一种过氧化甲乙酮的连续合成方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种过氧化甲乙酮的连续合成方法及系统，基于微反应器技术高效的微尺度混合特性、良好的传质和传热性能和本质安全的特点，实现过氧化甲乙酮的连续化生产，在此基础上引入无机盐的水溶液实现高效快速的在线分相，大幅提高了生产效率。通过本发明专利技术的生产工艺得到的过氧化甲乙酮活性氧含量达到15％，含水量低于13％。水量低于13％。水量低于13％。

【技术实现步骤摘要】
一种过氧化甲乙酮的连续合成方法及系统


[0001]本专利技术属于精细化工原料合成
，具体涉及一种微反应器中连续合成过氧化甲乙酮的方法。

技术介绍

[0002]复合材料，例如以玻璃钢产品为代表的不饱和聚酯树脂行业发展迅速。我国不饱和聚酯树脂的产量从2012年的170万吨增长至2017年的297万吨，年复合增长率达到11.8％。然而，与之相配套的固化剂(引发剂)品种单一，质量较差，在小规模手工制作的玻璃钢制品生产中尚能应用，但引进的自动化生产线和机械化连续作业及高质量的玻璃钢制品生产中则严重依赖进口固化剂。
[0003]有机过氧化物由于其活性高，呈液体状，便于计量，特别适用于聚酯钮扣、宝丽板、人造玛瑙、玻璃钢制品、人造大理石等生产线。另外，有机过氧化物作为一种高产值、技术密集型精细化工产品，不仅适用于不饱和聚酯树脂的固化剂，还广泛用作不饱和烯烃聚合的引发剂、许多有机反应的催化剂等，它具有反应活性高、低温固化性能好的优点。随着其应用领域的不断扩大，其市场前景十分广阔。
[0004]以典型的有机过氧化物过氧化甲乙酮为例，国外从90年代起已得到广泛应用，生产的厂家有日本的油脂公司、荷兰的阿克苏公司、美国的Lucidol公司等，而我国从80年代末期才开始过氧化甲乙酮的开发及生产研究。发展至今，虽然生产的厂家已有一部分，但都仅仅局限于小批量生产。2020年主要有机过氧化物产品的国内市场产能约为15万吨，全球市场容量约为55万吨。目前，国外已工业化的有机过氧化物有70多个品种，而在我国，由于对有机过氧化物的开发起步较晚，真正工业化的不足20种。不难看出，我国有机过氧化物的种类与产能远不能满足国内市场的需求。
[0005]从生产工艺来看，目前有机过氧化物的合成绝大部分均采用间歇釜式反应工艺，该工艺是在溶剂存在及催化剂作用下，双氧水和丁酮以一定配比进行反应，通过中和、分水、过滤等过程得到产品。在整个生产过程中，双氧水和丁酮的配比、反应温度、稳定剂的加入量、水含量以及最终产品的活性氧含量都对产品的安全稳定性有很大的影响。且上述工艺反应时间通常在3～5h，反应过程需严格控制温度，生产效率低，且过程可控性差，安全系数低。国内外曾多次发生有机过氧化物爆炸事故，随着国家和政府对环保和安全生产的日益重视，开发有机过氧化物的高效安全连续化合成工艺和装备是必然趋势。
[0006]微化工技术自1990年提出以来，由于其高效安全的特性已成为化学化工行业的创新技术，并入选“2019年全球工程开发前沿”。该技术可增强化工过程安全性、促进过程强化和化工系统小型化，提高能源、资源利用效率，达到节能降耗的目的，具有较为广阔的应用前景。与传统反应器相比，微反应器的传热系数可由2kW/(m2
·
K)升至20kW/(m2
·
K)。因此，对于例如有机过氧化物合成这类放热量大的快反应，微反应器可将反应产生的热量迅速移除，有效避免局部温度过热，减少副反应的发生，更能够防止由于热量积聚而产生飞温现象，降低反应失控风险。
[0007]目前，已有利用微化工技术进行过氧化甲乙酮的生产的报道。例如，专利文献1中公开了一种用于连续生产过氧化甲乙酮的方法和微反应装置，其通过使甲乙酮溶液与双氧水和硫酸的混合物在微混合器内实现快速均匀混合，之后在微型反应器内进一步反应，获得过氧化甲乙酮溶液。
[0008]引用文献：
[0009]专利文献1：CN1800161A。

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的问题
[0011]专利文献1中没有针对微型反应器中得到的产物的后处理进行研究，其仅简单提及了在有机玻璃管中进行油水分离。然而，本专利技术人发现，通过微混合器和微型反应器得到的油水混合物几乎为均相状态，其后续的油水分相较为困难，且需要较长时间，这大大降低了生产效率。因此，亟需开发一种简单、连续、反应周期短、安全可控性高、生产效率高的过氧化甲乙酮的生产工艺。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]本专利技术基于微反应器技术高效的微尺度混合特性、良好的传质和传热性能和本质安全的特点，实现过氧化甲乙酮的连续化生产，在此基础上引入无机盐的水溶液实现高效快速的在线分相，大幅提高了生产效率。
[0014]具体地，本专利技术通过以下方案解决本专利技术的问题。
[0015][1]一种过氧化甲乙酮的连续合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]a)使料液A与料液B通入1号微混合器得到混合液D，其中，所述料液A为包含无机酸催化剂和过氧化氢的水溶液，料液B包含甲乙酮和任选的有机溶剂；
[0017]b)使所述混合液D在微反应器中进行反应，得到含有过氧化甲乙酮的油水混合液E；
[0018]c)使所述混合液E和料液C通入2号微混合器，得到混合液F，所述料液C为包含无机盐的水溶液；以及
[0019]d)对混合液F进行分液。
[0020][2]根据[1]所述的方法，其特征在于，所述无机盐为选自碱金属或碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、磷酸盐中的一种或多种；所述无机酸催化剂为浓硫酸、硝酸或磷酸。
[0021][3]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，所述无机盐为选自碱金属的卤化物和硫酸盐中的一种或多种，优选为选自氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸钾中的一种或多种。
[0022][4]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，料液A中所述无机酸催化剂的含量为0.01～30wt％，过氧化氢的含量为20～80wt％；料液B中甲乙酮的含量为20％～100wt％；料液C中无机盐的含量为5～50wt％。
[0023]5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤a)中，料液A中的过氧化氢与料液B中的甲乙酮的摩尔比为(1.0～10.0)：1；料液A与料液C的体积比为(0.5～10)：1。
[0024][6]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，所述1号微混合器和2号微混合器彼此独立地为微通道混合器、膜分散混合器或微筛孔混合器；所述微反应器为盘管式微反应器
或者微通道反应器。
[0025][7]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，所述1号微混合器中的温度为10～70℃，混合时间为0.1～10s；微反应器中的反应温度为5～90℃，停留时间为0.1～60min；2号微混合器中的温度为20～70℃；混合时间为0.1～10s。
[0026][8]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，所述料液B包括邻苯二甲酸二甲酯、二甘醇或其混合液作为所述有机溶剂。
[0027][9]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，步骤a)中使用泵将料液A与料液B通入1号微混合器中；步骤c)中使用泵将料液C通入2号微混合器中。
[0028][10]一种用于连续合成过氧化甲乙酮的系统，其特征在于，包括1号微混合器、微反应器、2号微混合器和分液器，其中所述1号微混合器上设置有入口A、入口B和出口D，所述出口D与微反应器的入口流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过氧化甲乙酮的连续合成方法，其特征在于，包括以下步骤：a)使料液A与料液B通入1号微混合器得到混合液D，其中，所述料液A为包含无机酸催化剂和过氧化氢的水溶液，料液B包含甲乙酮和任选的有机溶剂；b)使所述混合液D在微反应器中进行反应，得到含有过氧化甲乙酮的油水混合液E；c)使所述混合液E和料液C通入2号微混合器，得到混合液F，所述料液C为包含无机盐的水溶液；以及d)对混合液F进行分液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无机盐为选自碱金属或碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、磷酸盐中的一种或多种；所述无机酸催化剂为浓硫酸、硝酸或磷酸。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述无机盐为选自碱金属的卤化物和硫酸盐中的一种或多种，优选为选自氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸钾中的一种或多种。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，料液A中所述无机酸催化剂的含量为0.01～30wt％，过氧化氢的含量为20～80wt％；料液B中甲乙酮的含量为20％～100wt％；料液C中无机盐的含量为5～50wt％。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤a)中，料液A中的过氧化氢与料液B中的甲乙酮的摩尔比为(1.0～10.0)：1；料液A与料液...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建鸿，陈卓，杨天，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：