一种微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法
阅读说明：本技术 一种微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法 (Micro-channel reactor and method for preparing dimethylamino ethyl acetate by using same ) 是由 丁尊良 宋瑜 胡东云 叶山海 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种种微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法,在微通道反应器内,以卤代乙酸酯、二甲胺和溶剂为原料合成二甲氨基乙酸酯的新工艺,将卤代乙酸酯、二甲胺和溶剂分别通入到微通道反应器后,经过预热、混合和反应,最后得到二甲氨基乙酸乙酯。本发明具有操作简单、使用安全、工艺环保的优点,二甲氨基乙酸乙酯的转化率达到95～99%,十分有利于工业化生产。(The invention discloses a microchannel reactor and a method for preparing dimethylamino ethyl acetate by using the same. The method has the advantages of simple operation, safe use and environment-friendly process, and the conversion rate of the dimethylamino ethyl acetate reaches 95-99%, so that the method is very favorable for industrial production.)
技术领域
本发明属于有机合成应用技术领域，具体涉及一种一种微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法。
背景技术
二甲氨基乙酸乙酯是制备原料药和兽药的重要化工原料，也是一种重要的有机中间体，在二甲氨基乙酸乙酯的工业化生产中面临着生产工艺落后，高温高压苛刻条件，产品质量需进一步提升以及市场竞争剧烈等诸多难题。目前工业上二甲氨基乙酸乙酯的主要生产工艺是采用釜式反应的方式，但是由于其合成工艺的难度大，一般常规的制备工艺均需要用到耐压设备，操作繁琐并且收率低，鉴于此，有必要研究一种微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可显著提高反应效率，且操作简单、使用安全、生产成本低廉和工艺环保的微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种微通道反应器及利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法，微通道反应器包括第一直行通道模块、第二直行通道模块、第三直行通道模块、第一心形通道模块和第二心形通道模块，第一直行通道模块、第二直行通道模块和第三直行通道模块依次排列设置于微通道反应器的入口端，第二心形通道模块设置于微通道反应器的出口端，第一直行通道模块和第二直行通道模块通过管路连通第一心形通道模块，第三直行通道模块和第一心形通道模块分别通过管路连通第二心形通道模块，第一直行通道模块、第二直行通道模块和第三直行通道模块分别连通第一原料罐、第二原料罐和第三原料罐，第二心形通道模块连通蒸馏反应釜；
利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法，包括以下具体步骤：
S1、将卤代乙酸酯、溶剂和二甲胺分别存储于第一原料罐、第二原料罐和第三原料罐中；
S2、将卤代乙酸酯、溶剂和二甲胺按一定配比分别通入微通道反应器的第一直行通道模块、第二直行通道模块和第三直行通道模块中，进行预热；
S3、将预热后的卤代乙酸酯和溶剂通入第一心形通道模块中进行混合，得到混合料；
S4、将混合料和二甲胺通入第二心形通道模块中进行反应，自微通道反应器出口端得到反应产物；
S5、将反应产物导入至蒸馏反应釜中进行蒸馏，收集114~118℃/-0.08MPa的馏分，得到二甲氨基乙酸乙酯。
优选地，前述第一直行通道模块和第一原料罐之间、第二直行通道模块和第二原料罐之间以及第三直行通道模块和第三原料罐之间均分别设置有计量泵和压力表。
再优选地，前述步骤S1中，溶剂为乙酸乙酯、甲苯、乙酸丁酯、乙酸甲酯和醋酸异丙酯中的一种。
更优选地，前述步骤S1中，卤代乙酸酯为氯乙酸乙酯、氯乙酸甲酯、溴乙酸乙酯和溴乙酸甲酯中的一种。
进一步优选地，前述步骤S2中，溶剂、卤代乙酸酯和二甲胺的摩尔比为（1~10）：1：（1~4）。
具体地，前述步骤S2中，预热的设定稳定由外部换热器进行控制，换热介质为硅油。
优选地，前述步骤S2中，预热的温度设定为30~70℃。
再优选地，前述步骤S4中，反应时间为30~180s，反应压力为0~5bar。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明采用连续流的微通道反应器，大大缩短了反应时间，二甲氨基乙酸乙酯的转化率达到95~99%，显著提高了反应效率，降低了原料的单耗，且操作简单、使用安全、生产成本低廉、工艺环保、避免了高压高温的风险；
（2）溶剂、卤代乙酸酯和二甲胺在微通道中的混合效果极佳，避免了放大效应，反应温度精确控制，提高了二甲胺和卤代乙酸酯的利用率，适合工业化生产二甲氨基乙酸乙酯；
（3）本发明中使用的微通道反应器材质为特种玻璃，耐腐蚀性优良，且在微通道反应器中的进料、混合、反应等过程为连续流反应，有效避免了常规间歇反应中需要额外配置和转移中出现气体泄露的严重问题，安全环保。
附图说明
图1是本发明的反应工艺流程图。
图中附图标记的含义：1、第一直行通道模块，2、第二直行通道模块，3、第三直行通道模块，4、第一心形通道模块，5、第二心形通道模块，6、第一原料罐，7、第二原料罐，8、第三原料罐，9、蒸馏反应釜，10、计量泵，11、压力表。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参见图1，本发明的一种微通道反应器包括第一直行通道模块1、第二直行通道模块2、第三直行通道模块3、第一心形通道模块4和第二心形通道模块5，第一直行通道模块1、第二直行通道模块2和第三直行通道模块3依次排列设置于微通道反应器的入口端，第二心形通道模块5设置于微通道反应器的出口端，第一直行通道模块1和第二直行通道模块2通过管路连通第一心形通道模块4，第三直行通道模块3和第一心形通道模块4分别通过管路连通第二心形通道模块5，第一直行通道模块1、第二直行通道模块2和第三直行通道模块3分别连通第一原料罐6、第二原料罐7和第三原料罐8，第二心形通道模块5连通蒸馏反应釜9。第一直行通道模块1和第一原料罐6之间、第二直行通道模块2和第二原料罐7之间以及第三直行通道模块3和第三原料罐8之间均分别设置有计量泵10和压力表11。微通道反应器中各模块为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、耐腐蚀的合金、特氟龙等组成。
实施例1
利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法，包括以下具体步骤：
S1、将氯乙酸乙酯、乙酸乙酯和二甲胺分别存储于第一原料罐6、第二原料罐7和第三原料罐8中；
S2、将氯乙酸乙酯150g（1.22mol）、乙酸乙酯480g（5.4mol）和二甲胺124g（2.75mol，2.25eq）通过计量泵分别通入微通道反应器的第一直行通道模块1、第二直行通道模块2和第三直行通道模块3中，进行预热，预热温度为50℃；
S3、将预热后的氯乙酸乙酯和乙酸乙酯通入第一心形通道模块4中进行混合，得到混合料；
S4、将混合料和二甲胺通入第二心形通道模块5中进行反应，反应时间为90s，自微通道反应器出口端得到反应产物；
S5、将反应产物导入至蒸馏反应釜9中进行蒸馏，收集114~118℃/-0.08MPa的馏分，得到二甲氨基乙酸乙酯。
实施例2
利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法，包括以下具体步骤：
S1、将溴乙酸乙酯、甲醇和二甲胺分别存储于第一原料罐6、第二原料罐7和第三原料罐8中；
S2、将溴乙酸乙酯210g（1.71mol）、甲醇400g（12.5 mol）和二甲胺82g（1.82mol，1.06eq）通过计量泵10分别通入微通道反应器的第一直行通道模块1、第二直行通道模块2和第三直行通道模块3中，进行预热，预热温度为40℃；
S3、将预热后的溴乙酸乙酯和甲醇通入第一心形通道模块4中进行混合，得到混合料；
S4、将混合料和二甲胺通入第二心形通道模块5中进行反应，反应时间为120s，自微通道反应器出口端得到反应产物；
S5、将反应产物导入至蒸馏反应釜9中进行蒸馏，收集114~118℃/-0.08MPa的馏分，得到二甲氨基乙酸乙酯。
实施例3
利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法，包括以下具体步骤：
S1、将氯乙酸乙酯、无水乙醇和二甲胺分别存储于第一原料罐6、第二原料罐7和第三原料罐8中；
S2、将氯乙酸乙酯135g（1.10mol）、无水乙醇360g（7.83 mol）和二甲胺72g（1.60mol，1.45eq）通过计量泵10分别通入微通道反应器的第一直行通道模块1、第二直行通道模块2和第三直行通道模块3中，进行预热，预热温度为70℃；
S3、将预热后的氯乙酸乙酯和无水乙醇通入第一心形通道模块4中进行混合，得到混合料；
S4、将混合料和二甲胺通入第二心形通道模块5中进行反应，反应时间为30s，自微通道反应器出口端得到反应产物；
S5、将反应产物导入至蒸馏反应釜9中进行蒸馏，收集114~118℃/-0.08MPa的馏分，得到二甲氨基乙酸乙酯。
实施例4
利用该微通道反应器制备二甲氨基乙酸乙酯的方法，包括以下具体步骤：
S1、将溴乙酸甲酯、甲苯和二甲胺分别存储于第一原料罐6、第二原料罐7和第三原料罐8中；
S2、将溴乙酸乙酯190g（1.14mol）、甲苯540g（5.87 mol）和二甲胺61.6g（1.37mol，1.2eq）通过计量泵10分别通入微通道反应器的第一直行通道模块1、第二直行通道模块2和第三直行通道模块3中，进行预热，预热温度为70℃；
S3、将预热后的溴乙酸乙酯和甲苯通入第一心形通道模块4中进行混合，得到混合料；
S4、将混合料和二甲胺通入第二心形通道模块5中进行反应，反应时间为180s，自微通道反应器出口端得到反应产物；
S5、将反应产物导入至蒸馏反应釜9中进行蒸馏，收集114~118℃/-0.08MPa的馏分，得到二甲氨基乙酸乙酯。
对比例
向反应瓶中加入氯乙酸乙酯100g（0.816mol）和乙酸乙酯350g，搅拌混合均匀，在50℃加热下通入二甲胺气体147g（3.26mol，4eq），通完二甲胺气体后，进行蒸馏，收集114~118℃/-0.08MPa的馏分，得到二甲氨基乙酸乙酯。
实验结果分析：
（1）对实施例1~4和对比例中得到产物分别进行称量，并计算收率，计算结果见表1。
表1 实施例1~4和对比例中二甲氨基乙酸乙酯的质量和收率
通过表1可以看出，实施例1~3中得到产物的收率明显高于对比例中的传统制备方法，说明本发明的制备方法可以提高二甲氨基乙酸乙酯的收率。
（2）分别采用实施例1和对比例的方法生产1000g二甲氨基乙酸乙酯产品，计算二甲胺和氯乙酸乙酯的消耗量，计算结果见表2。
表2 二甲胺和氯乙酸乙酯的消耗量
通过表2可见，实施例1中二甲胺和氯乙酸乙酯的消耗量远远小于对比例，这是由于在对比例中，因为二甲胺气体的挥发，部分二甲胺进入尾气吸收系统中，导致消耗量的明显增大，且二甲胺气体和氯乙酸乙酯混合不均匀，气体容易溢出，从而导致氯乙酸乙酯的反应转化不彻底，因此也提高了氯乙酸乙酯的消耗量。在实施例1中，微通道反应器的流体混合作用保证了二甲胺气体和氯乙酸乙酯的充分混合，而且气体在密闭管道中不会溢出，使得反应转化完全，提高了二甲胺和氯乙酸乙酯的利用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。