在微反应器中用三氧化硫磺化制备萘系磺酸的方法

摘要

一种在微反应器中用三氧化硫磺化制备萘系磺酸的方法，属于精细化工领域染料中间体的制备方法。该方法是在直径为10～500微米通道的微反应器中，以卤代烷、硝基甲烷为有机溶剂，以萘及其衍生物为原料，以液体三氧化硫的有机溶液为磺化剂，将有机溶剂、原料和磺化剂按摩尔比19～74∶1∶1～3配制成溶液，控制磺化反应温度为－17～90℃，磺化制备萘系磺酸。该方法采用了连续流动反应器，克服了常规反应器不能瞬间混合的问题，防止了局部过量导致的副反应，非常适合于强放热反应、快反应、易燃易爆反应。与传统间歇式反应釜制备工艺相比，不生成废水、废酸，工艺清洁环保，三氧化硫用量可接近理论量，反应速度快、磺化温度低，产品收率高、重现性好，劳动生产率高、设备费用低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在微反应器中用三氧化硫磺化制备萘系磺酸的方法，属于精细化化工领域染料中间体的制备方法。

背景技术

在有机物分子中引入磺酸基(-SO3H)的反应叫磺化。萘系磺酸是染料工业重要的中间体，主要用作制备活性染料、酸性染料、直接染料和分散剂NNO、分散剂MF。传统磺化工艺以浓硫酸或发烟硫酸作磺化剂。

1860年，硫酸是唯一的磺化剂，后来又增加了以发烟硫酸作磺化剂，时至今日，由于它价廉易得，仍是最广泛的磺化剂。以硫酸作磺化剂，1mol磺化产品将生成1mol水，使原料酸浓度随反应的进行逐渐下降，要想保证高转化率，原料酸往往要过量10倍，从而产生大量废酸，而这些废酸又需要大量的碱来中和，造成严重的环境污染。

1989年，日特许平1-258655，名称为：“萘磺酸制造方法”的专利公报公开了一种萘磺酸制造方法，该方法采用细孔无机多孔分离膜选择性地除去硫酸和萘反应中生成的水，尽量保持硫酸的浓度，利于反应进行，减少过剩的硫酸。但对分离膜孔径要求高，否则选择性降低，达不到理想效果，且仍有废硫酸产生。

1981年，捷克专利CS187275，名称为“有机化合物磺化”公开了应用氯磺酸磺化芳香化合物和脂肪烃，将氯磺酸溶于1，2-二氯乙烷中，在0～5℃条件下，将2-萘酚磺化成2-萘酚-1-磺酸。但以氯磺酸作磺化剂，反应生成氯化氢气体，氯化氢对反应设备有严重的腐蚀性，且不易除去。而且氯磺酸价格较贵，工业化不可行。

1992年，李树德、赵东斌和程侣柏等人的文章，名称为“用三氧化硫磺化制备1，3，6-萘三磺酸-H酸的工艺改进”(染料工业，1992年，第29卷，第2期，第24-28页)对1，3，6-萘三磺酸的磺化工艺进行改进，采用气体三氧化硫代替65％发烟硫酸进行二磺化和三磺化，降低了磺化剂使用量，减少了废酸的生成量。先用100％硫酸一磺化，然后用氮气将气体三氧化硫带入反应器，于155℃反应3～4h，得到1，3，6-萘三磺酸。该工艺三氧化硫为间歇式通入，反应稳定性差，副产物多，且仍有废酸生成，用间歇式釜式反应器，反应时间长，反应温度高，加热、冷却能耗大。

发明内容

本发明的目的是提供一种在微反应器中用三氧化硫磺化制备萘系磺酸的方法，以解决传统磺化工艺产生大量废酸严重污染环境的问题。

本发明的技术方案是：在直径为10～500微米通道的微反应器中，以卤代烷、硝基甲烷为有机溶剂，以萘及其衍生物为原料，以液体三氧化硫的有机溶液为磺化剂，将有机溶剂、原料和磺化剂按摩尔比19～74∶1∶1～3配制成溶液，经校准恒流泵，以1～10ml/min流速，送进置于恒温槽中的微反应器和1～12ml体积的延长通道中，控制磺化反应温度为-17～90℃，反应物料从微反应器出口通入水中终止反应，取水相加入氯化钠或氯化钾盐析，经浓缩、冷却、结晶、过滤、水洗、干燥制得固体产物。

所述有机溶剂中的卤代烷选自二氯甲烷、1，2-二氯乙烷或1，1，2，2-四氯乙烷。

所述萘及其衍生物选自萘、萘酚。

所述微反应器采用一个毛虫式坡状微通道把磺化剂有机溶液进口管道和萘及其衍生物有机溶液进口管道连接在一起，在其另一端连接反应物料出口管道。

本发明采用微反应器的特点：通道内流动为层流，比表面积大、传热能力强，传质快，可实现数倍放大、无放大效应，精确控制反应温度、时间、投料比等条件，过程连续化、自动化。

本发明的优点：这种微反应器系统因反应区间的尺寸非常小，而且具有一些增强混合效果的特殊结构，是连续流动反应器，有极大的比表面积，可以保证反应在一个很小的区间和很短的时间内发生，传质传热效率很高，最大程度避免了副反应的产生。克服了常规反应器不能瞬间混合的问题，防止了局部过量导致的副反应。非常适合于强放热反应、快反应、易燃易爆反应，而这些都是三氧化硫磺化反应所具备的特性。与传统间歇式反应釜制备工艺相比，在微反应器中用三氧化硫磺化制备萘系磺酸的工艺，不生成废水、废酸，工艺清洁环保，三氧化硫用量可接近理论量，反应速度快、磺化温度低，产品收率高、重现性好，劳动生产率高、设备费用低、占地小。

附图说明：

图1是一种微反应器的俯视示意图。

图2是图1的剖面结构示意图。

图3是图1的正视剖面结构示意图。

图中：1、磺化剂有机溶液进口管道，2、萘及其衍生物有机溶液进口管道，3、反应物料出口管道，4、毛虫式坡状微通道。

具体实施方式

图1、2、3示出了一种微反应器结构示意图。图中，磺化剂有机溶液进口管道1和萘及其衍生物有机溶液进口管道2经圆弧通道过渡后与毛虫式坡状微通道4连接，毛虫式坡状微通道4还与反应物料出口管道3连接。一般微反应器分为上体和下体两部分，在上体和下体上分别加工通道后，两者密封紧固在一起。

实施例1

将二氯甲烷、萘和液体三氧化硫按摩尔比31∶1∶1分别配制成三氧化硫-二氯甲烷溶液和萘-二氯甲烷溶液，将制备好的三氧化硫-二氯甲烷溶液和萘-二氯甲烷溶液经校准恒流泵均以1ml/min流速送到直径为10微米通道的微反应器相应反应物料进口。延长通道体积为1ml。磺化反应发生在置于恒温槽中的微反应器和延长通道中。反应温度控制在-17℃。延长通道出口反应物料通入水中终止反应。取水相加入20％氯化钠盐析，可将析出的副产物钠盐滤除。含游离α-萘磺酸的滤液经浓缩、冷却、结晶、过滤、水洗、干燥制得白色固体产物。测产物熔点为139℃，标准α-萘磺酸样品熔点为139～140℃，对产物进行质谱检测，结果显示有质量数为206.9的峰，是α-萘磺酸的分子离子峰，进行高效液相色谱测试，产物的保留时间为19.4min，标准α-萘磺酸样品在相同条件下保留时间为19.5min，所以制备产物是α-萘磺酸。

实施例2

将1，1，2，2-四氯乙烷、萘和液体三氧化硫按摩尔比19∶1∶1分别配制成三氧化硫-1，1，2，2-四氯乙烷溶液和萘-1，1，2，2-四氯乙烷溶液，将制备好的三氧化硫-1，1，2，2-四氯乙烷溶液和萘-1，1，2，2-四氯乙烷溶液经校准恒流泵均以4ml/min流速送到直径为200微米通道的微反应器的相应反应物料进口。延长通道体积为5ml。磺化反应发生在置于恒温槽中的微反应器和延长通道中。反应温度控制在20℃。延长通道出口反应物料通入水中终止反应。取水相加入20％氯化钠盐析，可将析出的副产物钠盐滤除。含游离α-萘磺酸的滤液经浓缩、冷却、结晶、过滤、水洗、干燥制得白色固体产物。测产物熔点为139℃，标准α-萘磺酸样品熔点为139～140℃，对产物进行质谱检测，结果显示有质量数为206.9的峰，是α-萘磺酸的分子离子峰，进行高效液相色谱测试，产物的保留时间为19.4min，标准α-萘磺酸样品在相同条件下保留时间为19.5min，所以制备产物是α-萘磺酸。

实施例3

将1，2-二氯乙烷、2-萘酚和液体三氧化硫按摩尔比50∶1∶3分别配制成三氧化硫-1，2-二氯乙烷溶液和2-萘酚-1，2-二氯乙烷溶液，将制备好的三氧化硫-1，2-二氯乙烷溶液和2-萘酚-1，2-二氯乙烷溶液经校准恒流泵均以7ml/min流速送到直径为350微米通道的微反应器的相应反应物料进口。延长通道体积为8ml。磺化反应发生在置于恒温槽中的微反应器和延长通道中。反应温度控制在50℃。延长通道出口反应物料通入水中终止反应。取水相加入20％氯化钾盐析，经浓缩、冷却、结晶、过滤、水洗、干燥制得灰白色固体产物。对产物进行质谱检测，结果显示有质量数为303.0的峰，是2-萘酚-6，8-二磺酸的分子离子峰，进行高效液相色谱测试，产物的保留时间为8.3min，标准2-萘酚-6，8-二磺酸样品在相同条件下保留时间为8.2min，所以制备产物是2-萘酚-6，8-二磺酸。

实施例4

将硝基甲烷、2-萘酚和液体三氧化硫按摩尔比74∶1∶2分别配制成三氧化硫-硝基甲烷溶液和萘-硝基甲烷溶液，将制备好的三氧化硫-硝基甲烷溶液和萘-硝

基甲烷溶液经校准恒流泵均以10ml/min流速送到直径为500微米通道的微反应器的相应反应物料进口。延长通道体积为12ml。磺化反应发生在置于恒温槽中的微反应器和延长通道中。反应温度控制在90℃。延长通道出口反应物料通入水中终止反应。取水相加入20％氯化钠盐析，经浓缩、冷却、结晶、过滤、水洗、干燥制得白色固体产物。测产物熔点为167℃，标准薛佛氏酸样品熔点为167℃，对产物进行质谱检测，结果显示有质量数为223.1的峰，是薛佛氏酸的分子离子峰，进行高效液相色谱测试，产物的保留时间为12.9min，标准薛佛氏酸样品在相同条件下保留时间为12.8min，所以制备产物是薛佛氏酸。