以氣態滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統的製作方法

2023-12-01 07:01:51 2

專利名稱：以氣態滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統的製作方法
以氣態滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統技術領域
本發明屬于格氏反應的工業應用技術領域。具體涉及一種以氣體滷代烴工業生產 格氏試劑的設備系統。
背景技術：
格氏反應(Grignard Reaction)的原理早已為每個涉及有機化學的人員所熟知， 利用其原理進行各種有機物合成應用的文獻也屢見不鮮。引發和散熱是以氣體滷代烴工業 上合成格氏試劑的關鍵環節。中國專利200510025651. 7中提出的方法是先在實驗室製得 少量格氏試劑，然後加入到反應釜中引發反應；中國專利200410051433. 6提出用超聲波來 引發反應；中國專利200610127730. 3中提出通過微波輻射來引發反應。以上引發方法均存 在明顯缺陷，採用超聲波或微波輻射來引發反應，由於超聲波和微波穿透金屬的能力有限， 無法在工業裝置上應用；採用實驗室製備的格氏試劑轉移到工業反應釜中必然要增加相應 的加料系統。此外，當反應引發時和反應進行過程中，由於以氣體滷代烴生產格氏試劑的反 應放熱比較劇烈，容易發生衝料現象(反應的原料從反應釜衝出)，甚至直接爆炸。可見，為 了實現格氏反應的安全進行，必須根據格氏反應的特點設計反應釜設備系統。
絕大部分格氏試劑的生產是以液態的滷代烴或滷代芳烴為原料，在實驗室中合 成甲基滷化鎂格氏試劑(MeMgX)和乙基滷化鎂格氏試劑(EtMgX)，可以使用價格很高的液 態滷代烴(如碘甲烷和溴乙烷)來完成；但出於成本的考慮，工業上必須使用價格便宜的 氣態滷代烴(如氯甲烷和氯乙烷)為原料來生產。有一種重要的格氏試劑乙烯基滷化鎂 (ViMgX)，原料氯乙烯的氣態難以迴避。以氣態滷代烴在工業上生產格氏試劑時，通常是在 一定壓力狀態下進行的，還要向反應系統中通入大過量的滷代烴，其原因是(1)促使價格 較高的金屬鎂儘量的轉化為格氏試劑，(2)該反應為固液反應，反應開始階段速度一般較 慢，(3)反應進行過程中，因溫度上升導致的滷代烴在溶液中溶解度降低。為了解決以上問 題，中國專利2007101U884. X提出一種經過改進的以氯甲烷生產甲基氯化鎂的方法，該反 應釜中的壓力為0. 25MPa，但由於反應是在一套密閉的系統中進行的，格氏反應劇烈的溫升 容易造成釜中壓力急劇增大，導致衝料或爆炸事故。顧小焱(試劑與精細化學品，1999，9) 提出在深度冷凍(_45°C)的條件下進行反應；李安良(Journal of ChinesePharmaceutical Sciences,2002,11 (3))採用在反應瓶出口加了一隻氣球起到限制氯乙烯氣體逃逸並隔絕 外部空氣的作用，但這些方法顯然不適宜工業應用。
格氏反應完成以後，由于格氏試劑有一定的粘度，且一旦溫度降低，很容易結晶析 出，所以剩餘原料鎂屑既不便於過濾而出，也會沉積到管道以及閥門中，導致生產不能順利 進行，分離格氏試劑和剩餘原料鎂屑也是一個難題。對於這一難題，文獻《麥芽酚製備中 格氏反應工藝和裝備的改進》(浙江化工，2004，(35)，(09))提到了一個方法對反應釜 進行改造，從反應釜中間一定的位置進行放料，以期保留鎂屑而放出格劑。實際上，這也 只部分地解決了鎂屑堵閥及管道的問題，這是因為在格氏試劑生產中劇烈的攪拌，也會使 部分鎂屑被衝擊到放料口，因此鎂屑也會進到後面的系統中。美國陶氏康寧公司在專利03816950. 9中採用了加入過量的滷代烴來實現鎂的相對反應完全，這種方法的缺點也是顯 而易見的多餘的滷代烴的回收必然要增加分離和回收裝備投資。發明內容
本發明的目的就是針對上述不足之處而提供一種可以很容易判斷格氏反應進行 的情況，可以快速準確對反應釜的冷卻和加熱，可以使反應在接近常壓下進行，可以實現滷 代烴原料回收使用，可以實現產物格氏試劑和剩餘原料鎂屑順利分離的裝備系統。它實現 了工業上以氣體滷代烴安全、清潔和高效的生產格氏試劑。
本發明主要是通過下述技術方案得以解決上述技術問題的該設備系統包括原 料加料系統、兩個反應釜，其中，反應釜外殼上設有觀察視窗、壓力表，反應釜內設有攪拌 槳，所述原料加料系統中的四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐和氣體滷代烴壓力貯罐各自通過 三通閥分別和兩個反應釜連接，而鎂加料艙通過快開法蘭單獨和反應釜連接，兩個反應釜 的結構相同，兩者之間通過兩個導氣管串聯。
所述反應釜外殼的上半部分設有冷卻裝置，外殼下半部套有加熱保溫夾套，反應 釜頂部裝有玻璃空氣冷凝管，反應釜內裝有沉底吸管，沉底吸管通過管道與格劑產物接收 罐連接，所述反應釜外殼內的底部和內側壁中部還各埋有至少一隻熱電偶，熱電偶與控溫 儀輸入埠相連接，控溫儀的其中一控制埠與為冷卻裝置提供冷卻水的水泵連接，另一 控制埠與保溫夾套內的加熱系統連接。
作為優選，所述冷卻裝置由裝在反應釜頂部的可控水噴淋盤和套在反應釜外殼上 半部分的冷水夾套組成，所述可控水噴淋盤與水泵的噴水埠連接。作為優選，所述觀察視 窗外設有照明射燈。
作為優選，所述玻璃空氣冷凝管一端聯接在反應釜上，另一端與冷凝器相聯，所述 冷凝器內的冷凝管路與水泵的進水埠連接。
作為優選，所述格劑產物接收罐的安裝位置低於反應釜的安裝位置。
作為優選，所述加熱保溫夾套中充有導熱油。
作為優選，所述沉底吸管底端與釜底距離在5 40cm之間。
作為優選，所述攪拌槳槳葉與釜底之間距離在0. 5 20cm之間。
作為優選，所述冷水夾套的上部設有溢流放水閥。
本發明中所述的滷代烴或滷代芳烴是指在常壓、常溫下呈氣態的滷代烴，該滷代 烴為氯乙烷、氯甲烷、氯乙烯、溴乙烯和溴甲烷等飽和或不飽和氣態滷烴的一種。
本發明採用兩個串聯的反應釜，兩個反應釜反應同時進行，向其中一個反應釜通 入氣體滷代烴，未被反應的滷代烴進入另外一個反應釜繼續參加反應，實現了反應在接近 常壓下進行(表壓低於0.025MPa)和滷代烴的回收利用。從而實現了格氏試劑的清潔生 產。
另一方面，本發明可實現對反應釜溫度的準確控制，從而避免衝料現象和反應淬 滅，解決了傳統合成格氏試劑不能安全生產的難題。本發明在格氏反應過程中，其電子控溫 儀可以根據熱電偶送來的溫度電信號，分別控制水泵和加熱系統對反應釜及時進行冷卻或 加熱，實現對反應釜溫度的準確控制。同時，由於反應釜上裝有玻璃空氣冷凝管，反應釜上 觀察視窗外裝有照明射燈，打開照明射燈後，就可以從另一觀察視窗中觀察反應釜內反應的進行情況，通過及時觀測玻璃空氣冷凝管和反應釜內的狀況，工作人員就能實現對格氏 反應進行情況的掌握，從而十分有利於控制格氏試劑生產的進行。
另外，本發明通過在反應釜裝沉底吸管的形式，使得產物格氏試劑和剩餘原料鎂 屑實現順利分離。
下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。


圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面的優選實施方案只是例示說明本發明，並不意味著對本發明的限定。
圖1是本發明的結構示意圖。該設備系統包括原料加料系統、兩個反應釜7、25，兩 個反應釜7、25串聯設計，其中，原料加料系統包括四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐22、氣體 滷代烴壓力貯罐23和鎂加料艙5，四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐22通過三通閥71分別與 兩個反應釜7、71連接，氣體滷代烴壓力貯罐23通過三通閥72分別與兩個反應釜7、71連 接，而每一個反應釜7配備一鎂加料艙5，以反應釜7為例，鎂加料艙5通過快開法蘭6和反 應釜7聯接。兩個反應釜7的結構完全相同，生產時兩者採用兩個導氣管M串聯，在同一 反應釜中，其中一導氣管M經過空氣冷凝管1後，其端部設置在反應釜7內的頂部，另一導 氣管M的端部設置在另一反應釜內的下部。
反應釜7容積是20升 5000升，反應釜7上設有壓力表4和3 4個觀察視窗 21、其中有1 2個觀察視窗外裝有照明射燈14，其餘的觀察視窗為目視窗口。照明射燈 14為觀察反應釜7內的反應情況提供照射光源。
反應釜7內設有攪拌槳3，攪拌槳槳葉11與釜底之間距離在0. 5 20cm之間。在 反應釜7頂部裝有玻璃空氣冷凝管1，管徑在2. 5cm 30cm之間。玻璃空氣冷凝管1 一端 聯接在反應釜7上，另一端與冷凝器沈相聯，所述冷凝器沈內的冷凝管路與水泵的進水端 口連接。在反應釜7內裝有沉底吸管13、沉底吸管13通過和虹吸管道20與格劑產物接收 罐19連接，虹吸管道20與一真空裝置連接，格劑產物接收罐19的安裝位置低於反應釜7 的安裝位置，當虹吸管道20為負壓後，利用虹吸現象，反應產物就從反應釜7底部吸出來通 過虹吸管道15進入格劑產物接收罐19內，從而實現產物格氏試劑和剩餘原料鎂屑的順利 分離。
反應釜7的側壁上半部分裝有冷卻裝置，冷卻裝置由裝在反應釜7頂部的可控水 噴淋盤2和套在反應釜7側壁上半部分的冷水夾套9組成，所述可控水噴淋盤2與水泵的 噴水端連接。反應釜7側壁下半部套有加熱保溫夾套10，加熱保溫夾套10內設有加熱裝 置，並且加熱保溫夾套10中充有導熱油。
在反應釜7內的底部和側壁中部各埋有1 3隻測溫的熱電偶16，熱電偶16與現 有的控溫儀輸入埠相連接，控溫儀的一控制埠與為冷卻裝置提供冷卻水的水泵連接， 另一控制埠與保溫夾套10內的加熱系統(電加熱棒)連接。
雖然上述具體實施方案對本發明做了進一步說明，但本申請意欲覆蓋它們的各種 變化形式，如果從事本領域工作的技術人員在不脫離本發明所要求的範圍和精神實質的前提下設計一些替代方案，則仍然會落入本發明保護範圍。
權利要求
1.一種以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統，包括原料加料系統、兩個反應釜， 其中，反應釜外殼上設有多個觀察視窗、壓力表，反應釜內設有攪拌槳，其特徵是所述原料 加料系統中的四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐和氣體滷代烴壓力貯罐各自通過三通閥分別 和兩個反應釜連接，而鎂加料艙通過快開法蘭單獨和反應釜連接，兩個反應釜的結構相同， 兩者之間由兩個導氣管串聯。
2.根據權利要求1所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系統，其特 徵是所述反應釜外殼的上半部分設有冷卻裝置，外殼下半部設有加熱保溫夾套，反應釜頂 部裝有玻璃空氣冷凝管，反應釜內裝有沉底吸管，沉底吸管通過管道與格劑產物接收罐連 接，所述反應釜外殼內的底部和內側壁中部還各埋有至少一隻熱電偶，熱電偶與控溫儀輸 入埠相連接，控溫儀的其中一控制埠與為冷卻裝置提供冷卻水的水泵連接，另一控制 埠與保溫夾套內的加熱系統連接。
3.根據權利要求1所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系統，其特 徵是所述冷卻裝置由裝在反應釜頂部的可控水噴淋盤和套在反應釜外殼上半部分的冷水 夾套組成，所述可控水噴淋盤與水泵的噴水埠連接。
4.根據權利要求1所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系統，其特 徵是所述觀察視窗外設有照明射燈。
5.根據權利要求1或2所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系統， 其特徵是所述玻璃空氣冷凝管一端聯接在反應釜上，另一端與冷凝器相聯。
6.根據權利要求4所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系統，其特 徵是所述冷凝器內的冷凝管路與水泵的進水埠連接。
7.根據權利要求1或2或3所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系 統，其特徵是所述格劑產物接收罐的安裝位置低於反應釜的安裝位置。
8.根據權利要求1或2或3所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系 統，其特徵是所述加熱保溫夾套中充有導熱油。
9.根據權利要求1或2所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備系統， 其特徵是所述沉底吸管底端與釜底距離在5 40cm之間。
10.根據權利要求1或2或3所述的以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統設備 系統，其特徵是所述攪拌槳槳葉與釜底之間距離在0. 5 20cm之間。
全文摘要
一種以氣體滷代烴工業生產格氏試劑的設備系統。包括原料加料系統、兩個反應釜，其中，反應釜外殼上設有觀察視窗、壓力表，反應釜內設有攪拌槳，所述原料加料系統中的四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐和氣體滷代烴壓力貯罐各自通過三通閥分別和兩個反應釜連接，而鎂加料艙通過快開法蘭單獨和反應釜連接，兩個反應釜的結構相同，兩者之間通過兩個導氣管串聯。本發明採用兩個串聯的反應釜，兩個反應釜反應同時進行，向其中一個反應釜通入氣體滷代烴，未被反應的滷代烴進入另外一個反應釜繼續參加反應，實現了反應在接近常壓下進行和滷代烴的回收利用。從而實現了格氏試劑的清潔生產。
文檔編號B01J19/18GK102030769SQ20091027221
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月24日 優先權日2009年9月24日
發明者楊君儒, 熊光標, 熊永春 申請人:仙桃市格瑞化學工業有限公司