[0001]技术领域
[0002]本发明涉及一种超声氨化法制11-氨基十一酸的方法。
[0003]背景技术
[0004]尼龙11(PA11)是最早期的生物基聚酰胺产品,是通过蓖麻油与甲醇反应,再经裂解等一系列化学反应生成ω-十一氨基酸,最后经过聚合反应制备而成的长链段柔性尼龙。与源于石油资源的PA12相比,PA11具有更高的熔点、更低的燃料和气体渗透率、更优异的抗冲击性能;与常见的短碳链PA相比,PA11具有更好的柔韧性、尺寸稳定性以及抗冲击性,PA11的工业化被最早研发出它的法国阿科玛垄断,随着经济发展的需求,我国也在不断加大这方面的科研投资力度。制约我国PA11发展的是聚合单体的制备技术,因此,11-氨基十一酸的合成对打破国外垄断具有十分重要的意义。
[0005]现有11-溴代十一酸制备11-氨基十一酸技术是用氨水和溴代十一酸反应,通常以氨水作为做为溶剂,将11-溴代十一酸混合至25%-30%浓度的氨水中,充分搅拌,在20-30℃下反应60-100h。中国专利CN101289409A,通过氨化催化法制11-氨基十一酸,反应时间45-50h。专利CN102256934A公开了一种溴代十一酸熔融进料、氨解反应梯度升温的方法制备11-氨基十一酸,反应时间为20-80h。该反应过程存在反应效率低,反应时间长,运行成本高等缺点。
[0006]发明内容
[0007]针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种高效、简单的制备11氨基十一酸的工艺和装置。本发明设备简单,反应速率快,大大缩短了反应时间。
[0008]本发明采用的技术方案如下:
[0009]一种超声氨化法制11-氨基十一酸的工艺,包括:将11-溴代十一酸和氨水加入搅拌釜中进行搅拌混合,得到初步反应的混合液,然后将搅拌釜中的混合液输送到超声连续反应器中,其中,所述超声连续反应器包括n级依次串联的探头式超声波槽串联,开启超声波,使混合液流经各级探头式超声波槽,反应生成11-氨基十一酸悬浊液;将制得的悬浊液进行过滤、水热除氨、冷却、干燥,得到11-氨基十一酸。
[0010]进一步地,所述11-溴代十一酸和氨水的质量比是1:4-8,氨水质量浓度是25%-30%。
[0011]进一步地,所述n为2-10的整数,优选为2-5的整数,所述混合液在超声连续反应器中的停留时间为4~8小时,优选为5~6小时。
[0012]进一步地,所述超声连续反应器的各级探头式超声波槽可单独控制反应温度,各级探头式超声波槽内的反应温度均在10~30℃范围内。
[0013]进一步地,沿着混合液的流动方向,各级探头式超声波槽内的反应温度依次递升,相邻两级反应温度提升幅度在2-10℃,优选提升幅度在5-10℃,第一级探头式超声波槽内的反应温度为10-12℃,最后一级探头式超声波槽内的反应温度为20-30℃。
[0014]进一步地,各级探头式超声波槽的超声波频率为20~60KHz,超声功率密度为10~30W/cm 3 。
[0015]本发明还提供制备11-氨基十一酸的工艺所采用的装备,其包括搅拌釜、超声连续反应器和过滤器;所述搅拌釜设有11-溴代十一酸粉末加料口、氨水加料口和出料口;所述超声连续反应器包括n级依次串联的探头式超声波槽串联,所述搅拌釜出料口与超声连续反应器的入口连接,所述超声连续反应器的出口连接输送泵,物料通过输送泵输送至过滤器进行过滤。
[0016]进一步地,所述搅拌釜内设有搅拌桨,搅拌桨类型为锚式搅拌桨。所述n为2-10的整数,优选为2-5的整数。
[0017]通过采用上述技术,与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
[0018]1、本发明通过超声反应器,在超声空化的作用下,11-溴代十一酸固体颗粒表面的11-氨基十一酸将迅速剥离,快速溶于水中,使界面不断更新,强化了液固两相的传递作用,进而加快反应速率,减少反应时间,降低反应能耗。
[0019]2、本发明采用梯度升温法控制11-溴代十一酸与氨水的反应过程,使目标产物的选择性更高,产品质量更加稳定。
[0020]附图说明
[0021]图1是超声氨化法制11-氨基十一酸的工艺的流程示意图;
[0022]图2是本发明装备结构示意图;
[0023]附图2标记包括:1-搅拌釜;2-超声连续反应器;3-过滤器
[0024]具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围并不限于此。
[0026]本发明实施例中采用的反应装置结构如图2所示,其包括搅拌釜1、超声连续反应器2和过滤器3。所述搅拌釜设有11-溴代十一酸粉末加料口、氨水加料口和出料口。所述超声连续反应器包括n级依次串联的探头式超声波槽2串联,所述搅拌釜出料口与超声连续反应器的入口连接,所述超声连续反应器的出口连接输送泵,物料通过输送泵输送至过滤器3进行过滤。
[0027]所述搅拌釜内设有搅拌桨,搅拌桨类型优选为锚式搅拌桨。
[0028]所述超声连续反应器由2~10个超声波槽串联组成,所述探头式超声波槽的超声波频率为20~60KHz,所述探头式超声波槽的超声功率密度为10~30W/cm 3 。
[0029]采用上述装置超声氨化制备11-氨基十一酸时,其包括以下步骤(参见图1):
[0030]步骤S1,开启第一输送泵将氨水通入搅拌釜里,然后边搅拌边加入溴代十一酸粉末,充分搅拌分散制得初步反应的混合液
[0031]步骤S2,开启第二输送泵,将初步反应混合均匀的混合液泵入超声连续反应器中,混合液依次流经各级探头式超声波槽,同时开启超声波,在超声波强化促进作用下反应4-8h生成11-氨基十一酸,所诉超声波槽的超声波频率为20~60KHz,所述探头式超声波槽的超声功率密度为10~30W/cm 3 。
[0032]步骤S3,将超声连续反应器制得的11-氨基十一酸流入到过滤器,具体而言,通过阀门将11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨,冷却,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0033]采用此制备装置和制备方法,与现有技术的搅拌法或氨化催化法相比,该反应设备简单,反应速率快,大大缩短了反应时间,收率提升,纯度升高。
[0034]采用上述制备装置和制备方法,下面结合具体的实施例进行说明。
[0035]本发明实施例中氨水的浓度是25%。
[0036]实施例1
[0037]步骤S1,在搅拌槽里加入5000g氨水,在搅拌的同时加入1250g 11-溴代十一酸粉末,充分搅拌制得初步反应混合液。
[0038]步骤S2,开启输送泵将搅拌釜中混合均匀的混合液泵入由3个探头式超声波槽组成的超声连续反应器,超声波的频率为20KHz,超声功率密度为20W/cm 3 。同时开启超声波,悬浮液流经3个串联的探头式超声波槽,反应液在各级探头式超声波槽中的停留时间相同,温度梯度依次升温(10℃,20℃,30℃),即第一级、第二级和第三级探头式超声波槽中的反应温度分别是10℃、20℃和30℃,在超声波的强化促进作用下反应5小时生成11-氨基十一酸。
[0039]步骤S3,将超声连续反应器制得的11-氨基十一酸流入到过滤器,具体而言,通过阀门将11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨(水热除氨的温度为65℃,滤饼和水质量比1:6.5,下同),冷却5h,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0040]实施例2
[0041]步骤S1,在搅拌槽里加入5000g氨水,在搅拌的同时加入1250g 11-溴代十一酸粉末,充分搅拌制得初步反应混合液。
[0042]步骤S2,开启输送泵将搅拌釜中混合均匀的混合液泵入由3个探头式超声波槽组成的超声连续反应器,超声波的频率为20KHz,超声功率密度为15W/cm 3 。同时开启超声波,悬浮液流经3个串联的探头式超声波槽,反应液在各级探头式超声波槽中的停留时间相同,温度梯度依次升温(10℃,20℃,30℃),在超声波的强化促进作用下反应5小时生成11-氨基十一酸。
[0043]步骤S3,将超声连续反应器制得的11-氨基十一酸流入到过滤器,具体而言,通过阀门将11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨,冷却7h,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0044]实施例3
[0045]步骤S1,在搅拌槽里加入5000g氨水,在搅拌的同时加入625g 11-溴代十一酸粉末,充分搅拌制得初步反应混合液。
[0046]步骤S2,开启输送泵将搅拌釜中混合均匀的混合液泵入由3个探头式超声波槽组成的超声连续反应器,超声波的频率为20KHz,超声功率密度为20W/cm 3 。同时开启超声波,悬浮液流经3个串联的探头式超声波槽,反应液在各级探头式超声波槽中的停留时间相同,温度梯度依次升温(10℃,20℃,30℃),在超声波的强化促进作用下反应5小时生成11-氨基十一酸。
[0047]步骤S3,将超声连续反应器制得的11-氨基十一酸流入到过滤器,具体而言,通过阀门将11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨,冷却4h,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0048]对比例1
[0049]采用带加热的搅拌釜,先在搅拌槽里加入5000g氨水,在搅拌的同时加入1250g11-溴代十一酸粉末,同时加热搅拌釜到30℃,充分搅拌制得初步反应混合液。继续搅拌5h,将反应好的11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨,冷却,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0050]对比例2
[0051]步骤S1,在搅拌槽里加入5000g氨水,在搅拌的同时加入1250g 11-溴代十一酸粉末,充分搅拌制得初步反应混合液。
[0052]步骤S2,开启输送泵将搅拌釜中混合均匀的混合液泵入3个串联的搅拌釜中,3个串联的搅拌釜梯度升温(10℃、20℃、30℃,每个温度的停留时间与实施例1中一致),充分搅拌反应5h,将反应好的11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨,冷却,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0053]对比例3
[0054]与实施例1相同的实验步骤,不同之处仅在于“第一级、第二级和第三级探头式超声波槽中的反应温度均为30℃”,其他反应条件不变,将反应好的11-氨基十一酸悬浊液进行过滤,固液分离,随后进行水热除氨,冷却,干燥,得到11-氨基十一酸。
[0055]将上述实施例和对比例得到的11-氨基十一酸进行性能检测,结果如表1所示。从表1的结果可见,与直接采用搅拌釜恒温反应的对比例1、直接采用搅拌釜梯度进行梯度升温的对比例2、采用3个串联的探头式超声波槽恒温反应的对比例3相比,本发明实施例的技术方案得到的11-氨基十一酸,反应完全,收率可以达到99.9%以上。
[0056]表1
[0057]本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举,本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。