CN109796489B - 一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其具有方法简易但效率高、收率高的优点，且可对副产物进行有效利用，其技术方案要点是包括以下步骤：甲醇输送至酯化塔底，苯基三氯硅烷单体输送至酯化塔顶；甲醇与苯基三氯硅烷单体在酯化塔内进行逆流酯化反应；酯化反应后生产的氯化氢气体由酯化塔顶部排出，生成苯基三甲氧基硅烷粗品留在酯化塔底，并经中间泵送至精馏塔进行精馏分离，得到苯基三甲氧基硅烷合格产品和高沸物；氯化氢气体通入降膜吸收器内制成浓度31％的盐酸，并泵入反应釜，然后在搅拌状态下加入的氢氧化铝进行升温反应，将反应产物吸入结晶釜，真空结晶后，得到结晶三氯化铝成品，本发明适用于化工技术领域。

Description

一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法及其制备装置

技术领域

本发明属于化工技术领域，特指一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法。

背景技术

苯基三甲氧基硅烷，主要用作制备高分子有机硅化合物的原料。苯基三甲氧基硅烷由苯基三氯硅烷和甲醇酯化反应得到，其反应方程式为C₆H₅SiCl₃+3CH₃OH＝＝＝＝C₆H₅Si(OCH₃)₃+3HCl。现有的制备方法较为繁杂，效率低且收率底，比如反应产生的氯化氢气体若不及时排出，容易与其它反应物产生副反应，并生产副产物，因此需要将氯化氢气体及时去除，但需要向酯化反应体系中添加其他物质进行中和反应，使得反应体系更加复杂，此外采用添加其他物质进行中和反应后，对氯化氢气体的收回利用率大大降低，且成本提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其具有方法简易但效率高、收率高的优点，且可对副产物进行有效利用。

本发明的目的是这样实现的：一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

甲醇由甲醇进料泵经第一转子流量计计量后输送至酯化塔底，苯基三氯硅烷单体由单体进料泵经第二转子流量计计量后输送至酯化塔顶；甲醇与苯基三氯硅烷单体在酯化塔内进行逆流酯化反应；酯化反应后生产的氯化氢气体由酯化塔顶部排出，生成苯基三甲氧基硅烷粗品留在酯化塔底，并经中间泵送至精馏塔进行精馏分离，精馏后精馏塔顶部得到苯基三甲氧基硅烷合格产品，精馏塔底部得到高沸物；

酯化塔顶部排出氯化氢气体通入降膜吸收器内制成浓度31％的盐酸，并经过盐酸进料泵泵入盐酸储罐内，盐酸储罐内的盐酸再经过盐酸出料泵泵入反应釜，然后在搅拌状态下加入的氢氧化铝进行升温反应，反应温度控制在80～100℃，反应结束后将反应产物吸入结晶釜，真空结晶后放入离心机进行离心分离，得到结晶三氯化铝成品，分理出的母液返回结晶釜循环使用，继续结晶制取结晶三氯化铝。

本发明进一步设置为：所述酯化塔塔身内温度控制在70～85℃、塔顶温度控制在40～55℃。

本发明进一步设置为：所述精馏塔精馏分离后底部的高沸物经脱色过滤处理。

一种苯基三甲氧基硅烷的制备装置，其特征在于：包括：

甲醇储槽：用于储存甲醇原料，

单体储槽：用于储存苯基三氯硅烷单体，

酯化塔：用于进行逆流酯化反应，

精馏塔：用于将酯化反应后生成的苯基三甲氧基硅烷粗品进行精馏分离，

降膜吸收器：用于对氯化氢气体进行降膜吸收生产浓度31％的盐酸，

盐酸储罐：用于对生成浓度31％的盐酸进行储存，

反应釜：用于氢氧化铝和盐酸的反应生产三氯化铝和水，

结晶釜：用于对三氯化铝进行结晶，

离心机：用于对结晶三氯化铝和水进行分离；

甲醇储槽与酯化塔的塔底之间通过设有甲醇进料泵和第一转子流量计连通，单体储槽与酯化塔的塔顶之间通过设有单体进料泵和第二转子流量计连通，酯化塔与精馏塔之间通过中间泵连通，降膜吸收器与酯化塔的顶部连通，降膜吸收器与盐酸储罐通过设有盐酸进料泵连通，盐酸储罐与反应釜之间通过设有盐酸出料泵连通，结晶釜与反应釜相连通，离心机与结晶釜连通。

本发明进一步设置为：所述酯化塔包括依次连接的塔顶、塔身和塔底，塔顶上设有上进料口、上出气口和温度测量口，塔身内设有由上至下依次设置的第一反应区、第二反应区和第三反应区，第一反应区上设有若干竖向安装且两两设置的第一筛板，两相邻第一筛板之间形成导流通道，第二反应区内设有若干水平设置的第二筛板，第三反应区内设有若干填料，塔底上设有下进料口和下出料口，塔身内设有加热管，塔顶上设有降温隔套。

本发明进一步设置为：所述上出气口上依次连接有冷凝器和回流罐，回流罐的顶部与降膜吸收器连通，回流罐的底部与酯化塔的第二反应区连通。

本发明进一步设置为：所述导流通道上设有定型支架，定型支架包括若干与第一筛板水平设置的隔网，隔网上设有无纺布，且隔网与无纺布之间具有导流间隙。

本发明进一步设置为：所述第二筛板均为双层结构包括上板体和下板体，上板体与下板体上均设有筛孔，上板体的筛孔和下板体的筛孔错位设置，上板体与下板体之间的间距为0.8-1.2mm。

通过采用上述技术方案具有以下优点：本制备方法步骤简单，不需要在反应体系中添加新的物质去中和氯化氢，且制备后获得的副产物也能够得到有效利用，利用价值高；第一反应区实现预反应，且快速度排出氯化氢气体，第二反应区实现其充分反应，第三反应区对剩余少量未产生反应的苯基三氯硅烷液体实现进一步的反应，通过第一反应区、第二反应区和第三反应区的结合，酯化反应充分，且氯化氢可随甲醇气体快速上浮排出，降低产生副反应的可能，此外本酯化塔结构简化，可降低酯化塔高度，制造成本低，易维护；副产物氯化氢气体处理后用于生产结晶三氯化铝，对其实现了有效回收，可以作为副产物进行销售。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中酯化塔的结构示意图；

图3是本发明图2的A部放大结构示意图；

图4是本发明图2的B部放大结构示意图；

图5是本发明的制备流程框图；

图中附图标记为：1、甲醇储槽；2、单体储槽；3、酯化塔；31、上进料口；32、上出气口；33、温度测量口；34、下进料口；35、下出料口；36、加热管；37、降温隔套；310、第一反应区；320、第二反应区；330、第三反应区；311、第一筛板；312、定型支架；313、隔网；314、无纺布；315、导流间隙；316、定位凸起；317、卡针；321、第二筛板；322、上板体；323、下板体；331、填料；4、精馏塔；5、降膜吸收器；6、冷凝器；7、回流罐；8、盐酸储罐；9、反应釜；10、结晶釜；11、离心机。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-5：

一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

甲醇由甲醇进料泵经第一转子流量计计量后输送至酯化塔3底，苯基三氯硅烷单体由单体进料泵经第二转子流量计计量后输送至酯化塔3顶；甲醇与苯基三氯硅烷单体在酯化塔3内进行逆流酯化反应；酯化反应后生产的氯化氢气体由酯化塔3顶部排出，生成苯基三甲氧基硅烷粗品留在酯化塔3底，并经中间泵送至精馏塔4进行精馏分离，精馏后精馏塔4顶部得到苯基三甲氧基硅烷合格产品，精馏塔4底部得到高沸物；

酯化塔3顶部排出氯化氢气体通入降膜吸收器5内制成浓度31％的盐酸，并经过盐酸进料泵泵入盐酸储罐8内，盐酸储罐8内的盐酸再经过盐酸出料泵泵入反应釜9，然后在搅拌状态下加入的氢氧化铝进行升温反应，反应温度控制在80～100℃，反应结束后将反应产物吸入结晶釜10，真空结晶后放入离心机11进行离心分离，得到结晶三氯化铝成品，分理出的母液返回结晶釜10循环使用，继续结晶制取结晶三氯化铝。

所述酯化塔3塔身内温度控制在70～85℃，酯化塔3塔顶温度控制在40～55℃。

所述精馏塔4精馏分离后底部的高沸物经脱色过滤，制得聚二苯基甲氧基硅烷，是高温硫化硅橡胶良好的结构控制剂，作为副产品销售。

本制备方法步骤简单，不需要在反应体系中添加新的物质去中和氯化氢，且制备后获得的副产物也能够得到有效利用，利用价值高。

一种苯基三甲氧基硅烷的制备装置，包括：

甲醇储槽1：用于储存甲醇原料，

单体储槽2：用于储存苯基三氯硅烷单体，

酯化塔3：用于进行逆流酯化反应，

精馏塔4：用于将酯化反应后生成的苯基三甲氧基硅烷粗品进行精馏分离，

降膜吸收器5：用于对氯化氢气体进行降膜吸收生产浓度31％的盐酸，

盐酸储罐8：用于对生成浓度31％的盐酸进行储存，

反应釜9：用于氢氧化铝和盐酸的反应生产三氯化铝和水，

结晶釜10：用于对三氯化铝进行结晶，

离心机11：用于对结晶三氯化铝和水进行分离；

甲醇储槽1与酯化塔3的塔底之间通过设有甲醇进料泵和第一转子流量计连通，单体储槽2与酯化塔3的塔顶之间通过设有单体进料泵和第二转子流量计连通，酯化塔3与精馏塔4之间通过中间泵连通，降膜吸收器5与酯化塔3的顶部连通，降膜吸收器5与盐酸储罐8通过设有盐酸进料泵连通，盐酸储罐8与反应釜9之间通过设有盐酸出料泵连通，结晶釜10与反应釜9相连通，离心机11与结晶釜10连通。

所述酯化塔3包括依次连接的塔顶、塔身和塔底，塔顶上设有上进料口31、上出气口32和温度测量口33，塔身内设有由上至下依次设置的第一反应区310、第二反应区320和第三反应区330，第一反应区310上设有若干竖向安装且两两设置的第一筛板311，两相邻第一筛板311之间形成导流通道，第二反应区320内设有若干水平设置的第二筛板321，第三反应区330内设有若干填料331，塔底上设有下进料口34和下出料口35，塔身内设有加热管36，塔顶上设有降温隔套37。

加热管36用于对酯化塔3内部进行加热，使其控制在70-85℃，塔底温度也控制在70-85℃之间，便于甲醇气化，实现甲醇气体与苯基三氯硅烷液体的逆流酯化反应，降温隔套37用于连接冷却水，通过冷却水对塔顶进行降温，使其控制在40-55℃，使得甲醇进入酯化塔3顶部时会重新液化流回塔身内。

所述上出气口32上依次连接有冷凝器6和回流罐7，回流罐7的顶部与降膜吸收器5连通，回流罐7的底部与酯化塔3的第二反应区320连通。

反应生成的氯化氢由上出气口32排出，经冷凝器6降温后流向回流罐7，由于氯化氢排出过程中可能带有甲醇等其它气体，因此经过冷凝之后其它物质会重新液化，并通过回流罐7收集后回流至酯化塔3内，再次重新反应，既能确保氯化氢气体的纯度，也方便对于原料使用量的控制。

所述导流通道上设有定型支架312，定型支架312包括若干与第一筛板311水平设置的隔网313，隔网313上设有无纺布314，且隔网313与无纺布314之间具有导流间隙315。

第一反应区310内还设有用于固定第一筛板311的安装板架，定型支架312还包括固定于安装板架上的支架，隔网313与支架相连，隔网313可以为柔性材料，隔网313的表面可以设置定位凸起316及卡针317，无纺布314固定于卡针317上，且无纺布314与定位凸起316抵，使得隔网313与无纺布314之间具有导流间隙315，定型支架312只是用于对无纺布314起到固定作用，无纺布314由纤维丝制成，具有良好的透气性，且苯基三氯硅烷液体在无纺布314上的流动较缓慢，而甲醇气体可与相对无纺布314实现横向或立向流动，便于苯基三氯硅烷液体与甲醇气体之间的充分接触，提高反应几率，提高产品的收率，导流间隙315的间距控制在2mm以内，确保既能提高反应率，又能提高透气性。

所述第二筛板321均为双层结构包括上板体322和下板体323，上板体322与下板体323上均设有筛孔，上板体322的筛孔和下板体323的筛孔错位设置，上板体322与下板体323之间的间距为0.8-1.2mm。

由于上板体322和下板体323之间的间距较小，液体在上板体322和下板体323之间容易形成液体膜层，当气化甲醇在酯化塔3塔底的量增大，气化甲醇可以冲破液体膜层进入第一反应区310，且由于上板体322的筛孔和下板体323的筛孔错位设置，即不是直接连通，所以气化甲醇在第二筛板321内的流动方式为水平流动，大大提高了气液接触面积，加强了反应几率，提高产品的收率；两组第二筛板321之间的间距可以较大，加速气体上浮；经多次试验得出，当上板体322与下板体323之间的间距小于0.8时，且随着间距减小，其之间的液体或气体流动性逐渐下降，反应速率过慢，反应产生的氯化氢气体不易上浮，当上板体322与下板体323之间的间距大于1.2mm，且随着间距增大，气与液的接触性下降，反应几率降低，因此上板体322与下板体323之间的间距控制在0.8-1.2mm，且其优选值为1mm。

第三反应区330内的填料331可为若干球状陶瓷珠，堆叠后，其之间的缝隙供液体下流和气体上浮，使得气液之间能够进一步实现逆流产生酯化反应。

第一反应区310的优点在于：由于无纺布314的设置，液体会沿无纺布314下渗，流速较为缓慢，但可以与上浮甲醇气体充分反应，且产生的硫化氢气体则可通过导流间隙315快速通过并排出；第二反应区320的优点在于：气液之间可以充分接触，反应几率大大提高，酯化反应效果最优；第三反应区330的优点在于：由于填料331为球状，其之间透气性好，液体的渗流速度快，且液体会沿球面流动，流动表面积大，更易于甲醇气体之间实现气液逆流酯化反应。

第一反应区310实现预反应，且快速度排出氯化氢气体，第二反应区320实现其充分反应，第三反应区330对剩余少量未产生反应的苯基三氯硅烷液体实现进一步的反应，通过第一反应区310、第二反应区320和第三反应区330的结合，酯化反应充分，且氯化氢可随甲醇气体快速上浮排出，降低产生副反应的可能，此外本酯化塔3结构简化，可降低酯化塔3高度，制造成本低，易维护，精馏后苯基三甲氧基硅烷的收率达到97％以上。

本制备方法及制备装置制得的苯基三甲氧基硅烷的相关指标为：

外观：无色透明液体；

含量：≥99％；

20℃温度下的密度：1.064g/cm³；

折光率：1.4733η_D ²⁰。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：采用的制备装置包括：

甲醇储槽(1)：用于储存甲醇原料，

单体储槽(2)：用于储存苯基三氯硅烷单体，

酯化塔(3)：用于进行逆流酯化反应，

精馏塔(4)：用于将酯化反应后生成的苯基三甲氧基硅烷粗品进行精馏分离，

降膜吸收器(5)：用于对氯化氢气体进行降膜吸收生产浓度31％的盐酸，

盐酸储罐(8)：用于对生成浓度31％的盐酸进行储存，

反应釜(9)：用于氢氧化铝和盐酸的反应生产三氯化铝和水，

结晶釜(10)：用于对三氯化铝进行结晶，

离心机(11)：用于对结晶三氯化铝和水进行分离；

甲醇储槽(1)与酯化塔(3)的塔底之间通过设有甲醇进料泵和第一转子流量计连通，单体储槽(2)与酯化塔(3)的塔顶之间通过设有单体进料泵和第二转子流量计连通，酯化塔(3)与精馏塔(4)之间通过中间泵连通，降膜吸收器(5)与酯化塔(3)的顶部连通，降膜吸收器(5)与盐酸储罐(8)通过设有盐酸进料泵连通，盐酸储罐(8)与反应釜(9)之间通过设有盐酸出料泵连通，结晶釜(10)与反应釜(9)相连通，离心机(11)与结晶釜(10)连通；

所述酯化塔(3)包括依次连接的塔顶、塔身和塔底，塔顶上设有上进料口(31)、上出气口(32)和温度测量口(33)，塔身内设有由上至下依次设置的第一反应区(310)、第二反应区(320)和第三反应区(330)，第一反应区(310)上设有若干竖向安装且两两设置的第一筛板(311)，两相邻第一筛板(311)之间形成导流通道，第二反应区(320)内设有若干水平设置的第二筛板(321)，第三反应区(330)内设有若干填料(331)，塔底上设有下进料口(34)和下出料口(35)，塔身内设有加热管(36)，塔顶上设有降温隔套(37)；

所述导流通道上设有定型支架(312)，定型支架(312)包括若干与第一筛板(311)水平设置的隔网(313)，隔网(313)上设有无纺布(314)，且隔网(313)与无纺布(314)之间具有导流间隙(315)；

制备方法具体包括以下步骤：

甲醇由甲醇进料泵经第一转子流量计计量后输送至酯化塔(3)底，苯基三氯硅烷单体由单体进料泵经第二转子流量计计量后输送至酯化塔(3)顶；甲醇与苯基三氯硅烷单体在酯化塔内进行逆流酯化反应；酯化反应后生产的氯化氢气体由酯化塔(3)顶部排出，生成苯基三甲氧基硅烷粗品留在酯化塔(3)底，并经中间泵送至精馏塔(4)进行精馏分离，精馏后精馏塔(4)顶部得到苯基三甲氧基硅烷合格产品，精馏塔(4)底部得到高沸物；

酯化塔(3)顶部排出氯化氢气体通入降膜吸收器(5)内制成浓度31％的盐酸，并经过盐酸进料泵泵入盐酸储罐(8)内，盐酸储罐(8)内的盐酸再经过盐酸出料泵泵入反应釜(9)，然后在搅拌状态下加入的氢氧化铝进行升温反应，反应温度控制在80～100℃，反应结束后将反应产物吸入结晶釜(10)，真空结晶后放入离心机(11)进行离心分离，得到结晶三氯化铝成品，分理出的母液返回结晶釜(10)循环使用，继续结晶制取结晶三氯化铝。

2.根据权利要求1所述的一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述酯化塔(3)塔身内温度控制在70～85℃、塔顶温度控制在40～55℃。

3.根据权利要求1所述的一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述精馏塔(4)精馏分离后底部的高沸物经脱色过滤处理。

4.根据权利要求1所述一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述上出气口(32)上依次连接有冷凝器(6)和回流罐(7)，回流罐(7)的顶部与降膜吸收器(5)连通，回流罐(7)的底部与酯化塔(3)的第二反应区(320)连通。

5.根据权利要求1所述一种苯基三甲氧基硅烷的制备方法，其特征在于：所述第二筛板(321)均为双层结构包括上板体(322)和下板体(323)，上板体(322)与下板体(323)上均设有筛孔，上板体(322)的筛孔和下板体(323)的筛孔错位设置，上板体(322)与下板体(323)之间的间距为0.8-1.2mm。

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