CN113045442B - 一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法，将草酸酯溶液和氨水按照一定比例分别输入微通道反应器，在温度0～15℃反应5～60s，得到草酰胺水溶液，通过连续蒸馏，除去多余的氨水得到草酰胺粗产品，得到的草酰胺粗产品经重结晶即可得到高纯度的草酰胺。本发明方法可使反应效率显著提升，大大缩短反应时间，避免了釜式反应可能出现的“飞温”现象，增加了安全性，提高了原料转化率，降低生产成本，且生产过程便于控制，克服了传统生产中劳动强度大，生产周期长，产品质量低下等缺点。

Description

一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法
技术领域
本发明属于草酰胺合成技术领域，具体涉及一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法。
背景技术
草酰胺本身是一种难溶、难熔的化合物，很难采取诸如精馏、重结晶等常规技术进行纯化，这也是目前市场上产品纯度不高的原因，据悉，目前市场上的产品纯度一般在93-95％之间。而作为火箭助剂的高纯草酰胺对产品技术指标要求极为苛刻，其技术指标如下：产品技术指标要求分解点高于300℃，含量(HPLC)≥99％。
现有的釜式合成草酰胺的过程中为了满足上述要求，生产过程中氨水投料量远超过理论量，原料草酸酯转化率较低，为了提纯，需要使用大量去离子水进行重结晶，收率低，三废排放量高，且该反应放热严重，容易发生“飞温”现象，造成安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法，可使反应效率显著提升，大大缩短反应时间，避免了釜式反应可能出现的“飞温”现象，增加了安全性，生产过程便于控制，降低了生产成本和三废排放量。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其包括以下步骤：
1)将草酸酯溶液与浓度为5％～30％氨水按照摩尔比为1:2～6分别输入微通道反应器预冷模块进行预冷，其中预冷温度为0～15℃；
2)经过预冷后的反应液进入微通道反应器反应模块，在温度为0～15℃下进行反应，反应时间为5～60s，反应过程完成后，反应液从微通道反应器的出口流出，经过蒸馏得到草酰胺粗产品；
3)得到的草酰胺粗产品经过重结晶，得到纯度99％以上的草酰胺。
优选的，所述草酸酯溶液为浓度为50～95％草酸二甲酯溶液、草酸二乙酯、草酸二异丙酯中的至少一种。
优选的，所述的重结晶过程中所用溶剂为去离子水或纯水。
优选的，所述重结晶温度为0～15℃。
优选的，所述微通道反应器内设置若干反应模块，所述反应模块内设有反应物料通道。
优选的，所述反应物料通道内径为0.5～5mm。
本发明采用微通道反应器，将草酸酯溶液和氨水分别输入微通道反应器，先对其进行冷却，之后再进入微通道放映器反应模块进行反应，在微通道反应器中，其细微的孔道结构具有更大的比表面积，微通道反应器中狭窄的微通道缩短了质量传递的距离和时间，同时增大的比表面积也为传质过程提供了更大的场所，从而实现草酸酯溶液和氨水的快速混合，大大提升了反应速率，同时提高了原料的转化率，避免反应放热产生的“飞温”现象。
微通道反应器(Microreactor/Microchannel reactor)是一种连续流动的管道式反应器，由微加工技术制造的一种特征尺寸介于10～1000微米之间，是一种把化学反应控制在微小反应空间的装置。
微通道反应器中狭窄的微通道缩短了质量传递的距离和时间，同时增大的比表面积也为传质过程提供了更大场所，从而实现反应物料的快速混合，毫秒级范围内实现径向完全混合。微反应器狭窄的微通道同时也增加了温度梯度，增大的比表面积大大的强化了反应器的传热能力(25000W/(m2*K))，与传统换热器相比至少大一个数量级。因此，开发微通道反应器技术合成草酰胺具有重要的现实意义。
本发明的有益效果：
1)本发明利用微通道反应器，其内部通常包含成百上千的微型通道，具有极大的比表面积，可以实现物料的瞬间均匀混合，极大的提升了传质与传热效率，可大大缩短反应时间，提高反应效率及反应选择性，降低了三废排放量，反应选择性达到98％以上，草酸酯转化率达98.5％，产品收率达99％以上。
2)本发明方法避免了釜式反应可能出现的“飞温”现象，生产过程便于控制，增加了安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的反应流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但是并不因此而限制本发明的内容。
本发明实施例的微通道反应器采用心形结构模块微通道反应器Corning G1反应器，其材质为耐腐蚀耐压的玻璃，其压力耐受最大为1.8MPa，原料均由计量泵输入微通道反应系统，物料的投料量均通过改变流量进行控制，流量的输送量程为0～120ml/min，其物料输送管线上安装有压力表，安全阀，单向阀，背压阀等。
本发明实施例的微通道反应器包括若干反应模块，反应模块之间由连接通道连接，所有反应模块由统一的冷热源提供冷热量。
实施例1
将浓度为95％的草酸二甲酯溶液和浓度为25％的氨水分别以10ml/min、6ml/min的流速泵入微通道反应器冷却模块中，冷却至2℃，冷却后的反应液输入微通道反应器反应模块，反应温度为5℃，反应时间为15s。反映过程完成之后，反应液从微通道反应器出口流出，经连续蒸馏得到草酰胺粗产品，之后向得到的草酰胺粗产品中加入粗产品两倍质量的去离子水在温度为5℃条件下重结晶得到草酰胺成品，草酰胺纯度为99.2％，草酸二甲酯转化率98.5％，反应选择性99.6％。
实施例2
将草酸二乙酯溶液和浓度为27％的氨水分别以10ml/min、8ml/min的流速泵入微通道反应器冷却模块中，冷却至10℃，冷却后的反应液输入微通道反应器反应模块，反应温度为5℃，反应时间为20s。反映过程完成之后，反应液从微通道反应器出口流出，经连续蒸馏得到草酰胺粗产品，之后向得到的草酰胺粗产品中加入粗产品两倍质量的去离子水在温度为15℃条件下重结晶得到草酰胺成品，草酰胺成品纯度为99.3％，草酸二乙酯转化率99.0％，反应选择性99.5％。
实施例3
将草酸二异丙酯溶液和浓度为5％的氨水分别以10ml/min、30ml/min的流速泵入微通道反应器冷却模块中，冷却至10℃，冷却后的反应液输入微通道反应器反应模块，反应温度为5℃，反应时间为15s。反映过程完成之后，反应液从微通道反应器出口流出，经连续蒸馏得到草酰胺粗产品，之后向得到的草酰胺粗产品中加入粗产品两倍质量的去离子水在温度为5℃条件下重结晶得到草酰胺成品，草酰胺成品纯度为99.5％，草酸二异丙酯转化率98.8％，反应选择性99.3％。
实施例4
将浓度为50％的草酸二甲酯溶液和浓度为30％的氨水分别以15ml/min、10ml/min的流速泵入微通道反应器冷却模块中，冷却至5℃，冷却后的反应液输入微通道反应器反应模块，反应温度为5℃，反应时间为10s。反映过程完成之后，反应液从微通道反应器出口流出，经连续蒸馏得到草酰胺粗产品，之后向得到的草酰胺粗产品中加入粗产品三倍质量的去离子水在温度为5℃条件下重结晶得到草酰胺成品，草酰胺成品纯度99.5％，草酸二甲酯转化率99.1％，反应选择性99.5％。

Claims (6)

1.一种利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其特征是，包括以下步骤：
1)将草酸酯溶液与浓度为5％～30％氨水按照摩尔比为1:2～6分别输入微通道反应器预冷模块进行预冷，其中预冷温度为0～15℃；
2)经过预冷后的反应液进入微通道反应器反应模块，在温度为0～15℃下进行反应，反应时间为5～60s，反应过程完成后，反应液从微通道反应器的出口流出，经过蒸馏得到草酰胺粗产品；
3)得到的草酰胺粗产品经过重结晶，得到纯度99％以上的草酰胺。
2.如权利要求1所述的利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其特征是，所述草酸酯溶液为浓度为50～95％草酸二甲酯溶液、草酸二乙酯溶液、草酸二异丙酯溶液中的至少一种。
3.如权利要求1所述的利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其特征是，所述的重结晶过程中所用溶剂为去离子水或纯水。
4.如权利要求1或3所述的利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其特征是，所述重结晶温度为0～15℃。
5.如权利要求1所述的利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其特征是，所述微通道反应器内设置若干反应模块，所述反应模块内设有反应物料通道。
6.如权利要求5所述的利用微通道反应器制备草酰胺的方法，其特征是，所述反应物料通道内径为0.5～5mm。
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