CN1203220A - 芳基乙酸碱金属盐水溶液的连续制备方法 - Google Patents

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CN1203220A CN98109896.7A CN98109896A CN1203220A CN 1203220 A CN1203220 A CN 1203220A CN 98109896 A CN98109896 A CN 98109896A CN 1203220 A CN1203220 A CN 1203220A
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Abstract

本发明涉及芳基乙腈碱性水解连续制芳基乙腈碱金属盐水溶液的方法,包括将芳基乙腈与碱金属氢氧化物水溶液在一个混合区内接触,得到的混合物通入反应区,将反应介质送入分离区,再送入汽提区,然后收集任选地中和和稀释的芳基乙酸碱金属盐的溶液。本发明同样涉及使用此法的设备。

Description

芳基乙酸碱金属盐 水溶液的连续制备方法
本发明涉及芳基乙酸碱金属盐水溶液的一种连续制备方法。
芳基乙酸碱金属盐是化学工业重要的原料。它们非常广泛用于合成各种医药产品。同样，苯乙酸钠或苯乙酸钾均为制造青霉素G的合成中间体。
同样，这些芳基乙酸碱金属盐也可以是合成用于制医药产品、颜料和香料的芳基乙酸及其酯类的前体。
通常所叙述的制芳基乙酸碱金属盐的方法包括将芳基乙腈碱解。这种碱解反应是一种需要有效的搅拌手段和长时间加热的缓慢反应，考虑到芳基乙腈遇热的不稳定性，足以导致生成副产物降低收率，导致后续净化操作费用大，妨碍工业化。
如前所得到的粗的即没有净化的碱水溶液，可以酸化生成芳基乙酸，应经过蒸馏或结晶净化。
为了缩短碱解反应的诱导期，在美国专利2817681中主张相对于要碱解的芳基乙腈而言，使用最少量(重量)(相对于使用的芳基乙腈而言最好为5％-10％)的芳基乙酸(或其盐)。
因此，相对于甲氧基-3-乙氧基-4苯基乙腈而言，加入5.4％(重量)的甲氧基-3-乙氧基-4苯乙酸能将反应时间缩短约2小时。
然而，现已发现，需要对酸化溶液进行净化和脱色，并且甲氧基-3-乙氧基-4-苯乙酸收率仅仅由75％～80％(在碱解反应时未加少量的芳基乙酸)提高到91％(加少量的芳基乙酸)。
同样已知的是，通过芳基乙腈直接酸解可以制得芳基乙酸。通常用硫酸，但用硫酸也存在许多缺点。已注意到，特别由于存在芳香核的磺化副产物，选择性差。结果，收率低，另外存在一些排出料如硫酸铵不经昂贵的后处理很难增值。
所述的由芳基乙腈酸解得到的芳基乙酸碱金属盐水溶液可以通过将所述的芳基乙酸中和得到。但是考虑到用芳基乙腈酸解制备所述的芳基乙酸是一种选择性低而且同样耗资大的操作，这种操作方式花费大。
本申请人发现一种简单的连续方法，能在很短的期间内由芳基乙腈碱解成芳基乙酸碱金属盐水溶液，不存在所有这些缺点而且还可以通过所述溶液简单酸化得到纯芳基乙酸。
因此，本发明涉及一种制备式(I)的芳基乙酸碱金属盐水溶液的连续方法：
Figure A9810989600061
式中R代表一个含有1～10个碳原子的脂肪族线型或分支的烃基，一个如氯或溴的卤原子，一个含有1～6个碳原子的线型或分支的烷氧基，一个苯氧基；M代表一种碱金属如钠或钾，n为0～5，x为1～2，n+x≤6；该方法通过式(II)的芳基乙腈碱解，式(II)中R，n和x具有式(I)中的相同含义，碱解反应式如： 所述方法的特征在于它主要包括：
a)在混合区中将一种芳基乙腈(II)与碱金属氢氧化物MOH水溶液相接触，其中MOH/(II)的摩尔比至少等于x，优选为1.05x至1.20x，
b)将在a)中得到的混合物在高于或等于大气压，优选为2～12巴的绝对压力下，通入反应区内并且使所述混合物在所述反应区内保持至多60分钟，优选5～30分钟，温度为100～180℃，优选130～160℃，
c)将b)中得到的介质送入分离区，
d)将c)中得到的介质送入汽提区，
e)任选地将在d)中得到的溶液与一种优选为式(III)的一种芳基乙酸的中和剂在一个混合区中接触，
                                    ，然后
f)收集到可能任选地用水稀释的芳基乙酸碱金属盐的水溶液。
根据本发明，碱金属氢氧化物水溶液MOH和芳基乙腈(II)可以预先加热到温度至少达50℃，介于100～130℃更好。
用相同的反应物预热温度更好，但是如果使用不同的反应物预热温度也不超出本发明的范围。
根据本发明，在a)步中用的混合技术应用于实现反应物紧密混合。反应物之间接触时间至多为10分钟，0.01秒至6分钟之间更好。
根据本发明，碱金属氢氧化物水溶液的MOH重量浓度可以在宽范围中变化。它至少等于10％，介于20％～60％之间更好。
一般使用普通市售溶液。
根据本发明，在b)步得到的反应介质，呈含有一种芳基乙酸的碱金属盐和反应生成的氨的碱性水溶液形式，通入分离区，在其中除去大部份氨。在此分离区中，温度和压力优选至多等于步骤b)的温度。
回收的氨以水溶液形式升值有利。
几乎除尽氨的芳基乙酸的碱金属盐的碱性水溶液通入汽提区，在其中除去残余的氨。
用过热水蒸汽、空气或惰性气体如氮汽提溶液有利。
从d)步骤汽提区出来的溶液与足够量式(III)的芳基乙酸接触有利：来中和可能数量的未消耗的碱金属氢氧化物。如果用无机酸如HCl、H2SO4作为中和剂也不超出本发明的范围。
接着，回收芳基乙酸的碱金属盐水溶液，任选地稀释以得到芳基乙酸碱金属盐重量浓度适于应用于后续场合的芳基乙酸碱金属盐溶液，得到在环境温度下完全可溶的芳基乙酸碱金属盐溶液。
此法特别适用于以苯基乙腈为原料制备苯乙酸钠或苯乙酸钾。
本发明同样涉及芳基乙酸碱金属盐水溶液的一种生产设备。
此设备示意于图1，包括一个内容混合装置的容器(1)，装配有苯基乙腈进料装置(2)和碱金属氢氧化物水溶液进料装置(3)；导管(4)，它将混合物引入反应器(5)内；反应器(5)包括至少一个圆柱形中空竖直管(T)；管道(6)，用于将含有芳基乙酸碱金属盐和氨的水溶液引入装备有气/液分离装置的容器(7)；管道(8)，用于将脱气的水溶液送入汽提塔(9)；管道(10)，用于将汽提过的水溶液引入包含有搅拌装置的容器(11)；容器(11)备有中和剂的送入装置(12)；管道(13)，用于将液体引入备有混合装置的容器(14)，容器(14)备有进水装置(15)和用于将芳基乙酸碱金属盐的水溶液引入贮存区(17)的管(16)，以及放空管(18)和(19)。
根据本发明，容器(1)中装的混合设备可以包括所有能使反应物紧密接触的设备。
根据本发明，最特别使用的是静态混合器(mélangeur statique)。这些混和器可以包括一个或几个相同的或不同的混合元件。这些混合元件可以包括折叠层或互相嵌合的交叉板网。
反应物由加料管(2)和(3)通入(1)中。这些反应物可以由图1上未标出来的设备预热。由(1)出来的混合物经管(4)送到反应器(5)中，优选从其底部进入。
如果管子(一根或多根)装无序填料如Raschig环、Pall环、球等或有序填料的话，都不超出本发明的范围。
管子数目可以在大范围内变化。它与希望得到的芳基乙酸碱金属盐的水溶液产率成比例。
反应器(5)装有在图(1)上未表示出的加热设备，如热交换流体或高压蒸汽。在用水蒸汽的可能情况下，如果水蒸汽与反应混合物一起注入管(一根或多根)内，并不超出本发明的范围。
为了保证管(T)的起始加热是均匀的，可以预先用碱金属氢氧化物水溶液或芳基乙酸碱金属盐的水溶液或用水一起装满所述的管子。
从反应器(5)出来的主要由氨和芳基乙酸碱金属盐组成的水溶液经管(6)送至由分离器(7)组成的气/液分离区中，分离器(7)可以是一个体积大的真空罐在其中经减压由水溶液分离出氨气。
氨气由排气口(18)从所述分离器排出。水溶液经管(8)送至汽提设备。根据本发明，汽提设备可以由装入特别是Raschig环、Pall环组成的无规则填料或有序填料的汽提塔(9)组成，在其底部注入水蒸汽、空气或惰性气体。在所述塔的顶部，由排气口(19)除去主要由水蒸汽、惰性气体和残余氨组成的气体。在所述的塔底部排出芳基乙酸的碱金属盐水溶液，经管(10)送至优选地装有如前所述的静态混合器(mélangeur statique)的第一混合区(11)中。这些混合器可以是与(1)中所用的相同或不同的类型。
此混合区(11)由加料管(12)加入能中和可能过量碱的试剂。
根据本发明使用与被碱解的芳基乙腈相应的芳基乙酸作为中和剂较好。
由(11)出来的中和的水溶液由管(13)送入第二个混合区(14)。
此混合区(14)同样由如前所述的静态混合器(mélangeurstatique)组成更好，这些静态混合器(mélangeur statique)可以是与在(1)和(11)中所用相同或不同的类型。
根据本发明，在此混合区(14)可以用由(15)通入的水稀释芳基乙酸碱金属盐水溶液。
这样稀释的水溶液经管(16)送入贮存区(17)中。
根据此设备的一种变化形式，在容器(1)中装的混合设备可以置入反应器(5)中。
在这种情况下，混合设备可以优选地装在所述反应器(5)底部或直接装入管子(一根或多根)内，这些混合设备可以由如在前边所述的静态混合器(mélangeur statique)中使用的一些混合单元组成。
根据本发明的方法可以非常高收率得到芳基乙酸的碱金属盐，且相应的芳基乙腈几乎定量转化得到纯净不含NH3的芳基乙酸碱金属盐水溶液。本方法同样具有所用设备简单的优点，即在整个搅拌体系中不使用可能导致泄漏并且能耗高的动态型搅拌器。本发明的方法灵活性大。另外生成的氨能以可直接销售的氨溶液形式升值。
芳基乙酸碱金属盐水溶液可以方便地经酸化直接得到芳基乙酸。
得到的酸不需要花费大的净化设备，因为出发的溶液为纯净的。
下列实施例说明本发明。
实施例1
用一个直径2.3cm，长18cm装有腊希环、工作体积为36ml的不锈钢管组成的一个管式反应器。此管周围有用油循环加热套。
预先装满26％苛性钠水溶液并且置于5巴氮压之下的反应器加热至170℃。
向反应器中通入0.25mol/小时(29.5g/小时)预热至100℃的苯基乙腈和以26％水溶液(46.1g/小时)同样预热至100℃(过量20％)的0.30mol/小时的NaOH，保持170℃，保持压力8巴。
停留时间30分钟。
从反应器出来的流料回收入常压容器中。在分离出与最早存在在反应器中的苛性钠相应的过渡相之后，以稳定状态得到苯乙酸钠水溶液，其组成用电位分析和色谱分析(用溶剂抽提有机物)来确定。稳定状态下的试验过程为3小时。
在这些条件之下，苯基乙腈转化成苯乙酸钠的转化率只有79.5％。
实施例2
使用一台直径2.3cm、高39cm、自由体积为162ml的由不锈钢管组成的管式反应器。管周围有能用油循环加热的加热套。
预先装满44％苯乙酸钠的水溶液并置于3巴氮压之下的反应器加热至150℃。
将1.5mol/小时(176g/小时)预热至100℃的苯基乙腈和1.6mol/小时5％水溶液形式的NaOH(过量6.5％)通入连接在反应器底部的混合容器(磁搅拌)中。
在所述混合器中的停留时间3分钟之后，混合物通入保持150℃，3巴压力的反应器中，停留时间为26分钟。
由反应器出来的流料进入一个常压容器中。分离出与最初存在于反应器中的苯乙酸钠溶液相应的过渡相之后，以稳定状态得到苯乙酸钠水溶液，其组成经电位分析和色谱分析(用一种有机溶剂抽提有机相)确定。稳定状态下的试验过程为5小时。
在这些条件下，苯基乙腈转化成苯乙酸钠的转化率为99.7％。
实施例3
使用实施例2中同样的反应器，只是装入腊希环使有用体积为82ml。
预先装满44％苯乙酸钠水溶液并且置于5巴氮压下的反应器加热至150℃。
将0.745mol/小时(87.4g/小时)预热至110℃的苯基乙腈和0.833mol/小时预热至95℃的25％水溶液形式的NaOH(过量11.8％)通入实施例2同样的混合容器中。
在所述混合器中停留5.6分钟之后，将混合物通入保持150℃，6巴的反应器中，停留时间为26分钟。
由反应器出来的流料回收在一个常压容器中。分离出与开始存在在反应器中的苯乙酸钠溶液相应的过渡相之后，在稳定状态下得到苯乙酸钠水溶液，其组成用电位分析和色谱分析(用一种溶剂提取有机物)来确定。稳定状态下的试验过程为5小时。
在这些条件下，苯基乙腈转化成苯乙酸钠的转化率为99.6％。
实施例4
使用图1所示的设备。
在一个长4.8cm和直径0.48cm，由SULZER公司提供的SMXEDN4型(交叉薄片)10个元件组成的不锈钢316Ti的Sulzer静态混合器(mélangeur statique)(1)中，通入175mol/小时(20.55kg/小时)预热至105℃的苯基乙腈和202mol/小时同样预热至105℃的25％水溶液形式的NaOH(即摩尔过量15.4％)。
在所述混合器中停留0.05秒之后，将混合物通入由6个管子组成的不锈钢316L管式反应器中，各管高度等于3m，直径等于2.5cm。所述管子预先装满苯乙酸钠水溶液并保持150℃(用12巴的蒸汽外加热)和6巴压力之下。
在反应器中的停留时间为8.5分钟。
由所述反应器出来的流料由(6)通入由一个12l的316L不锈钢容器组成的气/液分离器(7)中。
在减压至大气压后基本没有NH3的苯乙酸钠水溶液平均组成如下：
PhCH2CO2Na ：55.2％
NaOH          ：2.3％
NH3           ：1.1％
H2O          ：41.4％残余的苯基乙腈量不到25mg/kg。
此溶液由(8)通入由装不锈钢有序填料的6块理论塔板的汽提塔(9)中。在120℃、2个蒸汽压下进行汽提。在塔(19)底部排出基本上由氨和水组成的流料，而几乎完全无氨(残余含量＜50ppm)的芳基乙酸钠溶液由(10)通入SMXE型的静态混合器(mélangeurstatique)中。
为此第二个静态混合器(mélangeur statique)(11)中，同时由(10)通入来自汽提塔的溶液和由(12)通入在90℃下足够量的苯乙酸(约3.7kg/小时)以中和过量的苛性钠。从静态混合器(mélangeurstatique)(11)出来的溶液然后由(13)通入与(11)相同的静态混合器(mélangeur statique)(14)，同时由(15)通入水流以得到苯乙酸钠重量浓度为44％的苯乙酸钠水溶液。
在稳定状态下试验过程为4小时。
苯基乙腈转化率几乎是定量的，而苯乙酸钠的摩尔收率(相对于苯基乙腈而言)超过99.9％。
后边表1中报告了不同的操作参数以及实施例4和按照类似于实施例4使用的过程进行的实施例5、6和7的苯基乙腈转化率。
        实例    4    5     6    7
NaOH摩尔过量，％    15.4    12.0     13.7    11.3
混合区：-温度，℃停留时间，秒 1050.05 1000.05 105.00.07 1050.05
反应区：-温度，℃-停留时间，分钟 1508.5 1508.5 14512 1358.5
压力，巴    6    9     9    10
           实例    4    5    6    7
在气/液分离器出口苯乙酸钠水溶液平均浓度：C6H5CH2CO2Na，％C6H5CH2CN，ppm 55.2＜25 53.5＜25 52.6＜50 55.3＜50
苯基乙腈成苯乙酸钠的转化率，％    ＞99.9    ＞99.9    ＞99.9    ＞99.9
稳定状态下试验时间，小时    4    5    5.5    3
实施例8
使用与实施例4相同的设备。
在静态混合器(1)中通入172.1mol/小时(20.2kg/小时)预热至107℃的苯基乙腈和186.1mol/小时同样预热至107℃的40.8％的水溶液形式的KOH(即摩尔过量8.1％)。
在混合器中停留时间为0.065秒之后，将混合物通入预先装满40.8％苛性钾溶液并保持150℃，6巴管子的管式反应器(5)中。
在反应器中的停留时间为10分钟。
操作30分钟保证最初存在于反应器中的苛性钾完全抽提之后，在气/液分离器(7)出口在稳定状态下得到苯乙酸钾水溶液，在减压至大气压之后其平均组成如下：
PhCH2CO2K： 69.6％
KOH         ： 1.85％
NH3         ： 0.65％
H2O       ： 27.9％苯基乙腈残余量＜50mg/kg。
以与实施例4类似的方式，此溶液在塔(9)中进行汽提以达到氨的残余量＜50mg/kg，然后与足够量(～1.9kg/小时)的苯乙酸一起于90℃通入静态混合器(11)中以中和过量的苛性钾。从静态混合器(11)出来的溶液然后通入静态混合器(14)中，同时通入水流以得到苯乙酸钾重量浓度为64％的苯乙酸钾水溶液。
稳定状态下的试验时间为5小时。
苯基乙腈的转化率几乎为定量的，苯乙酸钾的摩尔收率(相对于苯基乙腈而言)超过99.9％。

Claims (17)

1.制备式(I)的芳基乙酸碱性水溶液的连续方法，
Figure A9810989600021
其中R为一个有1～10个碳原子的线型或支链的脂肪烃基，一个卤素原子，一个有1～6个碳原子的线型或支链的烷氧基，一个苯氧基；M代表一种碱金属，n为0～5，x为1～2，n+x≤6；所述方法通过式(II)
Figure A9810989600022
的芳基乙腈碱解，式(II)中R、n和x具有式(I)中的相同含义，碱解反应式如： 所述方法的特征在于它主要包括：
a)在混合区中将一种芳基乙腈(II)与碱金属氢氧化物MOH水溶液的混合物相接触，其中MOH/(II)的摩尔比至少等于x，优选为1.05x至1.20x；
b)将在a)中得到的混合物在高于或等于大气压的压力下，通入反应区内并且使所述混合物在所述反应区内保持至多60分钟，温度为100～180℃；
c)将b)中得到的介质送入分离区；
d)将c)中得到的介质送入汽提区；
e)任选地将在d)中得到的溶液与一种中和剂在一个混合区中接触，然后
f)收集到可能任选地用水稀释的芳基乙酸碱金属盐的水溶液。
2.根据权利要求1的方法，特征在于在a)步混合区中反应物之间接触时间至多等于10分钟。
3.根据权利要求2的方法，特征在于在a)步混合区中反应物之间的接触时间介于0.01秒～6分钟之间。
4.根据权利要求1～3中之一项的方法，特征在于在a)步中得到的混合物在2～12巴绝压下通入(b)步反应区中，并且保持所述的反应区的温度在5～30分钟之内为130℃～160℃之间。
5.根据权利要求1～4中之一项的方法，特征在于MOH/(II)的摩尔比介于1.05x和1.20x之间。
6.根据权利要求1～5中之一项的方法，特征在于在e)步中用的中和剂是式(III)的一种芳基乙酸：
Figure A9810989600031
7.根据权利要求1～6中之一项的方法，特征在于在e)步中得到的芳基乙酸碱金属盐水溶液用水稀释。
8.根据权利要求1～7中之一项的方法，特征在于n为0。
9.根据权利要求1～8中之一项的方法，特征在于x＝1。
10.根据权利要求1～9中之一项的方法，特征在于碱金属是钠或钾。
11.根据权利要求1～10中的任何一项得到的苯乙酸钠水溶液。
12.根据权利要求1～10中任何一项得到的苯乙酸钾水溶液。
13.能借以生产按照权利要求1至12中任一项的芳基乙酸碱金属盐水溶液的装置，包括一个内容混合装置的容器(1)，装配有苯基乙腈进料装置(2)和碱金属氢氧化物水溶液进料装置(3)；导管(4)，它将混合物引入反应器(5)内；反应器(5)包括至少一个圆柱形中空竖直管(T)；管道(6)，用于将含有芳基乙酸碱金属盐和氨的水溶液引入装备有气/液分离装置的容器(7)；管道(8)，用于将脱气的水溶液送入汽提塔(9)；管道(10)，用于将汽提过的水溶液引入包含有搅拌装置的容器(11)；容器(11)备有中和剂的送入装置(12)；管道(13)，用于将液体引入备有混合装置的容器(14)，容器(14)备有进水装置(15)和用于将芳基乙酸碱金属盐的水溶液引入贮存区(17)的管(16)，以及放空管(18)和(19)。
14.根据权利要求13的设备，特征在于在容器(1)中，通过静态混合器(mélangeur statique)进行混合。
15.根据权利要求14的设备，特征在于静态混合器包括至少一个有折叠薄片或互相嵌合的交叉板网的混合器元件。
16.根据权利要求13的设备，特征在于汽提塔(9)装有填料。
17.根据权利要求13的设备，特征在于在容器(11)和(14)中的混合设备均为静态混合器。
CN98109896.7A 1997-06-16 1998-06-16 芳基乙酸碱金属盐水溶液的连续制备方法 Pending CN1203220A (zh)

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