CN113603581B - 一种工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置及方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明涉及一种工业生产4‑氯乙酰乙酸乙酯连续装置和方法。所述装置和方法可以抑制副产物2‑氯乙酰乙酸乙酯的生成，4‑氯乙酰乙酸乙酯粗品中2‑氯乙酰乙酸乙酯的生成量可以控制在0.15％以下；可以提高4‑氯乙酰乙酸乙酯的产率，4‑氯乙酰乙酸乙酯的收率可达97％以上。本发明的连续装置和方法能够连续操作，可工业化生产4‑氯乙酰乙酸乙酯，具有显著的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体地，本发明涉及一种工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置及方法。
背景技术
4-氯乙酰乙酸乙酯(Ethyl 4-Chloroacetoacetate，C6H9ClO3)又称α-氯代乙酰乙酸乙酯，是一种无色至淡黄色透明液体，其结构式如下：
4-氯乙酰乙酸乙酯主要作为医药领域及农药领域的中间体。目前市场需求量大，具有广阔的市场前景。
4-氯乙酰乙酸乙酯的合成方法主要有以下几种：
1)乙酰乙酸乙酯氯化法
将乙酰乙酸乙酯用硫酰氯直接氯化，但由于乙酰乙酸乙酯2-位的反应活性高，该反应易生成2-氯乙酰乙酸乙酯，导致4-氯乙酰乙酸乙酯的产率低。同时，2-氯乙酰乙酸乙酯的沸点与4-氯乙酰乙酸乙酯的沸点相差较少，在精馏纯化时需要反复蒸馏以除去2-氯乙酰乙酸乙酯这会导致产品的分解以及收率的降低。
2)氯乙酸乙酯法
两分子的氯乙酸乙酯在氯化汞存在下缩合得到4-氯乙酰乙酸乙酯，转化率70％-85％。该路线中需要使用到剧毒化合物氯化汞以及苯，在安全环保及生产成本上较高，仅适合实验室小规模合成，不适合工业化生产。
3)双乙烯酮法
这是目前合成4-氯乙酰乙酸乙酯的主流工艺路线，例如CN102746151A和CN103360256A公开了以双乙烯酮为起始原料，经过氯化和酯化两步合成4-氯乙酰乙酸乙酯粗品，然后经过精馏得到成品。该方法原料廉价易得，但也存在固有的缺点，即产品的收率只有75％-88％，相对来说并不够高；并且会生成5％左右的2-氯乙酰乙酸乙酯，分离困难。CN103787883A对该工艺路线进行了改进，在氯化步骤中加入稳定剂无水硫酸铜，加入量为双乙烯酮质量的0.02-1％，减少了副产物2-氯乙酰乙酸乙酯的生成量，4-氯乙酰乙酸乙酯粗品中副产物2-氯乙酰乙酸乙酯的生成量可以控制在0.5％以下，4-氯乙酰乙酸乙酯的收率在94.5％以上。但该制备方法存在以下缺点：无水硫酸铜具有很强的吸水性，易吸水变成蓝色晶体，使用和保存较为困难；并且无水硫酸铜的使用也在反应体系中引入了新的杂质，加大了后处理的难度。
因此，研究更为经济高效简便的4-氯乙酰乙酸乙酯生产方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置及方法，所述装置适合于工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯，所述方法能够以高收率简便地生产4-氯乙酰乙酸乙酯，具有很高的经济价值。
在本发明中，所述连续装置包括：氯化反应釜1、酯化反应釜2、中和釜3、脱溶釜4、精馏塔5；所述氯化反应釜1内置有铜盘管6。
优选的，所述氯化反应釜1上部或顶部配置有双乙烯酮进料口7和溶剂进料口8，下部配置有氯气进料口9，底部配置有氯化反应釜出料口10。氯化反应釜1中，双乙烯酮由双乙烯酮进料口7加入，溶剂由溶剂进料口8加入，铜盘管6中通冷却剂，氯气由氯气进料口9鼓泡通入，反应后反应液由氯化反应釜出料口10引出。
优选的，所述酯化反应釜2上部或顶部配置有酯化反应釜进料口11和乙醇进料口12，底部配置有酯化反应釜出料口13。来自氯化反应釜1的反应液由酯化反应釜进料口11加入，乙醇由乙醇进料口12加入，酯化后反应液由酯化反应釜出料口13引出。
优选的，所述中和釜3上部或顶部配置有中和釜进料口14和碱进料口15，底部配置有中和釜出料口16。来自酯化反应釜2的反应液由中和釜进料口14加入，碱由碱进料口15加入，中和后反应液由中和釜出料口16引出。
优选的，所述脱溶釜4上部或顶部配置有脱溶釜进料口17和溶剂回收口18，底部配置有脱溶釜出料口19。来自中和釜3的反应液由脱溶釜进料口17加入，溶剂蒸气由溶剂回收口18引出并冷凝回收，4-氯乙酰乙酸乙酯粗品由出料口19引出。
优选的，所述精馏塔5中部配置有精馏塔进料口20，顶部配置有产品出料口21，底部配置有废液出料口22。来自脱溶釜4的4-氯乙酰乙酸乙酯粗品由精馏塔进料口21加入，精馏得到的4-氯乙酰乙酸乙酯蒸气由产品出料口21引出并冷凝，废液由废液出料口22引出。
在本发明中，所述方法包括以下步骤：
向内置有铜盘管6的氯化反应釜1中，加入双乙烯酮和有机溶剂，铜盘管6中通冷却剂，降温至-20～-10℃，鼓泡通入氯气进行氯化反应，控制反应温度在-15～0℃；将反应液转移至酯化反应釜2中，加入无水乙醇，将反应液升温至15～25℃保温进行酯化反应；保温结束后将反应液转移至中和釜3中，加入碱将反应液调至中性，将中和后反应液转移至脱溶釜4中，加热脱除溶剂，得到4-氯乙酰乙酸乙酯粗品，将4-氯乙酰乙酸乙酯粗品转移至精馏塔5中，精馏收集4-氯乙酰乙酸乙酯产品。
优选的，所述有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、甲苯、正己烷、环己烷中的至少一种。更优选的，所述有机溶剂选自二氯甲烷。
优选的，双乙烯酮与有机溶剂的质量比为1∶3-20，优选1∶4-8。
优选的，双乙烯酮与氯气的摩尔比为1∶0.9～1.2，优选1∶1.0～1.1，更优选1∶1.05～1.1。
优选的，氯化反应的反应温度为-10～0℃，更优选-5～0℃。
优选的，所述冷却剂选自冷冻盐水或液氨。
优选的，双乙烯酮与无水乙醇的摩尔比为1∶1～2，更优选1∶1～1.4，进一步优选1∶1.1～1.2。
优选的，酯化反应的温度为20～25℃。
优选的，所述碱选自低沸点有机胺，包括二乙胺、三乙胺、二异丙胺、正丁胺中的至少一种。
优选的，在精馏塔中的精馏可在低压状态下进行。
本发明连续装置和方法的有益效果：
本发明的工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置，由于在氯化反应釜中引入了铜盘管，其催化作用和抑制作用下，能够使得副产物2-氯乙酰乙酸乙酯生成减少，同时增加4-氯乙酰乙酸乙酯的产率。因此，4-氯乙酰乙酸乙酯粗品中2-氯乙酰乙酸乙酯的生成量可以控制在0.15％以下，这减小了精馏难度，使得精馏收率也大大提高。因而，本发明连续装置和方法能够以97％以上的收率获得高纯4-氯乙酰乙酸乙酯。此外，相对于硫酸铜催化剂，铜盘管的使用更加简便，工艺操作更加简单。本发明的连续装置和方法能够连续操作，可工业化生产4-氯乙酰乙酸乙酯，具有显著的经济价值。
附图说明
图1：工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置示意图
附图标记说明：1-氯化反应釜、2-酯化反应釜、3-中和釜、4-脱溶釜、5-精馏塔、6-铜盘管、7-双乙烯酮进料口、8-溶剂进料口，9-氯气进料口、10-氯化反应釜出料口、11-酯化反应釜进料口、12-乙醇进料口、13-酯化反应釜出料口、14－中和釜进料口、15-碱进料口、16-中和釜出料口、17-脱溶釜进料口、18-溶剂回收口、19-脱溶釜出料口、20-精馏塔进料口、21－产品出料口、22-废液出料口。
具体实施方式
以下将对发明的优选实例进行详细描述。所举实例是为了更好地对发明内容进行，并不是发明内容仅限于实例。根据发明内容对实施方案的非本质的改进和调整，仍属于发明范畴。
实施例1：工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置
本发明的连续装置包括：氯化反应釜1、酯化反应釜2、中和釜3、脱溶釜4、精馏塔5；所述氯化反应釜1内置有铜盘管6。所述氯化反应釜1上部或顶部配置有双乙烯酮进料口7和溶剂进料口8，下部配置有氯气进料口9，底部配置有氯化反应釜出料口10；所述酯化反应釜2上部或顶部配置有酯化反应釜进料口11和乙醇进料口12，底部配置有酯化反应釜出料口13；所述中和釜3上部或顶部配置有中和釜进料口14和碱进料口15，底部配置有中和釜出料口16；所述脱溶釜4上部或顶部配置有脱溶釜进料口17和溶剂回收口18，底部配置有脱溶釜出料口19；所述精馏塔5中部配置有精馏塔进料口20，顶部配置有产品出料口21，底部配置有废液出料口22。氯化反应釜1中，双乙烯酮由双乙烯酮进料口7加入，溶剂由溶剂进料口8加入，铜盘管6中通冷却剂，氯气由氯气进料口9鼓泡通入；反应后反应液由氯化反应釜出料口10经由酯化反应釜进料口11引至酯化反应釜2中，乙醇由乙醇进料口12加入；酯化后反应液由酯化反应釜出料口13经由中和釜进料口14引至中和釜3中，碱由碱进料口15加入，中和后反应液由中和釜出料口16经由脱溶釜进料口17引至脱溶釜4中，溶剂蒸气由溶剂回收口18引出并冷凝回收，所得的4-氯乙酰乙酸乙酯粗品由脱溶釜出料口19经由精馏塔进料口20引至精馏塔5中，精馏得到的4-氯乙酰乙酸乙酯蒸气由产品出料口21引出并冷凝，废液由废液出料口22引出。
实施例2：4-氯乙酰乙酸乙酯的生产
向内置有铜盘管6的氯化反应釜1中，通过双乙烯酮进料口7加入双乙烯酮200Kg，通过溶剂进料口8加入二氯甲烷1000Kg，铜盘管6中通冷冻盐水，开启搅拌，降温至-12℃，通过氯气进料口9鼓泡通入氯气177Kg，控制反应温度在-5～0℃，4h左右完成通气，通毕后继续在同温度下搅拌1h。然后将反应液转移至酯化反应釜2，通过乙醇进料口12加入无水乙醇120Kg，将反应液升温至20℃，然后保温反应3h。保温结束后将反应液转移至中和釜3中，通过碱进料口15加入三乙胺将反应液调至中性，将反应液转移至脱溶釜4中，然后加热脱除溶剂，由溶剂回收口18收集回收溶剂，得到4-氯乙酰乙酸乙酯粗品(2-氯乙酰乙酸乙酯含量0.13％)。将4-氯乙酰乙酸乙酯粗品转移至精馏塔5中，减压精馏并由产品出料口21收集得到产品4-氯乙酰乙酸乙酯380.1Kg，收率97.04％。
实施例3：4-氯乙酰乙酸乙酯的生产
向内置有铜盘管6的氯化反应釜1中，通过双乙烯酮进料口7加入双乙烯酮200Kg，通过溶剂进料口8加入二氯甲烷1000Kg，铜盘管6中通冷冻盐水，开启搅拌，降温至-15℃，通过氯气进料口9鼓泡通入氯气185Kg，控制反应温度在-5～0℃，4.5h左右完成通气，通毕后继续在同温度下搅拌1h。然后将反应液转移至酯化反应釜2，通过乙醇进料口12加入无水乙醇131Kg，将反应液升温至20℃，然后保温反应3h。保温结束后将反应液转移至中和釜3中，通过碱进料口15加入三乙胺将反应液调至中性，将反应液转移至脱溶釜4中，然后加热脱除溶剂，由溶剂回收口18收集回收溶剂，得到4-氯乙酰乙酸乙酯粗品(2-氯乙酰乙酸乙酯含量0.15％)。将4-氯乙酰乙酸乙酯粗品转移至精馏塔5中，减压精馏并由产品出料口21收集得到产品4-氯乙酰乙酸乙酯386.0Kg，收率98.55％。
对比例1：
与实施例1相同的操作，区别仅在于将内置有铜盘管的反应釜替换为内置有经防腐处理的不锈钢盘管的反应釜。结果，回收溶剂得到的4-氯乙酰乙酸乙酯粗品粗品中，2-氯乙酰乙酸乙酯的含量为5.4％。精馏后得到4-氯乙酰乙酸乙酯337Kg，收率86％，其中2-氯乙酰乙酸乙酯含量0.7％。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯连续装置，包括：氯化反应釜(1)、酯化反应釜(2)、中和釜(3)、脱溶釜(4)、精馏塔(5)；所述氯化反应釜(1)内置有铜盘管(6)；
所述氯化反应釜(1)上部或顶部配置有双乙烯酮进料口(7)和溶剂进料口(8)，下部配置有氯气进料口(9)，底部配置有氯化反应釜出料口(10)；所述酯化反应釜(2)上部或顶部配置有酯化反应釜进料口(11)和乙醇进料口(12)，底部配置有酯化反应釜出料口(13)；所述中和釜(3)上部或顶部配置有中和釜进料口(14)和碱进料口(15)，底部配置有中和釜出料口(16)；所述脱溶釜(4)上部或顶部配置有脱溶釜进料口(17)和溶剂回收口(18)，底部配置有脱溶釜出料口(19)；所述精馏塔(5)中部配置有精馏塔进料口(20)，顶部配置有产品出料口(21)，底部配置有废液出料口(22)；
氯化反应釜(1)中，双乙烯酮由双乙烯酮进料口(7)加入，溶剂由溶剂进料口(8)加入，铜盘管(6)中通冷却剂，氯气由氯气进料口(9)鼓泡通入；反应后反应液由氯化反应釜出料口(10)经由酯化反应釜进料口(11)引至酯化反应釜(2)中，乙醇由乙醇进料口(12)加入；酯化后反应液由酯化反应釜出料口(13)经由中和釜进料口(14)引至中和釜(3)中，碱由碱进料口(15)加入，中和后反应液由中和釜出料口(16)经由脱溶釜进料口(17)引至脱溶釜(4)中，溶剂蒸气由溶剂回收口(18)引出并冷凝回收，所得的4-氯乙酰乙酸乙酯粗品由脱溶釜出料口(19)经由精馏塔进料口(20)引至精馏塔(5)中，精馏得到的4-氯乙酰乙酸乙酯蒸气由产品出料口(21)引出并冷凝，废液由废液出料口(22)引出。
2.一种工业生产4-氯乙酰乙酸乙酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
向内置有铜盘管(6)的氯化反应釜(1)中，加入双乙烯酮和有机溶剂，铜盘管(6)中通冷却剂，降温至-20～-10℃，鼓泡通入氯气进行氯化反应，控制反应温度在-15～0℃；将反应液转移至酯化反应釜(2)中，加入无水乙醇，将反应液升温至15～25℃保温进行酯化反应；保温结束后将反应液转移至中和釜(3)，加入碱将反应液调至中性，将中和后反应液转移至脱溶釜(4)中，加热脱除溶剂，得到4-氯乙酰乙酸乙酯粗品，将4-氯乙酰乙酸乙酯粗品转移至精馏塔(5)中，精馏收集4-氯乙酰乙酸乙酯产品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂选自二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、甲苯、正己烷、环己烷中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，双乙烯酮与氯气的摩尔比为1:0.9～1.2。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，双乙烯酮与无水乙醇的摩尔比为1：1～2。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷却剂选自冷冻盐水或液氨。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱选自低沸点有机胺。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱选自二乙胺、三乙胺、二异丙胺、正丁胺中的至少一种。
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