CN103319391A - 一种n-乙烯基吡咯烷酮nvp合成的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）合成领域，采用新工艺，解决N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）合成过程中乙炔气安全使用问题，采用新型管式反应器，稳定控制反应温度，避免超温副反应产生。采用氮气保持压力控制罐压力，通过压力控制罐液位稳定管式反应器压力，保证乙炔在反应器内持续液相反应。一级或多级管式反应器串联，N乙烯基吡咯烷酮合成转化率20-80%，选择性达到95%。
Description
技术领域
本发明涉及有机物合成领域，具体涉及一种N-乙烯基吡咯烷酮NVP合成的新工艺。
技术背景
聚乙烯基吡咯烷酮（Polyvinyl Pyrrolidone）简称PVP，是一种具有许多优良性能、用途十分广泛的非离子水溶性高分子精细化学品，分子式（C6H9NO）n，是由乙烯基吡咯烷酮（NVP）聚合而成的线性聚合物，为白色树脂状固体，需要时也可制成透明水溶液。通过控制聚合反应过程中的聚合度，可制成不同分子量的产品，PVP分子量一般为20000-80000。可发生生物降解，根据不同的工艺条件，可生产医药、食品、工业级三种档次的产品。
α-吡咯烷酮以碱性催化剂发生取代反应后除水，再以乙炔为原料，合成N-乙烯基吡咯烷酮（简称NVP），经分离提纯，再引发聚合形成PVP系列产品。
NVP工艺技术的关键在于合成反应，其技术难点在于：
（1） 吡咯烷酮钾活性不稳定
α-吡咯烷酮与氢氧化钾反应生成水对活性影响很大，要尽可能保持高真空度，迅速减少溶液中的水分，稳定吡咯烷酮钾的活性。
（2） 乙炔在吡咯烷酮溶液中溶解度低
乙炔在吡咯烷酮钾中溶解度低，需要采取措施强化传质，尽可能保持高压和低温，增加乙炔的溶解性，加快反应速度，提高反应转化率。
（3） 乙炔易燃易爆
NVP合成反应涉及一定温度和压力下的乙炔，乙炔是易燃、易爆气体。随着容器直径的增大，工艺指标要求严格，设备制造工艺复杂，乙炔的爆炸危害性增加，要求反应器具有良好的密封性能，并且反应器直径尽可能小，提高设备的耐压性能。
（4） NVP合成反应是气液两相反应
NVP合成反应速度受传质控制，稳定反应压力，加快反应速度，缩短反应时间，可提高反应转化率和选择性。
（5） NVP合成反应是强放热反应
NVP合成反应需要及时地移走反应放热，反应器要有较大的换热面积。需强化传热效果，稳定控制反应温度，提高反应选择性。
（6） NVP合成反应物料高温易聚合
NVP合成反应物料在反应器停留时间长，高温加热易造成单体聚合，需缩短反应停留时间，稳定控制反应温度，减少物料聚合。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种N-乙烯基吡咯烷酮NVP合成的新工艺。
本发明采用的技术方案如下：
（1）α-吡咯烷酮与氢氧化钾加入制备釜中，在0.095-0.098 Mpa真空度和90-120℃条件下，制备成α-吡咯烷酮钾；
（2）将氮气乙炔混合气，在1.0-1.6Mpa压力和25-35℃下溶解进吡咯烷酮钾中，然后放入原料缓冲罐；
（3）物料经过原料缓冲罐底部放入进料泵加压至1.0-1.6Mpa，送入预热器升温至温度120-160℃；
（4）经预热器预热后的物料进入套管或蛇管式反应器反应，维持反应温度 160-200℃，反应停留时间 0.5-2.5小时，反应管的内径￠25mm-￠50mm，长度为100-200米；
（5）反应完毕后产物进入冷却器冷却至常温，冷却后的粗品进入压力控制罐，通过氮气加压，控制压力控制罐的液位，稳定整个NVP管式反应器压力，压力为1.0-1.6 Mpa，粗品从压力控制罐底部减压后送入精馏塔精馏，得到最终产品N-乙烯基吡咯烷酮NVP。
所述的氮气乙炔混合气中乙炔含量≤50%。
所述的套管式反应器为1-4级管式反应器串联而成。
所述的氮气乙炔混合气的流速为100-200L/h。
本发明的有益效果是:
（1）真空度高，溶液活性稳定
本发明尽可能保持制备吡咯烷酮钾高真空度，减少吡咯烷酮钾中的水分，稳定吡咯烷酮钾的活性，反应温度低，速度快，转化率高，提高了生产效率。
（2）选用多级管式反应器，提高反应安全性
以套管或蛇管反应器代替传统的气液鼓泡或列管式反应器，设备采用小直径管子使单位体积的传热面积增大。反应管采用不锈钢无缝钢管，降低设备制作难度，管式反应器设计压力达到10Mpa，远高于合成工作压力，确保高温高压乙炔溶解于吡咯烷酮，保证合成生产安全。
（3）采用低温高压，增加乙炔溶解度
本发明中将乙炔采用高压和低温的条件下溶解在吡咯烷酮钾中， 增加了乙炔在N-吡咯烷酮钾中的溶解度，然后送入管式反应器高温高压反应，加快反应速度，提高了反应转化率。
（4）稳定反应压力，加快反应速度
本发明物料经物料泵加压送入管式反应器，为连续反应，采用氮气控制压力控制罐液位，稳定管式反应器压力。保证乙炔在N-乙烯基吡咯烷酮液相中反应，加快反应速度，提高反应转化率和选择性。
（5）控制反应器温度，提高反应选择性
使用多级管式反应器，可稳定控制反应温度，及时地移走反应放热，减少单体超温聚合，降低了合成反应消耗，提高了反应选择性。
管式反应器，具有设备容积小，无内部运转部件，密封性能好，设备泄漏率低，设备投资低，维修方便，反应压力高，乙炔空体积小，很好地解决了乙炔的安全问题。 物料流速快，单位容积的传热面积大，反应温度容易控制，反应器内部温度均匀，有效地避免了单体的聚合，提高了反应的选择性和转化率。采用管式反应器，可实现大型连续生产，大幅提高产能。
采用一级管式反应器或多级管式反应器串联后，NVP合成反应变得条件温和，并有效的解决了安全问题， 控制最优转化率在20-80%，反应选择性可达95%。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
将1000公斤α--吡咯烷酮和15公斤的氢氧化钾加入制备釜中，保持-0.095 Mpa压力下，升温至110℃制成吡咯烷酮钾，将流速为120L/h乙炔和氮气混合气在1.5Mpa压力和30℃下，溶解进吡咯烷酮钾后放入原料缓冲罐，物料经过原料缓冲罐底部至加料泵加压至1.5Mpa，以200L/h流量送入预热器升温至反应温度130℃，经预热器后送入内径￠50mm，长60米的3级反应器串联而成的套管式反应器里，维持反应温度180℃，反应停留时间1.5小时。反应完毕后至冷却器冷却至常温，冷却后的粗品进入压力控制罐，通过氮气加压利用压力控制罐的液位稳定整个NVP管式反应器压力为1.5Mpa，粗品从压力控制罐底部减压送入精馏塔精馏，制成NVP，含量可达到65%，收率大于95%。
Claims (4)
1.一种N-乙烯基吡咯烷酮NVP合成的新工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）α-吡咯烷酮与氢氧化钾加入制备釜中，在0.095-0.098 Mpa真空度和90-120℃条件下，制备成α-吡咯烷酮钾；
（2）将氮气乙炔混合气，在1.0-1.6Mpa压力和25-35℃下溶解进吡咯烷酮钾中，然后放入原料缓冲罐；
（3）物料经过原料缓冲罐底部放入进料泵加压至1.0-1.6Mpa，送入预热器升温至温度120-160℃；
（4）经预热器预热后的物料进入套管或蛇管式反应器反应，维持反应温度 160-200℃，反应停留时间 0.5-2.5小时，反应管的内径￠25mm-￠50mm，长度为100-200米；
（5）反应完毕后产物进入冷却器冷却至常温，冷却后的粗品进入压力控制罐，通过氮气加压，控制压力控制罐的液位，稳定整个NVP管式反应器压力，压力为1.0-1.6 Mpa，粗品从压力控制罐底部减压后送入精馏塔精馏，得到最终产品N-乙烯基吡咯烷酮NVP。
2.根据权利要求1所述的N-乙烯基吡咯烷酮NVP合成的新工艺，其特征在于：所述的氮气乙炔混合气中乙炔含量≤50%。
3.根据权利要求1所述的N-乙烯基吡咯烷酮NVP合成的新工艺，其特征在于：所述的套管式反应器为1-4级管式反应器串联而成。
4.根据权利要求1所述的N-乙烯基吡咯烷酮NVP合成的新工艺，其特征在于：所述的氮气乙炔混合气的流速为100-200L/h。
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