使用振荡流混合反应器合成有机过氧化物制造技术

本发明专利技术涉及用于连续制备有机过氧化物的方法和装置(10，20)，其反应器包括至少一个配置为反应区的流道(1，1a，1b)；与所述至少一个流道的第一末端流体连通并配置成将两种或更多种物质或物质组合引入所述至少一个流道的入口系统(2)；与所述至少一个流道的第二末端流体连通的出口系统(3)，第二末端位于第一末端下游且所述出口系统配置成提取存在于第二末端的反应产物；配置成在经过所述至少一个流道的物质流上叠加振荡流的振荡系统(4，5)，在所述至少一个流道的至少一段中实施所述振荡流；和配置成通过控制入口系统以根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道、控制振荡系统以将振荡流叠加在经过所述至少一个流道的物质流的至少一部分上和控制出口系统以在持续基础上提取由引入的物质在流道中形成的反应产物以使输出质量流量相当于输入质量流量的总和而实施所述方法的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用振荡流混合反应器合成有机过氧化物专利
本专利技术涉及有机过氧化物的高效安全的合成，特别涉及在振荡流条件下连续合成有机过氧化物。专利技术背景有机过氧化物作为聚合物制备中的引发剂或作为药物制剂和复杂化学合成中的氧化剂起到重要作用。有机过氧化物是已知当没有保持在足够低的温度下时在自加速放热反应中分解的热敏、高反应性化合物。各自的自加速反应的开始和进行不仅依赖于温度，还依赖于各有机过氧化物所处的散热条件。界定开始放热分解的最低温度的SADT（自加速分解温度）因此不代表绝对值，而是反映各有机过氧化物所处的条件。较小包装通常具有比较大包装高的表面/体积比和因此更好的散热条件，这带来更高的SADT。由于它们的热不稳定性，合成有机过氧化物需要非常精确的温度控制以避免任何严重事件。由于各自的生产或制备工艺使用不混溶相的双相或多相反应，需要充分混合反应组分以实现令人满意的反应速率。有机过氧化物可在不连续或连续法中生产。在不连续法中，将反应物全部加载到反应器中（分批反应）或将一种反应物或催化剂计量到在反应器中提供的其它反应物中（半分批反应）。此类反应器中可提供的反应体积和冷却表面之间的比率通常高，以致精确的温度控制困难并因此限制在一批内安全生产的有机过氧化物的量。对于更大生产量，连续制备法因此优选，其中原材料的供应和最终产品的取出在连续基础上进行。L.Fritzsche和A.Knorr在"Transformationofthe2ndstepofaperoxyestersynthesisfromsemi-batchtocontinuousmode",ChemicalEngineeringandProcessing70(2013)217-221中描述了有机过氧化物合成从半分批模式向连续模式的转变。该反应在暴露在超声下的管式连续流反应器中进行以改进混合和增加相界界面和因此实现两个相之间的更好质量传递。在"Continuoussynthesisofahighenergeticsubstanceusingsmallscalereactors",ChemicalEngineeringTransactions,32(2013)685-690中，L.Fritzsche和A.Knorr描述了“分离重组式（split-and-recombine）”（SAR）反应器，其中两个曲折通道沿它们的整个长度反复分离和重组。该SAR反应器用于在施加超声下的TBPEH（过氧-2-乙基己酸叔丁酯）合成。文献WO2008/006666A1例如描述了使用具有两个反应区的反应器制备酰基过氧化物的连续方法。第一反应区配置成环流反应器，其中大部分双相反应混合物在冷却回路中循环，同时将其中一部分，或更确切地说，将循环体积的20%至50%供往第二反应区并用相应量的新供入的原材料替代。第二反应区由搅拌槽反应器形成，其中串联两个或更多个反应槽，通过至少一个搅拌器混合各反应槽的内容物。将反应槽互相连接以使反应混合物几乎没有从下游反应槽回混到上游反应槽中。尽管能够连续制备有机过氧化物，但在第二反应区中的加工代表一连串CSTR（连续搅拌釜反应器）而非连续流通式反应器，因为第二反应区以槽级联的形式组织，各槽加工总反应体积的一定部分指定时间。由于槽加工，冷却表面和反应混合物的体积之间的比率在第二反应区中仍然较差，因此限制反应器的生产量或需要大量反应槽。不同于连续流反应，该搅拌导致转化率处于先进状态的部分与转化率仍不足的部分再混合。因此，CSTR需要许多槽才能达到良好的最终转化率。作为再混合的另一后果，机械搅拌器没有提供细分散的相混合，从而造成较低的转化率和/或长停留时间（该反应混合物经过反应器所需的时间）。流通式反应器，例如管式反应器、板式反应器等能在连续流中连续制备有机过氧化物。流通式反应器包括至少一个反应器通道以使该反应混合物通过，由此在使用多于一个反应器通道时，这些通道可以并联和/或串联。由于反应混合物连续流过反应器通道，反应组分的局部浓度基本随该反应混合物沿反应器通道（一个或多个）的长度到各自的位置经过的距离而变化，并可以借助活塞流反应器模型描述。换言之，假设反应混合物组分的浓度仅沿其流向改变而没有横跨流向的梯度。流通式反应器中的相混合通常通过制造湍流，即方向不同于主流向的不规则局部流实现。可以借助高流速（通常以高于3,000左右的雷诺数为特征）或通过在流道中引入重定向工具如挡板（参见例如WO1999/55457A1）或通过通道壁不平整性（例如如WO2006/092360A1中公开的螺旋突起或凹入）或通过反应通道或流道方向的改变（例如WO2012/095176A1中所述）或通过分离和重组料流（例如如WO2014/044624A1中所述的人字形结构）制造湍流。湍流不仅提供有机过氧化物的合成中存在的不混溶相的充分混合，还通常使得最大液滴尺寸小于用机械搅拌工具如搅拌器等可能实现的尺寸。较小的最大液滴尺寸进而提供较大的反应表面以带来较高反应速率和因此较短反应时间。由于基于湍流的混合不需要活动件，各反应器也被称作静态混合器。可以使用所谓的小型反应器改进用于合成有机过氧化物的工艺条件。小型反应器的特征在于具有毫米范围（毫反应器）或甚至微米范围（微反应器）的流道尺寸（横跨主流向）。小型反应器的使用显著降低局部反应体积，同时提高可用于冷却的反应器通道表面和反应器通道体积之间的比率。这能够改进局部反应温度的控制，其与较小的局部体积一起改进该制备法的安全性。连续流通式小型反应器的一个实例是如例如文献WO2007/125091A1中所述的板式交换器。该板式交换器包括布置形成反应器通道的三个板和在它们之间的热交换通道。该反应器可用于合成有机过氧化物，其中两个反应器通道串联。将两种反应物供入这两个反应器通道的第一个以形成中间产物，然后将其与第三反应物一起供入这两个反应器通道的另一个以形成最终产物。传热流体流经热交换通道以耗散反应热。在WO2014/044624A1中公开了连续流通式小型反应器的另一实例。该反应器包括至少两个具有成角的齿的梳形结构。将这两个结构之一置于另一个上以使这两个结构的齿交错。将由此组合的结构放入覆盖其顶面和底面的外壳中以形成交叉路径，迫使流体沿其反复改变其流向。为了能够制备有机过氧化物，将该外壳置于冷却液流过的管中。WO2012/095176A1中公开的流通式小型反应器提供路径方向反复改变的反应通道。在被另一板覆盖的板中形成反应通道。为了加强湍流和由此改进加工流体的混合，在流体的稳态流上叠加振荡流。将振荡流限制在原材料的入口和最终产物的出口之间的区域并导致在反应器内反复出现高流速。术语“振荡流”表示流速随时间的变化，由此振荡流的平均流速等于0。当将振荡流叠加在稳态流上时，因此通过稳态流的速率得出平均流速。但是，由于暂时更高的流速，产生更强的湍流，这带来反应混合物组分的更有效混合。反应混合物的停留时间不受振荡流影响，因为平均流速仍等于稳态流速率。振荡流在稳态流上的叠加在专利说明书US4,271,007中已被描述为防止固体沉积在用于高温烃裂化的管式反应器的壁上的适当手段。所用振荡频率为115Hz。WO2012/095176A1描述了振荡流在其反应器通道配置为具有反复路径变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备有机过氧化物的方法，其包括以下步骤：提供连续流反应器(10，20)，其具有：至少一个配置为反应区的流道(1，1a，1b)；与所述至少一个流道(1，1a，1b)的第一末端流体连通并配置成将两种或更多种物质或物质组合引入所述至少一个流道的入口系统(2)；与所述至少一个流道(1，1a，1b)的第二末端流体连通的出口系统(3)，第二末端位于第一末端下游且所述出口系统配置为提取存在于第二末端的反应产物；和配置成在经过所述至少一个流道(1，1a，1b)的物质流上叠加振荡流的振荡系统(4，5)，在所述至少一个流道的至少一段中实施所述振荡流；(S1) 使用入口系统(2)根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道(1，1a，1b)，(S2) 借助振荡系统(4，5)将振荡流叠加在经过所述至少一个流道(1，1a，1b)的物质流的至少一部分上以在物质流中制造湍流，(S3) 在持续基础上并借助出口系统(3)提取由引入的物质在所述至少一个流道(1，1a，1b)中形成的反应产物，输出质量流量相当于输入质量流量的总和。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.26 FR 15601861.一种连续制备有机过氧化物的方法，其包括以下步骤：提供连续流反应器(10，20)，其具有：至少一个配置为反应区的流道(1，1a，1b)；与所述至少一个流道(1，1a，1b)的第一末端流体连通并配置成将两种或更多种物质或物质组合引入所述至少一个流道的入口系统(2)；与所述至少一个流道(1，1a，1b)的第二末端流体连通的出口系统(3)，第二末端位于第一末端下游且所述出口系统配置为提取存在于第二末端的反应产物；和配置成在经过所述至少一个流道(1，1a，1b)的物质流上叠加振荡流的振荡系统(4，5)，在所述至少一个流道的至少一段中实施所述振荡流；(S1)使用入口系统(2)根据第一时间特征将至少两种物质或物质组合引入所述至少一个流道(1，1a，1b)，(S2)借助振荡系统(4，5)将振荡流叠加在经过所述至少一个流道(1，1a，1b)的物质流的至少一部分上以在物质流中制造湍流，(S3)在持续基础上并借助出口系统(3)提取由引入的物质在所述至少一个流道(1，1a，1b)中形成的反应产物，输出质量流量相当于输入质量流量的总和。2.根据权利要求1的方法，其中提供连续流反应器(10)的步骤包括提供进一步具有适合控制沿所述至少一个流道(1，1a，1b)的长度的温度分布的温度控制系统(6，6a，6b)的反应器，且其中所述方法进一步包括使用温度控制系统(6，6a，6b)控制沿所述至少一个流道(1，1a，1b)的温度分布的步骤(S4)。3.根据权利要求1或2的方法，其中根据第一时间特征引入所述至少两种物质包括以恒定或脉动方式引入这两种物质的至少一种。4.根据权利要求1、2或3的方法，其中将振荡流叠加在经过所述至少一个流道(1)的物质流的至少一部分上的步骤包括使用具有在第一位置与所述至少一个流道流体连通的振荡流发生设备(4)和在不同于第一位置的第二位置与所述至少一个流道流体连通的液压蓄能器(5)的振荡系统。5.根据前述权利要求之一的方法，其中提供连续流反应器的步骤包括提供反应器(20)，其至少一个流道(1)包括第一流道(1a)和第二流道(1b)，第一流道的第一末端与入口系统(2)流体连通且第一流道的第二末端与第二流道(1b)的第一末端流体连通，所述反应器进一步包括配置成将从第一流道(1a)的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道的再循环系统(9，7，4)，且其中所述方法包括使用所述再循环系统将从第一流道的第二末端输出的反应混合物的一部分在其第二末端上游再引入第一流道的步骤。6.根据权利要求5的方法，其中提供连续流反应器的步骤包括提供由串联的三个流道模块形成的第一流道(1a)，由此第一流道模块(1ai)和第二流道模块(1aii)各自由分离重组式反应器形成，而第三流道模块(1aiii)由曲折通道反应器形成，且其中入口系统(2a，2b)配置成将第一物质引入第一流道模块(1ai)的第一入口和将第二物质引入第二流道模块(1aii)的第一入口，而第一流道模块(1ai)的出口与第二流道模块(1aii)的第二入口流体连通，第二流道模块(1aii)的出口与第三流道模块(1aiii)的入口流体连通，且第三流道模块(1aiii)的出口与配置成将从第三流道模块(1aiii)输出的反应混合物的一部分再引入第一流道模块(1ai)的第二入口的再循环系统流体连通。7.根据在依赖于权利要求4时的权利要求5或6的方法，其中再循环系统(9，7，4)包括振荡流发生设备(4)且其中液压蓄能器(5)与第二流道的第二末端流体连通。8.根据在依赖于权利要求2时的权利要求5、6或7的方法，其中使用所述温度控制系统控制沿所述至少一个流道的温度分布的步骤包括使用具有第一热交换系统(6a)和第二热交换系统(6b)的温度控制系统(6)，第一热交换系统适合与第一流道(1a)热交换且第二热交换系统适合与第二流道(1b)热交换，以分开控制沿第一流道的温度分布与沿第二流道的温度分布。9.根据前述权利要求之一的方法，其中提供连续流反应器的步骤包括提供进一步具有配置成在其第一末端下游将一种或多种物质引入所述至少一个流道(1)的附加入口系统(8)的反应器，所述方法进一步包括根据第二时间特征在其第一末端下游将一种或多种附加物质引入所述至少一个流道的步骤，且通过所述出口系统实现的输出质量流量还进一步包括所述附加输入质量流量。10.根据前述权利要求之一的方法，其中提供连续流反应器的步骤包括提供一种反应器，其振荡系统配置成生成具有0.1Hz至500Hz，优选1至50Hz，更优选2Hz至25Hz的频率的振荡流。11.根据前述权利要求之一的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：A布卢姆，P马吉，S胡布，
申请(专利权)人：阿肯马法国公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR