連續(xù)化生產(chǎn)三氯甲基取代苯的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)三氯甲基取代苯的方法和裝置，具體涉及一種連續(xù)化生產(chǎn)三 氯甲基取代苯的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 三氯甲基取代苯是制備高分子材料、醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥等重要的中間產(chǎn)物。例如，二 (甲基）苯光氯化反應(yīng)制備得到的二(三氯甲基）苯，進(jìn)一步與其對應(yīng)的苯二甲酸等物質(zhì)反應(yīng) 制備得到的二(氯甲?；┍剑梢宰鳛榻陙韽V受關(guān)注的芳綸纖維生產(chǎn)的原料。還有，例 如，均三甲基苯光氯化反應(yīng)制備得到的均三氯甲基苯，進(jìn)一步反應(yīng)后得到的均苯三甲酰氯 可以作為制備反滲透膜的原料等。
[0003] 制備三氯甲基取代苯的方法通常是以自由基光引發(fā)劑或與自由基熱引發(fā)劑組成 復(fù)合體系使用，采用的光源一般是汞燈。因?yàn)楣饴然磻?yīng)中很容易發(fā)生副反應(yīng)，副產(chǎn)物主要 是環(huán)上氯代物和焦油狀物質(zhì)，這些物質(zhì)一旦形成，只能當(dāng)作廢棄物處理，因此，有大量研究 集中在如何控制氯化過程中副反應(yīng)的發(fā)生，例如US1345373添加硫磺和乙酰氯、US1384909 添加金屬碳酸鹽、US1733268添加磷和硫磺、US203462添加有機(jī)堿、US2695873添加酰胺、 US2817632和US2844635使用胺類物質(zhì)、US3363013使用三苯基膦等來抑制苯環(huán)上的副反 應(yīng)。這些額外組份勢必影響氯化產(chǎn)品的純度和后續(xù)純化步驟。
[0004] 另外，現(xiàn)有技術(shù)中三氯甲基取代苯化合物的制備大多數(shù)采用的是間歇的生產(chǎn)方 式，若實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)則存在生產(chǎn)效率低、設(shè)備利用率低、能耗高、環(huán)境污染，且產(chǎn)品質(zhì)量不 穩(wěn)定等問題。
[0005] US4083033中公開了二(三氯甲基)苯的連續(xù)化制備方式，但是在反應(yīng)過程中，為了 抑制苯環(huán)上氯代物的產(chǎn)生，需要保證主反應(yīng)器中二(三氯甲基）苯的質(zhì)量百分比濃度占反應(yīng) 混合物的40~99%，并且通過此方法制備得到的氯化產(chǎn)物中含有少量雜質(zhì)，仍難于分離。如果 采用該反應(yīng)產(chǎn)物制備二(氯甲?；┍?，存在的雜質(zhì)會(huì)影響主產(chǎn)物二(氯甲?；┍降纳桑?使得收率降低。CN102911009A也公開了一種連續(xù)光引發(fā)氯化反應(yīng)合成三氯甲基取代苯的 工業(yè)化方法，采用3~6塔串聯(lián)的反應(yīng)方式，反應(yīng)塔分為主反應(yīng)塔和副反應(yīng)塔，其中主反應(yīng)塔 光源內(nèi)置并采用鼓泡的反應(yīng)形式、副反應(yīng)塔光源外置采用噴淋吸收的反應(yīng)形式，并在出料 口設(shè)置連續(xù)的曝氣裝置，以減少尾氣中氯氣的含量，該專利申請中裝置較為復(fù)雜，且未提及 對反應(yīng)過程中出現(xiàn)的副反應(yīng)進(jìn)行抑制，在實(shí)施例中也并未公開產(chǎn)品的純度。
[0006] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)雖有提及連續(xù)光氯化生產(chǎn)三氯甲基取代苯的方法，但是產(chǎn)品 品質(zhì)還不理想，成本也較高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的旨在提供一種連續(xù)化生產(chǎn)三氯甲基取代苯的方法，該方法工藝簡 單，適于產(chǎn)業(yè)化，制備的產(chǎn)品品質(zhì)好，易于純化。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種連續(xù)化生產(chǎn)三氯甲基取代苯的 方法，使用化學(xué)式為（X)aC6H6_a_b(CH3)b的芳烴類化合物或者所述化合物的烷基側(cè)鏈氯化物 作為氯化原料，與氯氣在光照條件下進(jìn)行光氯化反應(yīng)，采用N級反應(yīng)器串聯(lián)工藝流程，包括 如下步驟： (1) 預(yù)反應(yīng)階段：將一定量的氯化原料一次投入第一級反應(yīng)器內(nèi)，控制氯化原料起始 溫度為〇~85°C之間，在光照條件下，通入氯氣，并控制第一級反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)溫度不超過約 120。。； (2) 連續(xù)反應(yīng)階段：當(dāng)?shù)谝患壏磻?yīng)器反應(yīng)溫度高于預(yù)反應(yīng)階段氯化原料起始溫度的至 少15°C、但不超過100°C時(shí)，第一級反應(yīng)器內(nèi)開始連續(xù)加入氯化原料，同時(shí)按照氯化原料的 加入量調(diào)整氯氣的通入量，且繼續(xù)控制第一級反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)溫度不超過約120°C，第一級反 應(yīng)器充滿液態(tài)流體后，溢流進(jìn)入第二級反應(yīng)器，依次循序，第N-1級反應(yīng)器中充滿液態(tài)流體 后，溢流進(jìn)入第N級反應(yīng)器，各級反應(yīng)器中的液態(tài)流體與連續(xù)通入各級反應(yīng)器的氯氣在光 照條件下發(fā)生氯化反應(yīng)，第N級反應(yīng)器中溢流出的液態(tài)流體為三氯甲基取代苯粗品。
[0010] 所述X為氯或溴或氟原子，a為選自0、1、2、3、4或5的整數(shù)，b為選自1、2、3或4 的整數(shù)，且a+b< 6 ; 所述烷基側(cè)鏈氯化物是指所述芳烴類化合物中烷基側(cè)鏈上的氫原子未全部被氯原子 取代的化合物。
[0011] 本發(fā)明所述方法，優(yōu)選當(dāng)液態(tài)流體充滿第二級到第N級反應(yīng)器中任一反應(yīng)器時(shí)， 開始向所述充滿液態(tài)流體的反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)通入氯氣。
[0012] 本發(fā)明所述方法，光源波長為約350nm-700nm，優(yōu)選為約460nm~490nm。
[0013] 本發(fā)明所述方法，光源光波幅為最大約200nm，優(yōu)選為約50nm，更優(yōu)選為約 10?30nm〇
[0014] 發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的光氯化方法中難以分離的副產(chǎn)物主要是發(fā)生苯 環(huán)氯代的副產(chǎn)物，例如二（甲基）苯中苯環(huán)一氯代同時(shí)側(cè)鏈甲基四氯代或五氯代的副產(chǎn)物， 這些苯環(huán)氯代的副產(chǎn)物與二(三氯甲基）苯沸點(diǎn)較為接近，因而分離過程需要成本很高的多 次精餾。而本發(fā)明人創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)，在光氯化反應(yīng)中通過將芳烴類化合物在特定溫度、光照 度條件下與控制量的氯氣在第一級反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，能夠大幅度降低前述苯環(huán)氯代的副 產(chǎn)物，制備三氯甲基取代苯。
[0015] 本發(fā)明所述方法，優(yōu)選預(yù)反應(yīng)階段控制氯化原料起始溫度為55~85°C之間。
[0016] 本發(fā)明所述方法，預(yù)反應(yīng)階段通入氯氣的操作中，優(yōu)選在2~4小時(shí)內(nèi)通入的氯 氣量為所述一次投入的氯化原料與氯氣完全反應(yīng)得到三氯甲基取代苯所需氯氣理論量的 1/3。
[0017]本發(fā)明所述方法，第一級反應(yīng)器內(nèi)光照度為約2000LUX-約55000LUX，優(yōu)選約 20000Lux-約 55000Lux，更優(yōu)選約 35000Lux-約 45000Lux。
[0018] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在第一級反應(yīng)器控制好起始反應(yīng)溫度和光照度對于反應(yīng)后得到高 純度反應(yīng)混合物(純化前）是十分必要的。具體而言，按照所述條件在第一級反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行 反應(yīng)，能夠大幅度降低前述苯環(huán)氯代的副產(chǎn)物，而不需要嚴(yán)格控制后期的反應(yīng)條件，只要隨 著氯化深度的提高而相應(yīng)提高反應(yīng)溫度和/或光照度即可。
[0019] 本發(fā)明所述方法，從第一級反應(yīng)器到第N級反應(yīng)器，反應(yīng)溫度和光照度是遞增的 過程，第N級反應(yīng)器的實(shí)際反應(yīng)溫度和光照度值是在反應(yīng)溫度不超過約350°C、光照度不超 過約lOOOOOLux的條件下并高于第N-1級反應(yīng)器的實(shí)際反應(yīng)溫度和光照度值，并在所述的 反應(yīng)溫度和光照度的條件下通入氯氣。
[0020] 本發(fā)明所述方法，在連續(xù)反應(yīng)階段，通入第一級反應(yīng)器的氯氣流量為反應(yīng)所需氯 氣總流量的至少1/6 ;優(yōu)選通入第一級反應(yīng)器的氯氣流量為所需氯氣總流量的1/6~1/2 ;更 優(yōu)選為所需氯氣總流量的1/4~1/3。
[0021] 本發(fā)明所述方法，進(jìn)一步地可以采用三級反應(yīng)器串聯(lián)工藝，其中第二級反應(yīng)器控 制反應(yīng)溫度為約120-約160°C、入射光照度為高于第一級反應(yīng)器實(shí)際使用值的約10000-約 70000Lux內(nèi)任一值或范圍，通入的氯氣流量為所需氯氣總流量的1/4~2/5 ;第三級反應(yīng) 器控制反應(yīng)溫度為約160-約350°C，入射光照度為高于第二級反應(yīng)器實(shí)際使用值的約 50000-約lOOOOOLux內(nèi)任一值或范圍，通入余量氯氣。在第二、三級反應(yīng)器中，升高溫度和 升高光照度可互為先后順序。
[0022] 本發(fā)明所述方法，光源優(yōu)選為LED燈，更優(yōu)選460-490nm的LED藍(lán)光燈。
[0023] 如有需要，根據(jù)本發(fā)明所述方法獲得的三氯甲基取代苯粗品，可以根據(jù)常規(guī)方法 進(jìn)一步純化，例如精餾、重結(jié)晶、簡單蒸餾或分子蒸餾，獲得高純度的三氯甲基取代苯產(chǎn)品。
[0024] 本發(fā)明所述方法，N為大于等于2的整數(shù)，優(yōu)選3~6。
[0025] 本發(fā)明所述方法，當(dāng)N> 3時(shí)，進(jìn)一步包括將第二級至第N級反應(yīng)器中的任意一個(gè) 或任意多個(gè)反應(yīng)器中輸出的氣體通入其他反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)的步驟；優(yōu)選，進(jìn)一步包括 將第二級至第N級反應(yīng)器中的任意一個(gè)或任意多個(gè)反應(yīng)器中輸出的氣體，通入比輸出氣體 的反應(yīng)器級數(shù)小的反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)的步驟；特別優(yōu)選地，進(jìn)一步包括將第N級反應(yīng)器 中輸出的氣體通入第一級反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)的步驟。
[0026] 本發(fā)明所述方法，特別優(yōu)選地，當(dāng)N為2時(shí)，通入第一級反應(yīng)器和第二級反應(yīng)器中 的氯氣均為新鮮的氯氣；當(dāng)N> 3時(shí)，通入第一級反應(yīng)器中的氯氣為新鮮的氯氣和/或第N 級反應(yīng)器中輸出的氣體，通入第二級至第N-1級反應(yīng)器中的氯氣為新鮮的氯氣和/或比被 通入氣體的反應(yīng)器級數(shù)大的反應(yīng)器中輸出的氣體，通入第N級反應(yīng)器中的氯氣為新鮮的氯 氣。
[0027] 本發(fā)明所述方法，已被通入所述任意一個(gè)或任意多個(gè)