时间为5.5秒。乙醛酸水溶液的浓度为36.9wt%,流量为19.5ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.05。所用的无机酸为30wt%的硫酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=2.8进行自动控制。经HPLC分析,原料甲氧基苯的转化率为98.8%,产物中对甲氧基扁桃酸的选择性为96.91%,异构体邻甲氧基扁桃酸的选择性为0.43%,二扁桃酸的选择性为2.66%。
实施例8
一种制备扁桃酸类化合物的反应装置,包括第一微通道换热器1(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第二微通道换热器2(高通量微通道换热器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道模板组成)、第一微通道反应器3(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由五块串联的微通道反应模块组成)、第二微通道反应器4(高通量微通道反应器,购自Corning,型号为G1,由一块微通道反应模板组成)、产品收集器5、第一液体计量泵6、第二液体计量泵7、第三液体计量泵8、第四液体计量泵9,第一液体计量泵6的出口与第一微通道换热器1的第一进口连接,第二液体计量泵7的出口与第一微通道换热器1的第二进口连接,第一微通道换热器1的出口与第一微通道反应器3的第一进口连接,第一微通道反应器3的第二进口与第二微通道换热器2的出口相连,第二微通道换热器2的进口与第三液体计量泵8的出口连接,第一微通道反应器3的出口与第二微通道反应器4的第一进口连接,第二微通道反应器4的第二进口与第四液体计量泵9的出口相连,第二微通道反应器4的出口与产品收集器5的进口连接。
使用该装置制备对丙氧基扁桃酸:所用取代芳烃为丙氧基苯,流量为10ml/min。所用的碱为20wt%的NaOH水溶液,流量为10.8ml/min,此时,苯与Na2CO3的摩尔比为1.4。第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度维持在55.0℃。第一微通道换热器的物料停留时间为23.6秒,第二微通道换热器的物料停留时间为10.5秒,第一微通道反应器中物料停留时间为36.4秒,第二微通道反应器中物料停留时间为7.0秒。乙醛酸水溶液的浓度为15.0wt%,流量为46.8ml/mion,此时乙醛酸与苯的摩尔比为1.25。所用的无机酸为25wt%的硫酸,其流量通过维持出口流股S8的pH=3.2进行自动控制。经HPLC分析,原料丙氧基苯的转化率为99.0%,产物中对丙氧基扁桃酸的选择性为97.20%,异构体邻丙氧基扁桃酸的选择性为0.35%,二扁桃酸的选择性为2.45%。
Claims (4)
1.一种制备扁桃酸类化合物的方法,反应装置包括第一微通道换热器、第二微通道换热器、第一微通道反应器、第二微通道反应器、第一液体计量泵、第二液体计量泵、第三液体计量泵、第四液体计量泵,其特征在于,具体方法包括如下步骤:
(1)将苯、苯酚、氯苯、溴苯、氟苯、甲苯、甲氧基苯、丙氧基苯中的一种与液碱按摩尔比0.5~2:1,分别由第一液体计量泵和第二液体计量泵注入第一微通道换热器中混合换热,物料停留时间5~30秒,得到换热后的混合物料;
(2)将乙醛酸水溶液由第三液体计量泵注入第二微通道换热器中换热,物料停留时间5~30秒,得到换热后的乙醛酸水溶液;
(3)将步骤(1)得到的混合物料与步骤(2)得到的乙醛酸水溶液注入第一微通道反应器中混合并反应,物料停留时间5~60秒,得到第一微通道反应器反应产物:
(4)将步骤(3)得到的第一微通道反应器反应产物注入到第二微通道反应器中,与来自第四液体计量泵的无机酸反应,物料停留时间2~15秒,得到第二微通道反应器反应产物;
(5)将步骤(4)得到的第二微通道反应器反应产物经蒸发、结晶、过滤和打浆洗涤后得到扁桃酸类化合物;
所述的第一微通道反应器和第二微通道反应器的操作温度为50~90℃,所述的乙醛酸水溶液的浓度为10~40wt%,所述的乙醛酸水溶液中乙醛酸与苯、苯酚、氯苯、溴苯、氟苯、甲苯、甲氧基苯、丙氧基苯中的一种的摩尔比为1.0~1.3:1。
2.根据权利要求1所述的制备扁桃酸类化合物的方法,其特征在于,所述的液碱为NaOH、KOH、Na2CO3、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾和K2CO3的水溶液中的一种或几种的混合溶液,所述碱液的浓度为5~50wt%。
3.根据权利要求1所述的制备扁桃酸类化合物的方法,其特征在于,所述的无机酸为盐酸、硫酸和硝酸中的一种,所述无机酸的浓度为5~35wt%。
4.根据权利要求1所述的制备扁桃酸类化合物的方法,其特征在于,所述的无机酸的流量由所述的第二微通道反应器反应产物的pH值反馈自动控制,使得第二微通道反应器反应产物的pH值维持在1~6。
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- 2017-12-20 CN CN201711380048.XA patent/CN108047033B/zh active Active
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