CN110467161A - 一种叠氮化钠的合成工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机化工领域,具体涉及一种叠氮化钠的合成工艺,本发明以微通道反应器系统和/或管式反应器系统为反应设备,以亚硝酸酯、水合肼、氢氧化钠为主要原料,以醇为溶剂,采用连续生产工艺制备。本发明相对于传统釜氏反应,生产过程危险性小,安全系数高,产品转化率、纯度高,副产物低,且无废盐产生;反应生成相应的醇、水、离心母液等可回收套用,降低生产成本,减轻环境压力,做到经济、环境效益双提高。
Description
技术领域
本发明属于有机化工领域,具体涉及一种叠氮化钠的合成工艺,尤其是一种叠氮化钠连续、水相合成新工艺。
背景技术
叠氮化钠是一种精细化工产品,现广泛应用于汽车、军事、医药、农药、生物等领域,同时叠氮化钠作为一种重要的医药中间体,可用于合成头孢类抗生素、沙坦类抗高血压药物等。随着汽车制造业的迅速发展,叠氮化钠作为汽车安全气囊充气剂,用量逐年递增。
目前工业化生产叠氮化钠主要以硫酸、亚硝酸钠、醇、亚硝酸酯、水合肼、液碱等为主要原料,反应设备主要以釜氏反应为主,其中大多企业采用间歇釜氏反应,少量厂家如青岛雪洁助剂有限公司(公布专利号:CN 103553004)采用连续釜氏反应。这种釜氏反应虽然比较成熟,但由于釜氏反应天然缺陷,生产过程中存在持液量大、跑、冒、滴、漏问题严重,造成巨大的环境污染;亚硝酸酯、叠氮化钠均属于易爆、剧毒危险品,存在巨大的安全隐患。因此,如何降低、消除上述负面影响,成为叠氮化钠工艺亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种叠氮化钠的合成工艺,本发明该采用连续生产工艺,相对于传统釜氏反应,生产过程危险性小,安全系数高,产品转化率、纯度高,副产物低,且无废盐产生;反应生成相应的醇、水、离心母液等可回收套用,降低生产成本,减轻环境压力,做到经济、环境效益双提高。
本发明所述的一种叠氮化钠的合成工艺,以微通道反应器系统和/或管式反应器系统为反应设备,以亚硝酸酯、水合肼、氢氧化钠为主要原料,以醇为溶剂,采用连续生产工艺制备。
其具体步骤为:
(1)将水合肼、氢氧化钠、部分醇、水混合均匀,得水相,备用;
(2)将亚硝酸酯和剩余醇混合均匀,得油相,备用;
(3)将水相和油相分别泵入反应设备中反应,反应温度为50-150℃,反应压力为2-10bar;反应完成后,对反应液进行淬灭和分离,水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
所述的亚硝酸酯为五个碳以内的直链酯或环酯。如亚硝酸甲酯、亚硝酸乙酯、亚硝酸丙酯、亚硝酸异丙酯、亚硝酸异辛酯等。
所述水相中,以摩尔比计,氢氧化钠:水合肼=1-1.3,水:水合肼=2-5。
所述油相中,以摩尔比计,亚硝酸酯:醇=1-1.5。
所述亚硝酸酯与所述水合肼的摩尔比为1-1.5。
反应时间为1-30min。
所述微通道反应器系统包括串联在一起的可连续流动的1-10个单个微通道反应器;所述单个微通道器反应持液量为9ml,通量为30-90ml/min。
所述管式反应器包括串联在一起的可连续流动的1-10个单个管式反应器模块;所述单个管式反应器模块持液量为1.6L,通量为50-1600ml/min。
本发明主要以微通道反应器、管式反应器为主要反应设备,以亚硝酸甲酯、亚硝酸乙酯、亚硝酸丙酯等五个碳以内的亚硝酸酯、以及相对应醇充当溶剂,水合肼、氢氧化钠(包括片碱和液碱)为主要原料,通过调配反应压力、温度、配比、水量、流速、时间等条件制备叠氮化钠。该工艺采用连续生产工艺,相对于传统釜氏反应,生产过程危险性小,安全系数高,产品转化率、纯度高,副产物低,且无废盐产生;反应生成相应的醇、水、离心母液等可回收套用,降低生产成本,减轻环境压力,做到经济、环境效益双提高。
具体实施方式
实施例1
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量90ml),使用甲醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水)=1:1:2的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸甲酯):n(甲醇)=1:1油相混合液,打入10块G1反应器模块中,设计通量30ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=17.3g/min,m(油相)=12.86g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至2bar,升高温度至50℃,反应15min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到87.2%和副反应0.79%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
V水相+V油相=V
n水相∶n油相=1∶1
式中:
V表示总体积流量,V水相表示水相体积流量,V油相表示油相体积流量,单位为ml/min;
n水相表示水相物质的量(以水合肼的物质的量计),n油相表示油相物质的量(以亚硝酸酯物质的量计);
m表示质量流量,单位为g/min;
ρ表示密度,单位g/ml;
w表示质量分数,在水相中表示水合肼质量分数,油相中表示亚硝酸酯质量分数;
M表示物质的量,在水相中表示水合肼物质的量,油相中表示亚硝酸酯物质的量;
V、ρ已知变量,带入上述公式即可得出水、油相质量流量。
实施例2
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量约90ml),使用乙醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1:2的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸乙酯):n(乙醇)=1:1油相混合液,打入10块G1反应器模块中,设计通量30ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=18.5g/min,m(油相)=11.9g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至2bar,升高温度至50℃,反应15min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到90.2%和副反应0.53%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例3
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量约90ml),使用异丙醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1.3:2的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸异丙酯):n(异丙醇)=1:1油相混合液,打入10块G1反应器模块中,设计通量50ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=28.6g/min,m(油相)=21.43g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至2bar,升高温度至50℃,反应9min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到93.2%和副反应0.62%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例4
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量约90ml),使用异丙醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(片碱):n(水溶液)=1:1.3:5的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸异丙酯):n(异丙醇)=1:1油相混合液,打入10块G1反应器模块中,设计通量50ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=26.6g/min,m(油相)=22.79g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至2bar,升高温度至50℃,反应9min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到94.7%和副反应0.53%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例5
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量约90ml),使用异丙醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1.3:3的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸异丙酯):n(异丙醇)=1:1.5油相混合液,打入10块G1反应器模块中,设计通量90ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=59.9g/min,m(油相)=46.8g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至5bar,升高温度至90℃,反应5min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到96.4%和副反应0.43%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例6
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量约90ml),使用正丁醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1.3:3的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸正丁酯):n(正丁醇)=1:1.3油相混合液,打入10块G1反应器模块中,设计通量90ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=59.9g/min,m(油相)=46.8g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至8bar,升高温度至120℃,反应5min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到98.2%和副反应0.37%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例7
连接好G1微通道反应器模块(全套10块模块,总持液量约90ml),使用正丁醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1.3:3的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸正丁酯):n(正丁醇)=1:1.3油相混合液,打入10块G1反应器中,设计通量90ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=59.9g/min,m(油相)=46.8g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至10bar,升高温度至150℃,反应5min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到98.9%和副反应0.28%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例8
连接好G1微通道反应器模块(使用8块模块,总持液量约72ml),使用正丁醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1.3:3的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸正丁酯):n(正丁醇)=1:1.3油相混合液,打入G1反应器中,设计通量50ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=29.6g/min,m(油相)=22.8g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至10bar,升高温度至150℃,反应5min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到96.7%和副反应0.58%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例9
连接好RHB1006管式反应器(持液量1.6L),使用甲醇冲洗好管道,使用柱塞泵泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水)=1:1.1:2的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸甲酯):n(甲醇)=1:1.3油相混合液打入管式反应器中,设计通量200ml/min,计算两相质量流量分别为m(水相)=124.2g/min,m(油相)=99.83g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至7bar,升高温度至90℃,反应3min取样、淬灭和分离,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率95.9%和副反应1.73%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例10
连接好RHB1006管式反应器(持液量1.6L),使用甲醇冲洗好管道,使用柱塞泵泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水)=1:1.1:2的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸甲酯):n(甲醇)=1:1.3油相混合液打入管式反应器中,设计通量1000ml/min,计算两相质量流量分别为m(水相)=621g/min,m(油相)=499.15g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至7bar,升高温度至90℃,反应15min取样、淬灭和分离,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率93.6%和副反应1.57%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体,蒸出水和醇回收套用至水相混合液配制。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例11
连接好RHB1006管式反应器(持液量1.6L),使用甲醇冲洗好管道,检测回收水相蒸出液n(水):n(甲醇)=3.9:1,使用回收的水相蒸出液配制水相n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水):n(甲醇)=1:1.1:5:1,水相使用柱塞泵进料,亚硝酸甲酯使用钢瓶,气相进料,设计通量为1600ml/min,计算两相质量流量分别为m(水相)=1064.7g/min,m(亚硝酸甲酯)=512.5g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至5bar,升高温度至100℃,反应15min取样、淬灭和分离,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率95.4%和副反应1.26%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
实施例12
将G1微通道反应器模块(使用5块模块,总持液量约45ml)和RHB1006管式反应器(持液量1.6L)串联至一起,使用乙醇冲洗好管道,使用高压液相泵将配制好的摩尔比为n(水合肼):n(氢氧化钠):n(水溶液)=1:1.3:3的水相混合液和摩尔配比为n(亚硝酸乙酯):n(乙醇)=1:1.2油相混合液,打入反应器中,设计通量90ml/min,结合测量出的水相密度和油相密度,计算两相质量流量分别为m(水相)=29.8g/min,m(油相)=24.2g/min,分别使用秒表和电子秤标定两相质量流量。待标定好速率正常进料后,调节背压压力至5bar,升高温度至120℃,反应30min取样、淬灭和分离,水相即为叠氮化钠水溶液,将取出样品使用电位滴定确定水相中氢氧化钠和水合肼含量,根据反应前后摩尔量变化计算叠氮化钠收率达到99.7%和副反应0.02%。检测完毕水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
Claims (9)
1.一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,以微通道反应器系统和/或管式反应器系统为反应设备,以亚硝酸酯、水合肼、氢氧化钠为主要原料,以醇为溶剂,采用连续生产工艺制备。
2.根据权利要求1所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,其具体步骤为:
(1)将水合肼、氢氧化钠、部分醇、水混合均匀,得水相,备用;
(2)将亚硝酸酯和剩余醇混合均匀,得油相,备用;
(3)将水相和油相分别泵入反应设备中反应,反应温度为50-150℃,反应压力为2-10bar;反应完成后,对反应液进行淬灭和分离,水相减压蒸馏后得到叠氮化钠固体。
3.根据权利要求1所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,所述的亚硝酸酯为五个碳以内的直链酯或环酯。
4.根据权利要求2所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,所述水相中,以摩尔比计,氢氧化钠:水合肼=1-1.3,水:水合肼=2-5。
5.根据权利要求2所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,所述油相中,以摩尔比计,亚硝酸酯:醇=1-1.5。
6.根据权利要求2所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,所述亚硝酸酯与所述水合肼的摩尔比为1-1.5。
7.根据权利要求2所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,反应时间为1-30min。
8.根据权利要求2所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,所述微通道反应器系统包括串联在一起的可连续流动的1-10个单个微通道反应器模块;所述单个微通道器模块反应持液量为9ml,通量为30-90ml/min。
9.根据权利要求2所述的一种叠氮化钠的合成工艺,其特征在于,所述管式反应器系统包括串联在一起的可连续流动的1-10个单个管式反应器模块;所述单个管式反应器模块持液量为1.6L,通量为50-1600ml/min。
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