[发明专利]水溶性偶氮染料的螺旋管混沌混合的连续化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性偶氮染料的螺旋管混沌混合的连续化制备方法。

背景技术

偶氮染料品种众多，包括酸性、直接、活性以及分散染料等类别，其年产量约占世界染料的一半以上，是一类极其重要的染料类别。在生产过程中涉及偶合反应历程，即重氮盐与芳胺或酚等偶合组份生成偶氮化合物的反应，是生产偶氮染料的重要步骤。但偶合反应为放热反应，重氮盐对热不稳定，因此常规的间歇式合成工艺均要在冷却的情况下进行，一般都用冰水浴冷却，温度维持在0～5℃进行偶合反应，造成能源浪费，且在偶合反应过程中，由于低温运行，偶合速度慢，反应时间长。因此间歇式反应存在产能低、能耗大，急需开发偶氮染料的偶合连续化生产技术，这对于实现偶氮染料生产的节能减排，提升产品质量具有重要的工业应用价值。

连续化制备是指物料在流动中进行快速混合与反应，具有反应时间短、产能高的优点，在化学合成中占有及其重要的地位，主要包括微反应器与管式反应器两种类型。Robert C.R.Wootton等人用苯胺重氮盐和2-萘酚在微反应器中进行偶合反应连续化，合成了相应的偶氮染料(Lab Chip，2002，2，5-7)。但是微反应器的制作工艺复杂，并且一旦通道堵塞，难于清洗，且微反应器的物料处理量小，较难于用于大规模染料生产。而管式反应器具有结构简单、加工方便、生产能力大、容易实现自动控制、节省动力、传热面积大、适合强烈放热反应的特点，是应用较多的一种连续操作反应器，尤其是混合效率较高的螺旋管型反应器。由于离心力的作用是相同的，不会产生混合界面的来回波动。但是对于普通的螺旋管，流体在运动中产生的一对方向相反的二次流漩涡将流体分成了两个封闭的区域，不利于均匀混合(A.Yamagishi，T.Inaba，Y Yamaguchi.International Journal of Heat and Mass Transfer.50(2007)，1238-1247)。

而具有突放突缩功能的混沌混合器(通过改变流体通道的横截面积形成突扩突缩结构)，可以产生混沌混合，可显著提高混合性能(Arjun P.Sudarsan，Victor M.Ugaz.Lab Chip.6(2006)，74-82。但目前混沌混合器主要为直管型突扩突缩结构，未见螺旋管型突扩突缩结构的反应器及在此反应器中进行偶合连续化反应的相关报道。

发明内容

本发明提供了一种连续化制备水溶性偶氮染料的螺旋管混沌混合反应方法。具体采用如下技术方案：

一种水溶性偶氮染料的螺旋管混沌混合的连续化制备方法：重氮盐溶液经计量泵I输入螺旋管混沌混合单元，偶合组份溶液经计量泵II输入螺旋管混沌混合单元；重氮盐溶液与偶合组份溶液在螺旋管混沌混合单元内流动，两组份充分偶合，制得水溶性偶氮染料溶液；所述方法不需冷却或加热。

本发明所述螺旋管混沌混合单元是由粗螺旋管与细螺旋管交替连接而成，其连接数为1～500。

优选的方案中，所述反应器中粗螺旋管的内径为1-100mm、曲率半径为5-500mm、螺距为1-100mm。

优选的又一方案中，所述反应器中细螺旋管的内径为0.5-30mm、曲率半径为5-500mm、螺距为1-100mm。

本发明提供的水溶性偶氮染料的螺旋管混沌混合的连续化制备方法，利用流体在弯曲管路中产生的横向二次流的高效混合及突扩突缩能改变流体运动轨迹、增加混合界面表面积，增强混沌混合效果的特性，使重氮盐组份与偶合组份充分接触、快速混合与偶合反应，并将反应热通过管路快速移走，实现染料的快速连续化生产，具有快速简单、能耗低的特性，具有广阔的应用前景。

本发明提供的方法，根据偶合反应过程中pH值的不同，偶合过程分为酸性条件下偶合与碱性条件下偶合两种过程。

(1)酸性条件下偶合：将含有芳胺结构的偶合组分溶于水中(调其pH值在7以下)，利用恒流泵，将偶合组分的水溶液与重氮盐溶液分别输送到螺旋管混沌连续化反应器中，进行混合与偶合，控制流速，当反应物的体积物流正确时，反应器出口处的产物溶液的pH值小于5，得到水溶性偶氮染料溶液。

(2)碱性条件下偶合：将含有活泼亚甲基或酚羟基的偶合组分溶于水中(调其pH值在9以上)，利用恒流泵，将偶合组分的水溶液与重氮盐溶液分别运送到螺旋管混沌连续化反应器中，进行混合与偶合，控制流速，当反应物的体积物流正确时，反应器出口处的产物溶液的pH值大于7，得到水溶性偶氮染料溶液。