CN116987038A - 一种紫脲酸连续化的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫脲酸连续化的生产方法,属于有机合成技术领域,生产方法由以下步骤组成:脱水反应步骤,缩合反应步骤,环合反应步骤,亚硝化反应步骤;所述亚硝化反应步骤为,待二甲‑4AU浆态物料流入第二过滤器中进行冷却过滤后,流入一级亚硝化罐中,同时通入亚硝酸钠水溶液,通过自流的方式流入第三过滤器中进行过滤后,流入二级亚硝化罐,通过自流的方式流入第四过滤器中进行过滤后,流入三级亚硝化罐,通过向一级亚硝化罐内加入硫酸将亚硝化产物pH始终控制为3‑4,将亚硝化产物进行处理,得到紫脲酸成品;能够实现紫脲酸的连续化生产的同时,提高反应收率和产物浓度,避免反应通道堵塞,降低生产危险性。
Description
技术领域
本发明涉及紫脲酸合成技术领域,具体涉及一种紫脲酸连续化的生产方法。
背景技术
紫脲酸又名二甲-NAU,中文别名为1,3-二甲基-4-亚氨基-5-异亚硝基脲嗪,是咖啡因生产中必不可少的中间体,咖啡因是解热镇痛药的生产原料,据统计含咖啡因成份的解热镇痛药多达百种,且咖啡因还被广泛应用于饮品生产中,随着咖啡因使用量的逐渐增加,作为咖啡因生产中必不可少的中间体,紫脲酸需求量呈逐年上升趋势,但目前产量仍不能满足国内外市场需求。
传统的紫脲酸生产工艺为间歇式生产,具体为:将氰乙酸在真空条件下脱水后与二甲基脲在缩合反应釜中进行缩合反应,得到二甲基氰乙酰脲,然后将二甲基氰乙酰脲与液碱在环合反应釜发生环合反应,转至亚硝化反应釜与亚硝酸钠、硫酸发生亚硝化反应,再经离心,得到紫脲酸成品。
但是间歇式生产过程存在生产效率低、产能小、自动化程度低、人工成本高等问题,且各类反应釜尺寸大,数量多,占用生产空间大,设备布置复杂,此外,间歇反应中不同批次操作控制存在差异性,经常出现质量波动,导致产品质量的稳定性差,且各类反应釜、机泵等设备跑冒滴漏频发,对生产效率造成很大影响。
为了解决上述问题,目前最常使用的方法为将间歇式生产过程改为连续式生产过程,具体为将脱水罐、缩合反应器、多级环合反应器、多级亚硝化反应器依次连接,在反应时通过多级环合和流量控制,完成连续化生产过程,连续化生产过程能够克服间歇反应的不足,但是存在以下问题:缩合反应和环合反应的温度不同,在二甲基氰乙酰脲流入一级环合反应器时,由于温度差,易引起副反应增加,导致反应收率下降;多级环合反应和多级亚硝化反应中存在返混现象,导致产物浓度下降,还易造成反应通道堵塞或沉积;亚硝化反应放热大,需要的时间长,从而需要采用多级亚硝化反应,还会出现连续放热和导致局部过热,造成生产危险性增加,造成产物分解,从而导致收率和产物浓度下降。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供了一种紫脲酸连续化的生产方法,能够实现紫脲酸的连续化生产的同时,提高反应收率和产物浓度,避免反应通道堵塞,降低生产危险性。
为解决以上技术问题,本发明采取的技术方案如下:
一种紫脲酸连续化的生产方法,由以下步骤组成:脱水反应步骤,缩合反应步骤,环合反应步骤,亚硝化反应步骤;
所述脱水反应步骤为,将液态氰乙酸通入脱水罐进行减压抽水,在脱水罐内液位到达溢流口时流入抽酸罐进行进一步脱水,向抽酸罐中通入硫酸,在抽酸罐内液位到达溢流口时流出,得到初级混合后的原料;
所述脱水反应步骤中,液态氰乙酸的质量分数为70-72%,通入速度为200-230kg/h;
所述脱水罐的真空度为0.09-0.095MPa,温度为80-100℃;
所述硫酸的质量分数为98-98.5%,通入速度为30-32kg/h;
所述抽酸罐的温度为70-75℃;
所述初级混合后的原料中的含水率为0.8-2.1wt%;
所述缩合反应步骤为,待初级混合后的原料流入管式反应器中,同时加入二甲脲和乙酸酐,在管式反应器内完成缩合反应后,得到缩合反应产物,将缩合反应产物中的硫酸进行回收后,将硫酸通入缩合酸储罐,然后缩合反应产物流入混水罐,同时向混水罐中通入去离子水,待混水罐内液位到达溢流口时流出,得到环合反应料;
所述缩合反应步骤中,二甲脲的加入速度为200-220kg/h,乙酸酐的加入速度为230-250kg/h;
所述管式反应器的温度为110-130℃,压力为0.05-0.06MPa(表压);
所述管式反应器的填料为石英砂与沸石的混合物,其中,石英砂与沸石的质量比为1:0.8-1;
所述去离子水的通入速度为400-420kg/h;
所述管式反应器的填料粒径为4-5mm,填料段与空白段的长度比为1:1-1.2;
所述环合反应步骤为,待环合反应料流入第一过滤器中进行冷却过滤后,流入一级环合罐,并对一级环合罐内的pH进行监控,通过向一级环合罐内加入液碱对一级环合罐内的反应料的pH进行调节,再通过自流的方式流入二级环合罐,并对二级环合罐内的pH进行监控,通过向二级环合罐内加入液碱对二级环合罐内的反应料的pH进行调节,再通过自流的方式流入三级环合罐,并对三级环合罐内的pH进行监控,通过向三级环合罐内加入液碱对三级环合罐内的反应料的pH进行调节,再通过自流的方式流入四级环合罐,并对四级环合罐内的pH进行监控,通过向四级环合罐内加入液碱对四级环合罐内的反应料的pH进行调节,再通过自流的方式流入五级环合罐,并对五级环合罐内的pH进行监控,通过向五级环合罐内加入液碱对一级环合罐内的反应料的pH进行调节,从五级环合罐流出后得到二甲-4AU浆态物料;
所述环合反应步骤中,一级环合罐、二级环合罐、三级环合罐、四级环合罐、五级环合罐内的反应料的pH均始终为9-9.5,温度均为80-95℃,压力均为0.08-0.1MPa(表压);
所述第一过滤器中填料的制备方法为,将膨润土进行微波处理,得到微波处理后的膨润土;将二乙醇胺、环氧树脂混合后,在70-80℃下以600-700rpm的搅拌速度搅拌1-1.5h,加入微波处理后的膨润土,继续搅拌1.5-2h,加入邻苯二甲酸二甲酯,继续搅拌40-50min,得到改性溶胶;将改性溶胶均匀喷淋于氧化铝陶瓷填料球表面,然后置于60-70℃下固化10-11h,得到第一过滤器中填料;
所述第一过滤器中填料的制备中,膨润土、二乙醇胺、环氧树脂、邻苯二甲酸二甲酯、氧化铝陶瓷填料球的质量比为10-12:200-220:4-5:18-20:500-520;
所述环氧树脂的环氧值为0.25-0.45;
所述氧化铝陶瓷填料球的直径为10-15mm;
所述微波处理的功率为500-800W,时间为20-30min;
所述亚硝化反应步骤为,待二甲-4AU浆态物料流入第二过滤器中进行冷却过滤后,继续流入一级亚硝化罐中,同时通入亚硝酸钠水溶液,通过自流的方式流入第三过滤器中进行过滤后,流入二级亚硝化罐,通过自流的方式流入第四过滤器中进行过滤后,流入三级亚硝化罐,在三级亚硝化罐出口处对亚硝化产物进行pH检测,通过向一级亚硝化罐内加入硫酸将亚硝化产物pH始终控制为3-4,然后将通过pH检测的亚硝化产物进行分离、检测、包装,得到紫脲酸成品;
所述亚硝化反应步骤中,亚硝酸钠水溶液的质量分数为30-32%,通入速度为420-430kg/h;
一级亚硝化罐、二级亚硝酸罐、三级亚硝酸罐内的温度均为30-70℃,压力均为0.08-0.1MPa(表压);
所述第二过滤器中填料与所述环合反应步骤中第一过滤器中填料相同;
所述硫酸的质量分数为98-98.5%;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备方法为,将无水乙醇、正己醇、己二醇、聚山梨醇80混合后,在40-50℃下以200-300rpm的搅拌速度搅拌20-30min,然后加入钛酸四正丁酯,继续搅拌30-40min,得到第一溶液;将去离子水、硝酸铈、氯化铁、氯化钾混合后,在15-35℃下以100-300rpm的搅拌速度搅拌10-20min,然后加入单宁酸,继续搅拌20-40min,得到第二溶液;将第一溶液、第二溶液、纳米白炭黑混合后,进行超声震荡,得到喷淋液;将小尺寸氧化铝陶瓷填料球和大尺寸氧化铝陶瓷填料球混合均匀,得到混合填料球;将喷淋液均匀喷淋于混合填料球表面,置于50-60℃下静置4-5h后,向混合填料球表面均匀喷淋聚乙烯亚胺水溶液,喷淋结束后置于190-200℃下高温处理30-35h,然后置于800-850℃下煅烧5-6h,得到所述第三过滤器和第四过滤器中填料;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备中,无水乙醇、正己醇、己二醇、聚山梨醇80、钛酸四正丁酯、去离子水、硝酸铈、氯化铁、氯化钾、单宁酸、纳米白炭黑、小尺寸氧化铝陶瓷填料球、大尺寸氧化铝陶瓷填料球、聚乙烯亚胺水溶液的质量比为220-230:18-20:25-28:4-4.5:20-22:62-65:7-7.5:1.5-2:1-1.5:4-4.5:2-2.2:300-310:300-310:26-28;
所述纳米白炭黑的粒径为10-40nm;
所述小尺寸氧化铝陶瓷填料球的直径为10-15mm;
所述大尺寸氧化铝陶瓷填料球的直径为20-25mm;
所述聚乙烯亚胺水溶液的质量分数为20-21%;
所述超声震荡的频率为20-30kHz,时间为2.5-3h。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明的紫脲酸连续化的生产方法,能够实现紫脲酸的连续化生产;
(2)本发明的紫脲酸连续化的生产方法,能够避免由温度差引起的副反应增加,提高反应收率和产物浓度,制备的紫脲酸成品的纯度为99.2-99.4%,总收率为94.3-95.2%;
(3)本发明的紫脲酸连续化的生产方法,能够避免由于返混现象导致的产物浓度下降和反应通道堵塞;
(4)本发明的紫脲酸连续化的生产方法,能够对亚硝化反应放热进行及时分散,还能够提高亚硝化反应的效率,缩短亚硝化反应时间,降低生产危险性。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种紫脲酸连续化的生产方法,具体为:
1.脱水反应:将质量分数为70%的液态氰乙酸以200kg/h的通入速度通入脱水罐进行减压抽水,控制脱水罐的真空度为0.09MPa,温度为80℃,在脱水罐内液位到达溢流口时流入抽酸罐进行进一步脱水,向抽酸罐中通入质量分数为98%的硫酸,控制硫酸的通入速度为30kg/h,控制抽酸罐的温度为70℃,在抽酸罐内液位到达溢流口时流出,得到初级混合后的原料;
所述初级混合后的原料中的含水率为0.8wt%;
2.缩合反应:待初级混合后的原料流入管式反应器中,同时加入二甲脲和乙酸酐,控制二甲脲的加入速度为200kg/h,乙酸酐的加入速度为230kg/h,将管式反应器的温度控制为110℃,压力控制为0.05MPa(表压),在管式反应器内完成缩合反应后,得到缩合反应产物,将缩合反应产物中的硫酸进行回收后,将硫酸通入缩合酸储罐,然后待缩合反应产物流入混水罐,同时以400kg/h的通入速度向混水罐中通入去离子水,待混水罐内液位到达溢流口时流出,得到环合反应料;
所述管式反应器的填料为石英砂与沸石的混合物,其中,石英砂与沸石的质量比为1:0.8;
所述管式反应器的填料粒径为4mm,填料段与空白段的长度比为1:1;
3.环合反应:待环合反应料流入第一过滤器中进行冷却过滤后,流入一级环合罐,并对一级环合罐内的pH进行监控,通过向一级环合罐内加入液碱,将一级环合罐内的反应料的pH始终控制为9,控制一级环合罐内的温度为80℃,压力为0.08MPa(表压),通过自流的方式流入二级环合罐,通过加入液碱控制二级环合罐内的反应料的pH为9,控制二级环合罐内的温度为80℃,压力为0.08MPa(表压),通过自流的方式流入三级环合罐,通过加入液碱控制三级环合罐内的反应料的pH为9,控制三级环合罐内的温度为80℃,压力为0.08MPa(表压),通过自流的方式流入四级环合罐,通过加入液碱控制四级环合罐内的反应料的pH为9,控制四级环合罐内的温度为80℃,压力为0.08MPa(表压),通过自流的方式流入五级环合罐,通过加入液碱控制五级环合罐内的反应料的pH为9,控制五级环合罐内的温度为80℃,压力为0.08MPa(表压),从五级环合罐流出后得到二甲-4AU浆态物料;
所述第一过滤器中填料的制备方法为:将10g膨润土进行微波处理,控制微波处理的功率为500W,时间为20min,得到微波处理后的膨润土;将200g二乙醇胺、4g环氧树脂混合后,在70℃下以600rpm的搅拌速度搅拌1h,加入微波处理后的膨润土,继续搅拌1.5h,加入18g邻苯二甲酸二甲酯,继续搅拌40min,得到改性溶胶;将改性溶胶均匀喷淋于500g直径为10mm的氧化铝陶瓷填料球表面,然后置于60℃下固化10h,得到第一过滤器中填料;
所述环氧树脂的环氧值为0.25;
4.亚硝化反应:待二甲-4AU浆态物料流入第二过滤器中进行冷却过滤后,流入一级亚硝化罐中,同时通入质量分数为30%的亚硝酸钠水溶液,控制通入速度为420kg/h,控制一级亚硝化罐内的温度为30℃,压力为0.08MPa(表压),通过自流的方式流入第三过滤器中进行过滤后,流入二级亚硝化罐,控制二级亚硝化罐内的温度为30℃,压力为0.08MPa(表压),通过自流的方式流入第四过滤器中进行过滤后,流入三级亚硝化罐,控制三级亚硝化罐内的温度为30℃,压力为0.08MPa(表压),在三级亚硝化罐出口处对亚硝化产物进行pH检测,通过向一级亚硝化罐内加入质量分数为98%的硫酸将亚硝化产物pH始终控制为3,然后将通过pH检测的亚硝化产物进行分离、检测、包装,得到紫脲酸成品;
所述第二过滤器中填料与第3步环合反应中第一过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备方法为:将220g无水乙醇、18g正己醇、25g己二醇、4g聚山梨醇80混合后,在40℃下以200rpm的搅拌速度搅拌20min,然后加入20g钛酸四正丁酯,继续搅拌30min,得到第一溶液;将62g去离子水、7g硝酸铈、1.5g氯化铁、1g氯化钾混合后,在15℃下以100rpm的搅拌速度搅拌10min,然后加入4g单宁酸,继续搅拌20min,得到第二溶液;将第一溶液、第二溶液、2g纳米白炭黑混合后,以20kHz的频率进行超声震荡,2.5h后,停止超声震荡,得到喷淋液;将300g直径为10mm的氧化铝陶瓷填料球和300g直径为20mm的氧化铝陶瓷填料球混合均匀,得到混合填料球;将喷淋液均匀喷淋于混合填料球表面,置于50℃下静置4h后,向混合填料球表面均匀喷淋26g质量分数为20%的聚乙烯亚胺水溶液,喷淋结束后置于190℃下高温处理30h,然后置于800℃下煅烧5h,得到所述第三过滤器和第四过滤器中填料;
所述纳米白炭黑的粒径为10nm。
所述紫脲酸成品的纯度为99.2%,总收率为94.3%。
按照本实施例的生产方法连续运行1个月后,无反应通道堵塞问题。
实施例2
一种紫脲酸连续化的生产方法,具体为:
1.脱水反应:将质量分数为71%的液态氰乙酸以210kg/h的通入速度通入脱水罐进行减压抽水,控制脱水罐的真空度为0.092MPa,温度为90℃,在脱水罐内液位到达溢流口时流入抽酸罐进行进一步脱水,向抽酸罐中通入质量分数为98.2%的硫酸,控制硫酸的通入速度为31kg/h,控制抽酸罐的温度为72℃,在抽酸罐内液位到达溢流口时流出,得到初级混合后的原料;
所述初级混合后的原料中的含水率为1.2wt%;
2.缩合反应:待初级混合后的原料流入管式反应器中,同时加入二甲脲和乙酸酐,控制二甲脲的加入速度为210kg/h,乙酸酐的加入速度为240kg/h,将管式反应器的温度控制为120℃,压力控制为0.06MPa(表压),在管式反应器内完成缩合反应后,得到缩合反应产物,将缩合反应产物中的硫酸进行回收后,将硫酸通入缩合酸储罐,然后待缩合反应产物流入混水罐,同时以410kg/h的通入速度向混水罐中通入去离子水,待混水罐内液位到达溢流口时流出,得到环合反应料;
所述管式反应器的填料为石英砂与沸石的混合物,其中,石英砂与沸石的质量比为1:0.9;
所述管式反应器的填料粒径为5mm,填料段与空白段的长度比为1:1.1;
3.环合反应:待环合反应料流入第一过滤器中进行冷却过滤后,流入一级环合罐,并对一级环合罐内的pH进行监控,通过向一级环合罐内加入液碱,将一级环合罐内的反应料的pH始终控制为9.2,控制一级环合罐内的温度为85℃,压力为0.09MPa(表压),通过自流的方式流入二级环合罐,通过加入液碱控制二级环合罐内的反应料的pH为9.2,控制二级环合罐内的温度为85℃,压力为0.09MPa(表压),通过自流的方式流入三级环合罐,通过加入液碱控制三级环合罐内的反应料的pH为9.2,控制三级环合罐内的温度为85℃,压力为0.09MPa(表压),通过自流的方式流入四级环合罐,通过加入液碱控制四级环合罐内的反应料的pH为9.2,控制四级环合罐内的温度为85℃,压力为0.09MPa(表压),通过自流的方式流入五级环合罐,通过加入液碱控制五级环合罐内的反应料的pH为9.2,控制五级环合罐内的温度为85℃,压力为0.09MPa(表压),从五级环合罐流出后得到二甲-4AU浆态物料;
所述第一过滤器中填料的制备方法为:将11g膨润土进行微波处理,控制微波处理的功率为600W,时间为25min,得到微波处理后的膨润土;将210g二乙醇胺、4.5g环氧树脂混合后,在75℃下以650rpm的搅拌速度搅拌1.2h,加入微波处理后的膨润土,继续搅拌1.8h,加入19g邻苯二甲酸二甲酯,继续搅拌45min,得到改性溶胶;将改性溶胶均匀喷淋于510g直径为12mm的氧化铝陶瓷填料球表面,然后置于65℃下固化10.5h,得到第一过滤器中填料;
所述环氧树脂的环氧值为0.35;
4.亚硝化反应:待二甲-4AU浆态物料流入第二过滤器中进行冷却过滤后,流入一级亚硝化罐中,同时通入质量分数为31%的亚硝酸钠水溶液,控制通入速度为425kg/h,控制一级亚硝化罐内的温度为40℃,压力为0.09MPa(表压),通过自流的方式流入第三过滤器中进行过滤后,流入二级亚硝化罐,控制二级亚硝化罐内的温度为40℃,压力为0.09MPa(表压),通过自流的方式流入第四过滤器中进行过滤后,流入三级亚硝化罐,控制三级亚硝化罐内的温度为40℃,压力为0.09MPa(表压),在三级亚硝化罐出口处对亚硝化产物进行pH检测,通过向一级亚硝化罐内加入质量分数为98.2%的硫酸将亚硝化产物pH始终控制为3.5,然后将通过pH检测的亚硝化产物进行分离、检测、包装,得到紫脲酸成品;
所述第二过滤器中填料与第3步环合反应中第一过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备方法为:将225g无水乙醇、19g正己醇、27g己二醇、4.2g聚山梨醇80混合后,在45℃下以250rpm的搅拌速度搅拌25min,然后加入21g钛酸四正丁酯,继续搅拌35min,得到第一溶液;将64g去离子水、7.2g硝酸铈、1.8g氯化铁、1.2g氯化钾混合后,在25℃下以200rpm的搅拌速度搅拌15min,然后加入4.2g单宁酸,继续搅拌30min,得到第二溶液;将第一溶液、第二溶液、2.1g纳米白炭黑混合后,以25kHz的频率进行超声震荡,2.8h后,停止超声震荡,得到喷淋液;将305g直径为12mm的氧化铝陶瓷填料球和305g直径为25mm的氧化铝陶瓷填料球混合均匀,得到混合填料球;将喷淋液均匀喷淋于混合填料球表面,置于55℃下静置4.5h后,向混合填料球表面均匀喷淋27g质量分数为20.5%的聚乙烯亚胺水溶液,喷淋结束后置于195℃下高温处理32h,然后置于820℃下煅烧5.5h,得到所述第三过滤器和第四过滤器中填料;
所述纳米白炭黑的粒径为20nm。
所述紫脲酸成品的纯度为99.4%,总收率为95.2%。
按照本实施例的生产方法连续运行1个月后,无反应通道堵塞问题。
实施例3
一种紫脲酸连续化的生产方法,具体为:
1.脱水反应:将质量分数为72%的液态氰乙酸以230kg/h的通入速度通入脱水罐进行减压抽水,控制脱水罐的真空度为0.095MPa,温度为100℃,在脱水罐内液位到达溢流口时流入抽酸罐进行进一步脱水,向抽酸罐中通入质量分数为98.5%的硫酸,控制硫酸的通入速度为32kg/h,控制抽酸罐的温度为75℃,在抽酸罐内液位到达溢流口时流出,得到初级混合后的原料;
所述初级混合后的原料中的含水率为2.1wt%;
2.缩合反应:待初级混合后的原料流入管式反应器中,同时加入二甲脲和乙酸酐,控制二甲脲的加入速度为220kg/h,乙酸酐的加入速度为250kg/h,将管式反应器的温度控制为130℃,压力控制为0.06MPa(表压),在管式反应器内完成缩合反应后,得到缩合反应产物,将缩合反应产物中的硫酸进行回收后,将硫酸通入缩合酸储罐,然后待缩合反应产物流入混水罐,同时以420kg/h的通入速度向混水罐中通入去离子水,待混水罐内液位到达溢流口时流出,得到环合反应料;
所述管式反应器的填料为石英砂与沸石的混合物,其中,石英砂与沸石的质量比为1:1;
所述管式反应器的填料粒径为5mm,填料段与空白段的长度比为1:1.2;
3.环合反应:待环合反应料流入第一过滤器中进行冷却过滤后,流入一级环合罐,并对一级环合罐内的pH进行监控,通过向一级环合罐内加入液碱,将一级环合罐内的反应料的pH始终控制为9.5,控制一级环合罐内的温度为95℃,压力为0.1MPa(表压),通过自流的方式流入二级环合罐,通过加入液碱控制二级环合罐内的反应料的pH为9.5,控制二级环合罐内的温度为95℃,压力为0.1MPa(表压),通过自流的方式流入三级环合罐,通过加入液碱控制三级环合罐内的反应料的pH为9.5,控制三级环合罐内的温度为95℃,压力为0.1MPa(表压),通过自流的方式流入四级环合罐,通过加入液碱控制四级环合罐内的反应料的pH为9.5,控制四级环合罐内的温度为95℃,压力为0.1MPa(表压),通过自流的方式流入五级环合罐,通过加入液碱控制五级环合罐内的反应料的pH为9.5,控制五级环合罐内的温度为95℃,压力为0.1MPa(表压),从五级环合罐流出后得到二甲-4AU浆态物料;
所述第一过滤器中填料的制备方法为:将12g膨润土进行微波处理,控制微波处理的功率为800W,时间为30min,得到微波处理后的膨润土;将220g二乙醇胺、5g环氧树脂混合后,在80℃下以700rpm的搅拌速度搅拌1.5h,加入微波处理后的膨润土,继续搅拌2h,加入20g邻苯二甲酸二甲酯,继续搅拌50min,得到改性溶胶;将改性溶胶均匀喷淋于520g直径为15mm的氧化铝陶瓷填料球表面,然后置于70℃下固化11h,得到第一过滤器中填料;
所述环氧树脂的环氧值为0.45;
4.亚硝化反应:待二甲-4AU浆态物料流入第二过滤器中进行冷却过滤后,流入一级亚硝化罐中,同时通入质量分数为32%的亚硝酸钠水溶液,控制通入速度为430kg/h,控制一级亚硝化罐内的温度为70℃,压力为0.1MPa(表压),通过自流的方式流入第三过滤器中进行过滤后,流入二级亚硝化罐,控制二级亚硝化罐内的温度为70℃,压力为0.1MPa(表压),通过自流的方式流入第四过滤器中进行过滤后,流入三级亚硝化罐,控制三级亚硝化罐内的温度为70℃,压力为0.1MPa(表压),在三级亚硝化罐出口处对亚硝化产物进行pH检测,通过向一级亚硝化罐内加入质量分数为98.5%的硫酸将亚硝化产物pH始终控制为4,然后将通过pH检测的亚硝化产物进行分离、检测、包装,得到紫脲酸成品;
所述第二过滤器中填料与第3步环合反应中第一过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备方法为:将230g无水乙醇、20g正己醇、28g己二醇、4.5g聚山梨醇80混合后,在50℃下以300rpm的搅拌速度搅拌30min,然后加入22g钛酸四正丁酯,继续搅拌40min,得到第一溶液;将65g去离子水、7.5g硝酸铈、2g氯化铁、1.5g氯化钾混合后,在35℃下以300rpm的搅拌速度搅拌20min,然后加入4.5g单宁酸,继续搅拌40min,得到第二溶液;将第一溶液、第二溶液、2.2g纳米白炭黑混合后,以30kHz的频率进行超声震荡,3h后,停止超声震荡,得到喷淋液;将310g直径为15mm的氧化铝陶瓷填料球和310g直径为25mm的氧化铝陶瓷填料球混合均匀,得到混合填料球;将喷淋液均匀喷淋于混合填料球表面,置于60℃下静置5h后,向混合填料球表面均匀喷淋28g质量分数为21%的聚乙烯亚胺水溶液,喷淋结束后置于200℃下高温处理35h,然后置于850℃下煅烧6h,得到所述第三过滤器和第四过滤器中填料;
所述纳米白炭黑的粒径为40nm。
所述紫脲酸成品的纯度为99.3%,总收率为94.7%。
按照本实施例的生产方法连续运行1个月后,无反应通道堵塞问题。
对比例1
采用与实施例2相同的紫脲酸连续化的生产方法,其不同之处在于:在第3步环合反应中省略第一过滤器的使用,在第4步亚硝化反应中省略第二过滤器的使用;
所述紫脲酸成品的纯度为97.8%,总收率为92.1%。
按照本对比例的生产方法连续运行1个月后,部分反应通道发生轻微沉积。
对比例2
采用与实施例2相同的紫脲酸连续化的生产方法,其不同之处在于:在第4步亚硝化反应中省略第三过滤器和第四过滤器的使用;
所述紫脲酸成品的纯度为96.0%,总收率为88.7%。
按照本对比例的生产方法连续运行1个月后,部分反应通道发生轻微沉积。
由实施例1-3和对比例1-2的结果可以看出,通过设置第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第四过滤器,能够对反应料进行散热,还能够避免返混导致的紫脲酸成品的纯度、总收率下降和反应通道堵塞或沉积;
第一过滤器和第二过滤器中的填料主要是在散热陶瓷球外包覆散热树脂,能够实现对反应料的双重散热,达到快速降低环合反应料的温度的目的,同时,还能够避免返混导致的紫脲酸成品的纯度、总收率下降和反应通道堵塞或沉积问题;
第三过滤器和第四过滤器中的填料主要是在散热陶瓷球外包覆金属氧化物,能够起到对反应料进行降温的同时,增大亚硝化反应面积,促进亚硝化反应的进行,从而降低亚硝化反应的时间,减少亚硝化反应级数,提高制备的紫脲酸成品的纯度和总收率,同时,也能够避免返混导致的紫脲酸成品的纯度、总收率下降和反应通道堵塞或沉积。
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是: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,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,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。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 (7)
1.一种紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,由以下步骤组成:脱水反应步骤,缩合反应步骤,环合反应步骤,亚硝化反应步骤;
所述脱水反应步骤为,将液态氰乙酸通入脱水罐进行减压抽水,在脱水罐内液位到达溢流口时流入抽酸罐进行进一步脱水,向抽酸罐中通入硫酸,在抽酸罐内液位到达溢流口时流出,得到初级混合后的原料;
所述缩合反应步骤为,待初级混合后的原料流入管式反应器中,同时加入二甲脲和乙酸酐,在管式反应器内完成缩合反应后,得到缩合反应产物,然后待缩合反应产物流入混水罐,同时向混水罐中通入去离子水,待混水罐内液位到达溢流口时流出,得到环合反应料;
所述环合反应步骤为,待环合反应料流入第一过滤器中进行冷却过滤后,流入一级环合罐进行一级环合,再通过自流的方式流入二级环合罐、三级环合罐、四级环合罐、五级环合罐进行二级环合、三级环合、四级环合、五级环合,从五级环合罐流出后得到二甲-4AU浆态物料;
所述第一过滤器中填料的制备方法为,将膨润土进行微波处理,得到微波处理后的膨润土;将二乙醇胺、环氧树脂混合后,在70-80℃下搅拌,加入微波处理后的膨润土,继续搅拌,加入邻苯二甲酸二甲酯,继续搅拌,得到改性溶胶;将改性溶胶均匀喷淋于氧化铝陶瓷填料球表面,然后置于60-70℃下固化,得到第一过滤器中填料;
所述亚硝化反应步骤为,待二甲-4AU浆态物料流入第二过滤器中进行冷却过滤后,流入一级亚硝化罐中,同时通入亚硝酸钠水溶液,通过自流的方式流入第三过滤器中进行过滤后,流入二级亚硝化罐,通过自流的方式流入第四过滤器中进行过滤后,流入三级亚硝化罐,在三级亚硝化罐出口处对亚硝化产物进行pH检测,通过向一级亚硝化罐内加入硫酸将亚硝化产物pH始终控制为3-4,然后将通过pH检测的亚硝化产物进行处理,得到紫脲酸成品;
所述第二过滤器中填料与所述环合反应步骤中第一过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料相同;
所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备方法为,将无水乙醇、正己醇、己二醇、聚山梨醇80混合后,在40-50℃下搅拌,然后加入钛酸四正丁酯,继续搅拌,得到第一溶液;将去离子水、硝酸铈、氯化铁、氯化钾混合后,在15-35℃下搅拌,然后加入单宁酸,继续搅拌,得到第二溶液;将第一溶液、第二溶液、纳米白炭黑混合后,进行超声震荡,得到喷淋液;将小尺寸氧化铝陶瓷填料球和大尺寸氧化铝陶瓷填料球混合均匀,得到混合填料球;将喷淋液均匀喷淋于混合填料球表面,置于50-60℃下静置,向混合填料球表面均匀喷淋聚乙烯亚胺水溶液,喷淋结束后置于190-200℃下高温处理,然后置于800-850℃下煅烧,得到所述第三过滤器和第四过滤器中填料。
2.根据权利要求1所述的紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,所述脱水反应步骤中,液态氰乙酸的质量分数为70-72%,通入速度为200-230kg/h;
所述脱水罐的真空度为0.09-0.095MPa,温度为80-100℃;
所述硫酸的质量分数为98-98.5%,通入速度为30-32kg/h;
所述抽酸罐的温度为70-75℃。
3.根据权利要求1所述的紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,所述缩合反应步骤中,二甲脲的加入速度为200-220kg/h,乙酸酐的加入速度为230-250kg/h;
所述管式反应器的温度为110-130℃,压力为0.05-0.06MPa;
所述管式反应器的填料为石英砂与沸石的混合物,其中,石英砂与沸石的质量比为1:0.8-1;
所述去离子水的通入速度为400-420kg/h;
所述管式反应器的填料粒径为4-5mm,填料段与空白段的长度比为1:1-1.2。
4.根据权利要求1所述的紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,所述环合反应步骤中,一级环合罐、二级环合罐、三级环合罐、四级环合罐、五级环合罐内的反应料的pH均始终为9-9.5,温度均为80-95℃,压力均为0.08-0.1MPa。
5.根据权利要求1所述的紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,所述第一过滤器中填料的制备中,膨润土、二乙醇胺、环氧树脂、邻苯二甲酸二甲酯、氧化铝陶瓷填料球的质量比为10-12:200-220:4-5:18-20:500-520;
所述环氧树脂的环氧值为0.25-0.45;
所述氧化铝陶瓷填料球的直径为10-15mm;
所述微波处理的功率为500-800W,时间为20-30min。
6.根据权利要求1所述的紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,所述亚硝化反应步骤中,亚硝酸钠水溶液的质量分数为30-32%,通入速度为420-430kg/h;
一级亚硝化罐、二级亚硝酸罐、三级亚硝酸罐内的温度均为30-70℃,压力均为0.08-0.1MPa;
所述硫酸的质量分数为98-98.5%。
7.根据权利要求1所述的紫脲酸连续化的生产方法,其特征在于,所述第三过滤器和第四过滤器中填料的制备中,无水乙醇、正己醇、己二醇、聚山梨醇80、钛酸四正丁酯、去离子水、硝酸铈、氯化铁、氯化钾、单宁酸、纳米白炭黑、小尺寸氧化铝陶瓷填料球、大尺寸氧化铝陶瓷填料球、聚乙烯亚胺水溶液的质量比为220-230:18-20:25-28:4-4.5:20-22:62-65:7-7.5:1.5-2:1-1.5:4-4.5:2-2.2:300-310:300-310:26-28;
所述纳米白炭黑的粒径为10-40nm;
所述小尺寸氧化铝陶瓷填料球的直径为10-15mm;
所述大尺寸氧化铝陶瓷填料球的直径为20-25mm;
所述聚乙烯亚胺水溶液的质量分数为20-21%;
所述超声震荡的频率为20-30kHz,时间为2.5-3h。
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