背景技術(shù)
四丁基脲(Tetrabutylurea，TBU)是一種應(yīng)用較為廣泛的有機(jī)物，可以作為化學(xué)反應(yīng)的中間體，也可作為化學(xué)生產(chǎn)中的溶劑、萃取劑和催化劑。其中，四丁基脲在雙氧水生產(chǎn)中作為溶劑，取得了良好的效果并得到了應(yīng)用。在四丁基脲作為中間體、溶劑、萃取劑和催化劑時，從熱力學(xué)上測定和分析其基本物性參數(shù)得到了一定的研究，積累了相應(yīng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對四丁基脲的分析檢測方法也得到了研究和開發(fā)。由于四丁基脲的用途較為廣泛，研究對其的有機(jī)合成和生產(chǎn)方法具有重要的價值。
生產(chǎn)四丁基脲的方法有多種，以光氣等羰基化試劑與相應(yīng)的有機(jī)胺反應(yīng)為主，具體的工藝方法包括光氣法、雙光氣法、三光氣法、碳酸酯法、氨基甲酰氯法、一氧化碳等。其中，采用光氣法生產(chǎn)四丁基脲，是具有應(yīng)用價值和發(fā)展?jié)摿Φ墓に嚰夹g(shù)。雖已有四丁基脲合成研究，但在文獻(xiàn)中鮮見采用連續(xù)流光氣法合成四丁基脲的報道。
連續(xù)流反應(yīng)器是在微化工領(lǐng)域發(fā)展的一種新型反應(yīng)器，隨著對微化工技術(shù)和微通道連續(xù)流反應(yīng)器的流動、傳熱傳質(zhì)、反應(yīng)研究取得進(jìn)展，得到了日益廣泛的應(yīng)用。由于微通道連續(xù)流反應(yīng)器具有反應(yīng)通道小型/微型化、持液量小、傳熱速率快、混合與傳質(zhì)效率高、反應(yīng)得到強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)，提高了單位反應(yīng)的通量，減少了反應(yīng)停留時間，并且在連續(xù)化生產(chǎn)過程中實現(xiàn)智能化和自動化控制程度提高，提升了生產(chǎn)的安全性能，在有機(jī)合成領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。
本文采用連續(xù)流反應(yīng)器，以二正丁胺為原料與光氣反應(yīng)合成四丁基脲，研究連續(xù)流光氣法合成四丁基脲的工藝，開展工藝參數(shù)的優(yōu)化。研究結(jié)果將為連續(xù)流光氣法合成四丁基脲的工藝技術(shù)放大和工業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。
反應(yīng)原理與步驟
采用二正丁胺與光氣反應(yīng)，在連續(xù)流反應(yīng)器中合成四丁基脲。在反應(yīng)過程中，由弱堿性溶液提供堿性環(huán)境，理論上1mol光氣將消耗2mol二正丁胺，其中，1分子二正丁胺首先與光氣發(fā)生?；磻?yīng)生成氨基甲酰氯和胺的鹽酸鹽，另1分子二正丁胺再與氨基甲酰氯反應(yīng)最終合成四丁基脲產(chǎn)品。整個合成中，原料與光氣的配比極其關(guān)鍵。通常會探索適宜的物料配比，實現(xiàn)原料高轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)品高的收率，且使中間產(chǎn)物氨基甲酰氯徹底反應(yīng)。
在實驗中，光氣采用平流柱塞泵輸送，加壓保冷降溫，以液態(tài)將光氣輸入反應(yīng)器；二正丁胺和堿液也通過平流柱塞泵輸送進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)行混合和保溫反應(yīng)；反應(yīng)后，通過反應(yīng)器頂部的出口排出到接收罐并在罐中完成氣液分離，尾氣經(jīng)過背壓 閥后由水、堿破壞系統(tǒng)吸收。整個反應(yīng)需要在堿性環(huán)境中進(jìn)行，各樣品水相的pH值保持在10左右。采用安捷倫7820A氣相色譜儀分析反應(yīng)物和產(chǎn)物。在實驗中，按照探索的反應(yīng)最佳工藝條件為基準(zhǔn)，在研究不同的變量對四丁基脲合成的影響時，其余參數(shù)不變，改變考察的變量參數(shù)；并在工藝研究中根據(jù)條件設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)以進(jìn)行探索優(yōu)化。
結(jié)果
研究表明，連續(xù)流反應(yīng)器合成四丁基脲的最佳工藝為：采用二正丁胺、光氣、17.00%堿液三相進(jìn)料的方式進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)溫度95℃、反應(yīng)停留時間15min、設(shè)備運(yùn)行頻率20Hz、反應(yīng)壓力0.2MPa、二正丁胺與光氣進(jìn)料配比1:0.6(摩爾比)，二正丁胺與氫氧化鈉1:1.3(摩爾比)。最佳反應(yīng)結(jié)果為：反應(yīng)液出料，原料二正丁胺剩余3.26%、產(chǎn)物四丁基脲含量95.05%，雜質(zhì)含量1.69%。反應(yīng)液 100℃左右保溫攪拌30min， 原料二正丁胺剩余1.28%、產(chǎn)物四丁基脲含量98.67%，雜質(zhì)含量0.05%，且實驗數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，實驗結(jié)果具有重現(xiàn)性。
參考文獻(xiàn)
[1] 李舒濤,高繼賢,馮中毅,等. 連續(xù)流光氣法合成四丁基脲的工藝研究[J]. 廣東化工,2025,52(24):1-4. DOI:10.3969/j.issn.1007-1865.2025.024.001.