專利名稱：一種多功能離子液體制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成離子液體的裝置制備領(lǐng)域，特別是涉及到合成離子液體的微通道 反應(yīng)裝置部分、洗滌分離裝置部分、降膜蒸發(fā)干燥純化裝置部分及純度分析裝置部分；該裝 置可程序控制的連續(xù)式生產(chǎn)、分離提純離子液體及進(jìn)行其純度分析。此裝置也可用于其它 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)及有機(jī)物的分離提純。
背景技術(shù)：
室溫離子液體(Room Temperature Ionic Liquids, RTILs)是由有機(jī)陽離子和有 機(jī)或無機(jī)陰離子構(gòu)成、且在室溫及其附近溫度下呈液體狀體的鹽類，簡稱離子液體。離子液 體具有低溶點(diǎn)(大多數(shù)在300°C時仍能保持液態(tài)狀態(tài))、低蒸汽壓(幾乎不揮發(fā)，不易燃，不 易爆)、寬的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口、良好的溶解特性等優(yōu)良特性，且可根據(jù)陰陽離子的變化 調(diào)節(jié)其物理及化學(xué)性質(zhì)，因此，離子液體被認(rèn)為是一種可設(shè)計(jì)的、在綠色合成和清潔生產(chǎn)中 具有廣闊應(yīng)用前景的新型環(huán)境友好的綠色溶劑，已被廣泛地應(yīng)用于催化反應(yīng)及電化學(xué)等各 個領(lǐng)域，促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。然而，目前離子液體的制備大多都是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行小規(guī)模的合成及提純，操作 復(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)力，極大的限制了離子液體的大規(guī)模應(yīng)用。一般的化學(xué)反應(yīng)器可以包括一種或幾種功能，如專利“制備離子液體的多功能反 應(yīng)器”，專利公開號為CN1857767A，涉及到離子液體的合成分離于一體的反應(yīng)器，但此反應(yīng) 器需要人工操作且反應(yīng)時間長。離子液體的合成及分離提純方法多樣化，如結(jié)晶、萃取等， 目前尚沒有將離子液體的合成及分離提純方法統(tǒng)一化，并實(shí)現(xiàn)專用于離子液體合成和分離 提純的全流程控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種規(guī)模化連續(xù)合成、分離提純及純度分析的多功能離子 液體制備裝置，使離子液體的制備、分離提純及純度分析等步驟連續(xù)完成，并實(shí)現(xiàn)全流程的 自動控制。此裝置的發(fā)明，將離子液體的不同合成及分離方法進(jìn)行了統(tǒng)一化，同時實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 與分離集成一體，降低了生產(chǎn)制備成本，解決了離子液體規(guī)模化合成的關(guān)鍵問題。此套設(shè)備 只需人工將原料放置于儲罐，設(shè)置程序參數(shù)，即可在設(shè)定的時間后取離子液體，無需人力操 作，節(jié)約人力資源，為離子液體的規(guī)模化制備提供了依據(jù)。本發(fā)明所述的多功能離子液體制備裝置包括微通道反應(yīng)裝置部分、洗滌分離裝置 部分、降膜蒸發(fā)干燥純化裝置及純度分析裝置部分，可進(jìn)行離子液體的均相化學(xué)反應(yīng)及分 離提純。在此制備裝置中，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、分液、洗滌、結(jié)晶、降膜純化、純度分析等操作。微通 道反應(yīng)合成裝置部分包括進(jìn)料橫流泵、加熱器、反應(yīng)物預(yù)熱器、微通道反應(yīng)器、反應(yīng)延時器、 電磁閥、溫度及壓力測試器等；洗滌分離裝置及降膜蒸發(fā)干燥純化裝置部分包括洗滌分離 塔、外降膜蒸發(fā)器、加熱或冷卻器、真空泵、冷卻器、電磁控制閥、液體循環(huán)橫流泵等；純度分 析裝置部分包括電化學(xué)工作站。
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本發(fā)明所述的多功能離子液體制備裝置主要使用橫流泵以液體形式連續(xù)進(jìn)料，在 微通道反應(yīng)器中進(jìn)行充分反應(yīng)，微通道反應(yīng)器內(nèi)可進(jìn)行加壓、常壓和真空操作，微通道反應(yīng) 提高了反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物的生成率，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到95%以上，且反應(yīng)時間短， 降低了能耗。所用洗滌分離裝置為帶有可調(diào)轉(zhuǎn)速的攪拌漿的洗滌塔，攪拌漿由調(diào)速電機(jī)驅(qū) 動，且有計(jì)算機(jī)程序控制，根據(jù)反應(yīng)后產(chǎn)物的粘度及其它要求，可在程序中設(shè)置不同的轉(zhuǎn) 速，且攪拌漿可以是漿式、渦輪式或錨式。分液操作可通過洗滌分離裝置下方的電導(dǎo)率儀及 電磁閥實(shí)現(xiàn)，無需通過分液視管人工操作；若是產(chǎn)品結(jié)晶后，為了達(dá)到固液分離的目的，上 方的液體可通過真空泵抽走，然后在冷卻器中冷凝。產(chǎn)物的干燥提純主要通過降膜蒸發(fā)裝 置部分，通過橫流泵，產(chǎn)物可連續(xù)的進(jìn)行降膜蒸發(fā)，降膜蒸發(fā)的速度可由橫流泵的流量進(jìn)行 控制，溶劑通過真空泵抽走在冷卻器中冷卻。本發(fā)明所述的加熱及冷凝介質(zhì)根據(jù)反應(yīng)及分離的加熱或冷卻要求，可以是空氣、 蒸汽、熱水、硅油、冷水、乙醇，優(yōu)選空氣。本發(fā)明的離子液體制備裝置的管道和設(shè)備的材質(zhì)可以為不銹鋼、塘瓷、陶瓷或內(nèi) 襯聚四氟乙烯。本發(fā)明的多功能離子液體制備裝置的微通道反應(yīng)合成裝置部分、洗滌分離裝置部 分、降膜蒸發(fā)干燥純化裝置及純度分析裝置部分的溫度分別控制，利于連續(xù)式反應(yīng)和分離 的進(jìn)行。本發(fā)明的多功能離子液體制備裝置的工作程序由計(jì)算機(jī)自動控制，且在計(jì)算機(jī)中 根據(jù)不同的分離過程可任意調(diào)用不同的程序，如離子液體的重結(jié)晶及離子液體的洗滌分離 等，程序中的時間及進(jìn)料速度可由操作者自由設(shè)置。本發(fā)明的離子液體多功能制備裝置可連續(xù)的合成不同的離子液體，可以是咪唑類 離子液體、吡啶類離子液體、胍類離子液體、氨基功能化的離子液體、Lewis酸性離子液體、 Bransted酸性離子液體、手性功能化離子液體、羥基功能化離子液體、酯基功能化離子液體、 硫醚功能化離子液體、磺酰氯功能化離子液體、雙功能化離子液體等。此裝置不僅適用于生產(chǎn)不同種類的離子液體，對于其它的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)及產(chǎn)物分 離提純均適應(yīng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為(1)將離子液體的不同合成及分離方法 統(tǒng)一化，使離子液體的間歇式生產(chǎn)集成為連續(xù)式生產(chǎn)；(2)將微通道反應(yīng)器用于離子液體 的生產(chǎn)，提高了離子液體的純度，并使反應(yīng)時間由幾十小時縮短為幾小時，節(jié)省了時間；(3) 將離子液體的生產(chǎn)及分離集成于一體，實(shí)現(xiàn)了全流程自動控制，無需人工操作，節(jié)省人力， 有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明制備離子液體的多功能離子液體制備裝置的結(jié)構(gòu)流程圖附圖標(biāo)記1-2.原料儲罐； 3-4.洗滌劑儲罐；7.產(chǎn)物儲罐8.冷卻器；13，15.加熱裝置；14.加熱或冷卻裝置18.微通道反應(yīng)器；19.反應(yīng)延時器；
5-6.中間物儲罐； 9-12.橫流泵； 16，17.原料預(yù)熱器 20.洗滌分離器；
21.外降膜蒸發(fā)器；22.真空泵；23.電化學(xué)工作站；24-26.溫度測試點(diǎn)；27.壓力測試點(diǎn)28-32.雙通電磁閥；33-37.三通電磁閥；
具體實(shí)施例方式請參見圖1，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。結(jié)合附圖，本發(fā)明多功能離子液體制備裝置的離子液體的合成和分離提純方法采 用連續(xù)法，將合成目標(biāo)產(chǎn)物的原料A和B或相應(yīng)的水溶液導(dǎo)入原料儲罐1和2，通過加料橫 流泵9和10以設(shè)定的速度(根據(jù)反應(yīng)的快慢調(diào)節(jié)進(jìn)料的速度，對于反應(yīng)特別慢的則以小流 量進(jìn)料)進(jìn)入微通道反應(yīng)裝置，預(yù)先調(diào)節(jié)好裝置內(nèi)溫度，原料經(jīng)預(yù)熱、微反應(yīng)、延時反應(yīng)，然 后通過三通閥33進(jìn)入洗滌分離裝置，通過兩通電磁閥28及橫流泵11，洗滌劑1進(jìn)入洗滌分 離裝置進(jìn)行洗滌分離，離子液體、洗滌劑、水溶液分為有機(jī)離子液體層和水層，(或離子液體 在洗滌劑中重結(jié)晶)離子液體有機(jī)層在下方，水在上方，通過電導(dǎo)率儀自動分液及電磁閥 34的開關(guān)將下層液體導(dǎo)入儲罐5，上層水層導(dǎo)入儲罐6，(若是離子液體重結(jié)晶，則上層液通 過兩通電磁閥30和真空泵抽走，在冷卻器8中冷卻)，通過控制閥門28，32，34-36，橫流泵 11-12，用洗滌劑1循環(huán)洗滌幾遍，然后再用儲罐4中的洗滌劑2反洗儲罐5中的離子液體 幾遍。儲罐5中的離子液體及溶劑1通過橫流泵12進(jìn)入降膜蒸發(fā)器進(jìn)行降膜蒸發(fā)除去溶 劑1，然后離子液體進(jìn)入產(chǎn)物瓶，再導(dǎo)出少量的離子液體進(jìn)行電化學(xué)純度分析。下面以具體的實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明多功能離子液體制備裝置連續(xù)法合成離 子液體。實(shí)施例1利用本發(fā)明的多功能離子液體制備裝置制備BmimBr將合成BmimBr的原料N-甲基咪唑(82. 0g，1. Omol)和1_溴丁烷(142. 0g， 1. 05mol)分別加入原料儲罐1和2中，通過加料橫流泵9和10分別以5ml/min的速度進(jìn)入 微通道反應(yīng)裝置，裝置內(nèi)溫度控制在70°C，預(yù)熱、微反應(yīng)、延時反應(yīng)，然后通過三通閥33進(jìn) 入洗滌分離裝置，洗滌裝置預(yù)先冷至0°C左右，BmimBr在此裝置中結(jié)晶，未反應(yīng)的原料在上 層，開啟真空泵及打開兩通閥30，抽走上層液，打開兩通電磁閥28及橫流泵11，將混合溶劑 (乙腈/乙酸乙酯)導(dǎo)入洗滌塔，BmimBr重結(jié)晶3次。加熱洗滌裝置至60°C，使BmimBr為液 體，打開兩通電磁閥32及三通電磁閥34，使BmimBr為液體流入儲罐5 (116. 0g，0. 83mol)， 然后導(dǎo)出少量的BmimBr離子液體進(jìn)行電化學(xué)純度分析。實(shí)施例2利用本發(fā)明的多功能離子液體制備裝置制備離子液體BmimBF4，此合成步驟調(diào)用 不同于離子液體BmimBr的另一程序。將合成BmimBF4 的原料 BmimBr (219. 0g, 1. Omol)水溶液 300mL 和 NaBF4(121. 0g, 1. lmol)水溶液300mL加入原料儲罐1和2中，通過加料橫流泵9和10分別以10ml/min 的速度進(jìn)入微通道反應(yīng)裝置，裝置內(nèi)溫度控制在60°C，預(yù)熱、微反應(yīng)、延時反應(yīng)，然后通過三 通閥33進(jìn)入洗滌分離裝置，開啟機(jī)械攪拌裝置，同時打開兩通電磁閥28及橫流泵11，洗滌 劑二氯甲烷以50ml/min的速度進(jìn)入洗滌分離裝置進(jìn)行BmimBF4洗滌分離，二氯甲烷進(jìn)料 6min,再攪拌lOmin后，停止機(jī)械攪拌，分液5min，二氯甲烷離子液體BmimBF4層在下方，水及NaBr層在上方，打開電磁閥32，使液體流經(jīng)電導(dǎo)率儀，通過打開的三通電磁閥34進(jìn)入儲 罐5，當(dāng)電導(dǎo)率儀的值有突變時，將三通電磁閥34關(guān)閉，上層水層進(jìn)入儲罐6，通過控制閥門 28，32，34-36及橫流泵11_12的開關(guān)，用二氯甲烷循環(huán)洗滌水層幾遍，然后再用儲罐4中的 洗滌劑水反洗儲罐5中的離子液體BmimBF4 二氯甲烷層幾遍，使二氯甲烷層中的Br離子的 含量盡可能為零。儲罐5中的離子液體及二氯甲烷通過橫流泵12以20ml/min的速度進(jìn)入 降膜蒸發(fā)器進(jìn)行降膜蒸發(fā)除去二氯甲烷，降膜蒸發(fā)裝置內(nèi)溫度控制在50°C，溶劑二氯甲烷 在冷卻器中用液氮冷卻，最后BmimBF4離子液體在真空泵的作用下進(jìn)入產(chǎn)物瓶7 (190. 2g， 0. 85mol)，再導(dǎo)出少量的BmimBF4離子液體進(jìn)行電化學(xué)純度分析。實(shí)施例3利用本發(fā)明的多功能離子液體制備裝置制備離子液體BmimPF6合成步驟同BmimBF4離子液體，只是微通道反應(yīng)后，離子液體與水分層，無需用 二氯甲烷洗滌，只需用水洗滌分離即可。將原料NaBF4水溶液更換為KPF6的水溶液。原 料 BmimBr (219. 0g, lmol)水溶液 300mL 和 KPF6 (200. 3g, 1. lmol)水溶液 300mL，最后得 BmimPFg (204. 9g，0. 9mol)。
權(quán)利要求
一種多功能離子液體制備裝置，其特征在于使離子液體的合成、分離提純及純度分析步驟連續(xù)完成，并實(shí)現(xiàn)全流程的自動控制；多功能離子液體制備裝置，包括微通道反應(yīng)裝置部分、洗滌分離裝置部分、降膜蒸發(fā)干燥純化裝置部分及純度分析裝置部分，可進(jìn)行離子液體的均相化學(xué)反應(yīng)及分離提純；在此制備裝置中，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、分液、洗滌、結(jié)晶、降膜純化、純度分析操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能離子液體制備裝置，其特征是微通道反應(yīng)裝置部分 包括進(jìn)料泵、加熱器、反應(yīng)物預(yù)熱器、微通道反應(yīng)器、反應(yīng)延時器、電磁控制閥、溫度及壓力 測試器；洗滌分離裝置及降膜蒸發(fā)干燥純化裝置部分包括洗滌分離塔、外降膜蒸發(fā)器、加熱 或冷卻器、真空泵、電磁控制閥、液體循環(huán)橫流泵；純度分析裝置部分包括電化學(xué)工作站。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能離子液體制備裝置，其特征是微通道反應(yīng)裝置部分、 洗滌分離裝置部分及降膜蒸發(fā)干燥純化裝置部分的溫度分別控制，有利于反應(yīng)及分離的有 序進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能離子液體制備裝置，其特征是加熱及冷凝介質(zhì)根據(jù) 反應(yīng)及分離的加熱或冷卻要求，可以是空氣、蒸汽、熱水、硅油、冷水、乙醇，優(yōu)選空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能離子液體制備裝置，其特征是工作程序由計(jì)算機(jī)自 動控制，且根據(jù)不同的分離過程在計(jì)算機(jī)中可任意調(diào)用不同的程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能離子液體制備裝置，其特征是將微通道反應(yīng)器用于 離子液體的生產(chǎn)，整體反應(yīng)時間由幾十小時縮短為幾小時，節(jié)省了時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成離子液體的裝置制備領(lǐng)域。此裝置是能夠進(jìn)行規(guī)模化連續(xù)合成、分離提純及純度分析的多功能離子液體制備裝置，使離子液體的合成、分離提純及分析等步驟連續(xù)完成，并實(shí)現(xiàn)全流程的自動控制。多功能離子液體制備裝置，包括微通道反應(yīng)裝置部分、洗滌分離裝置部分、降膜蒸發(fā)干燥純化裝置部分及純度分析裝置部分，可進(jìn)行離子液體的均相化學(xué)反應(yīng)及分離提純。在此制備裝置中，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)、分液、洗滌、結(jié)晶、降膜純化、純度分析等操作。此裝置不僅適用于生產(chǎn)不同種類的離子液體，對于其它的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)及產(chǎn)物分離提純均適應(yīng)。
文檔編號C07D233/58GK101851208SQ20101019431
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者刁琰琰, 張鎖江, 張香平, 楊普, 閆瑞一 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所