使用振荡流混合反应器合成有机过氧化物的制作方法

本发明涉及有机过氧化物的高效安全的合成，特别涉及在振荡流条件下连续合成有机过氧化物。

发明背景

有机过氧化物作为聚合物制备中的引发剂或作为药物制剂和复杂化学合成中的氧化剂起到重要作用。

有机过氧化物是已知当没有保持在足够低的温度下时在自加速放热反应中分解的热敏、高反应性化合物。各自的自加速反应的开始和进行不仅依赖于温度，还依赖于各有机过氧化物所处的散热条件。界定开始放热分解的最低温度的SADT（自加速分解温度）因此不代表绝对值，而是反映各有机过氧化物所处的条件。较小包装通常具有比较大包装高的表面/体积比和因此更好的散热条件，这带来更高的SADT。

由于它们的热不稳定性，合成有机过氧化物需要非常精确的温度控制以避免任何严重事件。由于各自的生产或制备工艺使用不混溶相的双相或多相反应，需要充分混合反应组分以实现令人满意的反应速率。

有机过氧化物可在不连续或连续法中生产。在不连续法中，将反应物全部加载到反应器中（分批反应）或将一种反应物或催化剂计量到在反应器中提供的其它反应物中（半分批反应）。此类反应器中可提供的反应体积和冷却表面之间的比率通常高，以致精确的温度控制困难并因此限制在一批内安全生产的有机过氧化物的量。

对于更大生产量，连续制备法因此优选，其中原材料的供应和最终产品的取出在连续基础上进行。

L. Fritzsche和A. Knorr在"Transformation of the 2^nd step of a peroxyester synthesis from semi-batch to continuous mode", Chemical Engineering and Processing 70 (2013) 217-221中描述了有机过氧化物合成从半分批模式向连续模式的转变。该反应在暴露在超声下的管式连续流反应器中进行以改进混合和增加相界界面和因此实现两个相之间的更好质量传递。

在"Continuous synthesis of a high energetic substance using small scale reactors", Chemical Engineering Transactions, 32 (2013) 685-690中，L. Fritzsche和A. Knorr描述了“分离重组式（split-and-recombine）”（SAR）反应器，其中两个曲折通道沿它们的整个长度反复分离和重组。该SAR反应器用于在施加超声下的TBPEH（过氧-2-乙基己酸叔丁酯）合成。

文献WO 2008/006666 A1例如描述了使用具有两个反应区的反应器制备酰基过氧化物的连续方法。第一反应区配置成环流反应器，其中大部分双相反应混合物在冷却回路中循环，同时将其中一部分，或更确切地说，将循环体积的20%至50%供往第二反应区并用相应量的新供入的原材料替代。第二反应区由搅拌槽反应器形成，其中串联两个或更多个反应槽，通过至少一个搅拌器混合各反应槽的内容物。将反应槽互相连接以使反应混合物几乎没有从下游反应槽回混到上游反应槽中。尽管能够连续制备有机过氧化物，但在第二反应区中的加工代表一连串CSTR（连续搅拌釜反应器）而非连续流通式反应器，因为第二反应区以槽级联的形式组织，各槽加工总反应体积的一定部分指定时间。由于槽加工，冷却表面和反应混合物的体积之间的比率在第二反应区中仍然较差，因此限制反应器的生产量或需要大量反应槽。不同于连续流反应，该搅拌导致转化率处于先进状态的部分与转化率仍不足的部分再混合。因此，CSTR需要许多槽才能达到良好的最终转化率。作为再混合的另一后果，机械搅拌器没有提供细分散的相混合，从而造成较低的转化率和/或长停留时间（该反应混合物经过反应器所需的时间）。

流通式反应器，例如管式反应器、板式反应器等能在连续流中连续制备有机过氧化物。流通式反应器包括至少一个反应器通道以使该反应混合物通过，由此在使用多于一个反应器通道时，这些通道可以并联和/或串联。由于反应混合物连续流过反应器通道，反应组分的局部浓度基本随该反应混合物沿反应器通道（一个或多个）的长度到各自的位置经过的距离而变化，并可以借助活塞流反应器模型描述。换言之，假设反应混合物组分的浓度仅沿其流向改变而没有横跨流向的梯度。

流通式反应器中的相混合通常通过制造湍流，即方向不同于主流向的不规则局部流实现。可以借助高流速（通常以高于3,000左右的雷诺数为特征）或通过在流道中引入重定向工具如挡板（参见例如WO 1999/55457 A1）或通过通道壁不平整性（例如如WO 2006/092360 A1中公开的螺旋突起或凹入）或通过反应通道或流道方向的改变（例如WO 2012/095176 A1中所述）或通过分离和重组料流（例如如WO 2014/044624 A1中所述的人字形结构）制造湍流。湍流不仅提供有机过氧化物的合成中存在的不混溶相的充分混合，还通常使得最大液滴尺寸小于用机械搅拌工具如搅拌器等可能实现的尺寸。较小的最大液滴尺寸进而提供较大的反应表面以带来较高反应速率和因此较短反应时间。由于基于湍流的混合不需要活动件，各反应器也被称作静态混合器。

可以使用所谓的小型反应器改进用于合成有机过氧化物的工艺条件。小型反应器的特征在于具有毫米范围（毫反应器）或甚至微米范围（微反应器）的流道尺寸（横跨主流向）。小型反应器的使用显著降低局部反应体积，同时提高可用于冷却的反应器通道表面和反应器通道体积之间的比率。这能够改进局部反应温度的控制，其与较小的局部体积一起改进该制备法的安全性。

连续流通式小型反应器的一个实例是如例如文献WO 2007/125091 A1中所述的板式交换器。该板式交换器包括布置形成反应器通道的三个板和在它们之间的热交换通道。该反应器可用于合成有机过氧化物，其中两个反应器通道串联。将两种反应物供入这两个反应器通道的第一个以形成中间产物，然后将其与第三反应物一起供入这两个反应器通道的另一个以形成最终产物。传热流体流经热交换通道以耗散反应热。

在WO 2014/044624 A1中公开了连续流通式小型反应器的另一实例。该反应器包括至少两个具有成角的齿的梳形结构。将这两个结构之一置于另一个上以使这两个结构的齿交错。将由此组合的结构放入覆盖其顶面和底面的外壳中以形成交叉路径，迫使流体沿其反复改变其流向。为了能够制备有机过氧化物，将该外壳置于冷却液流过的管中。

WO 2012/095176 A1中公开的流通式小型反应器提供路径方向反复改变的反应通道。在被另一板覆盖的板中形成反应通道。为了加强湍流和由此改进加工流体的混合，在流体的稳态流上叠加振荡流。

将振荡流限制在原材料的入口和最终产物的出口之间的区域并导致在反应器内反复出现高流速。术语“振荡流”表示流速随时间的变化，由此振荡流的平均流速等于0。当将振荡流叠加在稳态流上时，因此通过稳态流的速率得出平均流速。但是，由于暂时更高的流速，产生更强的湍流，这带来反应混合物组分的更有效混合。反应混合物的停留时间不受振荡流影响，因为平均流速仍等于稳态流速率。

振荡流在稳态流上的叠加在专利说明书US 4,271,007中已被描述为防止固体沉积在用于高温烃裂化的管式反应器的壁上的适当手段。所用振荡频率为115 Hz。WO 2012/095176 A1描述了振荡流在其反应器通道配置为具有反复路径变化的小型反应器中的用途。将振荡流叠加在稳态流上以有效混合处理的悬浮液，以防止固体材料沉积在反应器中并且不必担心反应器的沉降、结垢或堵塞。

连续流反应器中的有机过氧化物制备目前在稳态流条件下进行，其中局部流速不随时间改变。为实现反应混合物中的组分的所需混合，该反应混合物的流速必须足够高以确保湍流条件。在这方面，要指出，尽管湍流引入混沌流条件，但经过一段反应器（一定长度的流道）的流速通常不随时间改变，因此在本文中术语稳态流条件也用于湍流，其中沿反应器路径长度的流体运动模式不随时间改变。本说明书中所用的术语“稳态流”不仅是指（可能缓慢和/或轻微改变的）恒流，还是指或多或少周期性的间歇流特征，如脉动流，其间歇期比反应时间短得多，例如1/10或更短。

由于有机过氧化物的合成必须在相对较低的温度下进行，所需反应时间较长。为了在稳态流条件下运行的流通式反应器中在所需程度上完成各自的合成，反应混合物必须在反应器中停留整个所需反应时间。在原材料的引入和由这些原材料合成的最终产物的输出之间经过的时间长度被称作停留时间并相当于上述反应时间。这一时间段与该反应混合物的流速一起确定所需反应路径的长度。必要的流速越高和停留时间越长，划定该路径的流道越长。

有机过氧化物的合成还需要反应介质的有效温度控制。流道的横向尺寸，即其横跨由其限定的流向的尺寸因此必须至少在一个方向上足够小以保证有效传热。由于这种横截面限制，长流道因此意味着高流阻。高流阻又造成难处理的显著压降并使各自反应器的运行成为技术挑战。此外，长的反应流道也意味着大反应体积，这在过氧化物的情况下引起严重危险。

因此需要能在连续流通条件下安全地大规模合成有机过氧化物的方法和装置。

发明概述

这通过如独立权利要求中定义的本发明实现。

连续制备有机过氧化物的各自方法包括以下步骤：提供连续流反应器，所述连续流反应器具有至少一个配置为反应区的流道；与所述至少一个流道的第一末端流体连通并配置成将两种或更多种物质或物质组合引入所述至少一个流道的入口系统；与所述至少一个流道的第二末端流体连通的出口系统，第二末端位于第一末端下游且所述出口系统配置成提取存在于第二末端的反应产物；和配置成在经过所述至少一个流道的物质流上叠加振荡流的振荡系统，在所述至少一个流道的至少一段中实施所述振荡流。该连续制备有机过氧化物的方法进一步包括以下步骤：根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道；利用振荡系统将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上以在物质流中制造湍流；和提取由引入的物质在所述至少一个流道中形成的反应产物，由此使用出口系统在持续基础上进行提取，输出质量流量相当于输入质量流量的总和。

在本文中，要指出，本说明书和权利要求书中用于列举要素的术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”和“含”以及它们的语法变型通常被理解为指定要素，例如方法步骤、组分、范围、尺寸等的非穷举名单，并且决不排除存在或增加一个或多个其它要素或其它或附加要素组。还要指出，本文中所用的术语“反应产物”指定在反应器的反应区（一个或多个）中发生的反应的结果，不仅是基于原材料的化学反应的产物。还要认识到，术语“物质”用于在反应物或试剂的意义上以及在反应物与一种或多种其它材料，例如溶剂或催化剂等的混合物的意义上指定原材料，且术语“物质流”不仅包括引入的物质，还包括在该方法中已产生的可能的反应产物。术语“物质”特别指定制备有机过氧化物所必需的和所用的那些反应物、添加剂和溶剂。最后指出，术语“持续”在本说明书中用于表征连续或间歇并且不在如分批加工特有的单独部分中进行的任何方法或操作。

有利地，提供连续流反应器的步骤包括提供进一步具有适合控制沿所述至少一个流道的长度的温度分布的温度控制系统的反应器，并且其中所述方法进一步包括使用温度控制系统控制沿所述至少一个流道的温度分布的步骤。

将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上的步骤还包括使用具有在第一位置与所述至少一个流道流体连通的振荡流发生设备和在不同于第一位置的第二位置与所述至少一个流道流体连通的液压蓄能器的振荡系统。

该方法有利地在配置为连续流反应器的装置中进行，所述连续流反应器包括至少一个配置为反应区的流道；与所述至少一个流道的第一末端流体连通并配置成将两种或更多种物质或物质组合引入所述至少一个流道的入口系统；与所述至少一个流道的第二末端流体连通的出口系统，第二末端位于第一末端下游且所述出口系统配置成提取存在于第二末端的反应产物；配置成在经过所述至少一个流道的物质流上叠加振荡流的振荡系统，在所述至少一个流道的至少一段中实施所述振荡流；和配置成控制入口系统以根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道、控制振荡系统以将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上和控制出口系统以在持续基础上提取由引入的物质在流道中形成的反应产物以使输出质量流量相当于输入质量流量的总和的控制器。

借助如上文规定的制备方法和装置，可以在很大程度上不依赖于连续流反应器的输送速率实现反应组分的充分混合所需的湍流条件。输送速率基本上由反应器的平均流通能力和因此经入口系统引入的质量流限定，而湍流条件由有效流速限定，其由于叠加的振荡流而反复高于平均流速。通过实现湍流条件而不要求提高反应混合物的平均流速，可以使用较短的流通式反应器并因此降低过程中的材料体积。由于振荡流有助于降低最大液滴尺寸和提高双相混合物的最小液滴尺寸，其也可用于推进该反应，减少所需停留时间，减少副反应和避免形成难分离的乳状液。现在仅通过调节经入口系统引入的物质流控制停留时间，而反应动力学可独立地通过振荡流条件控制。

借助振荡流速可独立于平均流速进行调节，可以使用不含提高反应器成本、损害其流阻、造成材料分解和堵塞以及造成液滴尺寸的不规则分布以提高存在极低反应的“死”区和极快反应的“热”点的风险的小型喷射嘴、挡板、孔口或其它障碍物的流通式反应器。对各自的流通式反应器施加振荡流带来液滴的均匀分布，液滴尺寸由振荡流条件限定并决定在该反应中发生的质量传递，由此能够容易以极好的时空收率（每单位反应器体积和单位时间获得的产物量）控制制备过程。

由于包围反应混合物的表面与被该表面包围的体积的比率在流通式反应器中高到足以有效除去在化学转化法的过程中生成的热，可以使用在对储存在容器中的各有机过氧化物指定的SADT以上的反应温度而没有造成较短反应时间的风险。

由于能够根据不同反应器构造互相独立地调节反应动力学和停留时间，对所用流通式反应器的类型、要生产的有机过氧化物的类型或要施加的反应动力学（快或慢）没有限制。由于能够使有机过氧化物生产过程适应给定的流通式反应器构造和在尽可能最大的时空收率方面优化该制备过程而不需要修改反应器本身或在安全限制外运行该反应过程，因此可以将用于不同生产流程的准备时间以及停机时间减至最低。

该制备方法的优选实施方案进一步包括提供连续流反应器（其提供适合控制沿流道长度的温度分布的温度控制系统）的步骤和使用温度控制系统控制沿所述至少一个流道的温度分布的附加方法步骤。该附加方法步骤有利地通过反应器的控制器实施，其为此进一步配置成控制该温度控制系统以控制沿所述至少一个流道的温度分布。

上文指定的温度控制系统的一些配置可以进一步允许分段控制温度分布以使所述至少一个流道的一段中的温度分布可以独立于所述至少一个流道的另一段中的温度分布进行控制。各自的温度控制系统和控制器能够精确设定反应温度，如果需要，其也可设定成沿所述至少一个流道的长度改变。

根据有利的实施方案，根据第一时间特征引入所述至少两种物质包括以恒定或脉动方式引入这两种物质的至少一种。以脉动方式引入所述一种或多种物质不影响反应器中的反应过程并允许使用脉动泵，如（多头）膜或活塞计量泵而不需要缓冲器。

优选实施方案可具有使用包括在第一位置与所述至少一个流道流体连通的振荡流发生设备和在不同于第一位置的第二位置与所述至少一个流道流体连通的液压蓄能器的振荡系统进行的将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上的步骤。使用各自的振荡系统能使反应混合物体积在振荡流发生设备和液压蓄能器之间和经过所述至少一个流道的至少一部分来回移动而不影响入口和出口系统的运行。

优选实施方案可进一步具有提供连续流反应器的步骤，其至少一个流道包括第一流道和第二流道，第一流道的第一末端与入口系统流体连通且第一流道的第二末端与第二流道的第一末端流体连通。各反应器进一步包括配置成将从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道的再循环系统。该制备方法的各优选实施方案进一步包括使用再循环系统将从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道的步骤。

有利地，提供连续流反应器的步骤包括提供由串联的三个流道模块形成的第一流道，由此第一流道模块和第二流道模块各自由分离重组式反应器形式，而第三流道模块由曲折通道反应器形成，且其中入口系统配置成将第一物质引入第一流道模块的第一入口和将第二物质引入第二流道模块的第一入口，而第一流道模块的出口与第二流道模块的第二入口流体连通，第二流道模块的出口与第三流道模块的入口流体连通，且第三流道模块的出口与配置成将从第三流道模块输出的反应混合物的一部分再引入第一流道模块的第二入口的再循环系统流体连通。

有利地，该再循环系统包括振荡流发生设备且其中液压蓄能器与第二流道的第二末端流体连通。

该步骤优选通过控制器进行，其为此进一步适用于控制再循环系统以将从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道。

各实施方案的配置具有再循环系统，其有利地包括振荡流发生设备，由此液压蓄能器与第二流道的第二末端流体连通。在这样的实施方案中，振荡流发生设备实现从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分的再引入和振荡流叠加在第二流道中的稳态流上。

在这样的实施方案的一些配置中，使用温度控制系统控制沿所述至少一个流道的温度分布的步骤进一步包括使用具有第一热交换系统和第二热交换系统的温度控制系统，第一热交换系统适合与第一流道热交换且第二热交换系统适合与第二流道热交换，由此能够分开控制沿第一流道的温度分布与沿第二流道的温度分布。该步骤优选通过控制器实现，其为此进一步适合分开控制沿第一流道的温度分布与沿第二流道的温度分布。各自的配置能使温度分布最优适应这两个流道中存在的不同反应条件。

在上述制备方法的有利的实施方案中，提供连续流反应器的步骤包括提供进一步包括配置成在其第一末端下游将一种或多种物质引入所述至少一个流道的附加入口系统的反应器，且其中所述方法进一步包括根据第二时间特征在其第一末端下游将一种或多种附加物质引入所述至少一个流道的步骤，且通过该出口系统实现的输出质量流量还进一步包括该附加输入质量流量。该步骤优选通过控制器进行，其为此进一步配置成控制所述附加入口系统以根据第二时间特征在其第一末端下游将一种或多种附加物质引入所述至少一个流道，和控制出口系统以实现还进一步包括该附加输入质量流量的输出质量流量。各自的附加入口系统能够更精确控制所需反应过程和增强该制备方法的通用性。

根据优选实施方案，提供连续流反应器的步骤包括提供一种反应器，其振荡系统配置成生成具有0.1 Hz至500 Hz，更优选1至50 Hz，再更优选2 Hz至25 Hz的频率的振荡流。各自的振荡频率确保反应混合物的实际振荡运动，这构成制造该混合物的混合所必需的湍流的基本要求。

在优选实施方案中，提供连续流反应器的步骤可进一步包括提供一种反应器，其振荡系统配置成生成最大流速为第一时间特征的平均流速的1至500倍的振荡流。各自的振荡系统能够根据所述至少一个流道的构造细节和在所述至少一个流道内加工的反应混合物的粘度和其它特征调节振荡流。

在进一步有利的实施方案中，入口系统还与前一反应器流体连通并配置成将代表预加工反应混合物的物质组合从前一反应器转移到所述至少一个流道中，和/或出口系统也与后一反应器流体连通并配置成将存在于所述至少一个流道的第二末端的反应产物转移到后一反应器。通过配置成以所需方式控制入口和出口系统的控制器实现物质的转移。

要指出，上文在有机过氧化物的连续制备方法中公开的反应器的特征同样适合作为连续流反应器装置的特征。

如上所述的方法和装置有利地用于选自下列过氧化物类别的纯净和/或稀释形式的有机过氧化物的制备 - 二酰基过氧化物、过氧酯、过氧碳酸酯、过氧二碳酸酯、氢过氧化物、二烷基过氧化物、过氧化酮、过氧缩酮、单过氧缩酮、过氧羧酸 - 及其混合物：

·二酰基过氧化物，例如过氧化癸酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰、过氧化邻甲基苯甲酰、过氧化3,5,5-三甲基己酰；

·过氧酯，例如过氧化新癸酸1,1-二甲基-3-羟丁酯、过氧化新癸酸α-异丙苯酯、过氧化新庚酸α-异丙苯酯、过氧化新癸酸叔戊酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化特戊酸叔戊酯、过氧化特戊酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰基过氧)己烷、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化乙酸叔戊酯、过氧化乙酸叔丁酯、过苯甲酸叔戊酯、过苯甲酸叔丁酯、过辛酸叔丁酯；

·过氧碳酸酯，例如单过氧化碳酸OO-叔戊基-O-(2-乙基己基)酯、单过氧化碳酸OO-叔丁基-O-异丙酯、单过氧化碳酸OO-叔丁基1-(2-乙基己基)酯、聚(过氧化碳酸叔丁酯)聚醚；

·过氧二碳酸酯，例如过氧二碳酸二(正丙基)酯、过氧二碳酸二(仲丁基)酯、过氧二碳酸二(2-乙基己基)酯；

·氢过氧化物，例如氢过氧化枯烯、叔戊基过氧化氢、叔丁基过氧化氢；

·二烷基过氧化物，例如过氧化二叔戊基、过氧化二叔丁基、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)-己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)-己炔；

·过氧化酮，例如过氧化环己酮、过氧化甲乙酮、过氧化甲基异丁基酮、过氧化乙酰丙酮；

·过氧缩酮，例如1,1-二(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧)环己烷、1,1-二(叔戊基过氧)环己烷、4,4-二(叔丁基过氧)戊酸正丁酯、3,3-二(叔戊基过氧)丁酸乙酯、3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯；

·单过氧缩酮（过氧化醚），例如1-甲氧基-1-(叔戊基过氧)环己烷；

·过氧羧酸，例如过氧化丁二酸、过丙酸。

本发明还涉及一种连续流反应器，其包括至少一个配置为反应区的流道；与所述至少一个流道的第一末端流体连通并配置成将两种或更多种物质或物质组合引入所述至少一个流道的入口系统；与所述至少一个流道的第二末端流体连通的出口系统，第二末端位于第一末端下游且所述出口系统配置成提取存在于第二末端的反应产物；配置成在经过所述至少一个流道的物质流上叠加振荡流的振荡系统，在所述至少一个流道的至少一段中实施所述振荡流；和配置成控制入口系统以根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道、控制振荡系统以将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上和控制出口系统以在持续基础上提取由引入的物质在流道中形成的反应产物以使输出质量流量相当于输入质量流量的总和的控制器。

下面详细描述进一步实施方案：

- 其进一步包括适合控制沿流道长度的温度分布的温度控制系统，且所述控制器进一步适合控制所述温度控制系统以控制沿所述至少一个流道的温度分布；

- 所述振荡系统包括在第一位置与所述至少一个流道流体连通安装的振荡流发生设备和在不同于第一位置的第二位置与所述至少一个流道流体连通安装的液压蓄能器；

- 所述至少一个流道包括第一流道和第二流道，第一流道的第一末端与入口系统流体连通且第一流道的第二末端与第二流道的第一末端流体连通，所述反应器进一步包括配置成将从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道的再循环系统，且其中所述控制器进一步适合控制所述再循环系统以将从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道；

- 第一流道由串联的三个流道模块形成，由此第一流道模块和第二流道模块各自由分离重组式反应器形成，而第三流道模块由曲折通道反应器形成，且其中入口系统配置成将第一物质引入第一流道模块的第一入口和将第二物质引入第二流道模块的第一入口，第一流道模块的出口与第二流道模块的第二入口流体连通，第二流道模块的出口与第三流道模块的入口流体连通，且第三流道模块的出口与配置成将从第三流道模块输出的反应混合物的一部分再引入第一流道模块的第二入口的再循环系统流体连通；

- 所述再循环系统包括振荡流发生设备且其中液压蓄能器与第二流道的第二末端流体连通；

- 所述温度控制系统包括第一热交换系统和第二热交换系统，第一热交换系统适合与第一流道热交换且第二热交换系统适合与第二流道热交换，且其中所述控制器进一步适合分开控制沿第一流道的温度分布与沿第二流道的温度分布；

- 其进一步包括至少一个配置成在其第一末端下游将一种或多种物质引入所述至少一个流道的附加入口系统，所述控制器进一步配置成控制所述附加入口系统以根据第二时间特征在其第一末端下游将一种或多种附加物质引入所述至少一个流道，和控制出口系统以实现还进一步包括所述附加输入质量流量的输出质量流量；

- 所述振荡系统配置成生成具有0.1 Hz至500 Hz，优选1至50 Hz，更优选2 Hz至25 Hz的频率的振荡流；

- 所述振荡系统配置成生成最大流速为第一时间特征的平均流速的1至500倍的振荡流。

使用根据本发明的方法制备有机过氧化物的原材料是本领域技术人员已知的。

下列反应方案例示不同过氧化物类别的制备并显示基本需要的材料（没有显示稀释剂和/或其它可能/必要的添加剂；酰基氯也可以是酸酐）：

二酰基过氧化物：酰基氯和过氧化氢形成二酰基过氧化物

RC(O)Cl + H₂O₂ + 2 NaOH/KOH → RC(O)OOC(O)R + 2 H₂O + 2 NaCl/KCl

过氧酯: 酰基氯和有机氢过氧化物形成过氧酯

R'C(O)Cl + R"OOH + NaOH/KOH → R'C(O)OOR" + H₂O + NaCl/KCl

过氧碳酸酯: 氯甲酸酯和有机氢过氧化物形成过氧碳酸酯

R'OC(O)Cl + R"OOH + NaOH/KOH → R'OC(O)OOR" + H₂O + NaCl/KCl

过氧二碳酸酯: 氯甲酸酯和过氧化氢形成过氧二碳酸酯

2 ROC(O)Cl + H₂O₂ + 2 NaOH/KOH → ROC(O)OOC(O)OR + 2 H₂O + 2 NaCl/KCl

氢过氧化物: 醇和过氧化氢形成氢过氧化物（例如用酸如H₂SO₄作为催化剂）

ROH + H₂O₂ → ROOH + H₂O

二烷基过氧化物: 醇和过氧化氢形成氢过氧化物（例如用酸如H₂SO₄作为催化剂）

2ROH + H₂O₂ → ROOR + H₂O

过氧化酮: 酮和过氧化氢形成过氧化酮（例如用酸如H₂SO₄作为催化剂）

R'C(O)R" + 2 H₂O₂ → R'C(OOH)₂R" + H₂O

过氧缩酮: 酮和有机氢过氧化物形成过氧缩酮（例如用酸如H₂SO₄作为催化剂）

R'C(O)R" + 2 R'"OOH → R'C(OOR"')₂R" + H₂O

单过氧缩酮（过氧化醚）: 酮、醇和有机氢过氧化物形成单过氧缩酮（例如用酸如H₂SO₄作为催化剂）

R'C(O)R" + R'"OH + R""OOH → R'C(OR"')(OOR"")R" + H₂O

过氧羧酸: 碳酸和过氧化氢形成过酸

RC(O)OH + H₂O₂ → RC(O)OOH + H₂O。

本发明的进一步特征从示例性实施方案的下列描述、权利要求书和附图中显而易见。要指出，本发明的实施方案可以以与示例性实施方案所提供的不同的组合实施下面在特定实施方案中描述的特征。本发明因此仅受所附权利要求书的范围限制而不受下列任何示例性实施方案限制。

附图概述

在参照具体实施方案更详细解释本发明时，参考附图，其中

图1是提供能在反应混合物的稳态流上叠加振荡流的连续流混合反应器的装置的第一配置的示意图，

图2是提供连续流混合反应器的装置的第二配置的示意图，其中环流反应区位于配置成在反应混合物的稳态流上叠加振荡流的另一反应区的上游，

图3是装置的第三配置的示意图，其中具有三个反应器模块的环流反应区位于配置成在反应混合物的稳态流上叠加振荡流的另一反应区的上游，且

图4是图解利用叠加在反应混合物的稳态流上的振荡流连续制备有机过氧化物的方法的基本步骤的流程图。

发明详述

在下述示例性实施方案中，功能和结构上类似的组件尽可能用类似标号表示。因此，为了理解具体实施方案的各组件的特征，应该参考其它实施方案的描述和本公开的概述。

图1的示意图图解代表连续流反应器的装置的第一实施方案10。将构成原材料的物质和或物质组合经由入口系统2引入反应区1。由在反应区1中发生的过程产生的物质（一种或多种）经由出口系统3输出。入口系统2和出口系统3配置成在它们之间生成物质的稳态流。入口系统2通常适合将原材料主动引入反应区1，而出口系统3在一些实施方案中可作为被动设备，如图1中所示的装置实施。另一些实施方案也具有作为主动设备实施的出口系统，其在持续基础上主动提取反应产物。

如上文已经提到，术语“稳态流”在本文中意在表征不改变其大致流向并且其时间行为除制备程序的初始和最终阶段外基本不随时间改变的料流，即流速几乎恒定或依循重复模式，如在脉动流，如使用容积式泵产生的那些的情况下。

连续流反应器10进一步包括配置成在通过与出口系统直接或间接协作的入口系统实现的稳态流上叠加振荡流的振荡系统。尽管使在反应器区1内的流体来回移动一定长度的任何振荡系统切实可行，但振荡系统的优选实施方案包括与膨胀箱5，如液压蓄能器等结合的置换机构4。由置换机构4，例如隔膜泵、活塞泵等产生的浪涌（surge）被膨胀箱5，例如液压蓄能器等接收并在置换机构的吸入循环中从膨胀箱返回。

该反应区包括至少一个在其上游第一末端和其下游第二末端之间提供流体连通的流道1。入口系统2与所述至少一个流道的第一末端流体连通。出口系统3与所述至少一个流道的第二末端流体连通。

所述至少一个流道1可由管形成，其长度基本由制备给定有机过氧化物所需的反应时间和相应反应混合物在管内的平均流速的乘积限定。管的内径决定该反应器的容量。内径进一步取决于振荡流的特征，即选择内径以使通过振荡系统生成的振荡流条件能在管内产生提供反应混合物组分的所需混合的湍流。换言之，设计管的内径和振荡流的特征以实现以3,000或更高的雷诺数为特征的料流。为了充分混合组分，以4,000和更高的雷诺数为特征的料流通常优选。

为了在较低流速下实现组分的良好混合，也可以使用其它类型的流道，例如公开的国际专利申请WO 2014/044624 A1或WO 2012/095176 A1中描述的那些，其中通过提供具有几次变向的流路改进湍流的建立。定向路径变化迫使流体流，在用于制备有机过氧化物的反应混合物的本发明情况下通常为液体流改变方向。各自的方向变化或料流再定向引入涡旋，以产生混合反应混合物组分的湍流。路径的横截面可具有各种形状，只要它们不导致形成死区，在此局部流速太低以致无法支持该反应。优选实施方案具有圆形、环形、正方形或矩形横截面形状的流道。横截面形状也可沿流路改变。也可通过由如例如WO 2007/125091 A1中所述的板式结构形成的组装件提供流道（一个或多个）。流道（一个或多个）也可作为板中的凹进形成，由此可以夹合几个板以形成具有并联和/或串联的独立流道的反应区。这些板可以是具有在其内形成的允许传热流体循环的通道的热交换板或每隔一个板可用于热交换流体，而其余板（一个或多个）形成用于实际反应区的流道（一个或多个）。

流道的横截面维度影响稍后的散热或热交换能力。流道的边界面与被流道的边界面包围的体积的比率随流道的较小横截面维度的尺寸提高而降低并导致流道的最内和最外位置之间的温差更高。具有差散热特性的流道的时空收率因此低。为了更高的生产量或以工业规模生产，因此并联布置几个较窄的流道。由于当流道的横截面积降低时沿流道的压降提高，流道不应设计成太小的横截面；否则可能产生太难以致无法处理的压降。

流道的横截面可通过它们的所谓水力直径表征，其被定义为流道的横截面积与横截面的湿周的比率的四倍。水力直径优选为0.5 mm至100 mm，更优选2至50 mm。流道表面和流道的内体积之间的比率优选为20 m²/m³或更高。

优选使用与包围所述至少一个流道1的反应器壁热接触的传热流体控制沿反应区的温度分布。可以调节该温度分布以提供低于以及高于对容纳在普通尺寸容器，例如具有25千克容量的容器中的有机过氧化物指定的SADT的反应温度。由于通过适用于上文解释的连续流反应器的流道结构提供的有效散热，高于SADT的反应温度是可能的。

可以有利地通过沿所述至少一个流道1提供多于一个传热流体环路6或回路而根据该反应过程的局部要求调节温度分布。传热流体环路6构成温度控制系统（没有进一步显示在附图中）的一部分，以允许设定所述至少一个流道内的所需温度分布。传热流体（一种或多种）可用于冷却以及加热反应混合物，即用于将热传入反应混合物或从反应混合物中传出。

在图1中所示的实施方案中，振荡系统沿所述至少一个流道1的整个长度施加振荡流。另一些实施方案仅沿流道1的一段，优选下游段施加振荡流。各自的配置可用于防止在所述至少一个流道的上游部分中形成所谓的“热点”，在此反应物的浓度最高并且相的精细分散会导致反应太快。当使用基于与膨胀箱或膨胀室5协作的置换机构4的系统时，优选选择被置换的体积以使物质流在该反应区中的相关运动仅对应于所述至少一个流道的长度的一部分。该振荡系统优选实现具有0.1 Hz或更高但不超过500 Hz，更优选1 Hz或更高但不高于50 Hz，再更优选2 Hz和更高但不超过25 Hz的频率的振荡流。进一步优选调节频率和置换体积以实现其最大流速等于或相当于通过将物质引入（和可能提取）所述至少一个流道实现的稳态流的平均流速的倍数的振荡流。在优选实施方案中，该倍数可以是稳态流的平均流速的最多大约五百倍。

入口系统2优选具有多于一个入口从而以良好计量的方式引入原材料。该输入系统可以由容积式泵或其它类型的计量系统形成。代替几个独立泵，可以使用多头泵，其中通过一个驱动器，例如电子控制电机同时运行所有泵机构。可使用入口系统2引入的原材料取决于如上所示生产的过氧化物类别。要指出，入口数取决于在反应器中进行的各自工艺并为此可能不同于如图1和2中所示的三个入口。

为了能将反应物、添加剂或稀释剂在进一步下游添加到所述至少一个流道中或甚至在反应器区的下游添加，装置10或20（见图2）可进一步包括用于将各自的物质或物质混合物在所需位置添加到物质流中的附加入口系统8（仅显示在图2中）。要认识到，尽管附加入口系统8据图示只有一个入口，但其也可具有多于一个入口，它们可以合并以在流道的某一点引入混合物和/或不合并以在所述至少一个流道的不同点添加物质或物质混合物。后者可以例如用于沿反应区的路径分布某些反应物的添加。

出口系统3可以由防回流设备，如双止回阀或其它类型的保压设备，或任何其它合适的设备，例如泵形成，如果需要，与脉动阻尼器结合。

装置10和20各自进一步包括控制器（未显示在附图中）以控制其子系统，即用于以所需方式引入原材料的入口系统、在所需程度上产生湍流的振荡系统、将沿所述至少一个流道的反应温度调节至所需温度分布的温度控制系统和（如果适用）以相当于原材料的输入速率和视情况而定可能还有附加引入物质的输入速率的总和的速率提取反应产物的出口系统。换言之，出口以相当于物质输入速率的速率提取反应产物。

图2图解代表连续流反应器的装置的第二实施方案20。不同于第一实施方案10，所述至少一个流道1由串联的两个单独流道1a和1b构成。将连接第一流道1a与下游第二流道1b的线路9分接以在第一流道1a的下游和上游端之间形成流体连通。这种连接7用于使从第一流道1a的下游端输出的反应混合物的一部分再循环。在一种配置中，通过安置在再循环线路7中的泵实现再循环，同时将振荡系统的置换机构4连接到第二流道1b的上游端或该端的进一步下游。

图2中所示并以降低的资本支出为特征的另一配置通过安置在再循环线路7中的振荡系统的置换机构4实现再循环。如同在根据图1的实施方案中，将振荡系统的膨胀箱5安置在第二流道的下游端和出口系统3之间或在其上游和下游端之间某处流体连接到第二流道1b。在吸入循环中，置换机构4从连接第一流道1a的下游端与第二流道1b的上游端的线路中吸取材料。在排放循环中，置换机构4将该材料经其上游端排放到第一流道1a中。这导致流经第一流道1a的一部分材料的再循环和叠加在经过第二流道1b的物质流上的振荡流。

以两个串联的单独流道1a和1b的形式实现所述至少一个流道1和循环驱动第一流道形成两个用于不同目的的相继反应分区。在第一反应分区（其中反应物浓度最高）中，一部分反应混合物在环路中流动以由于只有置换机构的排放循环用于保持再循环而能够实现反应物的良好宏观混合以使反应混合物中的反应物均匀分布但液滴尺寸大到足以避免不想要的热点并确保较低反应动力学和因此较少的热生成。由于该再循环，第一流道1a内的平均流速高于由入口系统2引发的流速，以使在反应过程中生成的热沿第一反应分区的长度更均匀分布，由此能够在该反应的这一早期阶段实现更好的温度控制。由于第一反应分区中的反应条件不同于下游的第二反应分区，第一流道如图2中所示优选配备单独的热交换系统6a，其可独立于为第二反应分区1b提供的另一热交换系统6b运行。

不同于第一流道1a，置换机构4的两个循环都作用于第二流道1b。由于与液压蓄能器协作，置换机构4实现该反应混合物在第二流道1b中的来回移动，以带来微观混合，以产生小尺寸的细分散液滴并促进反应动力学。根据不同的反应动力学，优选通过配置成独立于热交换系统6a运行的单独热交换系统6b控制第二流道中的温度分布。

如同在根据图1的实施方案中，根据图2的实施方案也包括用于控制装置20的各组件以实施制备来自如上所述的类别的有机过氧化物的方法的控制器（未显示）。

图3显示图2中所示的装置的修改。在这一实施方案中，流道1a包括三个流道模块1ai、1aii和1aiii，由此前两个流道模块1ai和1aii各自由其反应通道以类似于WO 2014/044624 A1中的公开的人字形结构布置的分离重组式反应器构成。具有类似于WO 2012/095176 A1的图6中的公开的曲折通道结构的反应器构成第三流道模块1aiii。入口系统由两个入口构成，用于将第一原材料引入第一流道模块1ai（在此其与从第三流道模块1 aiii的输出物中再循环的部分混合）的第一入口2a和将第二原材料引入第二流道模块1aii（在此其与来自第一流道模块1ai的输出物混合）的第二入口2b。该配置进一步改进在该反应的早期阶段的温度控制。要认识到，根据图3的实施方案也包括用于控制装置20的各组件以实施制备来自如上所述的类别的有机过氧化物的方法的控制器（未显示）。第一原材料可以例如是叔丁基过氧化氢钾（TBKP）的水溶液，而第二原材料可以是2-乙基己酰氯（EHC）。

图1至3中所示的装置可以是独立反应器或各自构成更复杂的多级反应器设计的子反应器。当构成多级反应器的一部分时，入口系统2通常是位于所述至少一个流道1上游的前一反应器的一部分，和/或出口系统3通常是位于所述至少一个流道1下游的后一反应器的一部分。在类似于这些的配置中，在所述至少一个流道中仅进行总反应的一部分。

制备有机过氧化物的方法的基本步骤显示在图4的流程图中。连接该程序的独立步骤的箭头无意指示任何时间顺序。相反，箭头图示质量流或物质流在该程序中的方向。一旦确立该方法，所有方法步骤同时进行。步骤S1，即根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道，通过作用于入口系统的装置10或20的控制器实施。步骤S2，即将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上，通过作用于振荡系统的装置10或20的控制器实施。步骤S3，即在持续基础上提取由引入的物质在所述至少一个流道中形成的反应产物，通过作用于出口系统的装置10或20的控制器实施。大多数反应需要步骤S4，其同样通过装置10或20的控制器实施，这次作用于温度控制系统以控制沿所述至少一个流道的长度的温度分布，由此可以彼此独立地控制流道的不同段或不同子反应区。

通过下列实例使用根据通过图3表征的实施方案类型的具有两个反应分区的装置例示本发明的潜力。所用装置是具有1毫米水力直径的玻璃型反应器。第一反应区的总体积为大约1.5毫升并且是第一流道模块1ai（0.2毫升）、第二流道模块1aii（仍为0.2毫升）和第三流道模块1aiii（1.1毫升）的体积总和，第二反应区的总体积为1.1毫升；再循环和振荡流都通过安置在如下图3中所示的再循环回路中的一个柱塞泵实现。该泵以1,000 rpm的速度运行，因此振荡流频率为大约17 Hz。最大振荡流速率与稳态流速率的比率为大约14。

所用原材料是叔丁基过氧化氢钾（TBKP）的水溶液和2-乙基己酰氯（EHC）。用注射器泵在第一反应器分区的上端以7.93毫摩尔/分钟的稳态流引入TBKP。用注射器泵在第一反应分区的两个分离重组式反应器之间以6.15毫摩尔/分钟的稳态流引入EHC。为了温度控制，将反应器系统插入浴中。将反应温度设定至47℃并且总停留时间为大约1分钟。在以5.86毫摩尔/分钟的稳态流从第二反应分区中输出后分离反应产物过氧-2-乙基己酸叔丁酯（TBPEH）。这代表基于TBKP计大于95%的收率并与在DD 128663（大约90%）和WO 2008/006666 A1（98.5%）中实现的收率相当。在3.7 ml的总反应体积（2 * 0.2 ml + 2 * 1.1 ml + 1.1 ml用于管道系统）下，计算出的时空收率为20 kg/l·h。这是用根据WO 2008/006666 A1的反应器实现的时空收率（2.5 kg/l·h）的八倍和用根据DD 128663的反应器实现的时空收率（3.6 kg/l·h）的大约五倍。EHC的转化率为100%且对TBPEH的选择性优于95%。与Fritzsche和Knorr在上文引用的出版物中公开的结果相比，实现更好的选择性、转化率和收率。

尽管上述说明书参照某些示例性实施方案解释本公开，但许多替代方案、修改和变动显然是本领域技术人员显而易见的。因此，本文中阐述的本公开的示例性实施方案用于例示本公开并且无意以任何方式对其进行限制。可以对所述实施方案作出各种改变而不背离如下列权利要求书中规定的本公开的精神和范围。