CN111889030A - 一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种4‑氯乙酰乙酸酯的合成装置，包括反应器，反应器、物料存储器、出料管和两个进料管，反应器包括侧壁、端壁和围绕而成的腔体；物料存储器设置于反应器的腔体内，包括侧壁、端壁和围绕而成的腔体，侧壁上设置有多个通孔；第一进料管和反应器的腔体连通，第二进料管和物料存储器的腔体连通；出料管和反应器的腔体连通。反应时，气体通过通孔会产生大量气泡，气泡会产生涡旋搅动作用，气体会快速和双乙烯酮反应，提高反应的速率，缩短了反应时间，提高了生产效率，同时减少副产物2‑氯乙酰乙酸酯的生成。

Description

一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置。

背景技术

4-氯乙酰乙酸乙酯为无色或淡黄色透明液体，是生产氮氯地平、奥拉西坦、阿托伐汀钙等原料的重要中间体，市场需求量较大。

目前工业化的生产方法为双乙烯酮法，以双乙烯酮为起始原料，经过氯化和酯化两步合成4-氯乙酰乙酸乙酯，其原料均廉价易得，但其本身固有的缺点是产品收率偏低，只有75%-88%，造成成本偏高。采用双乙烯酮法合成4-氯乙酰乙酸乙酯，现有工业化生产主要是通过间歇釜式生产，先通入氯气进行搅拌氯化，氯化结束后再加入乙醇进行搅拌酯化，存在反应时问长，氯化深度难以控制，副产物多，收率低等问题。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置，具体技术方案，包括：

反应器，包括第一侧壁、第一端壁、第二端壁和第一腔体，其中第一腔体由第一侧壁、第一端壁和第二端壁围绕而成，第一端壁上设置有第一进料口，第二端壁上设置有出料口；

第一物料存储器，设置于反应器的第一腔体内，包括第二侧壁、第三端壁和第二腔体，其中第二腔体由第二侧壁和第三端壁围绕而成，第三端壁上设置有第二进料口，第二侧壁上设置有多个第一通孔。

第一进料管，设置在第一进料口上，和反应器的第一腔体连通；

第二进料管，贯穿反应器的第一侧壁、第一端壁和第二端壁之一，通过第一腔体设置在第二进料口上，和第一物料存储器的第二腔体连通；

出料管，设置在出料口上，和反应器的第一腔体连通；

有益效果是：

反应时，先将双乙烯酮溶液通过第一进料管进入反应器的第一腔体内，然后通入氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，由于第一物料存储器的第二侧壁上设置有多个通孔，氯气通过通孔进入反应器中的第一腔体，氯气会通过多个通孔形成很多气泡，大量气泡的涡旋搅动作用使得氯气快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中，同时大量气泡的涡旋搅动作用下，氯气会快速和双乙烯酮反应生成目标中间产物，提高反应的速率，缩短了反应时间，提高了生产效率，同时由于氯气和双乙烯酮反应加快，减少了杂质中间产物的生成，从而减少了后续副产物2-氯乙酰乙酸酯的生成。

待氯气反应完成后，通入乙醇气体，乙醇气体通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，由于第一物料存储器的第二侧壁上设置有多个通孔，乙醇气体通过通孔进入反应器中的第一腔体，乙醇气体会通过多个通孔形成很多气泡，大量气泡的涡旋搅动作用使得乙醇快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中，同时大量气泡的涡旋搅动作用下，乙醇会快速和目标中间产物反应生成4-氯乙酰乙酸酯。最优的方式是通入乙醇气体，当然通入乙醇液体也可以实现上述的效果，通入乙醇液体时，乙醇液体也会通过通孔进入反应器中的第一腔体，乙醇液体会通过多个通孔喷射同样会形成大量液体涡旋，同样搅动作用下使得乙醇快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中。

反应完成后的产品通过第一出料管排产，并经过后续的蒸馏步骤进行分离后得到产品4-氯乙酰乙酸酯。

进一步的，还包括：

第二物料存储器，设置于第一物料存储器的第二腔体内，包括第三侧壁、第四端壁和第三腔体，其中第三腔体由第三侧壁和第四端壁围绕而成，第四端壁上设置有第三进料口，第三侧壁上设置有多个第二通孔，第二通孔上设置有一一对应的多个支管，支管穿过第一物料存储器和部分第一通孔连通。

第三进料管，贯穿反应器的第一侧壁、第一端壁和第二端壁之一，通过第一腔体贯穿第一物料存储器的第二侧壁和第三端壁之一，通过第二腔体和第二物料存储器的第三腔体连通；

有益效果是：为了提高反应的效率，将氯气和乙醇分开通入，氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，由于第一物料存储器的第二侧壁上设置有多个第一通孔，氯气通过第一通孔进入反应器中的第一腔体，实现双乙烯酮的第一步氯化反应。之后将乙醇通过第三进料管进入第二物料存储器中的第三腔体，由于第二物料存储器的第三侧壁上设置有多个第二通孔，第二通孔上设置由多个支管穿过第一物料存储器和部分第一通孔连通，乙醇通过第二通孔和支管从第一通孔进入反应器中的第一腔体，实现双乙烯酮的第二步的酯化反应。这样氯气和乙醇分开通入，大大提高了生产效率，可以实现连续化、工业化生产。

进一步的，第一物料存储器为锥形，锥形包括大径端和小径端，大径端远离第一进料口设置。

有益效果是：第一物料存储器的锥形设置，起到了双乙烯酮溶液分流的作用，双乙烯酮溶液在反应过程中尤其是连续化反应过程中，会通过锥形设置进行分流，增加了双乙烯酮溶液和锥形表面的接触面积，大大提高了反应的效率。同时通过分流的作用，使得氯气、乙醇气体或者乙醇液体的涡旋作用大大增加，加快了氯气和乙醇在溶液中分散的速度。

进一步的，第一通孔和/或第二通孔沿第一物料存储器轴向设置多排。

进一步的，第一通孔的直径和/或排间距沿着第一物料存储器轴向，从锥形大径端向小径端递减设置。

进一步的，第一通孔的直径和/或排间距沿着第一物料存储器轴向，从锥形大径端向小径端呈等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1-1.9。

有益效果是：研究发现，通孔的直径和排间距自上而下程等比数列的递减，由于该种孔的设置，会使得气泡大小规律变化。锥形小径端产生的气泡小、移动的距离长、气泡多，加快了和双乙烯酮反应速率；锥形大径端产生的气泡大、移动的距离短、气泡少，反应速度缓慢，增加反应的均一性，避免副产物的产生。

进一步的，第一物料存储器和水平面的水平夹角α为30-60度。

有益效果：第一物料存储器和水平面的水平夹角α影响气泡的移动距离，同时由于锥形的投影所覆盖的双乙烯酮溶液的量不同，所以会影响反应的速率和副产物的产生，α为30-60度可以进一步提高反应的速率，增加反应的均一性，减少副产物的产生。

进一步的，还包括转轮、转轴和传动装置，转轮设置在反应器的第一腔体内，转轮上设置有转轴，转轴穿过反应器的第一侧壁和第一侧壁外侧的传动装置连接。

进一步的，转轮上设置有多个叶片，叶片表面上设置有稳定剂层。

进一步的，叶片为三层结构，中间为基体层，两侧为稳定剂层。

有益效果：为了提升反应的产率，降低副产物的产生，在第一腔体中设置稳定剂层，稳定剂层设置在转轮的叶片表面，连续反应过程中，双乙烯酮溶液可以推动转轮的叶片转动，增大双乙烯酮溶液和稳定剂的接触面积，大大提升的稳定剂在反应中的作用，降低了副产物的产生。双乙烯酮溶液的推动下，使得转轮转动，转轮转动可以通过转轴作用到第一侧壁外层的传动装置，带动传动装置运动，传动装置可以作为动力源进一步支持整个反应的体系，例如传动装置可以带动反应体系中的降温系统的运行。当然传动装置也可以作为动力源的一部分，来为双乙烯酮、氯气、乙醇等物料进料提供一部分动力，从而实现动能的循环。

为实现上述目的，本发明还提供了一种4-氯乙酰乙酸酯的制备方法，具体技术方案，包括：

1）将双乙烯酮和有机溶剂按摩尔比0.5-50:1组成溶液，将上述溶液通过第一进料管进入反应器的第一腔体内。

2）通入氯气，氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，通过第一通孔进入反应器中的第一腔体内，氯气通入时间为30min。

3）通入乙醇，乙醇通过第三进料管进入第二物料存储器中的第三腔体，通过第二通孔和支管从第一通孔进入反应器中的第一腔体，乙醇通入时间为30min。

4）将上述反应液通过出料管排出，先进行分馏，回收有机溶剂，直到没有馏分流出为止。

5）将上述剩余分馏完成的反应液进行精馏，得到目标产物4-氯乙酰乙酸乙酯。

有益效果是：氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，由于第一物料存储器的第二侧壁上设置有多个第一通孔，氯气通过第一通孔进入反应器中的第一腔体，实现双乙烯酮的第一步氯化反应。之后将乙醇通过第三进料管进入第二物料存储器中的第三腔体，由于第二物料存储器的第三侧壁上设置有多个第二通孔，第二通孔上设置由多个支管穿过第一物料存储器和部分第一通孔连通，乙醇通过第二通孔和支管从第一通孔进入反应器中的第一腔体，实现双乙烯酮的第二步的酯化反应。这样氯气和乙醇分开通入，大大提高了生产效率，可以实现连续化、工业化生产。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标，特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置的包含第一物料存储器的结构示意图；

图2为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置包含第一、第二物料存储器的结构示意图；

图3为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置的具体实施例1的结构示意图；

图4为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置的第一物料存储器的结构示意图；

图5为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成中气泡产生示意图；

图6A、6B、6C分别为本发明第一物料存储器和水平面夹角为30度、45度和60度示意图；

图7为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置的包含转轮的结构示意图；

图8为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置中转轮的结构示意图；

图9为本发明4-氯乙酰乙酸酯的合成装置中转轮叶片的结构示意图；

附图标记说明如下：

100、110、120-反应器，101、111、121-第一侧壁，102、112、122-第一腔体，103、113、123-第一端壁，104、114、124-第二端壁；

200、210、220-第一物料存储器，201、211、221-第二侧壁，202、212、222-第二腔体，203、213、223-第三端壁，204、214、224-第一通孔；

910、920-第二物料存储器，911、921-第三侧壁，912、922-第三腔体，913、923-第四端壁，914、924-支管，915、925-第二通孔；

3-第一进料口，4-第一进料管，5-出料口，6-出料管，7-第二进料口，8-第二进料管，10-第三进料口，11-第三进料管；

12-气泡，13-双乙烯酮溶液,14-转轮，141-叶片，1411-稳定剂层，1412-基体层，142-叶片通孔，15-转轴，16-传动装置。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构，系统和步骤。应理解的是，可以使用部件，结构，示例性装置，系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”，“之间”，“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中的示例的方向。本公开所述的多个为至少两个。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

本发明的一个实施例提供了一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置，如图1所示，包括反应器100和设置在反应器内部的第一物料存储器200。

其中应器100包括第一侧壁101、第一端壁103、第二端壁104和第一腔体102，第一腔体102由第一侧壁101、第一端壁103和第二端壁104围绕而成；其中第一端壁103上设置有第一进料口3，第一进料口3上设置有第一进料管4，使得第一进料管4和第一腔体102连通；第二端壁104上设置有出料口5，出料口5上设置有出料管6，使得出料管和第一腔体102连通。

第一物料存储器200设置于所述反应器100的第一腔体102内，包括第二侧壁201、第三端壁203和第二腔体202，第二腔体202由第二侧壁201和第三端壁203围绕而成；其中第三端壁203上设置有第二进料口7，第二进料口7上设置有第二进料管8，第二进料管8贯穿所述反应器的第二端壁104并穿过第一腔体102，和第一物料存储器200的第二腔体202连通；第二进料管8和第一腔体102不连通，同时第二进料管8和第二端壁104接触部分密封设置，以防止物料泄露；其中第二侧壁上设置有多个第一通孔204。

在其他实施例中，第二进料管可以贯穿反应器的第一侧壁、第一端壁和第二端壁中的任何一个。

反应时，先将双乙烯酮溶液通过第一进料管4进入反应器100的第一腔体102内，然后通入氯气通过第二进料管8进入第一物料存储器200中的第二腔体202内，由于第一物料存储器200的第二侧壁201上设置有多个第一通孔204，氯气通过第一通孔204进入反应器中的第一腔体102内，氯气会通过多个通孔形成很多气泡，大量气泡的涡旋搅动作用使得氯气快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中，同时大量气泡的涡旋搅动作用下，氯气会快速和双乙烯酮反应生成目标中间产物，提高反应的速率，缩短了反应时间，提高了生产效率，同时由于氯气和双乙烯酮反应加快，减少了杂质中间产物的生成，从而减少了后续副产物2-氯乙酰乙酸酯的生成。

待氯气反应完成后，通入乙醇气体，乙醇气体通过第二进料管8进入第一物料存储器200中的第二腔体202内，由于第一物料存储器200的第二侧壁201上设置有多个第一通孔204，乙醇气体通过第一通孔204进入反应器100中的第一腔体102内，乙醇气体会通过多个通孔形成很多气泡，大量气泡的涡旋搅动作用使得乙醇快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中，同时大量气泡的涡旋搅动作用下，乙醇会快速和目标中间产物反应生成4-氯乙酰乙酸酯。

最优的方式是通入乙醇气体，当然通入乙醇液体也可以实现上述的效果，通入乙醇液体时，乙醇液体也会通过通孔进入反应器中的第一腔体，乙醇液体会通过多个通孔喷射同样会形成大量液体涡旋，同样搅动作用下使得乙醇快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中。

反应完成后的产品通过出料管6排出，并经过后续的蒸馏步骤进行分离后得到产品4-氯乙酰乙酸酯。

在一个实施例中，如图2所示，一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置还包括第二物料存储器910，设置于第一物料存储器210的所述第二腔体212内，第二物料存储器910包括第三侧壁911、第四端壁913和第三腔体912，第三腔体912由第三侧壁911和第四端壁913围绕而成；第四端壁913上设置有第三进料口10，第三进料口10上设置有第三进料管11，第三进料管11依次穿过反应器的第二端壁114和第一腔体112、第一物料存储器210的第三端壁213和第二腔体212，和第二物料存储器910的第三腔体912连通；第三侧壁911上设置有多个第二通孔915，第二通孔915上设置由多个支管914穿过第一物料存储器210，和部分第一通孔214连通。其中第三进料管11和第一腔体112、第二腔体212均非连通，并且和第二端壁114、第三端壁213接触部分均密封连接，以防止物料泄露。第二通孔915和第一通孔214连通，但和第一物料存储器210非连通。

在其他实施例中，第三进料管可以贯穿反应器的第一侧壁、第一端壁和第二端壁的任何一个。

在其他实施例中，第三进料管可以贯穿第一物料存储器的第二侧壁和第三端壁的任何一个。

在其他实施例中，第一通孔上可以设置止回阀，以实现气体从通孔中进入第一腔体，而禁止双乙烯酮溶液反流到第一物料存储器和第二物料存储器内。当然也可以不设置止回阀，靠物料存储器中气体的自然产出的气压而阻止双乙烯酮溶液反流。

为了提高反应的效率，可以将氯气和乙醇分开通入，氯气通过第二进料管8进入第一物料存储器210中的第二腔体212，由于第一物料存储器210的第二侧壁211上设置有多个第一通孔214，氯气通过第一通孔214进入反应器110中的第一腔体112，实现双乙烯酮的第一步氯化反应。之后将乙醇通过第三进料管11进入第二物料存储器中910的第三腔体912，由于第二物料存储器910的第三侧壁911上设置有多个第二通孔915，第二通孔915上设置由多个支管914穿过第一物料存储器210和部分第一通孔214连通，乙醇通过第二通孔915和支管914从第一通孔214进入反应器110中的第一腔体112，实现双乙烯酮的第二步的酯化反应。这样氯气和乙醇分开通入，大大提高了生成的效率，可以实现连续化、工业化生产。

在一个实施例中，第一物料存储器为锥形，锥形大径端远离第一进料口3设置，当双乙烯酮溶液从第一进料管4进入反应器的第一腔体时，双乙烯酮溶液先接触第一物料存储器的小径端，由于锥形设置，产生了分流的作用，增加了溶液和侧壁的接触面积，从而增大了反应的速率。锥形包括圆锥形、多棱锥形。

在一个实施例中，第二物料存储器为锥形，锥形大径端远离第一进料口3设置，优选的方式为第二物料存储器的第三侧壁和第一物料存储器的第二侧壁平行设置，这样的设置可以使得外层的氯气很好的通过第二腔体进入第一腔体和双乙烯酮反应，同时由于这种平行设置，可以缩短第二物料存储器上支管的距离，更有利于第二物料存储器中的乙醇气体或液体进入第一腔体内实现双乙烯酮的酯化反应。

当然，在实际情况中，第一物料存储器和第二物料存储器并不限于上述实施例，还可以根据实际需要进行具体设置，以满足各种应用场景的需要，提高设计的灵活性，如可以设置为锥柱结构。

在一个实施例中，反应器为柱状设置，可以为圆柱、棱柱或椎柱状，优选的为椎柱状，更加优选的为椎柱的第一侧壁和第一物料存储器的第二侧壁平行设置，这样有利于双乙烯酮溶液的分流和控制流速一致，进而控制反应的均匀一致性，减少副产物的产生。

在一个实施例中，反应器为立式设置，第一进料口在下方，第二进料口和第三进料口在上方，双乙烯酮溶液从下向上流动，可以进一步增加双乙烯酮溶液和气体的接触时间，提高反应的速率。立式设置，气体从第一通孔进入第一腔体中，会由于浮力作用从下向上移动，进一步增加了气体的涡旋搅动作用，也可以增加反应的速率。

在一个实施例中，第一通孔沿着第一物料存储器的第二侧壁的周向设置一圈，同时沿着第一物料存储器轴向设置多排，使得锥形侧壁上均匀分布通孔，可以进一步提高反应的均一性，减少副产物的产生。

在一个实施例中，第一通孔直径沿着第一物料存储器轴向，从锥形大径端向小径端递减设置。如图5所示，锥形大径端的通孔直径大，气体通过大直径的通孔产生的气泡大，但由于通孔直径大，气体的压强相对较小，所以气泡可以在双乙烯酮溶液中移动的距离短，同时产生的气泡少；锥形小径端通孔的直径小，气体通过小直径的通孔产生的气泡小，但由于通孔直径小，气体的压强相对较大，所以气泡可以在双乙烯酮溶液中移动的距离长，同时产生的气泡多。

第一物料存储器锥形小径端产生的气泡小、移动的距离长、气泡多，气泡和双乙烯酮溶液的接触比表面积大，气体和双乙烯酮的反应速度快；由于锥形小径端距离双乙烯酮溶液的进料口近，所以在连续化生产中，小径端产生的气泡先和双乙烯酮反应，气泡多、气泡小并且气泡移动的距离长，搅动涡旋作用强，反应速度快，反应面积广，提高了反应速率。锥形大径端产生的气泡大、移动的距离短、气泡少，气泡和双乙烯酮溶液的接触比表面积小，气体和双乙烯酮的反应速度缓慢。第一物料存储器锥形大径端距离双乙烯酮溶液的进料口远，所以在连续化生产中，大径端产生的气泡主要将之前小径端没有来的及反应的双乙烯酮进行反应，气泡少、气泡大并且气泡移动距离短，搅动涡旋作用弱，反应速度缓慢，增加反应的均一性，避免副产物的产生。当然在优选的立式的反应器中，小径端没有反应的气体由于浮力的作用会向上移动，和上方的气泡进行聚合形成大气泡，这样从下到上气泡由小变大，既增加了靠近进料口部分的双乙烯酮的反应速率，又减小了远离进料口部分物料的副反应产物的生成，连续化生产方便简单高效，产率高。

在一个实施例中，第一物料存储器和水平面的水平夹角α为30-60度。如图6A、6B、6C所示，第一物料存储器锥形纵向截面的斜边和水平夹角α为30-60度，优选的为45度。发明人研究发现第一物料存储器和水平面的水平夹角α影响气泡的移动距离，同时由于锥形的投影所覆盖的双乙烯酮溶液的量不同，所以会影响反应的速率和副产物的产生。当α小于30度时，锥形的投影所覆盖的双乙烯酮溶液的量多，此时产生的气泡移动的距离短，使得有部分双乙烯酮不能充分反应；当α大于60度时，锥形的投影所覆盖的双乙烯酮溶液的量少，此时产生的气泡移动的距离长，使得双乙烯酮过分反应而产生副反应产物。所以选择α为30-60度，优选的为45度，α为45度时，其他条件相同的情况下，最有利于反应的进行，且反应的副产物最少

在一个实施例中，第一通孔和第二通孔直径沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1-1.9，优选为1.5。

发明人研究发现通孔的直径沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，有利于提高反应的速率和降低副产物的产生。当直径等比数列的公比小于1.1时，相邻两排通孔产生的气泡相差较小，这样反应速率慢，有部分双乙烯酮不能完成反应，二者相互影响。当直径等比数列的公比大于1.9时，相邻两排通孔产生的气泡相差较大，虽然反应速率快，但会有部分双乙烯酮过分反应而产生副产物。当直径等比数列的公比为1.5时对反应最有利。

在一个实施例中，第一通孔和第二通孔的排间距d沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1-1.9，优选为1.5。

发明人研究发现通孔的排间距d沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，有利于提高反应的速率和降低副产物的产生。当通孔排间距d的等比数列的公比小于1.1时，相邻两排通孔产生的气泡相距的距离短，这样会加快气泡的聚合，提高反应速率，而导致有部分双乙烯酮过分反应而产生副产物。有当通孔排间距d的等比数列的公比大于1.9时，相邻两排通孔产生的气泡排间距d的距离长，减小反应速率，会导致部分双乙烯酮不能完全反应。当通孔排间距d的等比数列的公比为1.5时对反应最有利。

在一个实施例中，反应器外侧设置有温度控制系统，可以通过循水或者循环制冷剂的方式使得反应器保持一定的低温。当然，反应器外侧还包括物料存储系统、物料输送系统和动力系统。

在一个实施例中，如图7所示，一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置还包括转轮14，转轮14设置在反应器120的第一腔体122内，转轮14上设置有转轴15，转轴15穿过反应器120的第一侧壁121和第一侧壁121外侧的传动装置16连接。转动转轮14时，转轮14可以通过转轴15带动第一侧壁121外侧的传动装置16运动。其中，转轴15和反应器120的第一侧壁121密封接触，以避免物料的泄露。转轮14由多个叶片141组成，其中叶片141的面和双乙烯酮溶液流动方向非平行设置，优选的为垂直设置。

在一个实施例中，转轮14设置在反应器120的第一侧壁121和第一物料存储器220的第二侧壁221之间的第一腔体122内，更优选的位于大径端第一排第一通孔224的大径端侧。

在一个实施例中，转轮14围绕锥形的第一物料存储器设置多个。多个转轮14设置有一一对应的转轴15和传动装置16，也可以多个转轮14对应一个传动装置16。

在一个实施例中，转轮14上的叶片141表面设置有稳定剂层1411，优选的为三层结构，中间为基体层1412，基体层的两侧设置有稳定剂层1411。

其中，基体层为金属、树脂、塑料中的一种或几种；

其中，稳定剂层为无水硫酸铜、无水氯化钙、无水氯化铜、分子筛和硅胶中的一种或几种，优选的为无水硫酸铜。

在一个实施例中，转轮叶片141上设置有增大表面积的部件，增大表面积的部件可以为叶片通孔、凸起或凸片的一种或几种。

为了提升反应的产率，降低副产物的产生，在第一腔体中设置稳定剂层，稳定剂层设置在转轮14的叶片141的表面，转轮设置三级结构，增大稳定剂的比表面积，其中，第一级结构为转轮14，第二级结构为叶片141，第三级结构为增大表面积的部件。第一级结构转轮14上设置多个第二级结构叶片141，第二级结构叶片141上设置多个第三级结构增大表面积的部件的，增大表面的部件可以为通孔、凸起、凸片等，这样通过三级结构设置增大了双乙烯酮溶液和稳定剂的接触面积，叶片和双乙烯酮溶液流动方向非平行设置，优选的为垂直设置，双乙烯酮溶液可以推动转轮14的叶片141转动，这样将三级结构的作用全部发挥出来，大大提升的稳定剂在反应中的作用，降低了副产物的产生。如果反应器立式设置时，反应过程中通入的大量气泡由于浮力的作用上升，气泡也会推动转轮14的叶片141转动，加快了转轮的转动速度，进一步增加了溶液和稳定剂的接触，可以进一步降低副产物的产生。

在上述双乙烯酮溶液和气泡的双重推动下，使得稳定剂在反应中的作用得到最大的发挥，同时由于转轮14的转动，可以通过转轴15作用到第一侧壁外侧的传动装置16，带动传动装置16运动，传动装置16可以作为动力源进一步支持整个反应的体系，例如传动装置可以带动反应体系中的温度控制系统的运行。当然传动装置也可以作为动力源的一部分，来为双乙烯酮、氯气、乙醇等物料进料和输送提供一部分动力，从而实现动能的循环，即双乙烯酮溶液和气泡推动转轮14转动，转轮14通过转轴15带动传动装置16运动，传动装置16又做为动力源输送双乙烯酮或氯气或乙醇进入反映器中，双乙烯酮溶液和气泡继续推动转轮14的转动，实现动能的循环利用，当然过程中会存在动能的损失，还需要部分外部动力系统的支持来输送物料。这样即可以使得稳定剂在反应中的作用得到最大的发挥，又可以使得动能循环利用，节省了整个反应体系的能源消耗。

转轮14设置在反应器120的第一侧壁121和第一物料存储器220的第二侧壁221之间的第一腔体122内，更优选的位于大径端第一排第一通孔224的大径端侧，这样气泡会最大程度的作用于转轮14的叶片上，提供足够的的动能。转轮14围绕锥形的第一物料存储器设置多个，可以进一步收集双乙烯酮溶液和气泡的动能。

本发明还提供了一种4-氯乙酰乙酸酯的制备方法，具体技术方案，包括：

1）将双乙烯酮和有机溶剂按摩尔比0.5-50:1组成溶液，将上述溶液通过第一进料管进入反应器的第一腔体内。

2）通入氯气，氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，通过第一通孔进入反应器中的第一腔体内，氯气通入时间为30min。

3）通入乙醇，乙醇通过第三进料管进入第二物料存储器中的第三腔体，通过第二通孔和支管从第一通孔进入反应器中的第一腔体，乙醇通入时间为30min。

4）将上述反应液通过出料管排出，先进行分馏，回收有机溶剂，直到没有馏分流出为止。

5）将上述剩余分馏完成的反应液进行精馏，得到目标产物4-氯乙酰乙酸乙酯。

有益效果是：氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，由于第一物料存储器的第二侧壁上设置有多个第一通孔，氯气通过第一通孔进入反应器中的第一腔体，实现双乙烯酮的第一步氯化反应。之后将乙醇通过第三进料管进入第二物料存储器中的第三腔体，由于第二物料存储器的第三侧壁上设置有多个第二通孔，第二通孔上设置由多个支管穿过第一物料存储器和部分第一通孔连通，乙醇通过第二通孔和支管从第一通孔进入反应器中的第一腔体，实现双乙烯酮的第二步的酯化反应。这样氯气和乙醇分开通入，大大提高了生产效率，可以实现连续化、工业化生产。

进一步的，双乙烯酮溶液为双乙烯酮与有机溶剂的摩尔比为0.05-50:1的溶液，有机溶剂为一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷，1,1,1-三氯乙烷、正己烷、正庚烷、对氯三氟甲苯中的一种或几种的混合物。

实施例1：

如图3所示的4-氯乙酰乙酸酯的合成装置，包括反应器120和设置在反应器内部的第一物料存储器220。

其中反应器120包括第一侧壁121、第一端壁123、第二端壁124和第一腔体122，第一腔体122由第一侧壁121、第一端壁123和第二端壁124围绕而成；其中第一端壁123上设置有第一进料口3，第一进料口3上设置有第一进料管4，使得第一进料管4和第一腔体122连通；第二端壁124上设置有出料口5，出料口5上设置有出料管6，使得出料管6和第一腔体122连通。

第一物料存储器220设置于所述反应器120的第一腔体122内，包括第二侧壁221、第三端壁223和第二腔体222，第二腔体222由第二侧壁221和第三端壁223围绕而成；其中第三端壁223上设置有第二进料口7，第二进料口7上设置有第二进料管8，第二进料管8贯穿所述反应器的第二端壁124并穿过第一腔体122，和第一物料存储器220的第二腔体222连通；第二进料管8和第一腔体122不连通，同时第二进料管8和第二端壁124接触部分密封设置，以防止物料泄露；其中第二侧壁上设置有多个第一通孔224。

第二物料存储器920，设置于第一物料存储器220的所述第二腔体222内，第二物料存储器920包括第三侧壁921、第四端壁923和第三腔体922，第三腔体922由第三侧壁921和第四端壁923围绕而成；第四端壁923上设置有第三进料口10，第三进料口10上设置有第三进料管11，第三进料管11依次穿过反应器的第二端壁124和第一腔体122、第一物料存储器220的第三端壁223和第二腔体222，和第二物料存储器920的第三腔体922连通；第三侧壁921上设置有多个第二通孔925，第二通孔925上设置由多个支管924穿过第一物料存储器220，和部分第一通孔224连通。其中第三进料管11和第一腔体122、第二腔体222均非连通，并且和第二端壁124、第三端壁223接触部分均密封连接，以防止物料泄露。第二通孔925和第一通孔224连通，但和第一物料存储器220非连通。

取如图3所示的立式反应器，反应器的容积为2L，即可以容纳2L的溶液。第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为45度。反应器外侧设置有温度控制系统，可以通过循环制冷剂的方式使得反应器保持在-5-0℃。

在-5-0℃环境下进行如下步骤反应：

步骤1：取2L双乙烯酮的二氯甲烷溶液，所述溶液的双乙烯酮和二氯甲烷的摩尔比为1:1，将2L溶液通过第一进料管4进入反应器120的第一腔体122内。

步骤2：通入633L的氯气，氯气的摩尔量为28.3mol，氯气的通入速度为21.1L/min，通入时间为30min，氯气通过第二进料管8进入第一物料存储器中220的第二腔体222，通过第一通孔224进入反应器120中的第一腔体122内，氯气会通过多个通孔形成很多气泡，大量气泡的涡旋搅动作用使得氯气快速均匀的分散在双乙烯酮溶液中，同时大量气泡的涡旋搅动作用下，氯气会快速和双乙烯酮反应生成目标中间产物，完成双乙烯酮的第一步氯化反应。

步骤3：通入1600g的乙醇液体，通入速度为53.3g/min，通入时间为30min，乙醇通过第三进料管11进入第二物料存储器中920的第三腔体922，通过第二通孔925和支管924从第一通孔224进入反应器120中的第一腔体122，实现双乙烯酮的第二步的酯化反应。

步骤4：将上述反应液通过出料6排出，先进行分馏，回收有机溶剂，直到没有馏分流出为止。

步骤5：将上述剩余分馏完成的反应液进行精馏，得到目标产物4-氯乙酰乙酸乙酯，并计算产率。

实施例2：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5外，其他条件与实施例1相同。

实施例3：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.9外，其他条件与实施例1相同。

实施例4：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1外，其他条件与实施例1相同。

实施例5：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.9外，其他条件与实施例1相同。

实施例6：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为30度外，其他条件与实施例1相同。

实施例7：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为60度外，其他条件与实施例1相同。

实施例8：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为30度外，其他条件与实施例1相同。

实施例9：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.9；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.9；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为60度外，其他条件与实施例1相同。

对比例1：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.0；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.0；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为15度外，其他条件与实施例1相同。

对比例2：

除第一物料存储器220的第一通孔224的直径沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为2.0；第一物料存储器220的第一通孔224的排间距d沿着第一物料存储器220的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为2.0；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为75度外，其他条件与实施例1相同。

对比例3：

取普通搅拌反应器，在-5-0℃环境下进行如下步骤反应：

步骤1：取2L双乙烯酮的二氯甲烷溶液，所述溶液的双乙烯酮和二氯甲烷的摩尔比为1:1，将2L溶液加入普通搅拌反应器中。

步骤2：搅拌下，通入633L的氯气，氯气的摩尔量为28.3mol，氯气的通入速度为21.1L/min，通入时间为30min，实现双乙烯酮的第一步氯化反应。

步骤3：向反应液中滴加1600g乙醇液体，滴加速度为53.3g/min，滴加时间为30min，实现双乙烯酮的第二步的酯化反应。

步骤4：将上述反应液先进行分馏，回收有机溶剂，直到没有馏分流出为止。

步骤5：将上述剩余分馏完成的反应液进行精馏，得到目标产物4-氯乙酰乙酸乙酯，并计算产率。

将实施例1-9和对比例1-3得到的目标产物4-氯乙酰乙酸乙酯称重，计算产率如表1所示。

表1

由表1可知，使用本申请图3所示的反应器比普通的搅拌反应器在相同条件下产率有明显的提高，至少提高7%。如图3所示的反应器第一通孔的直径沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1-1.9；第一通孔的排间距沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.1-1.9；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为30-60度；在以上设置范围内时，4-氯乙酰乙酸乙酯的反应产率在85%以上，比在以上设置范围外的反应器在同等条件下具有优异的性能。优选的为第一通孔的直径沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一通孔的排间距沿着第一物料存储器的轴向从锥形大径端向小径端等比数列递减设置，等比数列的公比为1.5；第一物料存储器和水平面的水平夹角α为45度，4-氯乙酰乙酸乙酯的反应产率为94.2%。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种4-氯乙酰乙酸酯的合成装置，其特征在于，包括：

反应器，包括第一侧壁、第一端壁、第二端壁和围绕而成的第一腔体，所述第一端壁上设置有第一进料口，所述第二端壁上设置有出料口；

第一物料存储器，设置于所述反应器的所述第一腔体内，包括第二侧壁、第三端壁和围绕而成的第二腔体，所述第三端壁上设置有第二进料口，所述第二侧壁上设置有多个第一通孔；

第一进料管，设置在第一进料口上，和所述反应器的所述第一腔体连通；

第二进料管，贯穿所述反应器的第一侧壁、第一端壁和第二端壁之一，通过第一腔体设置在第二料口上，和第一物料存储器的第二腔体连通；

出料管，设置在出料口上，和所述反应器的所述第一腔体连通。

2.根据权利要求1所述的合成装置，其特征在于，还包括：

第二物料存储器，设置于所述第一物料存储器的所述第二腔体内，包括第三侧壁、第四端壁和围绕而成的第三腔体，所述第四端壁上设置有第三进料口，所述第三侧壁上设置有多个第二通孔，所述第二通孔上设置有一一对应的多个支管，所述支管穿过第一物料存储器和部分第一通孔连通；

第三进料管，贯穿所述反应器的第一侧壁、第一端壁和第二端壁之一，通过第一腔体贯穿所述第一物料存储器的第二侧壁和第三端壁之一，通过第二腔体和第二物料存储器的第三腔体连通。

3.根据权利要求2所述的合成装置，其特征在于，所述第一物料存储器为锥形，所述锥形包括大径端和小径端，所述大径端远离第一进料口设置。

4.根据权利要求3所述的合成装置，其特征在于，所述第一通孔和/或第二通孔沿第一物料存储器轴向设置多排。

5.根据权利要求3所述的合成装置，其特征在于，所述第一通孔直径和/或排间距沿着第一物料存储器轴向，从锥形大径端向小径端递减设置。

6.根据权利要求5所述的合成装置，其特征在于，所述第一通孔的直径和/或排间距沿着第一物料存储器轴向，从锥形大径端向小径端呈等比数列递减设置，所述等比数列的公比为1.1-1.9。

7.根据权利要求2所述的合成装置，其特征在于，所述第一物料存储器和水平面的水平夹角α为30-60度。

8.根据权利要求1-7任一项所述的合成装置，其特征在于，还包括转轮、转轴和传动装置，所述转轮设置在所述反应器的所述第一腔体内，所述转轮上设置有所述转轴，所述转轴穿过所述反应器的所述第一侧壁和所述第一侧壁外侧的所述传动装置连接。

9.根据权利要求8所述的合成装置，其特征在于，所述转轮上设置有多个叶片，所述叶片表面上设置有稳定剂层。

10.一种利用合成装置制备4-氯乙酰乙酸酯的方法，其特征在于：

1）将双乙烯酮和有机溶剂按摩尔比0.5-50:1组成溶液，将所述溶液通过第一进料管进入反应器的第一腔体内；

2）通入氯气，氯气通过第二进料管进入第一物料存储器中的第二腔体，通过第一通孔进入反应器中的第一腔体内，氯气通入时间为30min；

3）通入乙醇，乙醇通过第三进料管进入第二物料存储器中的第三腔体，通过第二通孔和支管从第一通孔进入反应器中的第一腔体，乙醇通入时间为30min；

4）将上述反应液通过出料管排出，先进行分馏，回收有机溶剂，直到没有馏分流出为止；

5）将上述剩余分馏完成的反应液进行精馏，得到目标产物4-氯乙酰乙酸乙酯。

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