專利名稱：：制備堿金屬懸浮液及有機(jī)堿金屬化合物溶液的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種制造堿金屬懸浮液及有機(jī)堿金屬化合物溶液的設(shè)備與方法，特別是制造鋰砂懸浮液及烷基鋰溶液的設(shè)備與方法。本發(fā)明的
技術(shù)領(lǐng)域：
屬國(guó)際分類B01j1/00，C07f1/02?，F(xiàn)有技術(shù)制造有機(jī)堿金屬的設(shè)備與方法一般都是先把堿金屬在一個(gè)特殊的設(shè)備中分散成惰性介質(zhì)的懸浮液，然后再與鹵代烴反應(yīng)制成有機(jī)堿金屬化合物。如GB1,413,565提出了一種特殊的設(shè)備，即金屬鋰先在密閉的容器中用一種特殊的設(shè)備擠條、切削后，分散在惰性介質(zhì)中，并用一種特殊的攪拌循環(huán)的內(nèi)部構(gòu)件制備了金屬鋰懸浮液。然后使金屬鋰顆粒與鹵代烴反應(yīng)生成烷基鋰化合物。這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，目標(biāo)產(chǎn)物收率為77～89％。USP3,590,008把熔融(＞186℃)的金屬鋰涂敷在1～5μm的氯化鈉或氯化鋰載體上作為聚合反應(yīng)的催化劑，以增加催化劑的表面，提高其活性。在這種方法中，氯化鈉或氯化鋰必須預(yù)先在球磨機(jī)中用二甲苯濕法粉碎到1～5μm，然后共沸脫水，脫去二甲苯，再把熔融的金屬鋰涂敷在載體氯化鈉或氯化鋰表面。這種方法手續(xù)繁雜，而且多耗能量。本發(fā)明為避免以上專利方法的缺點(diǎn)，從堿金屬懸浮液制造設(shè)備上加以改進(jìn)，提出了一種由堿金屬熔融分散制備堿金屬懸浮液及由堿金屬懸浮液與鹵代烴反應(yīng)制備有機(jī)堿金屬化合物的設(shè)備與方法。根據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備，包括一個(gè)密閉的筒形容器；反應(yīng)劑進(jìn)料及反應(yīng)產(chǎn)物出料的接口；維持筒形容器中所需溫度的手段；金屬熔融過(guò)濾裝置；帶多折葉攪拌葉輪的攪拌器和定子。本發(fā)明采用一種多折葉的圓盤鋸齒型攪拌器，它既能起高速剪切作用，又能上下翻動(dòng)，使堿金屬尤其是輕金屬如鋰能更好地分散在分散劑中。本發(fā)明的所述設(shè)備包含有采用徑向柵板式結(jié)構(gòu)的定子。它能夠起導(dǎo)流筒的作用，同時(shí)能夠防止攪拌過(guò)程中漩渦的形成，穩(wěn)定液面，避免金屬顆粒飛濺堵塞攪拌軸。本發(fā)明在定子結(jié)構(gòu)中增設(shè)了冷卻管和冷卻槽，增大了釜內(nèi)傳熱面，改進(jìn)了攪拌器中的傳熱作用。在本發(fā)明的上述設(shè)備中制備有機(jī)堿金屬化合物的過(guò)程包括先由堿金屬熔融分散成細(xì)顆粒狀，然后在惰性氣體保護(hù)下與鹵代烴在烴溶劑中，0～60℃下反應(yīng)生成有機(jī)堿金屬化合物。當(dāng)所有的鹵代烴都加入到設(shè)備中后，保持溫度為10～30℃，繼續(xù)反應(yīng)1～3小時(shí)。堿金屬分散過(guò)程與有機(jī)堿金屬化合物合成反應(yīng)可以分開也可以在同一設(shè)備中進(jìn)行。本發(fā)明還包括示例附圖如下圖1，堿金屬懸浮液及有機(jī)堿金屬化合物溶液的制備設(shè)備立視簡(jiǎn)圖。圖2，多折葉鋸齒型葉輪示意圖。圖3，徑向柵板結(jié)構(gòu)定子俯視圖。圖4，徑向柵板結(jié)構(gòu)定子立視圖。由堿金屬熔融分散制備堿金屬懸浮液及由堿金屬懸浮液與鹵代烴反應(yīng)制備有機(jī)堿金屬化合物的設(shè)備包括一個(gè)密封的筒形分散器(1)；一個(gè)保持容器內(nèi)精確溫度的夾套(2)；一套進(jìn)出料裝置(3，4，5，6)；一個(gè)堿金屬熔融器(7)；一套磁缸密封及磁力傳動(dòng)組件(8-13)；一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的攪拌器(14)。堿金屬熔融器(7)是用來(lái)熔融堿金屬并除去混在堿金屬中熔點(diǎn)較高的雜質(zhì)的設(shè)備。在該設(shè)備中，堿金屬在電、熱水、蒸汽或?qū)嵊偷葌鳠峤橘|(zhì)加熱下逐漸熔融，熔融后的液態(tài)金屬通過(guò)金屬濾網(wǎng)(15)進(jìn)入已保溫的分散劑中。管口(16)與管口(17)分別為堿金屬熔融器夾套(18)傳熱介質(zhì)的進(jìn)口與出口。在攪拌軸(19)上安裝有一個(gè)包圍在定子(導(dǎo)流筒)(20)中的多折葉鋸齒型攪拌葉輪(21)(詳見(jiàn)圖2)。隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，它能夠增加進(jìn)入導(dǎo)流筒中混合物的附加正循環(huán)，從而增加攪拌的剪切度。定子(20)采用徑向柵板結(jié)構(gòu)(20-1)(詳見(jiàn)圖3，圖4)，既具有導(dǎo)流筒的功能，又能夠阻止攪拌過(guò)程中漩渦的形成，從而起到穩(wěn)定液面的作用。在定子結(jié)構(gòu)中增設(shè)了冷卻管(20-2)和冷卻槽(20-3)，以滿足高溫高速分散過(guò)程中熱交換的要求。部件(22)是固定在分散器內(nèi)壁上的檔板，它可以平穩(wěn)地改變分散器內(nèi)混合物循環(huán)流的流向，從而起到穩(wěn)定液面的作用。分散器頂蓋(23)上裝有一個(gè)反應(yīng)劑與烴類溶劑的進(jìn)口管(4)，一個(gè)惰性氣體保護(hù)口(24)。分散器上有一個(gè)采用盤管式進(jìn)料的分散劑進(jìn)料口(5)，一個(gè)橫插或豎插入反應(yīng)器中的測(cè)溫口(25)，一個(gè)供金屬懸浮液或有機(jī)金屬化合物溶液排出的出料口(6)。用該設(shè)備制備堿金屬懸浮液時(shí)，步驟如下由管口(5)向反應(yīng)器內(nèi)加入分散劑，并同時(shí)由管口(3)向堿金屬熔融器中加入固體堿金屬，堿金屬可以是柱形、球形或其他形狀。由管口(24)用惰性氣體對(duì)分散器及堿金屬熔融器內(nèi)氣體進(jìn)行置換。同時(shí)由管口(16)、(17)、(26)、(27)進(jìn)出的傳熱介質(zhì)開始循環(huán)。當(dāng)堿金屬及分散劑溫度達(dá)到指定溫度(約200℃)后，堿金屬熔融并經(jīng)金屬濾網(wǎng)進(jìn)入分散器內(nèi)的分散劑中，啟動(dòng)電機(jī)(28)，開啟攪拌軸，高速分散，幾分鐘后用冷介質(zhì)切換熱介質(zhì)，使物料冷卻到室溫，得到金屬粒徑分布在1～1000μm之間的堿金屬懸浮液，懸浮液通過(guò)管口(6)出料包裝或進(jìn)入下一道工序。用該設(shè)備制備有機(jī)堿金屬化合物溶液是在得到堿金屬懸浮液后，當(dāng)分散器內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟?0～60℃)時(shí)，開啟攪拌，開始由管口(4)加入鹵代烴如氯代正丁烷的烴溶液。加料完畢，在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)1～3小時(shí)。反應(yīng)完畢，反應(yīng)產(chǎn)物由管口(6)排出，進(jìn)行最終產(chǎn)品的回收。在上述設(shè)備中，由上述方法可制得雜質(zhì)含量少于1％的有機(jī)金屬化合物產(chǎn)品，產(chǎn)品收率為90～95％。該設(shè)備可以用于生產(chǎn)堿金屬如鋰、鈉、鉀等的懸浮液，尤其可用于烷基鋰如乙基鋰、異丙基鋰、丁基鋰、萘基二鋰等有機(jī)鋰化合物的制備以及烷基鈉、烷基鉀、烷氧基鉀等有機(jī)金屬化合物的生產(chǎn)。下面的實(shí)施例有助于說(shuō)明上述過(guò)程但并不限制其范圍。實(shí)施例1在容積為5立升，配有密封磁力傳動(dòng)攪拌及柵板型定子結(jié)構(gòu)的筒形反應(yīng)器中加入100Kg白油(初餾點(diǎn)為300℃)，20Kg鋰棒(純度大于98％)后，通入Ar2置換。導(dǎo)熱油加熱使分散器與堿金屬熔融器內(nèi)溫度升高到200℃，開啟攪拌器，高速分散20分鐘后，用冷油切換熱油，使溫度冷卻至室溫，得到鋰砂懸浮液，鋰砂粒徑分布如下</tables>*鋰砂粒徑分布用粒徑分布測(cè)定儀測(cè)得對(duì)比例1用與實(shí)施例1的設(shè)備相同的容器、但采用的攪拌槳不帶有本發(fā)明的配有冷卻管的柵板型定子。先加入100Kg白油，20Kg鋰棒，Ar2置換，導(dǎo)熱油加熱使分散器與堿金屬熔融器內(nèi)溫度升高到～200℃，開啟攪拌器，高速分散20分鐘后，用冷油切換熱油，使溫度冷卻至室溫，得到鋰砂懸浮液，鋰砂粒徑分布如下</tables>實(shí)施例2在同實(shí)施例1的所述設(shè)備中，先加入100Kg白油，20Kg鋰棒后，Ar2置換，導(dǎo)熱油加熱使分散器與堿金屬熔融器內(nèi)溫度升高到200℃，開啟攪拌器，高速分散20分鐘后，用冷油切換熱油，使溫度冷卻至室溫，此時(shí)開啟氯丁烷加料閥，加入120Kg氯丁烷與600Kg環(huán)已烷的混合溶液，調(diào)節(jié)加料速度，保持反應(yīng)器內(nèi)溫度為10～30℃。加料完畢，在此溫度范圍內(nèi)連續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，停止攪拌，出料至下一道工序。最終產(chǎn)物丁基鋰的濃度為1.08M，收率為94％。注丁基鋰的濃度用雙滴定法測(cè)得；收率以氯丁烷為基準(zhǔn)對(duì)比例2～4利用對(duì)比例1所述設(shè)備與條件得到鋰砂后，在冷油冷卻下，開啟氯丁烷加料閥，加入120Kg氯丁烷與600Kg環(huán)己烷的混合溶液，調(diào)節(jié)加料速度，保持反應(yīng)器內(nèi)溫度為10～30℃。加料完畢，在此溫度下繼續(xù)反應(yīng)，得到產(chǎn)品。出料進(jìn)入下一道工序回收最終產(chǎn)品。下面是反應(yīng)時(shí)間與丁基鋰收率的數(shù)據(jù)。實(shí)施例3在同實(shí)施例1所述設(shè)備中加入1立升十二烷烴，200Kg固體鈉后，通入N2置換。導(dǎo)熱油加熱使分散器與堿金屬熔融器內(nèi)溫度升高到130℃，開啟攪拌器，高速分散10分鐘后，用冷油切換熱油，使溫度冷卻至室溫，得到鈉砂懸浮液，鈉砂粒徑分布如下權(quán)利要求1.一種用于制造堿金屬懸浮液及有機(jī)堿金屬化合物的設(shè)備，它包括一個(gè)密閉筒形容器；反應(yīng)劑進(jìn)料及反應(yīng)產(chǎn)物出料的接口；維持分散器中所需溫度的手段；堿金屬熔融過(guò)濾裝置；帶多折葉攪拌葉輪的攪拌器和定子。其特征在于多折葉鋸齒型葉輪與具有傳熱、導(dǎo)流、分散功能的柵板式定子組成的高效剪切、使金屬分散的攪拌器。2.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于多折葉鋸齒型葉輪的葉片數(shù)為n≥3。3.按權(quán)利要求2的設(shè)備，葉輪葉片數(shù)為6～20。4.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于鋸齒型葉輪周邊配有徑向柵板式定子葉片，攪拌時(shí)兩者形成高效剪切結(jié)構(gòu)，使懸浮液中金屬破碎成微粒，同時(shí)防止攪拌過(guò)程中漩渦的生成，穩(wěn)定液面，避免金屬顆粒飛濺堵塞攪拌軸。5.按權(quán)利要求1～4的設(shè)備，其特征在于定子結(jié)構(gòu)中增設(shè)了冷卻管與冷卻槽，增大了釜內(nèi)傳熱面。6按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于密封的筒形分散器利用磁缸密封系統(tǒng)及磁力傳動(dòng)組件，使攪拌軸帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)。7.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于金屬熔融分散器包括一個(gè)加熱保溫夾套和一個(gè)金屬濾網(wǎng)，可用電、熱水、水蒸汽、導(dǎo)熱油或其它方式間接加熱。8.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于設(shè)備內(nèi)壁裝有平穩(wěn)液流的檔板。9.按權(quán)利要求1～8所述的設(shè)備可用于堿金屬鋰、鈉、鉀等或其他金屬懸浮液的制造。10.按權(quán)利要求1～9所述的設(shè)備可用于烷基鋰，如乙基鋰、異丙基鋰、丁基鋰、萘基二鋰等有機(jī)鋰化合物或烷基鈉、烷基鉀、烷氧基鉀以及其它有機(jī)堿金屬化合物。11.一種制造堿金屬懸浮液及有機(jī)堿金屬化合物溶液的方法。其特征在于使用按權(quán)利要求1～10的設(shè)備，將堿金屬熔融過(guò)濾分散在惰性介質(zhì)中成為直徑1-1000μm的微粒，然后與鹵代烴在一種烴溶劑中反應(yīng)生成有機(jī)堿金屬化合物。12.按權(quán)利要求11的方法，其特征在于堿金屬與鹵代烴的反應(yīng)溫度為0～60℃。13.按權(quán)利要求12的方法，其特征在于堿金屬與鹵代烴的反應(yīng)溫度為10～30℃。14.按權(quán)利要求13的方法，其特征在于鹵代烴進(jìn)料完畢后，在10～30℃下繼續(xù)反應(yīng)1～3小時(shí)。全文摘要本發(fā)明涉及一種制造堿金屬懸浮液及有機(jī)堿金屬化合物溶液的設(shè)備和方法,
技術(shù)領(lǐng)域：
屬國(guó)際分類B01J1/00,C07F1/02。該設(shè)備配有一個(gè)堿金屬熔融過(guò)濾分散器及一個(gè)鋸齒型葉輪和柵板型葉片定子構(gòu)成的特殊攪拌器。堿金屬顆粒被加熱到熔點(diǎn)以上,通過(guò)金屬濾網(wǎng)過(guò)濾到惰性介質(zhì)中,高速攪拌下分散成1～1000μm的懸浮液,驟冷后懸浮液與鹵代烴反應(yīng)生成有機(jī)堿金屬化合物。文檔編號(hào)C07F1/04GK1182656SQ96120500公開日1998年5月27日申請(qǐng)日期1996年11月18日優(yōu)先權(quán)日1996年11月18日發(fā)明者劉青,陳德森,李傳清,靳之曄,任曉蘭申請(qǐng)人:北京燕山石油化工公司研究院