一种利用微通道反应器制备2-甲基氮丙啶的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于氮丙啶的制备方法领域，具体涉及一种利用微通道反应器制备2-甲 基氮丙啶的方法。
【背景技术】
[0002] 氮丙啶是一种有机合成的常用中间体，常用于活性染料和抗癌药物等的合成，也 是合成新型交联剂三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮丙啶基）丙酸酯]，简称TTMAP的关键中 间体，氮丙啶能使TTMP具有良好的水溶性和油溶性。而TTMP在水性涂料等领域有广阔 的前景，市场潜力巨大，国际上该领域的交联剂主要的生产公司都是国外公司，核心技术把 握在德、日、美等发达国家，国内该领域起步晚，产品质量一般，配套基础设施不完善，氮丙 啶类交联剂的制备方法与国外仍有差距。因此高品质的氮丙啶对于该产品显得尤为重要。
[0003] 目前，2-甲基氮丙啶的生产主要有以下几种方式：
[0004] 1)异丙醇胺与硫酸共热脱水，反应式如下：
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[0006] 2)将干燥的HCl通入异丙醇胺成盐再与氯化亚砜共热，反应式如下：
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[0008] 上述两种生产方法制备周期长，产率低，后处理复杂。
[0009] 3)异丙醇胺先与硫酸反应成酯，然后与碱进行异构化反应，反应式如下：
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[0011] 这是比较成熟的工艺，但是该路线采用传统釜式反应一锅法，由于常规搅拌不能 达到良好的传质传热效率，可能出现局部过热，浓度梯度等不利于反应进行的现象，因此产 品浓度低，纯度低，产品质量不高。目前，为了得到高品质的氮丙啶，该路线仍然以分步操作 为主。
[0012] 4)异丙醇胺在固相催化剂存在的条件下直接分子内脱水，反应式如下：
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[0014] 此方法为固载催化剂气相高温连续反应，对生产设备要求高。
[0015] 微通道反应器（Microreactor/Microchannel reactor)是一种连续流动的管道式 反应器，由微加工技术制造的一种特征尺寸介于10-1000微米之间，把化学反应控制在微 小反应空间的装置。微反应器中狭窄的微通道缩短了质量传递的距离和时间，同时增大的 比表面积也为传质过程提供了更大场所，从而实现反应物料的快速混合，毫秒级范围内实 现径向完全混合。微反应器狭窄的微通道同时也增加了温度梯度，增大的比表面积大大的 强化了反应器的传热能力（25000WAm2*K))，与传统换热器相比至少大一个数量级。
[0016] 目前，微通道反应器已经在具有一定危险性的硝化反应，加氢反应等反应得到良 好利用，大的提升了该类反应的安全性。而在酯化反应，环化反应等反应中，由于反应情况 的复杂性，不确定性微通道反应器的使用还需要进一步的摸索与尝试。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的在于提供一种利用微通道反应器制备2-甲基氮丙啶的方法，反应 效率显著提升，大大缩短反应时间，避免了釜式反应可能出现的飞温现象，减少了副产物的 生成，增加了安全性，减少了生产成本，克服传统生产中劳动强度大，生产周期长，产品质量 低下，三废产生较多的缺点。
[0018] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0019] -种利用微通道反应器制备2-甲基氮丙啶的方法，包括如下步骤：
[0020] 1)将浓硫酸和异丙醇胺按照体积流量比1:2-8分别输入微通道反应器，混合后进 行酯化反应，温度为5-50°C，反应时间20-80s ;
[0021] 2)酯化反应后的反应液与浓度为5-45%的氢氧化钠水溶液发生环化反应，反应 温度为50-90°C，反应时间15-80s，压力为0· 1-1. 2MPa ;
[0022] 3)反应结束后出料，将反应流出物料pH调至1-6。
[0023] 优选地，所述酯化反应温度为20_30°C，酯化反应的时间为30-60S，物料进行环化 反应的时间为40-80s，环化反应温度为60-80°C。
[0024] 优选地，浓硫酸和异丙醇胺体积流量比为1:3-7。
[0025] 又进一步，步骤3)中氢氧化钠水溶液的浓度为20-40 %，浓硫酸的流速为 5ml-20ml/min，异丙醇胺的流速为20-80ml/min，氢氧化钠水溶液的流速为20-80ml/min。
[0026] 优选地，物料进行酯化反应和环化反应的压力为0. 3-lMPa。
[0027] 进一步，所述微通道反应器内设置若干反应模块，反应模块材质为耐压玻璃、陶 瓷、碳复合材料或耐酸材料，反应模块内设有反应物料通道，反应物料通道内径为〇. 5-5_。
[0028] 本发明的2-甲基氮丙啶是以水溶液的形式得到的，2-甲基氮丙啶的质量分数为 40-60 %〇
[0029] 本发明利用微通道反应器，以浓硫酸和异丙醇胺为原料制备2-甲基氮丙啶，微通 道反应器具有的微细化尺度决定了在其中持续流动的微观流体的传递特性和宏观流动特 性。在微通道反应器中，其细微的孔道结构具有更大的比表面积，微通道反应器中狭窄的微 通道缩短了质量传递的距离和时间，同时增大的比表面积也为传质过程提供了更大场所， 从而实现浓硫酸和异丙醇胺的快速混合，在毫秒级范围内实现径向完全混合，大大提升传 质效率。
[0030] 本发明采用具有双温区的微通道反应器，浓硫酸和异丙醇胺输入高通量微通道反 应器，进行酯化反应，控制反应温度在5-50°C，再与氢氧化钠水溶液进一步进行环化反应， 控制反应温度在50-90°C，得到2-甲基氮丙啶水溶液，准确控制反应温度，使反应能够在短 时间内达到优质的传热效果，提高反应效率，缩短了酯化反应和环化反应的时间，浓硫酸的 强放热效应造成的飞温得到有效控制，本发明双温区的一锅法设计弥补传统反应釜分步操 作带来的成本增加与产物损失，同时增加了反应的可操作性与安全性。
[0031] 本发明微通道反应器内反应物料通道的内径为0. 5-5_，其通道内流体的流动形 式为层流，在极窄的停留时间内，几乎无返混现象。
[0032] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0033] 1)本发明利用微通道反应器，以浓硫酸和异丙醇胺制备2-甲基氮丙啶，由于反应 物料得以快速充分混合，提升了传质效率，大大缩短了反应时间，反应效率得到显著提升。
[0034] 2)由于微通道反应器的强对流，强传热特点，避免了釜式反应可能出现的飞温现 象，减少了副产物的生成，增加了安全性，减少了生产成本，克服传统生产中劳动强度大，生 产周期长，产品质量低下，三废产生较多的劣势。
[0035] 3)本发明采用微通道反应器一锅法反应，浓硫酸和异丙醇胺输入高通量微通道反 应器先进行酯化反应，再与氢氧化钠水溶液进行环化反应，得到2-甲基氮丙啶水溶液，通 过一锅法反应，避免了分步操作过于冗长的分离纯化步骤，降低了纯化过程中的产品损失， 有利于提高收率，同时产品质量得到提升，反应总收率从釜式的80%提升至90%以上，反 应的异丙醇胺选择性从90 %提升至98%，异丙醇胺转化率从90 %提升至95%以上。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明实施例的反应流程图。
【具体实施方式】