專利名稱：以氣態(tài)鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)的制作方法
以氣態(tài)鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于格氏反應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn) 格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
格氏反應(yīng)(Grignard Reaction)的原理早已為每個(gè)涉及有機(jī)化學(xué)的人員所熟知， 利用其原理進(jìn)行各種有機(jī)物合成應(yīng)用的文獻(xiàn)也屢見不鮮。引發(fā)和散熱是以氣體鹵代烴工業(yè) 上合成格氏試劑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國專利200510025651. 7中提出的方法是先在實(shí)驗(yàn)室制得 少量格氏試劑，然后加入到反應(yīng)釜中引發(fā)反應(yīng)；中國專利200410051433. 6提出用超聲波來 引發(fā)反應(yīng)；中國專利200610127730. 3中提出通過微波輻射來引發(fā)反應(yīng)。以上引發(fā)方法均存 在明顯缺陷，采用超聲波或微波輻射來引發(fā)反應(yīng)，由于超聲波和微波穿透金屬的能力有限， 無法在工業(yè)裝置上應(yīng)用；采用實(shí)驗(yàn)室制備的格氏試劑轉(zhuǎn)移到工業(yè)反應(yīng)釜中必然要增加相應(yīng) 的加料系統(tǒng)。此外，當(dāng)反應(yīng)引發(fā)時(shí)和反應(yīng)進(jìn)行過程中，由于以氣體鹵代烴生產(chǎn)格氏試劑的反 應(yīng)放熱比較劇烈，容易發(fā)生沖料現(xiàn)象(反應(yīng)的原料從反應(yīng)釜沖出)，甚至直接爆炸。可見，為 了實(shí)現(xiàn)格氏反應(yīng)的安全進(jìn)行，必須根據(jù)格氏反應(yīng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)反應(yīng)釜設(shè)備系統(tǒng)。
絕大部分格氏試劑的生產(chǎn)是以液態(tài)的鹵代烴或鹵代芳烴為原料，在實(shí)驗(yàn)室中合 成甲基鹵化鎂格氏試劑(MeMgX)和乙基鹵化鎂格氏試劑(EtMgX)，可以使用價(jià)格很高的液 態(tài)鹵代烴(如碘甲烷和溴乙烷)來完成；但出于成本的考慮，工業(yè)上必須使用價(jià)格便宜的 氣態(tài)鹵代烴(如氯甲烷和氯乙烷)為原料來生產(chǎn)。有一種重要的格氏試劑乙烯基鹵化鎂 (ViMgX)，原料氯乙烯的氣態(tài)難以回避。以氣態(tài)鹵代烴在工業(yè)上生產(chǎn)格氏試劑時(shí)，通常是在 一定壓力狀態(tài)下進(jìn)行的，還要向反應(yīng)系統(tǒng)中通入大過量的鹵代烴，其原因是(1)促使價(jià)格 較高的金屬鎂盡量的轉(zhuǎn)化為格氏試劑，(2)該反應(yīng)為固液反應(yīng)，反應(yīng)開始階段速度一般較 慢，(3)反應(yīng)進(jìn)行過程中，因溫度上升導(dǎo)致的鹵代烴在溶液中溶解度降低。為了解決以上問 題，中國專利2007101U884. X提出一種經(jīng)過改進(jìn)的以氯甲烷生產(chǎn)甲基氯化鎂的方法，該反 應(yīng)釜中的壓力為0. 25MPa，但由于反應(yīng)是在一套密閉的系統(tǒng)中進(jìn)行的，格氏反應(yīng)劇烈的溫升 容易造成釜中壓力急劇增大，導(dǎo)致沖料或爆炸事故。顧小焱(試劑與精細(xì)化學(xué)品，1999，9) 提出在深度冷凍(_45°C)的條件下進(jìn)行反應(yīng)；李安良(Journal of ChinesePharmaceutical Sciences,2002,11 (3))采用在反應(yīng)瓶出口加了一只氣球起到限制氯乙烯氣體逃逸并隔絕 外部空氣的作用，但這些方法顯然不適宜工業(yè)應(yīng)用。
格氏反應(yīng)完成以后，由于格氏試劑有一定的粘度，且一旦溫度降低，很容易結(jié)晶析 出，所以剩余原料鎂屑既不便于過濾而出，也會沉積到管道以及閥門中，導(dǎo)致生產(chǎn)不能順利 進(jìn)行，分離格氏試劑和剩余原料鎂屑也是一個(gè)難題。對于這一難題，文獻(xiàn)《麥芽酚制備中 格氏反應(yīng)工藝和裝備的改進(jìn)》(浙江化工，2004，(35)，(09))提到了一個(gè)方法對反應(yīng)釜 進(jìn)行改造，從反應(yīng)釜中間一定的位置進(jìn)行放料，以期保留鎂屑而放出格劑。實(shí)際上，這也 只部分地解決了鎂屑堵閥及管道的問題，這是因?yàn)樵诟袷显噭┥a(chǎn)中劇烈的攪拌，也會使 部分鎂屑被沖擊到放料口，因此鎂屑也會進(jìn)到后面的系統(tǒng)中。美國陶氏康寧公司在專利03816950. 9中采用了加入過量的鹵代烴來實(shí)現(xiàn)鎂的相對反應(yīng)完全，這種方法的缺點(diǎn)也是顯 而易見的多余的鹵代烴的回收必然要增加分離和回收裝備投資。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述不足之處而提供一種可以很容易判斷格氏反應(yīng)進(jìn)行 的情況，可以快速準(zhǔn)確對反應(yīng)釜的冷卻和加熱，可以使反應(yīng)在接近常壓下進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)鹵 代烴原料回收使用，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物格氏試劑和剩余原料鎂屑順利分離的裝備系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn) 了工業(yè)上以氣體鹵代烴安全、清潔和高效的生產(chǎn)格氏試劑。
本發(fā)明主要是通過下述技術(shù)方案得以解決上述技術(shù)問題的該設(shè)備系統(tǒng)包括原 料加料系統(tǒng)、兩個(gè)反應(yīng)釜，其中，反應(yīng)釜外殼上設(shè)有觀察視窗、壓力表，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有攪拌 槳，所述原料加料系統(tǒng)中的四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐和氣體鹵代烴壓力貯罐各自通過 三通閥分別和兩個(gè)反應(yīng)釜連接，而鎂加料艙通過快開法蘭單獨(dú)和反應(yīng)釜連接，兩個(gè)反應(yīng)釜 的結(jié)構(gòu)相同，兩者之間通過兩個(gè)導(dǎo)氣管串聯(lián)。
所述反應(yīng)釜外殼的上半部分設(shè)有冷卻裝置，外殼下半部套有加熱保溫夾套，反應(yīng) 釜頂部裝有玻璃空氣冷凝管，反應(yīng)釜內(nèi)裝有沉底吸管，沉底吸管通過管道與格劑產(chǎn)物接收 罐連接，所述反應(yīng)釜外殼內(nèi)的底部和內(nèi)側(cè)壁中部還各埋有至少一只熱電偶，熱電偶與控溫 儀輸入端口相連接，控溫儀的其中一控制端口與為冷卻裝置提供冷卻水的水泵連接，另一 控制端口與保溫夾套內(nèi)的加熱系統(tǒng)連接。
作為優(yōu)選，所述冷卻裝置由裝在反應(yīng)釜頂部的可控水噴淋盤和套在反應(yīng)釜外殼上 半部分的冷水夾套組成，所述可控水噴淋盤與水泵的噴水端口連接。作為優(yōu)選，所述觀察視 窗外設(shè)有照明射燈。
作為優(yōu)選，所述玻璃空氣冷凝管一端聯(lián)接在反應(yīng)釜上，另一端與冷凝器相聯(lián)，所述 冷凝器內(nèi)的冷凝管路與水泵的進(jìn)水端口連接。
作為優(yōu)選，所述格劑產(chǎn)物接收罐的安裝位置低于反應(yīng)釜的安裝位置。
作為優(yōu)選，所述加熱保溫夾套中充有導(dǎo)熱油。
作為優(yōu)選，所述沉底吸管底端與釜底距離在5 40cm之間。
作為優(yōu)選，所述攪拌槳槳葉與釜底之間距離在0. 5 20cm之間。
作為優(yōu)選，所述冷水夾套的上部設(shè)有溢流放水閥。
本發(fā)明中所述的鹵代烴或鹵代芳烴是指在常壓、常溫下呈氣態(tài)的鹵代烴，該鹵代 烴為氯乙烷、氯甲烷、氯乙烯、溴乙烯和溴甲烷等飽和或不飽和氣態(tài)鹵烴的一種。
本發(fā)明采用兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)釜，兩個(gè)反應(yīng)釜反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，向其中一個(gè)反應(yīng)釜通 入氣體鹵代烴，未被反應(yīng)的鹵代烴進(jìn)入另外一個(gè)反應(yīng)釜繼續(xù)參加反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)在接近 常壓下進(jìn)行(表壓低于0.025MPa)和鹵代烴的回收利用。從而實(shí)現(xiàn)了格氏試劑的清潔生 產(chǎn)。
另一方面，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)釜溫度的準(zhǔn)確控制，從而避免沖料現(xiàn)象和反應(yīng)淬 滅，解決了傳統(tǒng)合成格氏試劑不能安全生產(chǎn)的難題。本發(fā)明在格氏反應(yīng)過程中，其電子控溫 儀可以根據(jù)熱電偶送來的溫度電信號，分別控制水泵和加熱系統(tǒng)對反應(yīng)釜及時(shí)進(jìn)行冷卻或 加熱，實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)釜溫度的準(zhǔn)確控制。同時(shí)，由于反應(yīng)釜上裝有玻璃空氣冷凝管，反應(yīng)釜上 觀察視窗外裝有照明射燈，打開照明射燈后，就可以從另一觀察視窗中觀察反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)的進(jìn)行情況，通過及時(shí)觀測玻璃空氣冷凝管和反應(yīng)釜內(nèi)的狀況，工作人員就能實(shí)現(xiàn)對格氏 反應(yīng)進(jìn)行情況的掌握，從而十分有利于控制格氏試劑生產(chǎn)的進(jìn)行。
另外，本發(fā)明通過在反應(yīng)釜裝沉底吸管的形式，使得產(chǎn)物格氏試劑和剩余原料鎂 屑實(shí)現(xiàn)順利分離。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面的優(yōu)選實(shí)施方案只是例示說明本發(fā)明，并不意味著對本發(fā)明的限定。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。該設(shè)備系統(tǒng)包括原料加料系統(tǒng)、兩個(gè)反應(yīng)釜7、25，兩 個(gè)反應(yīng)釜7、25串聯(lián)設(shè)計(jì)，其中，原料加料系統(tǒng)包括四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐22、氣體 鹵代烴壓力貯罐23和鎂加料艙5，四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐22通過三通閥71分別與 兩個(gè)反應(yīng)釜7、71連接，氣體鹵代烴壓力貯罐23通過三通閥72分別與兩個(gè)反應(yīng)釜7、71連 接，而每一個(gè)反應(yīng)釜7配備一鎂加料艙5，以反應(yīng)釜7為例，鎂加料艙5通過快開法蘭6和反 應(yīng)釜7聯(lián)接。兩個(gè)反應(yīng)釜7的結(jié)構(gòu)完全相同，生產(chǎn)時(shí)兩者采用兩個(gè)導(dǎo)氣管M串聯(lián)，在同一 反應(yīng)釜中，其中一導(dǎo)氣管M經(jīng)過空氣冷凝管1后，其端部設(shè)置在反應(yīng)釜7內(nèi)的頂部，另一導(dǎo) 氣管M的端部設(shè)置在另一反應(yīng)釜內(nèi)的下部。
反應(yīng)釜7容積是20升 5000升，反應(yīng)釜7上設(shè)有壓力表4和3 4個(gè)觀察視窗 21、其中有1 2個(gè)觀察視窗外裝有照明射燈14，其余的觀察視窗為目視窗口。照明射燈 14為觀察反應(yīng)釜7內(nèi)的反應(yīng)情況提供照射光源。
反應(yīng)釜7內(nèi)設(shè)有攪拌槳3，攪拌槳槳葉11與釜底之間距離在0. 5 20cm之間。在 反應(yīng)釜7頂部裝有玻璃空氣冷凝管1，管徑在2. 5cm 30cm之間。玻璃空氣冷凝管1 一端 聯(lián)接在反應(yīng)釜7上，另一端與冷凝器沈相聯(lián)，所述冷凝器沈內(nèi)的冷凝管路與水泵的進(jìn)水端 口連接。在反應(yīng)釜7內(nèi)裝有沉底吸管13、沉底吸管13通過和虹吸管道20與格劑產(chǎn)物接收 罐19連接，虹吸管道20與一真空裝置連接，格劑產(chǎn)物接收罐19的安裝位置低于反應(yīng)釜7 的安裝位置，當(dāng)虹吸管道20為負(fù)壓后，利用虹吸現(xiàn)象，反應(yīng)產(chǎn)物就從反應(yīng)釜7底部吸出來通 過虹吸管道15進(jìn)入格劑產(chǎn)物接收罐19內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物格氏試劑和剩余原料鎂屑的順利 分離。
反應(yīng)釜7的側(cè)壁上半部分裝有冷卻裝置，冷卻裝置由裝在反應(yīng)釜7頂部的可控水 噴淋盤2和套在反應(yīng)釜7側(cè)壁上半部分的冷水夾套9組成，所述可控水噴淋盤2與水泵的 噴水端連接。反應(yīng)釜7側(cè)壁下半部套有加熱保溫夾套10，加熱保溫夾套10內(nèi)設(shè)有加熱裝 置，并且加熱保溫夾套10中充有導(dǎo)熱油。
在反應(yīng)釜7內(nèi)的底部和側(cè)壁中部各埋有1 3只測溫的熱電偶16，熱電偶16與現(xiàn) 有的控溫儀輸入端口相連接，控溫儀的一控制端口與為冷卻裝置提供冷卻水的水泵連接， 另一控制端口與保溫夾套10內(nèi)的加熱系統(tǒng)(電加熱棒)連接。
雖然上述具體實(shí)施方案對本發(fā)明做了進(jìn)一步說明，但本申請意欲覆蓋它們的各種 變化形式，如果從事本領(lǐng)域工作的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明所要求的范圍和精神實(shí)質(zhì)的前提下設(shè)計(jì)一些替代方案，則仍然會落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)，包括原料加料系統(tǒng)、兩個(gè)反應(yīng)釜， 其中，反應(yīng)釜外殼上設(shè)有多個(gè)觀察視窗、壓力表，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有攪拌槳，其特征是所述原料 加料系統(tǒng)中的四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐和氣體鹵代烴壓力貯罐各自通過三通閥分別 和兩個(gè)反應(yīng)釜連接，而鎂加料艙通過快開法蘭單獨(dú)和反應(yīng)釜連接，兩個(gè)反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)相同， 兩者之間由兩個(gè)導(dǎo)氣管串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)，其特 征是所述反應(yīng)釜外殼的上半部分設(shè)有冷卻裝置，外殼下半部設(shè)有加熱保溫夾套，反應(yīng)釜頂 部裝有玻璃空氣冷凝管，反應(yīng)釜內(nèi)裝有沉底吸管，沉底吸管通過管道與格劑產(chǎn)物接收罐連 接，所述反應(yīng)釜外殼內(nèi)的底部和內(nèi)側(cè)壁中部還各埋有至少一只熱電偶，熱電偶與控溫儀輸 入端口相連接，控溫儀的其中一控制端口與為冷卻裝置提供冷卻水的水泵連接，另一控制 端口與保溫夾套內(nèi)的加熱系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)，其特 征是所述冷卻裝置由裝在反應(yīng)釜頂部的可控水噴淋盤和套在反應(yīng)釜外殼上半部分的冷水 夾套組成，所述可控水噴淋盤與水泵的噴水端口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)，其特 征是所述觀察視窗外設(shè)有照明射燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)， 其特征是所述玻璃空氣冷凝管一端聯(lián)接在反應(yīng)釜上，另一端與冷凝器相聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)，其特 征是所述冷凝器內(nèi)的冷凝管路與水泵的進(jìn)水端口連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系 統(tǒng)，其特征是所述格劑產(chǎn)物接收罐的安裝位置低于反應(yīng)釜的安裝位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系 統(tǒng)，其特征是所述加熱保溫夾套中充有導(dǎo)熱油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)， 其特征是所述沉底吸管底端與釜底距離在5 40cm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備 系統(tǒng)，其特征是所述攪拌槳槳葉與釜底之間距離在0. 5 20cm之間。
全文摘要
一種以氣體鹵代烴工業(yè)生產(chǎn)格氏試劑的設(shè)備系統(tǒng)。包括原料加料系統(tǒng)、兩個(gè)反應(yīng)釜，其中，反應(yīng)釜外殼上設(shè)有觀察視窗、壓力表，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有攪拌槳，所述原料加料系統(tǒng)中的四氫呋喃或醚類貯料兼吸收罐和氣體鹵代烴壓力貯罐各自通過三通閥分別和兩個(gè)反應(yīng)釜連接，而鎂加料艙通過快開法蘭單獨(dú)和反應(yīng)釜連接，兩個(gè)反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)相同，兩者之間通過兩個(gè)導(dǎo)氣管串聯(lián)。本發(fā)明采用兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)釜，兩個(gè)反應(yīng)釜反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，向其中一個(gè)反應(yīng)釜通入氣體鹵代烴，未被反應(yīng)的鹵代烴進(jìn)入另外一個(gè)反應(yīng)釜繼續(xù)參加反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)在接近常壓下進(jìn)行和鹵代烴的回收利用。從而實(shí)現(xiàn)了格氏試劑的清潔生產(chǎn)。
文檔編號B01J19/18GK102030769SQ20091027221
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者楊君儒, 熊光標(biāo), 熊永春 申請人:仙桃市格瑞化學(xué)工業(yè)有限公司