本技術(shù)屬于三氟甲磺酸鹽制備，具體涉及一種連續(xù)化制備三氟甲磺酸鹽的裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、三氟甲磺酸鹽包括三氟甲磺酸鈉、三氟甲磺酸鉀、三氟甲磺酸鋇等，其因具備強酸性、高化學(xué)穩(wěn)定性、良好的溶解性及電化學(xué)活性等性能，在鋰電池電解質(zhì)、有機合成中的酸性催化劑、藥物中間體的官能團修飾、功能材料的表面改性等多個領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，因此其高效、高純度的生產(chǎn)工藝及工業(yè)化應(yīng)用成為當(dāng)前的研究熱點。
2、現(xiàn)有制備三氟甲磺酸鹽的方法有下述方法：
3、jp2005232040a公開了三氟甲磺酸鋰的生產(chǎn)方法，首先由甲基磺酸氯與氟化鉀反應(yīng)生成甲基磺酰氟，之后將甲基磺酰氟和液態(tài)氟化氫加入電解槽中進行電解，生成的三氟甲磺酰氟與碳酸鋰水溶液或者碳酸鋰懸濁液反應(yīng)，生成粗品三氟甲磺酸鋰溶液。該方法所得產(chǎn)品中碳酸鋰等雜質(zhì)較多，產(chǎn)品純度較低。
4、us4925975a公開了一種制備高純度堿金屬氟代烷基磺酸鹽的方法：美國專利報道了使用三氟甲磺酸和碳酸鋰或氫氧化鋰一水物進行反應(yīng)，控制反應(yīng)的ph值在3~6，再將三氟甲磺酸鋰干燥后得到產(chǎn)品。該方法所得產(chǎn)品含有過量的三氟甲磺酸，會影響電池的特性，降低其穩(wěn)定性。
5、cn200710185143.4通過三氟甲磺酸與金屬醇化物反應(yīng)制造三氟甲磺酸金屬鹽的方法，和其用作生產(chǎn)羥基羧酸酯的酯化催化劑和/或酯交換催化劑的用途，包括具有至少一個三氟甲磺酸基團的三氟甲磺酸金屬鹽作為一或幾種羥基羧酸與一或幾種醇反應(yīng)來制備羥基羧酸酯的酯化催化劑的用途，其中三氟甲磺酸的金屬鹽包括mg、ca、al、sn、ti、zr、fe、cu或zn作為金屬。
6、cn202011631435.8公開了一種制備三氟甲磺酸鋰的方法和裝置。本技術(shù)的方法包括：將原料碳酸鋰和有機溶劑丁酮加入反應(yīng)器內(nèi)，控制回流溫度和反應(yīng)器溫度后，將三氟甲磺酰氯由反應(yīng)器底部加入反應(yīng)器中，三氟甲磺酰氯汽化并通過氣體分散器后與碳酸鋰反應(yīng)，反應(yīng)生成的二氧化碳排出，生成的三氟甲磺酰鋰溶液經(jīng)過濾后，進入干燥裝置，干燥后得到三氟甲磺酸鋰產(chǎn)品。
7、cn?202310476143.9公開了一種三氟甲磺酸鹽的制備方法，采用甲基磺酰氯、氟化鉀、液態(tài)氟化氫、碳酸鹽水溶液，制備得到粗三氟甲磺酸鹽溶液；再通過過濾、濃縮干燥，來純化粗三氟甲磺酸鹽，得到高品質(zhì)的三氟甲磺酸鹽。該方法無法保證碳酸鹽能夠完全去除，會導(dǎo)致產(chǎn)品純度較低。
8、cn?201911135622.4公開了一種三氟甲磺酸鋰的制備方法，在氮氣保護下，向鋅粉和四氫呋喃的懸浮溶液中通入三氟鹵代甲烷，然后再加入適量的單質(zhì)碘，緩慢加熱反應(yīng)生成三氟甲基鹵化鋅。在三氟甲基鹵化鋅加入三氧化硫固反應(yīng)得到三氟甲烷磺酸鹵化鋅反應(yīng)液，再用氫氧化鋰中和、過濾、蒸干濾液得到三氟甲磺酸鋰。該方法制備步驟較多，不易得到高純度的產(chǎn)品。
9、cn?202011253895.1公開了一種三氟甲磺酸鋅的制備工藝，二硫化碳與三氟碘甲烷及硫反應(yīng)生成(cf3-s-s-cf3)，將(cf3-s-s-cf3)與汞在光照下反應(yīng)得到三氟甲硫基汞，上述三氟甲硫基汞與氧化劑進一步氧化生成三氟甲磺酸一水合物，將三氟甲磺酸一水合物進行過濾獲得三氟甲磺酸水溶液，向三氟甲磺酸水溶液中添加足量的鋅，加熱回流至溶液呈中性。該方法制備步驟復(fù)雜，反應(yīng)過程中需嚴格控制條件。
10、cn?202311177151.x將三氟甲磺酸加入至非質(zhì)子非極性有機溶劑中，再分批加入氧化亞銅粉末，非均相回流反應(yīng)，回流冷凝器冷凝分出產(chǎn)生的對應(yīng)量的水，降溫至室溫，過濾，真空干燥得高純度三氟甲磺酸亞銅。該方法無法有效處理產(chǎn)生廢渣，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
11、綜上所述，現(xiàn)有制備三氟甲磺酸鹽仍存在如下問題：
12、其一為產(chǎn)品純度難以達標(biāo)，或因碳酸鋰、碳酸鹽等原料殘留或因三氟甲磺酸過量殘留或因步驟冗余引入副產(chǎn)物，無法滿足高端應(yīng)用場景的純度要求；
13、其二是工藝實用性不足，部分方法步驟繁瑣、反應(yīng)條件控制嚴苛，既提升了操作難度，也增加了生產(chǎn)能耗與成本；
14、其三是工業(yè)化適配性差，存在廢渣處理困難、原料浪費、劇毒試劑帶來環(huán)保風(fēng)險等問題。
15、因此，當(dāng)前亟待提出一種工藝簡潔可控、產(chǎn)品純度高、適配規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的三氟甲磺酸鹽制備裝置及方法以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述核心問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的三氟甲磺酸鹽純度不達標(biāo)、工藝成本高、難以工業(yè)化量產(chǎn)的問題，本技術(shù)提出一種工藝簡潔可控、產(chǎn)品純度高、適配規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的連續(xù)化制備三氟甲磺酸鹽的裝置及方法。
2、本技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一方面，本技術(shù)提出一種連續(xù)化制備三氟甲磺酸鹽的裝置，包括合成單元和分離單元；
4、所述合成單元包括一級反應(yīng)器、二級反應(yīng)器、換熱器、氣體緩沖罐、螺旋輸送裝置、尾氣處理罐；
5、所述一級反應(yīng)器和二級反應(yīng)器的內(nèi)部均設(shè)置有螺旋通道，所述螺旋通道上均勻布置有篩孔，所述一級反應(yīng)器的頂部設(shè)有液相分布器一，底部設(shè)有氣相分布器一；所述二級反應(yīng)器的頂部設(shè)有液相分布器二，底部設(shè)有氣相分布器二；
6、所述一級反應(yīng)器的底部與所述二級反應(yīng)器的頂部液相分布器二相連通，所述二級反應(yīng)器的頂部與所述一級反應(yīng)器的氣相分布器一相連通；
7、所述換熱器的出口管道連接至所述一級反應(yīng)器的上部；
8、所述氣體緩沖罐的進口連接三氟甲磺酰氟進氣管道，所述氣體緩沖罐的出口與所述二級反應(yīng)器的底部氣相分布器一相連通；
9、所述螺旋輸送裝置與所述一級反應(yīng)器的頂部相連通；
10、所述尾氣處理罐與所述一級反應(yīng)器的頂部通過排氣管道連通；
11、所述分離單元包括刮板離心機、中間緩沖罐、薄膜蒸發(fā)器；
12、所述刮板離心機的進口與所述二級反應(yīng)器底部連通，所述刮板離心機的液相出口與所述中間緩沖罐相連通；所述中間緩沖罐的出口分別連接所述薄膜蒸發(fā)器的進口和所述換熱器的進口。
13、優(yōu)選的，所述一級反應(yīng)器、二級反應(yīng)器、氣體緩沖罐、中間緩沖罐的材質(zhì)為鋼襯ptfe；所述刮板離心機、薄膜蒸發(fā)器的材質(zhì)為s31603；所述換熱器的材質(zhì)為碳化硅。
14、優(yōu)選的，所述一級反應(yīng)器和二級反應(yīng)器內(nèi)部螺旋通道的材質(zhì)為ptfe，所述篩孔的直徑為5~20mm，所述螺旋通道通過四氟托板固定。
15、優(yōu)選的，所述氣相分布器二和氣相分布器一材質(zhì)為ptfe且開孔朝下，所述液相分布器二和液相分布器一的材質(zhì)為ptfe且開孔朝上。
16、優(yōu)選的，所述一級反應(yīng)器的底部出液口與所述二級反應(yīng)器的頂部連通的管路上設(shè)有第三泵；所述刮板離心機的進口與所述二級反應(yīng)器底部連通的管路上設(shè)有第一泵；所述中間緩沖罐的出口分別連接所述薄膜蒸發(fā)器的進口和所述換熱器的進口的管路上設(shè)有第二泵。
17、優(yōu)選的，所述第三泵和第一泵為泥漿泵；所述第二泵為離心泵。
18、另一方面，本技術(shù)提供一種連續(xù)化制備三氟甲磺酸鹽的方法，包括如下步驟：
19、步驟s1、將堿液通過一級反應(yīng)器的頂部液相分布器一通入所述一級反應(yīng)器中；
20、步驟s2、將所述一級反應(yīng)器底部的堿液通過二級反應(yīng)器的頂部液相分布器二通入所述二級反應(yīng)器中；
21、步驟s3、將所述二級反應(yīng)器底部的溶液通入刮板離心機進行固液分離，分離得到的清液收集至中間緩沖罐；
22、步驟s4、將所述中間緩沖罐內(nèi)的清液通過換熱器換熱后返回所述一級反應(yīng)器；同時將氧化鈣通過螺旋裝置加入至所述一級反應(yīng)器中；
23、步驟s5、將三氟甲磺酰氟氣體通過氣體緩沖罐后，再通過二級反應(yīng)器的底部氣相分布器二，與所述二級反應(yīng)器內(nèi)的堿液逆向接觸反應(yīng)；未反應(yīng)的三氟甲磺酰氟通入所述一級反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，殘余的三氟甲磺酰氟通過所述一級反應(yīng)器頂部的排氣管道排至尾氣處理罐；
24、步驟s6、待清液的ph值達到6~9后，將部分清液輸送至薄膜蒸發(fā)器進行干燥。
25、優(yōu)選的，步驟s1中，所述堿液的質(zhì)量分數(shù)為30~50%、溫度為常溫，流量控制為80~100kg/h；所述堿液為氫氧化鈉、氫氧化鋇、氫氧化鉀中的任一一種。
26、優(yōu)選的，步驟s3-s4中，所述中間緩沖罐的液位控制≥300mm，所述刮板離心機采用的濾布目數(shù)為400~600目；控制所述換熱器換熱后溶液的溫度≤90℃，所述氧化鈣的加入量為200g/h。
27、優(yōu)選的，步驟s5中，三氟甲磺酰氟的進氣壓力控制為0.1~0.2mpa、進氣流量過量1~2%；
28、優(yōu)選的，步驟s6中，輸送至薄膜蒸發(fā)器的清液量為循環(huán)清液量的0.5~0.8倍，所述薄膜蒸發(fā)器的干燥溫度為130~190℃、真空度為-0.1~-0.08mpa，清液在所述薄膜蒸發(fā)器內(nèi)的停留時間為10~30s。
29、本技術(shù)的有益效果如下：
30、本技術(shù)設(shè)計的裝置包括反應(yīng)單元和分離單元，各單元之間通過管道和閥門緊密連接，形成了連續(xù)化的生產(chǎn)流程，連續(xù)提純并得到三氟甲磺酸鹽粉體。這種設(shè)計大大提高了生產(chǎn)效率，減少了人工干預(yù)，降低了原料單耗及生產(chǎn)成本。最終產(chǎn)品的三氟甲磺酸純度可達99.9％以上，水分含量低于100ppm，f-和so42-等雜質(zhì)含量也遠低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，無需進一步提純即可直接使用。
31、本技術(shù)在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置螺旋通道和篩孔，是流體在反應(yīng)器中進行旋流和穿孔流兩種流態(tài)耦合形式，氣液相可充分接觸反應(yīng)，解決了轉(zhuǎn)化不徹底、反應(yīng)時間長等問題；同時控制篩孔直徑，運行過程避免了堵塞現(xiàn)場；
32、本技術(shù)采用清液循環(huán)方式進行換熱，反應(yīng)器及內(nèi)部螺旋通道采用ptfe材質(zhì)，避免了物料對設(shè)備的腐蝕，延長設(shè)備使用時間。