基于微混合器的环丁烷四甲酸二酐连续制备装置及方法与流程

本发明涉及的是一种化工领域的技术，具体是一种基于微混合器的环丁烷四甲酸二酐连续制备装置及方法。

背景技术：

聚酰亚胺因其优良的耐高温性、机械强度和绝缘性能广泛的应用于航空、汽车和微电子领域。传统的芳香族聚酰亚胺薄膜由于分子间及分子内电荷转移络合物的形成，颜色较深和光学透明度较低，大大限制了其在光电领域的应用。

环丁烷四甲酸二酐和二胺单体聚合的聚酰亚胺，在分子链中引入脂肪族单体，破坏了电荷转移络合物的形成，具有较高的可见光透过率，其优良的光学和电学特性，是制备无色透明聚酰亚胺的理想材料。传统釜式反应制备环丁烷四甲酸二酐通过马来酸酐在强紫外光的照射下进行环化合成，但是产率很低，只有不到10％左右，而且会生成大量副产品，为后期提纯带来麻烦，同时间歇反应操作周期长，能耗大。

微混合器是通过精密加工技术制造的可用于化学反应的三维结构元件，通道尺寸一般在微米到亚毫米量级。相比于传统的混合器，微混合器由于尺寸的大幅度减小，在其内部流体薄层间距离极短，比表面积较大，反应物料能快速地混合均匀，具有高效的热/质传递性能；且混合器内部能获得均匀的光照，反应(停留)时间能通过物料的流速精确控制。由于上述优点，微混合器被广泛用于受到传热/传质控制的快速反应体系或光化学反应体系，所获得的反应选择性和收率往往大于传统的混合器，且反应时间大幅度减少。同时，对于涉及到高危化学品的反应过程，微混合器采用连续流动的模式，在混合器内部存持液量小，易于控制反应过程，大大提高了反应过程的安全性。微混合器技术在有机合成、聚合反应、萃取分离等领域已经获得局部的工业化应用。

技术实现要素：

本发明针对传统混合器制备环丁烷四甲酸二酐导致的转化率低、反应时间长、能耗大、不连续以及反应不均匀、副产物等缺陷，提出一种基于微混合器的环丁烷四甲酸二酐连续制备装置及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于环丁烷四甲酸二酐连续制备的装置，包括：t型微混合器、分别与其两个输入端相连的气源和微量注射器以及与其输出端相连的毛细管微通道，其中：毛细管微通道设置于带有紫外光的冷却装置内。

所述的t型微混合器的内径为0.2mm-2mm。

所述的毛细管微通道的通道内部直径为0.5～3mm，毛细管微通道长度为1m-20m，优选采用紫外光透过率高的氟化乙烯丙烯共聚物制成。

所述的紫外光源优选为高压汞灯光源，波长大于280nm，功率为100～500w。

所述的冷却装置优选采用紫外光吸收小的高硼硅玻璃制成。

本发明涉及上述装置的环丁烷四甲酸二酐连续制备方法，以氮气作为气相、以马来酸酐溶液作为液相，通过t型微混合器混合形成两相流后，在毛细管微通道内经紫外光源照射反应，反应产物经过滤分离后得到环丁烷四甲酸二酐。

所述的液相，优选为马来酸酐溶解于乙酸乙酯中得到，进一步优选马来酸酐质量浓度范围为4～40％。

所述的气-液两相体积流速比为1:1～4。

所述的照射反应，优选反应温度低于15℃，反应时间为5min～120min。

技术效果

与现有技术相比，本发明反应时间缩短至5-120min，产物纯净90％以上，溶剂经蒸馏后可循环使用。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图中：1气体钢瓶、2减压阀、3气体质量流量计、4气体管道、5微量注射泵、6注射器、7t型微混合器、8冷却装置、9紫外光源、10毛细管微通道；

图2为t型微混合器结构示意图；

图中：11液相流、12混合流、13气相流、14螺纹；

图3为实施例制备得到环丁烷四甲酸二酐红外谱图；

图4为实施例制备得到环丁烷四甲酸二酐液相色谱图。

具体实施方式

本实施例通过以下方式实现环丁烷四甲酸二酐的连续制备：

一、将马来酸酐溶解在有机溶剂中，配制质量浓度为4％的马来酸酐溶液作为液相；

二、氮气作为气相，气相和液相的进料体积速率比为1:3进入t型微混合器混合形成气-液两相流体；

三、流体在直径为0.5mm微通道中经紫外光源照射发生光聚合反应，流体在紫外光中的停留时间为20min，反应温度为-5℃；

四、经过滤分离后得到白色固体，再经洗涤、干燥得环丁烷四甲酸二酐。

如图2所示，所述的t型微混合器与毛细管微通道通过螺纹连接，气相与液相流向呈180°对流碰撞剪切以形成二次流并增加扰动和混合效果，通过t型微混合器的结构实现了对撞模式的混合，且此种对撞模式混合效果最佳。

将本实施例制备环丁烷四甲酸二酐作红外光谱测试。如图2所示3013cm^-1为c-h伸缩振动峰，1850cm^-1、1780cm^-1为c＝o吸收峰，1208cm^-1、1096cm^-1、964cm^-1、938cm^-1为c-o-c吸收峰。

将本实施例制备环丁烷四甲酸二酐与商品化的、纯净的环丁烷四甲酸二酐采用液相色谱测试：采用纯净的环丁烷四甲酸二酐配制的液体浓度为1.14g/l，采用本方法所合成环丁烷四甲酸二酐配制的溶液浓度为1.00g/l，由液相色谱图分析得到本方法制备的环丁烷四甲酸二酐纯度为97.2％。

对比例1：步骤一中所述的溶液中马来酸酐的质量浓度为8％。其它与具体实施方式一相同，其作用在于：质量浓度增加，产率提高。

对比例2：步骤二中所述的分散相和连续相的进料体积速率比为1:2。其它与具体实施方式一相同，其作用在于：分散相含量增加，反应停留时间改变，产率改变。

对比例3：步骤三中所述的微通道直接为1mm。其它与具体实施方式一相同，其作用在于：微通道直径增大，反应放大，停留时间降低，产率降低。

对比例4：步骤三中所述的流体在微混合器内的停留时间为30min。其它与具体实施方式一相同，其作用在于：停留时间增大，产率提高。

对比例5：步骤三中所述的反应温度为0℃。其它与具体实施方式一相同，其作用在于：温度升高，反应转化率改变。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：

技术总结
一种基于微混合器的环丁烷四甲酸二酐连续制备装置及方法，包括：T型微混合器、分别与其两个输入端相连的气源和微量注射器以及与其输出端相连的毛细管微通道，其中：毛细管微通道设置于带有紫外光的冷却装置内。本发明以氮气作为气相、以马来酸酐溶液作为液相，通过T型微混合器混合形成两相流后，在毛细管微通道内经紫外光源照射反应，反应产物经过滤分离后得到环丁烷四甲酸二酐。

技术研发人员：路庆华;徐文华;苏远海
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2017.02.22
技术公布日：2017.07.04