專利名稱：用于有機(jī)氯硅烷濃酸水解的濃酸水解系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及硅氧烷生產(chǎn)用濃酸水解反應(yīng)系統(tǒng)的改進(jìn)和創(chuàng)新。
背景技術(shù)：
有機(jī)氯硅烷通過(guò)水解和縮聚轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的中間體低聚有機(jī)硅氧烷，是合成硅油、硅橡膠、硅樹(shù)脂的基礎(chǔ)。尤其是二甲基二氯硅烷(以下簡(jiǎn)稱二甲)被公認(rèn)為用于這種水解及縮合反應(yīng)最佳的有機(jī)氯硅烷。通常用于二甲水解的 工藝方法有恒沸酸水解和濃酸水解，無(wú)論對(duì)于哪一種水解方法來(lái)說(shuō)，都存在著水解是否完全以及如何解決反應(yīng)熱效應(yīng)的問(wèn)題。在恒沸酸水解的過(guò)程中，由于生成物氯化氫溶解于稀酸中，放出大量的熱，為使反應(yīng)溫度保持在工藝條件要求之內(nèi)，需將熱量移出，因此通常選用列管換熱式的反應(yīng)器。由于二甲在該反應(yīng)器中不易與酸相均勻混合且停留時(shí)間短，因此二甲的水解反應(yīng)不完全，后處理困難，使得整個(gè)工藝流程復(fù)雜而且操作費(fèi)用增加；另外在HCl解析過(guò)程中解析溫度高使得酸中的硅氧烷發(fā)生聚合，而在設(shè)備內(nèi)壁和管路中產(chǎn)生結(jié)皮現(xiàn)象，造成設(shè)備報(bào)廢和管路堵塞。由于濃酸水解的熱效應(yīng)不高，因此水解反應(yīng)器的種類比較多。美國(guó)專利US5476916A使用的水解反應(yīng)器是環(huán)形循環(huán)反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)生的HCl氣體直接通過(guò)反應(yīng)器的管路排出，水解反應(yīng)時(shí)間較短。HCl以氣體的形式直接排出會(huì)帶出部分有機(jī)氯硅烷，使得HCl收率低和純度不高。停留時(shí)間較短使得水解不夠完全，水解物含有大量帶有Cl末端的環(huán)狀和直鏈聚二甲基硅氧烷。中國(guó)專利CN101323666A使用了填料塔作為水解反應(yīng)器，增加了反應(yīng)停留時(shí)間，水解反應(yīng)較為完全，但不能避免有機(jī)硅氧烷會(huì)在填料表面或在填料縫隙之間聚合。在該設(shè)備中HCl氣體直接由塔頂排出，同樣會(huì)帶出部分有機(jī)物。美國(guó)專利US4609751描述了采用靜態(tài)混合器進(jìn)行濃酸水解的反應(yīng)系統(tǒng)，由于采用等當(dāng)量水的水解方式，水解不完全。并且在靜態(tài)混合器中混合反應(yīng)造成了較嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象。中國(guó)專利CN9311087為克服反應(yīng)過(guò)程中的乳化現(xiàn)象，在水解時(shí)加入了少量的烷基磺酸堿金屬鹽類的陰離子表面活性劑。雖然克服了乳化現(xiàn)象，但不能得到氣態(tài)HC1。美國(guó)專利US4497942也采用了靜態(tài)混合器和三相分離器作為水解系統(tǒng)，HCl氣體在分離槽頂部排出。分離出的鹽酸返回靜態(tài)混合器。缺點(diǎn)同上。美國(guó)專利US5252767和US6225490采用了攪拌釜式的反應(yīng)器，HCl氣體直接從釜的頂部排出。由于攪拌釜式的反應(yīng)器效率低，為達(dá)到足夠的反應(yīng)時(shí)間，必須加大容量，不利于連續(xù)工藝的上產(chǎn)，而且操作彈性小，液體容易乳化。上述的專利雖然可以直接得到氣相HC1，但從實(shí)施例來(lái)看，HCl氣體的壓力比較低，不宜直接用于合成氯代烷烴(CN1108267A描述了 HCl氣體壓力的重要性)。綜合上述專利評(píng)述可知，設(shè)計(jì)合理的連續(xù)有機(jī)氯硅烷水解系統(tǒng)是必須的，該系統(tǒng)應(yīng)可以獲得具有足夠壓力的HCl氣體，并且該系統(tǒng)應(yīng)盡可能減少乳化現(xiàn)象的發(fā)生，使有機(jī)相與酸相易于分離，有足夠的停留時(shí)間使得反應(yīng)完全，能夠穩(wěn)定地操作和控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種有機(jī)氯硅烷的濃酸水解系統(tǒng)。其工藝流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，有合適的停留時(shí)間保證水解反應(yīng)完全，沒(méi)有明顯的乳化現(xiàn)象，并且可以產(chǎn)生具有較高壓力的HCl氣體，進(jìn)而有利于提高水解物和HCl氣體的質(zhì)量。HCl解析塔內(nèi)壁不易結(jié)皮且管路不易堵塞。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于有機(jī)氯硅烷濃酸水解的濃酸水解系統(tǒng)，包括分散液膜式解析塔，還包括靜態(tài)混合器、粗分離器、降膜蒸發(fā)器。所述解析塔包括外殼，所述外殼為帶有支座、上封頭下椎體、法蘭、外筒體以及由緊固件連為一體并密封；在所述外殼內(nèi)還包括內(nèi)筒體；所述解析塔的頂部開(kāi)有進(jìn)液口，底部開(kāi)有出液口，出氣口開(kāi)在外筒體的側(cè)向；在上封頭和外筒體之間固定安裝有液體分布板，液體分布板上面為防濺絲網(wǎng)，液體分布板下面為整齊排列的成膜板，成膜板為水平支撐，共3 10層，成模板與水平面的夾角為15 75度,層與層之間,成膜板錯(cuò)向排列；所有成膜板都安裝在內(nèi)筒體之中，內(nèi)筒體與外筒體之間形成環(huán)隙作為氣體的導(dǎo)流通路。進(jìn)一步，所述的分散液膜式解析塔，所述出氣口為均布的三管口式結(jié)構(gòu)，進(jìn)液口開(kāi)在頂部封頭的中心位置，出液口開(kāi)在下椎體下部的中心位置。一種可實(shí)施的方案是:所述靜態(tài)混合器上分別設(shè)置有二甲進(jìn)口和濃酸進(jìn)口，其出口連接所述分散液膜式解析塔；所述分散液膜式解析塔的出液口后連接所述粗分離器，經(jīng)粗分離器分離后的氯化氫進(jìn)入后續(xù)的降膜蒸發(fā)器，蒸發(fā)后得到的氯化氫氣體經(jīng)HCl出口排出，底部濃縮得到的鹽酸溶液經(jīng)管道接入靜態(tài)混合器的濃酸進(jìn)口以循環(huán)利用；粗分離器分離得到的水解物經(jīng)水解物出口排出。當(dāng)利用所述的濃酸水解系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)氯硅烷濃酸水解時(shí)，首先，將大量的常態(tài)下的濃鹽酸與有機(jī)氯硅烷在靜態(tài)混合器中混合，使鹽酸中的水與有機(jī)氯硅烷的摩爾比為5 20:1，壓力維持在0.1 0.5MPa，停留時(shí)間為I 2s，溫度為20 50° C ;鹽酸和有機(jī)氯硅烷混合后，從塔頂引入分散液膜式解析塔，混合液進(jìn)入解析塔后，沿著成膜板壁成膜流動(dòng)，停留時(shí)間為60 180s，壓力維持在表壓0.1 0.5MPa ;當(dāng)水解反應(yīng)完成后，水解物引入到降膜蒸發(fā)器中，產(chǎn)生高壓的HCl氣體。其中所述的濃鹽酸為質(zhì)量百分比35 45%的鹽酸。本發(fā)明的濃酸水解系統(tǒng)以分散液膜式解析塔為核心，還包括附屬設(shè)備:靜態(tài)混合器、油水相分離器、降膜蒸發(fā)器。通過(guò)合適的反應(yīng)壓力(0.1 0.5MPa表壓)使得水解產(chǎn)生的HCl氣體有足夠的壓力。利用分散液膜式解析塔將有機(jī)相和水相成膜狀接觸，使水解反應(yīng)完全，并且沒(méi)有乳化現(xiàn)象。而且可利用相分離器迅速將水解物與濃鹽酸分離，避免水解物在酸催化下聚合，提高水解物的品質(zhì)?；旌弦航?jīng)過(guò)液體分布裝置后，即沿著成膜板壁呈膜狀流動(dòng)。一方面增加有機(jī)相和水相的接觸面積，加快反應(yīng)速度，使有機(jī)氯硅烷充分水解，另一方面由于沒(méi)有強(qiáng)烈的攪拌作用，使得混合液體不發(fā)生乳化現(xiàn)象，使其進(jìn)入粗分離器后能夠迅速分離成有機(jī)相和水相。操作壓力下，生成的HCl溶解在循環(huán)酸中，整個(gè)體系幾乎不存在HCl氣體。本發(fā)明的工藝流程合理，有合適的停留時(shí)間保證水解反應(yīng)完全，沒(méi)有明顯的乳化現(xiàn)象，并且可以產(chǎn)生具有較高壓力的HCl氣體，進(jìn)而有利于提高水解物和HCl氣體的質(zhì)量。由于HCl解析塔內(nèi)的操作溫度不高，因此內(nèi)壁不易結(jié)皮且管路不易堵塞?？蓮V泛應(yīng)用在有機(jī)氯硅烷的水解工藝中。本發(fā)明的分散液膜式解析塔結(jié)構(gòu)合理，塔器中設(shè)有多層成膜板，液體在成膜板上分散成膜狀流動(dòng)，增大了油相和水相的接觸面積，促使氯硅烷水解反應(yīng)完全。液體在成膜板上形成液膜，避免乳化現(xiàn)象的發(fā)生，有利于油水兩相的快速分離，避免水解物在酸催化下聚合。當(dāng)氯硅烷的水解反應(yīng)使液體中的氯化氫飽和后，產(chǎn)生的氯化氫氣體經(jīng)由環(huán)隙后排出，有效的減少了霧沫夾帶。


圖1為本發(fā)明分散液膜式解析塔的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1:進(jìn)液口 ；2:液體分布板；3:除沫器；4:出氣口 ；5:成膜板；6:人孔；7:出液口 ；圖2為分散液膜式解析塔的俯視圖；圖3為分散液膜式解析塔的成膜板5排列的局部放大圖；圖4為本發(fā)明的有機(jī)氯硅烷濃酸水解系統(tǒng)流程圖，其中8:靜態(tài)混合器；9:分散液膜式反應(yīng)器；10:粗分離器；11:降膜蒸發(fā)器；12 =HCl出口 ；13:二甲進(jìn)口 ；14:濃酸進(jìn)口 ；15:水解物出口。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體說(shuō)明:實(shí)施例1:一種用于有機(jī)氯硅烷濃酸`水解的分散液膜式解析塔，如圖1-3所示，包括外殼，夕卜殼為帶有支座、上封頭下椎體、法蘭、外筒體以及由緊固件連為一體并密封；在外殼內(nèi)還包括內(nèi)筒體；解析塔的頂部開(kāi)有進(jìn)液口 1，底部開(kāi)有出液口 7，出氣口 4開(kāi)在外筒體的側(cè)向；在上封頭和外筒體之間固定安裝有液體分布板2，液體分布板2上面為防濺絲網(wǎng)，液體分布板2下面為整齊排列的成膜板5，成膜板為水平支撐，共3 10層，成模板5與水平面的夾角為15 75度,層與層之間,成膜板錯(cuò)向排列；所有成膜板5都安裝在內(nèi)筒體之中，內(nèi)筒體與外筒體之間形成環(huán)隙作為氣體的導(dǎo)流通路。出氣口 4為均布的三管口式結(jié)構(gòu)，進(jìn)液口 I開(kāi)在頂部封頭的中心位置，出液口 7開(kāi)在下椎體下部的中心位置。實(shí)施例2:一種用于有機(jī)氯硅烷濃酸水解的濃酸水解系統(tǒng)，如圖4所示，包括實(shí)施例1的分散液膜式解析塔9，還包括靜態(tài)混合器8、粗分離器10、降膜蒸發(fā)器14。靜態(tài)混合器8上分別設(shè)置有二甲進(jìn)口 13和濃酸進(jìn)口 14，其出口連接分散液膜式解析塔9 ;分散液膜式解析塔9的出液口后連接粗分離器10，經(jīng)粗分離器分離后的氯化氫進(jìn)入后續(xù)的降膜蒸發(fā)器11，蒸發(fā)后得到的氯化氫氣體經(jīng)HCl出口 12排出，底部濃縮得到的鹽酸溶液經(jīng)管道接入靜態(tài)混合器8的濃酸進(jìn)口 14以循環(huán)利用；粗分離器10分離得到的水解物經(jīng)水解物出口 15排出。使用時(shí)，包括以下步驟:1、首先，將大量的常態(tài)下的濃鹽酸(HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)在35%以上)與有機(jī)氯硅烷在靜態(tài)混合器中混合，鹽酸中的水與有機(jī)氯硅烷的摩爾比為15:1，壓力維持在0.3MPa (表壓)，停留時(shí)間為2s，溫度為40°C。2、鹽酸和有機(jī)氯硅烷混合后，即從塔頂引入分散液膜式解析塔?；旌弦后w在塔器的成膜板上成膜狀接觸并向下流動(dòng)，停留時(shí)間為120s ;壓力維持在0.3MPa (表壓)；由于沒(méi)有強(qiáng)烈的攪拌作用，使得混合液體不發(fā)生乳化現(xiàn)象，使其進(jìn)入粗分離器后能夠迅速分離成有機(jī)相和水相，避免酸催化水解物的聚合。壓力維持在0.3MPa (表壓)，該壓力能使有機(jī)氯硅烷水解后生成的HCl都溶解在循環(huán)酸中，整個(gè)體系不存在HCl氣體，避免有機(jī)氯硅烷擴(kuò)散到氣體中，隨氣體帶走，使得后續(xù)工藝中可以產(chǎn)生高純度的HCl氣體。3、當(dāng)水解反應(yīng)完成后，混合液體進(jìn)入相分離器進(jìn)行油酸兩相的迅速分離，分離的油相送入下面水洗工序中，酸相引入到降膜蒸發(fā)器中；4、在降膜蒸發(fā)器中，濃鹽酸(39% 45%)經(jīng)過(guò)加熱產(chǎn)生高壓的HCl氣體，加熱溫度50 100°C，壓力為0.2 0.5MPa (表壓)。HCl氣體送入三級(jí)串聯(lián)冷凍設(shè)備。塔底的酸液(35% 38%)送入分散液膜式解析塔中作為水解原料循環(huán)使用。5、采用大量酸循環(huán)的作用是增大有機(jī)氯硅烷與水的接觸機(jī)會(huì)，并且保持反應(yīng)體系中溫度和酸的濃度僅有較小的變化幅度。

6、將分散液膜式解析塔和粗分離器直接連接，可以最大限度降低水解物和酸的接觸時(shí)間，避免水解物的進(jìn)一步聚合，提高了水解物的品質(zhì)。分散液膜式解析塔結(jié)構(gòu)合理，塔器中設(shè)有多層成膜板，液體在成膜板上分散成膜，增大了油相和水相的接觸面積，如圖1所示。物料由液體入口進(jìn)入解析塔，流經(jīng)防濺絲網(wǎng)，經(jīng)液體分布器分布后均勻地噴淋到成膜板上，在成膜板上物料中各組分完成反應(yīng)和聚集，層模板與水平面的夾角30度。經(jīng)過(guò)4層成膜板后液相直接向下經(jīng)液體出口流出，氣相則通過(guò)內(nèi)筒體和外筒體的間隙，由氣體出口排出。防濺絲網(wǎng)可有效地減輕塔內(nèi)的液濺，減小由進(jìn)料物流引起的液位波動(dòng)，達(dá)到優(yōu)化液體分布的作用。液體分布器的設(shè)置減輕了液體的不良分布，使進(jìn)料物流均勻地噴淋到成膜板上，從而使液體在成膜板上均勻成膜。分散液膜式解析塔中設(shè)有多層成膜板，液體在成膜板上分散成膜，加大了油相和水相的接觸面積，促使水解反應(yīng)完全，避免乳化。設(shè)置內(nèi)筒體可在內(nèi)筒體和外筒體之間形成環(huán)隙，使反應(yīng)解析出的氣相經(jīng)由環(huán)隙從氣體出口排出，達(dá)到對(duì)氣相導(dǎo)流的作用，減小霧沫夾帶。以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于有機(jī)氯硅烷濃酸水解的濃酸水解系統(tǒng)，其特征在于:包括分散液膜式解析塔(9)，還包括靜態(tài)混合器(8)、粗分離器(10)、降膜蒸發(fā)器(11);所述解析塔包括外殼，所述外殼為帶有支座、上封頭下椎體、法蘭、外筒體以及由緊固件連為一體并密封；在所述外殼內(nèi)還包括內(nèi)筒體；所述解析塔的頂部開(kāi)有進(jìn)液口(1)，底部開(kāi)有出液口(7)，出氣口(4)開(kāi)在外筒體的側(cè)向；在上封頭和外筒體之間固定安裝有液體分布板(2)，液體分布板(2)上面為防濺絲網(wǎng)，液體分布板(2)下面為整齊排列的成膜板(5)，成膜板為水平支撐，共3 10層，成模板(5)與水平面的夾角為15 75度，層與層之間，成膜板錯(cuò)向排列；所有成膜板(5)都安裝在內(nèi)筒體之中，內(nèi)筒體與外筒體之間形成環(huán)隙作為氣體的導(dǎo)流通路；所述出氣口(4)為均布的三管口式結(jié)構(gòu)，進(jìn)液口(I)開(kāi)在頂部封頭的中心位置，出液口(7)開(kāi)在下椎體下部的中心位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濃酸水解系統(tǒng)，其特征在于:所述靜態(tài)混合器(8)上分別設(shè)置有二甲進(jìn)口(13)和濃酸進(jìn)口(14)，其出口連接所述分散液膜式解析塔(9);所述分散液膜式解析塔的出液口后連接所述粗分離器(10)，經(jīng)粗分離器分離后的氯化氫進(jìn)入后續(xù)的降膜蒸發(fā)器(11 )，蒸發(fā)后得到的氯化氫氣體經(jīng)HCl出口( 12)排出，底部濃縮得到的鹽酸溶液經(jīng)管道接入靜態(tài)混合器的濃酸進(jìn)口以循環(huán)利用；粗分離器分離得到的水解物經(jīng)水解物出口(15)排出。
3.利用權(quán)利要求1或2所述的濃酸水解系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)氯硅烷濃酸水解的方法，其特征在于:首先，將大量的常態(tài)下的濃鹽酸與有機(jī)氯硅烷在靜態(tài)混合器中混合，使鹽酸中的水與有機(jī)氯硅烷的摩爾比為5 20:1，壓力維持在0.1 0.5MPa，停留時(shí)間為I 2s,溫度為20 50° C ;鹽酸和有機(jī)氯硅烷混合后，從塔頂引入分散液膜式解析塔，混合液進(jìn)入解析塔后，沿著成膜板壁成膜流動(dòng)，停留時(shí)間為60 180s，壓力維持在表壓0.1 0.5MPa ;當(dāng)水解反應(yīng)完成后，水解物引入到降膜蒸發(fā)器中，產(chǎn)生高壓的HCl氣體。
4.按照權(quán)利要 求3所述的方法，其特征在于:所述的濃鹽酸為質(zhì)量百分比35 45%的鹽酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于有機(jī)氯硅烷濃酸水解的濃酸水解系統(tǒng)，以分散液膜式解析塔為核心，還包括附屬設(shè)備靜態(tài)混合器、油水相分離器、降膜蒸發(fā)器。所述解析塔包括外殼，所述解析塔在上封頭和外筒體之間固定安裝有液體分布板，液體分布板上面為防濺絲網(wǎng)，液體分布板下面為整齊排列的成膜板，成膜板為水平支撐，共3～10層，成模板與水平面的夾角為15～75度，層與層之間，成膜板錯(cuò)向排列。本發(fā)明的通過(guò)合適的反應(yīng)壓力(0.1～0.5MPa表壓)使得水解產(chǎn)生的HCl氣體有足夠的壓力。利用分散液膜式解析塔將有機(jī)相和水相成膜狀接觸，使水解反應(yīng)完全，并且沒(méi)有乳化現(xiàn)象。利用相分離器迅速將水解物與濃鹽酸分離，避免水解物在酸催化下聚合，提高水解物的品質(zhì)。
文檔編號(hào)C07F7/21GK103183829SQ20131010616
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者王偉文, 段繼海, 陳光輝, 李建隆 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)