一种三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法与流程

本发明属于有机合成
技术领域：
，具体涉及一种三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法。
背景技术：
：三甲基烯丙基氯化铵，简称(tmaac)石油工业中用途广泛，可用于粘土处理剂、钻井液等，也可用作制粘合剂、洗涤剂、染色助剂，同时可用在牙槽骨修复材料、导电、抗菌等工业材料。有关tmaac合成的文献报道较少，而文献：三甲基烯丙基氯化铵的合成及结构分析(伊忠，化学试剂，2005，27(9)，568～570)，报道了tmaac实验室的合成方法，该方法通过将33％三甲胺溶液和烯丙基氯混合后加入三颈圆底磨口烧瓶中，再加入阻聚剂和抗氧剂，同时通入氮气保护。开启搅拌器，把温度恒定在50℃，反应时间为5h，反应完成后，将反应液过滤，含季铵盐的滤液加纯水配制成溶液。并且通过实验室的研究发现烯丙基氯过量60％、反应温度55℃、反应时间6h是最佳的反应条件。然而上述实验室合成方法中仍然存在许多问题：由于三甲胺(沸点为3～4℃)和烯丙基氯(45℃)的沸点都非常低，反应过程中，通入氮气保护，会导致原料的部分损失；烯丙基氯过量60％，很大程度上增加原材料单耗和生产成本等问题。所以，上述工艺并不合适于工业化生产。关键的是，上述合成方法仍处于小试开发阶段，三甲胺和烯丙基氯一次加入，对于放大数量级倍的工业级生产大量的反应热难以移除，工艺安全、产品品质都存在非常大的风险。目前，对于tmaac工业上的连续化生产工艺也尚未见报道。技术实现要素：本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种工业上的三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法，所述生产方法包括依次且连续进行的如下步骤：(1)将三甲胺和烯丙基氯分别连续地通入管式反应器组内进行反应生成三甲基烯丙基氯化铵，并在所述管式反应器组内通入水用于溶解生成的三甲基烯丙基氯化铵得到三甲基烯丙基氯化铵溶液半成品；(2)将经步骤(1)得到的所述半成品连续地通入脱气塔进行处理；(3)回收所述脱气塔顶部的气体，同时收集所述脱气塔底部的液体作为三甲基烯丙基氯化铵溶液成品。本发明中，所述三甲胺为液化三甲胺或水溶液三甲胺。根据本发明的一些实施方面，步骤(1)中，所述管式反应器组内系统压力为大于等于0.3mpa，温度为0～60℃，所述三甲胺和烯丙基氯的添加摩尔比为0.7～1.3：1。考虑高压存在一定安全风险，优选地，所述管式反应器组内系统压力为0.3～2.0mpa。根据本发明的一些实施方面，步骤(1)中，所述管式反应器组包括1个或通过连接管道依次串联连接的若干个管式反应器，所述三甲胺、烯丙基氯和水分别通入所述管式反应器组内，所述管式反应器组的出口与所述脱气塔连通。根据本发明的一些实施方面，各所述管式反应器内压力为0.3～2.0mpa，温度为0～60℃，物料在所述管式反应器组内的总停留时间为300～2700s。所述管式反应器组中，反应器的管道为圆管、螺旋管、翅片管中的一种或多种的组合。在一些优选地实施方案中，步骤(1)中，所述管式反应器组包括通过连接管道依次串联连接的第一管式反应器、第二管式反应器和第三管式反应器，所述三甲胺和烯丙基氯分别通入所述第一管式反应器内，所述水分别通入所述第二管式反应器和第三管式反应器内，所述第三管式反应器的出口与所述脱气塔连通。根据本发明的一些实施方面，采用气体回收设备回收所述脱气塔顶部的气体。根据本发明的一些实施方面，所述气体回收设备包括依次设置且通过连接管道连通的真空泵、用于存放气体的气体缓冲罐、用于压缩气体的压缩机、用于将压缩后的气体冷凝为液体的换热器及用于存放液体的中间储罐，所述真空泵将所述脱气塔顶部的气体泵入所述气体缓冲罐，然后经所述压缩机将气体进行压缩，压缩后的气体经所述换热器冷凝为液体后进入所述中间储罐，然后进入所述管式反应器组内作为三甲基烯丙基氯化铵的反应原料使用。优选地，所述中间储罐的出口通过连接管道与所述管式反应组中的其中一个管式反应器连通，该连接管道上设置有流量计。根据本发明的一些实施方面，所述生产方法采用的生产装置包括用于存放三甲胺的三甲胺原料罐、用于存放烯丙基氯的烯丙基氯原料罐、所述管式反应器组、所述气体回收设备、所述脱气塔及用于存放三甲基烯丙基氯化铵溶液成品的成品储罐。根据本发明的一些实施方面，所述脱气塔内的压力小于所述管式反应器组内的压力。在一些优选实施方案中，所述脱气塔内压力为-0.1～-0.99mpa。进一步优选地，所述脱气塔内压力为-0.3～-0.8mpa。根据本发明的一些实施方面，所述生产方法还包括将所述脱气塔底部的液体经循环泵一部分循环进入所述脱气塔处理，另一部分作为所述三甲基烯丙基氯化铵溶液成品。根据本发明的一些实施方面，步骤(3)中，控制所述三甲基烯丙基氯化铵溶液成品的浓度为45％～75％。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明以三甲胺和烯丙基氯为原料连续地通入管式反应器组内，并在管式反应器组内进行连续化tmaac生产，相比间歇式生产的一次性加料，采用在管式反应器内连续生产，反应热易移除，反应温度易控制，安全可控。另一方面，采用管式反应器进行tmaac连续生产，管式反应器返混小，能够大大缩短反应时间，进而减少副反应。反应在连续化封闭系统进行，整个系统的出料仅是三甲基烯丙基氯化铵水溶液产品，生产过程无三废产生，反应收率大于等于99.2％。通过本发明的方法，tmaac不仅实现了连续化工业化生产，而且反应热易移除，最终获得的三甲基烯丙基氯化铵水溶液产品色泽浅，储存稳定，且反应过程中，添加的原料仅是作为反应原料的三甲胺和烯丙基氯及用于溶解三甲基烯丙基氯化铵的水，经脱气塔处理后，回收脱气塔顶部的气体，回收后的气体经处理后可再次作为三甲基烯丙基氯化铵的反应原料使用，使得原材料得到回用，降低生产成本，人工成本也低。附图说明图1为本发明的一个实施例tmaac的连续生产方法所采用的生产装置的结构示意图；图中：1、脱气塔；1a、壳体；1b、捕沫器；1c、上填料层；1d、盘式分布器；1e、下填料层；1f、喷淋头；2、进水口；3、第一管式反应器；4、第二管式反应器；5、第三管式反应器；6、温度计；7、压力表；8、真空泵；9、气体缓冲罐；10、压缩机；11、中间储罐；12、流量计；13、持压泄压阀；14、循环泵；15、换热器。具体实施方式本发明以三甲胺和烯丙基氯为反应原料进行工业化连续化生产tmaac。一个具体地实施方案采用的生产装置如图1所示，该生产装置包括用于存放三甲胺的三甲胺原料罐、用于存放烯丙基氯的烯丙基氯原料罐、管式反应器组、通过连接管道与管式反应器组的出口连通的脱气塔1、通过连接管道与脱气塔1顶部的气体出口连通的气体回收设备及用于收集脱气塔1底部料液的成品储罐，图中未显示三甲胺原料罐、烯丙基氯原料罐和成品储罐，其中，三甲胺原料罐、烯丙基氯原料罐分别通过连接管道与管式反应器组的进口连通，以将三甲胺和烯丙基氯连续通入管式反应器组内进行反应生成三甲基烯丙基氯化铵；管式反应器组内的料液连续进入脱气塔1进行处理，气体经脱气塔1顶部的气体出口进入气体回收设备进行回收，液体经脱气塔1底部的液体出口流出。该生产装置还包括设置在管式反应器组上的用于供水进入其内部以溶解生成的三甲基烯丙基氯化铵的进水口2。管式反应器组与脱气塔1之间的连接管道上设置持压泄压阀13。管式反应器组中，反应器的管道为圆管、螺旋管、翅片管中的一种或两种的组合。以下实施例中采用圆管。管式反应器组可以是1个或多个通过连接管道串联连接的管式反应器，管式反应器组可以是1个、2个、3个或多个，当为2个以上时，通过连接管道串联连接。一些实施例中，管式反应器组包括依次设置且通过连接管道连通的第一管式反应器3、第二管式反应器4及第三管式反应器5，三甲胺原料罐、烯丙基氯原料罐分别通过连接管道与第一管式反应器3的进口连通，第三管式反应器5的出口通过连接管道与脱气塔1连通。其中，第一管式反应器3、第二管式反应器4及第三管式反应器5分别作为反应的预热段、反应段、保温段，并控制第一管式反应器3内压力为0.3～2.0mpa，温度为0～40℃，停留时间为10～100s；第二管式反应器4内压力为0.3～2.0mpa，温度为0～60℃，停留时间为60～600s；第三管式反应器5内压力为0.3～1.8mpa，温度为0～60℃，停留时间为300～2000s。优选地，第一管式反应器3内温度为15～40℃；第二管式反应器4内温度为15～60℃；第三管式反应器5内温度为15～60℃。控制脱气塔1内压力小于第三管式反应器5内压力，脱气塔1内压力为-0.1～-0.99mpa，优选地，脱气塔1内压力为-0.3～-0.8mpa。第一管式反应器3和第二管式反应器4之间的连接管道、第二管式反应器4和第三管式反应器5之间的连接管道上分别设置有进水口2。第二管式反应器4和第三管式反应器5上分别设置一个或多个进水口2。具体地，在第二管式反应器4的两端分别设置一个或多个进水口2，在第三管式反应器5的两端也分别设置一个或多个进水口2。第一管式反应器3和第二管式反应器4之间的连接管道还分别设置有温度计6和压力表7；第二管式反应器4和第三管式反应器5之间的连接管道上也分别设置有温度计6和压力表7。温度计6和压力表7的设置用于监测反应过程的温度和压力参数。气体回收设备包括依次设置且通过连接管道连通的真空泵8、用于存放气体的气体缓冲罐9、用于压缩气体的压缩机10、用于将压缩后的气体冷凝为液体的换热器15及用于存放液体的中间储罐11，真空泵8的进口通过连接管道与脱气塔1顶部的气体出口连通，中间储罐11通过连接管道与管式反应器组连通用于将中间储罐11内的液体作为三甲基烯丙基氯化铵的反应原料使用。中间储罐11通过连接管道与第二管式反应器4连通，中间储罐11和第二管式反应器4之间的连接管道上设置有流量计12。第一管式反应器3、第二管式反应器4、第三管式反应器5为夹套式管式反应器，第一管式反应器3、第二管式反应器4、第三管式反应器5的夹套内通入用于分别维持第一管式反应器3、第二管式反应器4、第三管式反应器5内物料的所需温度的冷媒或热媒。脱气塔1包括壳体1a，沿上下方向分别设置在壳体1a内的捕沫器1b、上填料层1c、盘式分布器1d、下填料层1e，设置在壳体1a内且位于捕沫器1b和上填料层1c之间的喷淋头1f，管式反应器组的出口与喷淋头1f连通。具体地，第三管式反应器5的出口与喷淋头1f连通。该生产装置还包括循环泵14，循环泵14的进口通过连接管道与脱气塔1底部的液体出口连通，脱气塔1还通过连接管道与循环泵14的出口连通。循环泵14的出口与脱气塔1之间的连接管道可以连接在脱气塔1的盘式分布器对应的位置，也可以与喷淋头1f连接，或者脱气塔1的其他位置(如塔顶)。脱气塔1底部的液体经循环泵14一部分循环进入脱气塔1进行处理，另一部分作为三甲基烯丙基氯化铵溶液成品进入成品储罐。在其他实施例中，管式反应器组也可以有4个管式反应器，分别通过连接管道依次串联连接的第一管式反应器、第二管式反应器、第三管式反应器和第四管式反应器。以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例1本例提供的三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法，具体实施如下：(1)通过计量泵分别将三甲胺原料罐内的液化三甲胺和烯丙基氯原料罐内的烯丙基氯持续泵入第一管式反应器3内使其进行反应生产三甲基烯丙基氯化铵，控制第一管式反应器3内温度为15℃、压力为1.2mpa、停留时间为22s，第二管式反应器4内温度为20℃、压力为1.0mpa、停留时间为188s，第三管式反应器5内温度为45℃、压力为0.8mpa停留时间为1360s，并打开生产装置中的各进水口2，使总进水量为150kg/h，通入的水为去离子水以溶解反应过程中生成的三甲基烯丙基氯化铵使得第三管式反应器5的出料为三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品，其中，液化三甲胺初始进料量为235.3kg/h，烯丙基氯的进料量为282kg/h，6h后液化三甲胺进料量调整为217.9kg/h，烯丙基氯进料量保持282kg/h不变。(2)将经步骤(1)得到的三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品经持压泄压阀13后经脱气塔1的喷淋头1f进入脱气塔1内进行处理，并控制脱气塔1内压力为-0.4mpa。(3)经步骤(2)处理后，回收脱气塔1塔顶未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和少量水蒸气，具体地：气体回收设备的真空泵8将气体(即未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和少量水蒸气)从脱气塔1顶部的气体出口泵入气体缓冲罐9，然后通过压缩机10将气体压缩，压缩后的气体经换热器15冷凝为液体，然后进入中间储罐11，再通过流量计12定量(流量为23.1kg/h)进入第二管式反应器4内作为三甲基烯丙基氯化铵的反应原料使用；脱气塔1底部的液体经循环泵14一部分进入脱气塔1内进行循环脱气处理，另一部分作为三甲胺烯丙基氯化铵溶液成品进入成品储罐，产品收率为99.5％，含量为70.2％。取样脱气塔1塔顶的气体中，经色谱检测三甲胺含量76.2％，烯丙基氯含量1.5％，其余为水蒸气。取样成品储罐中的产品进行稳定性测试，结果如表1所示：表1指标指标范围检测结果储存3个月储存6个月储存12个月外观无色至淡黄色液体淡黄色液体淡黄色液体淡黄色液体淡黄色液体含量，％70±170.270.069.970.1色号，apha≤10030304045原液ph5.0-7.06.86.86.66.5实施例2本例提供的三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法，具体实施如下：(1)通过计量泵分别将三甲胺原料罐内的液化三甲胺和烯丙基氯原料罐内的烯丙基氯持续泵入第一管式反应器3内使其进行反应生产三甲基烯丙基氯化铵，控制第一管式反应器3内温度为25℃、压力为1.6mpa、停留时间为20s，第二管式反应器4内温度为30℃、压力为1.5mpa、停留时间为138s，第三管式反应器5内温度为50℃、压力为1.1mpa停留时间为1035s，并打开生产装置中的各进水口2，使总进水量为300kg/h，通入的水为去离子水以溶解反应过程中生成的三甲基烯丙基氯化铵使得第三管式反应器5的出料为三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品，其中，三甲胺初始进料量为435.8kg/h，烯丙基氯的进料量为609.2kg/h，3h后三甲胺进料量保持435.8kg/h不变，烯丙基氯进料量调整为564kg/h。(2)将经步骤(1)得到的三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品经持压泄压阀13后经脱气塔1的喷淋头1f进入脱气塔1内进行处理，并控制脱气塔1内压力为-0.6mpa。(3)经步骤(2)处理后，回收脱气塔1塔顶未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和少量水蒸气，具体地：气体回收设备的真空泵8将气体(即未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和少量水蒸气)从脱气塔1顶部的气体出口泵入气体缓冲罐9，然后通过压缩机10将气体压缩，压缩后的气体经换热器15冷凝为液体，然后进入中间储罐11，再通过流量计12定量(流量为12kg/h)进入第二管式反应器4内作为三甲基烯丙基氯化铵的反应原料使用；脱气塔1底部的液体经循环泵14一部分进入脱气塔1内进行循环脱气处理，另一部分作为三甲胺烯丙基氯化铵溶液成品进入成品储罐，产品收率为99.3％，含量为69.9％。取样脱气塔1塔顶的气体中，经色谱检测三甲胺含量1.96％，烯丙基氯含量72.1％，其余为水蒸气。实施例3本例提供的三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法，具体实施如下：(1)通过计量泵分别将三甲胺原料罐内的浓度为30％水溶液三甲胺和烯丙基氯原料罐内的烯丙基氯持续泵入第一管式反应器3内使其进行反应生产三甲基烯丙基氯化铵，控制第一管式反应器3内温度为40℃、压力为1.0mpa、停留时间为35s，第二管式反应器4内温度为50℃、压力为1.0mpa、停留时间为188s，第三管式反应器5内温度为50℃、压力为0.9mpa停留时间为1435s，第四管式反应器内温度为40℃、压力为0.7mpa停留时间为235s并打开生产装置中的各进水口2，使总进水量为55.68kg/h，通入的水为去离子水以溶解反应过程中生成的三甲基烯丙基氯化铵使得第三管式反应器5的出料为三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品，其中，30％水溶液三甲胺初始进料量为980.6kg/h，烯丙基氯的进料量为352.6kg/h，3h后三甲胺进料量调整为908.0kg/h，烯丙基氯进料量保持352.6kg/h。(2)将经步骤(1)得到的三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品经持压泄压阀13后经脱气塔1的喷淋头1f进入脱气塔1内进行处理，并控制脱气塔1内压力为-0.4mpa。(3)经步骤(2)处理后，回收脱气塔1塔顶未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和少量水蒸气，具体地：气体回收设备的真空泵8将气体(即未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和少量水蒸气)从脱气塔1顶部的气体出口泵入气体缓冲罐9，然后通过压缩机10将气体压缩，压缩后的气体经换热器15冷凝为液体，然后进入中间储罐11，再通过流量计12定量(流量为12kg/h)进入第二管式反应器4内作为三甲基烯丙基氯化铵的反应原料使用；脱气塔1底部的液体经循环泵14一部分进入脱气塔1内进行循环脱气处理，另一部分作为三甲胺烯丙基氯化铵溶液成品进入成品储罐，产品收率为99.2％，含量为45.2％。取样脱气塔1塔顶的气体中，经色谱检测三甲胺含量73.5％，烯丙基氯含量0.55％，其余为水蒸气。对比例本例提供的三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法，具体实施如下：(1)通过计量泵分别将三甲胺原料罐内的浓度为30％水溶液三甲胺和烯丙基氯原料罐内的烯丙基氯持续泵入第一管式反应器3内使其进行反应生产三甲基烯丙基氯化铵，该管式反应器采用螺旋管，控制第一管式反应器3内温度为50℃、压力为0.7mpa、停留时间为290s，并打开生产装置中位于第一管式反应器出口2，使总进水量为55.68kg/h，通入的水为去离子水以溶解反应过程中生成的三甲基烯丙基氯化铵使得第一管式反应器的出料为三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品，其中，30％水溶液三甲胺初始进料量为980.6kg/h，烯丙基氯的进料量为352.6kg/h，3h后三甲胺进料量调整为908.0kg/h，烯丙基氯进料量保持352.6kg/h。(2)将经步骤(1)得到的三甲基烯丙基氯化铵水溶液半成品经持压泄压阀13后经脱气塔1的喷淋头1f进入脱气塔1内进行处理，并控制脱气塔1内压力为-0.2mpa。(3)回收脱气塔1塔顶未反应的三甲胺气体、烯丙基氯气体和夹带少量水蒸气。因该实施过程在脱气塔中脱气时产生大量气体，理化与色谱检测相结合测算反应转化率为40％左右(以烯丙基氯计)，得到结论为停留时间太短，需要延长停留时间。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3