CN115710204B - 连续合成苯磺酰氯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精细化工中间体的技术领域，具体涉及一种连续制备苯磺酰氯的工艺。本发明以苯、三氧化硫为反应原料，三氧化硫分成2部分，分别是进入第一微反应器内的三氧化硫Ⅰ和进入第二微反应器内的三氧化硫Ⅱ，包括以下步骤：苯、三氧化硫Ⅰ、有机碱类、低碳链脂肪酸和溶剂在第一微反应器中进行反应；第一微反应器出口排出的一次反应混合物流入第二静态混合器内，与被分别输入至第二静态混合器内的氯磺酸、三氧化硫Ⅱ和溶剂在第二静态混合器内进行混合，所得的混合物料在恒流泵二的作用下被输入第二微反应器进行反应；第二微反应器排出的二次反应混合物经过后处理，得苯磺酰氯。

Description

连续合成苯磺酰氯的方法

技术领域

本发明涉及精细化工中间体的技术领域，具体涉及一种连续制备苯磺酰氯的工艺。

背景技术

苯磺酰氯(CAS#:98-09-9)，是一种用途广泛的化工中间体，用于制造农药、染料、医药等化工产品，同时作为一种常用的酰化试剂，用来制备磺酰胺、磺化酯和砜等专用化学品，也用于检定各种胺类。

苯磺酰氯传统的工业合成方法是由苯和氯磺酸反应而得到的，其工艺流程为：苯与氯磺酸以1：3(摩尔比)在20～30℃反应2小时，可得到粗品，经过精制可得成品(张明森等：《精细有机化工中间体全书》，1221页，2008年，化学工业出版社)。

早在1945年，英国战地技术情报BIOS(986，56)(英国战地情报局1945-48年出版物British Intelligence Objective Sub-Committee简称BIOS.)中，就已经将苯磺酰氯的合成技术公诸于世：在3.5m³釜式反应器中，加入2650kg氯磺酸，在30～35℃加入600kg的苯(氯磺酸与苯的摩尔比为：2.97：1)在反应过程中，用喷淋塔吸收氯化氢气体，反应完成后，搅拌0.5小时，在25℃搅拌下加入到2000kg水中，去掉上层的酸水层，下层的油层用2000kg水洗涤两次，在约10mm汞柱及160℃精馏，得到1030kg苯磺酰氯，纯度：98～99％收率(理论)：75.85％。

CN1824649A(2006.08.30)公开了一种苯磺酰氯的制造方法，其方法主要是对反应过程中产生的氯化氢气体的吸收过程进行了改进，而苯在氯磺酸中的磺化、磺酰氯化的反应条件则完全承袭了传统的合成方法，并未加改进。

CN102643217A(2012.08.22)公开了一种循环生产苯磺酰氯的方法：以苯和氯磺酸为原料，其摩尔比为苯：氯磺酸＝1：2.5～3；以50～70转/分进行搅拌，反应温度为25～55℃，苯滴加反应时间为3～5小时。按CN102643217A的说明，只是向反应系统中加入盐酸，降低了磺化和酰化的反应速度，从而使氯化氢的吸收的更加完全，吸收率接近100％。这一工艺也没有对反应过程加以改进或创新。

CN201610194334.6(2016.03.31)公开了一种高纯度苯磺酰氯的合成方法，这个方法只是重复了传统的合成方法而在化学合成过程中并无实质性提高。

CN109438289A(2019.03.08)也公开了一种高纯度苯磺酰氯的合成方法：1)以苯磺酸为原料，反应制备得到苯磺酸盐，2)提纯苯磺酸盐，3)提纯后的苯磺酸盐与酰氯化试剂反应，所得到的苯磺酰氯纯度可达99.9％。这一方法需要苯磺酸的制备和苯磺酸盐的提纯，工艺复杂，成本超高，所需要的磺酰氯化试剂为氯磺酸、二氯亚砜、三光气、三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷。这个方法的缺点是：(1)光气法中的光气为剧毒气体，使用不安全、且氯化亚砜的原料成本较高；(2)氯化亚砜法会产生污染环境的二氧化硫副产物；(3)三氯氧磷法或五氯氧磷法生成的副产物亚磷酸或磷酸难以除去，影响产品质量。除非在苯磺酰氯有极为特殊要求的情况下，否则，使用这个方法生产苯磺酰氯概率极低。

陈爱英等研究了苯磺酰氯的合成工艺(陈爱英：苯磺酰氯制备[J]，河北化工，2001年，第2期，27页)，所研究的工艺条件的范围和水平，均为BIOS所公布的苯磺酰氯合成工艺的重复，且水平略低。

王琪等改进了苯磺酰氯的合成工艺，将工艺过程中的碱洗工艺改为酸洗，所确定的反应工艺为：原料配比：N(氯磺酸)：N(苯)＝3.5：1.0，反应时间为为两小时，产品收率由60％提高到83％，减少了三废排放(王琦等：苯磺酰氯最佳合成工艺探讨[J],化学工程师2011，25(03)：第1-3页)。

上述专利和研究成果，都限于间歇釜式反应，对其反应过程和条件均没有实质性的改进或提升，而研究水平也始终没有超过80多年前的工业水平。

由反应机理可知：以苯为起始原料与氯磺酸反应制备苯磺酰氯是要经过两步化学反应：

对于这二个不同的化学反应，其最佳条件是完全不同的：如果两步化学反应合在同一个反应釜所确定的条件下进行，其结果是不言而喻的，不可能有很好的收率和产品纯度的，这是釜式反应器合成苯磺酰氯最致命的缺陷。

经再英研究了苯用三氧化硫磺化过程中砜类物质产生的条件，实验结果表明，砜类物质产生与三氧化硫的浓度、三氧化硫与苯的摩尔比和反应温度密切相关(经再英:磺化剂三氧化硫及其与苯和萘的—磺化反应[J],染料工业1989年，第004期，第18-25页)。

王笃政等，综述了三氧化硫磺化甲苯的反应过程中，抑制砜类物质产生的国内外研究成果，有18篇参考文献。采用三氧化硫作为磺化剂时，其副产物二苯砜是分两步进行的：第一步是对甲苯磺酸与三氧化硫反应，对甲苯焦磺酸；第二步对甲苯焦磺酸再与甲苯反应生成二苯砜：

从反应机理可知，苯和甲苯在进行三氧化硫磺化时，产生砜类物质的过程和机理是相同的，因此，研究甲苯三氧化硫磺化对苯的三氧化硫磺化具有借鉴和指导意义。(王笃政等，抑制甲苯磺化副产物二甲苯砜方法综述[J]，精细与专用化学品，第21卷第2期，2013年2月，第37～40页)

张斌斌研究了三氧化硫磺化甲苯时，温度对砜类物质产生的影响，反应温度升高砜类物质产生的量增加，甲苯损失量增加(张斌斌：三氧化硫气相磺化甲苯制高纯度对甲苯磺酸的实验研究[J]，硫酸工业，1995年第6期，46～48页)。

天津大学颜范勇研究了砜类物质的产生与甲苯转化率之间的关系，并对比了在三氧化硫磺化甲苯时添加抑制剂和不添加抑制剂砜类物质产生的情况。颜范勇的研究结果表明：用三氧化硫在管式连续反应的装置中磺化甲苯时，二苯砜的产生是影响对甲苯磺酸收率的关键因素(反应条件为：三氧化硫在溶剂中的浓度为：6％，反应温度为：5～30℃，甲苯转化率35％：二苯砜产率：3.3％)，随着反应温度的升高和三氧化硫浓度的增加，二苯砜生成率不断升高，与使用的溶剂无关；当反应温度为50～60℃将会有大量砜类物质产生。(颜范勇等：三氧化硫磺化甲苯反应的工艺条件研究[J]，化学反应工程与工艺，2005年8月，第21卷第4期，第370页)。

陈彦全等研究了在微通道反应器中用三氧化硫对甲苯进行磺化，制备对甲基苯磺酸，研究了各种反应条件对反应结果的影响(陈彦全，微反应器中甲苯液相SO₃磺化工艺研究[J]，化学反应工程与工艺，第29卷2013年第三期第253页)。

近30年来，国内外还有许多关于苯或甲苯用三氧化硫磺化的研究结果，这些成果也是本领域技术人员所公认的，也是被许多本领域技术人员所验证过的。

CN 101195593B公开了一种“烷基苯磺酰氯”的工业化生产方法，使用了“管式反应器”，其实施例1中所公开的反应条件和结果与本领域近30年来的研究成果相悖，得不到所声称的结果。

近年来国内外的微通道反应器技术得到了快速的发展，使其越来越多地应用于工艺研发与工业化生产中。微通道反应器在有机合成中有着传统反应器不可比拟的特点，反应温度、反应时间、物料配比及传质速率、均可得到精确控制，结构安全并有着良好的可操作性(钟平：微反应器技术在有机合成中的应用[J]，化学试剂，第29卷第6期2007年6月，第339页)。特别是在精细化工领域，其潜在应用前景已得到学术界和企业界的广泛认同(李斌：微反应器技术在精细化工中的应用[J]，精细化工，第32卷，2006年，第1期，第1-4页)。微通道反应器是一种新型的、微型化的连续流动的管道式反应器，是一种借助于特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构元件。反应器中的微通道通过精密加工技术制造而成，特征尺寸一般在10到1000微米之间，同时具有通道多样性。流体在这些通道中流动，并在这些通道中发生所要求的化学反应。微通道反应器在微构造的设计方面具有非常大的比表面积/体积比率，从而产生了极大的传质传热能力，由此带来的根本优势是极高的换热效率和混合效率，可以精确控制反应温度、反应物料配比，并实现瞬时混合，这些都是提高收率、选择性、安全性以及提高产品质量的关键因素,应用于化学工程中，有着巨大的优势(杨光富主编，《有机合成第二版》，华东理工大学出版社，2016年8月)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在微通道反应器中(以下简称：微反应器)，用三氧化硫、氯磺酸连续进行苯的磺化和磺酰氯化制备苯磺酰氯的工艺。

本发明涉及一种在微通道反应器中用三氧化硫、氯磺酸、苯、多磺化物抑制剂、砜类物质抑制剂，使用微通道反应技术，连续制备苯磺酰氯的绿色工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供一种连续合成苯磺酰氯的方法，以苯、三氧化硫为反应原料，三氧化硫分成2部分，分别是进入第一微反应器内的三氧化硫Ⅰ和进入第二微反应器内的三氧化硫Ⅱ，包括以下步骤：

1)、苯、三氧化硫Ⅰ、有机碱类(作为多磺化物抑制剂)、低碳链脂肪酸(作为砜类物质抑制剂)和溶剂(氯代烷烃)在第一静态混合器中混合后，在恒流泵一的作用下被输入第一微反应器进行反应(磺化反应)；

第一微反应器内的反应温度为-5～35℃，反应时间为0.01～15分钟；

第一静态混合器中，苯：三氧化硫Ⅰ：有机碱类：低碳链脂肪酸＝1：0.90：(0.02±0.002)：(0.02±0.002)的摩尔比；

2)、第一微反应器出口排出的一次反应混合物流入第二静态混合器内，与被分别输入至第二静态混合器内的氯磺酸、三氧化硫Ⅱ和溶剂在第二静态混合器内进行混合，所得的混合物料在恒流泵二的作用下被输入第二微反应器进行反应(磺酰氯化反应)；

第二微反应器的反应温度为10～60℃，反应时间为0.01～15分钟；

第二静态混合器内，氯磺酸：三氧化硫Ⅱ＝1：0.11的摩尔比；

且，苯：(三氧化硫Ⅰ+三氧化硫Ⅱ)＝1:1.01的摩尔比；

说明：以苯为1摩尔为例，在第一微反应器中苯消耗0.9摩尔，剩余的0.1摩尔苯进入第二微反应器；第二微反应器中加入0.11摩尔三氧化硫，继续苯的磺化反应直到磺化反应完成。生成的苯磺酸在氯磺酸的存在下，进行磺酰氯化反应。

3)、第二微反应器排出的二次反应混合物经过后处理，得苯磺酰氯。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的改进：

所述步骤3)的后处理为：第二微反应器排出的二次反应混合物经冷却加水后，静置分层，除去上层酸性废水后，进行低温真空蒸馏(分离溶剂)，得到苯磺酰氯。

具体为：第二微反应器排出的二次反应混合物经冷却，进入恒温收集器，并向恒温收集器内加水，用输料泵将恒温收集器内的物料输入分液器，静置分层，除去上层酸性废水后，进行低温真空蒸馏(分离溶剂)、得到苯磺酰氯产品。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

所述有机碱类为以下任一：哌嗪、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三聚氰胺、吡啶、4-甲基吡啶；优选吡啶；

所述低碳链脂肪酸为以下任一：乙酸、丙酸、异丙酸、氯乙酸、三氟乙酸；优选乙酸、三氟乙酸。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

进入第一微反应器的溶剂与进入第二微反应器的溶剂之和定义为总溶剂，每1mol的苯配用500～700ml的总溶剂；

所述溶剂(氯代烷烃)为以下任一：二氯甲烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

第一静态混合器中的温度为≤-5℃(一般为-10℃～-5℃)；

第二静态混合器中的温度为≤25℃(一般为5℃～25℃)。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

第一微反应器内的反应温度为-5～20℃(更优选-2～8℃)，反应时间为0.4～3分钟(更优选0.4～2分钟)；

第二微反应器内的反应温度为20～60℃(更优选20～30℃)，反应时间为0.4～3.5分钟(更优选0.4～2.5分钟)。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

第一微反应器内的反应温度为3±0.1℃，反应时间为0.5±0.05分钟；

第二微反应器内的反应温度为40±0.1℃，反应时间为0.55±0.05分钟。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

所述步骤3)为：

第二微反应器排出的二次反应混合物在物料冷却管道中被降温至0～5℃，然后进入恒温静态收集器，向恒温静态收集器加入水(水温≤5℃)，输送至分液器中分层(苯磺酰氯粗品溶于溶剂，不溶于水)，分离出上层酸性废水，下层(为溶有苯磺酰氯粗品溶剂)进入真空蒸发器减压蒸馏，得到苯磺酰氯，减压蒸馏所得溶剂被回收。

作为本发明的连续合成苯磺酰氯的方法的进一步改进：

合成苯磺酰氯的装置包括第一微反应器、第二微反应器这二个相串联的微反应器，第一微反应器、第二微反应器的管径均为800±100微米；

第一微反应器的持液量(容纳液体的体积)为0.5～1.5ml，通道长度约为1000～3000mm；

第二微反应器持液量约为1.0～2.0ml，通道长度约为2000～4000mm。

本发明根据苯磺酰氯的反应机理，用三氧化硫对苯进行磺化，就不会有氯化氢气体的产生，再用氯磺酸进行磺酰氯化，如果将两步反应在同一个微反应器中分阶段连续进行，就会使两个化学反应分别在最佳条件下完成，以达到最佳反应结果。在这样的过程中，怎样降低多磺化物的产生和最大限度的抑制砜类物质的产生，就成了关键所在，也是创新点所在。

在本发明中，以三氧化硫(液态，经溶剂稀释)为磺化剂，以氯磺酸作为磺酰氯化试剂，以低碳链脂肪酸为砜类物质抑制剂，以有机碱类为磺化反应中多磺化物抑制剂，第一微反应器的反应和第二微反应器的反应在实际操作中是连续进行的。

作为优选方案，苯：三氧化硫：有机碱类：低碳链脂肪酸＝1：0.90：0.02：0.02(摩尔比)经过第一静态混合器进入第一微反应器；氯磺酸：三氧化硫＝1：0.11(摩尔比)在第二静态混合器与第一微反应器排出的磺化反应混合物进行混合，然后进入第二微反应器。第二微反应器排出的二次反应混合物在物料冷却管道中被降温至0～5℃，然后进入恒温静态收集器，向恒温静态收集器加入水(水温≤5℃)，苯磺酰氯粗品溶于溶剂，不容于水，在分液器中分层，上层为酸性废水，分离出上层酸性废水，下层为溶有苯磺酰氯粗品溶剂，进入真空蒸发器，减压蒸馏，得到苯磺酰氯，溶剂进入回收系统。

本发明具有生产连续化，可实现反应温度、反应时间、反应物料配比的精确控制，大幅度提高生产效率，由于砜类抑制剂的加入，有效解决了三氧化硫磺化容易产生大量砜类物质和多磺化物的问题，避免氯化氢气体产生。

本发明采用微反应器进行苯的磺化和磺酰氯化反应具有如下特点：通道内的物料流动是湍流，传质效率高，比表面积大，传热能力强，可精确控制反应温度、反应时间、物料配比等反应条件，过程连续化自动化，可实现数倍放大，无放大效应。由于本发明所采用的微反应器具有高效传质、传热的结构设计，既可以保证磺化反应物料和氯磺化反应物料在极短时间内和极小的空间内混合充分，使物料配比精准，又可以通过严格的控制达到设定的温度，使系统在最佳条件下发生反应，最大限度的遏制了副反应的发生(抑制“砜类物质”和“多磺化物质”的产生)，既不会导致局部过热副反应加剧，也不会有易燃易爆的可能性。在本发明设定的反应条件下，由于微过量的三氧化硫的加入(第一微反应器中的三氧化硫+第二微反应器中的三氧化硫，相对于苯是微过量的)，在第二微反应器中，氯磺酸微量分解或微量氯磺酸与苯反应产生的氯化氢气体被三氧化硫吸收，重新成为氯磺酸，所以氯磺酸的使用可以接近理论量，产品收率高、质量好，可以大幅度降低废酸的产出量，容易实现自动化生产。这些特性是传统的管道式反应器和釜式反应器所不能比拟的。

说明：氯化氢气体是氯磺酸在对苯进行磺化时产生的，在氯化氢气体产生的同时有三氧化硫存在，才可能被三氧化硫吸收。其通常是先使用三氧化硫磺化，磺化完成后再用氯磺酸进行酰氯化。

本发明在发明过程中，充分考虑了以下技术要点：

1、两个微反应器串联，三氧化硫和氯磺酸不同时进入微通道反应器；其优点是：由于三氧化硫的磺化反应时间很短，需要严格控制反应温度，反应是流速、微反应器中的持液量、三氧化硫浓度等，使反应在受控条件下进行；为了降低三氧化硫的反应性，加入有机碱，与三氧化硫形成络合物，有效控制了多磺化物的生产；加之砜类物质的抑制剂(低级脂肪酸类)加入，可有效防止砜类物质的产生；微过量的三氧化硫可以效吸收因氯磺酸微量分解或微量反应产生的氯化氢气体，使其重新变为氯磺酸，在过程中才会做到不产生氯化氢气体：

SO₃+HCl→HSO₃Cl

2、在第一微反应器的出口，反应的混合物进入第二静态混合器，与三氧化硫、氯磺酸混合后，进入第二微反应器，在第二微反应器中首先是三氧化硫继续磺化苯，生成苯磺酸，这时，砜类物质抑制剂仍然发挥作用；与此同时，苯磺酸与氯磺酸反应生成苯磺酰氯(此反应不产生氯化氢气体)。

3、本发明为接续投料；

三氧化硫磺化在特定的反应条件下，如：传质、传热、反应温度、催化剂最适合的条件下，三氧化硫的用量可以接近理论量，即：苯：三氧化硫＝1：1(摩尔比)，而本发明就是在微反应器中创造了这样最适合的反应条件。从优选实施例中可以看到，苯和三氧化硫的摩尔比为：1：1.01，而多出的0.01摩尔，实际上就是用来吸收氯化氢气体的。

本发明解决了困扰业界多年的技术问题；与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

1、以三氧化硫、氯磺酸混合物为氯磺化剂，在砜类物质抑制剂和多磺化物抑制剂存在下，以接续式加料方式，实现了苯磺酰氯的连续化生产，可实现反应温度、反应时间、反应物料配比的精确控制，产品收率显著提高(可高达98.38％，以苯计)，产品质量稳定，杂质的含量明显降低。本工艺具有生产连续化和自动化的特点。

2、选用了低碳链脂肪酸类物质作为砜类物质的抑制剂，反应过程中有效抑制了砜类物质的产生；选用了合适的含氮有机化合物作为多磺化物抑制剂(优选吡啶)，有效抑制了多磺化物的产生，可以大大化简后续的分离纯化工序。

3、微过量的三氧化硫的加入，吸收了由于氯磺酸微量分解，微量与苯发生的磺化反应时所产生的微量氯化氢气体，生产全过程中不再有氯化氢产生，免除了吸收氯化氢气体工艺过程及其设备；大大化简了后续分离纯化过程和设备。

4、大幅度降低了原材料的消耗、缩短了生产工艺流程，减少了大量的生产设备，生产成本进一步降低。

5、减少了环境污染，改善了操作环境。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为微通道反应器连续制备苯磺酰氯工艺流程图；

图2是图1中的微通道反应器的通道板安装示意图；

图3是图2中的微通道反应器通道板的A面示意图；

图4是图2中的微通道反应器通道板的B面示意图；

图5是图1中的第二微反应器的出口到连接恒温静态收集器的降温管道(物料冷却管道)示意图；

图6是图1中的静态混合器示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

装置实例、一种合成苯磺酰氯的装置，如图1～图6所示，包括第一静态混合器、第一微反应器、第二静态混合器、第二微反应器、恒温静态收集器、分液器；

第一静态混合器的出口设有恒流泵一，第二静态混合器的出口设有恒流泵二；第一微反应器的出口设有单向阀一，第二微反应器的出口设有单向阀二；单向阀一的作用是确保物料只能从第一微反应器流向第二静态混合器，而不能反向流动，同理，单向阀二的作用是确保物料只能从第二微反应器流向物料冷却管道；

苯、三氧化硫、含有砜类物质抑制剂和多磺化物抑制剂的有机溶剂(氯代烷烃)溶液，这3者的储存器分别经各自的计量泵后与第一静态混合器的入料口相连接；

三氧化硫、氯磺酸、有机溶剂(氯代烷烃)，这3者的储存器分别经各自的计量泵后与第二静态混合器的入料口相连接；

第一静态混合器的出口、恒流泵一、第一微反应器、单向阀一、第二静态混合器的进口依次相连，第二静态混合器的出口、恒流泵二、第二微反应器、单向阀二、物料冷却管道、恒温静态收集器的进口依次相连；

恒温静态收集器的进口位于恒温静态收集器的顶部(即，为上入口)，恒温静态收集器的顶部还设有水的进料口，用于加入稀释用水，恒温静态收集器的底端设置出口(即，为下出口)；

恒温静态收集器的出口、输料泵、分液器依次相连；

恒温静态收集器约为第二微反应器通道持液体积的20～40倍。

第一微反应器、第二微反应器为经过通道设计的微反应器，具体如下：图3、图4是一个微反应器内的微通道板的A、B两个面，微通道板是由碳化硅材料制成。在使用时，将微通道板的A面对着另一块微通道板的A面，B面对着另一块微通道板的B面。物料在A-A面形成的微通道中流过，进行化学反应；温控液体在B-B面形成的通道中流动，从而控制A-A面通道里的物料温度。本发明中使用的温控液体为：二乙二醇二甲醚。

第一微反应器的反应通道(即，A-A面形成的微通道)的总长度为1000～3000mm、管径为100～1000微米；第二微反应器反应通道(即，A-A面形成的微通道)的总长度为2000～4000mm、管径为100～1000微米。

物料冷却管道的材质为316L不锈钢，可根据降温要求设定长度和管径，例如长度约为50cm、管径约为1mm。

实际工作时：

1)、苯、三氧化硫、砜类物质抑制剂、多磺化物抑制剂的有机溶剂溶液在第一静态混合器中混合后，利用恒流泵一注入第一微反应器进行磺化反应；

2)、第一微反应器所得的反应产物(即，首次反应混合物)流入第二静态混合器内，与依靠各自的计量泵被注入第二静态混合器内的三氧化硫、氯磺酸、溶剂在第二静态混合器内进行混合；所得的混合物料利用恒流泵二注入第二微反应器继续进行磺化和磺酰氯化反应；

3)、第二微反应器所得的反应产物流入物料冷却管道进行降温，冷却后的反应产物(温度约为0～5℃)进入后处理工序(包括静置分层、分离等)，具体如下：

冷却后的反应产物进入恒温静态收集器，从恒温静态收集器的进料口向恒温静态收集器加入水(水温≤5℃)；苯磺酰氯粗品溶解于溶剂中，与水相分层，分去水层后，进入减压蒸馏器，蒸出溶剂，冷却后得到苯磺酰氯固体产品。

说明：在第二微反应器中，氯磺酸与苯磺酸发生磺酰氯化反应，生成硫酸。此硫酸进入恒温收集器后，在有水加入时，成为稀硫酸留在反应混合物中，即，水层为含有稀硫酸的废水。

以下实施例：均采用上述装置实例。且：所用氯磺酸为工业氯磺酸，纯度为98％；计算时按100％来计算用量。

实施例1、利用微反应器连续合成苯磺酰氯的方法：

进入第一静态混合器的投料表，如表1所述，表1中的进料量是指进入第一静态混合器的原料量。进入第二静态混合器的投料表，如表2所述；表2中的进料量是指进入第二静态混合器的原料量。以下投料中的“摩尔比”均以苯为基数1计算。

选用吡啶作为磺化反应多磺化物抑制剂，选用醋酸(乙酸)作为砜类物质抑制剂，选用二氯甲烷作为有机溶剂。

表1、进入第一静态混合器的投料表

名称	分子量	摩尔数	进料量(g)	体积(ml)/(相对密度)
					苯	78.11	1	78.11	88.76/(0.88g/cm3)
三氧化硫	80.06	0.9	72.05	36.57/(1.97g/cm3)
					醋酸	60.05	0.02	1.20	1.14/(1.05g/cm3)
吡啶	79.10	0.02	1.58
					二氯甲烷			642.00	480.00/(1.33g/cm3)

总体积约：608ml

表2、进入第二静态混合器的投料表

名称	分子量	摩尔数	进料量(g)	体积(ml)/(相对密度)
					三氧化硫	80.06	0.11	8.81	4.52/(1.97g/cm3)
氯磺酸(以100％计)	116.52	1.00	116.52	68.08/(1.75g/cm3)
					二氯甲烷			103.00	77.40/(1.33g/cm3)

总体积约：150ml

因此，苯：(进入第一静态混合器的三氧化硫+进入第二静态混合器的三氧化硫)＝1:1.01(摩尔比)。

具体反应流程如下：

1)、将0.02mol的吡啶、0.02mol醋酸溶于480ml的二氯甲烷，作为含抑制剂的溶剂；

按照苯：三氧化硫：醋酸：吡啶＝1：0.9:0.02:0.02的摩尔比，将苯、三氧化硫、含抑制剂的溶剂分别用各自的计量泵送入第一静态混合器进行混合，第一静态混合器中的温度不高于-5℃(一般为-10℃～-5℃)；

从第一静态混合器出口流出的混合物料被恒流泵一以3.0ml/分钟注入第一微反应器内进行苯磺化反应，第一微反应器的保留体积约1.5ml(微反应器通道直径为800微米，即0.8mm，长度为3000mm)，因此混合物料在第一微反应器内的停留时间(反应时间)约为0.5分钟；控制第一微反应器内的反应温度为3±0.1℃；第一微反应器的出口排出的反应混合物主要由少量苯、苯磺酸、抑制剂和溶剂组成，此时，三氧化硫已经基本被消耗；

2)、第一微反应器排出的反应混合物通过单向阀一后进入第二静态混合器；当第二静态混合器中出现反应混合物时，开始向第二静态混合器中注入表2所列的反应起始物。

将8.81g三氧化硫、116.52g氯磺酸溶解于103.00g(77.40ml)二氯甲烷中；

按照三氧化硫：氯磺酸＝0.11:1.0的摩尔比，将三氧化硫、氯磺酸、溶剂分别用各自的计量泵送入第二静态混合器与第一微反应器流出的反应混合物进行混合；控制第二静态混合器中的温度不高于20℃(为15℃～20℃)；

从第二静态混合器出口流出的混合后物料被恒流泵二以3.75ml/分钟注入第二微反应器内继续进行磺化和磺酰氯化反应，第二微反应器的保留体积约为2.0ml(微反应器通道直径为800微米，长度为4000mm)；因此，该混合后物料在第二微反应器内的停留时间(反应时间)约为0.54分钟；控制第二微反应器内的反应温度为40±0.1℃；

第二微反应器的出口排出二次反应混合物；该二次反应混合物主要由溶剂、作为主产物的苯磺酰氯、硫酸、残余的低碳链脂肪酸(作为砜类物质抑制剂)、有机碱(作为多磺化物抑制剂)组成。

4)、从第二微反应器的出口排出的二次反应混合物经过物料冷却管道后，温度被降到0～5℃，然后进入恒温静态收集器。向恒温静态收集器中注入水，水注入恒温静态收集器的时间等同于二次反应混合物进入恒温静态收集器的时间。所加入的水约400ml(水温≤5℃)。

稀释后的反应混合物被送入位于恒温静态收集器底部的分液器，静置分层，从而与上层酸性废水分层。苯磺酰氯粗品溶于二氯甲烷，减压蒸馏，除去二氯甲烷(专用回收装置予以回收)，得到苯磺酰氯产品。

经毛细管气相色谱分析：苯磺酰氯的纯度99.16％，收率：98.38％。

杂质部分为：砜类物质约0.0～0.3％，多磺化物约0.0～0.02％，其余为不明物质。

实施例2～5

将实施例1中的多磺化物抑制剂由吡啶分别替换为：哌嗪、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵；摩尔用量保持不变，仍然为0.02mol，其余等同于实施例1。

实施例6、取消实施例1多磺化物抑制剂的使用，其余等同于实施例1。

所得结果如下表3：

表3

实施例	抑制剂	摩尔数	投入量(g)	收率％	纯度％
						2	哌嗪	0.02	约1.72	97.21	98.33
3	四甲基氢氧化铵	0.02	约1.82	95.62	98.48
						4	四乙基氢氧化铵	0.02	约2.95	95.55	98.43
5	四丁基氢氧化铵	0.02	约5.19	96.03	98.16
						6	空白			86.17	92.66

实施例7～10

将实施例1中的砜类物质抑制剂由醋酸分别替换为三氟乙酸、丙酸、异丙酸、氯乙酸，摩尔用量保持不变，仍然为0.2mol，其余等同于实施例1。

实施例11、取消实施例1中砜类物质抑制剂的使用，其余等同于实施例1。

所得结果如下表4：

表4

实施例	抑制剂	摩尔比	投入量(g)	收率(％)	纯度(％)
						7	三氟乙酸	0.02	约2.28	96.28	97.36
8	丙酸	0.02	约1.48	94.36	96.06
						9	异丙酸	0.02	约1.48	93.69	97.00
10	氯乙酸	0.02	约1.89	93.66	97.00
						11	空白			88.00	91.36

实施例12～15

将实施例1中的苯与三氧化硫的摩尔比由1:1.01分别改成如下表5所述，苯的用量保持不变，进入第一静态混合器的三氧化硫、进入第二静态混合器的三氧化硫的量具体如下表5所述；其余等同于实施例1。

所得结果如下表5：

表5

实施例16～19

将实施例1中的苯与氯磺酸的摩尔比由1:1分别改成如下表6所述，苯的用量保持不变，进入第二静态混合器的氯磺酸的量具体如下表6所述；其余等同于实施例1。

所得结果如下表6：

表6

实施例	苯与氯磺酸摩尔比	投入量(g)	收率(％)	纯度(％)
					16	1：1.2	约139.2	78.66	68.45
17	1：1.5	约174	70.60	65.21
					18	1：0.9	约104.4	68.29	79.05
19	1：0.8	约92.8	62.11	65.00

注：实施例第16、17因有氯化氢气体产生，在微反应器通道内形成空隙，影响了正常湍流状态，收率和纯度都有明显下降。

氯磺酸与苯发生磺化反应时会产生氯化氢气体。在本发明中，所设计的第二微反应器反应条件是磺酰氯化反应的最佳条件。但是，如果当氯磺酸的浓度比例大幅度增加时，氯磺酸与苯的磺化反应也会加剧，所产生氯化氢气体大量增加，体系中的三氧化硫吸收不了过量氯化氢，氯化氢气体就会在微反应器中造成空隙，而影响反应结果。

实施例20～23

改变第一微反应器内的反应温度、第二静态混合器的温度、改变第二微反应器内的反应温度，其余等同于实施例1。

所得结果如下表7：

表7

实施例24～25

通过改变第一微反应器和第二微反应器的进料速度，从而改变物料在微反应器中保留时间，其余等同于实施例1。所得结果如下表8：

表8

实施例26、将实施例1中的溶剂由二氯甲烷改成三氯甲烷或1，2-二氯乙烷，体积用量保持不变，所得结果基本同实施例1。

对比例1、参照现有技术中“三氧化硫、氯磺酸”依次使用的方式：

将1.01mol的三氧化硫全部进入第一微反应器进行反应，即，进入第二微反应器的三氧化硫的量为0；且，将1mol的氯磺酸全部进入第二微反应器进行反应，反应物料在第一微反应器、第二微反应器内的停留时间基本等同于实施例1。其余等同于实施例1。

所得结果为：产物苯磺酰氯的收率：88.21％，纯度约93％。经分析得知，二磺化物含量上升至3.6％，砜类物质上升至3.02％，并出现少量1，3-苯二磺酰氯(分子式：C₆H₄Cl₂O₄S₂，分子量：275.11，HPLC-MS)。

对比例2：将1.00mol苯(78.11g)、1.01mol的三氧化硫(80.86g)、1.00mol的氯磺酸(116.52g)、558ml二氯甲烷、0.02mol吡啶(1.58g)、0.02mol醋酸(1.20g)全部投料至第一静态混合器，经恒流泵一进入第一微反应器，反应混合物不经过第二静态混合器，直接进入第二微反应器，在第一微反应器中的反应时间约为0.5分钟，在第二微反应器中的反应时间约为0.5分钟。其余等同于实施例1。

所得结果为：产物苯磺酰氯的收率：75.29％，纯度：81.00％。且还存在反应产物非常混乱，分离难度很大的缺陷。

对比例3

将实施例1中的多磺化物抑制剂由吡啶改成常用的DMF(N,N-二甲基甲酰胺)；摩尔用量保持不变，仍然为0.02mol，其余等同于实施例1。

所得结果为苯磺酰氯的收率为97.23％，纯度为98.05％(砜类物质约0.36％，多磺化物约0.62％)。

对比例4、

实施例1中，苯：(进入第一静态混合器的三氧化硫+进入第二静态混合器的三氧化硫)＝1:1.01(摩尔比)保持不变，苯的用量保持不变，但是进入第一静态混合器的三氧化硫、进入第二静态混合器的三氧化硫的量具体如下表9所述；其余等同于实施例1。

所得结果如下表9：

表9

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最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续合成苯磺酰氯的方法，其特征在于：以苯、三氧化硫为反应原料，三氧化硫分成2部分，分别是进入第一微反应器内的三氧化硫Ⅰ和进入第二微反应器内的三氧化硫Ⅱ，包括以下步骤：

1)、苯、三氧化硫Ⅰ、有机碱类、低碳链脂肪酸和溶剂在第一静态混合器中混合后，在恒流泵一的作用下被输入第一微反应器进行反应；

第一微反应器内的反应温度为-5～20℃，反应时间为0.4～3分钟；第一静态混合器中，苯：三氧化硫Ⅰ：有机碱类：低碳链脂肪酸＝1：0.90：(0.02±0.002)：(0.02±0.002)的摩尔比；

所述有机碱类为以下任一：哌嗪、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三聚氰胺、吡啶、4-甲基吡啶；

所述低碳链脂肪酸为以下任一：乙酸、丙酸、异丙酸、氯乙酸、三氟乙酸；

2)、第一微反应器出口排出的一次反应混合物流入第二静态混合器内，与被分别输入至第二静态混合器内的氯磺酸、三氧化硫Ⅱ和溶剂在第二静态混合器内进行混合，所得的混合物料在恒流泵二的作用下被输入第二微反应器进行反应；

第二微反应器内的反应温度为20～60℃，反应时间为0.4～3.5分钟；第二静态混合器内，氯磺酸：三氧化硫Ⅱ＝1：0.11的摩尔比；

且，苯：(三氧化硫Ⅰ+三氧化硫Ⅱ)＝1:1.01的摩尔比；

3)、第二微反应器排出的二次反应混合物经过后处理，得苯磺酰氯。

2.根据权利要求1所述的连续合成苯磺酰氯的方法，其特征在于：

所述步骤3)的后处理为：第二微反应器排出的二次反应混合物经冷却加水后，静置分层，除去上层酸性废水后，进行溶剂分离，得到苯磺酰氯。

3.根据权利要求1或2所述的连续合成苯磺酰氯的方法，其特征在于：

进入第一微反应器的溶剂与进入第二微反应器的溶剂之和定义为总溶剂，每1mol的苯配用500～700ml的总溶剂；

所述溶剂为以下任一：二氯甲烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷。

4.根据权利要求3所述的连续合成苯磺酰氯的方法，其特征在于：

第一微反应器内的反应温度为3±0.1℃，反应时间为0.5±0.05分钟；

第二微反应器内的反应温度为40±0.1℃，反应时间为0.55±0.05分钟。

5.根据权利要求4所述的连续合成苯磺酰氯的方法，其特征在于：

所述步骤3)为：

第二微反应器排出的二次反应混合物在物料冷却管道中被降温至0～5℃，然后进入恒温静态收集器，向恒温静态收集器加入水，输送至分液器中分层，分离出上层酸性废水，下层进入真空蒸发器减压蒸馏，得到苯磺酰氯，减压蒸馏所得溶剂被回收。

6.根据权利要求1或2所述的连续合成苯磺酰氯的方法，其特征在于：

合成苯磺酰氯的装置包括第一微反应器、第二微反应器这二个相串联的微反应器，第一微反应器、第二微反应器的管径均为800±100微米；

第一微反应器的持液量为0.5～1.5ml；

第二微反应器持液量为1.0～2.0ml。