CN114773214B - 一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法，该方法包括：将丙烯酸二甲胺基乙酯、去离子水和一氯甲烷加入至第一级反应器中进行进料；在第一级反应器完成进料后，将第一级反应器中的物料转移至第二级反应器中反应0.5～1.0h；然后将第二级反应器中的物料转移至第三级反应器中反应0.5～1.0h，得到初级产物；将初级产物置于汽提塔中进行汽提处理；将经汽提处理得到的汽提塔底液置于第四级反应器中并进行搅拌，然后将第四级反应器中的物料转移至第五级反应器中并进行搅拌，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。本发明提供的工业制备方法采用多反应釜间歇反应，实现了工业连续生产，高效且产品收率高，一氯甲烷的分离效果好。
Description
技术领域
本发明涉及化工合成技术领域，特别涉及一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法。
背景技术
丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵是生产阳离子丙烯酰胺聚合物所需季胺盐原料之一，阳离子丙烯酰胺聚合物在石油化工、造纸、纺织印染、日用化学品，特别是作为絮凝剂在水处理、污淤泥脱水等领域具有重要的应用价值，因此丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的市场需求稳定增长。
申请号为CN201110142015.8的中国专利公开了一种酯交换法生产(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵的方法，在阻聚剂和碱性阴离子交换树脂作催化剂的共同作用下，(甲基)丙烯酸氯乙醇酯与三甲胺水溶液进行常压反应制备(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵。但该方法在初始过程中需加阻聚剂，易导致所制备的产品纯度较低；同时碱性阴离子交换树脂有再生的过程，且易失活，实际工业操作中难度较大；此外，由于三甲胺可腐蚀铝、镁、锌、锡、铜和铜合金等，且气味难闻，储存应用要求高，导致总体实际运行成本也较高。
目前以丙烯酸二甲胺基乙酯和一氯甲烷在加压条件下反应制备丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的方法能有效解决上述问题，但该方法仍存在一氯甲烷注入速率与反应器搅拌速率不协调，反应器内液流不科学，反应物不能充分接触，导致丙烯酸二甲胺基乙酯转化率较低。同时，在反应后期，反应体系粘度上升，反应器存在不能有效导出反应放热而局部过热自聚的现象，导致产品后处理困难。对于加入的过量的一氯甲烷的回收，传统的活性炭的吸附率最高为75％，且吸附后不能再重复利用，造成活性炭的浪费。因此，亟需提供一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业化制备方法。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供了一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法。
第一方面，本发明提供了一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法，所述工业制备方法包括：
(1)将丙烯酸二甲胺基乙酯、去离子水和一氯甲烷加入至第一级反应器中进行进料；
(2)在所述第一级反应器完成进料后，将所述第一级反应器中的物料转移至第二级反应器中反应0.5～1.0h；然后将所述第二级反应器中的物料转移至第三级反应器中反应0.5～1.0h，得到初级产物；
(3)将所述初级产物置于汽提塔中进行汽提处理；
(4)将经所述汽提处理得到的汽提塔底液置于第四级反应器中并进行搅拌，然后将所述第四级反应器中的物料转移至第五级反应器中并进行搅拌，得到所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
优选地，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述去离子水的摩尔比为1:(2.3～2.4)。
更优选地，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述去离子水的摩尔比为1:2.376。
优选地，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述一氯甲烷的摩尔比为1:(1.12～1.15)。
更优选地，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述一氯甲烷的摩尔比为1:1.134。
优选地，所述步骤(1)包括：
将丙烯酸二甲胺基乙酯和去离子水加入至第一级反应器中，并通入一氯甲烷，然后在所述第一级反应器的液位达到10％时进行搅拌；其中，所述进料的时间为0.8～1.2h。
优选地，在步骤(1)中，所述搅拌的转速为30～50rpm；
所述进料的时间为1.0h。
更优选地，在步骤(1)中，所述搅拌的转速为40rpm。
优选地，在步骤(1)中，所述第一级反应器的温度为35～41℃；
所述第一级反应器的压力为0.65～0.75MPa。
更优选地，在步骤(1)中，所述第一级反应器的温度为40～41℃；
所述第一级反应器的压力为0.7MPa。
优选地，在步骤(2)中，所述第二级反应器的温度为45～50℃；所述第二级反应器的压力为0.75～0.85MPa。
更优选地，在步骤(2)中，所述第二级反应器的温度为47℃；所述第二级反应器的压力为0.8MPa。
优选地，在步骤(2)中，所述第三级反应器的温度为45～50℃；所述第三级反应器的压力为0.7～0.8MPa。
更优选地，在步骤(2)中，所述第三级反应器的温度为47℃；所述第三级反应器的压力为0.75MPa。
优选地，在步骤(3)中，所述汽提塔为填料塔。
优选地，在步骤(3)中，所述汽提塔的填料为鲍尔环。
优选地，在步骤(3)中，所述汽提处理包括将所述初级产物进行雾化，然后在汽提塔顶喷入去离子水，以得到包含所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的所述汽提塔底液和汽提塔顶的轻组分。
更优选地，在步骤(3)中，所述喷入的去离子水的质量为所述步骤(1)中去离子水的8～10wt％。
更优选地，在步骤(3)中，所述汽提处理的时间为2～3h。
优选地，在步骤(4)中，所述搅拌的转速为30～40rpm；
所述第四级反应器的压力为0.35～0.45MPa；
所述第五级反应器的压力为0.1MPa。
更优选地，在步骤(4)中，所述搅拌的转速为35rpm；
所述第四级反应器的压力为0.4MPa。
优选地，在步骤(4)中，在启动所述搅拌后，分别向所述第四级反应器和所述第五级反应器通入压缩空气；其中，所述压缩空气以每小时1.5～2倍量对应反应器体积的流量通入；更优选为1.67倍。
优选地，所述工业制备方法，还包括：
将所述汽提塔、所述第四级反应器和所述第五级反应器中的尾气转移至尾气洗涤塔中并进行喷淋，然后通过气液分离罐得到一氯甲烷尾气；
将所述一氯甲烷尾气依次经分子筛吸附塔、冷凝回收系统实现回收。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明提供的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法，通过采用多反应釜间歇反应，优化反应釜内部结构，提高反应釜溶气量，实现后续工段连续生产，在保证产品收率的同时，有助于降低生产成本；同时，本发明反应釜间通过管道连通，保持排料压力，减少废气排放。并且，通过汽提塔采用进料雾化加水喷淋吸附气提法，操作简便高效，更节能环保。
(2)本发明通过利用物料性质及季铵化反应动力学原理，优化进料时间与速率，并通过控制一氯甲烷过量进料，维持高转化率；同时采用过量空气吸附所生成产品中溶解的一氯甲烷，提高了一氯甲烷的分离效果，对一氯甲烷进行深冷回收再利用，废气达标排放，且能够提高产品收率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法，所述工业制备方法包括：
(1)将丙烯酸二甲胺基乙酯、去离子水和一氯甲烷加入至第一级反应器中进行进料；
(2)在所述第一级反应器完成进料后，将所述第一级反应器中的物料转移至第二级反应器中反应0.5～1.0h；然后将所述第二级反应器中的物料转移至第三级反应器中反应0.5～1.0h，得到初级产物；
(3)将所述初级产物置于汽提塔中进行汽提处理；
(4)将经所述汽提处理得到的汽提塔底液置于第四级反应器中并进行搅拌，然后将所述第四级反应器中的物料转移至第五级反应器中并进行搅拌，得到所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
需要说明的是，针对反应时间0.5～1.0h，是指0.5h至1.0h中的任一值，例如，可以为0.5h、0.55h、0.6h、0.65h、0.7h、0.75h、0.8h、0.85h、0.9h、0.95h或1.0h。
根据一些优选的实施方式，第二级反应器、第三级反应器中的反应时间均优选为0.75h。
在本发明中，通过采用多反应釜间歇反应，优化反应釜内部结构，提高反应釜溶气量，实现后续工段连续生产，在保证产品收率的同时，有助于降低生产成本；同时，本发明反应釜间通过管道连通，保持排料压力，减少废气排放。并且，通过汽提塔采用进料雾化加水喷淋吸附气提法，操作简便高效，更节能环保。
在本发明中，由于丙烯酸二甲胺基乙酯和一氯甲烷的反应为放热反应，采用多反应釜间歇反应还能避免反应釜内温度过高不易控制，而造成的局部过热自聚的现象，从而进一步提高了所制备的产品的纯度。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述去离子水的摩尔比为1:(2.3～2.4)(例如，可以为1:2.3、1:2.31、1:2.32、1:2.33、1:2.34、1:2.35、1:2.36、1:2.37、1:2.38、1:2.39或1:2.4)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述去离子水的摩尔比为1:2.376。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述一氯甲烷的摩尔比为1:(1.12～1.15)(例如，可以为1:1.12、1:1.13、1:1.14或1:1.15)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(1)中，所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述一氯甲烷的摩尔比为1:1.134。
需要说明的是，在步骤(1)中，所采用的二甲氨基乙醇的纯度优选为大于99％，且该二甲氨基乙醇含有少量阻聚剂，因此在本发明的季铵化反应中无需再加入阻聚剂，因而更能保证所制备的产品的纯度。
本发明采用一氯甲烷微过量进料，有利于促进正向反应的进行，维持高转化率。经实验证实，通过限定控制去离子水的用量，能控制反应体系的粘度，实现有效传质，避免部分发生聚合，从而确保目的产物的生成和产品收率。
根据一些优选的实施方式，所述步骤(1)包括：
将丙烯酸二甲胺基乙酯和去离子水加入至第一级反应器中，并通入一氯甲烷，然后在所述第一级反应器的液位达到10％时进行搅拌；其中，所述进料的时间为0.8～1.2h(例如，可以为0.8h、0.9h、1.0h、1.1h或1.2h)。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述搅拌的转速为30～50rpm(例如，可以为30rpm、35rpm、40rpm、45rpm或50rpm)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(1)中，所述搅拌的转速为40rpm；
所述进料的时间为1.0h。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述第一级反应器的温度为35～41℃(例如，可以为35℃、38℃、40℃或41℃)；
所述第一级反应器的压力为0.65～0.75MPa(例如，可以为0.65MPa、0.66MPa、0.68MPa、0.7MPa、0.72MPa、0.74MPa或0.75MPa)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(1)中，所述第一级反应器的温度为40～41℃(例如，可以为40℃、40.2℃、40.5℃、40.6℃、40.8℃或41℃)；
所述第一级反应器的压力为0.7MPa。
具体地，丙烯酸二甲胺基乙酯、去离子水通过管道泵入第一级反应器中，并在注入一氯甲烷后反应即开始，然后由于季铵化反应为放热反应，反应体系温度上升至35℃左右，调整乙二醇水溶液控制第一级反应器的温度为40～41℃，并通过压缩空气调节阀增加第一级反应器的压力至0.65～0.75MPa，以促进正向反应的进行，加快反应速率，提高生产效率，若超压可通过该第一级反应器的安全阀进行调节。
在本发明中，通过科学控制原料的进料速率和搅拌速率，既能有效抑制丙烯酸二甲胺基乙酯的水解，避免产生大量的副产物，有能使反应物充分接触，保证制备得到高品质的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；又能实现有效传质提高丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，所述第二级反应器的温度为45～50℃(例如，可以为45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃)；所述第二级反应器的压力为0.75～0.85MPa(例如，可以为0.75MPa、0.76MPa、0.78MPa、0.8MPa、0.82MPa、0.84MPa或0.85MPa)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(2)中，所述第二级反应器的温度为47℃；所述第二级反应器的压力为0.8MPa。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，所述第三级反应器的温度为45～50℃(例如，可以为45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃)；所述第三级反应器的压力为0.7～0.8MPa(例如，可以为0.7MPa、0.72MPa、0.74MPa、0.75MPa、0.76MPa、0.78MPa或0.8MPa)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(2)中，所述第三级反应器的温度为47℃；所述第三级反应器的压力为0.75MPa。
具体地，在步骤(1)进料完成后，打开第一级反应器与第二级反应器之间的气相平衡管，借助两级反应器之间的压力差将已反应的物料转移至第二级反应器，并在转料结束后关闭该气相平衡管，通过压缩空气调节阀将第二级反应器的压力调节至0.75～0.85MPa，并继续反应0.5～1.0h；其中，在进料量达到第二级反应器的最低液位(例如为10％)时启动搅拌，以及通过乙二醇水溶液控制第二级反应器的温度为45～50℃。需要说明的是，初始的第二级反应器内部的压力为常压，即0.1MPa。
具体地，在第二级反应器反应0.5～1h后，打开第二级反应器与第三级反应器之间的气相平衡管，借助两级反应器之间的压力差将第二级反应器的物料转移至第三级反应器，并在转料结束后关闭该气相平衡管，通过压缩空气调节阀将第三级反应器的压力调节至0.7～0.8MPa，并继续反应0.5～1.0h；其中，在进料量达到第三级反应器的最低液位(例如为10％)时启动搅拌，以及通过乙二醇水溶液控制第三级反应器的温度为45～50℃。
需要说明的是，初始的第三级反应器和转移后的第二级反应器中的压力均为常压，即0.1MPa。
在本发明中，通过升高第二级反应器和第三级反应器的压力和温度，能提高季铵化反应的反应速率，提高原料的转化率，进而提高产品收率；同时在上述限定的温度范围内，还能避免高温发生的聚合反应，所制备的产品质量更高。
在本发明中，各级反应器之间通过气相平衡管相连接，能够减少废气排放，且借助压力差进行物料转移，还能进一步降低能耗。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述汽提塔为填料塔。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述汽提塔的填料为鲍尔环。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述汽提处理包括将所述初级产物进行雾化，然后在汽提塔顶喷入去离子水，以得到包含所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的所述汽提塔底液和汽提塔顶的轻组分。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(3)中，所述喷入的去离子水的质量为所述步骤(1)中去离子水的8～10wt％(例如，可以为8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％或10wt％)。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(3)中，所述汽提处理的时间为2～3h。
具体地，在第三级反应器反应0.5～1h后，打开物料阀，通过压差将第三级反应器中的物料送到汽提塔的中部雾化喷头，经过喷头将物料雾化，以将过量的一氯甲烷释放出来，在汽提塔顶部喷入去离子水，将雾化后气相中夹带地微量产品及水洗涤下来，尾气则通过顶部的填料层后进入到尾气洗涤塔。需要说明的是，轻组分主要为一氯甲烷，尾气中包括该轻组分。
在本发明中，通过汽提塔采用进料雾化加水喷淋吸附气提法，操作简便高效，更节能环保。
根据一些优选的实施方式，在步骤(4)中，所述搅拌的转速为30～40rpm(例如，可以为30rpm、35rpm或40rpm)；
所述第四级反应器的压力为0.35～0.45MPa(例如，可以为0.35MPa、0.38MPa、0.4MPa、0.42MPa、0.44MPa或0.45MPa)；
所述第五级反应器的压力为0.1MPa。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(4)中，所述搅拌的转速为35rpm；
所述第四级反应器的压力为0.4MPa。
根据一些优选的实施方式，在步骤(4)中，在启动所述搅拌后，分别向所述第四级反应器和所述第五级反应器通入压缩空气；其中，所述压缩空气以每小时1.5～2倍量对应反应器体积的流量通入。
根据一些更优选的实施方式，在步骤(4)中，压缩空气以每小时1.67倍量对应反应器体积的流量通入。
具体地，经汽提处理后，将汽提塔底液借助重力流入第四级反应器中，在第四级反应器的液位达到的最低液位(例如为10％)时启动搅拌，并向该反应器中通入压缩空气，使其内部保持微正压0.35～0.45MPa，使部分未完全反应的物料能够继续反应，同时控制压缩气体的流量，吸附分离出产品中溶解的微量一氯甲烷，而吹出的气体则通过管道输送至尾气洗涤塔。
具体地，第四级反应器中的物料达到溢流口液位后，溢流口自动开启向常压的第五级反应器中进液，并在进料量达到该反应器的最低液位(例如为10％)时开始启动搅拌，搅拌启动后向该反应器内通入压缩空气，通过控制压缩气体的流量，吸附分离出产品中溶解的微量一氯甲烷，而吹出的气体则通过管道输送至尾气洗涤塔。需要说明的是，第五级反应器的进料口低于第四级反应器的溢流口。
在本发明中，第五级反应器中的液位达到30％时开始启动产品泵，并控制其液位不超过60％，部分物料在该反应器内循环操作，部分采出为产品，经冷却后送罐区储存。需要说明的是，对该产品进行长期储存时，可适当添加阻聚剂，阻聚剂的添加量为产品质量的1～2‰(例如，可以为1‰、1.2‰、1.5‰、1.6‰、1.8‰或2‰)，优选为1.5‰。
根据一些优选的实施方式，该工业制备方法还包括：
将所述汽提塔、所述第四级反应器和所述第五级反应器中的尾气转移至尾气洗涤塔中并进行喷淋，然后通过气液分离罐得到一氯甲烷尾气；
将所述一氯甲烷尾气依次经分子筛吸附塔、冷凝回收系统实现回收。
在本发明中，将来自汽提塔、第四级反应器、第五级反应器的尾气进尾气洗涤塔再进行水喷淋洗除气相中的水及极少量的产品，尾气进入气液分离罐进行气液分离，分离液相后的尾气去一氯甲烷回收系统，气液分离罐液相送至尾气洗涤塔循环水箱回用，洗涤余液最终送污水处理处理站处理。经气液分离后的一氯甲烷尾气首先进回收系统分子筛吸附塔吸附微量水分及杂质，再进液氮超低温液氮冷凝回收系统将一氯甲烷冷凝回收再用，排出空气，冷凝气化氮气进装置氮气管线回用。
在本发明中，同时采用过量空气吸附所生成产品中溶解的一氯甲烷，提高了一氯甲烷的分离效果，对一氯甲烷进行深冷回收再利用，且废气达标排放，不仅提高了产品收率，还降低了工业制备的生产成本。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法进行详细说明。
以下实施例中均采用10m3的反应器，且其最低搅拌液位均为10％；且第一级反应器、第二级反应器、第三级反应器、汽提塔、第四级反应器、第五级反应器依次连接；其中，汽提塔、第四级反应器和第五级反应器均与尾气洗涤塔相连接；汽提塔为鲍尔环填料塔；
其中，来自汽提塔、第四级反应器、第五级反应器的尾气进尾气洗涤塔再进行水喷淋洗除气相中的水及极少量的产品，尾气进入气液分离罐进行气液分离，分离液相后的尾气去一氯甲烷回收系统，气液分离罐液相送至尾气洗涤塔循环水箱回用，洗涤余液最终送污水处理处理站处理。经气液分离后的一氯甲烷尾气首先进回收系统分子筛吸附塔吸附微量水分及杂质，再进液氮超低温液氮冷凝回收系统将一氯甲烷冷凝回收再用，排出空气，冷凝气化氮气进装置氮气管线回用。
实施例1
Ⅰ.将2500kg丙烯酸二甲胺基乙酯与746.67kg去离子水通过管道泵入第一级反应器，控制在1.0h内向反应器恒速注入1000kg一氯甲烷，并在进料量达到该反应器最低搅拌液位时开始启动搅拌，搅拌转速为40rpm；
Ⅱ.第一级反应器中投入一氯甲烷后反应即开始，然后温度上升至大约35℃，调整乙二醇水溶液控制反应温度升至41℃，通过压缩空气调节阀增加第一级反应器的压力至0.7MPa；
Ⅲ.进料完成后，将第一级反应器的物料用泵转移至第二级反应器，转料时打开第一级反应器和第二级反应器之间的气相平衡管，转料结束，关该气相平衡管，通过压缩空气调节阀提高第二级反应器的压力至0.8MPa；并在进料量达到该反应器最低搅拌液位时开始启动搅拌，搅拌转速为45rpm；调整乙二醇水溶液控制反应温度47℃，反应时间为0.75h；
Ⅳ.第二级反应器反应时间结束后，将第二级反应器的物料通过压力差输送至第三级反应器，第三级反应器随着物料的进入压力会持续增加，物料转移完成后通过压缩空气调节增压至0.75MPa；并在进料量达到该反应器最低搅拌液位时开始启动搅拌，搅拌转速为40rpm；通过调整乙二醇水溶液控制反应温度为47℃；反应时间为0.75h；
Ⅴ.第三级反应器反应时间结束后，打开物料阀，通过压缩空气将物料送到汽提塔中部雾化喷头，经过喷头将物料雾化，将过量的一氯甲烷释放出来，在汽提塔顶部喷入67kg去离子水，将雾化后气相中夹带地微量产品及水洗涤下来，尾气通过顶部的填料层后进入到尾气洗涤塔；
Ⅵ.经过2.5h汽提塔雾化汽提流程，从汽提塔塔底液依靠重力流入第四级反应器，在进料量达到该反应器最低搅拌液位时开始启动搅拌，搅拌转速35rpm；搅拌启动后向反应器内以16.7m3/h通入压缩空气，保持该反应器的压力为0.40MPa，吸附分离出产品中溶解的微量一氯甲烷，吹出的气体通过管道送至尾气洗涤塔喷淋吸附气相中的水及少量产品；
Ⅶ.第四级反应器中的物料达到溢流口液位后，溢流口自动开启向常压第五级反应器中进液，进料量达到该反应器最低搅拌液位时启动搅拌，搅拌转速为35rpm；搅拌启动后向该反应器内以16.7m3/h通入压缩空气，吸附分离出产品中溶解的微量一氯甲烷，吹出的气体通过管道送至尾气洗涤塔喷淋吸附气相中的水及少量产品；
Ⅷ.第五级反应器中的液位达到30％时开始启动产品泵，并控制液位不超过60％，部分物料回第五级反应器循环操作，部分采出为产品-丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，经冷却后送罐区储存。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为98.73％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品3343.2kg，产品为无色透明液体，纯度为80.9％，碱度为1％，水分为18.1％。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：一氯甲烷为885kg。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为88％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品2980.1kg，产品为无色微浊液体，纯度为79.2％，碱度为1％，水分为19.9％。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：一氯甲烷为1150kg。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为99％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品3355.3kg，产品为无色透明液体，纯度为81.1％，碱度为1％，水分为17.9％。
实施例4
实施例4与实施例1基本相同，其不同之处在于：去离子水为850kg。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为98.74％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品3343.6kg，产品为无色透明液体，纯度为78％，碱度为1.2％，水分为20.8％。
实施例5
实施例5与实施例1基本相同，其不同之处在于：去离子水为600kg。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为88.1％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品2983.6kg，产品为偏黄色液体，纯度为81％，碱度为1.1％，水分为18％。
实施例6
实施例6与实施例1基本相同，其不同之处在于：
步骤Ⅰ中的进料时间为0.8h，搅拌转速为50rpm；
步骤Ⅱ中在反应温度为40℃，压力为0.75MPa；
步骤Ⅲ中反应温度为45℃，压力为0.75Mpa，反应时间为1h，搅拌转速为40rpm；
步骤Ⅳ中反应温度为45℃，压力为0.7Mpa，反应时间为1h，搅拌转速为30rpm；
步骤Ⅴ中59.74kg去离子水；
步骤Ⅵ中经过2h汽提塔雾化汽提流程，搅拌转速为30rpm，压缩空气流量为15m3/h，压力为0.35MPa；
步骤Ⅶ中搅拌转速为30rpm，压缩空气流量为15m3/h。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为98.7％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品3342kg，产品为无色透明液体，纯度为80.8％，碱度为1.1％，水分为18.1％。
实施例7
实施例7与实施例1基本相同，其不同之处在于：
步骤Ⅰ中的进料时间为1.2h，搅拌转速为30rpm；
步骤Ⅱ中压力为0.75MPa；
步骤Ⅲ中反应温度为50℃，压力为0.85Mpa，反应时间为0.5h，搅拌转速为50rpm；
步骤Ⅳ中反应温度为50℃，压力为0.8Mpa，反应时间为0.5h，搅拌转速为50rpm；
步骤Ⅴ中74.7kg去离子水；
步骤Ⅵ中经过3h汽提塔雾化汽提流程，搅拌转速为40rpm，压缩空气流量为20m3/h，压力为0.45MPa；
步骤Ⅶ中搅拌转速为40rpm，压缩空气流量为20m3/h。
在本实施例中，丙烯酸二甲胺基乙酯的转化率为98.74％，得到丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵产品3344.6kg，产品为无色透明液体，纯度为80.9％，碱度为1％，水分为18.1％。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的工业制备方法，其特征在于，所述工业制备方法包括：
（1）将丙烯酸二甲胺基乙酯、去离子水和一氯甲烷加入至第一级反应器中进行进料；
（2）在所述第一级反应器完成进料后，将所述第一级反应器中的物料转移至第二级反应器中反应0.5~1.0h；然后将所述第二级反应器中的物料转移至第三级反应器中反应0.5~1.0h，得到初级产物；所述第一级反应器的温度为35~41℃，所述第一级反应器的压力为0.65～0.74MPa；所述第二级反应器的温度为45~50℃，所述第二级反应器的压力为0.75～0.85MPa；所述第三级反应器的温度为45~50℃，所述第三级反应器的压力为0.7～0.8MPa；
（3）将所述初级产物置于汽提塔中进行汽提处理；
（4）将经所述汽提处理得到的汽提塔底液置于第四级反应器中并进行搅拌，然后将所述第四级反应器中的物料转移至第五级反应器中并进行搅拌，得到所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述第四级反应器的压力为0.35～0.45MPa。
2.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（1）中：
所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述去离子水的摩尔比为1:（2.3~2.4）；和/或
所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述一氯甲烷的摩尔比为1:（1.12~1.15）。
3.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（1）中：
所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述去离子水的摩尔比为1:2.376；和/或
所述丙烯酸二甲胺基乙酯和所述一氯甲烷的摩尔比为1:1.134。
4.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于：
所述步骤（1）包括：
将丙烯酸二甲胺基乙酯和去离子水加入至第一级反应器中，并通入一氯甲烷，然后在所述第一级反应器的液位达到10%时进行搅拌；其中，所述进料的时间为0.8~1.2h。
5.根据权利要求4所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（1）中：
所述搅拌的转速为30~50rpm；
所述进料的时间为1.0h。
6.根据权利要求4所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（1）中：
所述搅拌的转速为40rpm。
7.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（1）中：
所述第一级反应器的温度为40~41℃；
所述第一级反应器的压力为0.7MPa。
8.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（2）中：
所述第二级反应器的温度为47℃；所述第二级反应器的压力为0.8MPa；和/或
所述第三级反应器的温度为47℃；所述第三级反应器的压力为0.75MPa。
9.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（2）中：
所述第二级反应器中搅拌的转速为40~50rpm；和/或
所述第三级反应器中搅拌的转速为30~50rpm。
10.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（2）中：
所述第二级反应器中搅拌的转速为45rpm；和/或
所述第三级反应器中搅拌的转速为40rpm。
11.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（3）中：
所述汽提塔为填料塔；和/或
所述汽提处理包括将所述初级产物进行雾化，然后在汽提塔顶喷入去离子水，以得到包含所述丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的所述汽提塔底液和汽提塔顶的轻组分。
12.根据权利要求11所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述汽提塔的填料为鲍尔环。
13.根据权利要求11所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述喷入的去离子水的质量为所述步骤（1）中去离子水的8~10wt%。
14.根据权利要求11所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述汽提处理的时间为2~3h。
15.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（4）中：
所述搅拌的转速为30~40rpm；
所述第四级反应器的压力为0.4MPa；
所述第五级反应器的压力为0.1MPa；和/或
在启动所述搅拌后，分别向所述第四级反应器和所述第五级反应器通入压缩空气；其中，所述压缩空气以每小时1.5～2倍量对应反应器体积的流量通入。
16.根据权利要求1所述的工业制备方法，其特征在于，在步骤（4）中：
所述搅拌的转速为35rpm；和/或
在启动所述搅拌后，分别向所述第四级反应器和所述第五级反应器通入压缩空气；其中，所述压缩空气以每小时1.67倍量对应反应器体积的流量通入。
17.根据权利要求1至16中任一所述的工业制备方法，其特征在于，还包括：
将所述汽提塔、所述第四级反应器和所述第五级反应器中的尾气转移至尾气洗涤塔中并进行喷淋，然后通过气液分离罐得到一氯甲烷尾气；
将所述一氯甲烷尾气依次经分子筛吸附塔、冷凝回收系统实现回收。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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