本发明涉及有机化合物的生产领域，尤其涉及一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法和系统。
背景技术：
3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺是一种类白色粉末固体，由于其有两个活泼的羟基，容易跟别的化合物发生酰化、加成、酯化等反应，是一种重要的染料和医药中间体，主要用于合成红玉酯化液、酸性染料、活性染料和分散染料中间体，是分散红167、分散红74等染料合成的必要原料。目前，3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺主要为间歇生产工艺，通常是在釜式反应器中，采用乙醇等做溶剂，把过量的环氧乙烷分多次缓慢通入间氨基乙酰苯胺溶液中，反应生成3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺，存在收率低、反应时间较长的问题。
为了解决产品收率低的问题，公开号cn104744286a的专利申请文献公开了一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的合成方法，即在压力釜中加入间氨基乙酰苯胺、溶剂和催化剂聚乙二醇并加热到80～85℃，在1.5～3小时内通入环氧乙烷，间氨基乙酰苯胺与环氧乙烷摩尔比1:2.2～2.3，通完后，在90～100℃保温1～2小时，降温至5～10℃结晶、过滤得产品。上述工艺均属于间歇密闭式生产工艺，为了保证原料间氨基乙酰苯胺反应完全，需要通入过量的环氧乙烷，反应压力可达0.3～0.5mpa。同时环氧乙烷通入较难控制，通入过慢，反应时间延长，过快一方面体系压力会瞬间升高不稳定，另一方面环氧乙烷会发生聚合等副反应。
众所周知，环氧乙烷是一种有毒的致癌物质，其蒸气能与空气形成范围广阔的爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。若遇高热可发生剧烈分解，引起容器破裂或爆炸事故，因此环氧乙烷的使用存在较大的安全隐患。为此，公开号cn105481623a的专利申请文献提供了一种羟乙基苯胺类的合成工艺，即使用流速10～50ml/min的泵-1将原料反应液打入微通道反应器，使用泵-2将环氧乙烷打入微通道反应器中，加热至80～100℃，反应完全后，后处理，得到羟乙基苯胺类中间体。
超重力技术是一项新兴的技术，利用旋转造成稳定的可以调节的离心力场，它采用旋转的环状多孔填料床，使得气液两相在旋转填料层中充分接触，从而完成传质和传热。它的适用范围广泛，既可用于传质分离过程，又可用于复相反应过程，所处理的介质多种多样，根据不同需要可以是气液两相或液液两相，还可以是气液固三相。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的安全化、连续化生产方法，通过超重力、催化技术在3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺生产中的应用，强化气液两相传质、传热，提高羟化反应效率，同时降低工艺生产的危险性。
本发明公开了一种根据上述系统生产3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的方法，包括以下步骤：
1)打浆：间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水进入打浆单元，搅拌混合打浆，得到打浆料；
2)反应：打浆料和环氧乙烷连续泵入超重力反应单元进行羟化反应并出料至接收单元，所述循环反应体系的反应温度为50～100℃；接收单元、超重力反应单元和换热单元组成反应循环体系；
3)后处理：反应物料从接收单元采出，进入稀释釜降温结晶，离心机过滤得到产品和母液水，母液水返回打浆工序再利用。
优选地，所述的催化剂为醋酸与氯化锌组成的复合催化剂，所述醋酸与氯化锌质量比为1：0.1～1。
优选地，所述间氨基乙酰苯胺为固体，采用料仓、螺旋绞龙和计量称系统形成精确计量输送至打浆釜，催化剂、水喝母液水采用计量泵输送至打浆釜。所述的间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水连续进入打浆釜进料质量比为1：(0.001～0.1)：(0.1～0.6)：(0.3～1)。
所述超重力机包括超重力旋转填充床、超重力旋转折流床、超重力旋转螺旋通道、超重力旋转碟片或定转子超重力旋转装置。优选为超重力旋转填充床，旋转填料床的超重力作用促使反应物料在多孔介质中流动接触，从而产生巨大剪切力将液体撕裂成纳米级的液膜、液丝或液滴，强化内部微观混合与反应传质作用。
进一步优选，所述的超重力旋转填充床的转子转速为500～3000r/min。
所述的间氨基乙酰苯胺在循环反应体系中的停留时间为10～100min。所述的循环反应体系的反应温度为50～100℃，反应压力为0～0.3mpa。所述的间氨基乙酰苯胺与环氧乙烷进料摩尔比为1：(2.01～2.1)。
后处理中，所述的降温结晶的温度为10～15℃。
本发明还公开了一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产系统，包括：
打浆单元，用于将间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水打浆得到打浆料；
超重力反应单元，用于将所述打浆料与环氧乙烷进行羟化反应；
接收单元，与所述超重力反应单元和换热单元组成循环反应体系，用于控制反应液位或重量并出料；
后处理单元，包括稀释釜和离心机，和用于对所述接收单元采出的反应物料降温结晶并离心过滤得到产品。
所述接收单位、换热单元和超重力反应单元组成循环反应体系，接收单元控制液位或重量连续采出反应物料到稀释釜，换热单元移除反应过程中产生的热量，换热介质为冷冻水、冷冻盐水、循环水中的一种。
相对现有工艺，本发明的有益效果主要体现在：
1.本发明通过超重力机在羟化反应中的运用，强化了气液两相的传质效果，同时，在反应体系加入复合催化剂，使得反应效率进一步提高，反应的时间得到缩短，从通常原料间氨基乙酰苯胺反应完全需要5h左右，减少到仅需约10～30min即可。
2.本发明的原料环氧乙烷通过连续进料的方式，有效避免了环氧乙烷过量发生聚合等副反应，减少了环氧乙烷的使用量，同时本发明反应体系温度和压力较低且更稳定，增加了工艺生产的安全性。同时，采用密闭反应系统，环氧乙烷可以得到充分的利用，减少了后处理环节环氧乙烷废气的排放以及处理。
3.本发明通过超重力机等连续化生产工艺，可有效减少常规釜式反应生产设备的占地面积。
附图说明
图1为本发明3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产工艺流程图。
图2为本发明3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产系统装置图，其中，1-水计量槽、2-水计量泵、3-催化剂计量槽、4-催化剂计量泵、5-母液水计量槽、6-母液水计量泵、7-打浆釜、8-打浆料计量泵、9-环氧乙烷计量槽、10-环氧乙烷计量泵、11-超重力机、12-接收釜、13-循环泵、14-换热器、15-稀释釜、16-离心机。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提供了一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，具体参见图1，包括以下步骤：
1)打浆：间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水进入打浆釜，搅拌混合打浆，得到打浆料；
2)反应：打浆料和环氧乙烷连续泵入超重力机，进行羟化反应并出料至接收釜，接收釜、换热器和超重力机组成循环体系，控制反应温度为50～100℃；
3)后处理：反应物料从接收釜采出，进入稀释釜，经降温结晶，离心机过滤，得到产品和母液水，母液水返回打浆工序再利用。
本发明中，将间氨基乙酰苯胺在含有复合催化剂的水和母液水中进行打浆，以保证体系均一，进料稳定。打浆过程中，水和母液水进料量之和为间氨基乙酰苯胺进料量的30～100wt％。
本发明中，复合催化剂由本领域技术人员熟知的路易斯酸复配得到，为了进一步提高间氨基乙酰苯胺与环氧乙烷的反应速率，优选采用醋酸与氯化锌组成的复合催化剂。在优选的复合催化剂的作用下，一方面，醋酸既作为催化剂，同事还起到溶剂的作用，使得反应在短时间内形成均相体系，增加了环氧乙烷与间氨基乙酰苯胺的接触概率；另一方面，氯化锌作为路易斯酸，能进一步促进环氧乙烷开环作为亲核试剂参与加成反应。进一步优选，醋酸与氯化锌配制质量比为1:0.1～1。
本发明中，复合催化剂的用量以保证打浆充分即可，复合催化剂的用量优选为间氨基乙酰苯胺进料量的0.1～10wt％，进一步优选为2～5wt％。本发明为了间氨基乙酰苯胺的快速溶解，将间氨基乙酰苯胺的打浆温度控制在30～70℃。
本发明对超重力机的类型不做特别限定，采用本领域技术人员熟知的即可，其中，超重力机转子采用网状、柱状或片状的一种或者、多种组装而成的填料，从而增加气液相的碰撞接触概率以及反应停留时间。本发明中，超重力机的转子转速控制在500～3000r/min，优选为1200～2100r/min。
本发明中，接收釜、换热器和超重力机组成循环体系，接收釜控制液位或重量，连续采出反应物料到稀释釜，换热器移除反应过程中产生的热量，换热介质为冷冻水、冷冻盐水、循环水中的一种。控制循环体系的反应温度为50～100℃，优选为60～75℃。所述的间氨基乙酰苯胺在循环体系中停留时间为10～100min。本发明反应在低压条件下即可反应完全，为了生产安全，超重力机的反应压力控制在0～0.3mpa。
本发明的降温结晶在稀释釜中进行，稀释釜采用夹套或内盘管的降温方式，降温盘管内置于稀释釜内，保证物料能快速降温，提高结晶效率。其中，冷却介质为本领域技术人员熟知的冷却介质，例如可选自冷冻水、冷冻盐水、循环水中的一种。
本发明中，稀释釜的问题控制为能使产品充分结晶的温度，优选为维持体系温度在10～15℃。另外，本发明为了防止热料整股快速进入体系遇到冷料骤冷，导致结晶结块，容易增加搅拌的负荷以及堵住管道等温度，进入稀释釜的管道优选为装有分布器，可以使得物料呈花洒状进入冷冻溶液，加快结晶的速率。
本发明中，为了减少三废的产生以及催化剂的使用量，产品后处理中过滤分离产生的含催化剂的滤液收集套用于打浆工序。
本发明中还公开了3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产系统，具体参见图2，包括：依次接连的1-水计量槽、2-水计量泵、3-催化剂计量槽、4-催化剂计量泵、5-母液水计量槽、6-母液水计量泵、7-打浆釜、8-打浆料计量泵、9-环氧乙烷计量槽、10-环氧乙烷计量泵、11-超重力机、12-接收釜、13-循环泵、14-换热器、15-稀释釜、16-离心机。
在某些具体实施例中，水、母液水、催化剂和间氨基乙酰苯胺加入打浆釜(7)中进行打浆得打浆料；打浆料与环氧乙烷连续泵入超重力机(11)进行羟化反应并出料至接收釜(12)，接收釜(12)、换热器(14)和超重力机(11)组成循环体系，接收釜控制液位或重量，连续采出反应物料到稀释釜(15)，降温结晶，继续出料至离心机(16)过滤分离得到3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺产品，过滤得到的母液水收集至母液水计量槽(5)。
实施例
下面对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
在3方打浆釜内加入15kg/h水、50kg/h母液水、3.5kg/h复合催化剂(醋酸与氯化锌按质量比1:1配制而成)，搅拌下投入131.5kg/h间氨基乙酰苯胺，维持温度至60℃打浆制备成打浆料，打浆料通过计量泵以及流量计控制，按200kg/h流速泵入超重力机，同时环氧乙烷按照88kg/h流速泵入超重力机，反应温度控制在70～75℃，压力0.02～0.025mpa，超重力机转速控制1800r/min。反应得到的产品出料至500l接收釜，接收釜保温在70～75℃。接收釜循环泵以500kg/h循环至反应器，待接收釜液位到达2/3左右，以288kg/h速度出料至稀释釜进行降温结晶、过滤分离，分离出的母液水收集至打浆工序的母液水计量槽。产品经液相色谱检测纯度98.5％，收率97.2％。
实施例2：
在3方打浆釜内加入19kg/h水、60kg/h母液水、6kg/h催化剂(醋酸与氯化锌按质量比1:1配制而成的复合催化剂)，搅拌下投入165kg/h间氨基乙酰苯胺，维持温度至70℃打浆制备成打浆料，打浆料通过计量泵以及流量计控制，按250kg/h流速泵入超重力机，同时环氧乙烷按照101kg/h流速泵入超重力机，反应温度控制在65～70℃，压力0.02～0.03mpa，超重力机转速控制2000r/min。反应得到的产品出料至500l接收釜，接收釜保温在65～70℃。接收釜循环泵以500kg/h循环至反应器，待接收釜液位到达2/3左右，以351kg/h速度出料至稀释釜进行降温结晶、过滤分离，分离出的母液水收集至打浆工序的母液水计量槽。产品经液相色谱检测纯度98.8％，收率98.0％。
对比例1：
采用与实施例1基本一致的方法，除了将实施例1中的复合催化剂替换为醋酸，得到的产品液相色谱检测纯度96.0％，收率93.8％。
对比例2：
采用与实施例1基本一致的方法，除了不加入催化剂，得到的产品经液相色谱检测纯度94.5％，收率90.2％。
对比例3：
在3方打浆釜内加入19kg/h水、60kg/h母液水、6kg/h催化剂(醋酸与氯化锌按质量比1:1配制而成的复合催化剂)，搅拌下投入165kg/h间氨基乙酰苯胺，维持温度至70℃打浆制备成打浆料，打浆料通过计量泵以及流量计控制，按250kg/h流速泵入接收釜，同时环氧乙烷按照101kg/h流速泵入接收釜，反应温度控制在65～70℃，压力0.02～0.03mpa。接收釜循环泵以500kg/h循环至接收釜，待接收釜液位到达2/3左右，以351kg/h速度出料至稀释釜进行降温结晶、过滤分离，分离出的母液水收集至打浆工序的母液水计量槽。产品经液相色谱检测纯度88.1％，收率91.1％。
对比例4：
在5方高压锅内加入750kg水、40kg实施例1中采用的复合催化剂，搅拌下投入1500kg间氨基乙酰苯胺，升温至75～80℃后，开始在2～3小时内缓慢通入980kg环氧乙烷，反应体系压力在0.3～0.35mpa。通毕，升温至85～90℃继续保温3～4小时。保温结束后，进行降温结晶、过滤分离。产品液相色谱检测纯度93.1％，收率91.5％。
通过上述实施例、对比例可知，加入催化剂，尤其是复合催化剂，可提高产物纯度及收率，通过超重力机和催化剂的联合使用，可显著提高产物纯度及收率，与间歇釜式反应相比，连续化反应可有效降低环氧乙烷的使用量，缩短反应时间，提高产品的纯度和收率。
1.一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，包括以下步骤：
1)打浆：间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水进入打浆单元，搅拌混合打浆，得到打浆料；
2)反应：打浆料和环氧乙烷连续泵入超重力反应单元进行羟化反应并出料至接收单元，所述循环反应体系的反应温度为50～100℃；接收单元、超重力反应单元和换热单元组成反应循环体系；
3)后处理：反应物料从接收单元采出，进入稀释釜降温结晶，离心机过滤得到产品和母液水，母液水返回打浆工序再利用。
2.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述催化剂为醋酸与氯化锌组成的复合催化剂，所述醋酸与氯化锌质量比为1：0.1～1。
3.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水和的进料质量比为1：(0.001～0.1)：(0.1～0.6)：(0.3～1)。
4.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的间氨基乙酰苯胺与环氧乙烷进料摩尔比为1：(2.01～2.1)。
5.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的超重力机为超重力旋转填充床。
6.根据权利要求5所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的超重力旋转填充床的转子转速为500～3000r/min。
7.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的间氨基乙酰苯胺在循环反应体系中的停留时间为10～100min。
8.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的循环反应体系的反应温度为50～100℃，反应压力为0～0.3mpa。
9.根据权利要求1所述的3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产方法，其特征在于，所述的降温结晶的温度为10～15℃。
10.一种3-n,n-二羟乙基氨基乙酰苯胺的生产系统，其特征在于，包括：
打浆单元，用于将间氨基乙酰苯胺、催化剂、水和母液水打浆得到打浆料；
超重力反应单元，用于将所述打浆料与环氧乙烷进行羟化反应；
接收单元，与所述超重力反应单元和换热单元组成循环反应体系，用于控制反应液位或重量并出料；
后处理单元，包括稀释釜和离心机，和用于对所述接收单元采出的反应物料降温结晶并离心过滤得到产品。
技术总结