一種連續(xù)合成高純度3-氯-1,2-丙二醇的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及有機合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)合成高純度3-氯-1，2-丙二醇的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3-氯-1，2-丙二醇(行業(yè)上又稱氯代甘油)是重要的甘油氯化產(chǎn)物之一，作為有機合成中間體，用于制備增塑劑、表面活性劑、染料、藥物和甘油的衍生物等；作為溶劑，用于乙酸纖維等的生產(chǎn)，在化工、醫(yī)藥、涂料等行業(yè)用途廣泛。
[0003]中國專利(申請?zhí)?01410174437.7)提出了環(huán)氧氯丙烷水解制備氯代甘油的方法。水解時，硫酸為催化劑，環(huán)氧氯丙燒和水的用量摩爾比為1:4.25?4.5，溫度為95?98 V，反應(yīng)時間為1?3小時，冷卻至60?70°C，用液堿中和至pH = 7?7.5 ;中和完畢，減壓脫水至95°C (壓力彡0.080MPa)。關(guān)閉真空，停止加熱，冷卻至50°C，用200目濾網(wǎng)濾去固體雜質(zhì)，得到α -氯代甘油粗品。在壓力< 0.098Mpa時，加熱蒸饋至氣相溫度至108°C，停止加熱，關(guān)閉真空，更換收集瓶，開啟真空，收集α -氯代甘油成品餾分，截取氣相溫度為135?140°C冷凝液，得到α -氯代甘油。
[0004]中國專利(專利號201110136920.2)提出了使用陽離子樹脂作為催化劑的合成工藝。原料配比為環(huán)氧氯丙烷:去離子水:陽離子樹脂=550?650:250?350:1.5?2.5的原料，將環(huán)氧氯丙烷、陽離子樹脂和去離子水總量的20?30wt %攪拌混合，在30?60分鐘內(nèi)升溫至70?75°C，開始在溫度為80?90°C，在2?3小時內(nèi)均勻加入剩余的去離子水水解反應(yīng)，加完后繼續(xù)反應(yīng)1?2小時。(2)將水解液過濾后進入蒸餾釜，在真空彡0.098MPa、氣相溫度多82 °C時，蒸餾得到成品。
[0005]中國專利(專利號200910018613.7)提出了使用甲基苯磺酸、硫酸為催化劑的合成工藝。采用如下方法:制備質(zhì)量百分比濃度為0.5%?1.1%甲基苯磺酸水溶液和質(zhì)量百分比濃度為0.4%?1.2%硫酸液，然后將占甲基苯磺酸水溶液總質(zhì)量20?40%的甲基苯磺酸水溶液、占硫酸液總質(zhì)量10?30%的硫酸液與環(huán)氧氯丙烷混合攪拌，其中的環(huán)氧氯丙烷為甲基苯磺酸水溶液和硫酸液兩者重量之和的1.8?2.2倍，攪拌40?60分鐘后加熱至55?65°C，然后滴加剩余甲基苯磺酸溶液，時間1?3小時，滴加時反應(yīng)溫度80?90°C，之后滴加剩余硫酸溶液，時間1?3小時，滴加反應(yīng)溫度95?110°C，反應(yīng)完畢，之后降溫至30?60°C，向釜內(nèi)加入相對環(huán)氧氯丙烷總重量0.8%?1.8%、濃度為20?30%的NaOH溶液，繼續(xù)攪拌30?60分鐘，再進行蒸餾，提取真空度0.098?0.lOMPa、氣相溫度95±2°C冷凝液得氯代甘油。
[0006]上述三篇專利都是以環(huán)氧氯丙烷為起始原料合成氯代甘油的工藝，且在催化劑研究、提高收率降低成本、提高純度等方面取得了較大突破。然而，上述專利及傳統(tǒng)的合成工藝大多采用間歇生產(chǎn)，反應(yīng)時間長，水解反應(yīng)過程中，溫度、壓力、傳熱傳質(zhì)等的控制很難做到穩(wěn)定，從而無法保證不同批次產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，且不同批次之間質(zhì)量指標(biāo)差別較大；去離子水與環(huán)氧氯丙烷摩爾比過大，即投料時去離子水量過多，一是加劇了副反應(yīng)的進程，二是給后續(xù)蒸餾增加了操作時間，耗能較大；收率低，目前產(chǎn)品收率最高為92%;生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)一批產(chǎn)品周期約為24小時；蒸餾殘渣多；現(xiàn)有工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品常溫保存三個月后即變?yōu)榈S色或草綠色。
[0007]為此，形成實現(xiàn)環(huán)氧氯丙烷水解連續(xù)化，提高成品氯代甘油收氯和純度、延長貯存時間，進一步提高產(chǎn)品經(jīng)濟效益的新的生產(chǎn)方法，尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決是如何實現(xiàn)3-氯-1，2-丙二醇的連續(xù)化生產(chǎn)，縮短反應(yīng)時間，提高原料環(huán)氧氯丙烷的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率，降低水與環(huán)氧氯丙烷物料投料比例，減少副反應(yīng)的發(fā)生，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品效益，提高產(chǎn)品純度，延長產(chǎn)品保質(zhì)期等問題，提供了一種連續(xù)合成尚純度3-氯-1，2-丙二醇的系統(tǒng)及方法。
[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0010]一種連續(xù)合成高純度3-氯-1，2-丙二醇的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次通過管路連接的高位槽、混合器、管道反應(yīng)器、水解液中間槽、蒸餾釜、蒸餾塔和冷凝器，所述冷凝器的輸出管路上連接接收罐組，所述接收罐組連接真空度調(diào)節(jié)裝置。本系統(tǒng)采用了管道反應(yīng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化，管道反應(yīng)器適于快速和中速反應(yīng)過程對于液相均相反應(yīng)尤其有利，可采用較小的液流速率進行操作，從而獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率；同時，本系統(tǒng)的管道反應(yīng)器的反應(yīng)溫度和蒸餾裝置的蒸餾溫度是通過蒸汽閥門開度大小以及通過冷卻水閥門開度大小來控制和調(diào)節(jié)；本系統(tǒng)的真空調(diào)節(jié)裝置使用不同真空系統(tǒng)來實施真空，調(diào)節(jié)真空閥門達到不同真空度，使該系統(tǒng)接收設(shè)定值真空度下不同溫度的餾分。該系統(tǒng)安全易操作，生產(chǎn)噸位大，工人勞動強度低，生產(chǎn)環(huán)境明顯改善，產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率、產(chǎn)量均有顯著提高。
[0011]優(yōu)選的，所述混合器為靜態(tài)混合器。靜態(tài)混合器可以使物料混合更加均勻，使物料在軸向和徑向濃度分布幾乎無差別。
[0012]優(yōu)選的，所述高位槽與混合器之間連接有計量栗。計量栗不僅可以調(diào)節(jié)物料比例，而且可以調(diào)節(jié)出口壓力進而可以保證管道反應(yīng)器中反應(yīng)壓力。
[0013]優(yōu)選的，所述真空的調(diào)節(jié)裝置為水力噴射真空栗和羅茨-油環(huán)真空機組。當(dāng)需要的真空度低時，選用水力噴射真空栗，耗能少，僅為羅茨-油環(huán)真空機組總功率1/3到1/4 ;當(dāng)需要的真空度高時，選用羅茨-油環(huán)真空機組，耗能高，其總功率約25KW。選用兩種真空裝置，可以提高能量利用率，減少能耗。
[0014]優(yōu)選的，所述高位槽為環(huán)氧氯丙烷高位槽和軟化水高位槽。
[0015]優(yōu)選的，所述接收罐組為并聯(lián)的第一接收罐、第二接收罐和成品接收罐，第一接收罐、第二接收罐和成品接收罐三個接收罐的進口端均與冷凝器連接。第一接收罐中的餾分為前餾分，前餾分中的主要成分為水，少量未反應(yīng)的環(huán)氧氯丙烷，可作為原料軟化水返回系統(tǒng)使用；第二接收罐的餾分為后餾分，后餾分的主要成分有水(約占40%)，產(chǎn)品3-氯-1，2-丙二醇(約占59% )，產(chǎn)品3-氯-1，2-丙二醇的異構(gòu)體、水解物及聚合物(約占1% )，可以返回蒸餾系統(tǒng)回收利用，提高收率。
[0016]優(yōu)選的，所述高位槽夾套、管道反應(yīng)器夾套和蒸餾釜夾套與熱蒸汽源連接。
[0017]—種連續(xù)合成高純度3-氯-1，2-丙二醇的方法，該方法包括以下步驟:
[0018](1)將環(huán)氧氯丙烷和軟化水分別加熱；軟化水中其他離子較少，可以防止發(fā)生副反應(yīng);
[0019](2)將環(huán)氧氯丙烷和軟化水按比例增壓混合后，進入管道反應(yīng)器中；
[0020](3)對管道反應(yīng)器進行加熱反應(yīng)；
[0021](4)對反應(yīng)后的物料進行減壓蒸餾，通過轉(zhuǎn)換真空度得到不同真空度不同溫度的餾分，最后的餾分即為成品；
[0022]優(yōu)選的，所述步驟(1)中將環(huán)氧氯丙烷和軟化水加熱至40-45°C。進行預(yù)加熱，可以加快物料的反應(yīng)速率，以縮短反應(yīng)時間；由于環(huán)氧氯丙烷和軟化水的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在有壓力條件下單位時間內(nèi)反應(yīng)更快，放熱量大，反應(yīng)放出的熱足以加熱物料到規(guī)定的反應(yīng)溫度，所以只需要預(yù)加熱至40-45°C，即可在后續(xù)加快物料的反應(yīng)速率，從而降低能耗。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟(2)中控制軟化水和環(huán)氧氯丙烷的摩爾流量比為1:1.8-2.2(質(zhì)量流量比為1:9.25-11.3)，且軟化水和環(huán)氧氯丙烷的出口壓力>lMPa(2.1-2.6MPa)。使用該比例入料可以減少水的使用量，減少反應(yīng)時間，節(jié)省能耗；出口壓力的增加，不僅使反應(yīng)速率提高，而且在反應(yīng)過程中不需要使用酸性催化劑；相同條件下，壓力越高，反應(yīng)越快，但同時壓力的提高，會增加對設(shè)備材質(zhì)、加工工藝的要求，從而增加生產(chǎn)成本，而將出口壓力控制在2.1-2.6MPa，不僅可以保證反應(yīng)速度的加快，而且現(xiàn)有的設(shè)備材質(zhì)及其加工工藝均可達到現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范，從而降低裝置一次性投資，降低生產(chǎn)成本。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟(3)中的對管道反應(yīng)器進行加熱，其中控制管道反應(yīng)器上部反應(yīng)溫度75-90°C。由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，出口溫度控制在該區(qū)域范圍內(nèi)即可提升反應(yīng)速率及產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟(4)中當(dāng)真空度升至0.075-0.080MPa，80°C以下的餾分為前餾分。
[0026]進一步優(yōu)選的，得到前餾分之后，溫度繼續(xù)上升時，繼續(xù)提高真空度至
0.0990-0.0998MPa，93°C以下的餾分為后餾分，93.1°C以上的餾分為成品餾分。
[0027]本發(fā)明采用上述方案，具有以下優(yōu)點:
[0028]1.該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生安全易操作，生產(chǎn)噸位大，工人勞動強度低，生產(chǎn)環(huán)境明顯改善，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率、產(chǎn)量等有益效果。
[0029]2.使用管道反應(yīng)器替代傳統(tǒng)工藝的釜式反應(yīng)器，生產(chǎn)實現(xiàn)連續(xù)化，管道反應(yīng)器適于快速和中速反應(yīng)過程對于液相均相反應(yīng)尤其有利，可采用較小的液流速率進行操作，從而獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率。
[0030]3.采用計量栗將軟化水和環(huán)氧氯丙烷輸入至靜態(tài)混合器，進而進入管道反應(yīng)器，使其水解反應(yīng)操作壓力在1.0MPa以上，所以反應(yīng)過程中不使用任何酸性催化劑。
[0031]4.反應(yīng)時間短?，F(xiàn)有工藝環(huán)氧氯丙烷水解需要4-6小時，單元操作8小時左右；新工藝反應(yīng)時間僅30分鐘。
[0032]5.物料配比減少。現(xiàn)有工藝環(huán)氧氯丙烷水解，水過量太多，水與環(huán)氧氯丙烷摩爾比一般為1:3-1:4，新工藝中水與環(huán)氧氯丙烷摩爾比1:1.8-2.2(重量比1:9.25-11.3)，用水量顯