一种工业化超声波反应生产四氢糠醇乙醚的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种工业化超声波反应生产四氢糠醇乙醚的装置，所述装置包括依次顺序相连的原料储蓄?计量输送系统、超声波反应器、脱水系统和精馏系统。本实用新型提供的装置适用于工业化生产，使用了超声波反应器进行反应，可以在不使用高危险性催化剂的条件下确保反应的充分进行，减少了生产过程中污染排放，并且有效的降低了生产成本，装置运转稳定，产品性质优，可以适用有机化工醚类化合物的生产过程。
【专利说明】
-种工业化超声波反应生产四氨穂醇乙離的装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及有机化工酸类化合物的生产工艺，特别设及工业化生产四氨慷醇 乙酸的装置。
【背景技术】
[0002] 四氨慷醇乙酸，又称乙基四氨慷基酸、2-(乙氧甲基）四氨巧喃等，分子式为 C巧14〇2，其结构如下所示：
[0003]
[0004] 现有的合成工艺中，多采用金属催化剂反应得到乙基四氨慷酸。例如，可W W慷醒 为原料，WNi为催化剂，在170~180°C、7.3~7.8M化压力条件下连续加压氨化而得;也可W 由面代控与醇钢在无水体系通过取代反应制备。由于金属催化剂的成本高，且化学性质活 泼，在生产操作中存在一定风险，操作条件比较苛刻，且反应要求条件高，危险性大，并会造 成严重的环境污染和危害操作者身体健康。
[0005] 目前，亟需提供一种可W实现安全、环保生产四氨慷醇乙酸的装置。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于工业化大批量生产 的、安全、环保、高效生产四氨慷醇乙酸的装置。
[0007] 本实用新型提供了一种工业化超声波反应生产四氨慷醇乙酸的装置，包括依次顺 序相连的原料储蓄-计量输送系统、超声波反应器、脱水系统、精馈系统和终产品储罐;所述 原料储蓄-计量输送系统由并列的四氨慷醇储蓄-计量输送单元、漠乙烧储蓄-计量输送单 元和氨氧化钟水溶液储蓄-计量输送单元组成。
[000引其中，所述四氨慷醇储蓄-计量输送单元由依次相连的四氨慷醇储罐和四氨慷醇 计量输送累组成;所述漠乙烧储蓄-计量输送单元由依次相连的漠乙烧储罐和漠乙烧计量 输送累组成;所述氨氧化钟水溶液储蓄-计量输送单元由依次相连的氨氧化钟水溶液储罐 和氨氧化钟水溶液计量输送累组成;所述四氨慷醇计量输送累、漠乙烧计量输送累和氨氧 化钟水溶液计量输送累分别与超声波反应器相连。
[0009] 所述超声波反应器与脱水系统之间可设置中间产品储罐，用于存储反应产物。
[0010] 所述脱水系统包括膜分离脱水装置，通过膜分离原理实现对反应产物的脱水。所 述脱水系统还可W包括设置于所述膜分离脱水装置前端的脱水累，所述脱水累的一端可与 中间产品储罐相连，另一端与膜分离脱水装置相连，可W W特定的速度将反应产物累入膜 脱水装置中，实现高效脱水。
[0011] 所述脱水系统和精馈系统之间可设置粗产品储罐，用于存储经过脱水处理的反应 产物，即粗产品。
[0012] 所述精馈系统包括减压蒸馈塔，通过减压蒸馈原理实现对粗产品的精制，W获得 高纯度的四氨慷醇乙酸。所述精馈系统可进一步包括设置于所述减压蒸馈塔前端的减压蒸 馈塔进料累和塔蓋加热器。所述减压蒸馈塔进料累的一端可与粗产品储罐相连，另一端经 塔蓋加热器与减压蒸馈塔相连，可W W特定的速度将粗产品累入减压蒸馈塔，实现高效精 馈。
[0013] 所述减压蒸馈塔的顶端可设有回流系统，包括依次相连的塔顶冷凝器、塔顶回流 罐和精馈塔回流累。
[0014] 由于精馈后的产物从所述减压蒸馈塔的顶部输出，所述终产品储罐与减压蒸馈塔 的顶部相连。
[0015] 所述装置可采用W下步骤进行四氨慷醇乙酸的生产:将四氨慷醇、漠乙烧和氨氧 化钟水溶液混合，在超声波条件下充分反应，所得反应物依次进行脱水、精馈，即得四氨慷 醇乙酸。
[0016] 所述反应的方程式为：
[0017] Cs 化 0O2+C2 也 Br+KOH^C?化 4〇2+出 0+KBr
[0018] 主要反应机理为:在氨氧化钟水溶液提供的强碱环境下，超声波催化反应生成酸。
[0019] 本实用新型使用的氨氧化钟水溶液的浓度为45~55%，优选为50%。采用该浓度 的氨氧化钢水溶液作为原料可W在确保生产安全的同时为反应提供适宜的pH值环境，促进 反应充分进行。
[0020] 在实际的工业化生产中，为了确保反应的充分进行，所述四氨慷醇、漠乙烧和氨氧 化钟水溶液的质量比为1~3.5:1~3.2:0.8~5;优选为1.7~3.5:1.5~3.2:2~5,或为1~ 1.7:1~1.5:1~2。
[0021] 本实用新型为了确保反应能够在安全、环保的条件下充分进行，优选在反应过程 中进行超声波处理。具体而言，所述超声波的频率优选为300~SOOkhz，进一步优选为 4001diz。
[0022] 在超声波反应条件下，反应的溫度为15~105°C，优选为45~90°C，进一步优选为 65~85°C ;反应的压力为0.15~0.5MPa，优选为0.2~0.35MPa。
[0023] 本实用新型所述反应可W在能够实现上述条件要求的超声波反应器内进行，例 如，可采用标称功率30000W、标称频率400khz、处理量(单位时间内加入超声波反应器的物 料量）^ 5t/h的超声波反应器。
[0024] 本实用新型所述脱水优选采用膜分离脱水方法进行，脱水至含水量为0.03~ 0.05%。在实际生产过程中，优选W物料流速1.5~3t/h输入膜分离脱水系统。所述膜分离 脱水系统包含膜脱水装置，优选由脱水累和膜分离脱水装置相连接组成，所述脱水累可W W特定的速度将原料累入膜分离脱水装置，W实现最佳的脱水效果。。
[0025] 所述精馈优选采用减压蒸馈方法，在-0.25~1.5MPa的减压蒸馈条件下收集85~ 115°C的馈分，即高纯度的四氨慷醇乙酸。在实际生产过程中，优选W物料流速1.8~2.5t/h 输入精馈系统。所述精馈过程具体为:将减压蒸馈塔蓋溫度控制在95~13(TC，减压蒸馈塔 顶溫度控制在85~115°C，系统压力控制在-0.25~1.5M化，W1.8~2.5t/h的速度进料，待 减压蒸馈塔顶溫度稳定在85~115°C时进行采出，此段组分即为产品四氨慷醇乙酸。
[0026] 本使用新型优选提供一种工业化超声波反应生产四氨慷醇乙酸的装置，包括依次 顺序相连的原料储蓄-计量输送系统、超声波反应器、中间产品储罐、脱水累、膜分离脱水装 置、粗产品储罐、减压蒸馈塔进料累、塔蓋加热器、减压蒸馈塔、终产品储罐；
[0027] 所述原料储蓄-计量输送系统由并列的四氨慷醇储蓄-计量输送单元、漠乙烧储 蓄-计量输送单元和氨氧化钟水溶液储蓄-计量输送单元组成;其中，四氨慷醇储蓄-计量输 送系统由依次相连的四氨慷醇储罐和四氨慷醇计量输送累组成，漠乙烧储蓄-计量输送系 统由依次相连的漠乙烧储罐和漠乙烧计量输送累组成，氨氧化钟水溶液储蓄-计量输送系 统由依次相连的氨氧化钟水溶液储罐和氨氧化钟水溶液计量输送累组成;所述四氨慷醇计 量输送累、漠乙烧计量输送累和氨氧化钟水溶液计量输送累分别与超声波反应器相连；
[0028] 所述减压蒸馈塔进料累经过塔蓋加热器与减压蒸馈塔的底部相连;所述终产品储 罐与减压蒸馈塔的顶部相连;所述减压蒸馈塔的顶部还设有由塔顶冷凝器、塔顶回流罐和 减压蒸馈塔回流累依次相连组成的回流系统。
[0029] 本实用新型所述装置优选采用W下步骤进行四氨慷醇乙酸的生产：
[0030] (1)将四氨慷醇、漠乙烧和50%氨氧化钟水溶液W质量比1~1.7:1~1.5:1~2混 合后，W流速^ 5t/h输入超声波反应器，在超声频率350~450khz、溫度65~85 °C、压力0.2 ~0.35Mpa的条件下充分反应，输出反应产物；
[0031 ] (2)将所述反应产物W流速1.5~3t/h输入膜分离脱水系统，得含水量为0.03~ 0.05 %的脱水产物；
[0032] (3)将所述脱水产物W流速1.8~2.5t/h输入减压蒸馈系统，在压力-0.25~ 1.5MPa条件下蒸馈，收集85~115 °C的馈分，即得终产物。
[0033] 本实用新型提供的装置可应用于工业化超声波反应生产酸类化合物。
[0034] 本实用新型提供的装置环保、安全，可W应用于工业化生产。通过化工业化生产统 计，利用本实用新型提供的装置生产所得到的目的产物综合收率为90~93%，且所得目的 产物纯度可达99~99.5%，远远高于现有方法合成四氨慷醇乙酸可W达到的收率和纯度。
【附图说明】
[0035] 图1为实施例1所述装置的示意图；其中，1、四氨慷醇储罐，2、漠乙烧储罐，3、氨氧 化钟水溶液储罐，4、四氨慷醇计量输送累，5、漠乙烧计量输送累，6、氨氧化钟水溶液计量输 送累，7、超声波反应器，8、中间产品储罐，9、脱水累，10、膜分离脱水装置，11、粗产品储罐， 12、减压蒸馈塔进料累，13、塔蓋加热器，14、减压蒸馈塔，15、塔顶冷凝器，16、塔顶回流罐， 17、减压蒸馈塔回流累，18、终产品储罐。
[0036] 图2为实施例3所述终产物的Ih-NMR共振峰归属图。
[0037] 图3为实施例3所述终产物的红外谱图。
【具体实施方式】
[0038] W下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0039] 实施例1
[0040] 本实施例提供了一种工业化超声波反应生产四氨慷醇乙酸的装置(如图1所示）， 所述装置包括依次顺序相连的原料储蓄-计量输送系统、超声波反应器7、中间产品储罐8、 脱水系统、粗产品储罐11、减压蒸馈系统、终产品储罐18;
[0041] 所述原料储蓄-计量输送系统由并列的四氨慷醇储蓄-计量输送单元、漠乙烧储 蓄-计量输送单元和氨氧化钟水溶液储蓄-计量输送单元组成;其中，四氨慷醇储蓄-计量输 送系统由依次相连的四氨慷醇储罐1和四氨慷醇计量输送累4组成，漠乙烧储蓄-计量输送 系统由依次相连的漠乙烧储罐2和漠乙烧计量输送累5组成，50%氨氧化钟水溶液储蓄-计 量输送系统由依次相连的50%氨氧化钟水溶液储罐3和50%氨氧化钟水溶液计量输送累6 组成，；所述四氨慷醇计量输送累4、漠乙烧计量输送累5和氨氧化钟水溶液计量输送累6分 别与超声波反应器7相连；
[0042] 所述脱水系统由依次顺序相连的脱水累9和膜分离脱水装置10组成;脱水累9与中 间产品储罐8直接相连；
[0043] 所述减压蒸馈塔进料累12经过塔蓋加热器13与减压蒸馈塔14的底部相连;所述终 产品储罐18与减压蒸馈塔14的顶部相连;所述减压蒸馈塔14的顶部还设有由塔顶冷凝器 15、塔顶回流罐16和减压蒸馈塔回流累17依次相连组成的回流系统。
[0044] 实施例2
[0045] 本实施例提供了实施例1所述装置的具体操作步骤，包括:将外购四氨慷醇、漠乙 烧和氨氧化钟水溶液分别加入储罐1、2、3，打开超声波反应器7的热媒进出口，对超声波反 应器7预热，在反应过程中将反应溫度控制在45~90°C;分别启动四氨慷醇供料累4、漠乙烧 供料累5和氨氧化钟水溶液供料累6,将四氨慷醇、漠乙烧和氨氧化钟水溶液输按比例送至 超声波反应器;打开四氨慷醇乙酸中间罐8进口，收集反应液，待储罐液位达到60~80%时， 打开膜分离脱水系统10进出口阀口及粗产品储罐11阀口；打开反应液脱水累9,调节出口 流量，流量控制在2t/h，使反应液通过膜分离脱水系统10进行脱水，脱水后的产品进入粗产 品储罐11;待粗产品储罐11液位达到60~80%时，投用减压蒸馈塔塔蓋加热器13及塔顶冷 凝器15,在减压蒸馈过程中将塔蓋溫度控制在95~130°C，塔顶溫度控制在85~115°C ;启动 减压蒸馈塔进料累12，并将进料量控制在1.9~2. ItA;待塔顶溫度稳定在85~115 °C时进 行采出，此段组分即为产品四氨慷醇乙酸，打开四氨慷醇乙酸产品罐，将采出产品进行收集 储存。
[0046] 实施例3
[0047] 采用实施例1提供的装置，按照W下步骤生产四氨慷醇乙酸：
[004引（1)将1. It四氨慷醇、1.3t漠乙烧和1.5t浓度为50%的氨氧化钟水溶液混合，W流 速5t A输入超声波反应器，在超声频率400化Z、溫度65 °C、压力0.35Mpa的条件下充分反应， 输出反应产物；
[0049] (2)将所述反应产物W流速2. ItA输入膜分离脱水系统，得含水量为0.05%的脱 水产物；
[0050] (3)将所述脱水产物W流速2t/h输入减压蒸馈系统，在压力1.OMPa条件下蒸馈，收 集85~115 °C的馈分，得0.9化终产物。
[0051] 本实施例进一步对所得终产物进行检测。所述检测具体为：
[0化2] (a)采用SPEC-PMR-OM 500MHz核磁共振波谱仪对终产物进行测定，溶剂为気代氯 仿;其四氨慷醇乙酸的Ih-NMR共振峰归属图如图1所示，结果如表1所示。
[0053] 表1:终产物的Ih-NMR检测结果
[0化4]
[0056] (b)采用FTIR-7600型傅里叶变换红外色谱仪对终产物的结构进行分析;终产物的红外谱图如图2所示，故此，其分子结构为：
[0化5]
[0化7]
[0058] 出王化U W川'、」値测结巧W知，巧产物为四氨慷醇乙酸。
[0059] (C)采用仁华GC-9890A型气相色谱仪对终产物的组成和纯度进行分析;具体参数 包括:色谱柱：20mm*0.25mm，PEG-20M毛细管柱;柱溫:45 °C/4分至100 °C/8分;升溫速率:20 °C /分;汽化室溫度:265 °C ;分流比：5:1。
[0060] 分析结果为:终产物中四氨慷醇乙酸纯度为99.05%; W四氨慷醇计四氨慷醇乙酸 收率为90.5%。
[0061 ] 实施例4
[0062] 采用实施例1提供的装置，按照W下步骤生产四氨慷醇乙酸：
[0063] (1)将1.55t四氨慷醇和、1.48t漠乙烧和1.2t50%氨氧化钟水溶液混合，W流速 5t/h输入超声波反应器，在超声频率400khz、溫度85 °C、压力0.2Mpa的条件下充分反应，输 出反应产物；
[0064] (2)将所述反应产物W流速2. ItA输入膜分离脱水系统，得含水量为0.03%的脱 水产物；
[0065] (3)将所述脱水产物W流速1.95t/h输入减压蒸馈系统，在压力0.5M化条件下蒸 馈，收集85~115 °C的馈分，即得1.411终产物。
[0066] 采用实施例3所述检测方法对终产物进行检测。由检测结果可知，终产物为四氨慷 醇乙酸，纯度为99.2 %，W四氨慷醇计四氨慷醇乙酸收率为91.2 %。
[0067] 虽然，上文中已经用一般性说明、【具体实施方式】及试验，对本实用新型作了详尽的 描述，但在本实用新型基础上，可W对之作一些修改或改进，运对本领域技术人员而言是显 而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上做的修改或改进，均属于本实用新型要 求保护的范围。
【主权项】
1. 一种工业化超声波反应生产四氢糠醇乙醚的装置，其特征在于，包括依次顺序相连 的原料储蓄-计量输送系统、超声波反应器、脱水系统、精馏系统和终产品储罐； 所述原料储蓄-计量输送系统由并列的四氢糠醇储蓄-计量输送单元、溴乙烷储蓄-计 量输送单元和氢氧化钾水溶液储蓄-计量输送单元组成。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述四氢糠醇储蓄-计量输送单元由依次 相连的四氢糠醇储罐和四氢糠醇计量输送栗组成； 所述溴乙烧储蓄-计量输送单元由依次相连的溴乙烧储罐和溴乙烧计量输送栗组成； 所述氢氧化钾水溶液储蓄-计量输送单元由依次相连的氢氧化钾水溶液储罐和氢氧化 钾水溶液计量输送栗组成； 所述四氢糠醇计量输送栗、溴乙烷计量输送栗和氢氧化钾水溶液计量输送栗分别与超 声波反应器相连。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声波反应器与脱水系统之间设置中 间广品储罐。4. 根据权利要求1~3任意一项所述的装置，其特征在于，所述脱水系统包括膜分离脱 水装置。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述脱水系统还包括设置于所述膜分离脱 水装置前端的脱水栗。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱水系统和精馏系统之间设置粗产品 储罐。7. 根据权利要求1、2、3或6所述的装置，其特征在于，所述精馏系统包括减压蒸馏塔。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述精馏系统还包括设置于所述减压蒸 馏塔前端的减压蒸馏塔进料栗和塔釜加热器;所述减压蒸馏塔进料栗经过塔釜加热器与减 压蒸馏塔的底部相连。9. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述减压蒸馏塔的顶部设有回流系统，包 括依次相连的塔顶冷凝器、塔顶回流罐和精馏塔回流栗。10. -种工业化超声波反应生产四氢糠醇乙醚的装置，其特征在于，包括依次顺序相连 的原料储蓄-计量输送系统、超声波反应器、中间产品储罐、脱水栗、膜分离脱水装置、粗产 品储罐、减压蒸馏塔进料栗、塔釜加热器、减压蒸馏塔、终产品储罐； 所述原料储蓄-计量输送系统由并列的四氢糠醇储蓄-计量输送单元、溴乙烷储蓄-计 量输送单元和氢氧化钾水溶液储蓄-计量输送单元组成;其中，四氢糠醇储蓄-计量输送系 统由依次相连的四氢糠醇储罐和四氢糠醇计量输送栗组成，溴乙烷储蓄-计量输送系统由 依次相连的溴乙烷储罐和溴乙烷计量输送栗组成，氢氧化钾水溶液储蓄-计量输送系统由 依次相连的氢氧化钾水溶液储罐和氢氧化钾水溶液计量输送栗组成;所述四氢糠醇计量输 送栗、溴乙烷计量输送栗和氢氧化钾水溶液计量输送栗分别与超声波反应器相连； 所述减压蒸馏塔进料栗经过塔釜加热器与减压蒸馏塔的底部相连;所述终产品储罐与 减压蒸馏塔的顶部相连;所述减压蒸馏塔的顶部还设有由塔顶冷凝器、塔顶回流罐和减压 蒸馏塔回流栗依次相连组成的回流系统。
【文档编号】C07D307/12GK205556521SQ201521047755
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】赵昱, 丁晓蓓, 牛文平
【申请人】新疆诺金化工有限公司