CN111410634A - 一种高效动态n-甲基咪唑合成纯化新技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高效动态N‑甲基咪唑合成纯化新技术，将甲胺、甲醛、氨水和乙二醛溶液加入反应釜中，反应得到含有N‑甲基咪唑的粗产品；反应釜接入蒸馏冷凝系统，蒸馏后的产物经过冷凝回收进入冷凝收集罐；冷凝收集罐内粗产品流入到精馏原料罐，原料罐接入精馏塔进行精馏，实时监测原料浓度和N‑甲基咪唑产物浓度并动态调整精制系统操作条件，得到的N‑甲基咪唑产品浓度在99%以上。本发明对传统工艺进行了改进升级，具有流程简短、工序简便等特点，尤其在精制系统中根据产物浓度动态调整操作参数，既降低了能耗，又提高了N‑甲基咪唑的纯度。所得的N‑甲基咪唑可用于医药合成，离子液体合成以及环氧树脂和其它树脂的固化剂等领域。

Description

一种高效动态N-甲基咪唑合成纯化新技术
技术领域
本发明涉及合成纯化工艺技术领域，具体涉及一种高效动态N-甲基咪唑纯化新技术。
背景技术
N-甲基咪唑（学名：1-Methylimidazole）别名：1-甲基-1H-咪唑、1-甲基咪唑，无色至淡黄色透明液体，主要用于合成常规的咪唑类离子液体，也可用于环氧树脂和其它树脂的固化剂，以及有机合成中间体。
离子液体是由阴阳离子组成的一种新型绿色化的环保溶剂，它有许多不同于常规溶剂的性质，如不挥发、液程范围宽、热稳定好、溶解能力强、电化学窗口宽等。近年来，离子液体由于其自身的特性，在催化与分离、有机合成、材料制备、资源环境利用等领域有着广泛的应用。咪唑类离子液体作为一种常见的离子液体类别，在上述领域也有较多的应用。N-甲基咪唑作为咪唑类离子液体最常见的合成原料，对它的研究却相对较少。
目前N-甲基咪唑的制备工艺主要有一步环合法和咪唑取代法。咪唑取代法能耗高，污水量大，使用价格高、且含有毒性的碘甲烷，因此目前大都使用一步环合法来生产N-甲基咪唑。然而，现有的一步环合法生产工艺也存在着纯化复杂、污染严重等问题。专利CN110343071A和CN103086978都采用咪唑与甲醇反应合成N-甲基咪唑，并使用催化剂进行反应，反应能耗高，受制于咪唑产量不利于N-甲基咪唑规模化制备。专利CN105348199采用有机溶剂进行萃取，不符合清洁绿色发展概念且工艺流程复杂。专利CN105732508A中采用气相催化反应进行N-甲基咪唑的制备，加快了反应速度，但是反应危险性也随之上升。因此，开发合成效率高、纯化时间短、产品纯度高、绿色环保并且易于工业放大的N-甲基咪唑合成纯化新方法，具有重要的现实意义和应用前景。
发明内容
本发明提出了一种高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，以甲胺、乙二醛、甲醛和氨水为原料反应物，采用蒸馏和精馏相结合的方法，通过浓度实时调节精制系统操作参数，以获得高纯度的N-甲基咪唑。该方法工序简单，操作简便，成本低，耗时短，是一种高效纯化N-甲基咪唑的方法。
实现本发明的技术方案是：
一种高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，步骤如下：
（1）将甲醛加入到反应釜中，然后向反应釜依次加入浓度为40%的甲胺溶液和氨水，最后缓慢加入乙二醛溶液，待乙二醛溶液加入完成后开始反应，反应得到含有N-甲基咪唑的粗产品；
（2）将步骤（1）所制得的粗产品接入真空蒸馏冷凝系统，蒸馏出的产物经过冷凝回收进入收集罐，随后流入精馏原料罐供精制系统使用；
（3）将步骤（2）中精馏原料罐接入精制系统，根据原料浓度和产物N-甲基咪唑的浓度实时动态调整精馏参数，蒸出多余的水得到N-甲基咪唑，精馏塔底部获得的高纯度N-甲基咪唑从精制系统中流出进行罐装。
所述步骤（1）中甲胺、乙二醛、甲醛和氨水的摩尔比为1:（1~2）:（1~4）:（1~3）。
所述步骤（1）中反应温度为50~70℃，反应时间为3~5h。
所述步骤（2）中粗真空蒸馏冷凝系统的温度为60~70℃，冷凝温度为10℃，真空度为96~99kPa。
所述步骤（3）中精制系统温度为50~70℃，真空度为96~97kPa。
所述步骤（3）中N-甲基咪唑的浓度>98%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中采用蒸馏冷凝-动态精馏相结合的方法纯化N-甲基咪唑，通过二次精馏实现反应产物与废渣和废水的快速分离，并且通过浓度在线监测动态优化精馏工艺，即提高了产物产率，又降低了能耗，产物N-甲基咪唑浓度>98%。
（2）本发明中合成N-甲基咪唑所需原料易得、纯化工艺流程简短、与现有工艺相比，实现了连续化生产，且适合规模化工业生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，步骤如下：
（1）将一定量的甲醛溶液加入反应装置中，开启反应装置循环水浴，保持在室温，再依次加入40%甲胺溶液和氨水溶液，甲醛和40%甲胺溶液的摩尔比为1:2.5，甲醛和氨水的摩尔比为1:2，室温下开启搅拌。搅拌10min后，再缓慢加入乙二醛溶液，甲醛和乙二醛的摩尔比为1:1.5。待乙二醛溶液完全加入后，升高循环水浴温度到50℃，在此温度下反应5h；
（2）反应结束后，反应装置接入真空冷凝系统，反应装置循环水浴温度升高到60℃，维持真空度为96kPa，循环冷凝水温度为10℃下进行蒸馏冷凝，直至无馏分蒸出。恢复反应装置压力至常压，冷凝液进入精馏系统原料罐，经检测N-甲基咪唑的浓度为13.5%；
（3）将精馏系统原料罐内粗产品流入精馏装置内，调整精馏装置底部温度为50℃，装置壁温为65℃，控制精馏真空度为96kPa，调整合适的回流比，进行精馏操作。精馏后的N-甲基咪唑留在装置底部，产率为98.2%，浓度为98.6%。在连续化生产时可根据进入精馏装置的原料浓度动态调整精馏装置底部、中部、顶部温度以及精馏压力，以期达到最佳纯化工艺；
（4）精馏装置底部安装有在线式光学电子检测仪可以实时监测产物精馏后的浓度，待产物浓度达到要求后由管道流出进行封装。
实施例2
本实施例的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，步骤如下：
（1）将一定量的甲醛溶液加入反应装置中，开启反应装置循环水浴，保持在室温，再依次加入40%甲胺溶液和氨水溶液，甲醛和40%甲胺溶液的摩尔比为1:4，甲醛和氨水的摩尔比为1:3，室温下开启搅拌。搅拌10min后，再缓慢加入乙二醛溶液，甲醛和乙二醛的摩尔比为1:2。待乙二醛溶液完全加入后，升高循环水浴温度到70℃，在此温度下反应3h；
（2）反应结束后，反应装置接入真空冷凝系统，反应装置循环水浴温度保持在70℃，维持真空度为99 kPa，循环冷凝水温度为10℃进行蒸馏冷凝，直至无馏分蒸出。恢复反应装置压力至常压，冷凝液进入精馏系统原料罐，经检测N-甲基咪唑的浓度为16.3%；
（3）将精馏系统原料罐内粗产品流入精馏装置内，调整精馏装置底部温度为50℃，装置壁温为50℃，控制精馏真空度为97 kPa，调整合适的回流比，进行精馏操作。精馏后的N-甲基咪唑留在装置底部，产率为98.8%，浓度为98.9%。在连续化生产时可根据进入精馏装置的原料浓度动态调整精馏装置底部、中部、顶部温度以及精馏压力，以期达到最佳纯化工艺；
（4）精馏装置底部安装有在线式光学电子检测仪可以实时监测产物精馏后的浓度，待产物浓度达到要求后由管道流出进行封装。
实施例3
本实施例的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，步骤如下：
（1）将一定量的甲醛溶液加入反应装置中，开启反应装置循环水浴，保持在室温，再依次加入40%甲胺溶液和氨水溶液，甲醛和40%甲胺溶液的摩尔比为1:1，甲醛和氨水的摩尔比为1:1，室温下开启搅拌。搅拌10min后，再缓慢加入乙二醛溶液，甲醛和乙二醛的摩尔比为1:1。待乙二醛溶液完全加入后，升高循环水浴温度到60℃，在此温度下反应4h；
（2）反应结束后，反应装置接入真空冷凝系统，保持反应装置循环水浴温度为65℃，维持真空度为98 kPa，循环冷凝水温度为10℃进行蒸馏冷凝，直至无馏分蒸出。恢复反应装置压力至常压，冷凝液进入精馏系统原料罐，经检测N-甲基咪唑的浓度为17.8%；
（3）将精馏系统原料罐内粗产品流入精馏装置内，调整精馏装置底部温度为50℃，装置壁温为70℃，控制精馏真空度为96.5 kPa，调整合适的回流比，进行精馏操作。精馏后的N-甲基咪唑留在装置底部，产率为98.1%，浓度为99.2%。在连续化生产时可根据进入精馏装置的原料浓度动态调整精馏装置底部、中部和顶部温度，以及精馏压力，以期达到最佳纯化工艺；
（4）精馏装置底部安装有在线式光学电子检测仪可以实时监测产物精馏后的浓度，待产物浓度达到要求后由管道流出进行封装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于步骤如下：
（1）将甲醛加入到反应釜中，然后向反应釜依次加入浓度为40%的甲胺溶液和氨水，最后缓慢加入乙二醛溶液，反应得到含有N-甲基咪唑的粗产品；
（2）将步骤（1）所制得的粗产品接入真空蒸馏冷凝系统，蒸馏出的产物经过冷凝回收进入收集罐，随后流入精馏原料罐；
（3）将步骤（2）中精馏原料罐接入精制系统，蒸出多余的水得到N-甲基咪唑。
2.根据权利要求1所述的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于：所述步骤（1）中甲胺、乙二醛、甲醛和氨水的摩尔比为1:（1~2）:（1~4）:（1~3）。
3.根据权利要求1所述的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于：所述步骤（1）中反应温度为50~70℃，反应时间为3~5h。
4.根据权利要求1所述的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于：所述步骤（2）中粗真空蒸馏冷凝系统的温度为60~70℃，冷凝温度为10℃，真空度为96~99kPa。
5.根据权利要求1所述的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于：所述步骤（3）中精制系统温度为50~70℃，真空度为96~97kPa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于：所述步骤（3）中接入精制系统后，根据原料浓度和产物N-甲基咪唑的浓度实时动态调整精馏参数。
7.根据权利要求6所述的高效动态N-甲基咪唑纯化新技术，其特征在于：所述步骤（3）中N-甲基咪唑的浓度>98%。
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