一种光催化连续流反应系统及氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法技术方案

本发明专利技术提供一种光催化连续流反应系统及氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法，系统包括一个或多个一体化连续流反应器；反应器包括换热系统、列管反应系统和灯源系统；其中，换热系统为双层筒状结构，列管反应系统包括两个分布器和多个反应列管，反应列管有序排布在内层筒与外层筒之间，反应列管的上下两端通过分布器固定并与双层筒状结构密封连接；反应列管的壁面上设置有多个向内延伸的凹槽。氯代碳酸乙烯酯的生产工艺在系统中进行，在进料口不间断加入原料，在出料口不间断得到氯代碳酸乙烯酯，所述的生产工艺安全高效且无放大效应。与传统的生产工艺相比，生产时间缩短为10分钟内，无放大效应，选择性好收率高，产品指标稳定、重现性好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化连续流反应系统及氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法


[0001]本专利技术涉及化学领域，具体涉及一种光催化连续流反应系统及氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法。

技术介绍

[0002]氯代碳酸乙烯酯(CEC)主要应用于制备锂电池电解液氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)，高纯度氯代碳酸乙烯酯也可以直接作为锂电池电解液阻燃添加剂，改善锂电池电解液的循环性能，提高使用寿命。近年来，我国锂离子电池市场快速发展，对电解液需求持续增加，带动氯代碳酸乙烯酯需求规模持续增加，行业整体保持快速增长趋势。
[0003]传统生产CEC工艺是用碳酸乙烯酯(EC)与磺酰氯进行氯化反应，磺酰氯为液体，方便于使用，加之此反应相对缓和稳定，是首选制备CEC的方法。但磺酰氯法产生的酸性气体多，污染大，已经被淘汰。现在的工艺采用的是氯气法，即用EC与氯气反应制备CEC。氯气法与磺酰氯法相比，虽然反应稳定性稍差，且对生产设备要求高，但产生的废气少，环保压力小，符合当今化工行业的发展趋势。
[0004]氯代碳酸乙烯酯现有工艺中存在诸多问题：现有工艺无法有效抑制杂质的生成，导致产品质量差，含量低收率低；存在不同程度的放大效应，导致向工业化放大时会消耗大量人力物力且存在诸多不确定性；现有工艺反应总时间过长，大大降低了生产效率，这些都增加了工业化的难度。因此，需要寻找一种操作简单安全，高效，易于大规模生产且无放大效应的氯代碳酸乙烯酯的全连续流生产工艺。
[0005]连续生产工艺是指生产过程中生产系统各生产步骤之间相互衔接，整体上保证持续运行，但每个步骤中允许停留等待。连续流生产工艺作为连续工艺的一种，是一种快速高效的全流程连续工艺，具有用时短、效率高、易操作等特点，过程中连续不间断地加入原料，连续不间断地生产制得产品，过程中物料(即包含有原料、中间体、产品、溶剂等的反应混合物)是连续流动的，没有间断，没有停留等待，即产品被源源不断地生产出来，是一种“流水线”式的化工生产过程。当工艺操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化，是稳态过程，因而生产过程和产品质量都是稳定的。在包含有多步反应的工艺中，如果其中某几个步骤是连续的或者只是将原有间歇工艺中的各步骤简单连接起来，该工艺可以称为半连续工艺；而只有所有步骤都是连续的并且物料在整个工艺过程中是连续流动的，即连续加入原料，连续得出产品，才能称为连续流工艺(或者全流程连续工艺)。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是，提供一种光催化连续流反应系统及氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法，具有操作简单安全、高效，不存在放大效应等优点，且制得的氯代碳酸乙烯酯产品产率和含量高，且质量稳定，易于大规模生产，大幅度降低生产成
本、提高氯代碳酸乙烯酯生产的安全性。
[0007]本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0008]一种光催化连续流反应系统，包括一个或多个一体化连续流反应器；所述一体化连续流反应器包括换热系统、列管反应系统和灯源系统；其中，所述换热系统为双层筒状结构，灯源系统固定于内层筒中；所述列管反应系统包括两个分布器和多个反应列管，反应列管有序排布在内层筒与外层筒之间，反应列管的上下两端通过分布器固定并与双层筒状结构密封连接；分布器上设有进料口和/或出料口，双层筒状结构上设有换热进口和/或换热出口；所述反应列管的壁面上设置有多个向内延伸的凹槽；其中内层筒、反应列管为透光材质。
[0009]其中凹槽与换热系统相通，内部充满换热介质，极大地增大了换热面积，同时可以很好地实现原料混合，保证原料按比例接触反应。
[0010]进一步地，所述凹槽的形状为锥形，向内延伸的深度大于反应列管的半径，小于反应列管的直径。
[0011]进一步地，所述凹槽的开口沿反应列管的壁面螺旋上升排布。
[0012]一种基于光催化连续流反应系统的氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法，具体为：
[0013]将碳酸乙烯酯和氯气按比例连续加入到所述的光催化连续流反应系统中，从光催化连续流反应系统的出料口连续获得产物氯代碳酸乙烯酯；其中，光催化连续流反应系统中的反应温度为40～70℃，生产时间≤10min。
[0014]本专利技术工艺的生产时间≤10min。所述的生产时间是指从反应原料(碳酸乙烯酯和氯气)进入所述一种基于光催化连续流反应系统到制得目标产品输出所需的时间(等于反应原料在一体化连续流反应器中的反应时间)，生产时间等于原料的流量(碳酸乙烯酯和氯气的总流量)/光催化连续流反应系统的反应器体积。
[0015]进一步地，所述反应温度为40～70℃，优选50～65℃，更优选50～60℃。
[0016]进一步地，生产时间为7
‑
10min。
[0017]进一步地，反应温度为50～65℃。
[0018]进一步地，所述碳酸乙烯酯流速为20
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50g/min,优选20
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40g/min,更优选20
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30g/min。
[0019]进一步地，所述氯气流速为5
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12.5L/min,优选5
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10L/min,更优选5
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7.5L/min。
[0020]进一步地，所述的光催化连续流反应系统中，进料口位于列管反应系统的下端，出料口位于列管反应系统的上端；氯气和碳酸乙烯酯从下端进料口进入，产品从上端出料口流出。换热进口位于双层筒状结构的下端，换热出口位于双层筒状结构的上端，换热系统的换热介质从下端换热进口进入，从上端换热出口流出。
[0021]进一步地，所述换热系统的内层筒两端均为开放结构，灯源系统位于整个反应器最中心，上下两端设有灯管固定装置，但不密封，有利于散热和气体流通。
[0022]进一步地，所述透光材质为石英玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃、铅硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃。优选地，整个一体化连续流反应器均为透光材质。
[0023]本专利技术可以在极短时间内达到极佳的混合效果，保证碳酸乙烯酯和氯气分散均匀，反应过程中是按比例接触，同时匹配反应列管的排布和光源系统使得反应可以在极短时间内完成，大大避免了杂质的生成，提高了生产效率。
[0024]进一步地，为与氯代碳酸乙烯酯的全连续流生产工艺相匹配，每个光催化连续流反应系统包含一个以上的反应器或反应器组，其中反应器组由多个反应器串联或并联组成。
[0025]进一步地，所述一体化连续流反应器进料口的数量为1个或多个，所述一体化连续流反应器出料口的数量为1个或多个。所述的反应器之间、反应器组之间、反应器和反应器组之间均分别是串联或并联。
[0026]进一步地，所述氯代碳酸乙烯酯的收率≥80％；优选的，所述氯代碳酸乙烯酯的收率≥82％；更优选的，所述氯代碳酸乙烯酯的收率≥85％。
[0027]进一步地，所述氯代碳酸乙烯酯的含量≥80％；优选的，所述氯代碳酸乙烯酯的含量≥82％；所述氯代碳酸乙烯酯的含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化连续流反应系统，其特征在于，包括一个或多个一体化连续流反应器；所述一体化连续流反应器包括换热系统、列管反应系统和灯源系统；其中，所述换热系统为双层筒状结构，灯源系统固定于内层筒中；所述列管反应系统包括两个分布器和多个反应列管，反应列管有序排布在内层筒与外层筒之间，反应列管的上下两端通过分布器固定并与双层筒状结构密封连接；分布器上设有进料口和/或出料口，双层筒状结构上设有换热进口和/或换热出口；所述反应列管的壁面上设置有多个向内延伸的凹槽；其中内层筒、反应列管为透光材质。2.根据权利要求1所述的光催化连续流反应器，其特征在于，所述凹槽的形状为锥形，向内延伸的深度大于反应列管的半径，小于反应列管的直径。3.根据权利要求1所述的光催化连续流反应器，其特征在于，所述凹槽的开口沿反应列管的壁面螺旋上升排布。4.一种氯代碳酸乙烯酯的连续流合成方法，其特征在于，具体为：将碳酸乙烯酯和氯气按比例连续加入到权利要求1
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3任一项所述的光催化连续流反应系...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，舒鑫琳，李娜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：