二甲基亞砜(DMSO)，化學(xué)式為：C₂H₆OS，是一種含硫有機(jī)化合物;是重要的非質(zhì)子極性溶劑，具有高極性、高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性好、非質(zhì)子、與水混溶的特性，能溶于乙醇、丙醇、苯和氯仿等大多數(shù)有機(jī)物，被譽(yù)為“萬能溶劑”。據(jù)調(diào)查目前國內(nèi)市場對二甲基亞砜的總需求量在5萬噸左右，其廣泛應(yīng)用在石油化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、芳烴抽提、人造羊毛、電子和國防工業(yè)中，預(yù)計(jì)2027年DMSO的市場規(guī)模將達(dá)到12.5億元。面對如此龐大的市場需求量，目前，DMSO的生產(chǎn)方式多為釜式，但是釜式工藝反應(yīng)時(shí)間過長，反應(yīng)放熱嚴(yán)重，雜質(zhì)二甲砜含量高等因素大大影響了生產(chǎn)效率。為了提高產(chǎn)量，降低成本，科芯微流嘗試使用連續(xù)流工藝合成DMSO。

釜式工藝反應(yīng)過程及存在問題

釜式工藝流程：將雙氧水滴加到二甲硫醚中,反應(yīng)溫度設(shè)定在25-40℃，滴加反應(yīng)時(shí)間4h,反應(yīng)完全后，取少量反應(yīng)液烘干水分得到產(chǎn)物。

釜式工藝缺點(diǎn)：反應(yīng)滴加時(shí)間長，雜質(zhì)含量高，反應(yīng)易超溫等問題，并且同批次或者不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量很難得到保證。

連續(xù)流工藝反應(yīng)過程

使用設(shè)備：科芯微流自主研發(fā)的板式微通道反應(yīng)器+靜態(tài)管式反應(yīng)器

反應(yīng)流程圖：

反應(yīng)過程：以二甲硫醚做為反應(yīng)液A，以雙氧水做為反應(yīng)液B，使用不銹鋼柱塞泵作為A股物料進(jìn)料泵，使用四氟柱塞泵作為B股物料進(jìn)料泵，使用板式微通道反應(yīng)器加靜態(tài)管式反應(yīng)器模式;二甲硫醚在板式微通道反應(yīng)器直接一股進(jìn)料，雙氧水分三股進(jìn)料，在板式反應(yīng)器中進(jìn)一股(50%)，在微通道反應(yīng)器與靜態(tài)管式反應(yīng)器連接處進(jìn)一股(25%)，在靜態(tài)管式反應(yīng)器中間進(jìn)一股(25%)。連接的管路各處都有控溫和溫度監(jiān)測，保證各處反應(yīng)溫度都不會過高，達(dá)到控制反應(yīng)溫度，降低雜質(zhì)的目的。

反應(yīng)結(jié)果：在反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間25~30s的情況下，產(chǎn)品收率達(dá)到99%以上，雜質(zhì)含量小于1%。

反應(yīng)液氣相圖譜：

(80℃，30s氣相色譜譜圖)

(80℃，25s氣相色譜譜圖)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

目前，連續(xù)流工藝生產(chǎn)DMSO已完成工業(yè)化方案設(shè)計(jì)，以下為連續(xù)流工藝與間歇釜式工藝工業(yè)化生產(chǎn)對比：

1.縮短了反應(yīng)時(shí)間：

在釜式反應(yīng)中，滴加和熟化的時(shí)間加起來需要1-3h，才能達(dá)到中控要求。在微通道反應(yīng)器中，由于其高效的傳質(zhì)和傳熱能力，在0.5min停留時(shí)間下即可達(dá)到中控要求。

2.持液量低，失控風(fēng)險(xiǎn)?。?/p>

在釜式反應(yīng)中，多使用2000L反應(yīng)釜，持液量巨大，發(fā)生危險(xiǎn)很難控制住;在連續(xù)流反應(yīng)器中，持液量約5.5L，當(dāng)發(fā)生不可控風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，失控所導(dǎo)致的破壞力可以大大降低。

3.反應(yīng)控溫準(zhǔn)確，局部過熱風(fēng)險(xiǎn)?。?/p>

該反應(yīng)放熱量較大，在釜式反應(yīng)中，換熱主要通過釜壁進(jìn)行，在中部的反應(yīng)液，反應(yīng)放熱很難被及時(shí)轉(zhuǎn)移走，易造成局部溫度過高，這樣即會促進(jìn)副反應(yīng)發(fā)生，也會增加失控的風(fēng)險(xiǎn)性;使用連續(xù)流模式，各部件都有控溫系統(tǒng)，且傳質(zhì)傳熱優(yōu)秀，可使反應(yīng)各階段控溫更精確。

對比以上釜式與連續(xù)流的工藝，可以發(fā)現(xiàn)連續(xù)流不僅可以縮短反應(yīng)時(shí)間，降低雜質(zhì)含量，提高產(chǎn)品收率，而且還易于自動化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，安全性高。