CN113292470B - 一种无放大效应的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无放大效应的过氧化‑2‑乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺，所述的合成工艺是以过氧化叔丁醇、碱液、氯甲酸2‑乙基己酯为原料，连续依次经碱化反应、酯化反应以及淬灭步骤得到过氧化‑2‑乙基己基碳酸叔丁酯，所述的合成工艺在一体化连续流反应器中进行，在所述一体化连续流反应器的进料口不间断加入反应原料过氧化叔丁醇、碱液、氯甲酸2‑乙基己酯，在所述一体化连续流反应器出料口不间断得到过氧化‑2‑乙基己基碳酸叔丁酯，无放大效应，反应总时间不超过180s。与传统的生产工艺相比，温度大幅提升，反应总时间大大缩短，无放大效应，产品指标稳定、重现性好。

Description

一种无放大效应的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流 合成工艺

本发明专利申请是中华人民共和国国家知识产权局受理的申请号：2017106889821，申请日2017年8月13日，申请人：上海惠和化德生物科技有限公司，发明名称：一种无放大效应的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺的分案申请。

技术领域

本发明涉及化学领域，具体涉及一种过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺。

背景技术

过氧酯是重要的有机过氧化物，如过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，过氧化新癸酸异丙苯酯，和过氧化新癸酸-1,1,3,3-四甲基丁酯。过氧酯是自由基聚合反应的低温引发剂，广泛用于聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯共聚物(如，ABS)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)和聚醋酸乙烯酯(PVAc)等生产领域。同时，其也是不饱和聚酯的高温固化剂。

自从1901年Baeyer和Villiger报道制取了第一例过氧酯至今，已有许多过氧酯产品问世，从实验室规模到工业化规模的制备均有报道。目前，总体上看，绝大部分过氧酯的制备都是通过酰化工序(Acylation procedures)完成的。其基本原理为：将过氧醇与酰化剂(包括酰氯、酸酐、烯酮、硫酰氯、碳酰氯、氯仿、异氰酸酯的氨基甲酰氯(Carbamylchloride)等) 进行反应而制备的。下面的反应即该原理的具体形式：

过氧酯是非常活泼的化合物，极易分解为高反应活性的自由基和氧，该过程中会释放大量的热甚至引发爆炸。作为有机过氧化物，其重要特征是自加速分解温度(SADT，Self Accelerating Decomposition Temperature)，在等于或高于自加速分解温度下，有机过氧化物分解反应放热速率与环境散热速率是失衡的，即体系热量在不断累积，此时，有机过氧化物可通过热分解导致危险的自加速分解反应和在不利环境下的爆炸或起火。与不相容的物质接触以及提高机械应力可导致在等于或低于SADT下的分解。

有机过氧化物在温度的作用下会发生分解，这是由于存在可在约84～184kJ/mol的能量范围△H内打开的氧-氧键，所述能量范围取决于该有机过氧化物的性质。这就是说不同的有机过氧化物发生分解打开氧-氧键时所需的能量是因各自性质而不同的。因此，不同有机过氧化物，自分解加速温度和热稳定性会有很大差别。同时由于结构差异，不同有机过氧化物的合成路线和所需原料都不同的，原料的物理、化学性质也千差万别。这众多差异导致不存在一个所谓“通用”的工艺过程能适用所有的有机过氧化物，不同的有机过氧化物的合成工艺也无法相互移植套用。每个具体有机过氧化物的合成都需要根据其自加速分解温度和热稳定性以及使用原料的物理、化学性质来专门设计开发个性化的适用工艺过程、条件和参数。例如，过氧化二异丁酰(DIPB)的自分解加速温度(SADT)为0℃，10小时半衰期对应的温度为 23℃；过氧化新癸酸异丙苯酯(CNP)的自分解加速温度(SADT)为10℃，10小时半衰期对应的温度为38℃；过氧化新戊酸叔丁酯(TBPV)的自分解加速温度(SADT)为20℃， 10小时半衰期对应的温度为57℃；而过氧化2-己基乙酸叔丁酯(TBPEH)的自分解加速温度(SADT)则为35℃，10小时半衰期对应的温度为72℃；对于过氧化叔丁醇(TBHP)，其自分解加速温度(SADT)更高达80℃，10小时半衰期对应的温度为98℃。

过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，缩写为TBEC，主要用于：苯乙烯的聚合，可以使用于苯乙烯和苯乙烯的共聚体的聚合反应，聚合反应温度范围为100-130℃。在本体聚合中，其有利于增加反应速率。在水相悬浮聚合工艺中，使用过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯可以减少反应最后阶段苯乙烯单体的残留量；丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚合，可以用于丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的聚合反应，聚合反应温度为100-170℃；热固树脂的固化，可用于脂肪族不饱和聚酯在高温下的固化；也是UP树脂热模压成型工艺首选的固化剂(SMC、BMC、ZMC等)，温度范围为120-170℃，制品耐受性好，安全环保。过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的自加速分解温度(SADT)为60℃，10小时半衰期对应的温度为98℃。

TBEC的合成原料为过氧化叔丁醇，氢氧化钠或氢氧化钾和氯甲酸2-乙基己酯，其反应方程式如下。目前，多采用间歇工艺来生产，反应温度通常在50℃以下，收率为90％以上，储存温度一般低于40℃。

间歇工艺(batch process)是将原料加入反应器后，等待一定时间(包括每个步骤反应的时间、降温时间、升温时间、保温时间、以及各操作的间隔等待时间等)，反应达到一定要求后，一次卸出产品，即产品的生产方式是间隔成批次的，并且每批次只能生产有限的固定数量的产品(其数量取决于反应器容积的大小)。间歇工艺的反应总时间是指从原料到制得产品的总时间，包括每个步骤的加料时间，反应时间，卸料时间，转料时间，降温时间、升温时间、保温时间以及各操作的间隔等待时间等。间歇工艺操作过程中反应器内物料(包括中间产物、最终产物)的组成、温度等状态参数会随时间变化，是非稳态过程，生产过程和产品质量具有很大的不确定性，直接导致下游产品的质量不稳定，难以控制。

间歇工艺最重要的特征有两点，一是过程中存在“停留”或“中断”，二是产品生产是间隔开的，即产品存在批次并且一个批次生产只能得到固定数量的产品。也就是，对于每一批次的生产，固定数量的原料按照反应步骤的顺序进行反应，最终得到有限的固定数量的产品(产物)；然后再投入固定数量的原料，按照同样的步骤进行下一批次的反应，制得有限的固定数量的产品。

间歇工艺实现的方式有两种：1)分别用多个反应器(例如，烧瓶、反应釜等)实现，每一步反应在一个反应器中进行；2)用一个反应器(例如，烧瓶、反应釜等)实现，在该反应器中依次完成每步反应，反应过程中需要根据反应进程依次添加多个原料，也就是每一步反应后，就会有“停留”，等待进一步添加后续反应的原料。有的文献也把方式2)称作连续(continuous)，其实质也是间歇的，因为过程中存在“停留”，需等待加料，或者需要为下一步反应调节到合适的温度(例如，升温、降温或保温)。

目前的合成工艺大多采用间歇反应。主要存在以下问题：

1、间歇批次操作效率不高，反应时间很长。需要先缓慢滴加碱液到过氧化叔丁醇合成叔丁基过氧化钠(钾)，过程中要控制温度，再缓慢滴加氯甲酸2-乙基己酯继续反应。

2、无论是过氧化叔丁醇与碱液的反应，还是第二步与氯甲酸2-乙基己酯的酯化过程，都是放热反应，需要反应器具有很好的换热性能，保证反应不飞温。而且，温度过高，产品会发生分解，使收率降低。而反应釜的换热效率比较差，因此需要控制反应的滴加速度很慢才行。间歇反应安全性有待改善。

虽然已有少量的连续制备TBEC的工艺开发出来，但是已有工艺存在的问题是：一是不可避免存在放大效应，这为进一步的工业化应用带来诸多不确定性，例如，由于放大效应具有不确定性且受到生产规模的影响很大，具有放大效应的工艺过程在向工业化放大时，需要多次逐级放大，每次放大过程都要重新调整优化工艺条件和参数，例如，根据生产需要调节生产量的时候，就会涉及到放大过程，每次生产量的调节都需要重新调整优化工艺条件和参数，这会极大地消耗人力物力和项目开发时间；由于放大效应受到生产规模的影响很大，会随着生产量的变化而变化且没有规律性，在工业化生产中，即使工艺条件和参数调整到位，如果改变产品生产规模，也需要重新调整优化工艺条件和参数，生产过程缺乏灵活性；同时大幅度不确定的放大效应会影响工艺的稳定性和可靠性，工艺条件和参数的微小波动都可能极大地影响产品质量，使得产品质量不稳定，难以控制；另外，这也会给生产过程带来潜在的安全风险。

二是有些连续工艺短时间内无法反应完全，需要较长反应时间来提高转化率，造成生产效率下降。

三是有些连续工艺中是使用了搅拌反应器，其中仍然含有大量的基于有机过氧化物的反应混合物，尽管存在用于耗散反应热的装置，但所述反应混合物仍可导致可能的放热反应(例如分解)的危险。

放大效应(Scaling-Up Effect)，是指利用小型设备进行化工过程(即小规模)实验(例如实验室规模)得出的研究结果，在相同的操作条件下与大型生产装置(例如工业化规模) 得出的结果往往有很大差别。有关这些差别的影响称为放大效应。其原因主要是小规模的实验设备中的温度、浓度、物料停留时间分布与大规模设备中的不同。也就是说，相同的操作条件下，无法在工业化规模上完全重复小规模实验的研究结果；若要在工业化规模上得到与小规模实验相同或近似的结果，需要通过优化调整，改变工艺参数和操作条件。对于化工过程来说，放大效应是一个难度较大而且迫切需要解决的问题。如果不解决，会导致生产过程和产品质量具有很大的不确定性，一是直接导致下游产品的质量不稳定，难以控制；二是不确定性会带来生产过程工艺参数波动，进而导致无法有效控制生产过程，使得生产安全性不能得到保证，为生产过程埋下诸多安全隐患。

中国专利CN 101287704 A描述了通过微反应技术可以合成过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的方法，涉及一种在至少一个静态微混合器的辅助下，高效且安全地合成该有机过氧化物的方法和实施该方法的装置。该专利明确指出有机过氧化物在等于或高于自加速分解温度 (SADT)下，可通过热分解导致危险的自加速分解反应，和在不利环境下爆炸或起火。也就是说，有机过氧化物在等于或高于自加速分解温度下会极度危险甚至会爆炸或起火。相应地，该专利明确提出有机过氧化物制备中经验表明要求的反应温度低于上述SADT范围。TBEC 自加速分解温度为60℃，该专利在55℃条件下(即在其自加速分解温度以下)制备了TBEC，反应总时间在3到6分钟。

中国专利CN 101479239A描述了使用具有高热交换能力的板式换热器来连续制备有机过氧化物的方法。该专利提到有机过氧化物是不稳定且热敏感的化合物，即在温度的作用下分解的化合物，因此在合成时需要限定所达到的最高温度。通过在板式换热器不同位置(板块) 引入不同的反应物以控制该最高温度，使得可以在给定的温度下连续制备选定的过氧化物。其温度给定值为这样的温度，高于该温度时有机过氧化物变得热敏感，即合成中的反应温度要在相对较低的该有机过氧化物热敏感的温度范围以下。相比较间歇工艺，产率接近或更好但反应温度更高。该方法的合成反应时间在实验室规模为1秒到45秒的范围内，而在工业规模上最高达2分钟到3分钟。相比间歇工艺，该连续制备方法在生产效率和安全性上优势明显。只是工业规模反应时间是实验室规模的2倍～180倍，存在很大幅度不确定(反应时间2～180倍极宽范围的延长)的放大效应，增加了工业化的难度。只要存在放大效应，无论幅度大小、是否确定，都会给该工艺将来的工业化应用带来诸多不利，例如，由于存在放大效应且放大效应存在不确定性，在向工业化放大时，只能采取多次逐级放大的方法，并且为了获得与实验室规模一致性的结果，每次放大过程都要重新调整优化工艺条件和参数，这会极大地消耗人力物力和项目开发时间；即使采用多次逐级放大，由于放大效应不确定、变化幅度太大，也可能最终导致放大后无法达到实验室规模的好结果；由于放大效应受到生产规模的影响很大，会随着生产量的变化而变化且没有规律性，在工业化生产中，即使工艺条件和参数调整到位，如果改变产品生产规模，也需要重新调整优化工艺条件和参数，生产过程缺乏灵活性；同时大幅度不确定的放大效应会影响工艺的稳定性和可靠性，导致产品质量不稳定，难以控制；另外，这也会给生产过程带来潜在的安全风险。

中国专利CN 101631772、CN 101641326和文献Chem.Eng.Process.2013,70,217-221 均报道了可用于制备TBEC的连续方法，这些连续方法都使用了或部分使用了搅拌反应器，这导致：一是使用的搅拌反应器仍带有间歇装置的特征，因而都存在放大效应。二是由于存在这种“间歇”因素，过程中会有“停留”，工艺过程仍是非稳态过程，并不是连续流工艺，生产(合成)过程以及产品质量依然存在波动和不确定性。三是反应器仍然含有大量的基于有机过氧化物的反应混合物，尽管存在用于耗散反应热的装置，但所述反应混合物仍可导致可能的放热反应(例如分解)的危险。四是通常使用的机械搅拌器可能未提供各反应相的最佳混合，尤其是这些相不混溶时更是如此。

从现有技术中可以看出，现有的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的合成工艺均存在不同程度的放大效应，导致向工业化放大时会消耗大量人力物力且存在诸多不确定性；放大后工艺可靠性也存在问题，导致产品质量不稳定，难以控制；同时生产过程缺乏灵活性并且会有潜在的安全风险；另外由于反应温度低，导致反应总时间过长，且产率不高，降低了生产效率，这些都增加了工业化的难度。无法实现大规模生产，就限制了其应用。因此，需要寻找一种无放大效应，操作简单，高效，易于大规模生产的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺。

发明内容

针对现有技术是不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种无放大效应，操作简单，高效，易于大规模生产的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺。

连续合成工艺(连续工艺，continuous process)是指生产过程中生产系统各生产步骤之间相互衔接，整体上保证持续运行，但每个步骤中允许停留等待。连续流合成工艺(连续流工艺，continuous-flow process)作为连续工艺的一种，是一种快速高效的全流程连续工艺，具有用时短、效率高、易操作等特点，过程中连续不间断地加入原料，连续不间断地生产制得产品，过程中物料(即包含有原料、中间体、产品、溶剂等的反应混合物)是连续流动的，没有间断，没有停留等待，即产品被源源不断地生产出来，是一种“流水线”式的化工生产过程。当工艺操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化，是稳态过程，因而生产过程和产品质量都是稳定的。在包含有多步反应的工艺中，如果其中某几个步骤是连续的或者只是将原有间歇工艺中的各步骤简单连接起来，该工艺可以称为半连续工艺；而只有所有步骤都是连续的并且物料在整个工艺过程中是连续流动的，即连续加入原料，连续得出产品，才能称为连续流工艺(或者全流程连续工艺)。

为解决本发明的技术问题，本发明创新性地提供了一种无放大效应的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺，所述的合成工艺以过氧化叔丁醇、碱液、氯甲酸2-乙基己酯为原料，连续依次经碱化反应、酯化反应以及淬灭步骤得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述的合成工艺在一体化连续流反应器中进行，在所述一体化连续流反应器的进料口不间断加入反应原料过氧化叔丁醇、碱液、氯甲酸2-乙基己酯，在所述一体化连续流反应器出料口不间断得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述的合成工艺无放大效应。

本发明通过集成反应工艺和反应器的结合，解决了放大效应的技术问题。由于本发明的解决方案不存在放大效应，极大地降低了工业化应用的难度，在向工业化放大时，无需经历繁琐复杂的多次逐级放大和工艺条件、参数的调整优化，即可一次放大到所需要的生产规模，极大地节约了人力物力和项目开发时间；在工业化生产中，可灵活改变产品生产规模，无需重新调整优化工艺条件和参数，生产过程灵活性好；无放大效应使得生产过程稳定可靠，工艺条件和参数的波动也不会影响产品质量，产品质量易于控制；这也极大地提升了生产过程的安全性。本发明的生产工艺可以在高温下快速、连续地完成制备过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯(TBEC)的两步反应，所述的高温甚至可以远高于TBEC的自分解加速温度(可在80℃以上反应)，生产效率得到极大提升。可见，本发明的生产工艺突破了现有技术的限制，在现有技术无法实现的苛刻、危险的条件下，成功了实现了TBEC的高效率、高质量的合成((可以在180s内完成反应，收率≥97％)，并且不存在放大效应，非常适合工业化生产，是本领域的一项重大突破。

本发明的反应路线如下：

进一步地，所述合成工艺的反应总时间≤180s，优选的，所述的反应总时间为20～180s；优选的，所述的反应总时间为40～90s；优选的，所述的反应总时间为20～150s，优选的，所述的反应总时间为20～110s；更优选的，所述的反应总时间为20～90s；更优选的，所述的反应总时间为20～70s；更优选的，所述的反应总时间为20～60s，更优选的，所述的反应总时间为30～50s；更优选的，所述的反应总时间为30～40s。所述的反应总时间是指从原料进入反应器到产品输出反应器所需的时间，在连续流工艺中也称其为停留时间(residence time)。反应母液经过静置分层、洗涤和干燥后可得到工业产品过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯。

进一步地，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥97％；优选的，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥98％；更优选的，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥ 99％。

进一步地，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥93％；优选的，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥96％。

进一步地，所述酯化反应的温度≥50℃，优选的温度≥80℃，优选的温度为50～90℃，优选温度为70～85℃，优选温度为50～100℃，优选温度为60～90℃，更优选温度为65～85℃，更优选温度为70～80℃。

进一步地，所述碱化反应的温度为5～35℃，优选5～30℃，更优选5～20℃，更优选5～ 18℃，更优选5～13℃，更优选6～11℃，更优选7～9℃。

进一步地，所述的淬灭步骤的温度为15～45℃，优选25～40℃。

进一步地，所述碱液选自氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。

进一步地，所述碱液的浓度为5％～45％，优选15％～35％，更优选20％～30％。

进一步地，所述过氧化叔丁醇的浓度为60％～85％，优选65％～80％，更优选70％～75％。

进一步地，所述碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.0～1.5:1，优选1.10～1.25:1，更优选为 1.20:1。

进一步地，氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.7～1.0:1，优选0.8～1.0:1，更优选为0.85:1。

为满足本发明连续流工艺的条件，本发明开发了专门的一体化反应器。所述的反应器可以是模块化的结构，需要设计模块的组织方式、数量，各温区包含的模块，还需要开发针对性的工艺条件和参数，包括各温区的划分和温度设置，以上各种因素发生协同作用，使得这一连续流工艺得以实现。还可以进一步地结合各温度与物料浓度、物料配比和物料流速，使之与反应进程相匹配，得到更好的反应效果。所述的物料包含各原料、反应过程的各中间产物，所述的物料浓度包含各原料的浓度、各中间产物的浓度，所述的物料配比包含各原料的配比、各中间产物的浓度，所述的物料流速包含各原料的流速、各中间产物的流速。

进一步地，为与过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯连续流合成工艺相匹配，所述一体化连续流反应器采用单元化结构，包括碱化单元、酯化单元和淬灭单元。其中：所述的碱化单元用于过氧化叔丁醇与碱反应生成相应的叔丁基过氧盐并将其输送至酯化单元；所述的酯化单元用于叔丁基过氧盐与氯甲酸2-乙基己酯的反应生成过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯(TBEC) 并将其输送至淬灭单元；所述的淬灭单元用于反应淬灭并输出反应母液。

进一步地，所述酯化单元的温度≥50℃，优选的温度≥80℃，优选的温度为50～90℃，优选温度为70～85℃，优选温度为50～100℃，优选温度为60～90℃，更优选温度为65～85℃，更优选温度为70～80℃。

进一步地，所述碱化单元的温度为5～35℃，优选5～30℃，更优选5～20℃，更优选5～ 18℃，更优选5～13℃，更优选6～11℃，更优选7～9℃。

进一步地，所述的淬灭单元的温度为15～45℃，优选25～40℃。

进一步地，为与过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯连续流合成工艺相匹配，所述一体化连续流反应器采用单元化结构，所述的每个单元独立地包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成，各单元之间相互串联。

进一步地，为与过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯连续流合成工艺相匹配，所述一体化连续流反应器采用单元化结构，所述的每个单元对应一个温区，每个温区独立地包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成，各温区之间相互串联。

进一步地，所述的单元之间还进一步包含缓冲器。

所述一体化连续流反应器进料口的数量为1个或多个，所述一体化连续流反应器出料口的数量为1个或多个。

本发明提供了一个无放大效应的高效的TBEC连续流合成方案，即，三种反应物不断地输入反应器里，并连续地收集反应产物。使用的一体化连续流反应器包括三个功能单元：碱化单元、酯化单元和淬灭单元。借助于功能单元温区划分和温度设置的优化以及三个功能单元的协同作用，短时间内就能够充分反应，反应总时间缩短至3分钟内，大大提升了工艺的效率。尤其是可以在大大超过TBEC的自加速分解温度以上的较高温度(高于80℃)下完成了酯化反应，大大加快了反应进程，无需延迟管线在较短时间内(通常是3分钟内)即可得到97％以上的高收率，使得TBEC的生产实现了高质量、高效率、稳定化的大规模生产。

在连续流工艺稳定性和可靠性好，因而产品质量稳定、重现性好；工艺没有放大效应，也解决了TBEC连续流工艺工业化存在放大效应的问题；同时该一体化连续流反应器由于无需延迟管线，体积小，占地面积小，极大地节约了厂房用地。

进一步地，所述的反应器模块任选是任意一种能实现连续流工艺的反应器，所述的反应器选自微反应器(Microreactor)，串联盘管反应器(Tandem loop reactor)，管式反应器(Tubular reactor)的任意一种或任意多种。所述的微反应器，又称微结构反应器或微通道反应器，是一种在其中化学反应发生在普遍侧向尺寸在1mm及以下的有限区域内的设备，这类有限区域最典型的形式即是微型尺寸通道。串联盘管反应器，即用管道将盘管反应器串联起来组成的反应器，其中盘管反应器是将管式反应器做成盘管的形式。管式反应器是上个世纪中叶出现的一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长；可以单管也可以多管并联；可以空管，也可以是填充管。

进一步地，所述的反应器可以是一台或多台。

进一步地，所述反应器通道的材质为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金、聚四氟乙烯。

进一步地，所述的反应器模块之间、反应器模块组之间、反应器模块和反应器模块组之间均分别是串联或并联。

进一步地，所述碱化单元对应温区1，所述酯化单元对应温区2，所述淬灭单元对应温区 3。

进一步地，所述的连续流合成工艺在包含3个温区的一体化连续流反应器中进行。

进一步地，所述的连续流合成工艺包括如下步骤：

(a)将过氧化叔丁醇和碱液输送进温区1中，流经温区1发生反应，生成中间体叔丁基过氧盐；

(b)流出温区1的反应液与氯甲酸2-乙基己酯混合后进入温区2，流经温区2，直至反应完全。

(c)流出温区2的反应液进入温区3降温来淬灭反应，得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯。

进一步地，所述温区1的温度为5～35℃，优选5～30℃，更优选5～20℃，更优选5～18℃，更优选5～13℃，更优选6～11℃，更优选7～9℃。

进一步地，所述温区2的温度≥50℃，优选的温度≥80℃，优选的温度为50～90℃，优选温度为70～85℃，优选温度为50～100℃，优选温度为60～90℃，更优选温度为65～85℃，更优选温度为70～80℃。

进一步地，所述温区3的温度为15～45℃，优选25～40℃。

进一步地，步骤(a)所述碱液选自氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。

进一步地，所述碱液浓度为5％～45％，优选15％～35％，更优选20％～30％。

进一步地，步骤(a)所述过氧化叔丁醇浓度为60％～85％，优选65％～80％，更优选70％～ 75％。

进一步地，碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.0～1.5:1，优选1.10～1.25:1，更优选为1.20:1。

进一步地，氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.7～1.1:1，优选0.8～1.0:1，更优选为0.85:1。

进一步地，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥97％；优选的，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥98％；更优选的，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥ 99％。

进一步地，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥93％；优选的，所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥96％。

需要说明的是，实际合成中(包括实验室、中试、实际生产过程中)所用的过氧化叔丁醇浓度会有±3个百分点的质量浓度的偏差；碱液浓度会有±3个百分点的质量浓度的偏差；温区温度会有±5℃的偏差；反应总时间会有±5s的偏差。

本发明的第二个目的是提供一种专用于如前所述任何一种形式的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺的一体化连续流反应器，所述的一体化连续流反应器采用单元化结构，包括碱化单元、酯化单元和淬灭单元，其中：所述的碱化单元用于过氧化叔丁醇与碱反应生成相应的叔丁基过氧盐并将其输送至酯化单元；所述的酯化单元用于叔丁基过氧盐与氯甲酸2-乙基己酯的反应生成过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯并将其输送至淬灭单元；所述的淬灭单元用于反应淬灭并输出反应母液。

本发明的第三个目的是提供一种专用于如前所述任何一种形式的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺的一体化连续流反应器，所述一体化连续流反应器采用单元化结构，所述的每个单元独立地包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成，各单元之间相互串联。

本发明的第四个目的是提供一种专用于如前所述任何一种形式的的过氧化新癸酸叔丁酯的连续流合成工艺的一体化连续流反应器，所述的一体化连续流反应器采用单元化结构，每个所述的单元对应至少一个温区，每个温区独立地包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成，各温区之间相互串联。

以上三种连续流反应器进一步可以是：

进一步地，所述的单元之间还进一步包含缓冲器(Buffer vessel)，所述的缓冲器为具有一定容积的容器，主要用于缓冲系统的压力波动和平衡流量差异，使系统工作更平稳。

进一步地，所述一体化连续流反应器进料口的数量为1个或多个，所述一体化连续流反应器出料口的数量为1个或多个。

进一步地，所述的反应器模块任选是任意一种能实现连续流工艺的反应器，所述的反应器选自微反应器(Microreactor)，串联盘管反应器(Tandem loop reactor)，管式反应器(Tubular reactor)的任意一种或任意多种。所述的微反应器，又称微结构反应器或微通道反应器，是一种在其中化学反应发生在普遍侧向尺寸在1mm及以下的有限区域内的设备，这类有限区域最典型的形式即是微型尺寸通道。串联盘管反应器，即用管道将盘管反应器串联起来组成的反应器，其中盘管反应器是将管式反应器做成盘管的形式。管式反应器是上个世纪中叶出现的一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长；可以单管也可以多管并联；可以空管，也可以是填充管。

进一步地，所述的反应器可以是一台或多台。

进一步地，所述的反应器模块之间、反应器模块组之间、反应器模块和反应器模块组之间均分别是串联或并联。

进一步地，所述反应器通道的材质为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金、聚四氟乙烯。

进一步地，所述的一体化连续流反应器包含3个温区。

进一步地，所述碱化单元对应温区1，所述酯化单元对应温区2，所述淬灭单元对应温区 3。

进一步地，所述温区1的温度为5～35℃，优选5～30℃，更优选5～20℃，更优选5～18℃，更优选5～13℃，更优选6～11℃，更优选7～9℃。

进一步地，所述温区2的温度≥50℃，优选的温度≥80℃，优选的温度为50～90℃，优选温度为70～85℃，优选温度为50～100℃，优选温度为60～90℃，更优选温度为65～85℃，更优选温度为70～80℃。

进一步地，所述温区3的温度为15～45℃，优选25～40℃。

本发明与现有技术的比较，有益效果如下：

1、在一体化连续流反应器上实现了TBEC高效的连续流合成。即，三种反应物不断地输入反应器里，并连续地收集反应产物。借助于功能单元温区划分和温度设置的优化，短时间内就能够充分反应，大大提升了工艺的效率。反应总时间至多为3分钟。

2、工艺安全性极大提升，连续流反应器相对较小的持液量和优良的传热特性，加之较短的反应时间(3分钟内)使得该工艺过程更为安全。其中所述的反应器持液量是指当操作达到定态时，任一时刻反应器中存有的反应物料的总体积。

3、TBEC的自加速分解温度为60℃，有些连续流工艺中酯化反应温度设定在较低温度 (55℃)时，为了达到适当的收率，需要延长反应时间，而这显然会降低连续反应的效率。而本工艺过程，在酯化单元中酯化反应在80℃甚至更高温度下依然非常平稳进行，观察不到显著的分解现象。随着温度的提高，反应的收率明显提高，短时间内即可得到97％以上的高收率，以至于反应时间大大缩短，通常是3分钟内即可反应完全，生产更为高效。

4、根据TBEC的自加速分解温度和热稳定性以及使用原料的物理、化学性质，在一体化连续流反应器中设计了三个功能单元。其中碱化单元用于过氧化叔丁醇与碱反应生成相应的叔丁基过氧盐并将其输送至酯化单元；酯化单元用于叔丁基过氧盐与氯甲酸2-乙基己酯的反应生成过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯(TBEC)并将其输送至淬灭单元；淬灭单元用于反应淬灭并输出反应母液。通过三个功能单元协同作用，使得反应可以在3分钟内充分完成。

5、在一体化连续流反应器中，由于流速稳定、生产过程稳定，因而产品质量稳定、重现性好。

6、该工艺在工业化规模上依然在3分钟内完成反应，产品含量和收率与实验室规模时基本相同，未发现放大效应，解决了TBEC连续流工艺工业化放大的问题。

7、该一体化连续流反应器由于无需延迟管线，体积小，占地面积小，极大地节约了厂房用地。

附图说明

图1本发明实施例1连续合成工艺工艺图。

其中，T1为温区1的温度；T2为温区2的温度；T3为温区3的温度。

图2是本发明所述的一体化反应器的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明实施例中的浓度均为质量浓度，产物的含量利用高效液相色谱(HPLC)检测。

实施例1

如图1和图2所示，将原料1(过氧化叔丁醇)和原料2(氢氧化钾水溶液)以恒流泵输送进温区1中，流经温区1发生反应，生成中间体叔丁基过氧化钾。使用恒流泵将原料3(氯甲酸2-乙基己酯)输送进温区2中，流经温区2，反应完全。流出温区2的反应液进入温区3 降温来淬灭反应，收集反应母液。母液分层，洗涤等，即可得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯。各反应参数和结果如下：

表1：原料流量、温区温度、反应时间、含量和收率

实施例2-19

采用实施例1的操作方法，考察了不同反应参数下制备过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的反应时间、含量和收率，各参数条件和结果如下表2所示。

表2：实施例2-19的原料浓度和流量

a实际合成中所用的过氧化叔丁醇浓度与表中所列的浓度会有±3个百分点的质量浓度的偏差。

b实际合成中所用的碱液浓度与表中所列的浓度会有±3个百分点的质量浓度的偏差。

c实际合成中的温区温度与表中所列的温度会有±5℃的偏差。

d实际合成中的反应总时间与表中所列的反应总时间会有±5s的偏差。

对比实施例8和9，实施例11和12，实施例13和14可知，放大反应规模并没有对产品的含量和收率产生影响，即本工艺并不存在放大效应；由实施例2可知，即使在较低的50℃进行酯化反应，反应仍能在3分钟内完成，并获得93.0％的产品含量和97.1％的产品收率。这都表明本工艺具有稳定、可靠、高效和适于工业化放大的特点。

Claims (81)

1.一种无放大效应的过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的连续流合成工艺，其特征在于：所述的合成工艺以过氧化叔丁醇、碱液、氯甲酸2-乙基己酯为原料，连续依次经碱化反应、酯化反应以及淬灭步骤得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述的合成工艺在一体化连续流反应器中进行，在所述一体化连续流反应器的进料口不间断加入反应原料过氧化叔丁醇、碱液、氯甲酸2-乙基己酯，在所述一体化连续流反应器出料口不间断得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，所述的合成工艺无放大效应，所述合成工艺的反应总时间≤180s，所述酯化反应的温度为60～100℃，所述碱化反应的温度为5～35℃，所述淬灭步骤的温度为15～45℃；

所述一体化连续流反应器采用单元化结构，包括碱化单元、酯化单元和淬灭单元，其中：所述的碱化单元用于过氧化叔丁醇与碱反应生成相应的叔丁基过氧盐并将其输送至酯化单元；所述的酯化单元用于叔丁基过氧盐与氯甲酸2-乙基己酯的反应生成过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯并将其输送至淬灭单元；所述的淬灭单元用于反应淬灭并输出反应母液。

2.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为20～180s。

3.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为40～90s。

4.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为20～150s。

5.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为20～110s。

6.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为20～90s。

7.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为20～70s。

8.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为20～60s。

9.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为30～50s。

10.根据权利要求2所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应总时间为30～40s。

11.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥97%。

12.根据权利要求11所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥98%。

13.根据权利要求11所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥99%。

14.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥93%。

15.根据权利要求14所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥96%。

16.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述酯化反应的温度为70～85℃。

17.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述酯化反应的温度为60～90℃。

18.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述酯化反应的温度为65～85℃。

19.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述酯化反应的温度为70～80℃。

20.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化反应的温度为5～30℃。

21.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化反应的温度为5～20℃。

22.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化反应的温度为5～18℃。

23.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化反应的温度为5～13℃。

24.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化反应的温度为6～11℃。

25.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化反应的温度为7～9℃。

26.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的淬灭步骤的温度为25～40℃。

27.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液选自氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。

28.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液的浓度为5%～45%。

29.根据权利要求28所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液的浓度为15%～35%。

30.根据权利要求28所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液的浓度为20%～30%。

31.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化叔丁醇浓度为60%～85%。

32.根据权利要求31所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化叔丁醇浓度为65%～80%。

33.根据权利要求31所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化叔丁醇浓度为70%～75%。

34.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.0～1.5:1。

35.根据权利要求34所述的连续流合成工艺，其特征在于：碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.10～1.25:1。

36.根据权利要求34所述的连续流合成工艺，其特征在于：碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.20:1。

37.根据权利要求1所述的连续流合成工艺，其特征在于：氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.7～1.0:1。

38.根据权利要求37所述的连续流合成工艺，其特征在于：氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.8～1.0:1。

39.根据权利要求37所述的连续流合成工艺，其特征在于：氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.85:1。

40.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述一体化连续流反应器采用单元化结构，每个所述的单元独立地包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成，各单元之间相互串联。

41.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：每个所述的单元对应一个温区，每个温区独立地包含一个以上的反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成，各温区之间相互串联。

42.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的单元之间还进一步包含缓冲器。

43.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述一体化连续流反应器进料口的数量为1个或多个，所述一体化连续流反应器出料口的数量为1个或多个。

44.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应器模块任选是任意一种能实现连续流工艺的反应器，所述的反应器选自微反应器、串联盘管反应器、管式反应器的任意一种或任意多种。

45.根据权利要求44所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应器为一台或多台。

46.根据权利要求44所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述反应器通道的材质为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金。

47.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的反应器模块之间、反应器模块组之间、反应器模块和反应器模块组之间均分别是串联或并联。

48.根据权利要求1-39任一项所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的连续流合成工艺在包含3个温区的一体化连续流反应器中进行。

49.根据权利要求48所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱化单元对应温区1，所述酯化单元对应温区2，所述淬灭单元对应温区3。

50.根据权利要求48所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述的连续流合成工艺包括如下步骤：

（a）将过氧化叔丁醇和碱液输送进温区1中，流经温区1发生反应，生成中间体叔丁基过氧盐；

（b）流出温区1的反应液与氯甲酸2-乙基己酯混合后进入温区2，流经温区2，直至反应完全；

（c）流出温区2的反应液进入温区3降温来淬灭反应，得到过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯。

51.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为5～35℃。

52.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为5～30℃。

53.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为5～20℃。

54.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为5～18℃。

55.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为5～13℃。

56.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为6～11℃。

57.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为7～9℃。

58.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区2的温度为70～85℃。

59.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区2的温度为60～90℃。

60.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区2的温度为65～85℃。

61.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区2的温度为70～80℃。

62.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区3的温度为15～45℃。

63.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述温区3的温度为25～40℃。

64.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：步骤（a）所述碱液选自氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液。

65.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液浓度为5%～45%。

66.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液浓度为15%～35%。

67.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述碱液浓度为20%～30%。

68.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：步骤（a）所述过氧化叔丁醇浓度为60%～85%。

69.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：步骤（a）所述过氧化叔丁醇浓度为65%～80%。

70.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：步骤（a）所述过氧化叔丁醇浓度为70%～75%。

71.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.0～1.5:1。

72.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.10～1.25:1。

73.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：碱与过氧化叔丁醇的摩尔比为1.20:1。

74.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.7～1.0:1。

75.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.8～1.0:1。

76.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：氯甲酸2-乙基己酯与过氧化叔丁醇的摩尔比为0.85:1。

77.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥97%。

78.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥98%。

79.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的收率≥99%。

80.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥93%。

81.根据权利要求50所述的连续流合成工艺，其特征在于：所述过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的含量≥96%。

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