CN109879746A - 用微通道反应器连续合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的用微通道反应器连续合成2,3,4,5‑四氟苯甲酸的方法，包括：(1)设计、制造安装有静态混合器的微通道反应器‑‑顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器；(2)将四氟邻苯二甲酸和水按比例混合作为反应物料；(3)将反应物料均匀地泵入微通道反应器中，反应物料经反应，生成2,3,4,5‑四氟苯甲酸粗产物；(4)粗品经常规工艺冷却结晶析出晶体，离心、干燥得到成品。本发明方法能够提高合成2,3,4,5‑四氟苯甲酸反应选择性和转化率,降低投资,节约生产成本,整个工艺流程简单过程连续,具有能耗低、无污染等特点。本发明的合成工艺能实现工业化生产，是高效可行的2,3,4,5‑四氟苯甲酸合成工艺。
Description
技术领域：
本发明涉及羧酸的制备，进一步而言，涉及合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法。
背景技术
2,3,4,5-四氟苯甲酸是化学合成的重要中间体，应用在有机合成、医药合成、液晶、农药等领域，尤其是合成含氟喹诺酮类抗菌药物如氧氟沙星卫生杀虫剂四氟苯菊酯的中间体。
合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法主要是由四氟邻苯二甲酸酐在有机碱三正丁基胺的存在下，在水溶液中，150℃的温度下，发生选择性脱羧制得。该方法副产物多，收率低，产品为灰色至黑色，品质差；工艺过程中使用剧毒的三正丁基胺，导致环境污染、收率低、生产成本高。现有的专利申请件中，涉及2,3,4,5-四氟苯甲酸制备的仅有：CN1201779号《2,3,4,5-四氟苯甲酸的制备方法》、CN102718649A号《一种2,3,4,5-四氟苯甲酸的化学合成方法》、CN107778161A号《一种制备2,3,4,5-四氟苯甲酸的工艺方法》等，基本上仍是传统的工艺改进。
微通道反应器一般指经过微加工和精密加工技术制造的小型反应***,包括化工单位所需要的混合器、换热器、反应器、控制器等,其管道尺寸远远小于常规管式反应器,微型化的结构使其具有一些新的特性。具有混合性能好,停留时间控制精确和安全性高等优点。但是普通的微反应器用于2,3,4,5-四氟苯甲酸的合成工艺中时，存在反应物料易堵塞管路；反应器的成本投入高。迄今为止，相关的微反应合成工艺未见报道。
发明内容
本发明旨在提供一种用微通道反应器连续合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法，以克服现有技术的缺陷，使合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的装置稳定连续地运行。
发明人提供的微反应器连续合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法包括以下步骤：
(1)根据需要设计、制造微通道反应器：该反应器内安装有静态混合器；
(2)将四氟邻苯二甲酸和水按一定比例混合均匀，作为反应物料；
(3)将反应物料均匀地泵入微通道反应器中，反应物料经微通道反应器内的静态混合器混合反应，物料通过反应器流出的反应液即为2,3,4,5-四氟苯甲酸粗产物；
(4)2,3,4,5-四氟苯甲酸粗品经常规工艺冷却结晶析出晶体，经常规工艺离心、干燥得到成品。
上述步骤(1)中，所述微通道反应器是顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器，它的反应管道由顺式螺纹微管、反式螺纹微管反复交替连接而成，中间夹有内壁有乳凸的压凸管作为静态混合器，反应管的两端分别与原料进口、反应产物出口相连接；所述微反应器流道长为10～100m；横截面积为3.14×(3.2～9.4/2)2mm2；所述混合器直径为3.2～9.4mm，长度为10～100m。
上述步骤(2)中，所述四氟邻苯二甲酸和水的质量比例为1∶4～9；为使四氟邻苯二甲酸和水混合均匀,可以对四氟邻苯二甲酸和水混合物进行适当地加热和搅拌。
上述步骤(3)中，所述均匀地泵入微通道反应器的流速控制为12～60ml/min；所述微反应器中的合成反应温度为140℃～280℃,压力为30～80MPa。
优选地,上述步骤(3)中，所述反应物料的流速均为20～60ml/min；合成反应温度为140℃～250℃。
本发明优点是:①反应器为微尺寸且具有静态混合器,使物料混合均匀,传质、传热效率好；②微反应器采用紫铜材质、使用316材质的卡套连接方式，可耐高压，耐有机酸腐蚀、安全；③微尺寸反应器可以实现反应温度的精确控制,以及精确控制反应压力；④通过微反应器核心器件的改进和工艺条件的控制,实现2,3,4,5-四氟苯甲酸的高选择性、高产率；⑤设备投资少。
本发明方法提高合成2,3,4,5-四氟苯甲酸反应选择性和转化率,降低投资,节约生产成本,整个工艺流程简单过程连续,具有能耗低、无污染等特点,是一种高效可行的2,3,4,5-四氟苯甲酸合成工艺。
附图说明
附图为微通道反应器结构示意图。
图中，1为壳体，2为原料进口，3为反应产物出口，4为顺式螺纹管，5为反式螺纹管，6为压凸管，7为热/冷媒体进口，8为热/冷媒体出口。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述,但本发明的保护范围并不局限于下述的实施例。
实施例1
根据本方法设计顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器：反应器的反应流道横截面积为3.14×(3.2/2)2mm2，流道长10m；反应器内安装有静态混合器，混合器直径为3.2mm，长度为10m。
将400g四氟邻苯二甲酸和3600g水，加热溶解，搅拌并保温。用隔膜计量将反应物按20ml/min的速度泵入反应器进行反应，反应体系的温度是140℃，调节背压阀使反应体系压力达到30MPa，物料流过反应器后,用储罐接收反应液。分析产物,反应的转化率为32.3％,选择性达到100％，结晶烘干后2,3,4,5-四氟苯甲酸含量为98.5％。
实施例2
根据本方法设计顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器：该微反应器的反应流道横截面积为3.14×(3.2/2)2mm2，流道长50m；反应器内安装有静态混合器，混合器直径为3.2mm，长度为50m。
将800g四氟邻苯二甲酸和3200g水，加热溶解，搅拌并保温。用隔膜计量将反应物按20ml/min的速度泵入反应器进行反应，反应体系的温度是140℃，调节背压阀使反应体系压力达到30MPa，物料流过反应器后,用储罐接收反应液。分析产物,反应的转化率为76.3％,选择性达到100％，结晶烘干后2,3,4,5-四氟苯甲酸含量为98.9％。
实施例3
根据本方法设计顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器：反应器的反应流道横截面积为3.14×(3.2～9.4/2)2mm2，流道长100m，反应器内安装有静态混合器，混合器直径为3.2mm，长度为100m。
将800g四氟邻苯二甲酸和3200g水，加热溶解，搅拌并保温。用隔膜计量将反应物按20ml/min的速度泵入反应器进行反应，反应体系的温度是240℃，调节背压阀使反应体系压力达到80MPa，物料流过反应器后,用储罐接收反应液。分析产物,反应的转化率为100％,选择性达到99.7％，结晶烘干后2,3,4,5-四氟苯甲酸含量为99.5％。
实施例4
根据本方法设计顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器：反应器的反应流道横截面积为3.14×(9.4/2)2mm2，流道长10m；反应器内安装有静态混合器，混合器直径为9.4mm，长度为10m。
将800g四氟邻苯二甲酸和3200g水，加热溶解，搅拌并保温。用隔膜计量将反应物按20ml/min的速度泵入反应器进行反映，反应体系的温度是250℃，调节背压阀使反应体系压力达到50MPa，物料流过反应器后,用储罐接收反应液。分析产物,反应的转化率为96.3％,选择性达到100％，结晶烘干后2,3,4,5-四氟苯甲酸含量为99.5％。
实施例5
根据本方法设计顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器：该反应器的反应流道横截面积为3.14×(9.4/2)2mm2，流道长100m；反应器内安装有静态混合器，混合器直径为9.4mm，长度为100m。
将800g四氟邻苯二甲酸和3200g水，加热溶解，搅拌并保温。用隔膜计量将反应物按600ml/min的速度泵入反应器进行反映，反应体系的温度是250℃，调节背压阀使反应体系压力达到80MPa，物料流过反应器后,用储罐接收反应液。分析产物,反应的转化率为100％,选择性达到99.3％，结晶烘干后2,3,4,5-四氟苯甲酸含量为99.5％。
实施例6
根据本方法设计顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器：该反应器的反应流道横截面积为3.14×(9.4/2)2mm2，流道长100m；反应器内安装有静态混合器，混合器直径为9.4mm，长度为100m。
将800g四氟邻苯二甲酸和3200g水，加热溶解，搅拌并保温。用隔膜计量将反应物按300ml/min的速度泵入反应器进行反映，反应体系的温度是250℃，调节背压阀使反应体系压力达到80MPa，物料流过反应器后,用储罐接收反应液。分析产物,反应的转化率为100％,选择性达到89.8％，结晶烘干后2,3,4,5-四氟苯甲酸含量为99.5％。
Claims (5)
1.一种用微通道反应器连续合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法，其特征包括以下步骤：
(1)根据需要设计、制造微通道反应器：该反应器内安装有静态混合器；
(2)将四氟邻苯二甲酸和水按一定比例混合均匀，作为反应物料；
(3)将反应物料均匀地泵入微通道反应器中，反应物料经微通道反应器内的静态混合器混合反应，物料通过反应器流出的反应液即为2,3,4,5-四氟苯甲酸粗产物；
(4)2,3,4,5-四氟苯甲酸粗品经常规工艺冷却结晶析出晶体，经常规工艺离心、干燥的成品。
2.如权利要求1所述合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法，其特征在于步骤(1)中，所述微通道反应器的结构是顺/反螺旋内乳凸微管道连续流反应器，它的反应管道由顺式螺纹微管、反式螺纹微管反复交替连接而成，中间夹内壁有乳凸的压凸管作为静态混合器，反应管的两端分别与原料进口、反应产物出口相连接；所述微反应器流道长为10～100m；横截面积为3.14×(3.2～9.4/2)2mm2；所述混合器直径为3.2～9.4mm，长度为10～100m。
3.如权利要求1所述合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法，其特征在于步骤(2)中，所述四氟邻苯二甲酸和水的质量比例为1∶4～9；为使四氟邻苯二甲酸和水混合均匀,可以对所述四氟邻苯二甲酸和水混合物进行适当地加热和搅拌。
4.如权利要求1所述合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法，其特征在于步骤(3)中，所述均匀地泵入微通道反应器的流速控制为12～60ml/min；所述微反应器中的合成反应温度为140℃～280℃,压力为30～80MPa。
5.如权利要求1和4之一所述合成2,3,4,5-四氟苯甲酸的方法，其特征在于步骤(3)中所述反应物料的流速均为20～60m l/min；合成反应温度为140℃～250℃。
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