CN109748820A - 一种制备苯胺基乙腈的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种苯胺基乙腈的制备系统和方法。首先，本发明提供了一种改良的管式连续反应系统，该系统通过流量或质量计对进入系统的物料进行分流计量来控制物料反应，且采用了新的加料方式以及采取带有混合元件的反应器，因此该系统能增强反应原料的传质传热，提高反应效率。此外，本发明还提供了一种苯胺基乙腈的制备方法，该方法利用以上反应系统来实现，该方法能减少羟基乙腈对苯胺二取代杂质的生成，还可减少羟基乙腈在碱性催化剂影响下的聚合，提高了产品质量及反应收率。

Description

一种制备苯胺基乙腈的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用苯胺和羟基乙腈来制备苯胺基乙腈的系统和方法。

背景技术

苯胺基乙腈为土黄色或黄褐色粉，难溶于水，易溶于丙酮。其主要用于合成染料靛蓝，也可用于其他有机合成。

已有的苯胺基乙腈制备方法较多，其中的羟基乙腈法，是以苯胺和羟基乙腈为原料混合反应生成苯胺基乙腈和水。反应的化学式为：C₅H₅NH₂+HOCH₂CN＝C₆H₅NHCH₂CN+H₂O。

目前工业化生产苯胺基乙腈的方法为管釜串联的连续合成方法(苯胺基乙腈的制备方法《ZL200910103536.5》)，该方式相对釜式间歇反应反应效率更高，产能更大，但该反应方式存在一个弊端即反应收率相对釜式反应收率及产品质量略差。主要原因是在釜式反应过程中是先在反应釜中加入计量好的苯胺，然后在特定温度下再缓慢滴入羟基乙腈和催化剂，此举确保羟基乙腈在进入反应釜中即可迅速反应，减少了羟基乙腈的聚合，且该反应方式也确保在反应过程中苯胺是处于过量状态，减少苯胺被羟基乙腈二取代化合物的生成，所以釜式间歇反应从这两方面减少了杂质的生成。而连续反应时为确保产品中羟基乙腈及苯胺的残留达到行标，要求进入羟基乙腈的摩尔比过量状态，导致整个反应体系的羟基乙腈始终处于过量，容易造成二取代杂质的生成(C₅H₅NH₂+2HOCH₂CN＝C₆H₅NH(CH₂CN)₂+2H₂O)，造成产品质量及反应收率偏低。

专利《苯胺基乙腈的制备方法(ZL200910103536.5)》通过管釜串联实现连续化才能使得产品反应合格，本发明的方法通过采用新的加料方式以及采用带有混合元件的反应器，可增强反应原料的传质传热，提高反应效率，使得产品从管式反应器出来即可达到反应要求，其反应液可直接用于打砂结晶。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种改良的苯胺基乙腈管式连续反应系统及利用该系统来具体制备苯胺基乙腈的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备苯胺基乙腈的方法，以苯胺作为反应的主流，羟基乙腈以分流计量、少量多次的方式加入苯胺参与反应，在催化剂的作用下生成苯胺基乙腈和水。

优选的，催化剂同样以分流计量、少量多次的方式参与反应。

进一步，催化剂为弱碱或弱酸强碱盐，可以是氨水或碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸氢钾中的任意一种。

一种制备苯胺基乙腈的系统，该系统包括物料输送系统、计量设备、预热设备、混合设备和反应设备。其中，催化剂输送系统(1)上依次连接总计量设备1(4)、分流计量设备1(5)、分流计量设备2(6)，且两个分流计量设备分别与苯胺输送系统(2)相连；苯胺输送系统(2)上依次连接总计量设备2(7)、预热设备1(8)、一号混合设备(9)、一号反应设备(10)、二号混合设备(11)、二号反应设备(12)；羟基乙腈输送系统(3)上依次连接总计量设备3(13)、预热设备2(14)、分流计量设备3(15)、分流计量设备4(16)；所述分流计量设备3(15)与苯胺输送系统(2)上的一号混合设备(9)相连，分流计量设备4(16)与二号混合设备(11)相连。

进一步，该系统主要是通过多个质量或流量计对进入系统的物料进行分流计量来控制物料反应的管式连续反应系统。

进一步，该系统中，一个混合设备和一个反应设备组成1套反应单元，每个系统含有至少2套最好是含有3套反应单元。

优选的，系统中含有3套反应单位，即1号混合器、1号反应器、2号混合器、2号反应器、3号混合器、3号反应器。经过验证，采用三段反应时效果较好，且设备投资较省。

进一步，混合设备及反应设备均采用带混合元件的反应设备。

本发明提供一种基于以上设备的操作方法，具有步骤如下：

1)将苯胺全部送入反应系统作为反应的主流；

2)将羟基乙腈送入分流计量设备分流，假设羟基乙腈的总流量为M，分流的羟基乙腈按分流次数标示为m_n，其中n≥2，且m₁+m₂+…+m_n＝M；

3)分流的羟基乙腈m₁进入一号混合设备与苯胺混合，再一起进入一号反应设备进行反应，从一号反应设备得到产物X₁，X₁再与m₂进入二号反应设备进行反应，从二号反应设备得到产物X₂；该过程实际上是将羟基乙腈以分流计量的方式逐次加入主流参与反应，既可确保羟基乙腈的总体摩尔比处于过量保证反应效果，也保证在绝大部分时间苯胺为过量状态，提高了产品质量及反应收率，反应终产物为X_n；

4)从反应物料进入一号混合设备，到最后的反应设备得到反应产物的时间为50～120s；

5)催化剂不分流或与羟基乙腈分流一致；催化剂的分流可减少羟基乙腈在催化剂影响下的聚合。

进一步，根据上述制备方法，反应的物料进入预热设备预热至特定温度后进入不少于2个单元的反应循环，即依次通过一号混合设备，一号反应设备，二号混合设备，二号反应设备，以次类推。

本发明还提供一种具体的制备苯胺基乙腈的方法，步骤如下：

1)将苯胺从苯胺预热设备预热后全部送入反应系统作为反应的主流；

2)将羟基乙腈从羟基乙腈预热设备预热后和碱性催化剂一起分别送入各自的分流计量设备分流；

3)将分流后的部分羟基乙腈和碱性催化剂送入一号混合设备与苯胺混合后送入一号反应设备进行反应；

4)将剩余的羟基乙腈和碱性催化剂送入二号混合设备与一号反应器出来的反应物进行混合后再送入二号反应设备进行反应；

5)经过50～120s反应终止。

进一步，苯胺预热至70-120℃；羟基乙腈预热至25-45℃。

进一步，碱性催化剂可用于调节反应终产物的pH值，所述反应终产物的pH值范围是6.0～8.0。

进一步，碱性催化剂为弱碱或弱酸强碱盐，可以是氨水或碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸氢钾中的任意一种。

进一步，反应物料羟基乙腈与苯胺的起始摩尔比为1.01～1.05：1。

本发明还提供一种减少苯胺基乙腈二取代杂质生成的方法，该方法以苯胺和羟基乙腈为原料在催化剂作用下合成苯胺基乙腈，其特点是以苯胺作为反应的主流，将羟基乙腈和催化剂以分流计量的方式逐次加入主流参与反应。

进一步，羟基乙腈分流的次数大于或等于2次。

有益效果：

1)本发明提供一种改良的苯胺基乙腈管式连续反应系统，该系统采用新的加料方式以及采取特殊填料的混合器和反应器，能增强反应原料的传质传热，提高反应效率；克服传统管式反应生成杂质多的问题；本发明的产品从反应器出来即可达到反应要求，可将反应液直接用于打砂结晶。

2)本发明还提供了一种基于以上设备制备苯胺基乙腈方法，通过将羟基乙腈和碱性催化剂以分流的方式进入反应器，既可确保羟基乙腈的总体摩尔比处于过量保证反应效果，也保证在绝大部分时间苯胺为过量状态，减少了羟基乙腈对苯胺二取代杂质的生成，还可减少羟基乙腈在碱性催化剂影响下的聚合，提高了产品质量及反应收率。采用所述方法得到苯胺基乙腈含量占比最终反应产物的97％以上；产品对苯胺收率不低于97％，产品对羟基乙腈收率为不低于95％。

3)本发明还提供一种减少苯胺基乙腈杂质生成的方法，优化了传统的生产工艺，具有较高的实用价值。

附图说明

图1反应流程图

图2优选反应流程图

图3反应设备图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

将羟基乙腈与苯胺按起始摩尔比为1.01～1.05：1的比例输入反应系统，并预热至特定温度，通过催化剂调节反应液出口pH为6.5～7.5。分流量计将其中30％～70％的羟基乙腈和催化剂送入系统的一段混合器与苯胺混合后进入一段反应器进行反应；剩余70％～30％的羟基乙腈及催化剂则进入二段混合器与一段反应器出来的反应物料进行混合后进入二段反应器进行反应。苯胺和羟基乙腈从进入一段混合器到二段反应器出口得到苯胺基乙腈的时间为50～100s。反应器出口取样，最终得到产品质量主含量97.0％，水分2.5％；产品对苯胺总收率97％，产品对羟基乙腈收率94％。

实施例2

将羟基乙腈与苯胺按起始摩尔比为1.01～1.05：1的比例输入反应系统，并预热至特定温度，通过催化剂调节反应液出口pH为6.0～8.0。分流量计将其中30％～40％的羟基乙腈以及催化剂送入系统的一段混合器与苯胺基乙腈混合后进入一段反应器进行反应，30％～50％羟基乙腈及催化剂则进入二段混合器与一段反应器的反应物流进行混合后进入二段反应器进行反应，剩余的40％～10％羟基乙腈及催化剂进入三段混合器与二段反应器出来的物料混合后进入三段管式反应器反应。苯胺和羟基乙腈从进入一段混合器到三段反应器出口得到苯胺基乙腈的时间为50～120s。反应器出口取样，最终得到产品质量主含量97.5％，水分2.3％；产品对苯胺总收率98.5％，产品对羟基乙腈收率96％。

实施例3

将羟基乙腈与苯胺按起始摩尔比为1.01～1.05：1的比例输入反应系统，并预热至特定温度，通过催化剂调节反应液出口pH为6.0～8.0。通过分流量计将其中70％的羟基乙腈和催化剂送入系统的一段混合器与苯胺混合后进入一段反应器进行反应；剩余30％羟基乙腈及催化剂则进入二段混合器与一段反应器出来的反应物料进行混合后进入二段反应器进行反应。反应器出口取样，水相中羟基乙腈含量为0.6％，油相中苯胺含量为0.43％。

实施例4

将羟基乙腈与苯胺按起始摩尔比为1.01～1.05：1的比例输入反应系统，并预热至特定温度，通过催化剂调节反应液出口pH为6.0～8.0。通过分流量计将其中30％的羟基乙腈以及催化剂送入系统的一段混合器与苯胺基乙腈混合后进入一段反应器进行反应，50％羟基乙腈及催化剂则进入二段混合器与一段反应器的反应物流进行混合后进入二段反应器进行反应，20％羟基乙腈及催化剂进入三段混合器与二段反应器出来的物料混合后进入三段管式反应器反应。反应器出口取样，水相中羟基乙腈含量为0.4％，油相中苯胺含量为0.35％。

Claims (15)

1.一种制备苯胺基乙腈的方法，其特征在于，苯胺作为反应的主流，羟基乙腈以分流计量、少量多次的方式加入苯胺参与反应，在催化剂的作用下生成苯胺基乙腈和水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为弱碱或弱酸强碱盐，可以是氨水或碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸氢钾中的任意一种。

3.一种制备苯胺基乙腈的系统，其特征在于，所述系统包括物料输送系统、计量设备、预热设备、混合设备和反应设备，其中，催化剂输送系统(1)上依次连接总计量设备1(4)、分流计量设备1(5)、分流计量设备2(6)，且两个分流计量设备分别与苯胺输送系统(2)相连；苯胺输送系统(2)上依次连接总计量设备2(7)、预热设备1(8)、一号混合设备(9)、一号反应设备(10)、二号混合设备(11)、二号反应设备(12)；羟基乙腈输送系统(3)上依次连接总计量设备3(13)、预热设备2(14)、分流计量设备3(15)、分流计量设备4(16)；所述分流计量设备3(15)与苯胺输送系统(2)上的一号混合设备(9)相连，分流计量设备4(16)与二号混合设备(11)相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该系统是通过多个流量计或质量计对进入系统的物料进行分流计量来控制物料反应的管式连续反应系统。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，一个混合设备和一个反应设备组成1套反应单元，每个系统含有至少2套最好是含有3套反应单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述混合设备和反应设备均采用带混合元件的反应设备。

7.一种根据权利要求3-6任一项所述系统的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将苯胺送入反应系统作为反应的主流；

2)将羟基乙腈送入分流计量设备分流，羟基乙腈的总流量为M，分流的羟基乙腈按分流次数标示为m_n，其中n≥2，且m₁+m₂+…+m_n＝M；

3)分流的羟基乙腈m₁进入一号混合设备与苯胺混合，再一起进入一号反应设备进行反应，从一号反应设备得到产物X₁，X₁再与m₂进入二号反应设备进行反应，从二号反应器得到产物X₂，反应终产物为X_n；

4)从反应物料进入一号混合设备，到最后的反应设备得到反应产物的时间为50～120s；

5)催化剂不分流或与羟基乙腈分流一致。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，反应的物料进入预热设备预热至特定温度后进入不少于2个单元的反应循环，即依次通过一号混合设备，一号反应设备，二号混合设备，二号反应设备。

9.一种根据权利要求7-8任一项所述操作方法制备苯胺基乙腈的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将苯胺从苯胺预热设备预热后全部送入反应设备作为反应的主流；

2)将羟基乙腈从羟基乙腈预热设备预热后和碱性催化剂一起分别送入分流计量设备分流；

3)将分流后的部分羟基乙腈和碱性催化剂送入一号混合设备与苯胺混合后送入一号反应设备进行反应；

4)将剩余的羟基乙腈和碱性催化剂送入二号混合设备与一号反应设备出来的反应物进行混合后再送入二号反应设备进行反应；

5)经过50～120s反应终止。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，苯胺预热至70-120℃；羟基乙腈预热至25-45℃。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，碱性催化剂可用于调节反应终产物的pH值，所述反应终产物的pH值范围是6.0～8.0。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碱性催化剂为弱碱或弱酸强碱盐，可以是氨水或碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸氢钾中的任意一种。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，反应物料羟基乙腈与苯胺的起始摩尔比为1.01～1.05：1。

14.一种减少苯胺基乙腈二取代杂质生成的方法，其特征在于，以苯胺作为反应的主流，将羟基乙腈和催化剂以分流计量的方式逐次加入主流参与反应。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，羟基乙腈分流的次数≥2次。