一种负离子溴化反应器的制作方法

本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种负离子溴化反应的反应器，更具体的说涉及将溴蒸汽负离子化后与有机物反应的反应器。

背景技术：

许多重要的含有溴元素的有机中间体、合成药物都是通过溴化反应得到的。溴化反应一般分为两种：一种是有机物与溴化氢反应，另一种是有机物与溴单质反应。

有机物与溴化氢的反应主要在溶剂中进行，这种方法产生大量的废液和废料。有机物与溴单质的反应，现在多采用高温下反应，但是在350℃以上的温度下，并没有什么材料耐受住溴的腐蚀，而且还要耐受一定的压力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种负离子溴化反应器及其应用，本发明负离子溴化反应器可以将溴转化成溴负离子然后参与溴化反应，该反应无需在高温下进行，因此对材料的要求相对较低，即可实现溴化反应。本发明技术方案如下：

一种负离子溴化反应器，包括电压提供部、溴负离子生成器和反应腔；溴负离子生成器包括圆柱形外壳体，紧贴外壳体内壁设有绝缘材料层，紧贴绝缘材料层内壁设有高电压正极材料层，高电压正极材料层上连接有若干放电针，放电针指向外壳体中心线，紧贴高电压正极材料层内壁设有内衬绝缘材料层，内衬绝缘材料层上设有小孔，放电针从小孔内穿过，高电压负极材料位于外壳体的中心线上，高电压负极材料的两端均固连有绝缘块，绝缘块通过支撑架连接在外壳体上，外壳体内壁的两端设有绝缘环，绝缘环的内径与内衬绝缘材料层的内径相等，外壳体的一端通过法兰与变径导管连接，另一端通过法兰与反应腔连接，变径导管的另一端为溴蒸汽入口；

电压提供部中可调式变压器的输入端与交流220V连接，可调试变压器的输出端与整流器连接，整流器的输出端正极与高电压正极材料层连接，整流器的输出端负极与高电压负极材料连接，电压表串接在整流器的输出端，泄电保护器和电流表串联在整流器的输出端正极与高电压正极材料层之间；

反应腔内部为反应室，反应腔的顶部为封头，侧壁上设有有机物进口和产物出口。

溴负离子生成原理：

当溴负离子生成器内通入溴蒸汽时，电源开启后，在负极区电离产生自由电子，在电场力作用下向正极加速运动并获得足够的能量，与溴分子发生碰撞，将溴分子外层电子轰击掉，则电场空间内将会不断出现被轰击掉的自由电子和正离子。一部分能量较低的自由电子在与其他溴分子碰撞的过程中被溴分子所俘获，从而形成溴负离子。

进一步的，变径导管和外壳体的材质选自碳钢、不锈钢、铜镍钛合金或蒙乃尔合金中的任意一种；所述内衬绝缘材料层的材质为聚四氟乙烯或石英玻璃；所述紧贴外壳体内的绝缘材料层和绝缘块的材质选自陶瓷、橡胶材料或聚四氟乙烯中的任意一种。所述反应腔的材质选自304合金钢、铜镍钛合金、蒙乃尔合金或不锈钢中的任意一种。

进一步的，所述放电针与高电压负极材料的垂直距离d为20-30mm，这一结构可以产生电晕但不能产生点击穿。

本发明还包括负离子溴化反应器在溴化反应中的应用，具体为：当溴蒸汽通过溴蒸汽入口进入溴负离子生成器；通过可调式变压器将电压升至3-10KV，正负极之间形成一个强大的电场，在放电针处会出现较大电晕现象，溴蒸汽通过变径导管后，使得溴蒸汽进入正负极相对区域，并使溴蒸汽在溴负离子生成器的电晕区域停留时间为0.5-1s，生成溴负离子并进入反应室内，溴负离子与来自有机物入口的有机物混合发生反应，最后生成物通过产物出口流出；反应时，溴负离子去进攻碳原子，发生亲核取代反应。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明具有减少废液排放，反应温度低（常温或者100℃以下进行），溴化反应安全，反应易实现的特点，且反应器无需既抗腐蚀又耐高温的材料，同时实现了连续化反应，可以在短时间内达到90%以上的转化率，生成物收率可达90%以上。

附图说明

为更清楚地说明背景技术或本发明的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，以下结合具体实施方式的附图仅是用于方便理解本发明实施例，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获得其他的附图；

图1为负离子溴化反应器的结构示意图；

图2为负离子溴化反应器的局部解剖图。

符号说明：

1.外壳体、2.绝缘材料层、3.放电针、4.内衬绝缘材料层、5.电流表、6.电压表、7.泄电保护器、8.整流器、9.可调式变压器、10.溴蒸汽入口、11.有机物进口、12.反应室、13.封头、14.产物出口、15.绝缘块、16.绝缘环、17.高电压正极材料层、18.高电压负极材料、19.支撑架、20.变径导管。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1 一种负离子溴化反应器

如图1和2所示，反应器包括电压提供部、溴负离子生成器和反应腔；溴负离子生成器包括圆柱形外壳体1，紧贴外壳体1内壁设有绝缘材料层2，紧贴绝缘材料层2内壁设有高电压正极材料层17，高电压正极材料层17上连接有若干放电针3，放电针3指向外壳体1中心线，紧贴高电压正极材料层17内壁设有内衬绝缘材料层4，内衬绝缘材料层4上设有小孔，放电针3从小孔内穿过，高电压负极材料18位于外壳体1的中心线上，高电压负极材料18的两端均固连有绝缘块15，绝缘块15通过支撑架19连接在外壳体1上，外壳体1内壁的两端设有绝缘环16，绝缘环16的内径与内衬绝缘材料层4的内径相等，外壳体1的一端通过法兰与变径导管20连接，另一端通过法兰与反应腔连接，变径导管20的另一端为溴蒸汽入口10；

电压提供部中可调式变压器9的输入端与交流220V连接，可调试变压器9的输出端与整流器8连接，整流器8的输出端正极与高电压正极材料层17连接，整流器8的输出端负极与高电压负极材料18连接，电压表6串接在整流器8的输出端，泄电保护器7和电流表5串联在整流器8的输出端正极与高电压正极材料层17之间；

反应腔内部为反应室12，反应腔的顶部为封头13，侧壁上设有有机物进口11和产物出口14；

所述变径导管和外壳体的材质为不锈钢；内衬绝缘材料层的材质为石英玻璃；绝缘材料层和绝缘块的材质为陶瓷；反应腔的材质为304合金钢；所述放电针与高电压负极的垂直距离d为25mm。

实施例2 利用本发明负离子溴化反应器制备三氟溴甲烷

反应物：溴、三氟甲烷，产物：三氟溴甲烷

将液溴加热至58.8℃气化，并继续加热到70℃左右，控制溴蒸汽以2m/s的速度速度通过溴负离子发生器的溴蒸汽入口进入；开启电源，通过可调节式变压器，将溴离子发生器中正负极间的电压在8KV左右，使得正负极之间形成强大的电场，使得放电针附近形成电晕现象；溴蒸汽通过变径导管后，使得溴蒸汽进入正负极相对区域，并使溴蒸汽在电晕区域停留时间为0.5-1s，生成溴负离子并进入反应室内；三氟甲烷气体通过有机物入口进入反应室内；在反应室内两种反应物进行混合发生反应；最后三氟溴甲烷通过产物出口流出反应器。

经检测，最终反应的转化率为95%，生成物的产率是92%。

实施例3 利用本发明负离子溴化反应器制备乙烯基溴

反应物：溴、乙烯，产物：乙烯基溴

将液溴加热至58.8℃气化，并继续加热到70℃左右，控制溴蒸汽以2m/s的速度速度通过溴负离子发生器的溴蒸汽入口进入；开启电源，通过变压器，将溴离子发生器中正负极间的电压在5KV左右，使得正负极之间形成强大的电场，使得放电针附近出现电晕现象；溴蒸汽通过变径导管后，使得溴蒸汽进入正负极相对区域，并使溴蒸汽在电晕区域停留时间为0.5-1s，生成溴负离子并进入反应室内；乙烯气体通过有机物入口进入反应室内；在反应室内两种反应物进行混合发生反应；最后乙烯基溴通过产物出口流出反应器。

经检测，最终反应的转化率为90%，生成物的产率是95%。