一種內(nèi)循環(huán)烷氧基化反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種典型化工反應(yīng)裝置，具體涉及一種內(nèi)循環(huán)烷氧基化反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]聚醚是一類(lèi)十分重要的聚合物，其作為環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷的下游衍生物，廣泛用于聚氨酯和非離子表面活性劑等領(lǐng)域。通常以含有活性氫的化合物作為起始劑，在催化劑作用下，與環(huán)氧化合物發(fā)生烷氧基化反應(yīng)制得，該反應(yīng)是一個(gè)逐級(jí)加成反應(yīng)，且高度放熱，要求烷氧基化反應(yīng)器要具有良好的傳熱和傳質(zhì)能力。聚醚的分子量分布是影響聚醚應(yīng)用性能的關(guān)鍵因素之一，而分子量分布受制于烷氧基化工藝條件的控制，溫度升高，可以提高生產(chǎn)效率，但也會(huì)促使副反應(yīng)加速；壓力升高，體系中單體濃度提高，反應(yīng)加快，但不利于分子量分布的窄化。因此，烷氧基化反應(yīng)裝置特別是聚合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)對(duì)控制最終產(chǎn)品的質(zhì)量顯得尤為重要。
[0003]國(guó)外公司開(kāi)發(fā)的烷氧基化反應(yīng)器的典型代表有意大利的Press工業(yè)公司的循環(huán)噴霧反應(yīng)器、瑞士 Buss公司的噴射回路反應(yīng)器和Linde化學(xué)公司的循環(huán)回路反應(yīng)器等。它們具有優(yōu)異的傳質(zhì)和傳熱能力，并已經(jīng)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。近些年來(lái)，隨著DMC和MMC催化劑制備低不飽和度、窄分布聚醚多元醇技術(shù)的迅速推廣，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了連續(xù)外循環(huán)釜式反應(yīng)器。該類(lèi)反應(yīng)器具有活塞流的特點(diǎn)，并有良好的控溫能力，所得產(chǎn)物的質(zhì)量明顯提高。通過(guò)改進(jìn)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)的CSTR不能使用固體反應(yīng)物的缺點(diǎn)。此外，國(guó)外還針對(duì)高放熱反應(yīng)開(kāi)發(fā)了微反應(yīng)器技術(shù)，我國(guó)目前在該領(lǐng)域幾乎仍是空白。
[0004]目前我國(guó)烷氧基化反應(yīng)器設(shè)計(jì)能力與國(guó)外相比仍有較大的差距，當(dāng)前國(guó)內(nèi)聚醚企業(yè)大多仍在使用傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器或CSTR，而近幾年我國(guó)PU等行業(yè)發(fā)展迅猛，這就需要大力提升國(guó)有聚醚企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0005]釜式反應(yīng)器存在反應(yīng)溫度不易控制、副產(chǎn)物聚乙二醇含量較高、釜內(nèi)物料倒灌等缺點(diǎn)，特別是攪拌反應(yīng)釜采用頂部機(jī)械密封的摩擦，使危險(xiǎn)系數(shù)增高。
[0006]管式反應(yīng)器主要用于生產(chǎn)低加成數(shù)產(chǎn)品，如乙二醇單甲醚、乙二醇單丁醚等。設(shè)備緊湊，產(chǎn)量高，但是不能生產(chǎn)高分子量聚醚。
[0007]PRESS外循環(huán)霧化反應(yīng)器為目前國(guó)內(nèi)外使用最多的一種烷氧基化反應(yīng)器，主要由一臺(tái)高效循環(huán)栗和反應(yīng)釜部件組成。反應(yīng)熱主要靠外置的換熱器移除，換熱面積設(shè)計(jì)靈活，溫度控制相對(duì)平穩(wěn)，氣相空間死角少，產(chǎn)品中聚乙二醇含量相對(duì)較低。但由于受制于循環(huán)栗的功率和長(zhǎng)的外循環(huán)管道，導(dǎo)致PRESS反應(yīng)器不能實(shí)現(xiàn)高分子量聚醚的生產(chǎn)。
[0008]BUSS回路反應(yīng)器具有傳質(zhì)能力強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量高、安全性好、裝置設(shè)計(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在應(yīng)用裝置較少，操作壓力高，設(shè)備投資大，不適合制備高分子量聚醚。
[0009]故針對(duì)高分子量聚醚粘度大、設(shè)備負(fù)荷要求高、生產(chǎn)困難等特點(diǎn)，基于多年的烷氧基化研究及生產(chǎn)設(shè)施技改經(jīng)驗(yàn)，我們提出了一套內(nèi)循環(huán)式的烷氧基化反應(yīng)裝置，可順利實(shí)現(xiàn)高分子量聚醚的生產(chǎn)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0010]由于高分子量聚醚粘度大、設(shè)備負(fù)荷要求高、生產(chǎn)困難等特點(diǎn)，為了解決現(xiàn)有的烷氧基化反應(yīng)裝置不能滿足高分子量聚醚生產(chǎn)的難題（分子量MW ^ 5000)，本實(shí)用新型提供了一種內(nèi)循環(huán)霧化烷氧基化反應(yīng)裝置。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0012]—種內(nèi)循環(huán)烷氧基化反應(yīng)裝置，包括配料釜、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器、環(huán)氧化合物預(yù)熱器和循環(huán)栗；所述配料釜與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器以帶控制閥的管道連接；所述循環(huán)栗與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器以帶控制閥的管道連接；所述環(huán)氧化合物預(yù)熱器與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器以管道連接；所述配料釜設(shè)有催化劑進(jìn)料口及起始劑進(jìn)料口 ；所述內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器設(shè)有蒸汽進(jìn)口、循環(huán)水進(jìn)口、夾套循環(huán)水出口及冷凝水出口 ；所述環(huán)氧化合物預(yù)熱器設(shè)有循環(huán)水出口及環(huán)氧化合物進(jìn)料口。
[0013]作為改進(jìn)，所述內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)置套筒，倒流聚醚液體，實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。
[0014]作為改進(jìn)，所述內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器外部設(shè)有夾套，內(nèi)部設(shè)有內(nèi)置盤(pán)管，實(shí)現(xiàn)初期的加熱和反應(yīng)時(shí)熱量的移除。
[0015]作為改進(jìn)，所述內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器內(nèi)置蓮蓬式霧化噴頭，所述蓮蓬式霧化噴頭置于內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中部，且位于套筒上方，實(shí)現(xiàn)聚醚液體的物化，較少管道中聚醚阻力，減少循環(huán)栗功率損耗。
[0016]作為改進(jìn)，所述內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器上封頭內(nèi)部鑲嵌凸起構(gòu)造，所述凸起構(gòu)造為橢圓形、圓形、T型，實(shí)現(xiàn)聚醚氣體液化，防止壁流。
[0017]作為改進(jìn)，所述內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器上部高度H:直徑D= 1?2:1，下部高度H:直徑D=1?2:1，且上部和下部高度H之比約為2?3:1。
[0018]作為改進(jìn)，所述循環(huán)栗置于內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器底部下方，管程較短，聚醚阻力小。
[0019]作為改進(jìn)，所述反應(yīng)裝置設(shè)有出料管道，所述循環(huán)栗出口與出料管道以帶控制閥的管道連接。
[0020]作為改進(jìn)，循環(huán)水出來(lái)后直接用于預(yù)熱環(huán)氧化合物，加快氣化速率，提升環(huán)氧化合物氣體與霧化聚醚的反應(yīng)效率，充分利用預(yù)熱。
[0021]本實(shí)用新型所述內(nèi)循環(huán)霧化烷氧基化反應(yīng)裝置，巧妙結(jié)合釜式和PRESS反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，充分利用反應(yīng)余熱氣化環(huán)氧化合物，反應(yīng)效率高，單批次產(chǎn)能大，設(shè)備投資少，安全可靠，產(chǎn)品質(zhì)量高，分子量分布窄，特別適用于高分子量聚醚的生產(chǎn)。采用本實(shí)用新型生產(chǎn)高分子量聚醚具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022]1，反應(yīng)效率高?；谠摲磻?yīng)器上部反應(yīng)空間大、霧化效果好、移熱速度快等特點(diǎn)，再結(jié)合環(huán)氧乙烷的提前預(yù)熱，可以提升烷氧基化效率，縮短單批次生產(chǎn)時(shí)間。
[0023]2，安全可靠。該反應(yīng)裝置的聚醚液體循環(huán)管路內(nèi)置在反應(yīng)器內(nèi)部，相對(duì)較為安全。
[0024]3，特別適合高分子量聚醚生產(chǎn)。該裝置結(jié)合了釜式和PRESS反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，循環(huán)管路在反應(yīng)器內(nèi)部，管路與反應(yīng)器內(nèi)部溫度保持一致，減小了聚醚在管路中的阻力，相對(duì)提升了循環(huán)栗的有效功率，故適宜制備粘度較大的高分子量聚醚。
[0025]4，設(shè)備簡(jiǎn)單。內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器為該裝置的核心設(shè)備，集反應(yīng)、換熱、循環(huán)于一體，與市場(chǎng)上成套設(shè)備相比，設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少且易于制造，投資成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型一種內(nèi)循環(huán)烷氧基化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖1中的具體標(biāo)注為：1配料釜、2催化劑進(jìn)料口、3起始劑進(jìn)料口、4控制閥、5管道、6內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器、7凸起、8蓮蓬狀霧化噴頭、9內(nèi)置盤(pán)管、10套筒、11夾套、12蒸汽進(jìn)口、13循環(huán)水進(jìn)口、14冷凝水出口、15夾套循環(huán)水出口、16循環(huán)水出口、17環(huán)氧化合物預(yù)熱器、18環(huán)氧化合物進(jìn)料口、19循環(huán)栗、20控制閥、21控制閥、22出料管道。
【具體實(shí)施方式】
[0028]—種烷氧基化反應(yīng)裝置，見(jiàn)圖1，包括配料釜1、內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器5、環(huán)氧化合物預(yù)熱器17和循環(huán)栗19 ;配料釜1上設(shè)有催化劑進(jìn)料口 2和起始劑進(jìn)料口 3，且配料釜1底部有控制閥4、管道5與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器6相連；內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器6內(nèi)有套筒10、蓮蓬狀霧化噴頭8、封頭及凸起7、內(nèi)置盤(pán)管9，反應(yīng)器外部設(shè)有夾套11，具有蒸汽進(jìn)口 12和冷凝水出口 14，反應(yīng)器夾套11具有循環(huán)水進(jìn)口 13和夾套循環(huán)水出口 15，其中夾套循環(huán)水出口 15與環(huán)氧化合物預(yù)熱器17以管道5相連；環(huán)氧化合物預(yù)熱器17設(shè)有環(huán)氧化合物進(jìn)料口 18，環(huán)氧化合物預(yù)熱器17的循環(huán)水出口 16與環(huán)氧化合物預(yù)熱器17以管道5連接，環(huán)氧化合物預(yù)熱器17與內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器6以管道5連接；內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器6底部通過(guò)管道5、控制閥20和循環(huán)栗19相連，且循環(huán)栗19的出口與出料管道22以控制閥21及管道5連接，以便出料。
[0029]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做出進(jìn)一步的描述說(shuō)明。
[0030]采用該反應(yīng)裝置制備聚醚步驟如下：
[0031]預(yù)處理階段：將催化劑和起始劑置于配料釜中處理，根據(jù)催化劑不同，選擇最優(yōu)溫度區(qū)間，真空脫水處理。
[0032]反應(yīng)階段：打開(kāi)配料釜底和內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器底部出料閥，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器底部出料閥，將處理好的起始劑引入到內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中，隊(duì)置換三次，緩慢加熱至80?120°C，開(kāi)啟循環(huán)栗，保溫循環(huán)5?lOmin，緩慢通入環(huán)氧化合物，待溫度上升，壓力下降，表明反應(yīng)引發(fā)，切換循環(huán)水，控制一定的反應(yīng)溫度和壓力，繼續(xù)通入環(huán)氧化合物，直至通完理論量的環(huán)氧化合物。
[0033]老化階段：通完環(huán)氧化合物后，控制一定的反應(yīng)溫度，繼續(xù)保溫反應(yīng)0. 5?2h。
[0034]出料階段：保溫完畢后，降溫，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器底部控制閥，打開(kāi)出料閥，出料即可。
[0035]實(shí)施例1
[0036]預(yù)處理階段：將起始劑烯丙醇300kg和催化劑甲醇鈉1. 5kg置于配料釜中，緩慢加熱至40?50°C，真空脫水lh。
[0037]反應(yīng)階段：打開(kāi)配料釜底和內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器底部出料閥，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器底部出料閥，將處理好的起始劑和催化劑引入到內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中，隊(duì)置換三次，緩慢加熱至80°C左右，開(kāi)啟循環(huán)栗，保溫循環(huán)5?lOmin，緩慢通入環(huán)氧乙烷10kg左右，待溫度上升，壓力下降，表明反應(yīng)引發(fā)，切換循環(huán)水，控制反