CN117504595A - 一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置和方法，属于化工合成设备。所述连续化合成装置包括电渗析装置；其中，电渗析装置包括圆筒形的反应容器，在所述反应容器内且由内至外同心设置有内置电极、第一双极膜、阳膜、阴膜、第二双极膜、外置电极；所述内置电极与第一双极膜之间形成阴极腔室，所述第一双极膜与阳膜之间形成产碱室，所述阳膜与阴膜之间形成电解质室，所述阴膜与第二双极膜之间形成产酸室，所述第二双极膜与外置电极之间阳极腔室。本发明通过内置电极和外置电极设置为环状结构，减小内置电极和外置电极之间的电极间距，提高经过电解液的电流，进而提高电渗析的速率。
Description
技术领域
本发明属于化工合成设备，尤其是一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置和方法。
背景技术
二甲基二烯丙基氯化铵(Dimethyldiallylammonium Chloride，简称DMDAAC)是一种具有两个不饱和双键的季铵盐型阳离子单体，其由自由基聚合得到的均聚物及共聚物具有大分子链上正电荷密度高或可调、水溶性好、阳离子结构单元稳定、相对分子质量易于控制、高效无毒等优点，被广泛应用于石油开采防膨剂、纺织印染固色剂、造纸助剂、日用化工及水处理絮凝剂等。
二甲基二烯丙基氯化铵的合成主要以二甲胺和氯丙烯为原料，传统的工艺中，一步法DMDAAC合成，产生的叔胺不经分离提纯直接进行季胺化反应，此过程副产较多，DMDAAC单体纯度低。叔胺化产生氯化氢优先与二甲胺结合生成二甲胺盐酸盐使其丧失亲核性，生成的杂质二甲基盐酸盐和叔胺盐酸盐阻碍反应进行，降低单体的纯度和转化率等，因此反应过程一般加入大量氢氧化纳溶液中和，此过程会导致氯丙烯水解，降低产品收率，产生烯丙醇等有害物质，而且酸碱中和会生成大量副产工业氯化钠，工业上难处理。
本公司提出并申请了一种二甲基二烯丙基氯化铵的合成方法（公布号为CN115304487A），采用两步法合成，在第一步叔胺化过程加入少量氢氧化钠，反应得到氯化钠，然后采用双极膜电渗析的方式将氯化钠分解为氯化氢溶液和氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液循环使用，避免氢氧化钠浓度过高，影响整个产品的收率，同时降低了生产成本。
申请人经过实践发现：氯丙烯和二甲胺叔胺化反应速度大于双极膜电渗析装置对氯化钠分解速率，进而导致二甲基二烯丙基氯化铵的合成速率也受到限制，通过提高电渗析电流强度和氢氧化钠溶液投料量，能有效的提高二甲基二烯丙基氯化铵合成产率，降低反应时长。同时过高的氢氧化钠不仅会导致氯丙烯发生水解，而且残留的较多的氯化钠，这些副产物均会对DMDAAC产品的质量产生不可逆的影响；电渗析电流强度受到到浓差极化的极限电流强度的限制，过高的操作电流则会电流效率下降、能耗上升，膜发生结垢和堵塞等不良现象。因此，第一步叔胺化过程的反应难点在于：在保证产品质量的前提下，维持整个反应体系中氢氧化钠浓度动态的稳定。
现有双极膜电渗析装置一般为板式膜堆结构，通过插入多组并排平行设置的膜组形成的多个反应腔室，此种并排设置的方式阳极和阴极的间距较大，离子运动迁移的速度主要依靠电解质的电导率、通入电流的大小，导致双极膜电渗析装置的处理效率受到限制。如果将板式膜堆结构的双极膜电渗析装置应用到二甲基二烯丙基氯化铵的连续化合成装置中，由于投料量的增加，需要选用阳极和阴极的间距较大的板式膜堆结构，则在提高双极膜电渗析装置的电流强度的同时还需要提高氢氧化钠的浓度，以维持整个反应体系中氢氧化钠的动态稳定，但是这也会导致副产物增加，影响DMDAAC产品质量。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置和方法，以解决背景技术所涉及的问题。
第一方面，本发明提供一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，包括：
电渗析装置，包括圆筒形的反应容器，在所述反应容器内且由内至外同心设置有内置电极、第一双极膜、阳膜、阴膜、第二双极膜、外置电极；所述内置电极为阴极，所述外置电极为阳极；所述内置电极与第一双极膜之间形成阴极腔室，所述第一双极膜与阳膜之间形成产碱室，所述阳膜与阴膜之间形成电解质室，所述阴膜与第二双极膜之间形成产酸室，所述第二双极膜与外置电极之间阳极腔室；
连续化反应釜，提供烯丙基氯和二甲胺、烯丙基二甲基叔胺和烯丙基氯反应场所；且所述电解质室出液口与所述反应釜相连接；
极液罐，其出液口与所述阳极腔室和阴极腔室的进液口相连接，其进液口所述阳极腔室和阴极腔室的出液口相连接；
清水罐，与产酸室进液口、产碱室的进液口相连接；
氯化钠罐，其进液口与所述反应釜下部的水相出液口，其出液口与所述电解质室进液口相连接；
氢氧化钠罐，其进液口与所述产碱室的出液口相连接，其出液口与所述反应釜的进液口相连接；
盐酸罐，与所述产酸室的出液口相连接。
优选地或可选地，所述第一双极膜的面积等于所述第二双极膜的面积。
优选地或可选地，所述第一双极膜以连续化的弧形和/或折线形分布形式固定在反应容器内部。
优选地或可选地，所述内置电极和所述外置电极上设置有旋转支架连接。
优选地或可选地，所述内置电极和所述外置电极保持相同的角速度转动。
优选地或可选地，所述内置电极和外置电极均包括多个沿着其所在环形区域均匀排布电极板；
且所述内置电极的总面积等于所述外置电极的总面积。
优选地或可选地，所述内置电极和/或所述外置电极采用钛电极。
第二方面，本发明还提供一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置的合成方法，包括：
步骤1、将烯丙基氯和二甲胺加入反应釜中发生亲核取代反应，并在反应过程中加入少量氢氧化钠溶液；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐，然后进入电渗析装置中，采用双极膜电渗析将氯化钠分解为氯化氢和氢氧化钠，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至反应结束，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；
步骤2、然后向得到的烯丙基二甲基叔胺溶液的反应釜中投入烯丙基氯，发生季铵化反应，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；
步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收烯丙基氯和未反应的二甲胺，得到成品二甲基二烯丙基氯化铵。
优选地或可选地，所述烯丙基氯和二甲胺的投料摩尔比相等或近似相等；
优选地或可选地，所述氢氧化钠占整个反应体系的摩尔浓度为0.15%～0.5%；
优选地或可选地，所述电渗析装置的电渗析电流为2.0～10A。
本发明涉及一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置和方法，相较于现有技术，具有如下有益效果：另一方面，本发明通过内置电极和外置电极设置为环状结构，减小内置电极和外置电极之间的电极间距，提高经过电解液的电流，进而提而提高电渗析的电解速率。另一方面，本发明内置电极和外置电极的转动，提高电解液的扰流速度，可以从中心向四周扩散，大大提高钠离子、氯离子等贯穿双极膜交换膜的速度，进而提高电渗析的电解速率。
附图说明
图1是本发明中电渗析装置的结构示意图。
图2是本发明中连续化合成装置的结构示意图。
附图标记为：100、电渗析装置；101、阴极；102、双极膜；103、双极膜支架；104、阳膜；105、阴膜；106、双极膜；107、阳极；108、膜堆体；111、阴极腔室；112、产碱室；113、电解质室；114、产酸室；115、阳极腔室；200、极液罐；300、清水罐；400、氯化钠罐；500、氢氧化钠罐；600、反应釜；700、盐酸罐。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
设备实施例：参阅附图1至2，本实施例提供了一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，包括：电渗析装置、极液罐、清水罐、氯化钠罐、氢氧化钠罐、反应釜以及盐酸罐。
参阅附图1，所述电渗析装置包括圆筒形的反应容器，在所述反应容器内且由内至外同心设置有内置电极、第一双极膜、阳膜、阴膜、第二双极膜、外置电极；所述内置电极为阴极；所述外置电极为阳极；所述内置电极与第一双极膜之间形成阴极腔室，所述第一双极膜与阳膜之间形成产碱室，所述阳膜与阴膜之间形成电解质室，所述阴膜与第二双极膜之间形成产酸室，所述第二双极膜与外置电极之间阳极腔室。
所述极液罐用于收集氯丙烯和二甲胺反应液的下层水相，将水相通过循环泵入极液罐。所述极液罐与所述阳极腔室的进液口、出液口和阴极腔室的进液口、出液口相连通。所述清水罐与产酸室进液口、产碱室的进液口相连接，所述氯化钠罐的进液口与所述反应釜下部的水相出液口相连接，其出液口与所述电解质室进液口相连接；所述氢氧化钠罐的进液口与所述产碱室的出液口相连接，其出液口与所述反应釜的进液口相连接；所述盐酸罐与所述产酸室的出液口相连接。
在所述反应釜中，所述烯丙基氯和二甲胺的投料摩尔比相等或近似相等，氯丙烯和二甲胺的发生亲核取代反应，生成烯丙基二甲基叔胺，同时产生氯化氢，反应过程加入氢氧化钠，使得所述氢氧化钠占整个反应体系的摩尔浓度为0.25%～0.5%，维持一个相对较低的浓度，此时氢氧化钠与HCl反应生产氯化钠，反应过程中反应液分为两层，上层为有机相：氯丙烯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相：水、氯化钠、二甲胺，将反应液下层循环泵入双极膜电解池中，采用双极膜电渗析装置将氯化钠分解为氯化氢和氢氧化钠溶液，且所述电解质室出液口与所述反应釜相连接，将氢氧化钠重新导入反应釜中，循环使用。
在进一步实施例中，双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层、界面亲水层和阴离子交换层复合而成。在直流电场的作用下，双极膜可将水解离，在膜两侧分别得到H+和OH-利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，由于双极膜离子渗透效率较单膜低，容易会出现离子浓度差。也就是说，整个电渗析装置的反应速率很大程度上取决于双极膜离子渗透效率，为了提高电渗析的反应效率和离子平衡，本实施例中，所述第一双极膜以连续化的弧形和/或折线形分布形式固定在反应容器内部，增加离子传输面积，使得所述第一双极膜的面积等于所述第二双极膜的面积，增加了第一双极膜的渗透效率，在保证离子传输平衡的同时使得整个电渗析装置达到最大的反应效率。
在进一步实施例中，所述内置电极和所述外置电极上设置有旋转支架连接，通过内置电极和外置电极的转动，提高电解液的扰流速度，可以从中心向四周扩散，大大提高钠离子、氯离子等贯穿双极膜交换膜的速度，进而提高电渗析装置的电解速率。即使在保证电解浓度较低的状态下，也能有比较高的电解速率。
另外，所述内置电极和外置电极均包括多个沿着其所在环形区域均匀排布电极板；具体地，通过将外置电极设置有多个间隔的弧形电极板，具体地内置电极为2.1m2的环形套筒，外置电极采用10对0.21m2电极板，使得所述内置电极的面积等于所述外置电极的面积，且内置阴极与外置阳极在运行过程中，角速度相同，在不影响整体电流大小的前提下，进一步加大了电解液的扰流速度，提高电渗析装置的电解速率。
在进一步实施例中，所述内置电极和/或所述外置电极采用钛电极，钛电极具有比重轻、强度好、抗腐蚀、性能好的特点，提高电渗析装置的电解速率。
为了方便理解二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置的技术方案，对其工作原理做出简要说明：
在使用过程中，将烯丙基氯和二甲胺水溶液加入连续反应釜中，控制反应温度20℃发生亲核取代反应，反应压力为0-0.2MPa；并在反应过程中加入的氢氧化钠溶液，反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐进行缓存，当达到一定液位后泵入已通电膜堆系统，同时阴阳电极在高速旋转，进入电解质室，Na+经过阳膜进入产碱室内与电解作用产生的OH-结合生成NaOH，进入氢氧化钠罐，然后进入连续反应釜进行反应，Cl-经过阴膜与电解作用产生的H+在产酸室结合生成氯化氢溶液，进入盐酸罐作为副产盐酸销售， 反应液经电解后，进入连续反应釜进行反应，清水罐连续向膜堆系统产碱室和产酸室进行补水，极液循环使用。
其中，在电渗析装置中，通过内置电极和外置电极设置为环状结构，减小内置电极和外置电极之间的电极间距，在直流电场的作用下，即使电解液的电解率较低，也能保持一个相对较快的电解速率。而且内置电极和外置电极的转动，可以提高电解液的扰流速度，可以从中心向四周扩散，大大提高钠离子、氯离子等贯穿双极膜交换膜的速度，进一步提高电渗析的电解速率。在较小的电流强度和较低的电导率条件下，维持整个反应体系中氢氧化钠的浓度动态稳定，并减小副产物的生产，经过实验证明，最后反应结束后极少量氯化钠（含量小于1.0%）留在反应液中。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：本实施例采用上述设备实施例中的合成设备，具体的合成方法包括如下步骤：
步骤1、将952kg/h烯丙基氯和1400kg/h的40wt%二甲胺水溶液加入连续反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2MPa；并在反应过程中加入5kg/h浓度为32wt%氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，进料4h后停止进氢氧化钠溶液所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐，并进入电渗析装置中，电渗析装置的操作电流为10A，内置电极和所述外置电极的转速为3000-4000rpm将氯化钠分解为氯化氢和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；双极膜面积6.8m²，反应停留时间3.6h反应达到终点，得到烯丙基二甲基叔胺溶液；
步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液溢流到下一个反应釜后继续加入950kg/h烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2MPa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；
步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏提纯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90KPa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵3338kg/h。
实施例2：本实施例采用上述设备实施例中的合成设备，具体的合成方法包括如下步骤：
步骤1、将952kg/h烯丙基氯和1400kg/h的40wt%二甲胺水溶液加入连续反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2MPa；并在反应过程中加入5kg/h浓度为32wt%氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，进料4h后停止进氢氧化钠溶液所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐，并进入电渗析装置中，电渗析装置的操作电流为2.5A，内置电极和所述外置电极的转速为3000-4000rpm，将氯化钠分解为和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；双极膜面积6.8m²反应停留时间，6.6h反应达到终点，得到烯丙基二甲基叔胺溶液；
步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液溢流到下一个反应釜后继续加如950kg/h烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2MPa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；
步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏提纯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90KPa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵3344kg/h。
实施例3：本实施例采用上述设备实施例中的合成设备，具体的合成方法包括如下步骤：
步骤1、将952kg/h烯丙基氯和1400kg/h的40wt%二甲胺水溶液加入连续反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2MPa；并在反应过程中加入8kg/h浓度为32wt%氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，进料4h后停止进氢氧化钠溶液所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐，并进入电渗析装置中，电渗析装置的操作电流为10A，内置电极和所述外置电极的转速为3000-4000rpm，将氯化钠分解为氯化氢和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；双极膜面积6.8m²，反应停留时间2.4h反应达到终点，得到烯丙基二甲基叔胺溶液；
步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液溢流到下一个反应釜后继续加如950kg/h烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2MPa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；
步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏提纯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90KPa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵3329kg/h。
对比例：本对比例采用现有采用板式膜堆结构的电渗析装置，具体的合成方法包括如下步骤：
步骤1、将952kg/h烯丙基氯和1400kg/h的40wt%二甲胺水溶液加入连续反应釜中，发生亲核取代反应，控制反应温度20℃，反应压力为0-0.2MPa；并在反应过程中加入8kg/h浓度为32wt%氢氧化钠溶液；反应过程中反应液逐渐分为两层，上层为有机相，所述有机相包括烯丙基氯和二甲基烯丙基胺以及二甲胺，下层为水相，所述水相包括水、氯化钠、二甲胺，进料4h后停止进氢氧化钠溶液；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐，并进入电渗析装置中，电渗析装置的操作电流为15A，将氯化钠分解为氯化氢和氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；双极膜面积9.8m²，反应停留时间4.8h反应达到终点，得到烯丙基二甲基叔胺溶液；
步骤2、然后向步骤1得到的烯丙基二甲基叔胺溶液溢流到下一个反应釜后继续加如950kg/h烯丙基氯，发生季铵化反应，控制反应温度30℃，反应压力为0-0.2MPa，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；
步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏提纯，蒸馏温度50-55℃，真空度-85~-90KPa，得到成品60wt%二甲基二烯丙基氯化铵3310kg/h。
讨论：实施例1至3采用了本发明设计的环形电渗析装置，相较于对比例采用板式膜堆结构的电渗析装置，在更小的电流强度和/或较低的电导率条件下，提高整个连续化合成反应的反应效率，并维持整个反应体系中氢氧化钠的在较低浓度下的动态稳定，并减小副产物的生产，最后反应结束后只有极少量氯化钠（含量小于1.0%）留在反应液中。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (9)
1.一种二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，包括：
电渗析装置，包括圆筒形的反应容器，在所述反应容器内且由内至外同心设置有内置电极、第一双极膜、阳膜、阴膜、第二双极膜、外置电极；所述内置电极为阴极，所述外置电极为阳极；所述内置电极与第一双极膜之间形成阴极腔室，所述第一双极膜与阳膜之间形成产碱室，所述阳膜与阴膜之间形成电解质室，所述阴膜与第二双极膜之间形成产酸室，所述第二双极膜与外置电极之间阳极腔室；
连续化反应釜，提供烯丙基氯和二甲胺、烯丙基二甲基叔胺和烯丙基氯反应场所；且所述电解质室出液口与所述反应釜相连接；
极液罐，其出液口与所述阳极腔室和阴极腔室的进液口相连接，其进液口所述阳极腔室和阴极腔室的出液口相连接；
清水罐，与产酸室进液口、产碱室的进液口相连接；
氯化钠罐，其进液口与所述反应釜下部的水相出液口，其出液口与所述电解质室进液口相连接；
氢氧化钠罐，其进液口与所述产碱室的出液口相连接，其出液口与所述反应釜的进液口相连接；
盐酸罐，与所述产酸室的出液口相连接。
2.根据权利要求1所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，所述第一双极膜的面积等于所述第二双极膜的面积。
3.根据权利要求2所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，所述第一双极膜以连续的弧形和/或折线形分布形式固定在反应容器内部。
4.根据权利要求1所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，所述内置电极和所述外置电极上设置有旋转支架连接。
5.根据权利要求4所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，所述内置电极和所述外置电极保持相同的角速度转动。
6.根据权利要求1所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，所述内置电极和外置电极均包括多个沿着其所在环形区域均匀排布电极板；
且所述内置电极的总面积等于所述外置电极的总面积。
7.根据权利要求1所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置，其特征在于，所述内置电极和/或所述外置电极采用钛电极。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置的合成方法，其特征在于，包括：
步骤1、将烯丙基氯和二甲胺加入反应釜中发生亲核取代反应，并在反应过程中加入少量氢氧化钠溶液；将反应液下层水相循环泵入氯化钠罐，然后进入电渗析装置中，采用双极膜电渗析将氯化钠分解为氯化氢和氢氧化钠，并将氢氧化钠溶液重新导入反应釜中；直至反应结束，得到高浓度的烯丙基二甲基叔胺溶液；
步骤2、然后向得到的烯丙基二甲基叔胺溶液的反应釜中投入烯丙基氯，发生季铵化反应，生成二甲基二烯丙基氯化铵粗品；
步骤3、然后将二甲基二烯丙基氯化铵粗品经过蒸馏回收烯丙基氯和未反应的二甲胺，得到成品二甲基二烯丙基氯化铵。
9.根据权利要求8所述的二甲基二烯丙基氯化铵连续化合成装置的合成方法，其特征在于，
所述烯丙基氯和二甲胺的投料摩尔比相等或近似相等；
所述氢氧化钠占整个反应体系的摩尔浓度为0.15%～0.5%；
所述电渗析装置的电渗析电流为2.0～10A。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003305475A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-10-28 | Ebara Corp | 電気透析装置 |
| CN101187038A (zh) * | 2007-08-27 | 2008-05-28 | 叶元珠 | 一种氟化电解的反应器和反应方法 |
| CN111170421A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-05-19 | 江苏京源环保股份有限公司 | 双极膜电渗析技术处理高盐废水并进行资源化回收的方法 |
| CN214400100U (zh) * | 2020-12-22 | 2021-10-15 | 清华大学 | 一种含盐废水的处理系统 |
| CN115304487A (zh) * | 2022-10-10 | 2022-11-08 | 江苏富淼科技股份有限公司 | 一种二甲基二烯丙基氯化铵合成方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003305475A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-10-28 | Ebara Corp | 電気透析装置 |
| CN101187038A (zh) * | 2007-08-27 | 2008-05-28 | 叶元珠 | 一种氟化电解的反应器和反应方法 |
| CN111170421A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-05-19 | 江苏京源环保股份有限公司 | 双极膜电渗析技术处理高盐废水并进行资源化回收的方法 |
| CN214400100U (zh) * | 2020-12-22 | 2021-10-15 | 清华大学 | 一种含盐废水的处理系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117779121A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-03-29 | 成都中核高通同位素股份有限公司 | 一种动态电解分离提纯装置及系统 |
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