一种制备三氯异氰尿酸的微反应系统的制作方法

本实用新型属于三氯异氰尿酸合成技术领域，涉及一种制备三氯异氰尿酸的微反应系统。

背景技术：

目前，三氯异氰尿酸通常是使用液碱法制备，生成工艺采用釜式氯化工艺，即液碱(氢氧化钠溶液)与氰尿酸反应生成三钠盐，再在三钠盐溶液中通入氯气制备三氯异氰尿酸。该生产工艺不仅液碱的消耗量高，且液碱价格远远高于钙的化合物，如碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙，同时由于釜式反应器结构的限制，易造成物料短路、混合不均，从而导致转化率低、易富集易爆炸的ncl3等，工艺安全性差。另外液碱或改进液碱法中，氰尿酸钠盐和氯气反应剧烈，反应放热量大，需要耗大量的能量来降温，温度不易控制，也增加ncl3产生概率，体系需要强烈搅拌，保证温度均匀和减少ncl3的富集。中国专利申请号为201410036277.x、公开号为cn103755653a的专利申请公开了“一种利用二氯异氰尿酸和碳酸钙生产三氯异氰尿酸的方法”，该方法是先制备二氯异氰尿酸，然后加入碳酸钙，制备出二氯异氰尿酸和碳酸钙的混合液，然后将其进行氯化反应生成三氯异氰尿酸。该方法虽然可降低一定的成本，但工艺流程复杂，反应时间较长，效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种利用碳酸钙生产三氯异氰尿酸的微反应系统和方法，该方法能够解决上述问题中的至少一个。具体而言实现上述实用新型目的的技术方案是：一种制备三氯异氰尿酸的微反应系统，其特征在于：该系统包括进料装置、微反应装置和结晶反应装置，所述进料装置与所述微反应装置连通，所述微反应装置与结晶反应装置连通，在所述微反应装置和结晶反应装置中，氯气与原料反应生成反应产物。

进一步地，其特征在于：所述微反应装置包括依次连接的一级微反应器，管式反应器和二级微反应器。

进一步地，其特征在于：所述一级微反应器的分散相入口和出口分别与氯气管道和管式反应器进料口连通，管式反应器出料口与二级微反应器连续相进口连通，二级微反应器的分散相入口和出口分别与氯气管道和结晶反应装置连通。

进一步地，其特征在于：所述的一级微反应器和二级微反应器结构相同，均包括上、下两个膜器构件及中间的两层垫片和分散介质；其中，分散介质位于两层垫片之间，上膜器构件为分散相膜器构件，具有分散相进口；下膜器构件为连续相膜器构件，具有连续相进口和物料出口。

进一步地，其特征在于：所述分散相膜器构件内包括第一通道，所述通道一端连接分散相进口，另一端与上层垫片接触；所述连续相膜器构件包括第二通道和第三通道，其中第二通道一端连接连续相进口，另一端与下层垫片接触；三通道一端接触下层垫片，另一端连接出口。

进一步地，其特征在于：所述下层垫片为平板结构，其中间位置形成有内部通道，内部通道两端分别连接第二通道和第三通道。

进一步地，其特征在于：所述上层垫片为平板结构，其至少在对应第一通道位置处形成有缺口。

进一步地，其特征在于；连续相膜器构件的第二通道、第三通道在与垫片接触的位置采用倾斜结构。

进一步地，其特征在于；所述倾斜结构的倾斜角度为30-60°，更优选的为40-50°。

进一步地，其特征在于：所述分散介质为平板状的微孔膜、微滤膜或多孔过滤介质，孔径为0.2-5um，以压力差为推动力，实现分散相的微细化。

本实用新型所提供的制备三氯异氰尿酸的微反应系统和方法，与现有技术相比有以下优点：

其一，在微反应器中可使分散相(氯气)分散为微米级的小气泡与连续相相混合，增大了传质表面积，提高了传质效率，使反应能在几乎不受传质限制的情况下进行，使反应更加充分，反应效率高；其二，整个反应在密闭的微反应器内部及管道反应器中进行，减少了因反应体系抽真空所造的氯气损耗，提高了氯气利用率，降低了生产成本，采用两级加氯相比一级加氯的工艺，氯气与物料反应更充分，利用率较高；其三，微反应器本身体积小，以两相压力差为推动力实现气-液混合，停留时间短，物料滞留量小；其四，微反应器结构设计上考虑气液固三相体系，反应通道长度短，物料进出口通道采用倾斜设计，解决了常规微反应器容易堵塞的问题。

附图说明

图1为制备三氯异氰尿酸的微反应系统示意图。

图2为微反应器剖面图。

图3为下层垫片结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和实施方法对本实用新型作进一步的详细描述。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、进料装置，11、原料罐，12、进料泵，2、微反应装置，21、一级微反应器，22、管式反应器，23、二级微反应器，3、结晶反应装置，31、结晶反应釜，32、固液分离器，4、分散相膜器构件，41、第一通道，5a、上层垫片，5b下层垫片；51、内部通道，6、分散介质，7、连续相膜器构件，71、第二通道，72、第三通道，212、分散相进口，211、连续相进口，213、物料出口。

如图1所示，用于制备三氯异氰尿酸的微反应系统包括进料装置1、微反应装置2和结晶反应装置3；所述进料装置1与所述微反应装置2连通，并向所述微反应装置2中供应反应原料；所述微反应装置2与结晶反应装置3连通，并向结晶反应装置3供应反应产物；

所述进料装置1包括原料罐11、进料泵12，原料罐11通过进料泵12向微反应装置2供应原料。

所述微反应装置2包括一级微反应器21，管式反应器22，二级微反应器23；所述一级微反应器21的分散相入口和出口分别与氯气管道和管式反应器22进料口连通，管式反应器22出料口与二级微反应器23连续相进口连通，二级微反应器23的分散相入口和出口分别与氯气管道和结晶反应装置3连通；

所述结晶反应装置3包括结晶反应釜31，固液分离器32。

优选的方案中，所述的一级微反应器21和二级微反应器23的结构相同，如图2所示，包括上、下两个膜器构件(分散相膜器构件4、连续相膜器构件7)及位于两者中间的两层垫片5a，5b和两垫片间的一片分散介质6，并通过四个角的螺栓夹紧密封；所述分散相膜器构件4内包括第一通道41，所述通道41一端连接分散相进口212，另一端与上层垫片接触；所述连续相膜器构件7包括第二通道71和第三通道72，其中第二通道71一端连接连续相进口211，另一端与下层垫片接触。第3通道72一端接触下层垫片，另一端连接出口213；

如图3，所述下层垫片5b为平板结构，其中间位置设置有开口形成内部通道51，所述内部通道51一端连接第二通道71，另一端连接第三通道72；所述上层垫片5a结构可与下层垫片相同，也可以不同，保证在对应第一通道41的位置有缺口即可。

优选地，所述连续相膜器构件的通道在与垫片接触的位置采用倾斜结构，通道采用倾斜设计，倾斜角度优选的为30-60°，更优选的为40-50°。此处如果采用直角结构，流体流过直角通道时在流道的直角拐弯处形成涡旋，流场分布不均匀，颗粒在流速较低处易产生沉积，进而堵塞通道等问题。采用倾斜通道设计，避免流体形成涡旋，流场分布均匀，解决了常规微反应器容易堵塞的问题，同时降低了流动的能量损失和流体噪声。内部通道的材料优选为聚四氟乙烯材质或钛钢。

优选地，所述分散介质为平板状的微孔膜、微滤膜或多孔介质或微筛孔，所述膜或多孔介质的孔径为0.1-200um，优选的为0.2-50um，更优选的为0.2-5um；所述微筛孔的孔径为10-200um，优选的为10-100um，更优选的为50-100um；以压力差为推动力，实现分散相的微细化。所述分散介质的材质是不被氯气/氯水腐蚀的材料，包括但不限于聚四氟乙烯、钛钢。

优选地，所述管式反应器的内径在3-10mm，长度0.5-8m，更优选地内径为6.5mm，长度为1～4m。所述管式反应器的材料可以是硅胶管。

利用上述微反应系统制备三氯异氰尿酸的方法为：

(1)将氰尿酸、含钙化合物(包括但不限于碳酸钙、碳酸氢钙、氧化钙和氢氧化钙)和水按照一定比例混合，得到悬浊液。氰尿酸、碳酸钙和水重量比优选为1:1-1.3:10-20，氰尿酸、碳酸氢钙和水重量比优选为1:1.6-2.3:10-20，氰尿酸、氧化钙和水重量比优选为1:0.6-0.8:10-20，氰尿酸、氢氧化钙和水重量比优选为1:0.8-1.1:10-20。

(2)悬浊液从一级微反应器中的连续相进口211进入，氯气从一级微反应器中的分散相进口212进入，在压力差的作用下，氯气以一定流量穿过分散介质6，分散成微米级的微小气泡，与另一侧的悬浊液接触，实现三相混合并进行反应。

在一级微反应器中，大部分氯气(氯气与氰尿酸摩尔比为2-2.8:1，更优选地为2.2-2.6:1)与进料液进行充分混合并反应

(3)之后物料进入管式反应器中继续反应，所述物料在管式反应器中一边移动一边反应，直至管式反应器出口，所述出口产品主要为二氯异氰尿酸及小部分三氯异氰尿酸，反应液ph值为5.5-6.5。

(4)物料之后进入二级微反应器的连续相进口，并从二级微反应器的分散相进口补充少量氯气(氯气与氰尿酸摩尔比为0.7-1.2:1,更优选的为0.7-0.9:1)，使物料进行充分反应，出口输出的反应液进入结晶反应釜反应至终点(ph＝3.0～3.4)。反应悬浊液经固液分离后，得到所述产品。

其中，一级微反应器与二级微反应器的氯气流量比为2.7-3.3:1；更优选地2.9-3.1:1。

其中，进料装置、微反应装置和结晶反应装置通过水浴来控制整个反应过程的温度。反应温度5-20℃，更优选地为8-15℃左右。

实施例1

在原料罐中加入68g氰尿酸、81g轻质碳酸钙，加入878g水，控制水浴温度为9℃，充分搅拌混匀后开启进料泵，以20ml/min流速进料，一、二级微反应器分散介质均为1um微滤膜，一级微反应器氯气通量为300ml/min，二级微反应器氯气通量为100ml/min，控制结晶反应釜内ph在3.0-3.4之间，反应结束过滤烘干后得三氯异氰尿酸97.72g，有效氯含量91.09％。符合有效氯≥90％的出口检验标准。

实施例2

在原料罐中加入68g氰尿酸、81g重质碳酸钙，加入878g水，控制水浴温度为9℃，充分搅拌混匀后开启进料泵，以20ml/min流速进料，一、二级微反应器分散介质均为1um微滤膜，一级微反应器氯气通量为300ml/min，二级微反应器氯气通量为100ml/min，控制结晶反应釜内ph在3.0-3.4之间，反应结束过滤烘干后得三氯异氰尿酸102.33g，有效氯含量90.41％。符合有效氯≥90％的出口检验标准。

实施例3

在原料罐中加入68g氰尿酸、46g氧化钙，加入1000g水，控制水浴温度为8℃，充分搅拌混匀后开启进料泵，以20ml/min流速进料，一、二级微反应器分散介质均为1um微滤膜，一级微反应器氯气通量为300ml/min，二级微反应器氯气通量为100ml/min，控制结晶反应釜内ph在3.0-3.4之间，反应结束过滤烘干后得三氯异氰尿酸101.72g，有效氯含量91.00％。符合有效氯≥90％的出口检验标准。

实施例4

在原料罐中加入68g氰尿酸、62g氢氧化钙，加入1000g水，控制水浴温度为8℃，充分搅拌混匀后开启进料泵，以20ml/min流速进料，一、二级微反应器分散介质均为1um微滤膜，一级微反应器氯气通量为300ml/min，二级微反应器氯气通量为100ml/min，控制结晶反应釜内ph在3.0-3.4之间，反应结束过滤烘干后得三氯异氰尿酸101.39g，有效氯含量90.46％。符合有效氯≥90％的出口检验标准。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。