一种在连续微通道反应器中制备苯肼的方法与流程

本发明涉及苯肼的合成，具体内容包括利用“心”型微通道反应器（康宁公司的高通量微通道反应器）将苯胺重氮化制备苯肼，属于精细化学品领域范畴，是一种制备苯肼的新颖方法。

背景技术：

苯肼是一种重要的染料、医药、农药中间体，可作为抗抑郁剂用于治疗红血球增多症，用于合成糖脎、苯腙、烷基吲哚、1H-吲唑-3一羧酸、药物氯尼达明、依达拉奉、吡唑衍生物、吡唑啉酮衍生物、色胺衍生物哒嗪酮噻二唑类和哒嗪吡唑啉酮衍生物等，还可与金属形成配合物。

苯肼的合成工艺主要采用苯胺重氮化、还原、水解、蒸馏工艺，其技术的进步主要集中于苯胺重氮化。由于重氮化反应为强放热反应，而且生成的重氮盐在较高的温度下长时间容易分解，产生有毒气体，污染环境，甚至发生爆炸。因此必须及时将大量的反应热移走。

中国专利CN1169423公开了一种苯肼盐酸盐的制备方法，其特征是取盐酸、亚硝酸钠依次加入苯胺中，其中苯胺、盐酸、亚硝酸钠摩尔比为1∶2.3～3.2∶1～1.1，且亚硝酸钠在0～5℃时开始投料，反应温度为0～22℃，反应时间为30～90 min，再按与苯胺的摩尔比为1∶2～3.5∶2.5～3.0加入亚硫酸铵、盐酸，进行还原、水解、酸析，再经抽滤或甩干，即可，此工艺为间歇重氮化方法，反应时间长，产品收率低。

日本住友株式会社申请的中国专利CN102807505A、CN102807506A公开了一种包括如下步骤的生产苯肼的方法：将重氮盐与至少一种选自亚硫酸盐和亚硫酸氢盐中的物质在水的存在下进行反应；并且将所得的反应混合物与氯化氢在0至10℃混合，随后将混合物保持在10至30℃。该专利也采用的是间歇重氮化方法，给出了邻甲氧基苯肼的合成实例。

德国专利 DE2758027和印度专利 In142812也公开了苯肼的合成方法，其采用的也是间歇重氮化工艺。

以上发明均采用传统的间歇釜式反应器，加料方式采用逐滴滴加，能耗高，设备腐蚀严重，而且重氮化反应为强放热反应，反应伴随着温度的急剧升高，因此对于反应安全很难控制。

技术实现要素：

本发明是针对传统的间歇釜式反应器生产苯肼过程时间长、收率低、反应过程安全性难以控制等问题提出的一种新型的高效连续流生产工艺。使用新型“心”型微通道反应器，原料用计量泵打入反应器中，液体依靠“心”型结构完成混合传质，混合效果远远优于搅拌所产生的传质效果，苯胺转化率能达到99%，极大提高了产品收率；“心”型结构反应板混合传质效果好，导热快，避免了局部过热现象，反应可在定温条件下进行，消除了一般反应器的飞温爆炸危险，提高了安全性。

本发明在连续微通道反应器制备苯肼的方法，具体步骤如下：

1) 苯胺盐酸盐配置：常温下，30%的盐酸和苯胺配成苯胺盐酸盐；

2) 亚硝酸钠溶液配置：亚硝酸钠和水配成40%的亚硝酸钠溶液；

3) 采用循环器冷却器对“心”型微通道反应器进行制冷，待温度稳定后，将苯胺盐酸盐溶液与40%的亚硝酸钠溶液打入反应器中，反应温度为-5~15℃，反应停留时间为5~60s，反应压力0.1~1.8 MPa，重氮液从反应器中连续流入收集器中，得到的重氮液经过还原、酸析、过滤、中和、蒸馏得到产品。

一般地，本发明步骤如下：

1） 苯胺盐酸盐的配置：室温下，将苯胺和30%的盐酸按一定比例混合搅拌，配制成均相溶液，待用。

2） 将上述所得苯胺盐酸盐溶液和40%的亚硝酸钠溶液经由两台计量泵，按一定比例打入微通道反应器，通过一系列传质型模块持续反应，得到重氮液溶液，最后进入沉积槽。在微通道反应器中的停留时间在5~60s，反应温度在-5~15℃，压力0.1~1.8 Mpa。

3） 得到的重氮盐溶液经过亚硫酸氢钠和30%碱液还原、30%盐酸酸析、过滤、中和、蒸馏，得到含量99%以上的苯肼。

本发明涉及的“心”型微通道反应器由多块模块组装而成，该模块为一种三层结构板。第一、三层为传热层，中间反应板为增强混合心型通道结构。材质为特种玻璃，可耐酸腐蚀，最大压力为5~10 bar。

本发明苯胺、盐酸、亚硝酸钠摩尔比为1∶2.3～3.2∶1～1.5。

本发明提供的在连续流微通道反应器中以连续流反应方式进行重氮化制备苯肼，原料通过计量泵打入，反应器通过循环冷却器来精确调节反应所需的温度。在反应过程中，通过调节计量泵的流量来改变原料的摩尔比，经过几十秒至几分钟的停留时间后，得到重氮盐溶液。

采用在微通道反应器制备苯肼的工艺与现有技术相比，具有以下优势：

1）“心”型结构反应板混合传质效果高，导热快，通过循环冷却器精确控制反应温度，过程保持温度恒定，消除了一般反应器的飞温爆炸危险；

2）反应为连续流反应，反应时间仅为几十秒，大大缩短了反应时间；

3）反应板为增强混合心型通道结构，传质混合效果好，增加了反应的转化率。

附图说明

图1是“心”型微通道反应器反应板反应层结构。

图2是“心”型微通道反应器反应板传热层结构。

图3 是实施例中苯胺制苯肼的工艺流程示意图。

图4 是实施例中两股物料同时进料方式示意图。

具体实施方式

本发明实施例的“心”型微通道反应器的反应板为三层结构，中间层为反应层，第一、三层为传热层（参见图1和2）。实施例的制备过程参见图3和4。

实施例1

装置：Coring心型微通道反应器，反应模块选择6块板，原料进料方式参照图3确定，换热介质为导热油。

苯胺盐酸盐配置：常温下，在1000 mL三口烧瓶中加入310 ml 30%的盐酸( 3.0 mol)、200 mL水， 30 min 内滴加苯胺93 g ( 1.0 mol) ，加完再搅拌30 min，配成苯胺盐酸盐。

亚硝酸钠溶液配置：亚硝酸钠64 g ( 1.0 mol) 和300 mL水配成40%的亚硝酸钠溶液溶液。

重氮化：采用循环器冷却器对反应器进行制冷，将反应器设定温度5℃，待温度稳定后，通过计量泵将苯胺盐酸盐溶液打入反应器中，流速控制20 mL/min，通过计量泵将40%的亚硝酸钠溶液打入反应器中，流速控制40 mL/min，物料在微通道反应器中反应，反应停留时间为30 s，反应压力0.2 MPa，重氮液从反应器中连续流入收集器中。

还原：向还原釜中加水、亚硫酸氢钠和30%碱液，加温至80℃，控制在80～115℃、pH=6.2～6.7，在20 min内将上述重氮液细流加入，继续搅拌1.5 h，再加入锌粉、硅藻土，搅拌过滤，滤液放入酸析釜内。

酸析：在上述滤液中，于70℃加入30%盐酸进行酸析，控制温度在85～110℃，搅拌10min，冷却至20℃以下，吸滤，得苯肼盐酸盐。

中和：向反应锅中加入碱液，在搅拌下加入上述苯肼盐酸盐和适量的水，升温至50℃，在50～80℃搅拌1 h，静置8 h以上，分出下层水溶液，得上层油状物即为苯肼，蒸馏得到纯度99.1%的苯肼，收率85.8%。

实施例2

苯胺盐酸盐配置：常温下，在1000 mL三口烧瓶中加入237 ml 30%的盐酸(2.3 mol)、200 mL水， 30 min 内滴加苯胺93 g ( 1.0 mol) ，加完再搅拌30 min，配成苯胺盐酸盐。

亚硝酸钠溶液配置：亚硝酸钠64g ( 1.0 mol) 和300 mL水配成40%的亚硝酸钠溶液溶液。

重氮化：采用循环器冷却器对反应器进行制冷，将反应器设定温度0℃，待温度稳定后，通过计量泵将苯胺盐酸盐溶液打入反应器中，流速控制20 mL/min，通过计量泵将40%的亚硝酸钠溶液打入反应器中，流速控制44 mL/min，物料在微通道反应器中反应，反应停留时间为28 s，反应压力0.2 MPa，重氮液从反应器中连续流入收集器中。

还原：向还原釜中加水、亚硫酸氢钠和30%碱液，加温至80℃，控制在80～115℃、pH=6.2～6.7，在20 min内将上述重氮液细流加入，继续搅拌1.5 h，再加入锌粉、硅藻土，搅拌过滤，滤液放入酸析釜内。

酸析：在上述滤液中，于70℃加入30%盐酸进行酸析，控制温度在85～110℃，搅拌10min，冷却至20℃以下，吸滤，得苯肼盐酸盐。

中和：向反应锅中加入碱液，在搅拌下加入上述苯肼盐酸盐和适量的水，升温至50℃，在50～80℃搅拌1 h，静置8 h以上，分出下层水溶液，得上层油状物即为苯肼，蒸馏得到纯度98.7%的苯肼，收率74.2%。

实施例3

苯胺盐酸盐配置：常温下，在1000 mL三口烧瓶中加入330 ml 30%的盐酸( 3.2 mol)、200 mL水， 30 min 内滴加苯胺93 g ( 1.0 mol) ，加完再搅拌30 min，配成苯胺盐酸盐。

亚硝酸钠溶液配置：亚硝酸钠64 g ( 1.0mol) 和300 mL水配成40%的亚硝酸钠溶液溶液。

重氮化：采用循环器冷却器对反应器进行制冷，将反应器设定温度10℃，待温度稳定后，通过计量泵将苯胺盐酸盐溶液打入反应器中，流速控制20 mL/min，通过计量泵将40%的亚硝酸钠溶液打入反应器中，流速控制48 mL/min，物料在微通道反应器中反应，反应停留时间为26 s，反应压力0.2 MPa，重氮液从反应器中连续流入收集器中。

还原：向还原釜中加水、亚硫酸氢钠和30%碱液，加温至80℃，控制在80～115℃、pH=6.2～6.7，在20 min内将上述重氮液细流加入，继续搅拌1.5 h，再加入锌粉、硅藻土，搅拌过滤，滤液放入酸析釜内。

酸析：在上述滤液中，于70℃加入30%盐酸进行酸析，控制温度在85～110℃，搅拌10min，冷却至20℃以下，吸滤，得苯肼盐酸盐。

中和：向反应锅中加入碱液，在搅拌下加入上述苯肼盐酸盐和适量的水，升温至50℃，在50～80℃搅拌1 h，静置8 h以上，分出下层水溶液，得上层油状物即为苯肼，蒸馏得到纯度99.3%的苯肼，收率87.4%。

实施例4

苯胺盐酸盐配置：常温下，在1000 mL三口烧瓶中加入310 ml 30%的盐酸( 3.0 mol)、200 mL水， 30 min 内滴加苯胺93 g ( 1.0 mol) ，加完再搅拌30 min，配成苯胺盐酸盐。

亚硝酸钠溶液配置：亚硝酸钠64 g ( 1.0 mol) 和300 mL水配成40%的亚硝酸钠溶液溶液。

重氮化：采用循环器冷却器对反应器进行制冷，将反应器设定温度15℃，待温度稳定后，通过计量泵将苯胺盐酸盐溶液打入反应器中，流速控制20 mL/min，通过计量泵将40%的亚硝酸钠溶液打入反应器中，流速控制52 mL/min，物料在微通道反应器中反应，反应停留时间为25 s，反应压力0.1 MPa，重氮液从反应器中连续流入收集器中。

还原：向还原釜中加水、亚硫酸氢钠和30%碱液，加温至80℃，控制在80～115℃、pH=6.2～6.7，在20 min内将上述重氮液细流加入，继续搅拌1.5 h，再加入锌粉、硅藻土，搅拌过滤，滤液放入酸析釜内。

酸析：在上述滤液中，于70℃加入30%盐酸进行酸析，控制温度在85～110℃，搅拌10min，冷却至20℃以下，吸滤，得苯肼盐酸盐。

中和：向反应锅中加入碱液，在搅拌下加入上述苯肼盐酸盐和适量的水，升温至50℃，在50～80℃搅拌1 h，静置8 h以上，分出下层水溶液，得上层油状物即为苯肼，蒸馏得到含量98.1%的苯肼，收率88.8%。

本发明的保护范围不仅限于以上实施例，凡是权利要求书上提到的，以及本领域技术人员能类推到的变形均在保护范围内。