CN103007869B - 一种己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，主要包括进口管、出口管、第一堵头和第二堵头。进口管上游壁上设有1～20个通孔，出口管的喉部设有1～20进液孔。第一堵头与进口管内壁之间形成环隙，第二堵头中心柱与喉部形成上游间隙和下游间隙。溶剂正己烷从入口进入喷嘴，环己酮肟从侧壁通孔进入，两相液体形成错流，加快了环己酮肟的溶解速度。含有发烟硫酸的酰胺化液从喉部的进液孔进入喷嘴，由于出口管喉部的特殊结构，使混合液体湍流加剧，实现三相反应液体的均匀混合。实施本发明能够改善反应液体的混合效果，提高了环己酮肟重排反应的转化率和选择性，减少副产物产生。

Description

一种己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种新型多相反应器的进料喷嘴，具体涉及一种用于己内酰胺生产中的环己酮肟液相重排的三液相进料喷嘴。 

背景技术

己内酰胺生产工艺中利用发烟硫酸或含自由SO₃的液相物料催化环己酮肟重排转化成己内酰胺。重排反应是毫秒级的液液非均相快速反应，微观混合对重排反应尤为重要，微观混合的效果直接影响重排反应的转化率和选择性，继而影响目标产品己内酰胺的收率和质量，并对整个生产过程的设计、优化和操作产生影响。 

利用传统的两通道喷嘴重排反应器进行重排反应，需要对环己酮肟和正己烷进行预混合，重排反应器是在常压、正己烷的沸点（71 oC）下进行的，而环己酮肟的熔点为88.8 oC，若不能在现有工艺条件下使肟在喷嘴内溶解，就需要提高肟和正己烷液流的温度，加快溶解的速度，以便能进而与酰胺化液反应。但重排反应器不能在压力下操作，因此最多只能在喷嘴前和喷嘴内维持高的温度。此外，根据研究环己酮肟溶解的速度依赖于垂直于界面方向上环己酮肟从界面向正己烷层深处湍流扩散的速度。 

利用喷嘴对反应进行强化的措施在化工中比较普遍，常用于多相体系的化学反应。喷嘴形式多种多样，包括两通道、三通道以及多通道喷嘴。现有的重排反应器使用的是两通道喷嘴，喷嘴对称水平切向布置在反应器壳体上，环己酮肟溶液和酰胺化液通过两通道喷嘴进入反应器。使用两通道喷嘴时，必须先通过预混合器使环己酮肟溶解于正己烷，延长工艺流程，增加设备投资和生产成本。使用两通道喷嘴进料，随生产负荷的增大，混合效果变差，重相中的己内酰胺硫酸酯在硫酸缺乏的条件下发生副反应，会有副产物八氢吩嗪等出现。此外，利用现有的两通道喷嘴重排反应器进行重排反应时，正己烷脱酸困难、设备腐蚀严重。 

中国专利CN95111750.5公开了一种带有旋流器的三通道组合式水煤浆气化喷嘴，中国专利CN97235458.1公开了一种五通道负荷可控式水煤浆气化喷嘴，上述专利技术用于气化剂和水煤浆两种物料。日本专利JP57206105提供了一种防止喷油嘴甚至炼焦煤中液体凝固的三通道喷嘴，其中水煤浆、重油、水蒸气或者氮气分别流入三通道，三种物料同时混合。中国专利CN200510112302.9 提供了一种采用三通道喷嘴部分氧化制备合成气的方法，三通道内均含气体物料。美国专利US4093121提供了一种用于挤出塑料的三通道喷嘴。关于三通道或四通道喷嘴用于三种液相物料间的混合和化学反应的技术未见报道。 

在发烟硫酸的液相重排技术中，国内外公司均用单通道喷嘴或两通道喷嘴，未见在重排工艺中使用三通道或四通道喷嘴的报道。 

发明内容

本发明旨在解决现有重排反应技术的不足，提供一种己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，以强化液相间的混合和反应效果，缩短己内酰胺重排工艺流程，提高生产负荷，减少副产物产生。 

本发明提供的己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，主要包括进口管、出口管、第一堵头和第二堵头。进口管上游壁上设有1～20个通孔，为第二液相入口。第一堵头位于进口管中通孔的下游，第二堵头位于进口管和出口管的中间。第一堵头与进口管内壁之间形成环隙。出口管中间有喉部，喉部两头呈 “V”字形敞开的结构，喉部设有1～20进液孔，为第三液相入口。第二堵头为杯型结构，中间有一中心柱，杯型结构的底部与中心柱通过连接板连接。第二堵头的中心柱插入出口管的喉部，中心柱与喉部形成上游间隙和下游间隙。 

第一堵头的两端为直角、半圆、半椭圆或圆锥形结构。进口管设有支撑梁，第一堵头通过螺栓固定在支撑梁。优选支撑梁为“一”字形“十”字形结构。进口管和第一堵头刻有相同或相反方向的沟槽，以促进湍流混合和液相分散。所述沟槽为膛线或来复线。环隙宽度h1=1~30 mm，上游环隙长度h3=1~50 mm，下游环隙长度h3=1~50 mm，具体尺寸根据工艺要求确定。 

为优化设计，本发明有如下选择方案： 

第一堵头和第二堵头为一整体结构。

进口管中的第一堵头换为静态混合器，静态混合器安装在进口管通孔的下游。 

进口管装有多孔管，多孔管两头与通孔连接。所述多孔管设有开孔，开孔沿多孔管轴向均匀分布。开孔的孔径和孔数根据工艺需要和生产负荷确定。 

环隙位于进口管半径的中间位置，进口管在第一堵头的位置呈凸形状。 

本发明中己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，采用三通道的结构，溶剂正己烷从入口进入喷嘴，环己酮肟从侧壁通孔进入，两相液体形成错流，加快了环己酮肟的溶解速度。由于第一堵头存在，使其与进口管构成的环隙面积突降，形成高速湍流促进环己酮肟与正己烷的混合与溶解。含有发烟硫酸的酰胺化液从出口管喉部的进液孔进入喷嘴，与环己酮肟正己烷溶液混合，由于出口管喉部的特殊结构，使混合液体湍流加剧，实现三相反应液体的均匀混合，为重排反应创造良好条件。与现有技术相比，本发明的优点是，①改善了反应液体的混合效果，提高了环己酮肟转化率和己内酰胺选择性，减少副产物产生。现有技术环己酮肟重排反应的环己酮肟转化率为98%，己内酰胺选择性为97.5%。利用本发明进料喷嘴进行重排反应时，环己酮肟转化率为99～100%、选择性为98～99%，不产生副产物八氢吩嗪。②节省了环己酮肟溶液配置过程，缩短了工艺路线，简化流程，减少设备投资。③避免了预混合导致的正己烷脱酸困难问题，实现了节能降耗和减排。④由于改善了混合和反应效果，副产物减少，可以提高重排反应器的生产负荷。 

附图说明

图1为本发明己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴结构示意图； 

图2为图1的A-A图；

图3 为图1的B-B图；

图4为第二堵头的结构示意图；

图5为本发明另一方案的结构示意图；

图6 为本发明再一方案的结构示意图；

图7为本发明第四方案的结构示意图。

其中： 

1—进口管、2—通孔、3—第一堵头、4—第二堵头、5—上游环隙、6—进液孔、7—环隙、8—下游环隙、9—出口管、10—多孔管、11—静态混合器、12—中心柱、13—连接板、14—支撑板、15—螺栓、16—入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。 

实施例1 

本发明内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴如图1所示，主要由进口管1、出口管9、第一堵头3和第二堵头4构成。进口管的上游壁上设有10个通孔2，沿圆周均匀分布。第一堵头为圆柱状体结构，两头为直角。第一堵头位于进口管中通孔的下游，与进口管内壁之间形成环隙7，环隙的宽度h1=3mm。第一堵头下部设有有支撑梁14，用螺栓15将第一堵头固定在支撑梁，如图2所示，支撑梁为“十”字形结构。出口管中间有喉部，两头呈“V”字形敞开的结构，喉部设有10个进液孔6。第二堵头4位于进口管和出口管的中间。如图3、图4所示，述第二堵头为杯型结构，中间有一中心柱12，杯型结构的底部与中心柱通过连接板13连接，连接板为“十”字形结构。第二堵头的中心柱12插入出口管的喉部，中心柱与喉部形成上游环隙5和下游环隙8，上游环隙长度h3=10 mm，下游环隙长度h3=10 mm。进口管1、第二堵头4和出口管9之间焊接连接。      

本发明用于环己酮肟液相重排生产己内酰胺工艺，过程如下：

正己烷以8.811 L/s的体积流率通过入口16进入进口管1，液相温度为65℃，环己酮肟以1.043 L/s的体积流率通过通孔2进入进口管，正己烷和环己酮肟的混合后经第一堵头3与进口管的环隙7、第二堵头4进入出口管得喉部。含有发烟硫酸的酰胺化液以14.86L/s的体积流率经进液孔6进入喷嘴，与正己烷和环己酮肟液体汇合。由于喷嘴的结构特点，实现了三相反应液体快速、均匀混合，混合后的液体经出口管9的V型出口流出，进入反应器进行重排反应。

经检验环己酮肟转化率为99%、选择性大于98%，未检出副产物八氢吩嗪。 

实施例2 

本发明另一实施方案如图5所示，进口管1在第一堵头的位置呈凸形状结构。凸形状部位与第一堵头的环隙7位于进口管半径的中间位置。第一堵头的两头为半圆形结构。第一堵头下部有支撑梁14，支撑梁为“一”字形结构，第一堵头用螺栓15固定在支撑梁上。进口管上设有12个通孔。出口管喉部设有12个进液孔6。环隙7的宽度h1=10mm，上游环隙长度h3=15mm，下游环隙长度h3=20 mm。

本实施例进行重排试验结果为：环己酮肟转化率99.1%，己内酰胺选择性98.3%，未检验出副产物八氢吩嗪。 

实施例3 

本发明再一实施方案如图6所示，为第一堵头3和第二堵头4连体结构。第二堵头的中心柱12直接与第一堵头的底部连接，并且支撑第一堵头。第一堵头的两头为半圆形结构。其它与实施例1相同。

本实施例进行重排试验结果为：环己酮肟转化率100%，己内酰胺选择性98.5%，未检验出副产物八氢吩嗪。 

实施例4 

本发明第四实施方案如图7所示，进口管中设有静态混合器11，静态混合器安装在进口管通孔的下游。进口管装有一根多孔管10，多孔管两头与通孔2连接，以多孔管代替通孔作为环己酮肟的进料口。多孔管设有开孔，开孔沿多孔管轴向均匀分布，开孔的孔径和孔数根据工艺需要和生产负荷确定本实施例多孔管设有四排开空，每排5个开孔，孔径为2mm。

本实施例进行重排反应时，环己酮肟转化率为100%、选择性大于99.5%，没有检出副产物八氢吩嗪。 

Claims (7)

1.一种己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，主要包括进口管（1）、出口管（9）、第一堵头（3）和第二堵头（4），其特征是：所述进口管上游壁上设有1～20个通孔（2），所述第一堵头位于进口管中通孔的下游，第二堵头位于进口管和出口管的中间，第一堵头与进口管内壁之间形成环隙（7）；所述出口管中间有喉部，喉部两头呈“V”字形敞开的结构，所述喉部设有1～20个进液孔（6）；所述第二堵头为杯型结构，中间有一中心柱（12），杯型结构的底部与中心柱通过连接板（13）连接；所述第二堵头的中心柱插入出口管的喉部，中心柱与喉部之间形成上游间隙（5）和下游间隙（8）；所述进口管设有支撑梁（14），第一堵头（3）通过螺栓（15）固定在支撑梁上；所述支撑梁为“一”字形或“十”形字结构。

2.根据权利要求1所述己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，其特征是：所述第一堵头（3）的两端为直角、半圆、半椭圆或圆锥形结构。

3.根据权利要求1所述己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，其特征是：所述第一堵头（3）和第二堵头（4）为一整体结构。

4.根据权利要求1所述己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，其特征是：所述进口管装有多孔管（10），多孔管两头与通孔（2）连接，所述多孔管设有开孔，开孔沿多孔管的轴向均匀分布。

5.根据权利要求1所述己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，其特征是：所述进口管和第一堵头刻有相同或相反方向的沟槽。

6.根据权利要求1所述己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，其特征是：所述环隙（7）位于进口管（1）半径的中间位置，所述进口管（1）在第一堵头的位置呈凸形状。

7.根据权利要求1所述己内酰胺重排反应的三液相进料喷嘴，其特征是：所述环隙（7）宽度h1=1~30 mm，所述上游环隙（5）长度为h2=1~50 mm，下游环隙（8）长度h3=1~50 mm。