CN109438295B - 连续反应制备clt酸磺化物的方法 - Google Patents

连续反应制备clt酸磺化物的方法 Download PDF

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Abstract

一种连续反应制备CLT酸磺化物的方法，该方法利用喷射环路反应系统，步骤如下：反应釜内预先加已反应好的CLT酸磺化物溶液，启动喷射环路连续反应器循环泵使物料循环，将连续反应器内的物料温度升至185‑190℃；在保持反应器内磺化物料循环的条件下，用计量泵以稳定的流量向喷射环路连续反应器中泵入定量的浓度为105％的发烟硫酸，同时用一台计量泵向喷射环路连续反应器中泵入定量的甲苯，并通过外置冷却器控制系统反应温度在185‑190℃，开启喷射环路连续反应系统中在线的出料自控阀门，将反应完成的CLT酸磺化物溶液输送至磺化物接收槽内。实现了CLT酸磺化物的连续制备，反应稳定性好，产品选择性高，副产物较少，能耗较低，废气排放量少。

Description

连续反应制备CLT酸磺化物的方法
技术领域
本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种连续反应制备CLT酸磺化物的方法。
背景技术
CLT酸又名2-氨基-4-甲基-5-氯苯磺酸，是一种重要的红色有机颜料中间体，主要用于制造有机颜料金光红C、橡胶大红LG和立索尔大红等，其广泛用于配制油墨、油漆和涂料以及塑料和橡胶的着色。目前国内外采作的CLT酸合成方法基本上是甲苯磺化法，即甲苯经磺化、氯化、硝化，还原、酸析、压滤和干燥后得到CLT酸成品。
对于CLT酸的磺化工艺，目前国内外普遍采用的是釜式间歇反应工艺，不但反应中会有大量废气排放到空气中，存在环境污染问题，而且生产过程中会消耗大量蒸汽，另一方面收率偏低。由于CLT酸是一种重要的红色有机颜料中间体，为了该产品的可持续发展，如何减少废气排放、降低能耗和提高收率成为了目前研发的主要方向。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对现有技术的不足而提出的一种连续反应制备CLT酸磺化物(对甲苯磺酸)的方法，该方法采用了喷射环路进行反应，实现了CLT酸磺化物的连续制备，反应稳定性好，产品选择性高，副产物较少，能耗较低，废气排放量少。
一种连续反应制备CLT酸磺化物的方法，该方法通过一套喷射环路反应系统来实现，该喷射环路反应系统包括顶部装有喷射器的反应釜、循环泵、冷却器、过滤器和磺化物接受罐；
该方法的步骤如下：
(1)在顶部装有喷射器的反应釜内，首先加入预先已反应好的CLT酸磺化物(对甲苯磺酸)溶液，启动喷射环路连续反应器循环泵使物料循环，将连续反应器内的物料温度升至185-190℃；
(2)在保持反应器内磺化物料循环的条件下，用计量泵以稳定的流量向喷射环路连续反应器中泵入定量的浓度为105％的发烟硫酸(即其中SO3的质量分数为20％，也就是说100克中SO3 20克，H2SO4 80克，折合硫酸的浓度：(20*98/80+80)/100＝104.5％即称为浓度105％发烟硫酸)，同时用一台计量泵向喷射环路连续反应器中泵入定量的甲苯，并通过外置冷却器控制系统反应温度在185-190℃，开启喷射环路连续反应系统中在线的出料自控阀门，将反应完成的CLT酸磺化物溶液输送至磺化物接收槽内。
本发明中，该磺化反应所用的反应系统即喷射环路反应系统，具体的包括：反应釜、安装在反应釜顶部的喷射器、连通反应釜与喷射器入口的外部管路，连通反应釜顶部与喷射器入口的支管道；
所述的外部管路上设有用于输送物料的循环泵、用于冷却物料的冷却器以及用于导出磺化产物的出料口；所述的出料口连接有磺化物接收槽，在出料口和磺化物接收槽之间设有控制出料速率的自动调节阀门，自动控制出料速度。
本发明通过采用喷射环路连续反应器，对CLT酸磺化物进行连续磺化反应，整个反应过程在稳态条件下进行，连续地从反应体系中得到CLT酸磺化物，降低了反应釜的体积，并且反应稳定性好，产品选择性高，副产物较少，能耗较低，废气排放量少。
此外，本发明使用的设备设置有支管道是因为：在循环过程中会有未反应完的甲苯气体，可能还会有微量硫酸气体，支管道的设置主要是为了将甲苯蒸汽吸入喷射器内，快速反应掉；如果不设这个循环支路，甲苯气体会存留在喷射器的下方、反应釜的上方，不易参与反应，造成反应不彻底，反应收率低。
该制备方法用化学反应式表示如下：
Figure BDA0001885128450000031
作为优选，所述的磺化反应中采用的硫酸浓度为105％(是为了吸收磺化反应过程中产生的水分，从而保证最终磺化物中硫酸浓度在89-90％，保证CLT酸磺化物始终处于溶解状态，更利于循环流动，从而使得产物更加稳定，收率更高)。
作为优选，步骤(1)中，预先已反应好的CLT酸磺化物溶液中硫酸浓度为89-90％；本发明的硫酸主要是作为溶剂来溶解磺化物用的，单纯的磺化物是结晶态的，为了实现连续循环反应，先要将目标产物溶解于硫酸中，形成液态的循环目标物料，然后再进行连续反应；此外，此处溶解目标产物的硫酸还可以提供整个循环体系内的溶解溶剂，保证获得的目标产物能够有效的通过出料口进入到接收槽内。
作为优选，步骤(2)中，进料时甲苯和硫酸的摩尔比为1:2.6～2.7。
作为优选，步骤(2)中，反应过程中物料循环泵的速率为95-105m3/h。
作为优选，步骤(2)中，反应过程中控制反应温度为185-190℃。
反应完成的CLT酸磺化物通过液相色谱分析，其对甲苯磺酸含量≥95％。
本发明与现有间歇反应技术相比，具有以下显著有益效果：
1、利用该方法连续进料、连续出料的方式，连续反应制备CLT酸磺化物时，所需要的反应釜体积较小，产品选择性高，副产物较少，CLT酸磺化物中对甲苯磺酸含量≥95％；本发明在循环反应开始前必须在反应釜中添加目标产物，才能保证整个循环顺利进行。
2、在密闭式的喷射环路连续反应器内进行磺化反应，消除了间歇釜式反应时产生的大量甲苯废气排放。
3、由于采用连续反应，不需要蒸汽升温，只需降温，所以可节约大量蒸汽，能耗较低。
4、本发明通过磺化反应中采用硫酸浓度为105％，该设定可以吸收磺化反应过程中产生的水分，从而保证最终磺化物中硫酸浓度在89-90％，保证CLT酸磺化物始终处于溶解状态，更利于循环流动，从而使得产物更加稳定，收率更高；此外，此处溶解目标产物的硫酸还可以提供整个循环体系内的溶解溶剂，保证获得的目标产物能够有效的通过出料口进入到接收槽内。
附图说明
图1是本发明的连续反应制备CLT酸磺化物的装置和工艺流程示意图。
如图所示：1.反应釜，2.喷射器，3.外部管路，4.支管道，5.循环泵，6.冷却器，7.出料口，8.自动调节阀门，9.磺化物接收槽。
具体实施方式
如图1所示，本发明中用于连续反应制备CLT酸磺化物的反应装置即喷射环路反应系统，该系统包括：反应釜1、安装在反应釜顶部的喷射器2、连通反应釜底部与喷射器入口的外部管路3和连通反应釜顶部与喷射器入口的支管道4；
所述的外部管路上设有用于输送物料的循环泵5以及用于冷却物料的冷却器6以及用于导出磺化产物的出料口7；
所述的出料口连接磺化物接收槽9，在出料口和磺化物接收槽之间设有控制出料速率的自动调节阀门8(市售自动调节阀)，自动控制出料速度。
以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明不限于此。
本发明的预先添加的CLT酸磺化物就是甲苯和硫酸的摩尔比为1:2.6～2.7条件下反应得到的。
实施例1
在容积1M3喷射环路反应装置内，首先加入700Kg预先已反应好的CLT酸磺化物(对甲苯磺酸)溶液，启动喷射环路连续反应器循环泵使物料循环，将连续反应器内的物料温度升至185-190℃；
在保持反应器内磺化物料循环的条件下，用计量泵以100Kg/h的流量向喷射环路连续反应器中泵入浓度105％发烟硫酸，同时用一台计量泵以38Kg/h的流量向喷射环路连续反应器中泵入甲苯，并通过外置冷却器控制系统反应温度在185-190℃，开启喷射环路连续反应系统中在线的出料自控阀门，将反应完成的CLT酸磺化物溶液输送至磺化物接收槽内。
在实验反应过程中定时从磺化物接收槽入口前取样，用液相色谱进行分析检测，具体实验数据见下表1：
表1
Figure BDA0001885128450000061
实施例2
在容积1M3喷射环路反应装置内，首先加入700Kg预先已反应好的CLT酸磺化物(对甲苯磺酸)溶液，启动喷射环路连续反应器循环泵使物料循环，将连续反应器内的物料温度升至185-190℃；
在保持反应器内磺化物料循环的条件下，用计量泵以300Kg/h的流量向喷射环路连续反应器中泵入浓度105％发烟硫酸，同时用一台计量泵以114Kg/h的流量向喷射环路连续反应器中泵入甲苯，并通过外置冷却器控制系统反应温度在185-190℃，开启喷射环路连续反应系统中在线的出料自控阀门，将反应完成的CLT酸磺化物溶液输送至磺化物接收槽内。
在实验反应过程中定时从磺化物接收槽入口前取样，用液相色谱进行分析检测，具体实验数据见下表2：
表2
Figure BDA0001885128450000062
Figure BDA0001885128450000071
该实施例结果表明，当甲苯和硫酸进料速率和出料速率选择过大，反应的产品质量会降低，主产品对甲苯磺酸含量会下降，副产品含量上升。
本发明涉及到的相关技术方案，由于申请人产出的产品类型不同，无法再同一申请中实现保护，不满足专利法单一性的相关要求；此外，也为了最大程度的保护申请人的发明成果和更好的维护和完善申请人的创新成果以及企业的真实产品开发需求和市场保障，因此申请人同日有相关系列申请提出。

Claims (7)

1.一种连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：该方法通过一套喷射环路反应系统来实现，该喷射环路反应系统包括顶部装有喷射器的反应釜、循环泵、冷却器、过滤器和磺化物接受罐；
该方法的步骤如下：
（1）在顶部装有喷射器的反应釜内，首先加入预先已反应好的CLT酸磺化物对甲苯磺酸溶液，启动喷射环路连续反应器循环泵使物料循环，将连续反应器内的物料温度升至185-190℃；
（2）在保持反应器内磺化物料循环的条件下，用计量泵以稳定的流量向喷射环路反应系统中泵入定量的浓度为105%的发烟硫酸，同时用一台计量泵向喷射环路反应系统中泵入定量的甲苯，并通过外置冷却器控制系统反应温度在185-190℃，开启喷射环路连续反应系统中在线的出料自控阀门，将反应完成的CLT酸磺化物溶液输送至磺化物接收槽内；
该方法用化学反应式表示如下：
Figure 609677DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：所述的反应系统包括：反应釜、安装在反应釜顶部的喷射器、连通反应釜与喷射器入口的外部管路，连通反应釜顶部与喷射器入口的支管道；
所述的外部管路上设有用于输送物料的循环泵、用于冷却物料的冷却器以及用于导出磺化产物的出料口；所述的出料口连接有磺化物接收槽，在出料口和磺化物接收槽之间设有控制出料速率的自动调节阀门，自动控制出料速度。
3.根据权利要求1所述的连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：步骤（1）中，预先已反应好的CLT酸磺化物溶液中硫酸浓度为89-90%。
4.根据权利要求1所述的连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：步骤（2）中，进料时甲苯和硫酸的摩尔比为1:2.6～2.7。
5.根据权利要求1所述的连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：步骤（2）中，反应过程中物料循环泵的速率为95-105m3/h。
6.根据权利要求1所述的连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：步骤（2）中，反应过程中控制反应温度为185-190℃。
7.根据权利要求1所述的连续反应制备CLT酸磺化物的方法，其特征在于：反应完成的CLT酸磺化物通过液相色谱分析，其对甲苯磺酸含量≥95%。
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