微通道反应器内叔丁醇溴化反应工艺研究-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

精细石油化
第30卷第1期
8
SPECIALITY PETROCHEMICALS
2013年1月
微通道反应器内叔丁醇溴化反应工艺研究
张跃,郭欣桐,严生虎,刘建武’,沈介发
(常州大学制药与生命科学学院,江苏常州213164)
摘要:研究了微通道反应器中叔丁醇的溴化反应制备溴代叔丁烷的工艺过程,考察了原料摩尔配比、反应温
度、催化剂浓硫酸的用量、停留时间等单因素对反应的影响。通过实验结果得到了较佳的工艺条件:反应温度
为50℃,叔丁醇、氢溴酸和浓硫酸的摩尔比为1:1.5:1,停留时间60s,叔丁醇的转化率为92.3%,溴代叔
丁烷的选择性为99.1%,传统间歇搅拌反应器中叔丁醇转化率为88-3%,溴代叔丁烷选择性为86.5%。相
较于传统工艺方法,利用微通道技术提高了反应效果,降低了反应条件的要求,减少了废酸的产生,大大提高
了生产效率。
关键词:微通道反应器叔丁醇溴化溴代叔丁烷
中图分类号:TQ413.24文献标识码:A
溴代叔丁烷俗称叔丁基溴,又称2-溴-2-甲基
增强传质“心形”结构微通道反应器,G1型,
丙烷。不溶于水,易溶于常用有机溶剂,如:醇、醚 corning;HR-50型恒温换热循环器,无锡晟泽理
等。溴代叔丁烷是一种有广泛用途的有机中间化器械公司;GC9890A型气相色谱仪,上海灵华
体,可用作溶剂及有机合成时的烷基化剂及中间仪器公司;TBP1002T型计量泵,上海同田生物科
体;还可用作香料(如甲基戊基甲酮)的原料及用技公司;HYM-PO-B2-NS-08型计量泵,日本Fuyi
来合成叔丁基苯和对二叔丁基苯的原料
Pump公同;DF-101S集热式磁力搅拌器,潮安县
目前主要制备工艺由叔丁醇经溴化反应而得彩塘振能不锈钢制品厂。
到,工业上所采用的是叔丁醇经过氢溴酸-浓硫酸
Corning公同的G1增强传质“心形”结构微
体系进行溴化。在叔丁醇溴化的工业化生产中面通道反应器是一个框架结构反应器,它由多个玻
临着生产工艺落后,间歌操作方式,设备效率低,璃材质反应模块和配套连接组件组合而成。反应
生产设备腐蚀严重,副产物多,产品质量有待进
模块由4层玻璃经特殊加工而成,形成3层空腔
步提高,市场竞争激烈等诸多难题。
外侧两层空腔构成换热通道,中间层空腔构成物
笔者在微通道反应器内以叔丁醇和氢溴酸为料反应通道(如图1)。反应通道由若干具有全混
原料,浓硫酸作为催化剂,制备溴代叔丁烷。考虑流特征的微型“心型”结构单元串连组成,微通道
到通道反应器具备传质、传热效果高,各物料流。特征尺寸a=0.2mm(如图2)。通过反应模块、
速可分别精确控制的优点,分別考察了叔丁醇连接件、物料输送装置的组合形成反应器系统,可
与氢溴酸摩尔比、反应温度、浓硫酸用量以及停留
实现物料的强制混合和停留时间的精确控制。
时间对反应的影响,优化了工艺条件,从而反应效1.2实验方法
果得到了明显提高。且该工艺的应用可使叔丁基1.2.1间歇搅拌反应操作
溴的连续高效化生产成为可能
在带有机械搅拌和冷凝回流的四口烧瓶中,
实验部分
按照一定的摩尔配比,先将叔丁醇和氢溴酸加人
1,1原料及仪器
叔丁醇,质量分数99%,工业级,上海科丰化其中,浓硫酸采用恒压滴液漏斗缓慢滴加。同时
学试剂有限公司;硫酸,质量分数98%,试剂AR
收稿日期:2012-08-02;修政稿收到日期:2012-12-04。
级,国药集团化学试剂有限公司;氢溴酸,质量分数
作者筒介:张跃(1964),博士,研究员,主要从事化学工程、
工业惟化、有机化工的研究
48%,AR级,国药集团化学试剂有限公司。
头通信联系人,Email:liujiang(@ceu.cdu.cn
第30卷第1期
张跃,等.微通道反应器内叔丁醇溴化反应工艺研究
使用恒温水浴锅对四口烧瓶进行控温,在一定停
叔丁醇
产物
留时间后停止反应。最后进行后处理,分液取得
油相,通过GC进行分析。
48%氢溴酸
01030405060708
视
3%液硫酸
换热介质(出)
換热介质(进反应物料(进)产品()1
Heating
传热层
图3微通道连续反应器流程示意
侧反应层
微反应器中选择性
专热层…
图1 Corning微通道反应模块结构示意
?反应选择性
8=0.2mnn
中转化性
氢溴酸):m(叔丁醇)
图4原料摩尔比对反应的影啊
从图4可以看出:当n(氢溴酸):n(叔丁醇)
为2.0时,间歇反应效果达到了最优,叔丁醇的转
图2微通道“心型”结构单元示意
化率达到了75.0%,溴代叔丁烷的选择性达到了
1.2.2连续微通道反应操作
89.0%。在微通道反应器实验中,随着氢溴酸用
根据反应的需要,对微通道反应器的线路进量的增加,叔丁醇的转化率出现了先是明显增大,
行改装,首先将叔丁醇与氢溴酸分别计量,一同通后又缓慢逐渐减小的趋势;氧溴酸的用量对于溴
入01混合“心形”反应模块;同时计量输人浓硫代叔丁烷的选择性的影响无明显趋势。故n(氢
酸,使其进入02预热直通道反应模块。通过热电溴酸):m(叔丁醇)为1.5的条件较佳。
偶测量反应器内的实际温度,并使用恒温换热循
无论是在间歇反应器还是微通道反应器内,
环器对整个微通道反应器内01~08反应模块进叔丁醇转化率都出现了先明显上升,到达最大值
行换热,控制体系的反应温度。待反应温度稳定,后再逐渐降低的过程。这是因为,此反应为可逆
体系压力稳定,系统维持一段稳定时间后(一般为反应,48%的氢溴酸中含有大量的水,而在酸性环
停留时间的3~5倍),进行取样并立即淬灭后处境下水的大量存在会使得溴代叔丁烷发生水解,
理,GC分析。微通道反应器内连续反应流程见使反应平衡向左移动;起初,增加氢溴酸的量,系
图3
统内的HBr浓度增大,反应平衡向右移动,叔丁
结果与讨论
醇的转化率得以提高。但是体系内水量的大幅增
原料摩尔比对反应的影响
加,使得反应平衡向左移动,又生成了叔丁醇,所
间歇搅拌反应器中,在n(浓硫酸):(叔丁以叔丁醇的转化率下降。
醇)为1.0、反应温度30℃、停留时间30min的条
相比于传统间欯反应器,微通道反应器“心
件下,分别考察了n(氢溴酸):n(叔丁醇)对反应形”反应模块具有优良的传质效果,串联的心形结
的影响。在微通道反应器中进行实验,同等条件构单元可以使得反应流体在流动中获得充分的扰
下分別考察n(氢溴酸):n(叔丁醇)对反应的影动和混合,比表面积可以达到10000~50000
响,结果如图4所示。
m2/m3,相比之下,传统的反应器比表面积只有