CN113274956A - 一种微通道反应系统及制备环氧基化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种微通道反应系统及制备环氧基化合物的方法，微通道反应系统包括混合器和微通道反应器；物料按目标产物分子设计摩尔比进料并通过混合器混合为混合料，微通道反应器包括微通道预热段和微通道反应段，混合料经微通道预热段预热后通入微通道反应段反应。本申请方法直接将原料进行混合预热，使各原料按分子设计模拟位置充分混合并反应，同时通过调节混合料的加料速度控制反应，反应放热所导致的升温及升压均低于设计温度和设计压力，而设计温度和设计压力均低于设备的最高承受温度和最高承受压力，确保在反应失控的情况也能安全反应。因此，本申请使得制备环氧基化合物的反应本质安全，对环境也更为友好，并由此获得纯度更高的产物。
Description
技术领域
本申请涉及环氧基化合物技术领域，更具体地说，它涉及一种微通道反应系统及制备环氧基化合物的方法。
背景技术
环氧基化合物为非离子表面活性剂的一种基础产物，其很大部分采用环氧乙烷等环氧化合物作为原料，在带有搅拌的反应釜中进行间歇反应生产。
然而，环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，为世卫组织公布的一类致癌物，职业接触阈限值为1PPM，工作场所平均容许浓度为2mg/m3，且爆炸极限(v/v)为3％-100％，危险性极大。虽然带有搅拌的反应釜中搅拌装置上设有动密封，而此密封不能保证完全、随时处于可靠密封状态，环氧乙烷从搅拌装置动密封处泄漏的可能性始终存在，对职业卫生、安全生产造成潜在的危害。
在上世纪末，意大利PARSS公司针对此情况，发明了PARSS反应釜。该反应釜利用环氧乙烷蒸汽压高的特性，在反应釜内设置了喷嘴，在一定温度条件下，环氧乙烷经喷嘴喷出很快汽化，随即与釜内物料进行反应，取消了搅拌装置，也就没有动密封存在，从而从根本上杜绝了环氧乙烷的泄漏，降低了安全风险，同时也保证了生产场所的职业卫生要求。类似同类型反应，环氧丙烷聚合也基本采用PARSS反应釜进行生产。
但是上述PARSS反应釜还是存在如果反应物料积聚过量(环氧乙烷或环氧丙烷)，短时间急剧反应超温超压而存在的安全风险，且其获得的产物纯度低。且在每次反应前需要对反应设备抽真空以防止环氧乙烷与氧气接触造成爆炸的危险隐患以及抽真空过程中对环境造成的影响，只能说是一种亚安型的反应工艺和设备。
针对上述中的相关技术，本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种微通道反应系统及制备环氧基化合物的方法，借助于新型微通道反应装置达到本安型目的的反应工艺和设备，以解决现有技术存在的安全及环境影响等问题，同时提高产物纯度。
发明内容
为了解决现有技术在生产环氧基化合物时存在安全、环境污染以及纯度低的问题，本申请提供一种微通道反应系统及制备环氧基化合物的方法，便于收获高纯度的环氧基化合物，具有生产安全和对环境友好的特点。
第一方面，本申请提供一种微通道反应系统，采用如下的技术方案：
一种微通道反应系统，适用于制备环氧基化合物，包括混合器、微通道反应器；
环氧化合物、反应起始剂及其他物料严格按照目标产物分子设计控制相应摩尔比，其通过混合器混合为混合料，微通道反应器包括微通道预热段和微通道反应段，混合料经微通道预热段预热后通入微通道反应段进行反应；
微通道预热段包括预热模块和套设在预热模块外侧的预热筒体，预热模块与预热筒体间隔形成适于热媒流通的预热腔，预热模块上设有适于实时监测预热温度的传感器；
微通道反应段包括至少一个反应模组，每一反应模组包括反应模块和套设在反应模块外侧的反应筒体，反应模块与反应筒体间隔形成适于冷媒流通的反应腔，反应模块上设有适于实时监测反应温度和反应压力的传感器；
当反应模块的物料反应放热所导致的温度和压力分别低于设计温度和设计压力时，冷媒吸收反应热转化为热媒并输送至预热腔中；当反应模块的物料发应温度趋近设计温度和/或物料反应压力趋近设计压力时，冷媒吸收反应热转化为热媒并输送至预热腔中，同时往热媒中混入连接的冷媒。
通过采用上述技术方案，本申请将环氧化合物、反应起始剂及其他物料严格按照目标产物分子设计控制相应摩尔比，再将其通过特定的微通道反应系统进行反应(分子组装)，从而得到最大程度符合分子设计的目标产物；
本申请由于采用微通道反应的特点，能有效减少原料泄漏并使反应体积控制在安全范围内，即使反应出现剧烈反应也不会出现超温超压状况，同时从本质上保证安全；
在此基础上，本申请通过设置预热模块与预热筒体以及反应模块与反应筒体，有助于混合料反应产生的热量用于混合料的预热，其不但能提高热量的利用率，还能有效控制反应温度，相对于外置加热设备等操作能够更好地控制预热温度以自行调节反应进度，进而有效降低反应出现失控状况，以此获得纯度更高的产物；因此本申请的微通道反应系统使得环氧基化合物的制备更为安全，对环境也更为友好，其结构简单、操作方便，便于被有效推广使用。
优选的，混合料在微通道预热段内的流向与热媒在预热腔内的流向相反。
通过采用上述技术方案，在微通道预热段中，越靠近微通道反应段，混合料的温度越高，设置热媒与混合料的流向相反便于混合料循序升温，提高热量利用率，同时能避免微通道预热段在热媒进入部位出现冷热骤变而发生损坏。
优选的，混合料在微通道反应段内的流向与冷媒在反应腔内的流向相反。
通过采用上述技术方案，在微通道反应段中，混合料反应产热，越到末端反应产生的热量越少、温度越低，设置冷媒与混合料的流向相反便于冷媒吸收更多的反应热，进而能快速有效地进行反应温度的控制，另外其也能避免微通道反应段在冷媒进入部位出现冷热骤变而发生损坏。
优选的，反应模组设有多个，微通道反应段按目标产物的分子设计由反应模组串联和/或并联而成。
通过采用上述技术方案，使物料反应能最大程度地按照目标分子设计进行相对应的分子组装，使最终反应物最大程度地接近预期的分子设计，从而获得纯度更高的产物。
第二方面，本申请提供一种环氧基化合物的制备方法，采用如下的技术方案：
一种环氧基化合物的制备方法，采用上述微通道反应系统，包括以下步骤：
混合：将环氧化合物、反应起始剂及其他物料按反应物料摩尔比通入混合器中混合，得到混合料；
预热：将混合料从通入微通道预热段内，对微通道预热段进行加热，使流出微通道预热段的物料达到预热温度；
反应：将经预热后的混合料通入微通道反应段内进行反应，得到环氧基化合物；
其中，微通道反应段的设计温度和设计压力由微通道反应段的安全体积计算而得，混合料以最高加料速度进入反应段反应时，混合料的反应温度仍低于设计温度、反应压力仍应低于设计压力，最高加料速度应以此条件设定；
出料：收集从微通道反应段流出的产物，即为环氧基化合物。
通过采用上述技术方案，本发明直接将原料进行混合预热，使各原料按分子设计模拟位置充分混合并反应，同时通过调节混合料的加料速度控制反应，便于环氧化合物与反应起始剂充分反应，然后利用微通道内发生反应部分的体积计算出相应的设计温度和设计压力，反应放热所导致的升温及升压均低于设计温度和设计压力，而设计温度和设计压力均低于设备的最高承受温度和最高承受压力，确保在反应失控的情况也能安全反应。因此，本发明的制备方法使得反应更为安全，对环境也更为友好，由此获得纯度更高的产物。
优选的，在反应步骤中，设计温度、设计压力与微通道反应段安全体积的计算公式为：Tm＝aV+b；Pm＝cV+d；
其中，Tm为设计温度，单位为℃；Pm为设计压力，单位为kPa；V为安全体积，单位为cm3；2≤a≤3，25≤b≤35，3≤c≤5，108≤d≤120。
通过采用上述技术方案，经过大量试验验证，当设计温度、设计压力与微通道反应段安全体积按上述计算公式设定时，能够获得纯度更好的产物。
优选的，在混合步骤中，混合料中还包括均相催化剂。
通过采用上述技术方案，均相催化剂能与混合料充分混匀，有效促进环氧化合物与反应起始剂的反应速率，进而提高环氧基化合物的制备效率。
优选的，均相催化剂与环氧化合物的摩尔比为(0.005-0.05)：1。
通过采用上述技术方案，不同的均相催化剂在催化环氧化合物时的最佳用量存在一定差异，当均相催化剂与环氧化合物的摩尔比设定在上述比值范围内时，其反应较为平稳，且对应收获的产物纯度较高，因此将其作为进一步的优选。
优选的，在反应步骤中，微通道反应段内设有非均相催化剂，非均相催化剂以固体形式存在于微通道反应段内存在的一个或多个工艺微通道内，或作为微通道反应段内存在的一个或多个工艺微通道壁的涂层形式存在。
通过采用上述技术方案，非均相催化剂能固定在微通道反应段中，加快环氧化合物与反应起始剂的反应速度，同时还能减少后续去除该催化剂的步骤，从而提高环氧基化合物的制备效率。
优选的，非均相催化剂与环氧化合物的摩尔比为(0.01-0.1)：1。
通过采用上述技术方案，不同的非均相催化剂在催化环氧化合物时的最佳用量存在一定差异，当非均相催化剂与环氧化合物的摩尔比设定在上述比值范围内时，其反应较为平稳，且对应收获的产物纯度较高，因此将其作为进一步的优选。
综上，本申请具有以下有益效果：
1、本申请将环氧化合物、反应起始剂及其他物料严格按照目标产物分子设计控制相应摩尔比，再将其通过特定的微通道反应系统进行反应(分子组装)，从而得到最大程度符合分子设计的目标产物；本申请的微通道反应系统，由于采用微通道反应的特点，有效减少原料泄漏并使反应体积控制在安全范围内，从本质上保证安全，再结合预热模块与预热筒体以及反应模块与反应筒体的设置，在提高热量有效利用率的同时，还能有效降低反应出现失控状况，因此具有安全，对环境友好、产物纯度高的特点，便于被有效推广使用。
2、本申请优选采用将热媒和冷媒的流向设置为与混合料的流向相反，能够有效提高导热效率，提高资源利用率，在避免微通道预热段和微通道反应段发生损坏的同时，能保证混合料的反应更为充分安全。
3、本申请的方法直接将原料进行混合预热，使各原料按分子设计模拟位置充分混合并反应，同时通过调节混合料的加料速度控制反应，再采用利用微通道内发生反应部分的体积计算出相应的设计温度和设计压力，其中反应放热所导致的升温及升压均低于设计温度和设计压力，而设计温度和设计压力均低于设备的最高承受温度和最高承受压力，确保在反应失控的情况也能安全反应，因此本发明的制备方法使得反应更为安全，对环境也更为友好，由此获得纯度更高的产物。
附图说明
图1是本申请实施例1a的微通道反应系统的结构示意图。
图2是本申请实施例1a的微通道反应系统中微通道预热段的结构示意图。
图3是本申请实施例1a的微通道反应系统中反应模组的结构示意图。
图4是本申请实施例1b的微通道反应系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、混合器；2、成品罐；3、微通道预热段；31、预热模块；32、预热筒体；321、热媒进料阀；322、热媒出料阀；323、第一排放管；33、预热腔；4、微通道反应段；41、反应模块；42、反应筒体；421、第一冷媒进料阀；422、第一冷媒出料阀；423、第二冷媒进料阀；424、第二冷媒出料阀；425、第一冷媒补充阀；426、第二冷媒补给阀；427、第二排放管；43、反应腔。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的实施例中，环氧化合物具体选用环氧乙烷和/或环氧丙烷，利用其分子链短、衍生物少、且均能快速开环进行加成反应、材料简单易得的特点。本实施例的环氧乙烷、环氧丙烷均为市售产品，环氧乙烷的CAS号为75-21-8，环氧丙烷的CAS号为75-56-9。
反应起始剂可以为醇胺类、多醇、长链脂肪醇、烷基酚、脂肪醇、烷基胺、烷基醇胺等，其能在本申请的微通道反应系统中安全有效地与环氧化合物反应生成相应环氧基化合物，用于非离子表面活性剂的制备。本实施例的反应起始剂具体以二乙醇胺为例加以说明，改二乙醇胺同样为市售产品，CAS号为111-42-2。
本实施例中的催化剂是本领域已知的，可以分为均相催化剂和非均相催化剂。其中均相催化剂具体采用酸性催化剂，可以为硫酸、磷酸等，本实施例具体以磷酸为例加以说明。非均相催化剂可同样采用酸性催化剂，如含在苯乙烯/乙二烯基苯共聚物基体上的磺酸基、二氧化硅和选自元素周期表中第3-6族的金属氧化物等。除此之外，还可采用碱性催化剂，如碱性基团在苯乙烯/二乙烯基苯共聚物基体上的季铵、水滑石粘土上包含的金属酸盐，本实施例中具体以Zn/Al/CO3水滑石为例。
实施例1
实施例1a
本申请提供一种微通道反应系统，适用于制备环氧基化合物，参见图1，包括混合器1、微通道反应器和成品罐2。
混合器1可以为微通道混合器或均质乳化泵，两者均为本领域技术人员常用的混合器1，本实施例中具体以均质乳化泵为例进行说明。环氧化合物、反应起始剂及其他物料严格按照目标产物分子设计控制相应摩尔比，其通过混合器1混合为混合料，其他物料可以包括如均相催化剂等用于促进反应的物料，也可以为其他辅助原料，其可根据所需产物进行调整。微通道反应器包括微通道预热段3和微通道反应段4，混合料经微通道预热段3预热后通入微通道反应段4进行反应。成品罐2用于产物的收集，其可根据需要进行增设或去除。
结合图2，微通道预热段3包括预热模块31和套设在预热模块31外侧的预热筒体32，预热模块31与预热筒体32间隔形成适于热媒流通的预热腔33，预热模块31上设有适于实时监测预热温度的传感器(图中未示出)。
结合图3，微通道反应段4包括至少一个反应模组，每一反应模组包括反应模块41和套设在反应模块41外侧的反应筒体42，反应模块41与反应筒体42间隔形成适于冷媒流通的反应腔43，反应模块41上设有适于实时监测反应温度和反应压力的传感器(图中未示出)。
上述预热模块31和反应模块41中的传感器均为现有技术，且不是本申请需要保护的特定技术特征，其仅用作温度和压力的实时监测，因此不再进一步展开。冷媒和热媒可以为水体或者气体，本申请具体以水为媒介进行导热。另外，预热模块31和反应模块41均以市售的微通道反应器为基础，在现有的微通道反应器结构的基础上对热媒或冷媒的进出口加以调整，在此不再进一步展开其具体构造。本实施例中微通道预热段3的预热模块31具体采用管径为200微米、体积为10cm3的规格，微通道反应段4的反应模块41具体采用管径为200微米、体积为30cm3的规格。
当反应模块41的物料反应放热所导致的温度和压力分别低于设计温度和设计压力时，冷媒吸收反应热转化为热媒并输送至预热腔33中；当反应模块41的物料发应温度趋近设计温度和/或物料反应压力趋近设计压力时，冷媒吸收反应热转化为热媒并输送至预热腔33中，同时往热媒中混入连接的冷媒。
本申请将环氧化合物、反应起始剂及其他物料严格按照目标产物分子设计控制相应摩尔比，再将其通过特定的微通道反应系统进行反应(分子组装)，从而得到最大程度符合分子设计的目标产物。
本申请由于采用微通道反应的特点，能有效减少原料泄漏并使反应体积控制在安全范围内，即使反应出现剧烈反应也不会出现超温超压状况，同时从本质上保证安全。
在此基础上，本申请中通过设置预热模块31与预热筒体32以及反应模块41与反应筒体42的设置，有助于混合料反应产生的热量用于混合料的预热，其不但能提高热量的利用率，还能有效控制反应温度，相对于外置加热设备等操作能够更好地控制预热温度以自行调节反应进度，进而有效降低反应出现失控状况，以此获得纯度更高的产物；因此本申请的微通道反应系统使得环氧基化合物的制备更为安全，对环境也更为友好，其结构简单、操作方便，便于被有效推广使用。
其中，混合料在微通道预热段3内的流向与热媒在预热腔33内的流向相反。这是由于在微通道预热段3中，越靠近微通道反应段4，混合料的温度越高，设置热媒与混合料的流向相反便于混合料循序升温，提高热量利用率，同时能避免微通道预热段3在热媒进入部位出现冷热骤变而发生损坏。
混合料在微通道反应段4内的流向与冷媒在反应腔43内的流向相反，这是由于在微通道反应段4中，混合料反应产热，越到末端反应产生的热量越少、温度越低，设置冷媒与混合料的流向相反便于冷媒吸收更多的反应热，进而能快速有效地进行反应温度的控制，另外其也能避免微通道反应段4在冷媒进入部位出现冷热骤变而发生损坏。
由此，本实施例将热媒和冷媒的流向设置为与混合料的流向相反，能够有效提高导热效率，提高资源利用率，在避免微通道预热段3和微通道反应段4发生损坏的同时，能保证混合料的反应更为充分安全。
本实施例中，微通道反应段4按目标产物的分子设计由多个反应模组串联和/或并联而成，具体以两个串联的第一反应模组和第二反应模组为例加以说明，该结构便于使反应更为彻底。
其中，均质乳化泵、预热模组、第一反应模组、第二反应模组以及成品罐2依次连接。预热模组在预热筒体32上设有热媒进料阀321和热媒出料阀322，第一反应模组在第一反应筒体42上设有第一冷媒进料阀421和第一冷媒出料阀422，第二反应模组上在第二反应筒体42上设有第二冷媒进料阀423和第二冷媒出料阀424。第二冷媒进料阀423连接冷媒，第二冷媒出料阀424与第一冷媒进料阀421相连，第一冷媒出料阀422与热媒进料阀321相连，热媒出料阀322连接第一排放管323。
由此，反应进行时，冷媒从第二冷媒进料阀423流入，依次流经第二反应模组的反应腔43、第二冷媒出料阀424、第一冷媒进料阀421、第一反应模组的反应腔43、第一冷媒出料阀422、热媒进料阀321、预热腔33和热媒出料阀322，从第一排放管323排出。
另外，第二冷媒出料阀424于第一冷媒进料阀421之间设有一个第一冷媒补充阀425，第一冷媒出料阀422与热媒进料阀321之间设有第二冷媒补给阀426，由此在冷媒吸收过多反应热时能及时进行降温，使得用于预热的热媒维持在适于反应的温度范围内。
第一冷媒出料阀422还连接一个第二排放管427，若冷媒在第二反应模组中吸热过多可以排放一部分的冷媒。热媒出料阀322处还与第二冷媒进料阀423相连，若热媒降温至较低温度，其可作为冷媒再次用于吸收反应热。
实施例1b
一种微通道反应系统，与实施例1a的不同之处在于，参见图4，本实施例的微通道反应段4由两组与实施例1a中相同的串联结构并联而成，由此在保证反应充分的前提下增加制备路径，增加环氧基化合物的产量。
实施例1c
一种微通道反应系统，与实施例1a的不同之处在于，本实施例的微通道反应段4内还设有非均相催化剂，非均相催化剂以固体形式存在于微通道反应段4内存在的一个或多个工艺微通道内，或作为微通道反应段4内存在的一个或多个工艺微通道壁的涂层形式存在。本实施例中，非均相催化剂具体处在于每个工艺微通道内为例进行说明。
实施例2
实施例2a
一种环氧基化合物的制备方法，采用上述实施例1a的微通道反应系统，该制备方法包括以下步骤：
①、混合：将蒸馏水、环氧丙烷、二乙醇胺按1.6:1:1(摩尔比)通入均质乳化泵中混合，得到混合料；
②、预热：将混合料从通入微通道预热段内，保持200kPa的恒定压力，对微通道预热段进行加热，使流出微通道预热段的物料达到55℃±3℃；
③、反应：将经预热后的混合料通入微通道反应段内进行反应，控制混合料温度在60℃±3℃，得到环氧基化合物；
其中，微通道反应段的设计温度和设计压力由微通道反应段的安全体积计算而得，混合料以最高加料速度进入反应段反应时，混合料的反应温度仍应低于设计温度、反应压力仍应低于设计压力，最高加料速度应以此条件设定；
本实施例的设计温度、设计压力与微通道反应段安全体积的计算公式为：Tm＝aV+b；Pm＝cV+d；
其中，Tm为所述设计温度，单位为℃；所述Pm为所述设计压力，单位为kPa；所述V为所述安全体积，单位为cm3；2≤a≤3，25≤b≤35，3≤c≤5，108≤d≤120。
本实施例中的设计温度Tm＝aV+b＝2*30+30＝90(℃)；设计压力Pm＝cV+d＝4*30+110＝230(kPa)。
④、出料：收集从微通道反应段流出的产物，即为环氧基化合物。
实施例2b
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中混合料中还含有均相催化剂，其中均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.005:1。
实施例2c
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中混合料中还含有均相催化剂，其中均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.02:1。
实施例2d
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中混合料中还含有均相催化剂，其中均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.05:1。
实施例2e
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中混合料中还含有均相催化剂，其中均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.07:1。
实施例2f
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中将环氧丙烷替换为环氧乙烷，本实施例中采用上述实施例1b的微通道反应系统。
实施例2g
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中采用上述实施例1c的微通道反应系统，其中非均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.01:1。
实施例2h
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中采用上述实施例1c的微通道反应系统，其中非均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.05:1。
实施例2i
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中采用上述实施例1c的微通道反应系统，其中非均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.1:1。
实施例2j
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中采用上述实施例1c的微通道反应系统，其中本实施例中将环氧丙烷替换为环氧乙烷，非均相催化剂与环氧丙烷的摩尔比为0.2:1。
实施例2k
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中的设计温度Tm＝aV+b＝2.5*30+25＝100(℃)；设计压力Pm＝cV+d＝3*30+108＝198(kPa)。
实施例2l
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中的设计温度Tm＝aV+b＝3*30+35＝125(℃)；设计压力Pm＝cV+d＝5*30+120＝270(kPa)。
实施例2m
一种环氧基化合物的制备方法，与实施例2a的不同之处在于，本实施例中的设计温度Tm＝aV+b＝4*30+35＝155(℃)；设计压力Pm＝cV+d＝4*30+170＝290(kPa)。
实施例2n
一种环氧基化合物的方法，采用上述实施例1a的微通道反应系统，与实施例2a的区别之处在于，微通道反应段内的反应温度为110℃，超过其设计温度90℃。
实施例2o
一种环氧基化合物的方法，采用上述实施例1a的微通道反应系统，与实施例2a的区别之处在于，微通道反应段内的反应压力为250kPa，超过其设计压力230kPa。
对比例
对比例1a
一种微通道反应系统，适用于制备环氧基化合物，与实施例1a的区别之处在于，本对比例中未设有混合器。
对比例1b
一种微通道反应系统，适用于制备环氧基化合物，与实施例1a的区别之处在于，本对比例中未设有微通道预热段。
对比例1c
一种微通道反应系统，适用于制备环氧基化合物，与实施例1a的区别之处在于，本对比例中热媒由外置加热装置加热所得。
以实施例2a的制备方法，分别使用上述对比例1a-1c的微通道反应系统进行环氧基化合物的制备，分别对应得到对比例2a-2c的制备方案。
性能检测试验
上述实施例2a-2m在制备环氧基化合物时未发生原料泄漏现象，具有良好的安全性和环境友好性。
将上述实施例2a-2m以及对比例2a-2e制得的环氧基化合物进行产物纯度和反应耗时的测定，并记录反应过程中达到的最高反应温度，最高反应温度越高则代表反应越激烈，检测结果参见下表一。
其中纯度测定方法：采用GC6820气相色谱仪测定。载体为氢气，纯度＞99.99％，经5A分子筛干燥；担体为聚四氟乙烯；固定相为PEG-20M；色谱柱：柱长3m，内径3mm，不锈钢柱；微量注射器：10μL，环氧丙烷/环氧乙烷标准溶液，色谱纯，纯度99.9％。
反应速率测定方法：用反应耗时表示，反应耗时越长，反应速率越快。
反应最高温度：用微通道反应器中的温度传感器测定。
表一
| 产物纯度/％ | 反应耗时/min | Tmax/℃ | |
| 实施例2a | 99.2 | 28 | 73 |
| 实施例2b | 99.5 | 21 | 79 |
| 实施例2c | 99.7 | 17 | 82 |
| 实施例2d | 99.5 | 14 | 86 |
| 实施例2e | 98.3 | 10 | 90 |
| 实施例2f | 99.7 | 27 | 74 |
| 实施例2g | 99.6 | 22 | 75 |
| 实施例2h | 99.8 | 18 | 80 |
| 实施例2i | 99.6 | 15 | 83 |
| 实施例2j | 99.4 | 12 | 88 |
| 实施例2k | 99.1 | 30 | 93 |
| 实施例2l | 99.0 | 24 | 121 |
| 实施例2m | 97.8 | 18 | 150 |
| 实施例2n | 98.1 | 21 | 101 |
| 实施例2o | 98.9 | 18 | 93 |
| 对比例2a | 93.0 | 33 | 71 |
| 对比例2b | 91.5 | 37 | 66 |
| 对比例2c | 92.3 | 30 | 69 |
由表一可得，实施例2b-2e因添加有均相催化剂，其反应耗时明显短于实施例2a，反应最高温度也高于实施例2a，因此添加均相催化剂能提高环氧基化合物的制备效率。
实施例2b-2e中虽然原料、设备以及制备方法均相同，但其均相催化剂的添加量存在差异，其中实施例2e对应收获的产物纯度相对较低、反应最高温度较高，这是由于催化剂含量会直接影响反应速率和反应程度，因此催化剂的添加量需要适当，当均相催化剂与环氧化合物的摩尔比为(0.005-0.05)：1时为宜。
实施例2f中虽然微通道反应段中反应模块比实施例2a多了一倍，但其基本构造相同，因此产物纯度、反应效率以及最高反应温度变化较小，不过产物的产能可以大幅度提升。
实施例2g-2j中虽然原料、设备以及制备方法均相同，但其非均相催化剂的添加量存在差异，其中实施例2j对应收获的产物纯度相对较低、反应最高温度较高，这是由于催化剂含量会直接影响反应速率和反应程度，因此催化剂的添加量需要适当，当非均相催化剂与环氧化合物的摩尔比为(0.01-0.1)：1时为宜。另外，使用非均相催化剂时能减少后续去除该催化剂的步骤，且其反应耗时与使用均相催化剂的反应耗时相近，从而提高环氧基化合物的制备效率，因此作为进一步优选。
实施例2a以及2k-2m中虽然原料、设备以及制备方法均相同，但其设计温度和设计压力存在差异，其中实施例2m对应获得的产物纯度明显低于实施例2a、2k和2l、反应最高温度明显高于实施例2a、2k和2l，因此当设计温度、设计压力与微通道反应段安全体积满足“Tm＝aV+b；Pm＝cV+d；其中，Tm为所述设计温度，单位为℃；所述Pm为所述设计压力，单位为kPa；所述V为所述安全体积，单位为cm3；2≤a≤3，18≤b≤25，3≤c≤5，108≤d≤120。”的计算公式时，能够获得纯度更好的产物。
实施例2n-2o中微通道反应段内的反应温度和反应压力未满足低于设计温度和设计压力的情况，其对应的最高反应温度明显高于实施例2a，其产物纯度则低于实施例2a，因此在控制设计温度低于设计温度、设计压力低于设计压力时反应能更为平稳地进行，获得的产物纯度也能有所提高。
对比例2a的微通道反应系统未设置混合器，对比例2b的微通道反应系统未设置微通道预热段，对比例2c的微通道反应系统使用外置加热装置加热的热媒，其对应收获的产物纯度均大幅下降。这是由于本申请中混合器和微通道预热段能直接将原料进行混合预热，使各原料做好发生反应的准备，便于环氧化合物与反应起始剂充分反应；在此基础上，将混合料反应产生的热量用于混合料的预热，不但能提高热量的利用率，还能有效控制反应温度，相对于外置加热设备等操作能够更好地保证预热温度维持在稳定范围内，进而有效降低反应出现失控状况，以此获得纯度更高的产物。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种微通道反应系统，适用于制备环氧基化合物，其特征在于：包括混合器(1)和微通道反应器；
环氧化合物、反应起始剂及其他物料严格按照目标产物分子设计控制相应摩尔比，其通过混合器(1)混合为混合料，微通道反应器包括微通道预热段(3)和微通道反应段(4)，混合料经微通道预热段(3)预热后通入微通道反应段(4)进行反应；
微通道预热段(3)包括预热模块(31)和套设在预热模块(31)外侧的预热筒体(32)，预热模块(31)与预热筒体(32)间隔形成适于热媒流通的预热腔(33)，预热模块(31)上设有适于实时监测预热温度的传感器；
微通道反应段(4)包括至少一个反应模组，每一反应模组包括反应模块(41)和套设在反应模块(41)外侧的反应筒体(42)，反应模块(41)与反应筒体(42)间隔形成适于冷媒流通的反应腔(43)，反应模块(41)上设有适于实时监测反应温度和反应压力的传感器；
当反应模块(41)的物料反应放热所导致的温度和压力分别低于设计温度和设计压力时，冷媒吸收反应热转化为热媒并输送至预热腔(33)中；当反应模块(41)的物料发应温度趋近设计温度和/或物料反应压力趋近设计压力时，冷媒吸收反应热转化为热媒并输送至预热腔(33)中，同时往热媒中混入连接的冷媒。
2.根据权利要求1的微通道反应系统，其特征在于：混合料在微通道预热段(3)内的流向与热媒在预热腔(33)内的流向相反。
3.根据权利要求2的微通道反应系统，其特征在于：混合料在微通道反应段(4)内的流向与冷媒在反应腔(43)内的流向相反。
4.根据权利要求1的微通道反应系统，其特征在于：反应模组设有多个，微通道反应段(4)按目标产物的分子设计由反应模组串联和/或并联而成。
5.一种环氧基化合物的制备方法，采用如权利要求1-4任一项的微通道反应系统，其特征在于：包括以下步骤：
混合：将环氧化合物、反应起始剂及其他物料按反应物料摩尔比通入混合器(1)中混合，得到混合料；
预热：将混合料从通入微通道预热段(3)内，对微通道预热段(3)进行加热，使流出微通道预热段(3)的物料达到预热温度；
反应：将经预热后的混合料通入微通道反应段(4)内进行反应，得到环氧基化合物；
其中，微通道反应段(4)的设计温度和设计压力由微通道反应段(4)的安全体积计算而得，混合料以最高加料速度进入反应段反应时，混合料的反应温度仍应低于设计温度、反应压力仍应低于设计压力，最高加料速度应以此条件设定；
出料：收集从微通道反应段(4)流出的产物，即为环氧基化合物。
6.根据权利要求5的环氧基化合物的制备方法，其特征在于：在反应步骤中，设计温度、设计压力与微通道反应段(4)安全体积的计算公式为：
Tm=aV+b；Pm=cV+d；
其中，Tm为设计温度，单位为℃；Pm为设计压力，单位为kPa；V为安全体积，单位为cm3；2≤a≤3，25≤b≤35，3≤c≤5，108≤d≤120。
7.根据权利要求5的环氧基化合物的制备方法，其特征在于：在混合步骤中，混合料中还包括均相催化剂。
8.根据权利要求7的环氧基化合物的制备方法，其特征在于：均相催化剂与环氧化合物的摩尔比为（0.005-0.05）：1。
9.根据权利要求5的环氧基化合物的制备方法，其特征在于：在反应步骤中，微通道反应段(4)内设有非均相催化剂，非均相催化剂以固体形式存在于微通道反应段(4)内存在的一个或多个工艺微通道内，或作为微通道反应段(4)内存在的一个或多个工艺微通道壁的涂层形式存在。
10.根据权利要求9的环氧基化合物的制备方法，其特征在于：非均相催化剂与环氧化合物的摩尔比为（0.01-0.1）：1。
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