CN1800161B - 一种用于连续生产过氧化甲乙酮的方法和微反应装置 - Google Patents

一种用于连续生产过氧化甲乙酮的方法和微反应装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于连续生产过氧化甲乙酮的方法和微反应装置。主要特点是在微混合器内实现快速均匀混合，之后在微型反应器进行进一步反应。利用本发明获得的有机过氧化物产品质量稳定，而且生产过程密闭、连续，降低了生产、储运中的危险性。此外，混合单元、反应单元和换热单元采用模块化设计，易于推广和移植。

Description

一种用于连续生产过氧化甲乙酮的方法和微反应装置
技术领域
本发明涉及一种制备过氧化甲乙酮的方法和微反应装置。
背景技术
有机过氧化物是过氧化氢中的一个或两个氢原子被取代以后的有机化合物。根据取代官能团的不同，有机过氧化物分为过氧化二酰，过氧化磺酸，过二碳酸二烃，过酸酯，过碳酸酯，过氧化缩酮，过氧化二烃，烷基氢过氧化物，过氧化酮，过酸等，主要用于自由基聚合引发剂，不饱和聚酯的固化引发剂，高分子交联剂，高分子接枝引发剂，有机合成氧化剂，杀菌剂、漂白剂等。有机过氧化物代替偶氮类和无机过氧化物作为聚合引发剂，能显著改善高分子聚合物的物理化学性能。
有机过氧化物中含有的过氧键长是氧分子中双氧键长的1.23倍，但键能只是双氧键的41％。相对的长键、低键能决定了有机过氧化物的不稳定及易分解等特性，对热、摩擦、震动、撞击极为敏感。遇热、震动或摩擦时，过氧键即会断裂，产生具有强反应活性的2个自由基。如自由基不断积累，将引发强烈爆炸。
绝大多数有机过氧化物制备过程都直接或间接使用双氧水，也可能使用其他强氧化剂如高氯酸或高氯酸盐。
工业有机过氧化物生产多采用间歇操作方式，工人劳动强度大，工艺条件受人为因素影响较大，质量稳定性和重现性较差。同时，由于设备较大的内部结构尺寸，反应物的浓度、温度分布不均匀，严重影响产品质量。例如过氧化甲乙酮产品不是单一结构化合物，而是几种结构的混合物。而这几种化合物结构差异较大，其活性氧含量也相差很大。当局部双氧水浓度过高时生成大量的过氧化物单体，而局部温度、酸浓度过高会促进环状物生成，这些浓度、温度分布不均的状况在大结构尺寸的反应设备中是难以避免的，导致成品活性氧含量不足，降低了产品质量。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种用于连续生产有机过氧化物的方法和微反应装置，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的方法包括如下步骤：
将原料A和原料B分别连续的通过管线进入微混合器混合，混合后的物料进入微反应器反应，获得有机过氧化物过氧化甲乙酮邻苯二甲酸二甲酯溶液；
所说的原料A为甲乙酮与邻苯二甲酸二甲酯的混合物，甲乙酮与邻苯二甲酸二甲酯的体积比为：甲乙酮∶邻苯二甲酸二甲酯∶＝1∶1～2；
所说的原料B为重量浓度为20～40％的双氧水与硫酸的混合物，双氧水∶硫酸＝1∶0.1～0.2，体积比；
原料A和原料B的体积比为：原料A∶原料B＝1∶1～2；
混合后的物料进入微反应器反应时，在所说的微反应器中的停留时间为10～40分钟；
实现上述方法的装置至少包括微混合器和通过管线相连接的微反应器；
所说的微混合器包括：
一侧设有原料A进口、原料B进口和混合产物C出口的进料板；
紧靠在进料板另一侧的原料A料分流板，A料分流板的一端设有与原料A进口相连通的分料槽，分料槽内设有分料孔，A料分流板的另一端设有与混合产物C出口相连通的汇流口以及与原料B进口相连通的原料B流道；
紧靠在原料A料分流板另一侧的混合板，混合板上设有混合区，混合区内设有线形的混合沟槽，混合沟槽的一端与分料孔和原料B流道相连通，混合沟槽的另一端设有混合产物C的汇总口，汇总口与汇流口相连通；
紧靠在混合板另一侧的封装板；
进料板、A料分流板、混合板和封装板通过紧固件相连接固定；
混合沟槽的尺寸为40～200微米；所说的尺寸指流体流动的混合沟槽中三维空间方向上最小的尺寸。
所说的微反应器包括壳体和设置在壳体内的盘管，盘管的一端为混合产物C的进口，另一端为目标产物出口，其特征是，盘管的管径为500～2000微米，盘管长为50～1000厘米。
利用这种微反应装置，可实现有机过氧化物就地生产(消除产品因运输发生事故的可能性)，按需生产(消除因存储不当引发事故的可能性，也可避免因储存失效造成的浪费)，连续生产(保证产品质量的重复性和稳定性，降低工人劳动强度)，安全生产(消除因设备故障、操作失误引发的操作事故)，密闭操作(保证安全、消除污染)。利用微反应技术，可精确实现反应条件(如反应温度、配比、酸浓度)的可控可调，也可强化混合与传递，降低能耗，提高产品质量。同时，混合单元、反应单元和换热单元的模块化设计，易于推广和移植。不仅可以生产甲乙酮邻苯二甲酸二甲酯，而且可以生产其他的有机过氧化物，如过氧化二酰，过氧化磺酸，过二碳酸二烃，过酸酯，过碳酸酯，过氧化缩酮，过氧化二烃，烷基氢过氧化物，过氧化酮等。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为微混合器的结构示意图。
图3为微反应器的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的装置至少包括微混合器1和通过管线相连接的微反应器2；
参见图2，所说的微混合器1包括：
一侧设有原料A进口301、原料B进口302和混合产物C出口303的进料板3；
紧靠在进料板另一侧的原料A料分流板4，A料分流板4的一端设有与原料A进口相连通的分料槽401，分料槽401内设有分料孔402，A料分流板4的另一端设有与混合产物C出口相303连通的汇流口403以及与原料B进口301相连通的原料B流道404；
紧靠在原料A料分流板4另一侧的混合板5，混合板5上设有混合区501，混合区501内设有线形的混合沟槽502，混合沟槽502的一端与分料孔402和原料B流道404相连通，混合沟槽502的另一端设有混合产物C的汇总口503，汇总口503与汇流口403相连通；
紧靠在混合板5另一侧的封装板6；
进料板3、A料分流板4、混合板5和封装板6通过紧固件7相连接固定；
混合沟槽502的尺寸为40～200微米；所说的尺寸指流体流动的混合沟槽502中三维空间方向上最小的尺寸。
进一步，参见图2，所说的微混合器，包括多个原料A料分流板4和混合板5，原料A料分流板4和混合板5依次相互交叉组合，以提高混合效率，一般可采用1～5块原料A料分流板4和混合板5，优选2块原料A料分流板4和混合板5。
参见图3，所说的微反应器包括壳体10和设置在壳体10内的盘管11，盘管11的一端为混合产物C的进口12，另一端为目标产物出口13，其特征是，盘管11的管径为500～2000微米，盘管11长为50～1000厘米。
微混合器和微反应器可以采用金属或塑料材料加工而成，微混合器中的混合区501和线形的混合沟槽502可以采用常规的金属加工方法和化学刻蚀的方法制作。
实施例1
甲乙酮与邻苯二甲酸二甲酯以1∶1.5的体积比混合成甲乙酮溶液(A)；
双氧水(30wt％)与浓硫酸(98wt％)以1∶0.15的体积比混合成双氧水硫酸溶液(B)；
A和B以1.5∶1的体积比进入图2的微混合器混合，采用2块原料A料分流板4和混合板5，混合沟槽502的尺寸为100微米；
然后，将混合产物以1000毫升/小时的流量进入50根并列内径2mm，长2m的不锈钢盘管反应，停留时间为20分钟，混合器和反应器都浸没于低温恒温槽中，温度控制在40℃，反应产物进入一有机玻璃管中进行油水分离，油相即为产品过氧化甲乙酮邻苯二甲酸二甲酯溶液。整套装置产能0.5千克/小时，采用碘量法进行分析，其中活性氧含量12.8％。

Claims (6)

1.一种用于连续生产过氧化甲乙酮的装置，其特征在于，至少包括微混合器(1)和通过管线相连接的微反应器(2)；
所说的微混合器(1)包括：
一侧设有原料A进口(301)、原料B进口(302)和混合产物C出口(303)的进料板(3)；
紧靠在进料板(3)另一侧的原料A料分流板(4)，A料分流板(4)的一端设有与原料A进口相连通的分料槽(401)，分料槽(401)内设有分料孔(402)，A料分流板(4)的另一端设有与混合产物C出口(303)相连通的汇流口(403)以及与原料B进口(302)相连通的原料B流道(404)；
紧靠在原料A料分流板(4)另一侧的混合板(5)，混合板(5)上设有混合区(501)，混合区(501)内设有线形的混合沟槽(502)，混合沟槽(502)的一端与分料孔(402)和原料B流道(404)相连通，混合沟槽(502)的另一端设有混合产物C的汇总口(503)，汇总口(503)与汇流口(403)相连通；
紧靠在混合板(5)另一侧的封装板(6)；
进料板(3)、A料分流板(4)、混合板(5)和封装板(6)通过紧固件(7)相连接固定；
混合沟槽(502)的尺寸为40～200微米。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所说的微混合器，包括1～5块原料A料分流板(4)和混合板(5)，原料A料分流板(4)和混合板(5)依次相互交叉组合。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，采用2块原料A料分流板(4)和混合板(5)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，所说的微反应器包括壳体(10)和设置在壳体(10)内的盘管(11)，盘管(11)的一端为混合产物C的进口(12)，另一端为目标产物出口(13)，其特征是，盘管(11)的管径为50～2000微米，盘管(11)长为50～1000厘米。
5.采用权利要求1～4任一项所述的装置连续生产过氧化甲乙酮的方法，其特征在于，包括如下步骤：将原料A和原料B分别连续的通过管线进入微混合器混合，混合后的物料进入微反应器反应，获得有机过氧化物过氧化甲乙酮邻苯二甲酸二甲酯溶液；
所说的原料A为甲乙酮与邻苯二甲酸二甲酯的混合物，
所说的原料B为双氧水与硫酸的混合物，其中双氧水的重量浓度为20～40％，
原料A和原料B的体积比为：原料A∶原料B＝1∶1～2；
混合后的物料进入微反应器反应时，在所说的微反应器中的停留时间为10～40分钟，反应温度为10～50℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
甲乙酮与邻苯二甲酸二甲酯的体积比为：甲乙酮∶邻苯二甲酸二甲酯∶＝1∶1～2；
双氧水∶硫酸＝1∶0.1～0.2，体积比。
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