专利名称：雾化器-管路偶联连续化制备水溶性偶氮染料的方法
技术领域：
本发明涉及一种雾化器-管路偶联连续化制备水溶性偶氮染料的方法。
背景技术：
偶氮染料色谱齐全、易于合成、品种众多，被广泛应用于纺织印染、印刷、造纸、化妆等行业，是一类极其重要的染料类别。偶氮染料生产主要包括重氮化反应和偶合反应技术，但偶合反应为放热反应，重氮盐对热不稳定，因此现在工业上所用的偶合反应间歇式合成技术均要在冷却的情况下进行，一般都用冰水浴冷却，温度维持在O 5°C进行。然而，在现有的间歇式偶合反应中，重氮盐在反应器中停留时间长、釜式间歇反应器中存在局部过热、重氮盐容易分解，导致产品收率低、质量低、能耗大、各个批次产品的色光、强度参差不齐等问题。采用连续化工艺生产技术，控制重氮盐和偶合组分快速均匀接触，反应释放出的 热量快速传递远离反应介质，可大幅度提高偶氮染料的产品质量和产量，从根本上达到印染业对染料产品品质稳定性的需求；并且在该装置中进行的水溶性偶氮染料制备反应在常温下进行，无需外加冷源降温，具有明显的节能降耗特性，实现了水溶性偶氮染料节能高效高质量生产。连续化合成技术由于反应时间短、产能高，在化学合成中占有极其重要的地位，尤其是散热性能优异的微反应器。Robert C. R. Wootton等人用苯胺重氮盐和2-萘酹在微反应器中进行偶合反应合成了偶氮染料(Lab Chip，2002，2，5-7)。克莱恩公司(Org ProRes&Dev，2004，8 440-454 ；CN01121867. 3 ；CN01804731. 9)利用微反应器技术进行颜料产品的合成反应，该工艺包括三步反应重氮化反应、偶合反应、颜料化反应。第一步反应中，两种液体在一个微反应器中发生重氮化反应，随后重氮盐溶液在第二个微反应器中和偶合组分发生偶合反应，最后在第三个微反应器中进行颜料化反应。反应的结果表明，用微反应器得到的颜料颗粒平均粒径为90nm，而常规反应器得到的颗粒粒径为598nm，而且微反应器得到的颜料颗粒粒径分布明显变窄。使用微反应器，比常规反应器得到的产品力份(Color Strength)提高了 19% 39% ;亮度(Brightness)提高了 5 6级，透明度(Transparency)提高了 5 6级。但是,微反应器的制作工艺复杂,设备昂贵,并且一旦通道堵塞，难于清洗，仅适用于不会产生堵塞的反应，并且微反应器的物料处理量小，较难用于大规模染料生产。
发明内容
本发明提供了一种雾化器-管路偶联连续化制备水溶性偶氮染料的方法。经由雾化器雾化的雾滴具有粒径小、比表面积大的优点，因此将重氮盐与偶合组份分别喷雾并相向运动，可使其充分接触，加快其混合与反应速度；将雾化器与带有截流塔板的管路偶联，可使经雾化混合的反应液流流经带有截流塔板的管路，通过在塔板上湍流混合进一步强化混合与反应，并实现雾化接触反应的反应热瞬时与反应物分离，少量未反应组分在塔板上反应并在重力作用下快速向下流动，放出的反应热在塔板上快速传递散热，实现水溶性偶氮染料的常温快速连续化生产。本发明制备方法简单，与间歇反应釜制备同类染料相比，本发明制备水溶性偶氮染料过程中不需要外加冷源降温，具有明显的节能降耗特性，实现了水溶性偶氮染料节能高效高质量生产。具体采用如下技术方案
一种连续化反应制备水溶性偶氮染料的方法利用恒流泵将偶合组分水溶液与重氮盐溶液分别输送到偶合组份溶液喷雾装置和重氮盐溶液喷雾装置中，经连续化喷出的重氮盐溶液雾滴与偶合组份雾滴充分接触、混合并发生偶合反应，经含截流塔板的管路装置进一步混合与反应，形成水溶性偶氮染料；所述连续化反应器无需外加冷源或热源。优选的方案中，所述重氮盐溶液喷雾装置的轴向与偶合组份溶液喷雾装置的轴向呈O 180°角。优选的又一方案中，所述管路装置中的截留塔板个数为I 500个，截留塔板与管壁呈O 180°角。本发明提供的方法，经喷雾装置形成的重氮盐雾滴与偶合组份雾滴按一定角度相向运动、充分接触、下降过程中形成液流；液流在具有截流塔板的管路中流动、两组份由于湍流而充分接触，获得水溶性偶氮染料溶液。本发明提供的连续化反应器无需外加冷源或热源。此外，经由雾化器雾化的雾滴具有粒径小、比表面积大的优点，因此将重氮盐与偶合组份分别喷雾并相向运动，可使其充分接触，加快其混合与反应速度；将雾化器与带有截流塔板的管路偶联，可使经雾化混合的反应液流流经带有截流塔板的管路，通过在塔板上湍流混合进一步强化混合与反应，并实现雾化接触反应的反应热瞬时与反应物分离，少量未反应组分在塔板上反应并在重力作用下快速向下流动，放出的反应热在塔板上快速传递散热，实现水溶性偶氮染料的常温快速连续化生产。本发明提供的方法，偶合反应根据反应过程中pH值的不同，分为酸性条件下偶合与碱性条件下偶合两种过程(I)酸性条件下偶合将芳胺类偶合组分溶于水中(调其PH值在7以下)，利用恒流泵，将偶合组分水溶液与制备的重氮盐溶液分别输送到喷雾反应器中，经喷雾器雾化，雾滴相向运动、充分接触混合，进入带有截流挡板的管路，控制流速，调控反应物料pH，使反应器出口处的产物溶液的pH值小于5，得到水溶性偶氮染料溶液；(2)碱性条件下偶合将含有活泼亚甲基或酚羟基的偶合组分溶于水中，调其pH值在9以上，利用恒流泵，将偶合组分的水溶液与制备的重氮盐溶液分别输送到喷雾反应器中，经喷雾器雾化，雾滴相向运动、充分接触混合与反应，进入带有截流挡板的管路，控制流速，调控反应物料pH，使反应器出口处的产物溶液的pH值大于7，得到水溶性偶氮染料溶液。本发明提供的水溶性偶氮染料的雾化器-管路偶联连续化制备方法，核心在于雾化器与管路的偶联。利用雾化器喷出的雾滴粒径小、比表面积大、易于接触混合的特性，使重氮盐与偶合组份充分接触与快速混合，并将雾化装置与带有截流塔板的管路偶联，使经雾化快速混合的反应液快速流经带有截流塔板的管路，少量未反应组分在塔板上反应并在重力作用下快速向下流动，雾化接触反应的反应热瞬时与反应物分离，在塔板上反应放出的反应热在塔板上快速传递散热，实现染料的快速连续化生产。本发明制备方法简单，与间歇反应釜制备同类染料相比，本发明制备水溶性偶氮染料过程中不需要外加冷源降温，具有明显的节能降耗特性，实现了水溶性偶氮染料节能高效高质量生产，具有广阔的应用前景。
图I为本发明提供的雾化器-管路偶联连续化反应的示意图。
具体实施例方式下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。实施例I偶合组分溶液的制备向盛有40ml水的250ml烧瓶中，加入6. 82g 1_氨基_8_羟基-3，6-萘二磺酸，在搅拌下加入浓度为20%的碳酸钠溶液，调节pH为6. 0-6. 5，加水稀释偶合组分溶液至总体积200ml、pH为6. 0-6. 5，得到含I-氨基-8-羟基-3，6-萘二磺酸偶合组分的溶液备用。制备与偶合组分溶液摩尔浓度相同的苯胺重氮盐溶液备用。利用校准恒流泵，调节苯胺重氮盐溶液和偶合组分溶液的流量均为30ml/min，将苯胺重氮盐溶液和上述偶合组分溶液分别输送入雾化器-管路偶联连续化反应器中，所述雾化器中的喷雾器(I和2)的设定角度Θ为90度；该反应器中管路装置(3)中的截流塔板数为10个，截留塔板与管壁呈60°角，反应器出口处的产物溶液pH值为2-3，得到水溶性偶氮染料溶液。实施例2-30用对甲氧基苯胺重氮盐溶液、邻氯苯胺重氮盐溶液、I-萘胺重氮盐溶液、苯胺2，5双磺酸重氮盐溶液、对硝基苯胺重氮盐溶液、间硝基苯胺重氮盐溶液、邻硝基苯胺重氮盐溶液、对腈基苯胺重氮盐溶液、对氨基苯磺酸重氮盐溶液、邻氨基苯磺酸重氮盐溶液、I-氨基-4-萘磺酸重氮盐溶液及结构分别为1-18#的重氮盐溶液，代替苯胺重氮盐溶液，在雾化器-管路偶联连续化反应器中分别与I-氨基-8-羟基_3，6-萘二磺酸溶液反应，制得相应的水溶性偶氮染料溶液，其他条件与实施例I 一致。
CWY^Ntcr fYnΥ"γ*Γ
丫 ^^S03H 丫 ^-SO3H ^ 丫 1^SO3H ClFCl
1#2#3#
rrV 丫 NHrrNVrrVNrNHrYNcr
1U 丫 IAso3H^so3HnYn ^so3H
FF
4#5#
权利要求
1.一种雾化器-管路偶联连续化制备水溶性偶氮染料的方法，其特征在于偶合反应在雾化器-管路偶联连续化反应器中进行，包括以下步骤(a)重氮盐溶液经喷雾装置形成雾滴；(b)偶合组份溶液经另一喷雾装置形成雾滴；(C)重氮盐与偶合组份的雾滴相向运动、充分接触、形成液流；(d)液流在具有截流塔板的管路中流动、两组份在塔板上完成充分偶合，制得水溶性偶氮染料溶液。
2.根据权利要求I所述的雾化器-管路偶联连续化反应器，其特征在于该反应器由重氮盐溶液喷雾装置(I)、偶合组份溶液喷雾装置(2)和含截流塔板的管路装置(3)组成，其用于偶合反应的过程为连续化喷出的重氮盐溶液的雾滴与偶合组份的雾滴充分接触、混合与偶合反应，经含截流塔板的管路进一步混合与反应，形成水溶性偶氮染料，反应装置无需外加冷源或热源。
3.根据权利要求2所述的雾化器-管路偶联连续化反应器，其特征在于该反应器中的重氮盐溶液喷雾装置(I)的轴向与偶合组份溶液喷雾装置(2)的轴向呈O 180°角。
4.根据权利要求2所述的连续化反应器，其特征在于该反应器中管路装置(3)中的截流塔板数为I 500个，截留塔板与管壁呈0 180°角。
全文摘要
本发明提供了一种雾化器-管路偶联连续化制备水溶性偶氮染料的方法。本发明将雾化器与带有截流塔板的管路偶联，使雾化混合的反应液流流经带有截流塔板的管路，通过在塔板上湍流混合进一步强化混合与反应，并实现雾化接触反应的反应热瞬时与反应物分离，实现水溶性偶氮染料的常温快速连续化生产。经由雾化器雾化的雾滴具有粒径小、比表面积大的优点，因此将重氮盐与偶合组份分别喷雾并相向运动，可使其充分接触，加快其混合与反应速度。本发明制备方法简单，与间歇反应釜制备同类染料相比，本发明制备水溶性偶氮染料过程中不需要外加冷源降温，具有明显的节能降耗特性，实现了水溶性偶氮染料节能高效高质量生产。
文档编号C09B29/36GK102618083SQ201210062250
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者吕荣文, 唐炳涛, 张淑芬 申请人:大连理工大学