專利名稱：一種芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用旋轉填料床由氣相三氧化硫磺化芳香類有機物制 備芳香類磺酸的設備。
背景技術：
芳香類磺酸是以芳香類有機物和濃硫酸、發(fā)煙硫酸或三氧化硫等磺化劑發(fā) 生磺化反應而得到的磺酸類有機物。以濃硫酸或發(fā)煙硫酸為磺化劑進行磺化反 應時，反應過程中有水生成，會形成廢酸，污染環(huán)境，腐蝕設備，不利于磺化 反應的進行；而以氣體三氧化硫為磺化劑進行磺化反應時，具有磺化能力強、 轉化率高、產(chǎn)品純度高及不產(chǎn)生廢酸等特點，但目前其工藝與方法多局限于大 分子量有機物的磺化，對于小分子量有機物如苯、甲苯，尤其是熱敏性有機物 的磺化，則研究較少。目前常用的磺化反應器有釜式、罐組式、膜式、噴射式 等。其中釜式及罐組式磺化反應器相間接觸面積小，傳質傳熱效果差，生產(chǎn)效 率低；膜式磺化反應器結構復雜，設備的加工、制造及安裝精度要求都較高， 投資費用大，操作彈性小，開停車不方便，且換熱面積有限，對某些快速強放 熱反應容易產(chǎn)生局部過熱，不利于磺化反應的進行，尤其是對于某些熱敏性有 機物的磺化，會降低產(chǎn)品的選擇性。
用噴射式磺化反應器進行磺化反應的發(fā)明專利主要有美國Chemithon公司 (US 4113438， 1978)的沖擊噴射式磺化反應器(ImpacUet Reactor),該反應器 通過文丘里噴嘴將高速進料有機物霧化，形成巨大的表面積，并與同時引入的 S03-空氣混合物在噴嘴喉管部進行瞬間劇烈的磺化反應，反應混合物緊接著被低溫循環(huán)物料急冷降溫，避免體系溫度過高，影響產(chǎn)品色澤。據(jù)專利報道，此裝 置可用于十二垸基苯、醇醚及"-烯烴等多種原料的磺化；天津大學(CN 96107060)的噴射環(huán)流反應器以高速液相作工作介質進行噴射磺化反應，采用 強制外循環(huán)換熱器，并對甲苯的磺化做了研究，據(jù)報道該工藝解決了除熱降溫 的問題，所得產(chǎn)品質量較好，此裝置可用于苯、烷基苯、脂肪醇醚以及"-烯烴 等多種原料的磺化。以上幾種反應器的共同點是必須對磺化產(chǎn)物進行多次循環(huán) 才能達到降溫除熱以及提高轉化率的目的，而磺化反應是一個快速強放熱過程， 包括一系列的復合反應(平行反應和連串反應)，多次循環(huán)容易引起副反應的發(fā) 生，影響產(chǎn)品質量，且磺化產(chǎn)物的粘度遠高于原料，在高轉化率下也不利于循 環(huán)和噴射。所以，根據(jù)反應特點，開發(fā)適宜的磺化反應器，優(yōu)化工藝，以得到 高質量高純度的磺酸產(chǎn)品具有非常重要的意義。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型為了解決現(xiàn)有技術中以氣體三氧化硫為磺化劑磺化芳香類有機 物制備芳香類磺酸的方法中存在的上述問題，提供了一種芳香類有機物氣相磺 化制備芳香類磺酸的設備，其利用旋轉填料床的高效傳質特性使磺化反應一次 完成，液相產(chǎn)物不循環(huán)以抑制副反應的發(fā)生，從而提高芳香類磺酸的純度和收 率，達到提高生產(chǎn)效率、降低能耗和減少環(huán)境污染的目的。 本實用新型采用如下技術方案實現(xiàn)
芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的設備，包括旋轉填料床，旋轉填 料床液體進口與原料儲槽相連，旋轉填料床氣體進口與三氧化硫混合氣源相連， 旋轉填料床液體出口經(jīng)列管換熱器與產(chǎn)品儲罐相連。
旋轉填料床的外殼一般為圓筒形，外殼外設有冷卻介質夾套。 原料儲槽通過依次相連接的換熱器、泵以及液體流量計與旋轉填料床液體進口相連。
旋轉填料床氣體出口經(jīng)氣液分離裝置和氣體干燥裝置與配氣混合器的氣體入口相連，配氣混合器的氣體出口經(jīng)氣體流量計與旋轉填料床氣體進口相連。本實用新型所述的方法及設備相對現(xiàn)有技術具有如下有益效果
(1) 本實用新型采用的旋轉填料床具有高效的傳質效率，能使氣液快速接觸混合，增大了氣液接觸面積，強化了接觸效果，氣液接觸時間短，使氣液反應在此過程部分反應，放熱量小，使反應溫度容易控制，尤其是對于一些熱敏性物質如甲苯的磺化反應，可以把溫度很好地控制在0 1(TC的最佳范圍。
(2) 后續(xù)反應在列管換熱器中完成，由于換熱器的特點，不容易產(chǎn)生返混，
減少了副反應的發(fā)生。在甲苯的磺化反應中，可以有效切斷連串反應途徑，在
未加任何阻砜劑的情況下把磺化產(chǎn)物中二甲苯砜的生成量控制在1.3%以下；另一方面，放出的熱量容易迅速移出，溫度容易控制，有利于磺化反應的進行，
可使磺化產(chǎn)物中對甲苯磺酸的含量接近90%,而間甲苯磺酸的含量可控制在1.0%以下，從而提高了反應的選擇性，。
(3) 本反應器中氣相循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)了尾氣不排放，三氧化硫循環(huán)使用，配氣量極大減少。避免了污染環(huán)境，資源得到循環(huán)使用，節(jié)約了能源。
(4) 本實用新型所采用的旋轉填料床具有設備體積小、質量輕、安裝維修方便、開停車方便等優(yōu)點。


圖1為本實用新型的結構示意圖
圖中l(wèi)-原料儲槽；2-換熱器；3-泵；4、 11、 17、 20-閥門；5-液體流量計；6-旋轉填料床液體出口； 7-冷卻介質夾套；8-旋轉填料床液體進口； 9-旋轉填料床；10-旋轉填料床氣體出口； 12-氣液分離裝置；13-冷卻介質出口； 14-電機；15-旋轉填料床氣體進口； 16-氣體流量計；18-配氣混合器；19-氣體流量計，21-氣體干燥裝置；22-產(chǎn)品儲槽；23-列管換熱器，24-冷卻介質進口。
具體實施方式

結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。
芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸方法的設備，包括旋轉填料床9，旋轉填料床液體進口 8與原料儲槽1相連，旋轉填料床氣體進口 15與三氧化硫混合氣源相連，旋轉填料床液體出口 6經(jīng)列管換熱器23與產(chǎn)品儲罐22相連。
旋轉填料床9的外殼為圓筒形，外殼外設有冷卻介質夾套7，冷卻介質夾套7上開有冷卻介質進口 24和冷卻介質出口 13。
原料儲槽1通過依次相連接的換熱器2、泵3以及液體流量計5與旋轉填料床液體進口8相連。熱敏性芳香類有機物的磺化，原料在進入旋轉填料床9前要經(jīng)換熱器2進行降溫處理。
旋轉填料床氣體出口 10經(jīng)氣液分離裝置12和氣體干燥裝置21與配氣混合器18的氣體入口相連，配氣混合器18的氣體出口經(jīng)氣體流量計19與旋轉填料床氣體進口 IO相連。
利用本實用新型實現(xiàn)的芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的方法，具體工藝過程如下
開啟旋轉填料床9，調節(jié)轉速在500r/min 3000r/min，將芳香類有機物由泵3經(jīng)液體流量計以一定的流速由旋轉填料床液體進口 8進入旋轉填料床9，將一定體積濃度的三氧化硫混合氣體經(jīng)氣體流量計19從旋轉填料床氣體入口 15通入旋轉填料床9，調節(jié)芳香類有機物的流速和三氧化硫混合氣體的體積濃度使三氧化硫和芳香類有機物的摩爾比為0.3 1.05 : 1即可。氣相和液相在旋轉填料床9內(nèi)迅速混合進行部分反應，反應后的液態(tài)產(chǎn)物由旋轉填料床液體出口 6進入列管換熱器23迅速降溫，在適宜的溫度(根據(jù)被磺化的芳香類有機物的工藝
要求，列管反應器內(nèi)的溫度范圍控制在0'C 6(TC)下繼續(xù)完成反應，得到產(chǎn)品，
進入產(chǎn)品儲槽22，旋轉填料床內(nèi)反應產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)旋轉填料床氣體出口 9
進入氣液分離裝置12，再經(jīng)氣體干燥裝置21 (內(nèi)裝98.3%濃硫酸)干燥處理后
進入配氣混合器18循環(huán)使用。
上述的芳香類有機物為苯或甲苯或十二垸基苯。三氧化硫混合氣中三氧化
硫的濃度為4% 12% (v/v)，該三氧化硫混合氣是由氮氣、惰性氣體或干燥空
氣稀釋三氧化硫而得，旋轉填料床和列管換熱器的反應溫度為0°C 60°C實施例l:甲苯的磺化
采用圖1所示的裝置流程進行甲苯的磺化。調整旋轉填料床9的轉速為3000r/min，原料甲苯進入旋轉填料床9之前經(jīng)換熱器2降溫到一5"C (TC ，進入系統(tǒng)的甲苯的流量為6kg/h，含三氧化硫6% (v/v)的混合氣(其余為干燥空氣)的流量為7NmVh，兩種原料在旋轉填料床9內(nèi)迅速反應后經(jīng)液體出口 6進入列管換熱器23，降溫維持溫度在0"C 10'C，反應后的產(chǎn)品進入產(chǎn)品儲槽22。所述三氧化硫和甲苯加入該反應系統(tǒng)內(nèi)的摩爾比為0.3 : 1。反應產(chǎn)生的甲苯磺酸中對位異構體的含量占87%-90%，而間位異構體含量不大于1.0%。
實施例2:苯的磺化
采用圖1所示的裝置流程進行苯的磺化。調整旋轉填料床9的轉速為500r/min，進入系統(tǒng)的苯的流量為5kg/h，含三氧化硫8% (v/v)的混合氣(其余為干燥空氣)的流量為9NmVh，兩種原料在旋轉填料床9內(nèi)迅速反應后經(jīng)液體出口 6進入外部換熱器23，降溫維持溫度在2(TC 6(TC，反應后的產(chǎn)品進入產(chǎn)品儲槽22。所述三氧化硫和所述苯加入該反應系統(tǒng)內(nèi)的摩爾比為0.5 : 1。
實施例3:苯的磺化
采用圖1所示的裝置流程進行苯的磺化。調整旋轉填料床9的轉速為1500r/min，進入系統(tǒng)的苯的流量為5kg/h，含三氧化硫4% (v/v)的混合氣(其余為干燥空氣)的流量為36NmVh，兩種原料在旋轉填料床9內(nèi)迅速反應后經(jīng)液體出口6進入外部換熱器23，降溫維持溫度在2(TC 3(TC，反應后的產(chǎn)品進入產(chǎn)品儲槽22。所述三氧化硫和所述苯加入該反應系統(tǒng)內(nèi)的摩爾比為1 : 1。實施例4:十二烷基苯的磺化
采用圖1所示的裝置流程進行十二垸基苯的磺化。所用烷基苯為工業(yè)烷基苯(平均摩爾質量為240)調整旋轉填料床9的轉速為1000r/min，進入系統(tǒng)的垸基苯的流量為6kg/h，含三氧化硫12% (v/v)的混合氣(其余為干燥空氣)的流量為5NmVh，兩種原料在旋轉填料床9內(nèi)迅速反應后經(jīng)液體出口 6進入外部換熱器23，降溫維持溫度在5(rC 6(TC，反應后的產(chǎn)品進入產(chǎn)品儲槽22。所述三氧化硫和所述烷基苯加入該反應系統(tǒng)內(nèi)的摩爾比為1.05 : 1。
實施例5:十二烷基苯的磺化
采用圖1所示的裝置流程進行十二垸基苯的磺化。所用烷基苯為工業(yè)烷基苯(平均摩爾質量為240)調整旋轉填料床9的轉速為2000r/min，進入系統(tǒng)的烷基苯的流量為6kg/h，含三氧化硫6% (v/v)的混合氣(其余為干燥空氣)的流量為10NmVh，兩種原料在旋轉填料床9內(nèi)迅速反應后經(jīng)液體出口 6進入外部換熱器23，降溫維持溫度在5(TC 55。C，反應后的產(chǎn)品進入產(chǎn)品儲槽22。所述三氧化硫和所述烷基苯加入該反應系統(tǒng)內(nèi)的摩爾比為1.03 : 1。
8
權利要求1、一種芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的設備，其特征在于包括旋轉填料床(9)，旋轉填料床液體進口(8)與原料儲槽(1)相連，旋轉填料床氣體進口(15)與三氧化硫混合氣源相連，旋轉填料床液體出口(6)經(jīng)列管換熱器(23)與產(chǎn)品儲罐(22)相連。
2、 如權利要求1所述的芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的設備，其 特征在于旋轉填料床(9)的外殼為圓筒形，外殼外設有冷卻介質夾套(7)。
3、 如權利要求1所述的芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的設備，其 特征在于原料儲槽(1)通過依次相連接的換熱器(2)、泵(3)以及液體流量 計(5)與旋轉填料床液體進口 (8)相連。
4、 如權利要求1或2或3所述的芳香類有機物氣相磺化制備芳香類磺酸的 設備，其特征在于旋轉填料床氣體出口 (10)經(jīng)氣液分離裝置(12)和氣體干 燥裝置(21)與配氣混合器(18)的氣體入口相連，配氣混合器(18)的氣體 出口經(jīng)氣體流量計(19)與旋轉填料床氣體進口 (15)相連。
專利摘要本實用新型涉及一種利用旋轉填料床由氣相三氧化硫磺化芳香類有機物制備芳香類磺酸的設備，解決了現(xiàn)有以氣體三氧化硫為磺化劑磺化芳香類有機物制備芳香類磺酸的方法中存在的問題。設備包括旋轉填料床，旋轉填料床液體進口與原料儲槽相連，旋轉填料床氣體進口與三氧化硫混合氣源相連，旋轉填料床液體出口經(jīng)列管換熱器與產(chǎn)品儲罐相連。本實用新型的有益效果反應溫度容易控制，減少了副反應的發(fā)生，提高了反應的選擇性，避免污染環(huán)境，節(jié)約能源，設備體積小、質量輕、安裝維修方便、開停車方便。
文檔編號C07C303/06GK201406388SQ20092010275
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月11日
發(fā)明者劉有智, 姜秀平, 焦緯洲, 袁志國 申請人:中北大學