一种重氮甲烷的工业化生产装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及有机化合物制备技术领域，具体涉及一种重氮甲烷的工业化生产装置。


背景技术：

[0002]
重氮甲烷是精细有机合成中十分重要的有机中间体和合成因子，主要用于医药、农药生产，如l-苯丙氨酸氯甲基酮的生产等，重氮甲烷是常温常压下具有强烈刺激性及发霉气味的黄色有毒气体，极易燃，气体比空气重，可能沿地面流动，可能造成远处着火。它在受热、接触明火或受到摩擦、振动、撞击时可发生爆炸，未经稀释的液体或气体，在接触碱金属或粗糙的物品表面即能引起爆炸。
[0003]
重氮甲烷很难直接用甲胺和亚硝酸直接反应制得，制取重氮甲烷的方法主要有两种：r-n(no)-ch3结构的碱性降解法和氯仿水合肼法，最常用的方法是将具有r-n(no)-ch3结构基团的物质在碱性条件下进行催化降解制备重氮甲烷，其中r为磺酰基类、羰基类的吸电子基团(具有这种结构的化合物有：1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍(mnng)，n-甲基-n-亚硝胺(mna),n-甲基-n-亚硝基-p-甲苯硫铵(diazald),n-甲基-n-亚硝基脲(mnu)和二-(n-甲基-n-亚硝基)对苯甲酰胺)，反应方程式为：
[0004]
r-n(no)-ch3+oh-→
ch2n2+h2o+r-o-[0005]
本化学反应中，由具有r-n(no)-ch3结构基团物质的有机溶剂溶液与一种无机碱的水溶液进行反应制得重氮甲烷，制得产品的去向由溶剂的性质决定，因此需要从产物中进行油水分离提纯得到重氮甲烷，而从反应体系中分离出来的重氮甲烷，必须立即使用掉，以避免发生泄漏和爆炸的危险。
[0006]
由于重氮甲烷是一种强致癌、高毒性的易燃易爆气体，根据相关法规规定8小时工作日内重氮甲烷可允许暴露极限为0.2ppm；且制备过程属于强放热反应，危险性极大，而且综合重氮甲烷制备过程中出现的事故，大部分重氮甲烷的爆炸事故都发生在蒸馏过程中，当前实验室制备的重氮甲烷的工艺由于上述原因，很难将其通过传统的工艺线路放大后应用于工业生产的批次制备上。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型提供了一种重氮甲烷的工业化生产装置，利用微通道反应器技术实现重氮甲烷的过程可控的工业化生产，有效的解决了目前工艺及生产过程中的反应环节存在的安全性问题，而系统中的多组含有两种不同的分离设备，根据实际生产需要启动不同组数的分离设备，不仅杜绝了蒸馏过程中的安全隐患，而且实现了按需生产，从而保证了工业化生产的安全。
[0008]
本实用新型采用以下的技术方案：
[0009]
一种重氮甲烷的工业化生产装置，该装置使用具有r-n(no)-ch3结构基团的物质在碱性条件下进行催化降解制备重氮甲烷工艺，包括进料系统、反应与换热系统和分离系
统，所述进料系统和反应与换热系统之间通过化工管道连接，按照工艺要求将原料从进料系统输送到反应与换热系统中，原料在反应与换热系统中经过催化降解反应生成含有重氮甲烷的溶液，所述反应与换热系统通过化工管道与分离系统连接，在反应与换热系统中生成的含有重氮甲烷的溶液流到分离系统中进行分离提纯，得到重氮甲烷；
[0010]
所述反应与换热系统，包括微通道反应器，所示微通道反应器由多个微通道反应器单元串联而成，所述微通道反应器单元内部由多根直径为10-500μm的微管并联而成，比表面积非常大，而化学反应就在这些通道中发生，由于微通道反应器单元内微管的容积有限，根据不同的通量将多片微通道反应器串联使用，为了让微通道反应器内物质在合适的温度下反应，微通道反应器单元上还设置有热交换通道，各个微通道反应器单元上的热交换通道相互并联在一起，保证每个微通道反应器单元的反应温度一致，所述微通道反应器上两个进料口、一个出料口、一个换热介质进口和一个换热介质出口，所述微通道反应器的换热介质进口和换热介质出口分别连接换热管道；
[0011]
所述进料系统，为液体进料，包括r-n(no)-ch3结构物质溶液罐、碱溶液罐、隔膜泵和流量计，所述r-n(no)-ch3结构物质溶液罐通过化工管道与微通道反应器的一个进料口连接，化工管道上依次设置有隔膜泵和流量计，所述碱溶液罐通过化工管道与微通道反应器的另一个进料口连接，同样，化工管道上依次设置隔膜泵和流量计，使原料能够按照合理的配比进入到微通道反应器中反应；
[0012]
所述分离系统，包括分相罐和吸水塔，所述分相罐用于分离重氮甲烷有机溶剂及其他溶液，所述分相罐上设置有一个进料口、一个重组分出口和一个轻组分出口，所述吸水塔用于吸收重氮甲烷有机溶液中少量水分，所述吸水塔上一个进料口和一个出料口，所述分相罐的进料口通过化工管道与微通道反应器上的出料口连接，所述分相罐有多个，且并联设置，所述分相罐的轻组分出口通过化工管道通向废碱液存储罐，每个所述分相罐的重组分出口通过化工管道分叉后连接两个吸水塔，所述吸水塔并联设置，与吸水塔进料口连接的化工管道上连接有高温蒸汽管道，所述吸水塔的出料口连接的化工管道也分叉，一路通向重氮甲烷的下一步去处，另一路通往废液罐，连接分相罐和吸水塔的化工管道上均设置有阀门，让并联的分相罐互为备用，且让正常工作的分相罐后的吸水塔交替工作。
[0013]
进一步的，所述微通道反应器单元的持液量为200-300ml。
[0014]
进一步的，所述微通道反应器单元上设置有热电阻，用于实时检测反应通道内的温度。
[0015]
进一步的，所述微通道反应器换热介质进口连接的换热管道上设置有泵和阀门。
[0016]
进一步的，所述热电阻与换热管道上的泵和阀门连动控制，保证精确控温，实现反应的最优调节，并降低能源消耗。
[0017]
进一步的，所述微通道反应器至少有一个，当微通道反应器的通量过大而导致压降太大，超过了微通道反应器的设计压力，就需要增加微通道反应器的数量，新增加的微通道反应器与原微通道反应器并联设置。
[0018]
进一步的，新增加的所述微通道反应器后面也相应增加所述分离系统。
[0019]
进一步的，所述隔膜泵为三泵头隔膜式计量泵，在隔膜泵的出口处设置有压力变送器和安全阀。
[0020]
进一步的，所述流量计为质量流量计。
[0021]
进一步的，所述吸水塔内填充吸水树脂填料。
[0022]
本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，以微通道反应器作为反应和换热系统的核心设备，由于微通道反应器中的微通道的规整性使得对微反应器的分析和模拟都比传统的反应器更简单易行，在工业化生产中，只需要增加微反应器单元的数量，即数值放大，不会产生其他反应器的放大效应，从而大大节省了实验成本，缩短了开发周期。
[0023]
本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，以微通道反应器作为反应和换热系统的核心设备，由于微通道反应器自身的特点，微通道内反应物的体积小，传热传质速率非常快，能够及时移走强放热化学反应产生的大量热量，对于容易发生爆炸的化学反应，由于微通道的尺寸通常在微米级范围内，能够有效地阻断链式反应，使这类反应能在爆炸极限范围内稳定的进行，有效的解决了生产中的安全性问题。
[0024]
本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，分离系统中并联的分相罐互为备用，让正常工作的分相罐后的吸水塔交替工作，让重氮甲烷在分相罐和吸水塔中的最大量不超过一定值，从而大幅度的提高了安全性。
[0025]
本实用新型具有的有益效果是：
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1、本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，利用微通道反应器高传质传热速率、能提高选择率和产率等优点，配合分相罐及吸收塔，实现重氮甲烷从反应到分离、纯化的连续化生产，整个过程无运动部件，全程自动化监控并操作，无需操作人员，提高产品质量的重复性和稳定性，降低劳动强度。
[0027]
2、本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，安全生产，反应体积小，降低因设备故障、操作失误引发的事故。
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3、本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，整套工艺流程全程密闭操作，安全、无泄漏点、无污染，避免重氮甲烷的泄漏造成危险。
[0029]
4、本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，操作条件可调可控，反应浓度、温度及停留时间清绝可控。
[0030]
5、本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，混合与传热强化，提高反应速率，减少副产物。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其它的附图。
[0032]
图1为本实用新型的工业化生产系统示意图
[0033]
图中：4-化工管道，11-r-n(no)-ch3结构物质溶液罐，12-碱溶液罐，13-隔膜泵，14-流量计，21-微通道反应器，22-换热管道，31-分相罐，32-蒸汽管道，33-吸水塔。
[0034]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0036]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0037]
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0038]
实施例：
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如图1所示，一种重氮甲烷的工业化生产装置，包括微通道反应器21，r-n(no)-ch3结构物质溶液罐11、碱溶液罐12、三泵头隔膜式计量泵13、质量流量计14、分相罐31和吸水塔33，所述r-n(no)-ch3结构物质溶液罐11通过化工管道4与微通道反应器21的一个进料口连接，化工管道4上依次设置有隔膜泵13和流量计14，所述碱溶液罐12通过化工管道4与微通道反应器21的另一个进料口连接，同样，化工管道4上依次设置有三泵头隔膜式计量泵13和质量流量计14，使原料能够按照合理的配比进入到微通道反应器21中反应，所述微通道反应器连接换热管道，通过换热管道内的换热介质的流动，让微通道反应器温度合适，所述分相罐31的进料口通过化工管道4与微通道反应器21上的出料口连接，所述分相罐31有四个，且并联设置，每个所述分相罐31的重组分出口通过化工管道4分叉后连接两个吸水塔33，所述分相罐31的轻组分出口通过化工管道4连接废碱液罐，所述吸水塔33并联设置，所述吸水塔33的出料口连接的化工管道4分叉，一路通向重氮甲烷的下一步去处，另一路通往废液罐，所述吸水塔33的进料口连接的化工管道连接有蒸汽管道32，连接分相罐31和吸水塔33的化工管道4上均设置有阀门，让并联的分相罐31互为备用，且让正常工作的分相罐31后的吸水塔33交替工作。
[0040]
本实用新型的一种重氮甲烷的工业化生产装置，该装置使用具有r-n(no)-ch3结构基团的物质在碱性条件下进行催化降解制备重氮甲烷工艺，具体以n-甲基-n-亚硝基脲(mnu)和氢氧化钾溶液制备重氮甲烷为例，其生产过程如下：
[0041]
原料mnu由三泵头隔膜式计量泵13从mnu溶液罐11进入化工管道，氢氧化钾碱溶液由三泵头隔膜式计量泵13从碱溶液罐12进入化工管道4，在微通道反应器21的反应通道内汇聚，沿微通道反应器21的反应通道不断混合反应，微通道反应器单元的持液量为260ml，微通道内温度控制在5℃，反应流通时间为80s，反应完成。
[0042]
含有重氮甲烷有机溶液及碱溶液的混合液通过化工管道4进入到四组并联的分相罐31内，实现重氮甲烷有机溶剂溶液及碱溶液的分相，静置时间为20分钟，由此四台并联的分相罐31切换使用，每台使用时间为20分钟，根据处理量及静止时间的计算，单台在线持液量为20l。每台分相罐31分别对应2个吸水塔33，一开一备切换使用，分相后的重氮甲烷有机溶剂溶液进入到对应的一台吸水塔33中，在吸附树脂的作用下进行脱水纯化，一台吸水塔
33内吸附树脂填料吸满水分后，通过电动开关阀，自动切换到备用吸水塔33，继续进行吸水操作，吸附树脂可以反复使用，但是使用过后需要再生，可以通过乙醇等有机溶剂冲洗后，再用大量水洗去醇化即可。
[0043]
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。