本实用新型涉及一种裂解制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置。
背景技术：
3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷是一种含有异氰酸酯基活性基团的硅烷偶联剂，其作用是促进无机材料和有机材料之间的粘结性能。广泛用于高档聚氨酯密封胶及改性聚氨酯树脂、也可用作室温硫化硅橡胶的增粘剂、清漆树脂的组成成份等。
常见的异氰酸酯基硅烷的制备方法主要有以下两种：第一种，将氨基甲酸酯溶解在溶剂中并加入一定量的催化剂，高温条件下裂解，在反应过程中，蒸出裂解产生的甲醇，然后再从釜液中分离出异氰酸酯。第一种方法的缺陷在于：一、溶剂的加入不利于后续的分离提纯。二、催化剂的加入能够催化裂解但同时也会造成异氰酸酯聚合，降低收率。第二种，采用光气与胺在惰性溶剂中反应制备异氰酸酯化合物。第二种方法存在以下缺陷：光气为无色无味的剧毒气体，生产过程中光气一旦泄露则极其容易导致重大的安全事故。
为克服上述两种方法的缺陷，本公司研发了一套制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置。
技术实现要素：
本实用新型的目的是：提供一种能便于分离、转化率高、安全性好的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，包括内部设有填料的精馏柱，精馏柱的下端部设置有进料口，进料口下方的精馏柱上设置有加热装置，精馏柱的底部连接釜料接收瓶，精馏柱的顶部连接蒸馏头，蒸馏头包括有倾斜向上设置的连接管，连接管上设置有竖直向下的回流排出管，回流排出管与第一接收瓶相连通，连接管的出口连接一级冷凝管，一级冷凝管的出口连通有第二接收瓶，第二接收瓶低于一级冷凝管的出口设置，第二接收瓶的顶部连接二级冷凝管，二级冷凝管的出口连通有第三接收瓶，第三接收瓶低于二级冷凝管的出口设置，第三接收瓶的顶部连通有三级冷凝管，三级冷凝管与真空泵相连通，真空度控制在-0.08Mpa～-0.09Mpa，每根冷凝管的出口均高于进口。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，倾斜向上设置的连接管与一级冷凝管同轴线，连接管与一级冷凝管的轴线与水平面的夹角为15°～ 30°。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，一级冷凝管、二级冷凝管、三级冷凝管均为夹套式冷凝管，一级冷凝管、二级冷凝管、三级冷凝管的夹套中均通入冷凝剂；一级冷凝管与二级冷凝管使用的冷凝剂为冷却水，三级冷凝管使用的冷凝剂为冷冻液；一级冷凝管内的温度控制在75℃～90℃，二级冷凝管内的温度控制在55℃～65℃，三级冷凝管内的温度控制在-10℃～ -20℃。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，加热装置为电加热带，电加热带缠绕在精馏柱外，电加热带加热区的温度控制在195℃～210℃。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，三级冷凝管的出口通过第三四氟乙烯软管连通至缓冲瓶，缓冲瓶通过第四伺服乙烯软管与真空泵相连通，缓冲瓶低于三级冷凝管的出口设置。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，一级冷凝管的出口通过第一四氟乙烯软管与第二接收瓶相连通，二级冷凝管的出口通过第二四氟乙烯软管与第三接收瓶相连通。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，蒸馏头还包括有竖直接管，竖直接管上设置有用于监测蒸馏头内温度的温度计。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，精馏柱内的填料为金属丝网填料或玻璃弹簧填料。
进一步地，前述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，其中，进料口与蠕动泵相连通，蠕动泵将原料从进料口滴加进入至精馏柱内，原料的滴加速度为250g/h～300g/h。
本实用新型的优点是：采用本实用新型所述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，不需添加催化剂和有机溶剂，并能使气态的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与甲醇进行有效分离，副产物少，成本低，转化率高，安全可靠，并且可以进行连续裂解反应。
附图说明
图1是本实用新型所述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面对制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置做详细说明。
如图1所示，制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，包括内部设有填料的精馏柱1，精馏柱1内的填料为金属丝网填料或玻璃弹簧填料。精馏柱1的下端部设置有进料口10，进料口10与蠕动泵相连通，蠕动泵将原料从进料口10滴加进入至精馏柱1内，原料的滴加速度为250g/h～300g/h。
进料口10下方的精馏柱1上设置有加热装置，加热装置优选为电加热带2，电加热带2缠绕在精馏柱1外，电加热带2加热区的温度控制在195℃～210℃。
精馏柱1的底部连接釜料接收瓶3。精馏柱1的顶部连接蒸馏头4，蒸馏头包括有竖直接管42，竖直接管42上设置有用于监测蒸馏头4内温度的温度计43。蒸馏头4还包括有倾斜向上设置的连接管41，连接管41上设置有竖直向下的回流排出管44，回流排出管44与第一接收瓶5相连通，连接管41的出口连接一级冷凝管6。倾斜向上设置的连接管41与一级冷凝管6同轴线，连接管41与一级冷凝管6的轴线与水平面的夹角为15°～ 30°，连接管41与一级冷凝管6倾斜向上设置的目的在于：能使气态的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷和甲醇有效分离，避免两者接触产生副反应，从而能大大提高收率。
一级冷凝管6的出口连通有第二接收瓶7，第二接收瓶7低于一级冷凝管6的出口设置，第二接收瓶7的顶部连接二级冷凝管8，二级冷凝管8的出口连通有第三接收瓶9，第三接收瓶9低于二级冷凝管8的出口设置，第三接收瓶9的顶部连通有三级冷凝管11，三级冷凝管11与真空泵12相连通。具体地，三级冷凝管11的出口通过第三四氟乙烯软管13连通至缓冲瓶14，缓冲瓶14通过第四伺服乙烯软管15与真空泵12相连通，真空度控制在-0.08Mpa～-0.09Mpa，缓冲瓶14低于三级冷凝管11的出口设置。设置缓冲瓶14能有效防止物料被吸入真空泵12。
一级冷凝管6、二级冷凝管8、三级冷凝管11均为夹套式冷凝管，一级冷凝管6、二级冷凝管8、三级冷凝管11的夹套中均通入冷凝剂。一级冷凝管6、二级冷凝管8使用的冷凝剂为冷却水，三级冷凝管11使用的冷凝剂为冷冻液。一级冷凝管内的温度控制在75℃～90℃，二级冷凝管内的温度控制在55℃～65℃，三级冷凝管内的温度控制在-10℃～ -20℃。每根冷凝管的出口均高于进口。由于3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷和甲醇的沸点不同，因此3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷就能有效地在一级冷凝管6和二级级冷凝管8冷凝液化，并被收集在第一接收瓶5和第二接收瓶7中，甲醇则在三级冷凝管11中冷凝液化，并被收集在第三接收瓶9中。
一级冷凝管6的出口通过第一四氟乙烯软管16与第二接收瓶7相连通，二级冷凝管8的出口通过第二四氟乙烯软管17与第三接收瓶9相连通。
下面给出3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的具体制备过程，来对制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置做进一步说明。
制备1。
分别做两次试验：
（1）原料为自制的3-(三乙氧基硅基)丙基]氨基甲酸甲酯（纯度≥90%，包含少量3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数7%）1024g 。准备好裂解装置，电加热带2加热区加热至202℃，一级冷凝管6的夹套中通入80℃冷却水，二级冷凝管8的夹套通入中60℃的冷却水，三级冷凝管11的夹套中通入-13℃的冷冻液，控制裂解装置内的真空度为-0.085Mpa。氮气置换，原料通过蠕动泵从进料口10输送进入，控制滴加速度在279g/h。滴加完毕后，釜料接收瓶3内物料：32g，第一接收瓶5和第二接收瓶7内物料共计：866g粗品（3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数73%），第三接收瓶9内物料103g。
（2）原料为自制的3-(三乙氧基硅基)丙基]氨基甲酸甲酯（纯度≥90%，包含少量3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数7%）1161g 。准备裂解装置，电加热带2加热区加热至198℃，一级冷凝管6的夹套中通入75℃冷却水，二级冷凝管8的夹套通入中65℃的冷却水，三级冷凝管11的夹套中通入-12℃的冷冻液，控制裂解装置内的真空度为-0.087Mpa。氮气置换，原料通过蠕动泵从进料口10输送进入，控制滴加速度在261g/h。滴加完毕后，釜料接收瓶3内物料：43g，第一接收瓶5和第二接收瓶7内物料共计：958g粗品（3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数75%），第三接收瓶9内物料129g。
将上述两次试验得到的粗品混合进行减压精馏，损耗后投料1823g（质量分数74%），减压精馏时真空度维持在-0.1 Mpa，减压精馏时釜温最高控制在135℃，升温接收顶温为120℃±3℃的馏份，获得成品3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷1213g（质量分数96.3%），釜料595g。
将釜料进行连续裂解试验。准备好反应装置，电加热带2加热区加热至193℃，一级冷凝管6的夹套中通入90℃冷却水，二级冷凝管8的夹套通入中55℃的冷却水，三级冷凝管11的夹套中通入-15℃的冷冻液，控制裂解装置的真空度为-0.087Mpa。氮气置换，将损耗后的釜料590g（纯度≥85%，包含少量3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数10%），原料通过蠕动泵从进料口10输送进入，控制滴加速度在254g/h。滴加完毕后，釜料接收瓶3内物料：86g，第一接收瓶5和第二接收瓶内物料共计：414g粗品（3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数80%），第三接收瓶9内物料65g。粗品414g混入下批次粗品精馏中。
制备2。
分别做两次试验：
（1）原料为自制的3-(三乙氧基硅基)丙基]氨基甲酸甲酯（纯度≥90%，包含少量3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数7%）1355g 。准备好裂解装置，电加热带2加热区加热至202℃，一级冷凝管6的夹套中通入85℃冷却水，二级冷凝管8的夹套通入中65℃的冷却水，三级冷凝管11的夹套中通入-15℃的冷冻液，控制裂解装置内的真空度为-0.085Mpa。氮气置换，原料通过蠕动泵从进料口10输送进入，控制滴加速度在288g/h。滴加完毕后，釜料接收瓶3内物料：47g，第一接收瓶5和第二接收瓶7内物料共计：1126g粗品（3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数74%），第三接收瓶9内物料146g。
（2）原料为自制的3-(三乙氧基硅基)丙基]氨基甲酸甲酯（纯度≥90%，包含少量3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数7%）1268g 。准备反应装置，电加热带2加热区加热至208℃，一级冷凝管6的夹套中通入80℃冷却水，二级冷凝管8的夹套通入中60℃的冷却水，三级冷凝管11的夹套中通入-12℃的冷冻液，控制裂解装置内的真空度为-0.082Mpa。氮气置换，原料通过蠕动泵从进料口10输送进入，控制滴加速度在291g/h。滴加完毕后，釜料接收瓶3内物料：85g，第一接收瓶5和第二接收瓶7内物料共计：1006g粗品（3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数75%），第三接收瓶9内物料136g。
将上述两次试验得到的粗品混合进行减压精馏，损耗后投料2128g（质量分数74%），减压精馏时真空度维持在-0.1 Mpa，减压精馏时釜温最高控制在135℃，升温接收顶温为120℃±3℃的馏份，获得成品3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷1416g（质量分数96.7%），釜料637g。
将釜料进行连续裂解试验。准备好反应装置，电加热带2加热区加热至206℃，一级冷凝管6的夹套中通入75℃冷却水，二级冷凝管8的夹套通入中60℃的冷却水，三级冷凝管11的夹套中通入-15℃的冷冻液，控制裂解装置的真空度为-0.083Mpa。氮气置换，将损耗后的釜料635g（纯度≥85%，包含少量3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数12%），原料通过蠕动泵从进料口10输送进入，控制滴加速度在295g/h。滴加完毕后，釜料接收瓶3内物料：91g，第一接收瓶5和第二接收瓶内物料共计：440g粗品（3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，质量分数79%），第三接收瓶9内物料68g。粗品440g混入下批次粗品精馏中。
从上述制备过程可以得到：采用本实用新型所述的制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的装置，制备3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，不需添加催化剂和有机溶剂，并能使气态的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷与甲醇进行有效分离，副产物少，成本低，转化率高，安全可靠，并且可以进行连续裂解反应。