CN108295782B - 一种微通道反应器及在该微通道反应器内三种乙酰化反应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微通道反应器及在该设备内三种乙酰化反应的方法，该方法涉及微通道反应器包括可调电动输料设备、反应设备和高低温循环设备，所述反应设备包括多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道。两个原料计量罐与可调电动输料设备相连，依次连接两个反应入口、多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，通过一个反应出口与产物收集罐相连，高低温循环设备包括一级传热通道(连一级微反应通道)、二级传热通道(连二级微反应通道)、三级传热通道(连三级微反应通道)；通过该微通道反应器制备乙酸肼、乙酸‑1‑萘酯、乙酰苯胺，减少排废，增强安全性，缩短反应时间，提高收率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微通道反应器及在该微通道反应器内三种乙酰化反应的方法。
背景技术
乙酰化是一种在实验室或工业应用中重要的反应之一，是将一个乙酰基团导入分子中，最常见的乙酰化试剂为乙酸酐或乙酸。实验室或工业合成中，一般将酰化试剂及含有-NH2，-OH或-SH的底物，在有机碱及催化剂的作用下反应，其反应大量放热。
乙酸肼(分子式C2H4O2.N2H4，CAS13255-48-6)，作为一种典型的乙酰化产品，是一种重要的医药中间体，价格较贵，可用于合成镇痛药物、抗癌药物、特别是制备氨基甲酸酯类杀虫剂。目前生产乙酸肼的方法主要是在釜式反应器内以乙酸酐或乙酸和水合肼为原料，吡啶作溶剂，三氯化铝等为催化剂，反应生成乙酸肼。该方法虽然收率较高，但是反应大量放热，不易控制，反应时间长(>5h)，并产生大量固废，且采用有机碱作溶剂，成本较高，反应后处理麻烦。
乙酸-1-萘酯(分子式C12H10O2，CAS830-81-9)，是一种重要的有机合成中间体，用于酶化学中测定α酯酶和比色测定杀虫剂降解羧酸酯酶。目前生产乙酸-1-萘酯的方法主要是由1-萘酚钠与乙酸酐反应制得。该方法在釜式反应器中进行，收率较高，但是反应放热，温度不易控制，存在安全隐患。
乙酰苯胺(分子式C8H9NO，CAS103-84-4)用途较广，是磺胺类药物的原料，用来制造染料中间体对硝基乙酰苯胺、对硝基苯胺和对苯二胺。乙酰苯胺也用于制硫代乙酰胺。在工业上可作橡胶硫化促进剂、纤维脂涂料的稳定剂、过氧化氢的稳定剂，以及用于合成樟脑等。乙酰苯胺还用作制青霉素G的培养基。用于染料、制药、橡胶等工业，曾用作退热镇痛药。目前生产乙酰苯胺的方法主要是在釜式反应器内苯胺和乙酸酐高温下回流制得，反应需要6-14h。该反应空时收率低，温度高，并且有固体催化剂参与，后处理麻烦。
微通道反应器，具有极高的比表面积和富有规律的层流特征，因此可以大幅度提高反应的产率和选择性。由于微通道反应器可对化学反应的热量和浓度分布精密控制，使得化学转化可以多种方式获得高效时-空产率，同时可以通过精确控制底物和反应试剂的比例来提高反应质量，且化学反应在小于1mm的限制通道中进行，因此所产生的危险中间体也保持在微量级别，而且在封闭体系中会立即参与到后续反应中，因此变得非常安全。另外，相对于传统的批次反应工艺，微反应器具有快速混合、高效传热、停留时间分布窄、重复性好、系统响应迅速、便于自动化控制、几乎无放大效应以及高安全性能等优势。
迄今为止，尚未见以微通道反应器进行乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺合成方法的研究。本发明提供一种微通道反应器，并提供一种利用该微通道反应器制备乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺三种乙酰化反应的工艺路线。
发明内容
本发明针对于现有制备乙酰化合物(乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺)方法存在的问题，提出了一种简易高效的微通道反应器，并提出了一种成本低、三废少、分离简单、收率较高、反应时间短的乙酰化合物制备技术。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现，一种微通道反应器，包括可调电动输料设备、反应设备和高低温循环设备，所述反应设备包括多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道。两个原料计量罐与可调电动输料设备相连，依次连接两个反应入口、多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，通过一个反应出口与产物收集罐相连，高低温循环设备包括一级传热通道(连接一级微反应通道)、二级传热通道(连接二级微反应通道)、三级传热通道(连接三级微反应通道)。
在上述微通道反应器中，所述的可调电动输料设备为YZB-7型泵、DBY型泵、AL1403型泵、YGB型泵、FG35-1型泵、G25-2型泵、G40-1型泵中的一种。
在上述微通道反应器中，所述一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，通道形式为脉冲圆形变径通道或脉冲心形通道或脉冲伞形通道或脉冲矩形通道中的一种，通道直径D，10≤D≤500um。
在上述的微通道中，所述微通道反应器一级传热通道、二级传热通道、三级传热通道管路形式为螺旋缠绕换热管、直型换热管、圆筒型换热管、矩形换热管中的一种。
本发明的第二个目的在于提供一种在该微通道内制备乙酰化合物(乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺)的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、反应物料配比、温度设定：将水合肼(苯胺、1-萘酚)溶于有机溶剂中配制成溶液置于储料罐1中，乙酸酐溶于同样的溶剂中置于储料罐2中，分别对一级传热通道、二级传热通道、三级传热通道设定温度，换热介质为水和乙二醇按一定比例配成的溶液；
S2、微通道内反应：将两个储料罐中的物料经可调电动输料设备按一定的流速通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品；母液精制后循环使用。
上述在该微通道反应器内制备乙酰化合物(乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺)的方法中，作为优选，在步骤S1中一级微反应通道的温度为10～40℃，二级微反应通道的温度为10～60℃，三级微反应通道的温度为10～100℃，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:1-1:10。
上述在该微通道反应器内制备乙酰化合物(乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺)的方法中，作为优选，在步骤S2中储料罐1溶液流速为0.1mL/min～2.0mL/min，储料罐2溶液流速为0.1mL/min～2.0mL/min，停留时间为5s～100s。
本发明与现有技术相比较，具有如下显著优势：
1)本发明的微通道反应器具有其他微通道反应器所不具备的三个级别的微反应通道，可以通过分别控制三个传热通道的温度来精确控制每一反应通道的温度，减少了副反应的发生，提高了产物的选择性及收率，并且可以控制产物在通道内的析出。另外，该微通道反应器可以通过精准的控制流速及停留时间，使得反应时间大幅降低，有效地提高了反应效率。
2)本发明在该微通道反应器内制备乙酰化合物(乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺)的反应技术，无需催化剂，反应操作简单，产物的后处理过程容易，提高了生产效率，从而为该技术的工业化提供了实验基础。
附图说明
图1是本发明微通道反应器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题及有益效果更佳清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步详细说明。另外，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明制备乙酸肼的微通道反应器包括可调电动输料设备、反应设备和高低温循环设备，所述反应设备包括多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道。两个原料计量罐与可调电动输料设备相连，依次连接两个反应入口、多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，通过一个反应出口与产物收集罐相连，高低温循环设备包括一级传热通道(连接一级微反应通道)、二级传热通道(连接二级微反应通道)、三级传热通道(连接三级微反应通道)。优选地，所用微通道反应器的可调电动输料设备为FG35-1型泵，微反应通道通道形式为脉冲圆形变径通道，通道直径150um就能很好的满足工作需求，传热通道管路形式为螺旋缠绕换热管。
上述微通道反应器相较于传统的间歇釜式反应器，此微通道反应器具有传质传热的高效性，缩短了反应时间，提高了操作的安全性，减少了副反应的发生，提高了生产效率。
实施例1
S1、反应物料配比、温度设定：将水合肼溶于乙醇中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸酐溶于乙醇中配成溶液置于原料计量罐2中，一级传热通道设定20℃对一级微反应通道进行加热，二级传热通道设定30℃对二级微反应通道进行加热，三级传热通道设定60℃对三级微反应通道进行加热，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:1.5；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备调节原料计量罐1溶液流速为1mL/min，原料计量罐2溶液流速为1mL/min，通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间50s，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品乙酸肼，收率98％；母液精制后循环使用。
实施例2
S1、反应物料配比、温度设定：将水合肼溶于甲醇中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸酐溶于甲醇中配成溶液置于原料计量罐2中，一级传热通道设定30℃对一级微反应通道进行加热，二级传热通道设定40℃对二级微反应通道进行加热，三级传热通道设定70℃对三级微反应通道进行加热，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:2；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备调节原料计量罐1溶液流速为2mL/min，原料计量罐2溶液流速为2mL/min，通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间70s，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品乙酸肼，收率99％；母液精制后循环使用。
实施例3
S1、反应物料配比、温度设定：将1-萘酚溶于氯仿中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸酐溶于氯仿中配成溶液置于原料计量罐2中，一级传热通道设定35℃对一级微反应通道进行加热，二级传热通道设定45℃对二级微反应通道进行加热，三级传热通道设定75℃对三级微反应通道进行加热，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:3；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备调节原料计量罐1溶液流速为1.5mL/min，原料计量罐2溶液流速为1.5mL/min，通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间80s，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品乙酸-1-萘酯，收率75％；母液精制后循环使用。
实施例4
S1、反应物料配比、温度设定：将1-萘酚溶于乙醇中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸置于原料计量罐2中，一级传热通道设定40℃对一级微反应通道进行加热，二级传热通道设定50℃对二级微反应通道进行加热，三级传热通道设定80℃对三级微反应通道进行加热，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:4；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备调节原料计量罐1溶液流速为1.7mL/min，原料计量罐2溶液流速为1.7mL/min，通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间90s，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品乙酸-1-萘酯，收率70％；母液精制后循环使用。
实施例5
S1、反应物料配比、温度设定：将苯胺溶于甲醇中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸酐溶于甲醇中配成溶液置于原料计量罐2中，一级传热通道设定40℃对一级微反应通道进行加热，二级传热通道设定60℃对二级微反应通道进行加热，三级传热通道设定80℃对三级微反应通道进行加热，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:4；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备调节原料计量罐1溶液流速为1.5mL/min，原料计量罐2溶液流速为1.5mL/min，通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间80s，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品乙酰苯胺，收率97％；母液精制后循环使用。
实施例6
S1、反应物料配比、温度设定：将苯胺溶于乙腈中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸酐溶于乙腈中配成溶液置于原料计量罐2中，一级传热通道设定30℃对一级微反应通道进行加热，二级传热通道设定60℃对二级微反应通道进行加热，三级传热通道设定90℃对三级微反应通道进行加热，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:3；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备调节原料计量罐1溶液流速为1.8mL/min，原料计量罐2溶液流速为1.8mL/min，通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间70s，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品乙酰苯胺，收率99％；母液精制后循环使用。
Claims (3)
1.一种在微通道反应器内进行三种乙酰化反应的方法，其特征在于，在微通道反应器内制备的三种乙酰化产物分别为乙酸肼、乙酸-1-萘酯、乙酰苯胺；
所述微通道反应器包括可调电动输料设备、反应设备和高低温循环设备，所述反应设备包括多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道；两个原料计量罐与可调电动输料设备相连，依次连接两个反应入口、多通道物料混合装置、一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，通过一个反应出口与产物收集罐相连，高低温循环设备包括与一级微反应通道相连接的一级传热通道、与二级微反应通道相连接的二级传热通道、与三级微反应通道相连接的三级传热通道；
微反应通道通道形式为脉冲圆形变径通道；
所述的三种乙酰化产物的制备方法包括如下步骤：
S1、反应物料配比、温度设定：将原料溶于有机溶剂中配制成溶液置于原料计量罐1中，乙酸酐溶于同样的溶剂中置于原料计量罐2中，分别对一级传热通道、二级传热通道、三级传热通道设定温度，一级微反应通道的温度为10～40℃，二级微反应通道的温度为10～60℃，三级微反应通道的温度为10～100℃；换热介质为水和乙二醇配成的溶液，换热介质乙二醇：水摩尔比为1:1-1:10；
制备乙酸肼时，所述的原料为水合肼；制备乙酸-1-萘酯时，所述的原料为1-萘酚；制备乙酰苯胺时，所述的原料为苯胺；
S2、微通道内反应：将两个原料计量罐中的物料经可调电动输料设备按一定的流速通入多通道物料混合装置中，继续通过一级微反应通道、二级微反应通道、三级微反应通道，控制停留时间，反应完成后，产物从反应器的出口流出，进入后处理过程；原料计量罐1溶液流速为0.1mL/min～2.0mL/min，原料计量罐2溶液流速为0.1mL/min～2.0mL/min，停留时间为5s～100s；
S3、反应后处理工艺：将反应液冷却，蒸出溶剂，得到粗品；粗品用有机溶剂重结晶，即得产品；母液精制后循环使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可调电动输料设备为YZB-7型泵、DBY型泵、AL1403型泵、YGB型泵、FG35-1、G25-2、G40-1中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一级传热通道、二级传热通道、三级传热通道管路形式为螺旋缠绕换热管、直型换热管、圆筒型换热管、矩形换热管中的一种。
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