一種利用微通道反應(yīng)器制備2-甲基氮丙啶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氮丙啶的制備方法領(lǐng)域，具體涉及一種利用微通道反應(yīng)器制備2-甲 基氮丙啶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮丙啶是一種有機(jī)合成的常用中間體，常用于活性染料和抗癌藥物等的合成，也 是合成新型交聯(lián)劑三羥甲基丙烷三[3-(2-甲基氮丙啶基）丙酸酯]，簡(jiǎn)稱TTMAP的關(guān)鍵中 間體，氮丙啶能使TTMP具有良好的水溶性和油溶性。而TTMP在水性涂料等領(lǐng)域有廣闊 的前景，市場(chǎng)潛力巨大，國(guó)際上該領(lǐng)域的交聯(lián)劑主要的生產(chǎn)公司都是國(guó)外公司，核心技術(shù)把 握在德、日、美等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域起步晚，產(chǎn)品質(zhì)量一般，配套基礎(chǔ)設(shè)施不完善，氮丙 啶類交聯(lián)劑的制備方法與國(guó)外仍有差距。因此高品質(zhì)的氮丙啶對(duì)于該產(chǎn)品顯得尤為重要。
[0003] 目前，2-甲基氮丙啶的生產(chǎn)主要有以下幾種方式：
[0004] 1)異丙醇胺與硫酸共熱脫水，反應(yīng)式如下：
[0005]
[0006] 2)將干燥的HCl通入異丙醇胺成鹽再與氯化亞砜共熱，反應(yīng)式如下：
[0007]
[0008] 上述兩種生產(chǎn)方法制備周期長(zhǎng)，產(chǎn)率低，后處理復(fù)雜。
[0009] 3)異丙醇胺先與硫酸反應(yīng)成酯，然后與堿進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)式如下：
[0010]
[0011] 這是比較成熟的工藝，但是該路線采用傳統(tǒng)釜式反應(yīng)一鍋法，由于常規(guī)攪拌不能 達(dá)到良好的傳質(zhì)傳熱效率，可能出現(xiàn)局部過熱，濃度梯度等不利于反應(yīng)進(jìn)行的現(xiàn)象，因此產(chǎn) 品濃度低，純度低，產(chǎn)品質(zhì)量不高。目前，為了得到高品質(zhì)的氮丙啶，該路線仍然以分步操作 為主。
[0012] 4)異丙醇胺在固相催化劑存在的條件下直接分子內(nèi)脫水，反應(yīng)式如下：
[0013]
[0014] 此方法為固載催化劑氣相高溫連續(xù)反應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高。
[0015] 微通道反應(yīng)器（Microreactor/Microchannel reactor)是一種連續(xù)流動(dòng)的管道式 反應(yīng)器，由微加工技術(shù)制造的一種特征尺寸介于10-1000微米之間，把化學(xué)反應(yīng)控制在微 小反應(yīng)空間的裝置。微反應(yīng)器中狹窄的微通道縮短了質(zhì)量傳遞的距離和時(shí)間，同時(shí)增大的 比表面積也為傳質(zhì)過程提供了更大場(chǎng)所，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物料的快速混合，毫秒級(jí)范圍內(nèi)實(shí) 現(xiàn)徑向完全混合。微反應(yīng)器狹窄的微通道同時(shí)也增加了溫度梯度，增大的比表面積大大的 強(qiáng)化了反應(yīng)器的傳熱能力（25000WAm2*K))，與傳統(tǒng)換熱器相比至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0016] 目前，微通道反應(yīng)器已經(jīng)在具有一定危險(xiǎn)性的硝化反應(yīng)，加氫反應(yīng)等反應(yīng)得到良 好利用，大的提升了該類反應(yīng)的安全性。而在酯化反應(yīng)，環(huán)化反應(yīng)等反應(yīng)中，由于反應(yīng)情況 的復(fù)雜性，不確定性微通道反應(yīng)器的使用還需要進(jìn)一步的摸索與嘗試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用微通道反應(yīng)器制備2-甲基氮丙啶的方法，反應(yīng) 效率顯著提升，大大縮短反應(yīng)時(shí)間，避免了釜式反應(yīng)可能出現(xiàn)的飛溫現(xiàn)象，減少了副產(chǎn)物的 生成，增加了安全性，減少了生產(chǎn)成本，克服傳統(tǒng)生產(chǎn)中勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量 低下，三廢產(chǎn)生較多的缺點(diǎn)。
[0018] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0019] -種利用微通道反應(yīng)器制備2-甲基氮丙啶的方法，包括如下步驟：
[0020] 1)將濃硫酸和異丙醇胺按照體積流量比1:2-8分別輸入微通道反應(yīng)器，混合后進(jìn) 行酯化反應(yīng)，溫度為5-50°C，反應(yīng)時(shí)間20-80s ;
[0021] 2)酯化反應(yīng)后的反應(yīng)液與濃度為5-45%的氫氧化鈉水溶液發(fā)生環(huán)化反應(yīng)，反應(yīng) 溫度為50-90°C，反應(yīng)時(shí)間15-80s，壓力為0· 1-1. 2MPa ;
[0022] 3)反應(yīng)結(jié)束后出料，將反應(yīng)流出物料pH調(diào)至1-6。
[0023] 優(yōu)選地，所述酯化反應(yīng)溫度為20_30°C，酯化反應(yīng)的時(shí)間為30-60S，物料進(jìn)行環(huán)化 反應(yīng)的時(shí)間為40-80s，環(huán)化反應(yīng)溫度為60-80°C。
[0024] 優(yōu)選地，濃硫酸和異丙醇胺體積流量比為1:3-7。
[0025] 又進(jìn)一步，步驟3)中氫氧化鈉水溶液的濃度為20-40 %，濃硫酸的流速為 5ml-20ml/min，異丙醇胺的流速為20-80ml/min，氫氧化鈉水溶液的流速為20-80ml/min。
[0026] 優(yōu)選地，物料進(jìn)行酯化反應(yīng)和環(huán)化反應(yīng)的壓力為0. 3-lMPa。
[0027] 進(jìn)一步，所述微通道反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置若干反應(yīng)模塊，反應(yīng)模塊材質(zhì)為耐壓玻璃、陶 瓷、碳復(fù)合材料或耐酸材料，反應(yīng)模塊內(nèi)設(shè)有反應(yīng)物料通道，反應(yīng)物料通道內(nèi)徑為〇. 5-5_。
[0028] 本發(fā)明的2-甲基氮丙啶是以水溶液的形式得到的，2-甲基氮丙啶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40-60 %〇
[0029] 本發(fā)明利用微通道反應(yīng)器，以濃硫酸和異丙醇胺為原料制備2-甲基氮丙啶，微通 道反應(yīng)器具有的微細(xì)化尺度決定了在其中持續(xù)流動(dòng)的微觀流體的傳遞特性和宏觀流動(dòng)特 性。在微通道反應(yīng)器中，其細(xì)微的孔道結(jié)構(gòu)具有更大的比表面積，微通道反應(yīng)器中狹窄的微 通道縮短了質(zhì)量傳遞的距離和時(shí)間，同時(shí)增大的比表面積也為傳質(zhì)過程提供了更大場(chǎng)所， 從而實(shí)現(xiàn)濃硫酸和異丙醇胺的快速混合，在毫秒級(jí)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)徑向完全混合，大大提升傳 質(zhì)效率。
[0030] 本發(fā)明采用具有雙溫區(qū)的微通道反應(yīng)器，濃硫酸和異丙醇胺輸入高通量微通道反 應(yīng)器，進(jìn)行酯化反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度在5-50°C，再與氫氧化鈉水溶液進(jìn)一步進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)， 控制反應(yīng)溫度在50-90°C，得到2-甲基氮丙啶水溶液，準(zhǔn)確控制反應(yīng)溫度，使反應(yīng)能夠在短 時(shí)間內(nèi)達(dá)到優(yōu)質(zhì)的傳熱效果，提高反應(yīng)效率，縮短了酯化反應(yīng)和環(huán)化反應(yīng)的時(shí)間，濃硫酸的 強(qiáng)放熱效應(yīng)造成的飛溫得到有效控制，本發(fā)明雙溫區(qū)的一鍋法設(shè)計(jì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)反應(yīng)釜分步操 作帶來的成本增加與產(chǎn)物損失，同時(shí)增加了反應(yīng)的可操作性與安全性。
[0031] 本發(fā)明微通道反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物料通道的內(nèi)徑為0. 5-5_，其通道內(nèi)流體的流動(dòng)形 式為層流，在極窄的停留時(shí)間內(nèi)，幾乎無返混現(xiàn)象。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0033] 1)本發(fā)明利用微通道反應(yīng)器，以濃硫酸和異丙醇胺制備2-甲基氮丙啶，由于反應(yīng) 物料得以快速充分混合，提升了傳質(zhì)效率，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)效率得到顯著提升。
[0034] 2)由于微通道反應(yīng)器的強(qiáng)對(duì)流，強(qiáng)傳熱特點(diǎn)，避免了釜式反應(yīng)可能出現(xiàn)的飛溫現(xiàn) 象，減少了副產(chǎn)物的生成，增加了安全性，減少了生產(chǎn)成本，克服傳統(tǒng)生產(chǎn)中勞動(dòng)強(qiáng)度大，生 產(chǎn)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量低下，三廢產(chǎn)生較多的劣勢(shì)。
[0035] 3)本發(fā)明采用微通道反應(yīng)器一鍋法反應(yīng)，濃硫酸和異丙醇胺輸入高通量微通道反 應(yīng)器先進(jìn)行酯化反應(yīng)，再與氫氧化鈉水溶液進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)，得到2-甲基氮丙啶水溶液，通 過一鍋法反應(yīng)，避免了分步操作過于冗長(zhǎng)的分離純化步驟，降低了純化過程中的產(chǎn)品損失， 有利于提高收率，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量得到提升，反應(yīng)總收率從釜式的80%提升至90%以上，反 應(yīng)的異丙醇胺選擇性從90 %提升至98%，異丙醇胺轉(zhuǎn)化率從90 %提升至95%以上。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的反應(yīng)流程圖。
【具體實(shí)施方式】