一种气体发生和转化装置制造方法
【专利摘要】一种气体发生和转化装置，该装置包括依次由顶部设置的气体导管串连的鼓泡器（1）、第一反应器（2）、第二反应器（3）和尾气吸收器（4），所述鼓泡器（1）的顶部设有气体导入管（12），尾气吸收器（4）顶部设有气体排出管（9），所述的鼓泡器（1）的气体导入管（12）的气体导入端以及第一反应器（2）、第二反应器（3）和尾气吸收器（4）内气体导管的气体导入端均接有鼓泡搅拌器，第一反应器（2）的顶部还设有反应液导入管（11）。该装置安全可控，适用于危险气体的发生及其转化过程。
【专利说明】一种气体发生和转化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种有机合成装置，具体地说，是一种气体发生和转化装置。
【背景技术】
[0002]重氮甲烷是一种由N-甲基-N-亚硝基对甲基苯磺酰胺与强碱作用后产生的高活性试剂，针对不同的反应对象可以进行甲基化、环加成、卡宾插入等多种反应。比如与酸反应得到羧酸甲酯、与醇反应得到甲醚、与含有氨基的化合物反应得到相应的甲基化产物、与醛反应得到酮、与烯键则既可进行环加成反应也可以实现卡宾插入反应等，利用此试剂可以获得一般实验条件下无法实现的化学转化反应，获得结构独特的有机化合物，在有机合成、分析化学、环境分析、工业制备等领域得到了广泛应用。但该化合物有剧毒、易爆炸、具有致癌活性且不易储存、需要使用者现制现用等，在制备过程中还要求严密防护，使用的玻璃仪器也必须是烧结玻璃，一般实验室都避免使用这种试剂而选用其他的甲基化方法，但其独特的性能有时又无法用其它试剂取代，比如对空间位阻较大的底物进行甲基化，其它甲基化试剂几乎无法实现完全转化，如果要利用卡宾反应时其它试剂也无法替代。因此，如何能够实现安全、可控、稳定地使用重氮甲烷一直是广大化学工作者追求的目标。
[0003]近年来，随着市场可以供应安全稳定的重氮甲烷前体N-甲基-N-亚硝基对甲基苯磺酰胺，一般实验室已经可以根据需要自行制备所需量的重氮甲烷，但其产生装置仍不能实现安全控制。如EPA标准中的8151A方法描述的操作过程，虽然使用了鼓泡法带出重氮甲烷和甲基化的操作，但其中将这个反应所需的氢氧化钾与N-甲基-N-亚硝基对甲基苯磺酰胺一次置于同一反应器中进行，反应不易控制，而且该鼓泡装置仅为一简单的玻璃管，鼓泡效率较低，因为流量小时，从细管鼓出的气体仅能在一点作用，起不到同时搅拌的作用，流量大时，搅拌作用增强，但会因鼓泡太快将来不及反应的重氮甲烷带出反应体系而降低甲基化效果。张永涛等(《重氮甲烷衍生气相色谱-质谱法检测地下水中17种酸性除草剂》岩矿测试.2010, 29(4):345-349)开发的鼓泡法实现了重氮甲烷产生量的控制，但将固体直接加入反应器中靠滴入的氢氧化钠液体与之接触产生重氮甲烷，没有搅拌作用，不能实现均相反应° Michael 等(“Making diazomethane accessible for R&D and industry:
[0004]generation anddirect conversion in a continuous micro-reactor set-up”.Green Chemistry.2008, 10, 41 - 43)开发的装置则是一种微型甲基化反应装置，三种物料通过液体泵输入一种管式反应器中进行反应，出口产物连接GC进行在线分析，安全系数很高，但该装置本质上已属于一种工业用连续甲基化试验装置，全部操作已实现自动控制。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种气体发生和转化装置，该装置安全可控，适用于危险气体的发生及其转化过程。
[0006]本实用新型提供的一种气体发生和转化装置，包括依次由顶部设置的气体导管串连的鼓泡器、第一反应器、第二反应器和尾气吸收器，所述鼓泡器的顶部设有气体导入管，尾气吸收器顶部设有气体排出管，所述的鼓泡器的气体导入管的气体导入端以及第一反应器、第二反应器和尾气吸收器内气体导管的气体导入端均接有鼓泡搅拌器，第一反应器的顶部还设有反应液导入管。
[0007]优选地，将第一反应器顶部的反应液导入管与反应液注射泵相连，以可控地注入反应液与第一反应器内装有的反应原料反应产生所需的气体。
[0008]所述的鼓泡搅拌器优选为莲蓬状，其底端为多孔烧结玻璃板。所述多孔烧结玻璃板上设有多个孔。
[0009]优选地，鼓泡器的气体导入管的一端与气体流量调节器和气体压力调节器串连，以监控引入装置的载气的量。所述载气为惰性气体，优选氮气。
[0010]所述鼓泡器内装有第一反应器使用的反应原料的溶剂，用于检测气路是否通畅，并补充第一反应器使用的反应原料的溶剂，尾气吸收器装有过量气体吸收溶剂，用于吸收气体转化过程中未反应的过量气体。第一反应器为气体发生器，内装有产生气体的反应原料，并可从上部反应液导入管加入所需的另一种反应液，与器内的反应原料反应产生气体，第二反应器内装有与产生的气体进行反应的物质，待气体进入后即发生反应，使气体转化，以研究第二反应器所装反应物与气体的反应性能。
[0011]本实用新型用气体导管串连鼓泡器、第一反应器、第二反应器和尾气吸收器四个器皿，鼓泡器气体导入管以及其它气体导管的气体导入端与鼓泡搅拌器连接，气体导管的气体导出端均伸入其上游器皿内，置于器内液面之上，具体地，伸入鼓泡器、第一反应器、第二反应器内的气体导管的气体导出端以及气体排出管伸入尾气吸收器内的一端均置于器内液面之上，鼓泡搅 拌器置于液面之下。
[0012]本实用新型所述的装置，通过控制通入装置的载气量和控制进入第一反应器的反应液量，可控制气体的生成量，当开启设置在反应器内的鼓泡搅拌器时，鼓泡搅拌器可以起到搅拌和增大反应物之间的接触机会的作用，同时通过鼓泡搅拌器引入的载气将反应器内产生的气体带入后续的反应器中，使得反应器内的反应更加迅速和充分。而且，通过设置的尾气吸收器可以吸收未充分反应的危险气体，使得整个合成过程更加安全。因此，本实用新型提供的装置安全可控，特别适用于重氮甲烷的产生及使用。
[0013]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0015]图1是本实用新型的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型中鼓泡搅拌器的鼓泡端的示意图；
[0017]图3是鼓泡搅拌器的鼓泡端的仰视图。
[0018]附图标记说明
[0019]I鼓泡器2 第一反应器
[0020]3 第二反应器 4 尾气吸收器
[0021]5a~5d鼓泡搅拌器 6 流量调节器
[0022]7 压力调节器 8 反应液注射泵[0023]9 气体排出管 10 载气源
[0024]11、 反应液导入管12、气体导入管
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0026]如图1所示，本实用新型提供的装置包括鼓泡器1、第一反应器2、第二反应器3和尾气吸收器4，由气体导管依次串连，即一个器皿的气体导出口与其相邻的器皿的气体导入口之间由气体导管相连，鼓泡器I和尾气吸收器的顶部分别设有气体导入管12和气体排出管9。所述鼓泡器1、所述第一反应器2、所述第二反应器3和所述尾气吸收器4内分别设置有第一鼓泡搅拌器5a、第二鼓泡搅拌器5b、第三鼓泡搅拌器5c和第四鼓泡搅拌器5d,所述第一鼓泡搅拌器5a与所述鼓泡器I的气体导入管12的导入端连通，所述第二鼓泡搅拌器5b与所述第一反应器2的气体导管的导入端连通，该气体导管的另一端与所述鼓泡器I的气体导出口连通，所述第三鼓泡搅拌器5c与所述第二反应器3的气体导管的导入端连通，该气体导管的另一端与所述第一反应器2的气体导出口连通，所述第四鼓泡搅拌器5d与所述尾气吸收器4的气体导管的导入端连通，该气体导管的另一端与所述第二反应器3的气体导出口连通，尾气吸收器4顶部设有气体排出管9。
[0027]在本实用新型中，第一鼓泡搅拌器5a、第二鼓泡搅拌器5b、第三鼓泡搅拌器5c和第四鼓泡搅拌器5d各自可以为各种本领域常规的鼓泡搅拌器，只要能够达到鼓泡搅拌的作用即可。优选情况下，第一鼓泡搅拌器5a、第二鼓泡搅拌器5b、第三鼓泡搅拌器5c和第四鼓泡搅拌器5d的鼓泡端各自独立地为多孔烧结玻璃板。所述泡搅拌器的鼓泡端可以设置为各种常规的形状，例如可以为如图2所示的莲蓬头形状。莲蓬头的底端为多孔烧结玻璃板，为带孔的圆形板，其仰视图如图3所示。所述多孔烧结玻璃板的直径可以为0.5-2cm,优选为1-1.5cm。所述多孔烧结玻璃板的厚度可以为2?IOmm,所述多孔烧结玻璃板上的孔的直径可以为0.1?1mm。
[0028]本实用新型提供的装置适用于产生气体(特别是对人体有害的危险气体)及气体的转化应用。特别地，本实用新型适用于重氮甲烷的产生以及使用。当本实用新型用于重氮甲烷的产生和转化时，所述鼓泡器I用于检测气路是否通畅，并补充第一反应器使用的反应原料的溶剂，所述第一反应器2用于产生重氮甲烷；所述第二反应器3用于将重氮甲烷与其他化合物反应，例如，使重氮甲烷与酸反应得到羧酸酯，或者使重氮甲烷与醇反应得到醚，或者使重氮甲烷与含有氨基的化合物反应得到甲基化产物，或者使重氮甲烷与醛反应得到酮，或者使含烯键化合物进行环加成反应或卡宾插入反应；所述尾气吸收器4用于吸收在第二反应器3中未充分反应的重氮甲烷。
[0029]当本实用新型用于重氮甲烷的产生以及后续转化过程时，鼓泡器1、第一反应器
2、第二反应器3和尾气吸收器4的优选设置如下:
[0030]鼓泡器I为带旋盖和硅橡胶垫的硼硅玻璃容器，内装适量的乙醚，用聚四氟乙烯管为气体导入管12引入惰性气体，优选氮气，作为载气，载气用于携带第一反应器2产生的重氮甲烷进入第二反应器3，该气体导管的气体导入端连接一底端为多孔烧结玻璃板的鼓泡搅拌器，作为第一鼓泡搅拌器5a,所述多孔烧结玻璃板尽量触及鼓泡器I的底部。该鼓泡器I可用于检测气路是否通畅，也可用于补充后续反应器中由于鼓泡而流失的乙醚溶剂。
[0031]第一反应器2为带旋盖和硅橡胶垫的硼硅玻璃容器，内装氢氧化钾的水-卡必醇溶液和适量的乙醚，用聚四氟乙烯管连通鼓泡器I的气体导出口和第一反应器2的气体导入口，作为鼓泡器I和第一反应器2的气体导管,该管的气体导入端连接底端为多孔烧结玻璃板的鼓泡搅拌器，作为第二鼓泡搅拌器5b，所述多孔烧结玻璃板尽量触及第一反应器2的底部。气体导管伸入鼓泡器I的端口在液面以上为宜，最好是刚入鼓泡器2即可。用一根聚四氟乙烯管连通反应液注射泵8和第一反应器2的反应液导入管11。
[0032]第二反应器3为带旋盖和硅橡胶垫的硼硅玻璃容器，内装待甲基化液体，用另一根聚四氟乙烯管连通第一反应器2的气体导出口和第二反应器3的气体导入口，作为二者之间的气体导管，该管伸入第一反应器2的端口在液面以上为宜，最好是刚入第一反应器2即可。该管的气体导入端连接底端为多孔烧结玻璃板的鼓泡搅拌器，作为第三鼓泡搅拌器5c，所述多孔烧结玻璃板尽量触及第二反应器3的底部，
[0033]尾气吸收器4为带旋盖和硅橡胶垫的硼硅玻璃容器，内装醋酸和乙醚，用于吸收未充分反应的重氮甲烷。用聚四氟乙烯管连通第二反应器3的气体导出口和尾气吸收器4的气体导入口，作为气体导管，该管的气体导入端连接一底端为多孔烧结玻璃板的鼓泡搅拌器，作为第四鼓泡搅拌器5d，所述多孔烧结玻璃板尽量触及尾气吸收器4的底部。该管伸入第二反应器3的端口在液面以上为宜，最好是刚入第二反应器3即可。尾气吸收器4的顶部设有气体排出管9。
[0034]上述第一反应器2中发生的反应如下:
[0035]
【权利要求】
1.一种气体发生和转化装置，其特征在于，该装置包括依次由顶部设置的气体导管串连的鼓泡器(I)、第一反应器(2)、第二反应器(3)和尾气吸收器(4)，所述鼓泡器(I)的顶部设有气体导入管(12)，尾气吸收器(4)顶部设有气体排出管(9)，所述的鼓泡器(I)的气体导入管(12)的气体导入端以及第一反应器(2)、第二反应器(3)和尾气吸收器(4)内气体导管的气体导入端均接有鼓泡搅拌器，第一反应器(2)的顶部还设有反应液导入管(11)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，将第一反应器(2)顶部的反应液导入管(11)与反应液注射泵(8 )相连。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述鼓泡搅拌器为莲蓬状，其底端为多孔烧结玻璃板。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的多孔烧结玻璃板上设有多个孔。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，鼓泡器(I)的气体导入管(12)的一端与气体流量调节器(6)和气体压力调节器(7)串连。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，鼓泡器(I)内装有第一反应器(2)使用的反应原料的溶剂，尾气吸收器(4 )装有过量气体吸附溶剂。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一反应器(2)内装有产生气体的反应原料，第二反应器(3)内装有与产生的气体进行反应的物质。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，伸入鼓泡器(I)、第一反应器(2)、第二反应器(3)内的气体导管的气体导出端以及气体排出管(9)伸入尾气吸收器(4)内的一端均置于器内液面之上，鼓泡搅拌器置于液面之下。
【文档编号】C07C245/16GK203569005SQ201320645670
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】韩江华, 黄玉萍, 王树青 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院