一种合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统与方法

摘要

本发明公开了属于化工产品合成技术领域的一种合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统与方法。该系统由微反应器、换热器和相分离器依次串联构成，其合成方法是将苯酚或其衍生物的钠盐水溶液和硫酸二甲酯在微反应器内混合引发反应，通过换热器控制产物温度，经相分离器分离获得苯甲醚及其衍生物。该系统及方法可实现苯甲醚及其衍生物的低能耗、连续化生产，提高硫酸二甲酯的利用率，在硫酸二甲酯与酚钠摩尔比略大于1.0的条件下可以实现98％以上酚钠转化率，产物纯度达到99％以上。

说明书

技术领域

本发明属化工产品合成技术领域，具体涉及一种合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统与方法。

背景技术

苯甲醚、甲基苯甲醚等物质是重要的染料和医药中间体，常用于有机合成过程中，这类物质主要通过酚羟基的甲基化获得。以苯甲醚为例，传统的合成方法为在5℃左右的反应温度下混合苯酚和硫酸二甲酯，再在此低温下向混合物中逐渐滴加NaOH水溶液，在滴加过程中苯酚与NaOH先发生反应形成酚钠，酚钠再与硫酸二甲酯反应形成苯甲醚。反应基本原理如下式所示：

其中R为H或CnHm(n＝1,2,3…；m＝2n-1)等。

由于硫酸二甲酯也可以和NaOH水溶液发生水解反应，因此反应需要控制在接近0℃的条件下进行。目前工业上主要用釜式反应器歇釜生产苯甲醚及其衍生物，由于反应为强放热过程，为了控制反应温度以及反应物的混合，NaOH水溶液的滴加速度十分缓慢。上述传统方法生产效率低下，同时制冷过程也造成大量的能量消耗。

因此，寻求一种低能耗、高效率的苯甲醚及其衍生物的合成方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统与方法。具体技术方案如下：

一种合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统由微反应器、换热器和相分离器依次串联构成。

所述微反应器为微筛孔混合反应器或微通道混合反应器。

所述微筛孔混合反应器的微筛孔直径为0.2-1mm，筛孔个数为一个或一个以上；微通道混合反应器的微通道水力学直径为0.3-1mm，微通道个数为一个或一个以上。

所述换热器为常规的管式换热器，相分离器为澄清槽。

一种使用所述微反应系统的苯甲醚及其衍生物的合成方法，具体包括如下步骤：

(1)在微反应器内将苯酚或其衍生物的钠盐水溶液与硫酸二甲酯混合引发反应，形成高温反应液C；

(2)高温反应液C从微反应器流出后，经换热器控制产物温度，形成低温反应液D；

(3)低温反应液D从换热器流出后，经相分离器分为油水两相，得到产物苯甲醚或其衍生物。

所述苯酚衍生物的钠盐为苯环上具有取代基的酚钠类物质。

所述苯酚衍生物的钠盐为甲基苯酚钠、二甲基苯酚钠或乙基苯酚钠。

所述苯酚或其衍生物的钠盐的质量浓度为5-40％，硫酸二甲酯与苯酚或其衍生物的钠盐的摩尔比为1.0-1.4。

所述苯酚或其衍生物的钠盐水溶液与硫酸二甲酯的温度为20-32℃，反应液D的温度为 50-80℃。

本发明的有益效果为：本发明微反应系统由微反应器、换热器和相分离器依次串联构成，采用连续化生产方式替代间歇过程，提高了生产效率；反应物采用常温进料无需制冷，能耗低，同时借助反应放热使反应在高温下终止，进一步降低后续精馏分离过程的能耗；微反应器混合和传递的强化解决了高温下硫酸二甲酯水解快速的问题，提高了硫酸二甲酯的利用率。在硫酸二甲酯与酚钠摩尔比略大于1.0的条件下可以实现98％以上酚钠转化率，产物纯度达到99％以上。

附图说明

图1为合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统结构示意图。

其中，1-微反应器，2-换热器，3-相分离器，A-苯酚或其衍生物的钠盐水溶液，B-硫酸二甲酯，C-高温反应液C，D-低温反应液D，E-苯甲醚或其衍生物，F-硫酸甲酯钠。

具体实施方式

以下实施例便于更好地理解本发明。

本发明的苯甲醚及其衍生物的合成，采用预先与NaOH水溶液反应的苯酚或其衍生物的酚钠水溶液为原料，基于高温下酚羟基的甲基化反应速率与硫酸二甲酯水解速率同步加快的特点，将体系首先转变为快反应过程，即通过微反应器快速混合酚钠与硫酸二甲酯，利用混合和传递的强化，快速进行反应，同时消耗反应原料，降低硫酸二甲酯水解几率，实现理想的反应效果。

合成苯甲醚及其衍生物的微反应系统如图1所示。微反应系统由微反应器1、换热器2 和相分离器3依次串联构成。所述微反应器为微筛孔混合反应器或微通道混合反应器。所述换热器为常规的管式换热器，相分离器为澄清槽。

实施例1：苯甲醚的合成

本实施例中微反应系统由微筛孔混合反应器、管式换热器和澄清槽依次串联构成。苯甲醚的合成步骤如下：

(1)采用计量泵向微筛孔混合反应器内输送反应原料苯酚钠与硫酸二甲酯，实时监控反应关键位置(反应原料和换热器出口)的温度，混合原料引发反应，形成高温反应液C；

(2)高温反应液C从微筛孔混合反应器流出后，经管式换热器控制产物温度，形成低温反应液D；

(3)低温反应液D从换热器流出后，经相分离器分离，在其出口处收集油水两相，产物苯甲醚为油相，副产物硫酸甲酯钠溶液为水相。

其中，微筛孔混合反应器的特征尺寸、苯酚钠质量分数、硫酸二甲酯与苯酚钠的摩尔比、微反应器的进料温度、换热器出口温度参照表1。

用NaOH溶液调整水相pH值>10，利用气相色谱分析油相苯甲醚的含量，将水相样品采用液相色谱分析残余酚钠的含量，计算酚钠转化率。实验结果如表1。

实施例2-5的微反应系统的微反应器种类、微反应器特征尺寸、酚钠质量分数、硫酸二甲酯与酚钠的摩尔比、微反应器的进料温度、换热器出口温度参照表1。其他条件及步骤参照实施例1。

从表1可知，在硫酸二甲酯与酚钠摩尔比略大于1.0的条件下可以实现98％以上酚钠转化率，产物纯度达到99％以上。

表1实施例1-5的实验参数及结果