一种连续流快速制备过氧乙酸的方法技术

本发明专利技术提供了一种连续流快速制备过氧乙酸的方法，利用连续流微通道反应器进行反应，包括以下步骤，1)将醋酸、过氧化氢溶液、催化剂和稳定剂混合后一起通入微通道反应预热模块；2)使步骤1)预热后混合物连续进入微通道反应模块，反应温度范围80～150℃，压力维持0.5～2.0MPa，停留时间为10～200秒；3)使步骤2)微通道反应模块出口得到的产物进入冷却模块。本发明专利技术利用微通道反应器的特性，可以实现连续流快速制备过氧乙酸，相较于传统工艺，本发明专利技术极大地缩短了反应时间、提高了生产效率、有效降低了安全风险，易于进行工业化放大和生产。

A continuous flow method for rapid preparation of peracetic acid

【技术实现步骤摘要】
一种连续流快速制备过氧乙酸的方法
本专利技术属于精细化工与医药化工领域，尤其是涉及一种连续流快速制备过氧乙酸的方法。
技术介绍
过氧乙酸(Peraceticacid，CH3COOOH)是一种无色透明液体，具有较强的氧化性，广泛应用于化工行业的材料合成、石油行业柴油脱硫、轻纺行业的织物漂白以及医疗卫生领域的杀菌消毒。更具体地，在化工合成中，过氧乙酸可以作为环氧化剂进行烯烃环氧化制备环氧单体，用以合成环氧丙烷、己内酰胺、甘油、环氧增塑剂、戊内酯和己内酯等；在医疗领域中，过氧乙酸是一种高效广谱化学消毒剂，具有使用浓度低、杀菌作用强、消毒时间短、分解物无毒等优点，广泛应用于医疗器械消毒、灭菌以及环境、物表、空气等疫源地消毒和预防性消毒，在2003年非典疫情期间，作为消毒剂主力军用于医院和其他公共场所的杀菌消毒。过氧乙酸合成工艺主要有两种方法：乙醛空气/氧气氧化法和过氧化氢法。其中乙醛空气/氧气氧化法虽然成本相对较低，但所需设备复杂、投资大、安全风险较高，同时生产过程中产生的乙醛单过乙酸酯是温敏性易爆物，爆炸风险性较高；若采用重金属酸性催化剂抑制乙醛单过乙酸酯的形成，则后期需要对重金属酸性催化剂进行去除，否则会影响过氧乙酸的稳定性。过氧化氢法则是由30～90wt％过氧化氢与冰醋酸在强酸性催化剂(硫酸或磺酸型离子交换树脂)存在下反应4～36h制备过氧乙酸，其反应式如(I)所示。另外，也可采用醋酸酐代替醋酸作为原料，虽能提高过氧乙酸的浓度，但反应过程中会生成易爆炸的二酰基过氧化物副产物，因此工业生产中仍多采用醋酸-过氧化氢反应进行过氧乙酸的生产。醋酸-过氧化氢法在工艺合成方面也存在巨大挑战：首先，反应体系放热非常明显。反应过程中需要慢速加入物料并不断强烈搅拌移除反应热，防止反应飞温造成爆炸等生产事故，而慢速加料势必会导致反应时间延长，生产效率低下；其次，过氧化氢与过氧乙酸不稳定。传统工艺一般在较低温度(40～60℃)下进行，反应接近平衡时间至少数小时，且需要占用较大的反应器体积。提高双氧水浓度，虽可加快反应速度，但生产效率依然很低；提高反应温度虽能加快反应速度提高生产效率，但过氧化氢在35℃以上开始放热分解。传统的釜式反应器，传质、传热差(液液传质系数0.05～0.1s-1，总传热系数为1～10KW/m3·K)，无法避免返流现象，且持液量大，易造成局部物料浓度、温度不均，在合成过氧乙酸过程中存在巨大安全风险；静态混合器或管式反应器，换热面积较釜式反应器提升很多(液液传质系数0.1～10s-1，总传热系数为200～800KW/m3·K)，且解决了反流问题，但混合仍以分散-湍流方式完成，需要较长的时间实现混合均匀，对于某些对传质要求高，两相物料参与的反应仍不能达到理想的传质效果及反应选择性；连续流微通道反应器是指经过微加工和精密加工技术制造的小型反应系统，包括化工单元反应所需的混合器、换热器、反应器和控制器等，但其管道尺寸远远小于常规的管式反应器，一般在微米至毫米级别。连续流微通道反应器内因为相界面对流体的分隔作用和微通道对于流体的摩擦作用的存在，使得反应器内存在强烈的内循环和二次流流动，对反应物之间传质的强化有重要作用，加之通过强化混合，如分离再混合、层流扩散等手段，可促使反应在毫秒至秒级完成(液液传质系数为1～41s-1)；同时，微通道反应器的反应通道尺寸小在缩短分子扩散距离、增加传质效率的同时，反应区持液量很小，与换热区比表面积非常大，传热能力非常强(总传热系数为1500KW/m3·K以上)，温升效果并不明显，可实现“数增放大”，且无放大效应，安全系数高。因此，使用微通道反应器往往能在很短的停留时间内快速完成反应，得到的产物选择性较传统工艺要高，副产物较低，尤其适用于放热剧烈、反应物或产物不稳定、反应物配比要求严格、危险系数较高、易燃易爆的反应等。如何实现连续流快速制备过氧乙酸的目的，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种连续流快速制备过氧乙酸的方法，以克服现有技术中反应时间长、生产效率低、工艺相对复杂、设备投资大、制造成本较高、安全风险较高等问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种连续流快速制备过氧乙酸的方法，利用连续流微通道反应器进行反应，包括以下步骤，1)将醋酸、过氧化氢溶液、催化剂和稳定剂混合后一起通入微通道反应预热模块；2)使步骤1)预热后混合物连续进入微通道反应模块，反应温度范围80～150℃，压力维持0.5～2.0MPa，停留时间为10～200秒；3)使步骤2)微通道反应模块出口得到的产物进入冷却模块。利用微通道反应器反应通道尺寸小、持液量低、无返混、传质传热快、停留时间分布窄等特点，大大提高了反应效率和稳定性，同时极大地降低了因反应温度失控引发的安全风险。优选的，连续流微通道反应器的传质系数为1～41s-1、总传热系数为1500KW/m3·K以上。优选的，所述催化剂为浓硫酸、甲磺酸、苯磺酸中的一种或两种以上，优选浓硫酸；所述的稳定剂为磷酸钠、焦磷酸钠、羟基乙叉二磷酸、乙二胺四乙酸、8-羟基喹啉、吡啶-2,6-二甲酸中的一种或两种以上，优选为8-羟基喹啉和乙二胺四乙酸中的一种或两种的混合物。优选的，步骤1)中，醋酸与过氧化氢的摩尔比为(1～10)：1，优选比例为(1.5～4)：1；过氧化氢溶液的浓度为25～75wt％，优选30～70wt％；所述催化剂添加量为反应总物料的0.5～10wt％，优选1～5wt％；所述稳定剂添加量为反应总物料的0.01～0.5wt％；优选0.15～0.3wt％。优选的，步骤2)中，微通道反应模块的反应温度为100～130℃，反应压力为1.2～1.5MPa，停留时间为15～45秒。优选的，步骤1)中，微通道反应预热模块的预热温度为80～150℃，优选100～130℃；步骤3)中，所述的冷却模块，其冷却温度为0～30℃，优选5～20℃。优选的，所述连续流微通道反应器为增强混合式微通道反应器、薄层连续切分式微通道反应器、微孔阵列式微通道反应器、翅片式微通道反应器、毛细管微通道反应器或多股并流式微反应器。优选的，所述微通道反应器的反应模块内的微通道结构为直流型通道结构或增强混合型通道结构；优选的是，所述直流型通道结构为管状结构，所述增强混合型通道结构为T型结构、球形结构、球形带挡板结构、水滴状结构、心形结构、锯齿形或伞形结构，且通道直径为0.5～10mm。本专利技术同时提供如上所述的方法在制备过氧乙酸中的应用。本专利技术提供的方法，所述醋酸和过氧化氢的氧化反应在连续微通道反应器内进行，可以按照需求将预热模块、反应模块、冷却模块和传热模块进行连接。微通道反应器连接好后，可以采用导热油进行传热，采用乙醇/乙二醇进行冷却。相对于现有技术，本专利技术所述的连续流快速制备过氧乙酸的方法,具有以下优势：(1)本专利技术所述的方法，采用醋酸与过氧化氢在连续流微通道反应器进行反应。利用微通道反应器的特点，即反应通道尺寸为微米至毫米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续流快速制备过氧乙酸的方法，其特征在于：利用连续流微通道反应器进行反应，包括以下步骤，/n1)将醋酸、过氧化氢溶液、催化剂和稳定剂混合后一起通入微通道反应预热模块；/n2)使步骤1)预热后混合物连续进入微通道反应模块，反应温度范围80～150℃，压力维持0.5～2.0MPa，停留时间为10～200秒；/n3)使步骤2)微通道反应模块出口得到的产物进入冷却模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续流快速制备过氧乙酸的方法，其特征在于：利用连续流微通道反应器进行反应，包括以下步骤，
1)将醋酸、过氧化氢溶液、催化剂和稳定剂混合后一起通入微通道反应预热模块；
2)使步骤1)预热后混合物连续进入微通道反应模块，反应温度范围80～150℃，压力维持0.5～2.0MPa，停留时间为10～200秒；
3)使步骤2)微通道反应模块出口得到的产物进入冷却模块。


2.根据权利要求1所述的连续流快速制备过氧乙酸的方法，其特征在于：连续流微通道反应器的传质系数为1～41s-1，总传热系数为1500KW/m3·K以上。


3.根据权利要求1所述的连续流快速制备过氧乙酸的方法，其特征在于：所述催化剂为浓硫酸、甲磺酸、苯磺酸中的一种或两种以上，优选浓硫酸；所述的稳定剂为磷酸钠、焦磷酸钠、羟基乙叉二磷酸、乙二胺四乙酸、8-羟基喹啉、吡啶-2,6-二甲酸中的一种或两种以上，优选为8-羟基喹啉和乙二胺四乙酸中的一种或两种的混合物。


4.根据权利要求1所述的连续流快速制备过氧乙酸的方法，其特征在于：步骤1)中，醋酸与过氧化氢的摩尔比为(1～10)：1，优选比例为(1.5～4)：1；过氧化氢溶液的浓度为25～75wt％，优选30～70wt％；所述催化剂添加量为反应总物料的0.5～10wt％，优选1～5wt％；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，杨克俭，吴昊，冯传密，杨琦武，刘喆，吕金昆，白世杰，武金丹，黄冠博，
申请(专利权)人：中国天辰工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12