[发明专利]一种合成磷酸三(2-氯丙基)酯的微反应方法和装置

说明书

本发明公开了一种合成磷酸三(2‑氯丙基)酯(TCPP)的微反应方法和装置。该微反应方法以酯化中间产物作为三氯氧磷和催化剂的溶剂，通过微混合器高效混合环氧丙烷与含有三氯氧磷和催化剂的溶液，在温和的反应条件下完成酯化中间产物的制备和循环，进一步通过多级串联反应釜完成酯化中间产物与环氧丙烷的反应形成TCPP。该方法为连续化反应过程，温度易于控制，可以有效抑制醚类副产物的形成，产品TCPP纯度达到98％以上。

技术领域

本发明属化学工程技术领域，针对合成磷酸三(2-氯丙基)酯的微反应方法和装置。

背景技术

磷酸三(2-氯丙基)酯(英文缩写TCPP)是一种重要的阻燃材料，广泛应用于软硬聚氨酯泡沫、环氯树酯、丙烯树脂、聚苯乙烯、醋酸纤维素等材料。磷酸三(2-氯丙基)酯主要通过环氧丙烷和三氯氧磷在路易斯酸催化下的酯化反应形成，其反应方程式如式1所示。由于反应物三氯氧磷和环氧丙烷都是高活性物质，因此该反应过程对于反应装备和工艺的要求十分苛刻。当反应体系中环氧丙烷过量时，非常容易发生环氧丙烷的自聚反应，形成如式2所示的醚类物质，该物质在后续分离过程中难以去除。另外，该反应需要在近似于无水条件下进行，过量的水能够导致环氧丙烷和三氯氧磷水解，从而在TCPP中引入杂质。更重要的是，该反应一方面是快速强放热过程，另一方面对于温度控制的要求又十分苛刻，当反应温度超过120℃时，产物TCPP将会发生自聚(TCPP阻燃的机理就是发生聚合，阻断氧的传递)，因此反应体系内的局部热点控制对于反应产物的质量提高十分重要。

由于TCPP合成反应的以上特点，传统的生产过程主要通过在强搅拌和强换热条件下，逐渐向反应釜内滴加环氧丙烷方法控制反应的放热和体系内环氧丙烷的浓度。由于反应原料的高腐蚀性和反应体系的强换热需求，当前的反应装置主要为搪瓷反应釜或者钛合金反应釜，通过间歇反应过程实现操作，生产效率低下且产能严重不足。此外，体系内低沸点的环氧丙烷挥发和在气相中的富集也对反应过程的控制带来挑战，间歇反应得到的产品其稳定性和重复性有待提高。以上反应过程的技术难点严重制约了TCPP的生产过程，产业界迫切需要一种连续、高效的生产装置和工艺。

本发明提出了一种基于微混合装置合成磷酸三(2-氯丙基)酯的反应方法，该方法利用TCPP合成反应的强放热区间主要集中于反应初始阶段的特点，通过将反应中间产物循环作为原料三氯氧磷和催化剂溶剂的方法控制反应放热的上限，利用微混合器高效混合环氧丙烷与反应原料液，实现环氧丙烷的加料和稀释，进一步在微小的密闭空间内完成初始反应段的反应过程，避免了环氧丙烷的挥发带来的过程控制难题，最后通过连续多级釜完成后续慢速反应过程，实现TCPP的连续化合成。

发明内容

本发明以发展新型TCPP生产方法和装置为目的，实现TCPP连续化生产。具体技术方案为：一种合成磷酸三(2-氯丙基)酯的微反应方法，包括以下步骤：

(1)将循环酯化中间产物与三氯氧磷和催化剂在配料装置中混合，形成反应原料液；

(2)将步骤(1)所得反应原料液和环氧丙烷在微混合器内充分混合，形成混合反应液；

(3)将步骤(2)所得混合反应液在反应管道内反应形成酯化中间产物；

(4)将步骤(3)所得酯化中间产物收集，一部分中间产物经降温后循环回配料装置，另一部分中间产物采出进入下游多级搅拌釜进行反应，循环/采出比在3-12之间；

(5)在多级搅拌釜中逐级加入环氧丙烷使酯化中间产物最终生成磷酸三(2-氯丙基)酯。

进一步，步骤(1)中所述反应原料液中酯化中间产物为磷酸(2-氯丙基)酯、磷酸二(2-氯丙基)酯和磷酸三(3-氯丙基)酯的混合物；步骤(2)中环氧丙烷和三氯氧磷的摩尔比为0.8-2.0；反应原料液中三氯氧磷含量由酯化中间产物循环/采出比和上述环氧丙烷和三氯氧磷的摩尔比决定。