專利名稱：一種連續法生產取代芐基醇的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及取代芐基醇的生產方法，特別是涉及一種連續法生產取代芐基醇的方法，本發明還涉及采用該方法的裝置。
背景技術：
取代芐基醇用作多用途溶劑、精細有機合成的中間體、藥物添加劑以及用于制備具有藥學活性和農業化學活性的化合物，是本領域技術人員公知的。例如鹵代芐基醇作為擬除蟲菊酯的合成中間體。
芐基鹵在堿作用下水解反應制備芐基醇，已廣泛見諸公開的文獻，如Kirk-OthmerEncyclopedia of Chemical Technology，5th ed.，Jonh Weily&Sons，Inc.，New York，2001.Vol.6，pp.323～334。由芐基氯生產芐基醇的工藝方法主要有兩類，一類是直接法，芐基鹵直接水解得到芐基醇；另一類是間接法，芐基鹵先轉化為芐基酯，再水解或醇解芐基酯，得到芐基醇。直接法如US4474993公開了芐基氯堿水解的連續工藝方法，US5670029、US5728897和US5750801公開了水解芐基氯的無堿、無溶劑工藝、反應混合物的分離及其連續工藝方法。間接法如US4283565公開了芐基鹵先制甲酸酯、后醇解得芐基醇的工藝。從其它工藝途徑可以方便地得到多種芐基酯，酯水解可得到高純度芐基醇，如US5883290、US6057482、US6326521B2和US20010014762所公開的方法。該類芐基酯水解工藝比間接法在諸多方面有優勢。因此，直接法值得進一步研究和開發。如US4474993的芐基氯連續堿水解工藝需要消耗大量堿，產生鹽和廢水。如US5670029、US5728897和US5750801公開的芐基氯水解工藝，其顯著優點是一步反應，無溶劑，無堿，收率高，芐基氯循環使用和回收氯化氫。顯然，由于取代芐基鹵的結構多樣性及其相應取代芐基醇的廣泛用途，希望能夠實現由取代芐基鹵生產取代芐基醇的直接、簡便和環境友好的工藝方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種連續法由芐基鹵直接水解生產取代芐基醇的方法。
本發明的目的是通過下列措施來實現的一種連續生產取代芐基醇的方法，該方法將取代芐基鹵與水混合，混合物與水蒸汽并行通過滴流床反應器，連續水解和分離，生產取代芐基醇；其中，取代芐基鹵如式(I)所示，取代芐基醇如式(II)所示 這里，k表示1～2的一個整數，l表示0～5的一個整數，m表示0～5的一個整數，n表示0～4的一個整數，(k+l+m+n)是2～6的一個整數，R表示的取代基是溴、三氟甲基、腈基、硝基、酰胺基、烷氧基或芳基氧基，X表示Cl、Br或I。
所述的方法，其中取代芐基鹵如式(III)所示，取代芐基醇如式(IV)所示 這里，k、l、m、X與上述定義相同。
所述的方法，其中取代芐基鹵如式(V)所示，取代芐基醇如式(VI)所示 這里，k、l、n、R、X與上述定義相同。
所述的方法，其中取代芐基鹵如式(VII)所示，取代芐基醇如式(VIII)所示 這里，k、l、X與上述定義相同。
所述的方法，其中取代芐基鹵如式(IX)所示，取代芐基醇如式(X)所示
這里，l、X與權利要求1中的定義相同；更進一步，l是1、2或3，X是氯。
水解過程沒有其它物質做溶劑，不使用堿中和或部分中和酸性副產物，不添加催化劑，反應混合物主要是取代芐基醇、鹵化氫、少量二芐基醚和未轉化的原料，反應的混合物分相，有機相主要是取代芐基醇，水相主要是氫鹵酸，純化產物，回收氫鹵酸。
本發明所述的取代芐基鹵(I)原料可以得到工業產品。
反應溫度控制在40～220℃，優選為80～180℃，特別優選為120～150℃；反應壓力范圍為0～5兆帕，優選為0～3兆帕，特別優選為0～1兆帕；水量按體積比為取代芐基鹵量的1～40倍，優選為1～15倍，特別優選為1～5倍。
反應過程特點為(1)原料取代芐基鹵與水蒸汽并行通過滴流床反應器；(2)滴流床反應器中的填料為惰性填充材料；(3)水解反應產物通過萃取分離水相和有機相，水相是含氫鹵酸水溶液，有機相是含取代芐基鹵、取代芐基醇、二取代芐基醚混合液；(4)有機相通過減壓蒸餾可獲得粗取代芐基醇；(6)粗取代芐基醇經一級精餾，可同時獲得未反應原料取代芐基鹵、取代芐基醇和雜質二取代芐基醚，原料取代芐基鹵可回收再使用，含有低濃度的氫鹵酸的水溶液進一步濃縮可獲得濃氫鹵酸的水溶液。
采用的萃取劑為1-9個碳的有機溶劑，這些有機溶劑是苯、甲苯、乙苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、三氯乙烷。
運用上述方法的裝置為滴流床反應器，包括混合器、反應器、冷凝器、換熱器、萃取反應器、蒸發器、精餾塔。
其中，混合器、反應器、冷凝器、換熱器、萃取反應器、蒸發器及精餾塔的連接順序為混合器出口與反應器一端入口相連，反應器出口與冷凝器入口相連，冷凝器出口與萃取反應器入口相連，萃取反應器一端出口與蒸發器入口相連，另一端出口用于排放分離的水相，蒸發器一端出口與精餾塔入口相連，另一端出口用于排放分離的萃取劑，精餾塔出口分為頂部、中部、底部出口，換熱器連接冷凝器與混合器。
參照說明書附圖對本發明反應過程作詳細描述原料取代芐基鹵1與水在混合器M中混合加熱到80℃后，由泵從反應器R頂部入口連續加入，二者體積比范圍在1～40，優選在1～15，最好在1～5。反應器內溫度控制在40～220℃，優選80-180℃，最好在120-150℃。反應器R為管式恒溫反應器，內部填充惰性填料(如拉西環、玻璃珠等)。反應器R高徑比為1∶2-1∶9，最好為1∶2-1∶4，壓力控制在0.1-0.5MPa(略帶壓力)。原料取代芐基鹵1通過反應器R頂部的分布器均勻噴灑在填料上，同時從反應器頂部另一入口通入水蒸汽2，與取代芐基鹵1并流通過反應器。原料取代芐基鹵1以液態方式在反應器內惰性填料上分布，形成滴流床的形式，增加了傳質面積，提高了傳質效率；原料水蒸汽2以氣態與取代芐基鹵1接觸，完成水解反應。原料取代芐基鹵1的空速為0.1-0.5h-1，最好在0.2-0.3h-1，水蒸汽2的空速為0.2-1.0h-1，最好在0.4-0.8h-1。
從反應器R中出來后，反應混合物3進入冷凝器L，冷卻的反應混合物4進入萃取反應器E。在萃取反應器E中，加入1-9個碳的有機溶劑(如苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、三氯乙烷等)作為萃取劑11進行萃取。經連續萃取后，從一端出口回收分離的水相9；有機相5從另一出口進入蒸發器V，維持溫度在90-100℃之間，將萃取劑11蒸出，經一端出口回收使用。蒸發后底部油狀液體的粗產物6(包含有85-90％的取代芐基醇、0.1-5％的原料取代芐基鹵、0.5-6％的副產物，如二醚類)經另一出口進入到精餾塔D中。為了減少熱能消耗，可以通過熱交換器T將冷凝器L的熱量傳遞給混合器M對原料進行加熱。
在精餾塔D中，控制壓力在1.20-1.40kPa，優選1.33kPa，頂部出料為回收的原料取代芐基鹵8，在中部溫度為110-120℃，餾出物為純度＞99.99％的取代芐基醇10，底部為高沸點的雜質二醚類7。底部溫度控制在100-200℃，最好控制在150-200℃。連續操作流量控制在0.15-0.9kg·h-1，最好在0.3-0.7kg·h-1。
從萃取反應器中出來的水相9(含有氫鹵酸)進入濃縮罐濃縮后，可獲得濃的氫鹵酸。為了進一步保證排放氣體的安全，可再通過一個吸收塔，將剩余的酸性氣體吸收，獲得稀氫鹵酸，再經進一步濃縮后回收，濃縮出來的水返回到蒸汽爐重新使用。
本發明的有益效果與US5750801的芐基氯連續制備芐基醇方法相比，本方法通過滴流床反應器提高了反應的傳質，使得反應一步轉化率達到70～80％以上，最高可以達到95％，減少了后續分離的難度，連續精餾可由三級轉變為一級，產品純度＞99.99％。
本發明的方法的顯著特點是采用連續反應和分離工藝，不使用堿性物質，減少了資源消耗和廢物排放，生成的氫鹵酸經分離和濃縮，可再生使用，體現了原子經濟性和環境友好的工藝特點。
采用氣液并流滴流床反應的優點是氣液流型接近平推流，返混小，在單個反應器中就可達到高轉化率；惰性載體表面的液膜很薄，氣相水蒸氣穿透液膜擴散到催化劑表面的傳質阻力小；同時，采用并流向下操作，無液泛的可能，氣相流動阻力小，在整個反應器內氣相反應物分壓均勻，可降低氣體輸送的能耗。
多種結構的取代芐基醇可用作多用途溶劑、精細有機合成的中間體、藥物添加劑以及用于制備具有藥學活性和農業化學活性的化合物等。
圖1是本發明連續制備取代芐基醇流程圖。
其中1表示原料取代芐基鹵，2表示水蒸汽，3表示反應混合物，4表示冷卻的反應混合物，5表示有機相，6表示粗產物，7表示二取代芐基醚等副產物，8表示回收的取代芐基鹵，9表示水相(內含氫鹵酸)，10表示產物取代芐基醇，11表示萃取劑。
M表示混合器，R表示反應器，L表示冷凝器，T表示換熱器，E表示萃取反應器，V表示蒸發器，D表示精餾塔。
具體實施例方式
以下結合說明書附圖對本發明作進一步的闡述，以便更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解到，實施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。
通用管式滴流床反應器設計可參照《佩里化學工程手冊》(Perry′s ChemicalEngineerings Handbook，McGraw Hill N.Y.，6th Ed.1984)，連續熱交換和連續萃取過程設計參照《烏爾曼化學工業大全，單元操作》(Ullmann′s Encyclopedia of Ing.Chem.UnitOperations II Vol.B3 pp6-31)。
實施例1原料取代芐基氯1與水在混合器M中混合加熱到80℃后，由泵從反應器R頂部連續加入，取代芐基鹵與水的體積比為1∶15。反應器內溫度控制在120-150℃。反應器R為管式恒溫反應器，內部填充惰性填料(如玻璃珠)。反應器高徑比為1∶3，壓力控制在0.4MPa。原料取代芐基氯1通過反應器R頂部的分布器(用于將物料均勻分布在填料上)均勻噴灑在填料上，同時從反應器頂部通入水蒸汽2，與取代芐基氯1并流通過反應器。原料取代芐基氯1以液態方式在反應器內惰性填料上分布，形成滴流床的形式，增加了傳質面積，提高了傳質效率；原料水蒸汽2以氣態與取代芐基鹵1接觸，完成水解反應。原料取代芐基氯1的空速(化工常用術語)為0.3h-1，水蒸汽2的空速為0.8h-1。
從反應器R中出來后，反應混合物3進入冷凝器L，冷卻的反應混合物4進入萃取反應器E。在萃取反應器E中，加入甲苯作為萃取劑11進行萃取。經連續萃取后，回收水相9；有機相5進入蒸發器V，維持溫度在90-100℃之間，將萃取劑11蒸出，回收使用。蒸發后底部油狀液體的粗產物6(包含有85-90％的取代芐基醇、0.1-5％的原料取代芐基氯、0.5-6％的副產物，如二醚類)進入到精餾塔D中。為了減少熱能消耗，可以通過熱交換器T將冷凝器L的熱量傳遞給混合器M對原料進行加熱。
在精餾塔D中，控制壓力在1.33kPa，頂部出料為回收的原料取代芐基鹵8，在中部溫度為110-120℃，餾出物為純度＞99.99％的取代芐基醇10，底部為高沸點的雜質二醚類7。底部溫度控制在180℃。連續操作流量(精餾塔連續進料流量)控制在0.5kg·h-1。
從萃取反應器中出來的水相9(含有2-7％的稀鹽酸)進入鹽酸濃縮罐。經進一步濃縮后，可獲得濃度為30-37％的濃鹽酸。為了進一步保證排放氣體的安全，可再通過一個吸收塔，將剩余的HCl氣體吸收，獲得1-5％的稀鹽酸，經進一步濃縮后，可獲得濃度為30-37％的濃鹽酸。濃縮出來的水返回到蒸汽爐重新使用。
實施例2原料取代芐基溴1與水在混合器M中混合加熱到80℃后，由泵從反應器R頂部連續加入，取代芐基鹵與水的體積比為1∶5。反應器內溫度控制在160-180℃。反應器R為管式恒溫反應器，內部填充惰性填料(如拉西環)。反應器高徑比為1∶7，壓力控制在0.2MPa。原料取代芐基溴1通過反應器R頂部的分布器均勻噴灑在填料上，同時從反應器頂部通入水蒸汽2，與取代芐基溴1并流通過反應器R。原料取代芐基溴1以液態方式在反應器內惰性填料上分布，形成滴流床的形式，增加了傳質面積，提高了傳質效率；原料水蒸汽2以氣態與取代芐基溴1接觸，完成水解反應。原料取代芐基溴1的空速為0.2h-1，水蒸汽2的空速為0.4h-1。
從反應器R中出來后，反應混合物3進入冷凝器L，冷卻的反應混合物4進入萃取反應器E。在萃取反應器E中，加入氯仿作為萃取劑11進行萃取。經連續萃取后，回收水相9；有機相5進入蒸發器V，維持溫度在90-100℃之間，將萃取劑11蒸出，回收使用。蒸發后底部油狀液體的粗產物6(包含有85-90％的取代芐基醇、0.1-5％的原料取代芐基鹵、0.5-6％的副產物，如二醚類)進入到精餾塔D中。為了減少熱能消耗，可以通過熱交換器T將冷凝器L的熱量傳遞給混合器M對原料進行加熱。
在精餾塔D中，控制壓力在1.33kPa，頂部出料為回收的原料取代芐基鹵8，在中部溫度為110-120℃，餾出物為純度＞99.99％的取代芐基醇10，底部為高沸點的雜質二醚類7。底部溫度控制在150℃，連續操作流量控制在0.6-0.7kg·h-1。
從萃取反應器中出來的水相9(含有2-7％的溴化氫)進入濃縮罐。經進一步濃縮后，可獲得濃度為30-37％的溴化氫。濃縮出來的水返回到蒸汽爐重新使用。
實施例32-氯芐基氯水解制備2-氯代芐基醇參照實施例1的方法(未提及的參數同實施例1)，將2-氯芐基氯和水(體積比1∶1)加熱到80℃，混合均勻，通過計量泵以空速0.2h-1進入到滴流床反應器，反應器R控制溫度為130-135℃，壓力為0.15MPa。反應器R內填裝拉西環，體積為1L。從反應器R頂部通入水蒸汽，空速為0.6h-1。通過反應器R床層后的油相(即有機相)經測定可知，含有86％的取代芐基醇，4％的二芐醚以及10％的含有2.6％的鹽酸水溶液。
反應物通過冷凝器L冷卻到30℃，加入連續萃取罐E中，萃取劑甲苯加入速度為0.2L·h-1。萃取分離后，水相為稀鹽酸溶液，有機相進入蒸餾罐V。
在蒸餾罐V中維持真空3330Pa，溫度為50℃，連續去除萃取劑甲苯，剩余油相進入精餾塔D。
在精餾塔D中，維持底部溫度為175℃，進行精餾，精餾塔中部為純度＞99.99％的取代芐基醇，頂部為40-50％的取代芐基鹵，底部為雜質二取代芐基醚。
權利要求
1.一種連續生產取代芐基醇的方法，其特征在于將取代芐基鹵與水混合，混合物與水蒸汽并行通過滴流床反應器，連續水解和分離，生產取代芐基醇；其中，取代芐基鹵如式(I)所示，取代芐基醇如式(II)所示 這里，k表示1～2的一個整數，l表示0～5的一個整數，m表示0～5的一個整數，n表示0～4的一個整數，(k+l+m+n)是2～6的一個整數，R表示的取代基是溴、三氟甲基、腈基、硝基、酰胺基、烷氧基或芳基氧基，X表示Cl、Br或I。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于取代芐基鹵如式(III)所示，取代芐基醇如式(IV)所示 這里，k、l、m、X與權利要求1中的定義相同。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于取代芐基鹵如式(V)所示，取代芐基醇如式(VI)所示 這里，k、l、n、R、X與權利要求1中的定義相同。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于取代芐基鹵如式(VII)所示，取代芐基醇如式(VIII)所示 這里，k、l、X與權利要求1中的定義相同。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于取代芐基鹵如式(IX)所示，取代芐基醇如式(X)所示 這里，l、X與權利要求1中的定義相同；更進一步，l是1、2或3，X是氯。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于反應溫度是40～220℃，優選為80～180℃，特別優選為120～150℃；反應壓力0～5兆帕，優選為0～3兆帕，特別優選為0～1兆帕；水量按體積比為取代芐基鹵量的1～40倍，優選為1～15倍，特別優選為1～5倍。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于回收反應混合產物中的氫鹵酸。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于(1)原料取代芐基鹵與水蒸汽并行通過滴流床反應器；(2)滴流床反應器中的填料為惰性填充材料；(3)水解反應產物通過萃取分離水相和有機相，水相是含氫鹵酸水溶液，有機相是含取代芐基鹵、取代芐基醇、二取代芐基醚混合液；(4)有機相通過減壓蒸餾可獲得粗取代芐基醇；(6)粗取代芐基醇經一級精餾，可同時獲得未反應原料取代芐基鹵、取代芐基醇和雜質二取代芐基醚，原料取代芐基鹵可回收再使用，含有低濃度的氫鹵酸的水溶液進一步濃縮可獲得濃氫鹵酸的水溶液。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于萃取劑為1-9個碳的有機溶劑，這些有機溶劑是苯、甲苯、乙苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、三氯乙烷。
10.根據權利要求1所述連續生產取代芐基醇的方法，其特征在于滴流床反應器包括混合器、反應器、冷凝器、換熱器、萃取反應器、蒸發器、精餾塔。
11.采用權利要求1所述方法的裝置，其特征在于該裝置為滴流床反應器，包括混合器、反應器、冷凝器、換熱器、萃取反應器、蒸發器和精餾塔。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于混合器、反應器、冷凝器、換熱器、萃取反應器、蒸發器及精餾塔的連接順序為混合器出口與反應器一端入口相連，反應器出口與冷凝器入口相連，冷凝器出口與萃取反應器入口相連，萃取反應器一端出口與蒸發器入口相連，另一端出口用于排放分離的水相，蒸發器一端出口與精餾塔入口相連，另一端出口用于排放分離的萃取劑，精餾塔出口分為頂部、中部、底部出口，換熱器連接冷凝器與混合器。
全文摘要
本發明公開了一種連續生產取代芐基醇的方法及其裝置。該方法將取代芐基鹵與水混合，混合物與水蒸汽并行通過滴流床反應器，連續水解和分離，生產取代芐基醇。該裝置為滴流床反應器，包括混合器、反應器、冷凝器、換熱器、萃取反應器、蒸發器、精餾塔。該方法具有成本低、產品質量高、環保、連續生產等優點，該裝置結構簡單、操作方便。
文檔編號C07C33/00GK1709845SQ20051004061
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月20日 優先權日2005年6月20日
發明者李振江, 曹飛, 韋萍, 石玉瑚, 歐陽平凱 申請人:南京工業大學