一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统的制作方法

阅读：评论：0

1.本实用新型涉及有机合成及化工生产装置领域，特别涉及一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统。

背景技术：

2.重要的化工中间体2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(cop)，属于磷酰氯类化合物，其广泛应用于杀虫剂、抗生素、杀真菌剂、延缓剂、润滑剂、阻燃剂等物质的合成中，同时其也是合成各种生物活性化合物如氨基磷酸酯、膦酸盐、烯醇磷酸酯、联胺磷酸酯的重要中间体。另外，此种磷酰氯类化合物也是合成抗凝血材料、血液相容材料、生物相容材料、药物控释系统、磷酸胆碱类药物、高端化妆品、生物友好表面活性剂等材料的重要中间体，也是制备2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱的关键原料，应用前景非常广阔。
3.传统的2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷需要多步合成，都是在釜式反应器中进行，常规的合成步骤为：第一步，利用三氯化磷和乙二醇为原材料，二氯甲烷为溶剂，在釜式反应器中控温进行滴加合成2-氯-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(cup)；第二步，利用减压蒸馏技术对cup进行提纯收集；第三步，以甲苯为溶剂溶解cup，然后在釜式反应器中背压通入干燥的空气、氧气或臭氧将cup再氧化为2-氯-2-氧
ꢀ‑
1,3,2-二氧磷杂环戊烷(cop)；第四步，再对混合产物进行高真空减压蒸馏提纯 cop，该工艺的合成路线如下图所示。
[0004][0005]
传统釜式反应器属于常规釜式滴加工艺，由于反应釜比表面积明显减小，反应传热面积小，釜式反应传热效果不好，就容易导致热生成和热移除不平衡，发生热量积累，造成反应釜内温度急剧升高，进一步加速化学反应，导致反应失控甚至爆炸。因此传统釜式反应需要大量溶剂进行物料稀释以便控制反应缓慢进行，cup 和cop反应过程放出大量热量，釜式反应需要严格控制低温保证反应可控安全，进行缓慢滴加反应，但即使如此，滴加瞬时局部也会因过热和产生副产物，使得釜式工艺转化率较低，反应耗时长，控温困难，能耗大，反应转化率不高，操作步骤较繁琐釜式反应不易控制。
[0006]
再有釜式反应器合成的cup和cop的收率不高，含有众多副产物，因此需要对cup和cop进行提纯。但在提纯过程中也存在很多的问题，2-氯-2-氧
ꢀ‑
1,3,2-二氧磷杂环戊烷沸点较高，自身又属于热敏性物料，具有强腐蚀性，在减压蒸馏过程中不易被迅速蒸出，对提纯设备要求较高。在后处理过程中也出现因为长时间加热使得2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂
环戊烷变性或者聚合的情况甚至在提纯过程中有发生爆炸的风险。
[0007]
亦有学者进行新工艺的研究，利用釜式反应器以二氯甲烷为溶剂，使用三氯氧磷与乙二醇进行取代成环反应，反应过程为
[0008][0009]
理论上三氯氧磷有三个非常活泼的磷氯键，磷氯键可以和乙二醇的两个羟基发生取代反应，优先进行分子内成环反应生成cop，但是cop仍旧有一个活泼的磷氯键，仍旧可以和体系内的羟基发生取代反应生成副产物而凝胶化。这个副反应不是靠移除反应热能够解决的，发生这个反应的原因是由于cop与含羟基物质的接触。若能够快速移除反应生成的产物便可以避免副反应的产生，但是常规的釜式反应由于换热效率低，搅拌速度有限，混合效果不好，因此需要延长物料的接触反应时间，使得先生成的产物cop与反应物乙二醇混合在一起继续进行副反应。基于此，亟需使用一种快速移除反应产物的反应器，使得反应按照正向反应进行。

技术实现要素：

[0010]
本实用新型为了解决上述技术问题，所提供了一种无溶剂连续高效制备2-氯-2
‑ꢀ
氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，通过构建以微通道反应器为主体的系统，微通道反应器具有混合快速完全、反应彻底、反应过程不返流的特点，可实现无溶剂体系合成工艺，减少后续处理的工作，得到高品质的2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷。
[0011]
本实用新型是采用以下技术方案得以实现的。
[0012]
一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，包括两个原料储罐，两个原料储罐均通过输料管与微通道反应系统相连，所述输料管上依次设有柱塞计量泵、管道过滤器和质量流量计；所述微通道反应系统包括相互连接的微通道混合器和微通道反应器，微通道反应器的出料口与旋流气液分离器相连，旋流气液分离器的出料口与延时反应釜相连；所述旋流气液分离器的排气口与排风机连接；所述微通道反应器和延时反应釜上均设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口。
[0013]
通过采用以上技术方案，微通道反应器技术是一种利用几十到几百微米的通道来操控和处理极小量液体进行化学反应的技术，化学反应在微通道中连续流动发生，反应快速完成，生成的产物不返流，避免了cop副反应的发生，且过程温度可精确控制，可实现无人化连续操作，极大减少了精细化工在研发和生产中的安全隐患，能有效提升化学反应本质安全水平，具有特征尺寸小、比表面积大、层流流动行为、停留时间可精确控制、传热传质效率高、无放大效应、占地少等优点。
[0014]
进一步的，所述延时反应釜的排气口与排风机连通。
[0015]
进一步的，所述延时反应釜的釜体下部设有剪切浆。
[0016]
进一步的，所述延时反应釜的釜体底部向上形成溢流板，溢流板与釜体内壁之间形成集液槽，集液槽的底部设有溢流出料口。
[0017]
进一步的，所述延时反应釜的釜体底部设有放料阀。
[0018]
本技术具有以下有益效果。
[0019]
1.本实用新型的制备系统特别适合无溶剂体系下高效合成2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，反应转化率高、无污染、产物纯度高；
[0020]
2.采用本实用新型制备系统制备的2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷为无透明，无需后续提纯处理，产物可以直接进行后续应用；
[0021]
3.本实用新型的制备系统相对于传统釜式设备，能耗更低，安全性高。
附图说明
[0022]
图1是本实用新型的结构示意图。
[0023]
其中，1.原料储罐；101.第一原料储罐；102.第二原料储罐；2.柱塞计量泵；201.第一柱塞计量泵；202.第二柱塞计量泵；3.管道过滤器；301.第一管道过滤器；302.第二管道过滤器；4.质量流量计；401.第一质量流量计；402.第二质量流量计；5.微通道反应系统；501.微通道混合器；502.微通道反应器；6. 旋流气液分离器；7.排风机；8.高低温一体机接口；9.延时反应釜。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的说明。
[0025]
如图1所示，一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，包括第一原料储罐101和第二原料储罐102，第一原料储罐101用于盛放纯三氯氧磷，第二原料储罐102用于盛放纯乙二醇。第一原料储罐101和第二原料储罐102均通过输料管与微通道混合器501相连，微通道混合器501与微通道反应器 502连接，输料管上依次设有柱塞计量泵2、管道过滤器3和质量流量计4；纯三氯氧磷由第一原料储罐101经第一柱塞计量泵201输入第一管道过滤器301，输料管中设有第一质量流量计401；纯乙二醇由第二原料储罐102经第二柱塞计量泵202 输入第二管道过滤器302，输料管中设有第二质量流量计402，两股物料同步进入微通道混合器501达到完全混合，然后进入微通道反应器502进行快速反应。微通道反应器502的出料口与旋流气液分离器6相连，流气液分离器6的出料口与延时反应釜9相连；同时旋流气液分离器6的排气口与排风机7连接；微通道反应器502 的出液经过旋流气液分离器6进入延时反应釜9进行熟化反应出料。
[0026]
本技术的第一原料储罐101和第二原料储罐102体积均为50l，带有液位计，具有进料阀、出料阀、呼吸阀和压力表，储罐底部配有测温放料阀；储罐材质为高硼硅玻璃、碳钢与不锈钢喷涂聚四氟乙烯涂层材质以及搪玻璃等耐腐蚀材质。
[0027]
本技术的第一柱塞计量泵201和第二柱塞计量泵202均为三联体柱塞式计量泵，其流量为120l/h，输出压力为3mpa；过流部分材质为碳钢喷涂f46。
[0028]
本技术的第一管道过滤器301和第二管道过滤302的过滤精度为20微米，过滤器设有排气阀和排污阀；第一管道过滤器301和第二管道过滤302的滤芯均为钛合金材质。
[0029]
本技术第一质量流量计401和第二质量流量计402的通讯协议为rs-485协议，遵循串行通讯标准，控制精度为
±
0.2％。
[0030]
本技术微通道混合器501(型号fluipilot-mv-m-50h)与微通道反应器502(型号fluipilot-fv-r-500h*2)内部为芯型结构反应器。微通道混合器501与微通道反应器502均设有夹套，夹套外留有高低温一体机接口8，高低温一体机接口8配有电磁调节阀，可自动对
高低温介质进行流量调节。微通道反应器502带有一体化温度变送器pt100，温度范围：-30～400℃。所述微通道混合器501的持液量为50ml，材质为哈氏合金、碳化硅以及玻璃材质。所述微通道反应器502的持液量为1000ml，微通道内径为200μm；单位体积换热量为22mw/(
㎡
k)，材质为哈氏合金、碳化硅以及玻璃材质。
[0031]
本技术旋流气液分液器6(型号xl-108)的材质为碳钢与不锈钢喷涂聚四氟乙烯涂层，或哈氏合金材质。
[0032]
本技术延时反应釜9为100l双层反应釜，材质为碳钢与不锈钢喷涂聚四氟乙烯涂层，或哈氏合金与搪玻璃材质。所述延时反应釜9的顶部设有排气口，排气口通过管道与排风机7连通，管道上设有排气阀。延时反应釜9的釜体底端配有测温放料阀，可实时检测釜内的反应温度。本技术延时反应釜9的釜体下部设有剪切浆，剪切浆固定在防爆电机的旋转轴上，防爆电机位于釜体的外部，剪切浆可对进入反应釜的流体进行混合搅拌反应。本技术延时反应釜9的釜体底部向上形成溢流板，所述溢流板与釜体内壁之间形成集液槽，集液槽的底部设有溢流出料口。釜内的物料在釜内停留一定时间后溢流到集液槽，反应完的物料可以通过反应釜侧面的溢流出料口出料。本技术延时反应釜9的釜体外设有夹套，釜体和夹套之间形成装载加热媒介的空腔；所述夹套上还预留有高低温一体机接口8，可对反应釜进行控温反应。
[0033]
本实用新型制备系统合成2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的流程为：将一定量纯三氯氧磷加入到第一原料储罐101中，同步一定量的纯乙二醇加入到第二原料储罐102中；纯三氯氧磷经第一柱塞计量泵201由第一管道过滤器301、第一质量流量计401输入微通道混合器501，同步纯乙二醇经第二柱塞计量泵202由第二管道过滤器302、第二质量流量计402输入微通道混合器501，两股物料在微通道混合器501中达到瞬间完全混合，混合液进入微通道反应器502进行快速反应；微通道反应器502的出液经过旋流气液分离器6进入延时反应釜9进行熟化反应出料。产物在延时反应釜9中熟化反应一定时间后，可直接收集出料，变为高品质的2-氯-2
‑ꢀ
氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷，至此反应结束，实现连续化生产。高低温一体机接口8 与厂区公共制冷或者加热设施相连，对制备系统进行控温；
[0034]
本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，其特征在于：包括两个原料储罐(1)，两个原料储罐(1)均通过输料管与微通道反应系统(5)相连，所述输料管上依次设有柱塞计量泵(2)、管道过滤器(3)和质量流量计(4)；所述微通道反应系统(5)包括相互连接的微通道混合器(501)和微通道反应器(502)，微通道反应器(502)的出料口与旋流气液分离器(6)相连，旋流气液分离器(6)的出料口与延时反应釜(9)相连；所述旋流气液分离器(6)的排气口与排风机(7)连接；所述微通道反应器(502)和延时反应釜(9)上均设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口(8)。2.根据权利要求1所述的一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，其特征在于：所述延时反应釜(9)的排气口与排风机(7)连通。3.根据权利要求1所述的一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，其特征在于：所述延时反应釜(9)的釜体下部设有剪切浆。4.根据权利要求1所述的一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，其特征在于：所述延时反应釜(9)的釜体底部向上形成溢流板，溢流板与釜体内壁之间形成集液槽，集液槽的底部设有溢流出料口。5.根据权利要求1所述的一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，其特征在于：所述延时反应釜(9)的釜体底部设有放料阀。

技术总结

本实用新型公开了一种无溶剂连续高效制备2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的系统，包括两个原料储罐，两个原料储罐均通过输料管与微通道反应系统相连，输料管上依次设有柱塞计量泵、管道过滤器和质量流量计；微通道反应系统包括相互连接的微通道混合器和微通道反应器，微通道反应器的出料口与旋流气液分离器相连，旋流气液分离器的出料口与延时反应釜相连；旋流气液分离器的排气口与排风机连接；微通道反应器和延时反应釜上均设有与高低温一体机连接的高低温一体机接口。本申请制备系统可直接合成出高品质产品，无需后续处理，可以避免繁琐的操作，实现一体化生产，具有效率高、自动化程度高、安全性高和设备投资少等优点。安全性高和设备投资少等优点。安全性高和设备投资少等优点。