[发明专利]一种用微通道反应器制1,2,4-丁三醇三硝酸酯的方法

说明书

本发明公开了一种用微通道反应器制1,2,4‑丁三醇三硝酸酯的方法，属于有机合成应用的技术领域。它是一种在微通道反应器内，以1,2,4‑丁三醇和硝酸‑硫酸为原料，在几十秒到几分钟的短暂反应时间内硝化合成1,2,4‑丁三醇三硝酸酯的新工艺。物料经过计量泵通入微通道反应器后，经过预热，混合，反应，后处理得到1,2,4‑丁三醇三硝酸酯产品，该方法具有操作简便安全，高产率连续化生产1,2,4‑丁三醇三硝酸酯产品，除此之外，该工艺的环境污染大大降低。

技术领域

本发明属于有机合成应用技术领域，具体涉及一种以1,2,4-丁三醇为原料硝化制备1,2,4-丁三醇三硝酸酯的方法，更具体的说是在高通量微通道连续流的反应器中，制备1,2,4-丁三醇三硝酸酯的工艺。

背景技术

1,2,4-丁三醇三硝酸酯，简称BTTN，是一种含能增塑剂，目前主要运用于装备高性能的NEPE推进剂，因其优良的低温性能，不容易出现冻结问题，可以有效避免固体推进剂发生低温脆变而得到广泛应用。

目前行业内1,2,4-丁三醇三硝酸酯的生产主要有以下几种方式：间歇釜式硝化、釜式连续硝化和喷射硝化。虽然硝化丁三醇的稳定性比较好，但是其本身也是一种炸药，存在较高的安全隐患。

连续微通道反应器的反应在微通道中进行，采用连续方式进料，在高效混合状态下物料分布均匀，可以实现反应的精确控制，降低副反应的发生。同时微通道反应器持液量低，大大降低了反应区安全风险，可以实现BTTN的安全合成。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高通量微通道连续流反应器中进行1,2,4-丁三醇硝化制备1,2,4-丁三醇三硝酸酯的工艺，与现有的工艺相比较，该工艺具有反应条件精确控制，减少有机废液的排放，连续安全的方式生产，且在极短的时间内1,2,4-丁三醇转化率高，1,2,4-丁三醇三硝酸酯选择性有很大提高。

一种利用微通道反应器1,2,4-丁三醇硝化制备1,2,4-丁三醇三硝酸酯的方法，按照下述步骤进行：

1)反应中所需的物料1,2,4-丁三醇溶液和硝酸-硫酸溶液，首先分别通入微通道反应器中各直通道模块中进行预热，设定温度由外部换热器进行控制，换热介质为导热油，再通过流量控制改变1,2,4-丁三醇溶液：硝酸摩尔比＝1:3～1:10，优选1:3～1:6；混酸中硝酸的质量分数为10％～100％，经由各自计量泵同步进入传质增强型模块内进行混合反应，混合温度同样由外部换热器进行控制。

2)在该模块中经混合并发生反应后，继续通过一系列传质增强型微通道模块以及直流型微通道模块，反应过程完成后，产物从反应器的出口流出，进入冷却后处理过程；该反应过程在微通道反应器内反应停留时间为50s～150s，优选80～100s，反应温度为10～100℃，优选20～80℃。

3)将自微通道反应器出口得到的产物通过冷却盘管冰水浴后，进入装有冰水的收集器中，经静置、分层、中和、水洗、减压蒸馏后，得淡黄色油状液体，收率80～95％。

本发明所用的为高通量微通道连续流反应器，该反应系统由多块模块组装而成，模块间可并联组装或串联组装，模块将换热通路与反应通路集成与一体，或只含反应通路，并浸没在控温导热介质中。在换热通路或导热介质中配有热电偶，可用于测定换热通路中换热介质或外界导热介质的实际温度。在换热通路或导热介质中配有热电偶，可用于测定换热通路中换热介质或外界导热介质的实际温度。该模块的材质为涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金、聚四氟乙烯等。反应系统可防腐耐压，耐压能力视材质不同而不同。模块内微通道结构分直流型通道结构和增强混合型通道结构两种，直流型通道为管状结构，增强混合型通道结构为心型结构，通道水力直径为0.5mm～10mm。

本发明进行1,2,4-丁三醇硝化的传质增强型微通道反应器系统包括1,2,4-丁三醇、硝硫混酸预热、混合反应、硝化过程三部分，因此需要原料预热模块、混合模块和一定数量的反应模块，具体数量由反应停留时间决定。