一种三烷基氧化膦的连续制备装置和制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三烷基氧化膦的连续制备装置和制备方法。本发明专利技术中生产三烷基氧化膦的连续化生产装置包括，第一反应室，第一反应室包括固体加料装置；固体加料装置位于第一反应室内，用于放置待反应固体；固体加料装置上设有若干个孔，所述孔用于截留待反应固体，还用于使得待反应固体参与第一反应室中的反应；所述孔位于所述第一反应室中反应液的液面以下。本发明专利技术中制备三烷基氧化膦的连续制备装置中的连续化生产装置结构简单，无需严格控制无水无氧环境，在无需精馏的前提下，制备得到的产物纯度高、产率高；且无需控制待反应固体的进料速率，也可严格控制待反应固体的量。

【技术实现步骤摘要】
一种三烷基氧化膦的连续制备装置和制备方法
本专利技术涉及一种三烷基氧化膦的连续制备装置和制备方法，具体包括连续化生产装置、三烷基氧化膦连续化生产及其在溶剂萃取中的应用。
技术介绍
连续化生产能提高生产效率，降低生产的安全风险，保证了每时每刻连续生产的产品的稳定性及高品质等，避免了间歇式生产批次不稳定的情况。对于目前现有技术生产的产品质量稳定要求高，生产安全风险高的产品实现连续化生产是急需解决的技术问题。以格氏试剂的制备为例，其是有机化学中最有用和最多能的试剂之一，可用于制备多种化合物，如用于中性萃取剂三烷基氧化膦的制备。三烷基氧化膦(如Cyanex921、Cyanex923、Cyanex925和TRPO等)，其作为一种中性磷类萃取剂，在有机物的萃取分离、高放废液后处理、有色及稀土金属的萃取分离方面得到了广泛的研究与应用，如下：1)中性磷类萃取剂Cyanex923具有饱和容量高、不易水解、萃取酸度宽等优点，在含铈、含钍溶液的萃取过程中表现出优异的综合性能，陆军等(LuJ,WeiZG,LIDQ,etal.RecoveryofCe(IV)andTh(IV)fromrareearths(III)withCyanex923[J].Hydrometallurgy,1998,50:77-87.)报道了Cyanex923硫酸体系中萃取Ce(IV)、Th(IV)、RE(III)和Fe(III)的研究，设计了一套用于高效萃取分离攀西氟碳铈矿中Ce(IV)、Th(IV)、RE(III)的流程，得出的萃取次序为：Ce(IV)>Th(IV)>RE(III)>Fe(III)。2)TRPO萃取剂在高放废液后处理方面表现出优越的性能，中国清华大学核能与新能源技术研究院的TRPO流程(ZhuYJ,SongCL.RecoveryofNeptun-ium,PlutoniumandAmericiumFromHighlyActiveWastebyTrialkylPhosphineOxideExtraction.InMORSSLR,FUGERJ,eds.TransuraniumElementSymposium1990.Washington:AmericanChemicalSociety,1992,318.)用TRPO作为萃取剂分离超铀元素，具有流程简单、分离效果好等优点。该流程以高放废液的减容降级为当前的分离研究目标，实现了长寿命核素的分离-擅变的长期目标。尽管三烷基氧化膦具有上述的重要应用，但廉价、安全、稳定可靠、连续的大规模制备方法仍然不够成熟。目前，格氏试剂法制备三烷基氧化膦主要有两类合成方法：第一种合成方法：例如中国专利文献CN103788129A中报道，采用格氏试剂与三氯化磷反应制备三烷基氯化膦，然后氧化制备得到三烷基氧化膦，如式(I)所示：(I)将制备的格氏试剂先与三氯化磷反应，得到三烷基膦，将三烷基膦从反应体系中分离出来，再向得到的三烷基膦中加入过氧化物，使得三烷基膦氧化，得到三烷基氧化膦的产物。该方法氧化反应步骤需要避免过氧化物将过量的格氏试剂氧化，必须分离后再进行氧化步骤的投料，不适合开发成工业连续生产的工艺。第二种合成方法：例如徐光宪报道的稀土的溶剂萃取(徐光宪，袁承业.稀土的溶剂萃取[M].北京:科学出版社.1987:223-224.)中，采用格氏试剂与三氯氧磷反应制备得到三烷基氧化膦，如式(II)所示：(II)将制备的格氏试剂直接与三氯氧磷反应，一步得到三烷基氧化膦的产物，操作简单，产品纯度较高。但是由于格氏试剂连续化生产工艺不够成熟，因此目前没能实现三烷基氧化膦在工业上的连续生产。关于格氏试剂的连续生产，CN106674257A公开了一种格氏试剂的连续化生产方法，采用n(2≤n≤20)个釜串联方式，通过卤代物与镁的连续化格氏反应得到格氏试剂，其中，仅在第一级反应釜中连续地加入溶剂与卤代物的混合液，同时在所有n级反应釜中连续地加入镁。该方法工艺设备复杂，成本高，需要的人力成本大；US4105703A描述了连续的格氏试剂的生产工艺，向充满镁屑的柱状反应器的底部供环己基卤化物溶液，所述镁屑从柱的顶部进料，并且在塔的顶部收集环己基卤化镁。该方法底部进料所需的动力大，设备复杂，因原料和产物密度的原因可能使产物工艺不稳定。CN105377858A利用流化床制备格氏试剂使镁颗粒在反应器中流体化，连续形成格氏试剂。该方法操作弹性低，对特定固体颗粒，液体或气体向上流动的速度只能在较窄的范围内变化，对控制系统提出了更高的要求。另外，中国专利文献CN110183480A也公开了一种连续化生产装置，其中格氏试剂的生产装置包括镁加料装置、反应室以及除去反应中镁残余的沉降装置。该装置镁加料装置为外置，连续加入金属镁不易控制；该装置中镁残余的沉降装置，当镁屑充满了需暂停反应更换，无法连续作业。另一方面，若格氏试剂的生产无法实现连续化的制备，在制备二个或三个取代基不相同的三烷基氧化膦时，产物批次的稳定性不好，每批物料中三烷基氧化膦的组分变化波动大，产品组分含量不稳定。综上，格氏试剂的连续生产仍是一个急需解决的问题，实现了格氏试剂的连续生产是实现三烷基氧化膦等其他相关有机化合物连续生产的前提。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服了现有技术中反应原料存在固体和液体两种形式的化学反应，生产装置的效率低、成本高、反应过程中放热不稳定、容易引发喷料，以及制备得到的产物纯度较低的缺陷，而提供了一种三烷基氧化膦的连续制备装置和制备方法。本专利技术中制备三烷基氧化膦的连续制备装置中的连续化生产装置结构简单，无需严格控制无水无氧环境，在无需精馏的前提下，制备得到的产物纯度高、产率高；且无需控制待反应固体的进料速率的前提下，也可严格的控制其参与反应的量；例如，在制备格氏试剂时，显著的降低了生产成本，且制备过程中放热稳定、不易引发物料喷料，得到的格氏试剂的纯度仍然高，无需进一步纯化可直接作为原料用于制备其他的化合物，且采用本专利技术制备得到的格氏试剂在制备三烷基氧化膦时，产率高、纯度高。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种连续化生产装置，其包括：第一反应室，所述第一反应室包括固体加料装置；所述固体加料装置位于所述第一反应室内，用于放置待反应固体；所述固体加料装置上设有若干个孔，所述孔用于截留所述待反应固体，还用于使得所述待反应固体参与所述第一反应室中的反应；所述孔位于所述第一反应室中反应液的液面以下。目前，现有技术中反应原料存在固体和液体两种形式的化学反应(例如格氏反应、Negishi偶联反应、Wurtz反应，以及卤代烃与金属锂的反应)的装置，通常是直接将固体原料加入到反应室中，放热剧烈，难以控制反应的速度，容易引发物料的喷料，安全性能差，且固体难以反应完全。而现有技术中为了控制反应速度，通常会将反应原料以一定的进料速率进入反应室，或是减少固体的粒径，但并不能显著提升反应的转化率、产率和纯度，且放热仍然不稳定，还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续化生产装置，其特征在于，其包括：第一反应室，所述第一反应室包括固体加料装置；/n所述固体加料装置位于所述第一反应室内，用于放置待反应固体；所述固体加料装置上设有若干个孔，所述孔用于截留所述待反应固体，还用于使得所述待反应固体参与所述第一反应室中的反应；所述孔位于所述第一反应室中反应液的液面以下。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续化生产装置，其特征在于，其包括：第一反应室，所述第一反应室包括固体加料装置；
所述固体加料装置位于所述第一反应室内，用于放置待反应固体；所述固体加料装置上设有若干个孔，所述孔用于截留所述待反应固体，还用于使得所述待反应固体参与所述第一反应室中的反应；所述孔位于所述第一反应室中反应液的液面以下。


2.如权利要求1所述的连续化生产装置，其特征在于，所述第一反应室的体积为5～3000L；
和/或，所述第一反应室的底端设有排污阀；
其中，所述第一反应室中，所述排污阀的个数较佳地为2个；
和/或，所述固体加料装置的顶端位于所述第一反应室的顶端；
和/或，所述固体加料装置的顶部设有一开口，用于补入所述待反应固体；
和/或，所述固体加料装置的形状为圆柱状或棱柱状；
和/或，所述固体加料装置中，所述孔位于所述固体加料装置的底板和侧壁上；
和/或，所述孔的形状为球形、椭球形或锥形；
和/或，所述孔的孔径小于所述待反应固体的粒径；
和/或，所述固体加料装置中，所有所述孔的总面积占所述固体加料装置外表面积的5％～30％，较佳地为15～25％，例如20％，所述固体加料装置外表面积为所述固体加料装置的底板的面积和侧壁面积的总和；
和/或，位于所述第一反应室内的所述固体加料装置的外表面积占所述第一反应室的内表面积的10～50％；
和/或，所述的连续化生产装置还设有进料口和出料口；
和/或，所述的连续化生产装置还包括后处理装置，用于除去反应完毕后的反应液中残余的固体；
其中，所述后处理装置较佳地位于所述第一反应室外。


3.如权利要求2所述的连续化生产装置，其特征在于，所述孔的孔径与所述待反应固体的粒径的比为1:(1.5～13)，例如1:2.5或1:12.5；
和/或，所述孔的孔径为0.5～5mm，较佳地为0.6～2mm，例如0.8mm；
和/或，所述进料口或所述出料口位于所述第一反应室的室壁上；
和/或，所述出料口与所述进料口无交叉；
和/或，所述进料口位于所述第一反应室中反应液的液面以上；
和/或，所述进料口穿设有一第一导管，用于将与所述待反应固体反应的原料导入所述的第一反应室；
和/或，所述进料口的数量为1～4个；
和/或，所述出料口位于所述第一反应室中反应液的液面以上；
和/或，所述出料口穿设有第二导管，用于将产物导出所述的第一反应室；
其中，所述第二导管的一端较佳地延伸至所述第一反应室内，且位于所述第一反应室中反应液的液面以下；
当所述后处理装置位于所述反应室外，所述后处理装置较佳地与所述出料口相连；
当所述出料口穿设有所述第二导管时，所述第二导管的另一端延伸至所述后处理装置内；
和/或，所述后处理装置为过滤器；
其中，所述过滤器的体积较佳地为1～500L，例如5L；
其中，所述过滤器较佳地包括水平方向并排的一左过滤室和一右过滤室，所述左过滤室和所述右过滤室相交处设有一隔膜。


4.如权利要求3所述的连续化生产装置，其特征在于，所述左过滤室上还设有产物粗品进料口，所述产物粗品进料口穿设有所述的第二导管；
和/或，所述左过滤室的底部还设有一排污阀；其中，所述排污阀的个数在2个以上；
和/或，所述右过滤室的室壁上设有产物出料口；其中，所述产物出料口较佳地穿设有第三导管，用于导出经过所述隔膜过滤之后的产物；
和/或，所述隔膜的孔径为100～300μm，例如200μm；
和/或，所述第一反应室内设有搅拌装置；
其中，所述搅拌装置较佳地为搅拌桨。


5.一种格氏试剂连续化生产装置，其特征在于，其包含如权利要求1～4中任一项所述的连续化生产装置。


6.一种格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，其采用如权利要求5所述的格氏试剂连续化生产装置制备；
其中，所述的连续制备方法较佳地包括如下步骤：步骤(1)在所述固体加料装置中加入镁颗粒；步骤(2)将卤代烃导入所述第一反应室；步骤(3)通过后处理装置除去残余的镁颗粒。


7.如权利要求6所述的格氏试剂的连续制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和所述步骤(2)同时进行；
和/或，所述镁颗粒的粒径为1～10mm，较佳地为2～10mm；
和/或，所述卤代烃的种类选自卤代烷烃、...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖吉昌，向绍基，安华英，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31