CN111408319A - 一种制备对叔丁基甲苯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种制备对叔丁基甲苯的方法，其中新型反应器包括多个依次交替连接的文丘里混合器和带内构件的管式反应器，所述带内构件的管式反应器的外壁设有夹套。还涉及使用新型反应器组合成对叔丁基甲苯的方法，以异丁烯、甲苯为原料，在浓硫酸的催化作用下，甲苯单股进料，浓硫酸单股进料，异丁烯多股进料，通过新型反应器组进行连续液液两相烷基化反应合成对叔丁基甲苯。本发明创造所述的用于合成对叔丁基甲苯的新型反应器组及其使用方法，将新型反应器组应用于甲苯和异丁烯连续液液两相烷基化反应过程中不仅具有物料混合均匀，反应温度可控，目标产物收率高，催化剂用量少等优点，而且可实现对叔丁基甲苯高效、低廉、连续化生产。

Description

一种制备对叔丁基甲苯的方法
技术领域
本发明创造属于对叔丁基甲苯制备相关设备领域，尤其是涉及一种用于连续液液两相烷基化反应合成对叔丁基甲苯的方法。
背景技术
对叔丁基甲苯作为重要有机合成中间体和医药中间体，它的衍生物对叔丁基苯甲酸、对叔丁基苄氯、对叔丁基苯甲醛、对叔丁基苯甲酸甲酯等均有着广泛的用途，其大规模应用于化学合成、化妆品、药品、香精香料等行业。市场的年需求量非常大，因此，研究对叔丁基甲苯的合成有重要的价值。
对叔丁基甲苯生产方法主要是将甲苯与异丁烯在酸催化剂的催化作用下发生烷基化反应制得。工业上现有的传统对叔丁基甲苯的合成方法是采用半间歇釜式反应器，首先一次加入原料甲苯、催化剂浓硫酸，然后异丁烯不断向反应器内鼓泡发生烷基化反应。此方法存在多相反应相界面传质效率低、反应速率慢、生产过程不连续、硫酸含量多、副反应严重、反应时间长、设备体积大、设备生产能力低、生产成本高等问题，并且搅拌轴处容易造成硫酸泄露、腐蚀，低温反应条件下硫酸黏度较高，不利于质量传递，搅拌器所需的功率急剧增大。因此，寻求反应速率快、产物选择性高、催化剂用量低、操作安全、生产能力强、生产成本低的新型反应工艺应用于对叔丁基甲苯的合成是目前需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种制备对叔丁基甲苯的方法，将新型反应器组应用于甲苯和异丁烯连续液液两相烷基化反应过程中不仅具有物料混合均匀，反应温度可控，目标产物收率高，催化剂用量少等优点，而且可实现对叔丁基甲苯高效、低廉、连续化生产。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种新型反应器组，包括多个依次交替连接的文丘里混合器和带内构件的管式反应器，所述带内构件的管式反应器的外壁设有夹套，第一文丘里混合器的主进口与第一外来料管道连通，第一文丘里混合器的侧进口与第二外来料管道连通，第二文丘里混合器至第N文丘里混合器的侧进口均与第三外来料管道连通。
使用该新型反应器组合成对叔丁基甲苯时，第一文丘里混合器的主进口与甲苯进口连接，第一文丘里混合器的侧进口与浓硫酸进口连接，第二文丘里混合器至第N文丘里混合器的侧进口均与异丁烯进口连接。
新型反应器组采用夹套换热，以冷冻盐水或者水为冷却介质，冷却介质进出口温差为1-5℃。
通过在管式反应器的外壁设置夹套，可使本反应过程实现等温运行。
带内构件的管式反应器是在管内放置一些特殊结构的混合内构件，当两种或两种以上的流体通过这些内构件时，流体被不断地分割和转向，从而使流体达到充分混合，促进了两相之间的传热及传质。
以带内构件的管式反应器和文丘里混合器组成的新型反应器组体积小，结构紧凑，操作简单，反应物可以达到充分混合，反应速度快。
新型反应器组避免了传统间歇搅拌釜式反应器中旋转削弱密封性能的缺点，密封性能更好，特别适合于易燃，易爆以及腐蚀性物料的混合与反应。
进一步的，还包括静置釜，静置釜的顶部与第N带内构件的管式反应器的出口连接，静置釜的底部分别与第一文丘里混合器的侧进口连接。
进一步的，所述内构件为静态混合器所用的混合内构件。
进一步的，所述内构件为静态混合器所用的Kenics型、SMX型、SV型、SH型、SK型、SX型、SL型、东利Hi型的混合内构件中的一种或几种。
带内构件的管式反应器中没有任何运动部件，但具有独特性能的混合内构件，它依靠设备的特殊结构和流体的运动，使互不相溶的物料彼此混合起来达到良好的混合效果。
进一步的，所述单个带内构件的管式反应器的内径为10-40mm，长度为0.25-3m。
进一步的，所有带内构件的管式反应器的总长度为0.5-20m。
进一步的，所述甲苯、异丁烯、浓硫酸均为液相形式进料。
进一步的，所述新型反应器组的反应温度为0-30℃，反应压力为0.2-1.0MPa。
如果反应压力过大则对设备要求条件高，设备成本高。在该压力范围内既可以实现反应的高效进行，又可以将设备成本维持在较低水平。
进一步的，所述新型反应器组中带内构件的管式反应器的数量为2-11个。
进一步的，所述新型反应器组中带内构件的管式反应器的数量优选为4-7个。
进一步的，所述甲苯在新型反应器组中停留时间为0.5-60min。
通过控制反应物的停留时间，可以控制副反应的发生，提高目标产物收率。
进一步的，所述每股异丁烯进料的分配比为1/(N-1)±(0-50％)。
一种使用新型反应器组合成对叔丁基甲苯的方法，以异丁烯、甲苯为原料，在浓硫酸的催化作用下，通过新型反应器组进行连续液液两相烷基化反应合成对叔丁基甲苯。
进一步的，所述甲苯从第一文丘里混合器的主进口单股进料，浓硫酸从第一文丘里混合器的侧进口单股进料，异丁烯分别从第二文丘里混合器至第N文丘里混合器的侧进口多股进料，反应完成后，粗产物从第N带内构件的管式反应器的出口流出，经后处理后得到产物对叔丁基甲苯。
进一步的，所述甲苯经过所述第一外来料管道后从第一文丘里混合器的主进口单股进料，浓硫酸经过所述第二外来料管道后从第一文丘里混合器的侧进口单股进料，异丁烯经过所述第三外来料管道后分别从第二文丘里混合器至第N文丘里混合器的侧进口多股进料。
进一步的，粗产物需静置分离，将上层粗产品精馏后即可得到产物对叔丁基甲苯。
进一步的，所述异丁烯总摩尔量与甲苯总摩尔量比为0.1-1。
进一步的，所述异丁烯总摩尔量与甲苯总摩尔量比优选为0.3-0.8。
进一步的，所述浓硫酸总质量与甲苯总质量比为5％-20％。
进一步的，所述浓硫酸总质量与甲苯总质量比优选为8％-15％。
控制原料和催化剂的摩尔量比及质量比可以保证反应物充分转变为目标产物。如果异丁烯与甲苯摩尔比过小，反应器的生产能力不能完全发挥出来，原料摩尔量比过大的话反应物不能进行完全反应，产物产率低，只有在这个范围内反应器可以发挥最大的生产能力。催化剂浓硫酸与甲苯的质量比过小反应速度慢，过大会导致副反应的发生、另外增大后续处理废酸压力。
将新型反应器组应用于甲苯和异丁烯连续液液两相烷基化反应过程中不仅具有物料混合均匀，反应温度可控，目标产物收率高，催化剂用量少等优点，而且可实现对叔丁基甲苯高效、低廉、连续化生产。
带内构件的管式反应器中的硫酸和反应物可以达到充分的混合，所以较常规反应器相比只需要少量的硫酸就可以达到相同的催化效果，使得本方法浓硫酸催化剂用量少，有利于降低生产成本，降低废液处理量，更加环保。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种新型反应器组及使用其合成对叔丁基甲苯的方法具有以下优势：
(1)本发明所述的合成对叔丁基甲苯的方法，将新型反应器组应用于甲苯和异丁烯连续液液两相烷基化反应过程中不仅具有物料混合均匀，反应温度可控，目标产物收率高，催化剂用量少等优点，而且可实现对叔丁基甲苯高效、低廉、连续化生产。
(2)本发明所述的新型反应器组，带内构件的管式反应器是在管内放置一些特殊结构的混合单元内构件，当两种或两种以上的流体通过这些内构件时，流体被不断地分割和转向，从而使流体达到充分混合，促进了两相之间的传热及传质。
(3)本发明所述的新型反应器组，带内构件的管式反应器中没有任何运动部件，但具有独特性能的混合内构件，它依靠设备的特殊结构和流体的运动，使互不相溶的物料彼此混合起来达到良好的混合效果。
(4)本发明所述的新型反应器组，以带内构件的管式反应器和文丘里混合器组成的新型反应器组体积小，结构紧凑，操作简单，反应物充分混合，反应速度快。
(5)本发明所述的新型反应器组，通过在管式反应器外壁设置夹套换热，可使本反应过程实现等温运行。
(6)本发明所述的合成对叔丁基甲苯的方法，通过控制反应物的停留时间，可以控制副反应的发生，提高目标产物收率。
(7)本发明所述的合成对叔丁基甲苯的方法，浓硫酸催化剂用量少，有利于降低生产成本，降低废液处理量，更加环保；因为带内构件的管式反应器组中的硫酸和反应物可以达到充分的混合，所以较常规反应器相比，只需要少量的硫酸就可以达到相同的催化效果。
(8)本发明所述的新型反应器组，新型反应器组避免了传统间歇搅拌釜式反应器中旋转削弱密封性能的缺点，密封性能更好，特别适合于易燃，易爆以及腐蚀性物料的混合与反应。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的合成对叔丁基甲苯的工艺流程示意图。
附图标记说明：
11-第一文丘里混合器；12-第二文丘里混合器；13-第N文丘里混合器；21-第一带内构件的管式反应器；22-第N带内构件的管式反应器；3-静置釜；
A-甲苯进口；B-浓硫酸进口；C-异丁烯进口；D-粗产品出口；E--浓硫酸出口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
实施例1
以文丘里混合器与带SV型内构件的管式反应器依次交替连接作为新型反应器组，管式反应器单管长3m，管内径为12mm，所有带内构件的管式反应器长度之和为6m，由两个文丘里混合器和两个带SV型内构件的管式反应器依次交替连接而成。
甲苯单股进料由第一文丘里混合器11主进口进入，浓硫酸单股进料由第一文丘里混合器11侧进口进入，甲苯和浓硫酸在第一文丘里混合器11中混合后进入第一带内构件的管式反应器21中进行预混合，第1股液相异丁烯从第二文丘里混合器12侧进口进入新型反应器组。
甲苯摩尔流量2kmol/h，硫酸摩尔流量0.25kmol/h，液态异丁烯总摩尔流量1kmol/h。在反应温度10℃，反应压力0.45MPa的条件下，甲苯和异丁烯在浓硫酸催化作用下在新型反应器组中进行连续液液两相烷基化反应。
在带内构件的管式反应器外壁的夹套中通入冷冻盐水，冷冻盐水进出口温差为2℃。经分析，异丁烯的转化率为98％，从第N带内构件的管式反应器22出口出来的粗产品从顶部流入静置釜3，静置分离后，从静置釜3上部得到的上层粗产品精馏后得到产物对叔丁基甲苯，对叔丁基甲苯选择性为99％。
静置釜3下部的浓硫酸从静置釜3底部流出并流入第一文丘里混合器11的侧进口，循环使用。
实施例2
以文丘里混合器与带SX内构件的管式反应器依次交替连接作为新型反应器组，管式反应器长2m，管内径为25mm，所有带内构件的管式反应器长度之和为14m，由七个文丘里混合器和七个管式反应器依次交替连接而成。
甲苯单股进料由第一文丘里混合器11主进口进入，浓硫酸单股进料由第一文丘里混合器11侧进口进入，甲苯和浓硫酸在第一文丘里混合器11中混合后进入第一带内构件的管式反应器21进行预混合，液相异丁烯分6股进料，分别从第二个到第七个文丘里混合器侧进口进入新型反应器组。
甲苯总摩尔流量4.06kmol/h，硫酸总摩尔流量0.39kmol/h，液态异丁烯摩尔流量3kmol/h，6股异丁烯的分配比分别是20％，25％，15％，15％，15％，10％。在反应温度5℃，反应压力0.40MPa的条件下，甲苯和异丁烯在浓硫酸催化作用下在新型反应器组中进行连续液液两相烷基化反应。
在管式反应器外壁的夹套中通入入冷冻盐水，冷冻盐水进出口温差为3℃。异丁烯的转化率为100％，从第N带内构件的管式反应器22出口出来的粗产品从顶部流入静置釜3，静置分离后，从静置釜3上部得到的上层粗产品精馏后得到产物对叔丁基甲苯，对叔丁基甲苯的选择性为99％。
静置釜3下部的浓硫酸从静置釜3底部流出并流入第一文丘里混合器11的侧进口，循环使用。。
实施例3
以文丘里混合器与带SV内构件的管式反应器依次交替连接作为新型反应器组，管式反应器长1.8m，管内径为11mm，所有带内构件的管式反应器长度之和为19.8m，由十一个文丘里混合器和十一个管式反应器依次交替连接而成。
甲苯单股进料由第一文丘里混合器11主进口进入，浓硫酸单股进料由第一文丘里混合器11侧进口进入，甲苯和浓硫酸在第一文丘里混合器11中混合后进入第一带内构件的管式反应器21进行预混合，液相异丁烯分为10股进料，分别从第二个到第十一个文丘里混合器侧进口进入新型反应器组。
甲苯总摩尔流量为5.6kmol/h，硫酸总摩尔流量为0.4kmol/h，液态异丁烯摩尔流量为5kmol/h，10股异丁烯的分配比分别是5％，10％，10％，10％，10％，15％，15％，10％，10％，5％。在反应温度10℃，反应压力0.45MPa的条件下，甲苯和异丁烯在浓硫酸催化作用下在新型反应器组中进行连续液液两相烷基化反应。
在管式反应器外壁的夹套中通入冷冻盐水，冷冻盐水进出口温差为5℃。异丁烯的转化率为100％，从第N带内构件的管式反应器22出口出来的粗产品从顶部流入静置釜3，静置分离后，从静置釜3上部得到的上层粗产品精馏后得到产物对叔丁基甲苯，对叔丁基甲苯的选择性为98％。
静置釜3下部的浓硫酸从静置釜3底部流出并流入第一文丘里混合器11的侧进口，循环使用。
由上述实施例可知，本发明所述的合成对叔丁基甲苯的方法，以异丁烯、甲苯为原料，在浓硫酸的催化作用下，通过新型反应器组进行连续液液两相烷基化反应合成对叔丁基甲苯，该方法中反应物异丁烯的转化率高，目标产物收率高，物料混合均匀，反应温度可控，新型反应器组体积小，可连续进行反应，且催化剂浓硫酸的用量少，可循环，可以实现对叔丁基甲苯高效、低廉、连续化的生产。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型反应器组，其特征在于：包括多个依次交替连接的文丘里混合器和带内构件的管式反应器，所述文丘里混合器和带内构件的管式反应器的外壁均设有夹套，第一文丘里混合器(11)的主进口与第一外来料管道连通，第一文丘里混合器(11)的侧进口与第二外来料管道连通，第二文丘里混合器(12)至第N文丘里混合器(13)的侧进口均与第三外来料管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种新型反应器组，其特征在于：还包括静置釜(3)，静置釜(3)的顶部与第N带内构件的管式反应器(22)的出口连接，静置釜(3)的底部与第一文丘里混合器(11)的侧进口连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型反应器组，其特征在于：所述内构件为静态混合器所用的混合内构件。
4.根据权利要求3所述的一种新型反应器组，其特征在于：所述内构件为静态混合器所用的Kenics型、SMX型、SV型、SH型、SK型、SX型、SL型、东利Hi型的混合内构件中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种新型反应器组，其特征在于：所述新型反应器组中带内构件的管式反应器的数量为2-11个。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述的新型反应器组合成对叔丁基甲苯的方法，其特征在于：以异丁烯、甲苯为原料，在浓硫酸的催化作用下，通过新型反应器组进行连续液液两相烷基化反应合成对叔丁基甲苯。
7.根据权利要求6所述的一种合成对叔丁基甲苯的方法，其特征在于：所述甲苯从第一文丘里混合器(11)的主进口单股进料，浓硫酸从第一文丘里混合器(11)的侧进口单股进料，异丁烯分别从第二文丘里混合器(12)至第N文丘里混合器(13)的侧进口多股进料，反应完成后，粗产物从第N带内构件的管式反应器(22)的出口流出，经后处理后得到产物对叔丁基甲苯。
8.根据权利要求6所述的一种合成对叔丁基甲苯的方法，其特征在于：所述异丁烯总摩尔量与甲苯总摩尔量之比为0.1-1，所述浓硫酸总质量与甲苯总质量之比为5％-20％。
9.根据权利要求6所述的一种合成对叔丁基甲苯的方法，其特征在于：所述甲苯在新型反应器组中停留时间为0.5-60min。
10.根据权利要求6所述的一种合成对叔丁基甲苯的方法，其特征在于：所述新型反应器组的反应温度为0-30℃，反应压力为0.2-1.0MPa。
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