利用通道反應(yīng)裝置制備氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用氯丙基含氯硅烷和醇發(fā)生酯化反應(yīng)制備氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法，更具體的是利用通道反應(yīng)裝置制備氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用氯丙基含氯硅烷和醇發(fā)生酯化反應(yīng)制備氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法是已知的，如3_氣丙基二氣娃燒與乙醇反應(yīng)制備3_氣丙基二乙氧基娃燒，3_氣丙基二氣娃燒與甲醇反應(yīng)制備3-氯丙基三甲氧基硅烷，3-氯丙基甲基二氯硅烷與甲醇反應(yīng)制備3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷，3-氯丙基甲基二氯硅烷與乙醇反應(yīng)制備3-氯丙基甲基二乙氧基硅烷。該類酯化反應(yīng)會產(chǎn)生副產(chǎn)品氯化氫，氯化氫與原料醇會發(fā)生反應(yīng)生成水，溫度越高副反應(yīng)越快，氣化氣與原料醇共存時間越長副反應(yīng)越明顯；而水對廣品氣丙基燒基燒氧基娃燒是有害的，會造成產(chǎn)品水解聚合，產(chǎn)品的雜質(zhì)聚合體含量高，對產(chǎn)品得率、質(zhì)量均有影響;所以氯化氫與原料醇共存時間越長、共存溫度越高，對制備氯丙基烷基烷氧基硅烷越不利。為了消減氯化氫與原料醇的共存，盡快將氯化氫從反應(yīng)體系中趕走，一般采用負壓手段或用其他氣體帶走氯化氫氣體，如惰性氣體，或投加過量的醇產(chǎn)生醇氣體。
[0003]目前，工業(yè)大生產(chǎn)氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法有兩種，一種是釜式反應(yīng)間歇生產(chǎn)，另一種是塔式反應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)。釜式間歇生產(chǎn)周期長達數(shù)小時至數(shù)十小時，及時趕走氯化氫氣體的方法是使用原料醇過量、通氮氣、反應(yīng)過程中加堿中和氯化氫等手段的一種或幾種，這些手段帶來的后果是醇消耗量大、氣體夾帶硅烷造成廢液處理難等問題，而且氯化氫與原料醇還是有一定的接觸時間，上述手段只能部分減弱有害物質(zhì)水的形成，反應(yīng)后的粗品中還是有明顯的聚合體和過量的醇，需要從反應(yīng)粗品中將產(chǎn)品蒸餾出來。塔式連續(xù)生產(chǎn)，氯丙基含氯硅烷和醇的接觸時間有限，短時間內(nèi)很難反應(yīng)充分，所以一般采用填料塔、醇過量、逆流接觸、塔頂出氯化氫等方式增加反應(yīng)充分度，這些又帶來了液泛、氣液夾帶、過量的含酸乙醇難處理等問題，同樣的是反應(yīng)粗品還需要后處理，需將產(chǎn)品蒸餾出來;而且該連續(xù)生產(chǎn)方法一開始投料生產(chǎn)，粗品的品質(zhì)不均一，需要投料運行一段時間待各工藝參數(shù)達到期望值后才能生產(chǎn)出穩(wěn)定質(zhì)量的粗品。然后，以上兩種方法都是在常規(guī)的大尺寸設(shè)備中運行，即使是小裝置運行，每次開工生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量也都在數(shù)噸位級以上，產(chǎn)量難調(diào)小，這對市場用量小可能是每月幾百公斤甚至是幾十公斤的產(chǎn)品比如3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氯丙基甲基二乙氧基硅烷等來說，會造成一種成本上的浪費。還有，該類酯化反應(yīng)從實驗室小試到工業(yè)大生產(chǎn)，由于設(shè)備尺寸變化使其具有明顯的放大效應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)產(chǎn)操作困難和轉(zhuǎn)產(chǎn)周期長。
[0004]通道反應(yīng)裝置已是公開的技術(shù)，近年來發(fā)展較快，得益于其加工技術(shù)的成熟。但是將通道反應(yīng)裝置應(yīng)用于氯丙基烷基烷氧基硅烷的大工業(yè)生產(chǎn)卻鮮有報道，至少未見其實現(xiàn)真正的大生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是為工業(yè)大生產(chǎn)氯丙基烷基烷氧基硅烷提供一種利用通道反應(yīng)裝置制備氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法，氯丙基含氯硅烷與過量的氣相醇，利用通道反應(yīng)裝置發(fā)生酯化反應(yīng)制備氯丙基烷基烷氧基硅烷，解決了大尺寸反應(yīng)設(shè)備的放大效應(yīng)、產(chǎn)量難調(diào)節(jié)等問題，弱化甚至是消除了大尺寸反應(yīng)設(shè)備帶來的缺點。
[0006]
技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的利用通道反應(yīng)裝置制備氯丙基烷基烷氧基硅烷的方法，使氯丙基含氯硅烷和過量的醇在通道反應(yīng)裝置中發(fā)生酯化反應(yīng)制備氯丙基烷基烷氧基硅烷，其中:
(1)氯丙基含氯硅烷結(jié)構(gòu)通式(a)為:
ClC3H6SiClnR3-H....................(a)
式中，R為甲基或乙基，n=l，2或3;
(2)醇為甲醇或乙醇，并以氣相形式進入通道反應(yīng)裝置中；
(3)所述通道反應(yīng)裝置至少連接一個后處理裝置和氯化氫吸收裝置。
[0007]優(yōu)選地，所述通道的材料為鉭材，或者反應(yīng)流接觸到的通道表面鍍搪瓷或用特氟龍?zhí)幚怼?br>[0008]優(yōu)選地，所述通道反應(yīng)裝置前設(shè)有過濾裝置或通道反應(yīng)裝置設(shè)有過濾功能。
[0009]優(yōu)選地，所述氯化氫吸收裝置與后處理裝置并聯(lián)，或者依次是通道反應(yīng)裝置、后處理裝置、氯化氫吸收裝置。
[0010]優(yōu)選地，所述氯化氫吸收裝置為不少于兩級的吸收裝置，第一級吸收裝置的吸收液為水，其他吸收裝置的吸收液為水、氫氧化鈉水溶液或其他堿溶液的一種或幾種混合。[0011 ]優(yōu)選地，所述氯丙基含氯硅烷和醇，以反應(yīng)質(zhì)量比為基準，醇過量。
[0012]優(yōu)選地，所述醇過量0.01%?10%，更優(yōu)選0.05%?2%。
[0013]優(yōu)選地，反應(yīng)溫度為OΓ-300Γ。
[0014]優(yōu)選地，反應(yīng)溫度為10°C-180°Co更優(yōu)選30°C-150°C。
[0015]優(yōu)選地，通道反應(yīng)裝置的通道等價直徑在100微米-1厘米，更優(yōu)選在I毫米-10毫米。
[0016]優(yōu)選地，通道反應(yīng)裝置的通道長度在幾米-幾十米。
[0017]本發(fā)明方法中所述的通道反應(yīng)裝置的通道尺寸指I微米-數(shù)厘米的通道，較佳的是，本發(fā)明在等價直徑在100微米-1厘米的通道反應(yīng)裝置中進行。
[0018]本發(fā)明方法中所述的通道反應(yīng)裝置的通道具有夾套熱交換裝置，可以使通道內(nèi)的反應(yīng)流溫度穩(wěn)定在期望的范圍內(nèi)。
[0019]本發(fā)明方法中所述的氯丙基含氯硅烷和副產(chǎn)物氯化氫都含有元素氯，對不銹鋼、碳鋼材質(zhì)有腐蝕，這些材質(zhì)的通道反應(yīng)裝置使用周期短，所以本發(fā)明的通道裝置的材料優(yōu)選鉭材，或者反應(yīng)流接觸到的通道表面鍍搪瓷或用特氟龍?zhí)幚怼?br>[0020]本發(fā)明方法中所述的氯化氫吸收裝置可以是大尺寸的設(shè)備，如降膜吸收塔、填料塔等，也可以是通道吸收裝置，如微通道吸收器。后處理裝置的作用是對反應(yīng)粗品進行收集，或者同時作為蒸餾工序和中和工序的設(shè)備;優(yōu)選作為粗品收集、蒸餾和中和的設(shè)備。
[0021]本發(fā)明方法中所述的通道反應(yīng)裝置具有不少于一個的反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)通道通常都具有微結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)是為了提高反應(yīng)流的混合和碰撞機會(幾率)，而對通道進行特殊加工，例如通道具有內(nèi)構(gòu)件或者通道以不同形式延伸或者與反應(yīng)流接觸到的通道表面具有缺陷等。通道反應(yīng)裝置還可以有其他區(qū)，例如過濾區(qū)、預(yù)熱區(qū)、預(yù)混區(qū)，這些區(qū)域具有至少一種功能。通道反應(yīng)裝置還可以有其他功能，例如過濾功能、預(yù)熱功能、預(yù)混功能，這些功能可以分別在一個區(qū)域中實現(xiàn)，也可以在一個區(qū)域中實現(xiàn)至少兩種以上的功能。
[0022]本發(fā)明所述的方法，反應(yīng)可以在單個通道反應(yīng)裝置或者串聯(lián)或者并聯(lián)的多個通道反應(yīng)裝置中進行。所述裝置通道可以具有不同形式的橫截面，例如圓形、橢圓形、四邊形、多邊形、心形等形狀。通道的折算(等價)直徑可以為I微米-數(shù)厘米，優(yōu)選在100微米-1厘米，更優(yōu)選在I毫米-10毫米。上述裝置通道的長度，理論上為使反應(yīng)進行到產(chǎn)物濃度幾乎不變，一般在I厘米-數(shù)百米，優(yōu)選在數(shù)米-數(shù)十米。
[0023]本發(fā)明方法中所述的氯丙基含氯硅烷和產(chǎn)品均對水、濕氣敏感，嚴重情況會產(chǎn)生固體渣子堵塞管道影響生產(chǎn)，為了避免不必要的停工期，所以更佳地是在通道反應(yīng)裝置前有過濾裝置或通道反應(yīng)裝置具有過濾功能，優(yōu)選在通道反應(yīng)裝置前有過濾裝置。
[0024]本發(fā)明方法中所述的氯丙基含氯硅烷和醇可以在其他裝置中混合后進入上述通道反應(yīng)，也可以分別進入上述通道裝置中混合反應(yīng)，這里的其他裝置是指具有混合功能的大尺寸的設(shè)備或者微反應(yīng)器或通道裝置。本發(fā)明的通道裝置具有混合功能的微結(jié)構(gòu)，所以原料氯丙基含氯硅烷和醇可以直接進入通道裝置中反應(yīng)，不需要提前預(yù)混合。
[0025]本發(fā)明方法中原料可以在其他裝置中預(yù)熱后，進入上述通道裝置中混合反應(yīng)，優(yōu)選在其他裝置中預(yù)熱后進入通道反應(yīng)裝置中。
[0026]本發(fā)明方法中所述的氯丙基含氯硅烷和未完全酯化的中間產(chǎn)品都含有氯，對后續(xù)處理設(shè)備的材質(zhì)有特殊要求，后續(xù)處理操作程序復(fù)雜，所以優(yōu)選醇投料過量，使氯丙基含氯硅烷和未完全酯化的中間產(chǎn)品都能夠充分反應(yīng)；以反應(yīng)質(zhì)量比為基準，優(yōu)選醇過量0.01%?10%，更優(yōu)選0.05%?2%。
[0027]本發(fā)明方法中，反應(yīng)是在微通道中進行，反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫氣體很難通過負壓的手段被帶出體系，若不能及時將產(chǎn)生的氯化氫排出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)將會產(chǎn)生很大的壓力。若醇以氣相形式進入通道，氣相的體積是可被壓縮的，而且等體積的乙醇最多產(chǎn)生等體積的氯化氫氣體，不會造成通道內(nèi)高壓力的情況，不會造成通道的設(shè)備材質(zhì)、加工和生產(chǎn)操作有特殊要求。所以該方法是醇以氣相形式進入通道中進