CN102274708B - 一种醋酸氯化反应器及反应工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种醋酸氯化反应工艺及其配套反应器，将醋酸氯化反应器分为第二(上部)和第一(下部)两个反应区域，两个反应区之间用多孔板隔开，上下两个反应区能够独立控制加热或冷却，两个反应区均设置有足够多的进料口或出料口。通过控制进料方式和控制反应温度使两个反应区内的催化剂浓度和反应温度有差异，再控制上下两区间的物料交换量，由两区域内的反应速度差异使两个反应区内的氯乙酸浓度具有差异。本发明一种醋酸氯化反应工艺及其配套反应器的优点在于：解决了现有技术中的反应速度慢、能耗高、投资大及氯乙酸收率低的等问题。
Description
技术领域
本发明一种醋酸氯化制备氯乙酸的反应工艺，属于气液反应研究领域，具体涉及一种醋酸氯化反应工艺方法及其配套反应器。
背景技术
采用醋酸氯化反应制备氯乙酸的生产工艺中，醋酸氯化反应是重要的一个步骤，醋酸氯化反应速度较慢，一级反应很难使氯气反应完全，一般采用两级串联反应，即从第一级通入氯气与醋酸反应，之后再进入第二级，将一级未反应的氯气反应完全。反应以第一级为主，反应过程中所生成的氯化氢气体由于携带大量的催化剂和醋酸需要冷凝回流，以保证催化剂的浓度，第二级的作用是将未反应的氯气进一步反应彻底，在氯化氢气体离开第二级反应器时，需要再次冷凝以减少带走的催化剂和醋酸，采用这种工艺生成氯乙酸反应的选择性较低，氯乙酸的收率低，生产成本高，且能耗高，投资大。
醋酸氯化反应是自催化反应，在一定的温度下，醋酸氯化的反应速度与体系的酸浓度和催化剂乙酰氯的浓度呈顺变关系，酸浓度和催化剂浓度越高则反应速度越快。在不引入外来强酸的情形下，体系中强酸的浓度对反应速度的影响是至关重要的，尤其是在反应的初期，同时，反应温度越高则反应速度越快。
发明内容
本发明一种醋酸氯化反应工艺及其配套反应器的目的在于为了解决醋酸氯化工艺反应速度慢、能耗高、投资大及氯乙酸收率低的技术方案。
本发明一种醋酸氯化反应工艺及其配套反应器，其特征是将醋酸氯化反应器分成两部分即两个区，在反应过程中通过控制将回流液按要求分配回流到两个反应区域内，从而实现两个反应区域内的催化剂浓度不同，再利用不同的反应温度，使得下部反应区域的反应速度快，又会使氯乙酸的浓度高于上部区域，由催化剂浓度高、强酸浓度高及反应温度高，会使得第一区的反应速度大于第二反应区，氯气先进入位置低的第一反应区，之后上升进入第二反应区继续反应，在第二反应区将氯气反应完全。上下两个反应区间用多孔板分隔开，气体经多孔板自下而上，液体可通过控制管道或利用多孔板自上而下进入下层反应区内，实现可控制地交换。也可在两个反应区内分别设置多层多孔板或多孔网将上升的气泡多次破碎，但这种设置只对气泡起到分散作用而不控制多孔板上下的液相物料交换。
这种工艺可以适用于连续化操作，也可以适应于间歇式操作。
采用连续化操作时，计量的醋酸对来自反应器的HCl气流吸收洗涤后连续进入反应器的上部反应区，醋酸酐或醋酸与醋酐按一定比例的混合物或乙酰氯或乙酰氯与醋酸按一定比例的混合物按计量连续进入反应器的下部反应区内；氯化氢HCl气流带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器冷凝后，根据工艺要求按照一定比例分别进入各个反应区。
对于间歇式反应，醋酸及醋酸酐(或乙酰氯)按计量值一次加入反应器内，而将氯化氢HCl气流带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器冷凝后，根据工艺要求按照一定比例分别进入各个反应区。反应器的分区个数为两个或两个以上，理想的分区个数为两个。
上述的一种醋酸氯化反应工艺及其配套反应器，其特征是采用分区式醋酸氯化反应器，反应器分为两个反应区或两个以上反应区，理想的分区个数为两个，第一反应区容积(下部)V1与第二反应区容积(上部)V2的比为1∶0.6到1∶25，其理想范围为1∶3到1∶8。反应器的容积范围为500升～50立方米。
上述的醋酸氯化反应器，其特征是反应器可设计成两段或多段串联型，各段的直径和形状可以一致也可以不一致，各段的夹套分开制作，反应器也可设计成两个部分或多个部分，每一部分为一个反应区，反应区之间用多孔板隔开，各反应区的温度可以独立控制与调节，也可独立控制各区域的进料或出料。理想的反应区域为两个，两个反应区域的容积比为，第一反应区容积(下部)V1比第二反应区容积(上部)V2为1∶0.6到1∶25，其理想范围为1∶3到1∶8。
上述的醋酸氯化反应器，其特征是在通用的搪玻璃反应器(釜)内部用耐温防腐材质设置内构件将反应分为两个反应区，两反应区之间的物料交换可以通过多孔板的开孔面积来控制。两个反应区可独立控制进料；两个反应区域的容积比为，第一反应区容积(下部)V1比第二反应区容积(上部)V2为1∶1到1∶25，其理想范围为1∶3到1∶8。
上述的醋酸氯化反应器，其特征是反应区间用多孔板相连，气体可通过多孔板自位置较低的一个反应区(第一反应区)进入位置较高的一个反应区(第二反应区)；液体可通过控制管道或多孔板自上部一个反应区(第二反应区)进入下部一个反应区内(第一反应区)。
上述的一种醋酸氯化反应工艺，其特征是将反应后生成的氯化氢(HCl)气流所带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器冷凝后，根据工艺要求按照第一反应区的回流量为L1，第二反应区的回流量为L2，L1∶L2＝1∶1到10∶1(重量比)。
上述的一种醋酸氯化反应工艺，其特征是采用连续化操作时计量的醋酸或醋酸与醋酐按重量比100∶1～100∶4的混合物连续进入反应器的上部(第二)反应区，醋酸酐或醋酸与醋酐按重量比为100∶10000～100∶15的混合物或乙酰氯或醋酸与乙酰氯按重量比为100∶10000～100∶15的混合物计量连续进入反应器的下部(第一)反应区内。
上述的一种醋酸氯化反应工艺，其特征是两个反应区的温度可以独立控制与调节。第一区的反应温度范围为95℃到125℃，理想的温度范围为105℃到120℃；第二区的反应温度范围为85℃到105℃，理想的温度范围为90℃到100℃。
通过控制进料方式和控制反应温度使两个反应区内的催化剂浓度和反应温度有差异，再控制上下两区间的物料交换量，由两区域内的反应速度差异使两个反应区内的氯乙酸浓度具有差异。氯气先进入位置低的第一反应区，之后经多孔板自下而上进入上部的第二反应区继续反应，氯气在第二反应区内完全反应。这种工艺可以适用于连续化操作，也可以适应于间歇式操作。
采用连续化操作时，计量的醋酸连续进入反应器的第二反应区、醋酐连续进入反应器的第一反应区内；或者将醋酸与醋酐按重量比100∶1到100∶4预先混合之后连续进入反应器的第二反应区；或者将醋酸与醋酐按重量比为100∶10000到100∶15预先混合之后连续进入反应器的第一反应区内；氯化氢HCl气流带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器冷凝后，根据工艺要求按照第一反应区的回流量为L1，第二反应区的回流量为L2，L1∶L2＝1∶到10∶1(重量比)。对于间歇式反应，醋酸及醋酸酐(或乙酰氯)按计量值一次加入反应器内，而将氯化氢HCl气流带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器冷凝后，根据工艺要求按照L1∶L2＝1∶1到10∶1的重量比例分别进入第一反应区和第二反应区。
本发明专利的优点是将现有工艺的两级串联反应器由一个反应器来代替，即在一个反应器内将反应分成两个或两个以上的反应区域，合理地利用催化剂、强酸，并利用放热反应的反应热调节各反应区的反应温度，在一些反应区加快反应速度，尽快使氯气反应掉，而在另外一些反应区内，调节温度和醋酸浓度有利于吸收氯气，使得氯气在这一区域反应彻底。通过设计反应器的型式并合理地利用工艺配套的组合来综合加快反应，减小投资和能耗。
为了很好地利用上述反应及工艺特点，改变反应器的结构，将现有工艺的两级串联反应器由一个反应器来代替，即在一个反应器内将反应分成多个反应区域，合理地利用催化剂及其强酸产物，并利用放热反应的反应热调节各区域的反应温度，在一些反应区域加快反应速度，尽快使氯气反应掉，而在另外一些反应区域内，调节温度和醋酸浓度有利于吸收氯气，使得氯气在这一区域反应彻底。通过设计反应器的型式并合理地利用工艺配套的组合来综合加快反应，减小投资和能耗。
本发明一种醋酸氯化反应工艺及其配套反应器的优点在于：解决了现有技术中的反应速度慢、能耗高、投资大及氯乙酸收率低的等问题。
附图说明
图1为氯化反应器结构及工艺示意图，1为第一反应区；2为第二反应区；3为氯气分布装置；4为第一反应区和第二反应区的分割(隔)多孔板；5为冷凝器；6为回流液下液管；7为一、二区间的下液管；8为出料口；M1为进入第一反应区的反应物料；M2为进入第二反应区的反应物料；L1，L2分别为进入第一反应区、第二反应区的回流液；Cl2为氯气；HCl为氯化氢气体管线。底口可以出料和放净；
图2为其它几种反应器及两个反应区的结构示意图，其中a反应器由两部分组成；b为两段缩口串联；c为不等径串联。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1～3
采用图1所示的反应器，采用连续化操作，反应器体积V(V1+V2)＝140升，通过改变多孔板的位置来调整两个反应区的体积，即V1与V2，开始时，自上部第二反应区进料口加入醋酸(M2)90kg，自下部第一反应区进料口加入醋酐(M1)9.5kg，第一和第二反应区均控制在100℃，从氯气分布装置3通入氯气，氯气通入速度1.4～1.6m3/h，根据冷凝器是否发黄进行调节，反应10h，之后改为连续式进料，连续式进料操作过程中，醋酸加量M2＝14.0kg/h，自上部进料口进入第二反应区，醋酐加量M1＝1.48kg/h，自下部进料口进入第一反应区。第一反应区和第二反应区的温度分别控制为T1和T2，氯气流量为2.1～2.4m3/h，根据冷凝器是否发黄进行调节。将反应后生成的氯化氢(HCl)气流所带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器5冷凝后通过回流管6回流，按照第一反应区的回流量为L1，第二反应区的回流量为L2，冷凝后的回流液按L1∶L2＝8∶2(重量比)分配。并在出料口8收集出料，下液管7的流量控制在10kg/h，进行对比实验。
表1反应结果表
实施例4～5
采用图1所示的反应器结构和流程进行对比实验。采用间歇式操作，调整两个反应区的反应温度进行比较，开始时醋酸加量110kg，醋酐加量12kg。第一反应区和第二反应区的温度分别为T1和T2，氯气流量根据冷凝器是否发黄进行调节。冷凝后的回流液按L1∶L2＝7∶3(重量比)分别进入第一区和第二区。结果见表2。
表2反应结果表
实施例6
反应器可设计成两段或多段串联型，各段的直径和形状可以一致也可以不一致，反应器也可设计成两个部分或多个部分，每一部分为一个反应区域，反应区之间用多孔板隔开，各反应区的温度可以独立控制与调节，也可独立控制各区域的进料或出料。理想的反应区域为两个，两个反应区域的容积比为，第一反应区容积(下部)V1与第二反应区(上部)容积V2比为1∶0.6到1∶25，其理想范围为1∶3到1∶8。
如图2中，a反应器由两部分组成，b为两段缩口串联，c为不等径串联。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种醋酸氯化反应反应器，其特征是，包括第一反应区和第二反应区，所述反应区之间用多孔板隔开，所述第一反应区位置低于第二反应区；第一反应区的上升气体通过所述多孔板进入第二反应区，而液体则通过多孔板或下液管回到下部区域，第一反应区和第二反应区的温度独立控制，第一反应区进料为醋酐，第二反应区进料为醋酸，氯气通过氯气分布装置通入第一反应区底部；反应后生成的氯化氢气流所带走的醋酸和乙酰氯经冷凝器冷凝后通过回流管回流，第一反应区的回流量为L1，第二反应区的回流量为L2，重量比L1∶L2＝1∶1到10∶1；V1∶V2为1∶3到1∶8；第一区的反应温度范围为105℃到120℃，第二区的反应温度范围为90℃到100℃。
2.根据权利要求1所述醋酸氯化反应反应器的工艺方法，其特征是，采用连续化操作时计量的醋酸连续进入反应器的第二反应区、醋酐连续进入反应器的第一反应区内；或者将醋酸与醋酐按重量比100∶1到100∶4预先混合之后连续进入反应器的第二反应区；或者将醋酸与醋酐按重量比为100∶10000到100∶15预先混合之后连续进入反应器的第一反应区内。
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