CN115845758A - 连续化反应装置及连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续化反应装置及连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法。其中，连续化反应装置包括反应单元和水解单元；反应单元包括反应塔以及与反应塔连通的上端进料口、下端进料口、上端气体出口A和下端物料出口A；水解单元包括水解塔，其中下端物料出口A通过管道与水解塔连通，以使反应塔与水解塔连续化地进行反应。解决了现有技术中合成磷酸二酯类化合物的效率低的问题，适用于化工装置设计和磷酸二酯类化合物合成领域。
Description
技术领域
本发明涉及化工装置设计和磷酸二酯类化合物合成领域，具体而言，涉及一种连续化反应装置及连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法。
背景技术
磷酸二苄酯(Cas：1623-08-1)广泛应用于医药化工领域，是一种磷酰化试剂。目前，现有技术主要通过氧化亚磷酸酯以合成磷酸酯，该反应涉及到的溶剂包括四氯化碳、吡啶和含水溶剂，其中四氯化碳和吡啶对人体和环境的毒性较大。
中国专利CN102850398 A中公开了一种制备磷酸二对甲基苄酯的方法，该方法是需要使用到毒性较大的四氯化碳、吡啶等溶剂，对环境有着较大的危害，且该方法副产物相对较多。
中国专利CN111484519 A中对工艺进行了改进，公开了一种制备磷酸二酯的方法，该专利中描述三氯化磷在三乙胺的存在下与对甲基苄醇反应最后再经过水解得到相应的磷酸二酯。但该专利描述的方法为间歇方法，在生产过程中存在一定的不便性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种连续化反应装置及连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法，以解决现有技术中反应选择性差、副产物多的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种连续化反应装置，连续化反应装置包括反应单元和水解单元；反应单元包括反应塔以及与反应塔连通的上端进料口、下端进料口、上端气体出口A和下端物料出口A；水解单元包括水解塔，其中下端物料出口A通过管道与水解塔连通，以使反应塔与水解塔连续化地进行反应。
进一步地，水解塔包括上端物料入口B、下端物料出口B，其中上端物料入口B通过管道与反应塔的下端物料出口A连通；优选地，反应单元包括物料回流口；优选地，上端物料入口B和下端物料出口A之间的管道上，有分支管道，下端物料出口A通过分支管道与物料回流口连接；优选地，水解单元还包括纯化水供应设备，通过位于水解塔底部的供水入口与水解塔连通；优选地，水解塔顶部还设置有上端液体出口B，上端气体出口A与上端液体出口B分别与氯化氢液体回收设备连通。
进一步地，下端物料出口B与结晶单元连通；优选地，反应塔上设置有沿反应塔外壁周向设置的加热夹套。
进一步地，反应单元还包括加热设备，加热设备设置于下端物料出口A与物料回流口之间的分支管道上；优选地，加热设备为换热器。
进一步地，反应塔的填料包括陶瓷填料；优选地，水解塔的填料包括陶瓷填料；优选地，陶瓷填料的粒径为2～4mm；优选地，反应塔的高度为1～2m；更优选地，反应塔的高度为1.2～1.8m；优选地，反应塔的内径为25～50mm；更优选地，反应塔的内径为30～33mm；优选地，水解塔的高度为1～1.5m；优选地，水解塔的内径为25～30mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法，方法包括：
按照上述反应式，将式I所示的原料1与式II所示的原料2置于反应塔中进行反应，生成式III所示的氯磷酸二酯；将式III所示的氯磷酸二酯连续地送入水解塔中进行水解反应，以连续化地生成式IV所示的磷酸二酯类化合物；原料1为三氯氧磷；原料2为苯甲醇类化合物；式II、式III和式IV中，R独立选自自C1～C3烷基、卤素、C1～C3卤代烷基、C1～C3烷氧基、C1～C3酯基，n独立为0～3的整数。
进一步地，不使用催化剂或使用路易斯酸催化剂制备氯磷酸二酯；优选地，当使用路易斯酸催化剂制备氯磷酸二酯时，路易斯酸催化剂包括如下任意一种或多种：氯化锰、氯化铁、三氯化铝或氯化锌；优选地，路易斯酸催化剂的用量以与原料1的摩尔比计为1：100～200。
进一步地，不使用溶剂或使用有机溶剂溶解原料1或原料2；优选地，当使用有机溶剂溶解原料1或原料2时，有机溶剂包括如下任意一种或多种：乙酸乙酯、四氢呋喃、十四烷或甲苯。
进一步地，制备氯磷酸二酯的反应温度为70～140℃；优选地，反应温度为80～120℃；更优选地，反应温度为100～120℃；优选地，制备氯磷酸二酯时，原料2与原料1的进料体积比为1～4：1；更优选地，原料2与原料1的体积比为2～3.5：1；进一步优选地，原料2与原料1的体积比为2.1～2.8：1。
进一步地，将氯磷酸二酯置于盛有水或非质子溶剂的水解塔中进行水解反应；优选地，非质子溶剂包括如下任意一种或多种：四氢呋喃、乙腈、DMF、DMSO或丙酮；优选地，水解温度为20～90℃；更优选地，水解温度为30～60℃；进一步优选地，水解温度为40～50℃；优选地，利用上述连续化反应装置来制备磷酸二酯类化合物。
应用本发明的技术方案，通过将反应设备与后续的水解设备通过管道连通，使得该装置中反应原料能够根据反应程度的进展连续不断地进行后续反应，从而实现连续化反应，进一步地，利用连续化反应装置中对三氯氧磷和苯甲醇类化合物进行连续化反应，通过制备氯磷酸二酯和水解氯磷酸二酯，生成磷酸二酯类化合物，显著提高磷酸二酯类化合物的产率，减少副产物的生成。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例1至4中连续化反应装置的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
01、苯甲醇类供应设备；02、三氯氧磷供应设备；03、纯化水供应设备；04、反应塔；05、水解塔；06、氯化氢液体回收设备；07、结晶单元；08、换热器；
11、上端进料口；12、下端进料口；13、上端气体出口A；14、上端液体出口B；15、下端物料出口A；16、下端物料出口B；17、上端物料入口B；18、供水入口；19、物料回流口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所提到的，磷酸二苄酯是一种广泛应用于医药化工领域的化合物。由于现有技术的合成方法主要通过氧化亚磷酸酯以合成磷酸酯，但反应涉及到的溶剂包括四氯化碳、吡啶和含水溶剂，其中四氯化碳和吡啶对人体和环境的毒性较大。中国专利CN111484519 A中公开了一种制备磷酸二酯的方法，该专利中描述三氯化磷在三乙胺的存在下与对甲基苄醇反应最后再经过水解得到相应的磷酸二酯。但该专利描述的方法为间歇方法，在生产过程中存在一定的不便性。
利用苯甲醇类化合物和三氯氧磷反应生成磷酸二酯类化合物的反应条件相对温和，而连续化反应的优势是缩短醇与生成的氯磷酸二酯的接触时间，从而降低的三酯的产生。从动力学角度来说，相应的醇与三氯氧磷或一取代物的反应速率较快，而醇与二取代物的反应则较慢，利用反应物在反应塔内的停留时间短的特点，可以提高反应的选择性，提高反应原子的经济性，便于在工业生产中的应用。
因而，在本申请中发明人设计了一种连续化反应装置，利用此连续化反应装置对磷酸二苄酯进行连续化合成。经试验验证发现，连续化反应装置和该连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法，能够解决现有技术中反应选择性差、副产物多的问题，可以显著提高磷酸二酯类化合物的产率，因而提出了本申请的一系列保护方案。
在本申请第一种典型的实施方式中，提供了一种连续化反应装置，该连续化反应装置包括反应单元和水解单元；反应单元包括反应塔04以及与反应塔连通的上端进料口11、下端进料口12、上端气体出口A13和下端物料出口A15；水解单元包括水解塔05，其中下端物料出口A通过管道与水解塔连通，以使反应塔与水解塔连续化地进行反应。
上述连续化反应装置中包括反应单元和水解单元。反应单元包括反应塔以及与反应塔连通的上端进料口、下端进料口、上端气体出口A和下端物料出口A。若原料为气体，可以从下端进料口进入反应塔；若原料为液体，可以从上端进料口进入反应塔。该连续化反应装置尤其适用于磷酸二酯类化合物的连续化合成，此时，上端进料口为苯丙醇类化合物的进料口，因而其可以与苯丙醇类供应设备01连通，以实现该原料的连续供给；下端进料口为三氯氧磷的进料口，同样地，为实现其连续化供应，可以将三氯氧磷的进料口设置为与三氯氧磷供应设备02连通。两种反应原料入口分别设置在反应塔的上下两端，可以使原料在反应塔中逆向混合从而充分接触，增加反应效率，减少反应时间。原料连续进入反应塔中进行混合和反应，反应产物通过上端气体出口A或下端物料出口A输出。水解单元包括水解塔，其中反应塔的下端物料出口A通过管道与水解塔连通，可以利用泵等设备或重力，使反应塔中的液体产物连续送入水解塔中，在水解塔中连续化地进行反应，从而缩短反应产物在反应塔内的停留时间，减少副产物的产生，提高目标产物的产率。
上述水解单元的作用是将在反应塔反应获得的产物(氯磷酸二酯)进一步通过水解获得目标磷酸二酯类化合物，因此，水解塔的具体设置形式不限，只要能够实现水解获得目标产物即可。在一种优选的实施例中，上述水解塔包括上端物料入口B17、下端物料出口B16，其中上端物料入口B通过管道与反应塔的下端物料出口A连通；优选地，反应单元可以包括物料回流口(设置在反应塔的侧壁上且相对于下端进料口靠近下端物料出口A的方向上)；优选地，上端物料入口B和下端物料出口A之间的管道上，有分支管道，下端物料出口A通过分支管道与物料回流口连接；优选地，水解单元还包括纯化水供应设备03，通过位于水解塔底部的供水入口18与水解塔连通；优选地，水解塔顶部还设置有上端液体出口B14，上端气体出口A与上端液体出口B分别与氯化氢液体回收设备06连通。
上述水解塔包括上端物料入口B和下端物料出口B，其中上端物料入口B通过管道与反应塔的下端物料出口A连通，将从反应塔中产出的产物连续输入水解塔中进行水解反应。设置分支管道，使得一部分未反应或未反应完全的反应液回流至反应塔中继续反应，从而提高产率。纯化水供应设备通过水解塔底部的供水入口向水解塔中供水，以提供水解的反应条件；且纯化水供应设备调节输入纯化水的温度可以调节水解塔中的反应温度，以升高温度促进反应的进行，或降低温度保护反应产物。物料入口设置在上端，使待水解的产物与水逆流接触，便于增加接触面积和水解效率，以实现充分水解。水解塔顶部设置的上端液体出口B与反应塔的上端气体出口A均与氯化氢液体回收设备连通，在水解塔中由于反应塔中产出的产物从上端物料入口进入，且密度大，因此流向为自上而下，而其中夹带的氯化氢气体与自下而上的水接触后被吸收形成含有氯化氢的水继续向上流动，进而通过上端液体出口B经管道进入氯化氢液体回收设备，保护环境且可获得氯化氢溶液(即盐酸)，符合绿色化学的发展理念。
上述水解塔的下端物料出口B可以与结晶单元07连通；优选地，反应塔上设置有沿反应塔外壁周向设置的加热夹套(图1中未示出)。水解产物在水解塔的下层分层，利用水解产物不溶于水且密度大于水的性质，通过分水(即静置分层等分离方法)得到处于水层以下的水解产物粗品，粗品进入结晶单元，在适宜的溶液中结晶进一步提纯得到纯度较高的反应产物的晶体，未反应的原料可以在结晶过程中分离并继续套用。设置加热夹套，可以灵活调整反应温度，也可以保证反应塔中的反应温度处于稳定的状态，利于反应的进行。
为了进一步提高反应效率，减少副产物产生，在一种优选的实施例中，反应单元还包括加热设备，加热设备设置于下端物料出口A与物料回流口19之间的分支管道上；优选地，加热设备可以为换热器08。
反应单元包括加热设备，用于加热回流原料，从而加热反应塔，维持反应塔中的反应温度。可以生成气态原料输送入反应塔中进行反应。相较于液态原料，气态原料在反应塔中混合更充分且流动速度快，减少反应时间可以减少副产物的生成。加热设备不设置在下端物料出口A和上端物料入口B之间的管路上，是因为水解塔中水解反应会释放大量热，从而提供水解反应所需的温度，因此不需对待水解产物进行加热，可以节约生产耗能。加热设备可以为换热器，可以利用水解塔中多余的热量对反应塔进行加热，节约能源；也可以是其他加热设备，如在反应塔上或进料口前设置夹套加热装置，用于精确控制反应塔温度。在上端物料入口前可以设置阀，在反应塔温度未加热至反应温度时，即反应未稳定运行时，防止反应液进入水解塔，防止向水解塔中引入大量未反应的原料而导致产率和纯度下降。
上述反应塔可以是固定床反应塔，在一种优选的实施例中，反应塔的填料包括但不限于陶瓷填料；优选地，水解塔的填料包括但不限于陶瓷填料；优选地，陶瓷填料的粒径为2～4mm；优选地，反应塔的高度为1～2m；更优选地，反应塔的高度为1.2～1.8m；优选地，反应塔的内径为25～50mm；更优选地，反应塔的内径为30～33mm；优选地，水解塔的高度为1～1.5m；优选地，水解塔的内径为25～30mm。
在反应塔和水解塔中填充填料，如陶瓷填料等，成本低，耐腐蚀性强，可以增加原料之间的接触面，产生湍流利于原料混合，可以加速反应的进行，缩短所需反应时间，从而减少副产物生成。
在本申请第二种典型的实施方式中，提供了一种连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法，方法包括：
按照上述反应式，将式I所示的原料1与式II所示的原料2置于反应塔中进行反应，生成式III所示的氯磷酸二酯；将式III所示的氯磷酸二酯连续地送入水解塔中进行水解反应，以连续化地生成式IV所示的磷酸二酯类化合物；原料1为三氯氧磷，原料2为苯甲醇类化合物；式II、式III和式IV中，R独立选自C1～C3烷基、卤素、C1～C3卤代烷基、C1～C3烷氧基、C1～C3酯基，n独立为0～3的整数。
两种原料的反应条件相对温和，可以在反应塔中首先生成氯磷酸一酯类化合物；进一步地，三氯氧磷再与生成的氯磷酸一酯类化合物发生反应，生成式III所示的氯磷酸二酯类化合物。上述两步反应从动力学角度来说，反应速率较快，而以目标产物，即氯磷酸二酯类化合物为底物生成氯磷酸三酯类化合物杂质的反应速率较慢，因此优选原料的反应条件可以降低副产物的生成，提高反应原子的经济性。比如通过加热原料使之气化，使两种原料以气体形式在反应塔中混合并发生反应，即可增加混合效率、接触面积和反应效率，从而减少反应时间、减少副产物的生成。利用连续化反应装置，在反应塔中完成反应速率快的一取代反应和二取代反应，优选反应时间，使得反应塔中大部分原料生成氯磷酸二酯且未进行三取代反应，将反应塔中得到的反应产物连续化送入水解塔中，水解生成磷酸二酯类化合物。利用连续化反应，可以提高目标产物磷酸二酯类化合物的产率，提高单位时间的生产量。
在一种优选的实施例中，该方法可以不使用催化剂或使用路易斯酸催化剂制备氯磷酸二酯；优选地，当使用路易斯酸催化剂制备氯磷酸二酯时，路易斯酸催化剂包括但不限于如下任意一种或多种：氯化锰、氯化铁、三氯化铝或氯化锌；优选地，路易斯酸催化剂的用量以与原料1的摩尔比计，为1：100～200。如不使用催化剂进行反应，不仅不影响反应产物的收率，而且节约反应成本、减少生产工序，利于进行连续化反应。
在一种优选的实施例中，该方法可以不使用溶剂或使用有机溶剂溶解原料1或原料2；优选地，当使用有机溶剂溶解原料1或原料2时，有机溶剂包括但不限于如下任意一种或多种：乙酸乙酯、四氢呋喃、十四烷或甲苯。三氯氧磷的沸点在标准大气压下为105.3℃，在投料前加热原料使之气化，可以节约有机溶剂，并且减少有机溶剂对于后续原料回收和产物重结晶的影响。
在一种优选的实施例中，该方法制备氯磷酸二酯的反应温度为70～140℃；优选地，反应温度为80～120℃；更优选地，反应温度为100～120℃；优选地，制备氯磷酸二酯时，原料2与原料1的进料体积比为1～4：1；更优选地，原料2与原料1的进料体积比为2～2.7:1；进一步优选地，原料2与原料1的进料体积比为2.1～2.5:1。通过对反应温度和投料比的优选，减少一取代和三取代副产物的生成，利用提高反应产率和除杂难度，符合绿色化学的发展理念。
在一种优选的实施例中，该方法包括将氯磷酸二酯置于盛有水或非质子溶剂的水解塔中进行水解反应；优选地，非质子溶剂包括如下任意一种或多种：四氢呋喃、乙腈、DMF、DMSO或丙酮；优选地，水解温度为20～90℃；更优选地，水解温度为30～60℃；进一步优选地，水解温度为40～50℃；优选地，可以利用上述连续化反应装置来制备磷酸二酯类化合物。
在水解塔中，将反应塔中生成的氯磷酸二酯类化合物与水混合，进行水解反应，并对水解反应的温度进行优选，可以降低成本，绿色环保，且减少引入的有机试剂对于后续重结晶纯化造成的影响。利用上述连续化反应装置，可以将三氯氧磷以气体形式输送至反应塔中，与苯甲醇类化合物反应，生成氯磷酸二酯类化合物，并将氯磷酸二酯类化合物连续送入水解塔中进行水解反应，生成目的产物磷酸二酯类化合物。蒸馏回收苯甲醇类化合物重复利用，回收副产物氯化氢保护环境、增加经济效益，将蒸馏后的产物在结晶单元中进行重结晶，除去副产物磷酸一酯类化合物和磷酸三酯类化合物，获得纯度较高的目的产物磷酸二酯类化合物。由于水解过程会放出大量的热，所以可以通过改变水解塔中水流量来控制水解温度。
下面将结合具体的实施例来进一步详细解释本申请的有益效果。
实施例1：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1m的反应塔上端进苯甲醇(密度为1.04g/mL(25℃)，摩尔质量为108.13g/mol)，三氯氧磷(密度为1.645g/mL(25℃)，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至100℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯，未反应的苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中磷酸二苄酯的产率为84.1％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例2：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至100℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为89.1％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例3：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷在下端通过高温蒸馏气化至反应塔，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为93.1％，副产物为磷酸三苄酯。
实施例4：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷在下端通过高温蒸馏气化至反应塔，苯甲醇的进料速度为6.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为88.3％，副产物为磷酸三苄酯。
实施例5：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷在下端通过高温蒸馏气化至反应塔，苯甲醇的进料速度为2mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为30.1％，副产物为磷酸一苄酯。
实施例6：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷在下端通过高温蒸馏气化至反应塔，苯甲醇的进料速度为8mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为59.2％，副产物为磷酸三苄酯。
实施例7：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至140℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯，未反应的苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中磷酸二苄酯的产率为90.2％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例8：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至70℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯，未反应的苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中磷酸二苄酯的产率为81.6％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例9：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至80℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯，未反应的苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中磷酸二苄酯的产率为83.9％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例10：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为4.2mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯，未反应的苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中磷酸二苄酯的产率为78.6％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例11：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.0m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为4.2mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯，未反应的苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中磷酸二苄酯的产率为86.1％，副产物为磷酸三苄酯和磷酸一苄酯。
实施例12：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷在下端通过高温蒸馏气化至反应塔，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度20℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为83.5％，副产物为磷酸三苄酯和氯磷酸二苯酯。
实施例13：对甲基磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进对甲基苯甲醇(密度为0.98g/mL(4℃)，摩尔质量为122.16g/mol)，三氯氧磷(密度为1.645g/mL(25℃)，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状对甲基磷酸二苄酯，未反应的对甲基苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中对甲基磷酸二苄酯的产率为90.4％，副产物为对甲基磷酸三苄酯和对甲基磷酸一苄酯。
实施例14：对甲氧基磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进对甲氧基苯甲醇(密度为1.1g/mL(15℃)，摩尔质量为138.16g/mol)，三氯氧磷(密度为1.645g/mL(25℃)，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到对甲氧基磷酸二苄酯粗品，对甲氧基磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状对甲基磷酸二苄酯，未反应的对甲氧基苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中对甲氧基磷酸二苄酯的产率为88.4％，副产物为对甲氧基磷酸三苄酯和对甲氧基磷酸一苄酯。
实施例15：对氯磷酸二苄酯
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进对氯苯甲醇(摩尔质量为142.58g/mol)，三氯氧磷(密度为1.645g/mL(25℃)，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到对氯磷酸二苄酯粗品，对氯磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状对氯磷酸二苄酯，未反应的对氯苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中对氯磷酸二苄酯的产率为89.5％，副产物为对氯磷酸三苄酯和对氯磷酸一苄酯。
实施例16：邻氯磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进邻氯苯甲醇(摩尔质量为142.58g/mol)，三氯氧磷(密度为1.645g/mL(25℃)，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到邻氯磷酸二苄酯粗品，邻氯磷酸二苄酯粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状邻氯磷酸二苄酯，未反应的邻氯苯甲醇在结晶过程中分离并继续套用。本实例中邻氯磷酸二苄酯的产率为89.3％，副产物为邻氯磷酸三苄酯和邻氯磷酸一苄酯。
实施例17：化合物16-2的合成
直径为25mm，高度为1.5m的反应塔上端进化合物16-1(摩尔质量为166g/mol)，三氯氧磷(密度为1.645g/mL(25℃)，摩尔质量为153.33g/mol)从反应塔下端进入，化合物16-1的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度为45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到化合物16-2粗品，粗品进入结晶单元，在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状化合物16-2，未反应的化合物16-1在结晶过程中分离并继续套用。本实例中化合物16-2的产率为89.5％，副产物为相应的一酯和三酯。
对比例1：磷酸二苄酯的非连续化合成
1000mL圆底烧瓶内投入265mL苯甲醇，100mL三氯氧磷，在120℃温度下反应3h，待反应结束后向烧瓶内加入200mL纯化水，并在45℃条件下水解1h，水解完成后分层，下层有机相经结晶提纯得到纯度99％磷酸二苄酯249.78g，产率为85.4％，副产物为磷酸一苯酯和磷酸三苯酯。此次反应共需4h，磷酸二苄酯的单位时间产量为62.44g/h。对于实施例3的磷酸二苄酯单位时间收率为333g/h。由此可以看出在反应体积相近的反应器内，连续化的生产效率远远高于间歇式反应。
对比例2：磷酸二苄酯的合成
直径为25mm，高度为0.8m的反应塔上端进苯甲醇，三氯氧磷在下端通过高温蒸馏气化至反应塔，苯甲醇的进料速度为5.3mL/min,三氯氧磷的进料速率为2mL/min，反应塔通过换热器加热至120℃，反应塔上端为氯化氢出口，产生的氯化氢从上端经水吸收得到盐酸，反应塔下端为产物的出口，产物直接进入水解塔，产物的热量直接加热水解的水，从而减少其他能量的使用，水解温度45℃。水解产物在水解塔的下层分层，通过分水得到磷酸二苄酯粗品，磷酸二苄酯在二氯甲烷和正己烷溶液中结晶进一步提纯得到纯度为99％的白色晶状磷酸二苄酯。本实例中磷酸二苄酯的产率为80.2％，副产物为磷酸三苄酯。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过连续化反应装置中对三氯氧磷和苯甲醇类化合物进行连续化反应，通过制备氯磷酸二酯和水解氯磷酸二酯，生成磷酸二酯类化合物，显著提高磷酸二酯类化合物的产率，减少副产物的生成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连续化反应装置，其特征在于，所述连续化反应装置包括反应单元和水解单元；
所述反应单元包括反应塔以及与所述反应塔连通的上端进料口、下端进料口、上端气体出口A和下端物料出口A；
所述水解单元包括水解塔，其中所述下端物料出口A通过管道与所述水解塔连通，以使所述反应塔与所述水解塔连续化地进行反应。
2.根据权利要求1所述的连续化反应装置，其特征在于，所述水解塔包括上端物料入口B、下端物料出口B，其中所述上端物料入口B通过所述管道与所述反应塔的所述下端物料出口A连通；
优选地，所述反应单元包括物料回流口；
优选地，所述上端物料入口B和所述下端物料出口A之间的所述管道上，有分支管道，所述下端物料出口A通过所述分支管道与所述物料回流口连接；
优选地，所述水解单元还包括纯化水供应设备，通过位于所述水解塔底部的供水入口与所述水解塔连通；
优选地，所述水解塔顶部还设置有上端液体出口B，所述上端气体出口A与所述上端液体出口B分别与氯化氢液体回收设备连通。
3.根据权利要求2所述的连续化反应装置，其特征在于，所述下端物料出口B与结晶单元连通；
优选地，所述反应塔上设置有沿反应塔外壁周向设置的加热夹套。
4.根据权利要求2所述的连续化反应装置，其特征在于，所述反应单元还包括加热设备，所述加热设备设置于所述下端物料出口A与所述物料回流口之间的所述分支管道上；
优选地，所述加热设备为换热器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的连续化反应装置，其特征在于，所述反应塔的填料包括陶瓷填料；
优选地，所述水解塔的填料包括陶瓷填料；
优选地，所述陶瓷填料的粒径为2～4mm；
优选地，所述反应塔的高度为1～2m；更优选地，所述反应塔的高度为1.2～1.8m；
优选地，所述反应塔的内径为25～50mm；更优选地，所述反应塔的内径为30～33mm；
优选地，所述水解塔的高度为1～1.5m；
优选地，所述水解塔的内径为25～30mm。
6.一种连续化反应制备磷酸二酯类化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：
按照上述反应式，将式I所示的原料1与式II所示的原料2置于反应塔中进行反应，生成式III所示的氯磷酸二酯；
将式III所示的所述氯磷酸二酯连续地送入水解塔中进行水解反应，以连续化地生成式IV所示的所述磷酸二酯类化合物；
所述原料1为三氯氧磷；
所述原料2为苯甲醇类化合物；
所述式II、式III和式IV中，R独立选自自C1～C3烷基、卤素、C1～C3卤代烷基、C1～C3烷氧基、C1～C3酯基，n独立为0～3的整数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，不使用催化剂或使用路易斯酸催化剂制备所述氯磷酸二酯；
优选地，当使用所述路易斯酸催化剂制备所述氯磷酸二酯时，所述路易斯酸催化剂包括如下任意一种或多种：氯化锰、氯化铁、三氯化铝或氯化锌；
优选地，所述路易斯酸催化剂的用量以与所述原料1的摩尔比计为1：100～200。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，不使用溶剂或使用有机溶剂溶解所述原料1或所述原料2；
优选地，当使用有机溶剂溶解所述原料1或所述原料2时，所述有机溶剂包括如下任意一种或多种：乙酸乙酯、四氢呋喃、十四烷或甲苯。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，制备所述氯磷酸二酯的反应温度为70～140℃；
优选地，所述反应温度为80～120℃；
更优选地，所述反应温度为100～120℃；
优选地，制备所述氯磷酸二酯时，所述原料2与所述原料1的进料体积比为1～4：1；
更优选地，所述原料2与所述原料1的体积比为2～3.5：1；
进一步优选地，所述原料2与所述原料1的体积比为2.1～2.8：1。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述氯磷酸二酯置于盛有水或非质子溶剂的所述水解塔中进行所述水解反应；
优选地，所述非质子溶剂包括如下任意一种或多种：四氢呋喃、乙腈、DMF、DMSO或丙酮；
优选地，水解温度为20～90℃；
更优选地，所述水解温度为30～60℃；
进一步优选地，所述水解温度为40～50℃；
优选地，利用权利要求1至5中任一项所述的连续化反应装置来制备所述磷酸二酯类化合物。
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