液液非均相连续反应系统的制作方法

1.本实用新型涉及甲基磺酰叠氮的制备技术领域，具体而言，涉及一种液液非均相连续反应系统。


背景技术：

2.甲磺酰叠氮主要用于合成培南类药物中间体的基础原料，社会需求量大，产品价格一直居高不下。研究该产品合成工艺，降低产品成本，具有显著的经济效益和社会效益。长期以来，由于国内都是用甲苯磺酰叠氮为起始原料的，不但成本较高而且采用传统的间歇式反应釜法合成物料量大，生产时易造成磺酰叠氮分解、发生爆炸工业生产安全事故。因此，在甲基磺酰叠氮制备过程中，如何能够实现安全高效连续生产是技术人员的重要研究方向。
3.甲基磺酰叠氮在有机合成领域还有许多复杂的问题等待着我们去发现解决，最关键的反应设备存在结构型式或单元组合不合理的现象而导致反应效率低，能源综合利用不合理，副产物多、收率低，并可能由于副产物的产生与累积影响到反应的正常进行等。通常，甲基磺酰叠氮的合成使用甲基磺酰氯甲苯溶液和叠氮钠水溶液进行反应。这类反应主要发生在两相界面处，两相混合的效果对反应转化率和反应速率有直接影响，因此，原料涉及液液两相不互溶体系混合问题是最为关键的技术难点，在此类反应的反应器开发中必须充分考虑两相间有足够大的接触面积。专利申请公布号为cn 109824556a的中国专利申请公开一种芳基磺酰叠氮的微通道合成方法，通过连续进料的方式将两股原料速输入微通道反应器进行制备芳基磺酰叠氮。微反应器虽然可以并行数量但是处理能力比较弱。对于处理量相对较小的领域可以生产，需要大量生产的应用很少，一些微化工设备加工费用高，经济适用性弱。由此可见，工业制备甲基磺酰叠氮的现有技术仍存在很多安全隐患，制备成本高，不能连续生产等诸多不足，不能满足低成本、高安全性制备高纯度产品的工业化生产要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种液液非均相连续反应系统，以解决现有技术中采用传统的间歇式反应釜法合成甲基磺酰叠氮存在合成效率低以及产品质量不稳定的问题。
5.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种液液非均相连续反应系统，该液液非均相连续反应系统包括连续进料单元、管道式混合单元、平推流连续反应单元和连续后处理单元。管道式混合单元具有反应原料入口和混合物料出口，反应原料入口与连续进料单元相连；平推流连续反应单元具有混合物料入口和产物体系出口，混合物料入口与混合物料出口相连；连续后处理单元与平推流连续反应单元的产物体系出口相连。
6.进一步地，上述平推流连续反应单元包括水平管式反应器、立管式反应器、盘管式反应器、u形管式反应器中的任意一种。
7.进一步地，上述平推流连续反应单元的长径比为0.5
×
103~1
×
103:1。
8.进一步地，在上述平推流连续反应单元的出口设置背压阀。
9.进一步地，上述管道式混合单元采用sv混合器、sk混合器、sx混合器、sh混合器、sl混合器中的任意一种或多种。
10.进一步地，上述连续进料单元包括：第一原料溶液储罐和第二原料溶液储罐，第一原料溶液储罐与管道式混合单元通过第一管线相连，第一管线上设置有第一进料泵和第一流量计；第二原料溶液储罐与管道式混合单元通过第二管线相连，第二管线上设置有第二进料泵和第二流量计。
11.进一步地，上述第一原料溶液储罐为叠氮钠水溶液储罐，第二原料溶液储罐为甲基磺酰氯甲苯溶液储罐。
12.进一步地，上述连续后处理单元包括碱洗装置、第一分液装置、盐洗装置、第二分液装置和产品储罐，碱洗装置具有碱液入口、产物体系入口和碱洗后体系出口，产物体系入口与平推流连续反应单元的产物体系出口连接；第一分液装置具有碱洗后体系入口、第一水相出口和第一有机相出口，碱洗后体系入口与碱洗后体系出口相连，盐洗装置具有盐液入口、第一有机相入口和盐洗后体系出口，第一有机相入口与第一有机相出口相连；第二分液装置具有盐洗后体系入口、第二水相出口和第二有机相出口，盐洗后体系入口与盐洗后体系出口相连，产品储罐与第二分液装置的第二有机相出口相连。
13.进一步地，上述碱洗装置具有ph值检测器。
14.进一步地，上述连续后处理单元还包括碱液储罐和盐液储罐，碱液储罐通过第三管线与碱液入口相连，第三管线上设置第三进料泵；盐液储罐通过第四管线与盐液入口相连，第四管线上设置第四进料泵，液液非均相连续反应系统还包括plc控制单元，plc控制单元与第一进料泵、第一流量计、第二进料泵、第二流量计、第三进料泵、第四进料泵和ph值检测器电连接，plc控制单元接收ph值检测器的检测结果并根据检测结果调整第三进料泵的泵速。
15.应用本实用新型的技术方案，整个液液非均相连续反应系统集连续进料单元、管道式混合单元、平推流连续反应单元、连续后处理单元于一体，是一种高效、低投入的连续化反应单元。尤其通过管道式混合单元与平推流连续反应单元的组合，使得液液非均相物料经管道式混合单元内部构件后不断改变流动混合方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成液液两相非均相原料良好的径向混合效果。并依靠管道式混合单元自身的旋转作用进入平推流反应器内继续强制流动，从而确保两相间有足够大的接触面积和足够的反应停留时间，且因物料在换热效率更高的管式反应器内稳定流动换热，反应体系受热均匀，单元热效率高，可以避免使用传统釜式反应过程中由于反应过程中原料蓄积产生副产物甲磺酸或叠氮酸，导致反应条件不稳定，影响反应进行的情况，大大增加了装置使用上的安全性，显著提升反应的安全性和产品质量的稳定性，轻松实现连续化大规模生产，从而提高甲基磺酰叠氮的合成效率。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
在附图中：
17.图1示出了根据本实用新型实施例1提供的一种液液非均相连续反应系统示意图。
18.其中，上述附图包括以下附图标记：
19.1、连续进料单元；2、管道式混合单元；3、平推流连续反应单元；4、连续后处理单元；5、plc控制单元；101、第一原料溶液储罐；102、第一进料泵；103、第一流量计；104、第二原料溶液储罐；105、第二进料泵；106、第二流量计；401、碱洗装置；402、第一分液装置；403、盐洗装置；404、第二分液装置；405、产品储罐；406、碱液储罐；407、盐液储罐；408、第三进料泵；409、第四进料泵。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
21.如本实用新型背景技术所分析的，现有技术中采用传统的间歇式反应釜法合成甲基磺酰叠氮存在合成效率低以及产品质量不稳定的问题，为了解决该问题，本实用新型提供了一种液液非均相连续反应系统。
22.在本技术一种典型的实施方式中，提供了一种液液非均相连续反应系统，如图1所示，该液液非均相连续反应系统包括连续进料单元1、管道式混合单元2、平推流连续反应单元和连续后处理单元4。管道式混合单元2具有反应原料入口和混合物料出口，反应原料入口与连续进料单元1相连；平推流连续反应单元3具有混合物料入口和产物体系出口，混合物料入口与混合物料出口相连；连续后处理单元4与平推流连续反应单元3的产物体系出口相连。
23.本技术的上述整个液液非均相连续反应系统集连续进料单元1、管道式混合单元2、平推流连续反应单元3、连续后处理单元4于一体，是一种高效、低投入的连续化反应单元。尤其通过管道式混合单元2与平推流连续反应单元3的组合，使得液液非均相物料经管道式混合单元内部构件后不断改变流动混合方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成液液两相非均相原料良好的径向混合效果。并依靠管道式混合单元自身的旋转作用进入平推流反应器内继续强制流动，从而确保两相间有足够大的接触面积和足够的反应停留时间，且因物料在换热效率更高的管式反应器内稳定流动换热，反应体系受热均匀，单元热效率高，可以避免使用传统釜式反应过程中由于反应过程中原料蓄积产生副产物甲磺酸或叠氮酸，导致反应条件不稳定，影响反应进行的情况，大大增加了装置使用上的安全性，显著提升反应的安全性和产品质量的稳定性，轻松实现连续化大规模生产，从而提高甲基磺酰叠氮的合成效率。
24.优选上述平推流连续反应单元3包括水平管式反应器、立管式反应器、盘管式反应器、u形管式反应器中的任意一种，从而使反应体系在反应器中流动时更符合平推流条件。即反应体系以更稳定的流量由反应器的一端连续进入，边流动边反应，从管的另一端出料，并达到预定的转化率。另外，盘管式反应器借鉴静态混合器提高流体湍动的优点，利用自身结构优势产生二次涡流，这种二次流的存在提高了反应物的径向混合，从而增大了雷诺数有利于提高二次流效果，同时避免了内插部件不便于清理和维修的弊端。
25.优选构成平推流连续反应单元3的内壁材料选自316l不锈钢、玻璃、聚四氟乙烯中
的任意一种或多种，从而有助于提高平推流连续反应单元3对混合体系的耐腐蚀性。
26.长径比较大的管式反应器是平推流反应器的典型代表，其结构非常简单，优选上述直管型反应器的长径比为0.5
×
103~1
×
103:1，可更好地控制平推流连续反应单元3内反应原料的停留时间，从而控制反应的转化率和效率。
27.在本技术的一种实施例中，在上述平推流连续反应单元3的出口设置背压阀。
28.通过上述的背压阀能够控制平推流连续反应单元3内的压强，从而使该液液非均相连续反应系统也可以满足高压反应。
29.在本技术的一种实施例中，上述管道式混合单元2采用sv混合器、sk混合器、sx混合器、sh混合器、sl混合器中的任意一种或多种。
30.管道式混合单元2由一系列安装在空心管道中的不同规格的混合单元进行的。即让流体在管线中流动冲击各种类型板元件，由于混合单元的作用，使流体时而左旋转，时而右旋转，不断改变流动混合方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成非均相原料良好的径向混合效果，与此同时，流体自身的旋转作用在相邻组件连接处的接口上亦会发生，这种完善的径向环流混合作用，使物料获得混合均匀的目的。静态混合器是一种没有运动的高效混合设备，通过固定在管内的混合单元内件，使二股或多股流体产生切割、剪切、旋转和重新混合，达到流体之间良好分散和充分混合的目的，从而缩短反应原料停留时间，可有效促进相对稳定的反应，进而提高反应的效率。
31.本技术优选的sv混合器、sk混合器、sx混合器、sh混合器、sl混合器与搅拌器、胶体磨、均质器、文氏管等传统的混合设备相比，具有结构紧凑、能耗小、投资小、操作弹性大、不用维修、混合性能好等优点，尤其适合液
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液体系的混合、乳化、中和、吸收、萃取、反应、强化传热等过程。sv混合器、sk混合器、sx混合器、sh混合器、sl混合器的主要区别在于安装在空心管道中的不同规格的混合单元的结构有所不同，如sv型单元是由一定规格的波纹板组装而成的圆柱体；sk型静态混合器又称单螺旋形静态混合器，它的单元是扭转180
°
或270
°
的螺旋板，安装入管壳时相邻的螺旋板分别为左旋和右旋。sh单元是由双孔道组成，孔道内放置螺旋片，相邻单元双孔道的方位错位90
°
，单元之间设有流体再分配室。体系进行更均匀的混合。
32.优选构成管道式混合单元2的内壁材料选自玻璃、钛钢、哈氏合金钢中的任意一种或多种，从而有利于提高管道式混合单元2对混合体系的耐腐蚀性。
33.在本技术的一种实施例中，如图1所示，上述连续进料单元1包括第一原料溶液储罐101与第二原料溶液储罐104，第一原料溶液储罐101与管道式混合单元2通过第一管线相连，第一管线上设置有第一进料泵102和第一流量计103；第二原料溶液储罐104与管道式混合单元2通过第二管线相连，第二管线上设置有第二进料泵105和第二流量计106。
34.通过上述结构的连续进料单元1能够控制两个反应原料流体的流量大小，从而控制反应体系的混合效果和反应的最终效率。
35.在本技术的一种实施例中，上述第一原料溶液储罐101为叠氮钠水溶液储罐，第二原料溶液储罐104为甲基磺酰氯甲苯溶液储罐。
36.本发明的液液非均相连续反应系统适用于液液非均相混合反应及后处理这一类反应，尤其适合于甲基磺酰叠氮溶液的制备反应。
37.在本技术的一种实施例中，如图1所示，上述连续后处理单元4包括碱洗装置401、
第一分液装置402、盐洗装置403、第二分液装置404和产品储罐405。碱洗装置401具有碱液入口、产物体系入口和碱洗后体系出口，产物体系入口与平推流连续反应单元3的产物体系出口连接；第一分液装置402具有碱洗后体系入口、第一水相出口和第一有机相出口，碱洗后体系入口与碱洗后体系出口相连，盐洗装置403具有盐液入口、第一有机相入口和盐洗后体系出口，第一有机相入口与第一有机相出口相连；第二分液装置404具有盐洗后体系入口、第二水相出口和第二有机相出口，盐洗后体系入口与盐洗后体系出口相连，产品储罐405与第二分液装置404的第二有机相出口相连。
38.通过上述连续后处理单元4可精准控制副产物叠氮酸或甲磺酸残留，并对产物体系进行杂质的连续化去除，连续的得到产品，并且选用管道式混合单元2和平推流连续反应单元3组合进行液液非均相类型的反应模块与包括碱洗装置401、第一分液装置402、盐洗装置403、第二分液装置404和产品储罐405的后处理模块相结合，可有效节省设备占地面积与设备成本，同时保证设备使用效率与设备安全性及操作安全性。
39.通过ph值检测器可在线检测体系ph值变化，如图1所示，优选上述碱洗装置401具有ph值检测器，可精准控制副产物叠氮酸或甲磺酸残留，相较于批次制备过程中原料的集中投放导致釜内叠氮酸蓄积等安全性好，控制精度高，终产品质量稳定。
40.在本技术的一种实施例中，如图1所示，上述连续后处理单元4还包括碱液储罐406和盐液储罐407，碱液储罐406通过第三管线与碱液入口相连，第三管线上设置第三进料泵408；盐液储罐407通过第四管线与盐液入口相连，第四管线上设置第四进料泵409，液液非均相连续反应系统还包括plc控制单元5，plc控制单元5与第一进料泵102、第一流量计103、第二进料泵105、第二流量计106、第三进料泵408、第四进料泵409和ph值检测器电连接，plc控制单元5接收ph值检测器的检测结果并根据检测结果调整第三进料泵408的泵速。
41.反应后体系进入后处理模块进行连续碱洗、分液、盐洗等操作，其中碱洗模块可在线监测体系ph值变化，相较于传统釜式反应器，采用plc控制单元5可实现对液液非均相连续反应系统的自动化控制，如对碱液进料量的自动控制可确保无甲磺酸或叠氮酸等危险副产物蓄积，且控制精度高、操作时间短、产品质量稳定且安全性好。
42.其中，根据盐洗装置403的容积以及第一有机相在盐洗装置403内的停留时间（一般控制第一有机相在盐洗装置403内的停留时间为20~30min）就能够预先计算出盐液的进料量，从而预先设定盐液的进料速度，并通过plc控制单元5对第四进料泵409的进料速度进行实时监测，从而实时调整盐液的进料量，进而确保盐洗过程能够除去第一有机相酯层中的含有的水，同时降低产品在水中的溶解度。
43.根据目标产物量以及预定反应时间的目标，计算出第一原料溶液和第二原料溶液的进料量，从而预先设定第一原料溶液和第二原料溶液的进料速度，并通过plc控制单元5对第一进料泵102与第二进料泵105的进料速度进行实时监测，从而实时调整第一原料溶液和第二原料溶液的进料量，确保反应高效、顺利的进行。可见，通过上述的plc控制单元5能够对连续进料单元1、管道式混合单元2、平推流连续反应单元3、连续后处理单元4进行在实时在线监测，从而实现液液非均相连续反应系统整体的自动化控制。
44.以下将结合具体实施例和对比例，对本技术的有益效果进行说明。
45.实施例1
46.如图1所示，采用本技术的液液非均相连续反应系统制备甲基磺酰叠氮，将甲基磺
酰氯甲苯溶液与叠氮钠水溶液由plc控制泵定量打入反应装置，设定甲基磺酰氯/甲苯溶液6.48g/min，叠氮钠水溶液1.74g/min，在反应系统经管道混合器混合后进入盘管式反应器内逐步进行连续反应，反应器内体系停留时间控制在25min得到粗品进入后处理碱洗装置，碳酸氢钠溶液与氯化钠溶液由plc控制泵定量均以3.3g/min打入碱洗与盐洗装置，盐洗后由连续液液分离装置轻相出口产出合格终产品，完成生产制备，检测产品浓度为10.4%，收率为95%。
47.实施例2
48.实施例2与实施例1的区别在于，将反应量与盘管式反应器体积放大到50倍，其中设定甲基磺酰氯/甲苯溶液16.16kg/h，叠氮钠水溶液4.37kg/h，反应时间30min，进行碱洗、盐洗后处理得到产品浓度为10.8%，产品收率为98%。
49.对比例1
50.在41g纯化水中加入叠氮钠13g，搅拌溶解后得到叠氮钠水溶液，待用。在180g甲苯中加入甲基磺酰氯20g，开动搅拌，得到甲基磺酰氯甲苯溶液，待用。控温10~20℃，在反应釜中将甲基磺酰氯甲苯溶液缓慢滴加入叠氮钠水溶液中，保温反应2~3h。反应毕，控温10~20℃，将7%碳酸氢钠溶液100g缓慢滴加到反应体系中进行碱洗，搅拌后分液。控温10~20℃，将20%氯化钠溶液100g加入上述分液后有机相中进行盐洗，搅拌分液。有机相检测含量为10.1%，收率为92%。
51.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：
52.整个液液非均相连续反应系统集连续进料单元、管道式混合单元、平推流连续反应单元、连续后处理单元于一体，是一种高效、低投入的连续化反应单元。尤其通过管道式混合单元与平推流连续反应单元的组合，使得液液非均相物料经管道式混合单元内部构件后不断改变流动混合方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成液液两相非均相原料良好的径向混合效果。并依靠管道式混合单元自身的旋转作用进入平推流反应器内继续强制流动，从而确保两相间有足够大的接触面积和足够的反应停留时间，且因物料在换热效率更高的管式反应器内稳定流动换热，反应体系受热均匀，单元热效率高，可以避免使用传统釜式反应过程中由于反应过程中原料蓄积产生副产物甲磺酸或叠氮酸，导致反应条件不稳定，影响反应进行的情况，大大增加了装置使用上的安全性，显著提升反应的安全性和产品质量的稳定性，轻松实现连续化大规模生产，从而提高甲基磺酰叠氮的合成效率。
53.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。