CN111116424B - 一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，属于精细化工技术领域。首先，将三氟甲磺酰氟气体与碱金属氢氧化物溶液由进料口送入降膜反应器中进行连续式中和水解反应，在降膜反应器的出料口得到反应液；然后将所述反应液泵入到干燥塔内干燥，干燥后的固体通过溶剂进行初溶，将初溶后的液体通过隔膜泵进入萃取塔内通过萃取剂萃取，得到三氟甲磺酸碱金属盐；将三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸加入到酸化塔内进行酸化反应，得到三氟甲磺酸粗品，纯化后得到一种高纯度的三氟甲磺酸。所述方法实现了三氟甲磺酸的连续化生产，避免了传统生产三氟甲磺酸制备中副产物的产生，连续水解法耗能较低，可有效的节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，属于精细化工技术领域。
背景技术
三氟甲磺酸是已知最强有机酸之一，其中含有的三氟甲磺酸根离子具有极强的热力学及化学稳定性，即使在强亲核试剂的存在下也不会游离氟离子，这种性质使得三氟甲磺酸在有机化学反应领域发挥着重要的作用。
在中国专利申请201510173116.X一种三氟甲磺酸的制备方法中，以卤代三氟甲烷为原料，在氮气保护的环境中，加入锌粉和四氢呋喃，通入三氟溴代甲烷气体后加入催化量的单质碘，控温反应得到三氟甲基卤化锌试剂，加入三氧化硫继续反应，生成卤代三氟甲烷磺酸锌，将反应液加入碱液中和，蒸干滤液，得到固体三氟甲磺酸钠盐，再酸化精馏制得三氟甲磺酸；有效降低生产过程中副产物的生成，避免了传统工艺中，生成的三氟甲磺酸产品中，氟离子、氯离子、硫酸根离子偏高的情况，利用精馏纯化得到的三氟甲磺酸纯度高达99.95％以上，且收率可达到83％。
虽然上述三氟甲磺酸的制备方法可以得到高纯度的三氟甲磺酸，但是由于在制备过程中的耗能较高，使三氟甲磺酸的制备成本较高，影响经济效益。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，所述方法步骤如下：
(1)将三氟甲磺酰氟气体与碱金属氢氧化物溶液由进料口送入降膜反应器中，控制绝对压力为0.1-0.2MPa，温度为40-50℃，进行连续式中和水解反应，在降膜反应器的出料口得到反应液；其中三氟甲磺酰氟与碱金属氢氧化物的摩尔比为1:1.05-1.2；
优选的，步骤(1)中所述碱金属氢氧化物溶液中的碱金属氢氧化物的质量分数为5％-40％。
优选的，步骤(1)中所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种以上。
优选的，步骤(1)中所述三氟甲磺酰氟气体与碱金属氢氧化物溶液在降膜反应器中并行流动。
优选的，步骤(1)中所述降膜反应器为降膜列管反应器，降膜列管反应器顶部设置再分布器，三氟甲磺酰氟气体由每个列管中间进入，碱金属氢氧化物溶液沿每个列管内壁面流入。
(2)将所述反应液泵入到干燥塔内干燥，干燥后的固体通过溶剂进行初溶，将初溶后的液体通过隔膜泵进入萃取塔内通过萃取剂萃取，得到三氟甲磺酸碱金属盐；
优选的，步骤(2)中所述溶剂和萃取剂为无水乙醇。
(3)将三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸加入到酸化塔内进行酸化反应，得到三氟甲磺酸粗品；其中，浓硫酸的质量分数为98％-105％；三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸的摩尔比为1:3-5；
(4)将所述三氟甲磺酸粗品纯化后，得到一种高纯度的三氟甲磺酸，所述三氟甲磺酸的纯度≥99.5％。
优选的，步骤(4)中纯化时，将所述低纯度的三氟甲磺酸泵入到蒸馏塔内蒸馏。
优选的，步骤(4)中纯化时，将所述低纯度的三氟甲磺酸泵入精馏塔内精馏。
有益效果
本发明所述方法通过使用三氟甲磺酰氟气体与碱金属氢氧化物溶液在降膜反应器中中进行气液反应，再通过干燥、萃取后得到三氟甲磺酸碱金属盐，并通过与浓硫酸的酸化反应后进行蒸馏或精馏，从而得到高纯度的三氟甲磺酸，避免了传统生产三氟甲磺酸过程中副产物的产生，同时连续水解的方法耗能较低，无需太高的反应温度和压力，可以有效的节约制备成本，并且制备方法简单方便，可以高效、低成本的制备出高质量的三氟甲磺酸。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
(1)选择质量分数为35％的氢氧化钠溶液作为中和水解反应的原料，将三氟甲磺酰氟气体和氢氧化钠溶液通过进料口注入降膜反应器中，所述降膜反应器中采用降膜列管反应器，降膜列管反应器顶部设置再分布器，三氟甲磺酰氟气体由每个列管中间进入，碱金属氢氧化物溶液沿每个列管内壁面流入；三氟甲磺酰氟气体与氢氧化钠的投料摩尔比为1：1.1，将降膜列管反应器内部的压力控制在绝对压力为0.15MPa条件下，同时温度控制为45℃，此时三氟甲磺酰氟气体和氢氧化钠溶液通过在降膜列管反应器内部的管道内进行并行流动，从而使三氟甲磺酰氟气体与氢氧化钠溶液进行充分的气液中和水解反应，从而得到中和水解后的反应液；
(2)将所述反应液泵入到干燥塔内进行干燥，将干燥后的固体通过无水乙醇进行初溶，将初溶后的液体通过隔膜泵泵入到萃取塔内，在萃取塔内通过无水乙醇进行萃取，得到三氟甲磺酸碱金属盐；
(3)将选择质量分数为99％的浓硫酸作为酸化反应的原料，并且将三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸按照投料摩尔比为1：3注入到酸化塔内进行酸化，从而得到三氟甲磺酸粗品；
(4)将所述三氟甲磺酸粗品泵入到精馏塔内进行精馏，从而得到纯度为99.5％的三氟甲磺酸。
实施例2：
(1)选择质量分数为30％的氢氧化钾溶液作为中和水解反应的原料，将三氟甲磺酰氟气体和氢氧化钾溶液通过进口注入降膜反应器中，所述降膜反应器中采用降膜列管反应器，降膜列管反应器顶部设置再分布器，三氟甲磺酰氟气体由每个列管中间进入，碱金属氢氧化物溶液沿每个列管内壁面流入；三氟甲磺酰氟气体与氢氧化钾溶液按照投料摩尔比为1：1.12，将降膜列管反应器内部的压力控制在绝对压力为0.18MPa条件下，同时温度控制在47℃，此时三氟甲磺酰氟气体和氢氧化钾溶液通过在降膜列管反应器内部的管道内进行并行流动，从而使三氟甲磺酰氟气体与氢氧化钾溶液进行充分的气液中和水解反应，从而得到中和水解后的反应液；
(2)将所述反应液泵入到干燥塔内进行干燥，将干燥后的固体通过无水乙醇进行初溶，将初溶后的液体通过隔膜泵泵入到萃取塔内，在萃取塔内通过无水乙醇进行萃取，得到三氟甲磺酸碱金属盐；
(3)将选择质量分数为101％的浓硫酸作为酸化反应的原料，并且将三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸按照投料摩尔比为1：4.2注入到酸化塔内进行酸化，从而得到三氟甲磺酸粗品；
(4)将所述三氟甲磺酸粗品泵入到蒸馏塔内进行蒸馏，从而得到纯度为99.7％的三氟甲磺酸。
实施例3：
(1)选择质量分数为40％的氢氧化钾溶液作为中和水解反应的原料，将三氟甲磺酰氟气体和氢氧化钾溶液通过进口注入降膜反应器中，所述降膜反应器中采用降膜列管反应器，降膜列管反应器顶部设置再分布器，三氟甲磺酰氟气体由每个列管中间进入，碱金属氢氧化物溶液沿每个列管内壁面流入；三氟甲磺酰氟气体与氢氧化钾溶液按照投料摩尔比为1：1.15，将降膜列管反应器内部的压力控制在绝对压力为0.20MPa的条件下，同时温度控制在50℃，此时三氟甲磺酰氟气体和氢氧化钾溶液通过在降膜列管反应器内部的管道内进行并行流动，从而使三氟甲磺酰氟气体与氢氧化钾溶液进行充分的气液中和水解反应，从而得到中和水解后的反应液；
(2)将所述反应液泵入到干燥塔内进行干燥，将干燥后的固体通过无水乙醇进行初溶，将初溶后的液体通过隔膜泵泵入到萃取塔内，在萃取塔内通过无水乙醇进行萃取，得到三氟甲磺酸碱金属盐；
(3)将选择质量分数为105％的浓硫酸作为酸化反应的原料，并且将三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸按照投料摩尔比为1:5注入到酸化塔内进行酸化，从而得到三氟甲磺酸粗品；
(4)将所述三氟甲磺酸粗品泵入到蒸馏塔内进行蒸馏，从而得到纯度为99.6％的三氟甲磺酸。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)将三氟甲磺酰氟气体与碱金属氢氧化物溶液由进料口送入降膜反应器中，控制绝对压力为0.1-0.2MPa，温度为40-50℃，进行连续式中和水解反应，在降膜反应器的出料口得到反应液；其中，三氟甲磺酰氟与碱金属氢氧化物的摩尔比为1:1.05-1.2；所述降膜反应器为降膜列管反应器，降膜列管反应器顶部设置再分布器，三氟甲磺酰氟气体由每个列管中间进入，碱金属氢氧化物溶液沿每个列管内壁面流入；所述三氟甲磺酰氟气体与碱金属氢氧化物溶液在降膜反应器中并行流动；
(2)将所述反应液泵入到干燥塔内干燥，干燥后的固体通过溶剂进行初溶，将初溶后的液体通过隔膜泵进入萃取塔内通过萃取剂萃取，得到三氟甲磺酸碱金属盐；
(3)将三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸加入到酸化塔内进行酸化反应，得到三氟甲磺酸粗品；其中，浓硫酸的质量分数为98％-105％；三氟甲磺酸碱金属盐和浓硫酸的摩尔比为1:3-5；
(4)将所述三氟甲磺酸粗品纯化后，得到一种高纯度的三氟甲磺酸，所述三氟甲磺酸的纯度≥99.5％。
2.如权利要求1所述的一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，其特征在于：步骤(1)中所述碱金属氢氧化物溶液中的碱金属氢氧化物的质量分数为5％-40％。
3.如权利要求1所述的一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，其特征在于：步骤(1)中所述碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种以上。
4.如权利要求1所述的一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，其特征在于：步骤(2)中所述溶剂和萃取剂为无水乙醇。
5.如权利要求1所述的一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，其特征在于：步骤(4)中纯化时，将所述低纯度的三氟甲磺酸泵入到蒸馏塔内蒸馏。
6.如权利要求1所述的一种连续水解制备三氟甲磺酸的方法，其特征在于：步骤(4)中纯化时，将所述低纯度的三氟甲磺酸泵入精馏塔内精馏。
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