¡¡ rompe el cuello de botella de la síntesis de dtd! ¡¡ la tecnología de producción continua logra una preparación eficiente, segura y verde!

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Fecha:2025-11-12Leer:2

Este artículo se publica en "organic process Research & development". el equipo de autores, de la Universidad Tecnológica de dalian, se centra en el problema de la síntesis eficiente de 1,3,2 - dioxano - 2,2 - dióxido (dtd) y propone un proceso continuo con un reactor de cama fija como núcleo. a través de la selección de catalizadores, la optimización de parámetros de reacción y el diseño del sistema de separación, se resuelven problemas como la baja eficiencia del proceso tradicional, la contaminación pesada y la fácil degradación de los productos, proporcionando soluciones técnicas verdes y factibles para la producción industrial de dtd.

I. el importante valor de la dtd y los puntos dolorosos sintéticos tradicionales

Escenarios de aplicación básicos

Campo de las baterías de iones de litio: como aditivo para la formación de películas sei, puede mejorar el rendimiento a baja temperatura, la vida útil del ciclo y la seguridad de las baterías y inhibir la atenuación de la capacidad.

Campo de la síntesis orgánica: se utiliza comúnmente como reactivo de hidroxización y también es una materia prima clave para la síntesis de intermediarios farmacéuticos como glicéridos de éter y ceramidas.

Tres limitaciones de la artesanía tradicional

Método temprano: 1,2 - reacción con sulfato de plata reportada en 1932, con un rendimiento de solo 23%; La ruta de uso de cloruro de tionilo en 1997 es altamente corrosiva y altamente contaminada.

Proceso de lotes convencional: se utilizan sistemas como el triclororutenio / hipoclorito de sodio, los catalizadores son caros y difíciles de reciclar, la descarga de aguas residuales es grande y la calidad del producto es inestable.

Problemas de reacción intermitente: la liberación de calor de la reacción es intensa, el producto dtd es fácil de hidrolizar, la separación del catalizador es difícil y la eficiencia de producción es baja.

II. diseño del esquema experimental

Construcción del sistema de respuesta central

Estudiar la idea central de "catálisis verde + producción continua" y determinar los componentes clave del sistema de reacción:

Catalizador: se selecciona un Tamiz molecular esférico de titanio y silicio TS - 1, que tiene una estructura topológica mfi, el titanio de cuatro coordinaciones aislado puede proporcionar una excelente actividad de oxidación catalítica, y la estructura esférica se adapta al reactor de cama fija para evitar la pérdida del catalizador.

Oxidantes y sustratos: con un 30% en peso de h¿ o¿ como oxidante y un sulfito de etileno (es) como sustrato, los dos generan dtd a través de una reacción de oxidación.

Disolvente: después de seleccionar nueve disolventes polares diferentes, se determina que el carbonato de dimetilo (dmc) es el disolvente, que puede construir un sistema de tres fases "aceite - agua - sólido", aumentar la probabilidad de contacto del TS - 1 / h dióxido de carbono con es, al tiempo que inhibe la degradación de dtd, y la tasa de recuperación del disolvente alcanza El 95%.

Reactor de cama fija y dispositivo experimental

Estructura del reactor:Se utilizan dos reactores de columna de acero inoxidable con chaquetas en serie, y el reactor de un solo asiento está lleno de catalizador esférico TS - 1 de 45,0 ml; La chaqueta entra en el agua de refrigeración, coopera con el par térmico y el sensor de presión para lograr un control preciso de la temperatura y la presión de reacción.

Sistema de alimentación y separación:Las materias primas se dividen en fase orgánica (es + dmc) y fase de agua (solución de agua hřoč), que se transportan a la unidad de mezcla a través de dos bombas de fase líquida y luego entran en el reactor; Después de la reacción, el producto realiza inmediatamente la separación de aceite y agua a través de un dispositivo de separación continua compuesto por "embudo de separación + bomba de fase líquida" para evitar la degradación dtd.

Proceso experimental: tomando como ejemplo la concentración de 1mol / L es, 54,0g es se fijó en DMC a 500,0 ML y se mezcló con 59,5g 30% en peso de h¿ oš (1,05 equivalente) para bombear en el reactor; Después de la reacción, el agua se comunica en un matraz que contiene sulfito de sodio (na₃so ₃) para enfriar el hànico restante, la fase orgánica se seca con sulfato de sodio anhidro y el disolvente se evapora para obtener el sólido dtd, y la conversión y selectividad se determinan mediante el método estándar externo de cromatografía de gases (gc).

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3. optimización de los parámetros de reacción y análisis de los resultados

Optimización de parámetros clave

A través de experimentos de un solo factor, el estudio explora sistemáticamente los efectos del disolvente, la temperatura, la proporción de oxidantes, la velocidad del espacio líquido (lhsv) y la concentración del sustrato en la reacción, y determina los parámetros del proceso:

Temperatura:El control de temperatura gradiente inhibe la hidrolisis: en condiciones de temperatura única, el aumento de la temperatura (5 - 20 ° c) aunque eleva la conversión de es del 85,1% al 99,7%, la selectividad de dtd disminuye del 99,5% al 88,4% (debido a la intensificación de la hidrología); Finalmente, se utilizó la temperatura de gradiente "10 ℃ (primer reactor, reacción acelerada) + 5 ℃ (segundo reactor, inhibición de la hidrolisis)" para lograr un equilibrio entre la conversión del 87,9% y la selectividad del 99,3%.

Proporción de oxidantes: 1,05: 1 teniendo en cuenta la eficiencia y el costo: el contenido de agua del sistema aumentó significativamente cuando la relación Mole entre h¿ o¿ y es aumentó de 1,05 a 1,50, lo que provocó una disminución de la probabilidad de contacto entre es y catalizador, con una conversión del 90,4% al 84,3% y una selectividad del 99,4% al 98,0%; Por lo tanto, se determina que 1,05: 1 es proporcional para reducir los costos al tiempo que se garantiza la tasa de conversión.

Velocidad del aire líquido:Reacción de equilibrio y separación de 0,6h 1: cuando el lhsv pasó de 0,6h a 1,2h, el tiempo de retención de la reacción se redujo de 16,5 minutos y la hidrolisis dtd disminuyó (la selectividad aumentó del 99,1% al 99,4%), pero la conversión es cayó del 99,4% al 90,4%; Finalmente, se seleccionó 0,6h 1, asegurando la conversión de es sin necesidad de separar el sustrato no reaccionado de forma adicional.

Concentración del sustrato:Capacidad catalítica de adaptación de 1 MOL / l: cuando la concentración del sustrato es inferior a 3 MOL / l, la conversión de es es es superior al 98,0% y la selectividad de dtd es superior al 99,2%; Cuando la concentración aumentó a 4 MOL / l, el contenido de agua del sistema aumentó relativamente, la tasa de conversión cayó al 95,8% y la selectividad cayó al 98,5%. Por lo tanto, se eligió 1 MOL / L como concentración de sustrato, teniendo en cuenta la capacidad de producción y la calidad del producto.

Rendimiento y estabilidad del proceso

Excelentes indicadores básicos: bajo los parámetros (dmc como disolvente, temperatura de gradiente de 10 / 5 ° c, h o / es = 1,05: 1, lhsv = 0,6h 1, 30wt% H o, 1mol / L es), la conversión es alcanza el 99,5%, la selectividad dtd alcanza el 99,1%, y la tasa de separación dtd alcanza el 96% después de la separación continua, y la pureza del producto satisface las necesidades industriales.

Fuerte estabilidad del catalizador: los experimentos de funcionamiento continuo de 800 horas mostraron que la conversión y la selectividad del catalizador TS - 1 no disminuyeron significativamente; A través de la caracterización de FT - ir y xrd, su estructura no ha cambiado, lo que demuestra que el catalizador tiene una buena estabilidad en el sistema de reacción y puede reciclarse durante mucho tiempo.

IV. ventajas tecnológicas y valor de la industrialización

Doble mejora de la eficiencia y el costo: la producción continua mejora considerablemente la eficiencia de la producción de dtd, al tiempo que reduce los costos de catalizador, protección del medio ambiente y mantenimiento de equipos, sentando las bases para la producción industrial a gran escala.

Doble garantía de verde y seguridad: se adopta el sistema catalítico verde TS - 1 / h o, sin emisiones contaminantes; El reactor de cama fija resuelve eficazmente el problema de la liberación de calor de la reacción, separa e inhibe inmediatamente la degradación de los productos, teniendo en cuenta la protección del medio ambiente y la seguridad de la producción.

Valor de extensión tecnológica: el proceso no solo es adecuado para la síntesis de dtd, sino que también proporciona un marco técnico general para la síntesis continua y verde de compuestos de ciclosulfato (como otros sulfatos cíclicos), que se puede ampliar a los campos farmacéutico y químico fino.

V. Conclusiones

Este estudio ha desarrollado con éxito un proceso de síntesis continua de dtd basado en un reactor de cama fija, con TS - 1 esférico como catalizador, h¿ o¿ como oxidante y DMC como disolvente, a través de una estrategia combinada de "control de temperatura gradiente + optimización de parámetros precisos + separación instantánea", se ha logrado una oxidación eficiente de es y una Preparación personalizada estable de dtd, y finalmente se ha obtenido una conversión de es del 99,5%, una selectividad de dtd del 99,1% y un rendimiento de separación del 96%.

¡6. ¡ golpea directamente el punto doloroso sintético!La cama fija de Zhejiang brailis ayuda a mejorar la calidad y reducir los costos de la producción industrial.

El reactor de cama fija de Zhejiang brailis tiene ventajas de alta eficiencia, estabilidad y verde, y se adapta a las necesidades de los campos químico y de Nueva energía. Su diseño de cama fija de catalizador garantiza un contacto adecuado con el reactivo, combinado con un sistema de control de temperatura preciso, puede evitar el sobrecalentamiento local y mejorar significativamente la conversión y selectividad de la reacción, como la conversión de síntesis dtd del 99,5% y la selectividad del 99,1%. La estructura del equipo es simple y fácil de mantener, el catalizador se mantiene in situ sin pérdida, la vida útil es larga y los costos de operación se reducen considerablemente. Apoyar la producción continua y el control inteligente, con funciones de monitoreo en línea, operación conveniente y producción estable, al tiempo que reduce las emisiones de aguas residuales y el consumo de energía, en línea con el concepto de industria química Verde. Además, se puede personalizar y adaptar múltiples escenarios, teniendo en cuenta las necesidades de investigación y desarrollo de pequeñas pruebas y amplificación industrial.

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Brailis - reactor paralelo catalítico multifásico continuo

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