CN103435488A

CN103435488A - 一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺及其装置

Info

Publication number: CN103435488A
Application number: CN2013103962441A
Authority: CN
Inventors: 蒋剑春; 许玉; 许彬; 应浩; 戴伟娣; 黄勇; 陈水根; 高一苇; 李科; 徐俊明
Original assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Current assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN103435488B

Abstract

本发明公开了一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺及其装置。是将异辛醇与对苯二甲酸按醇酸物质的量比2.4～2.7∶1经过研磨机浆化后送入锥形流化床反应釜。首先加热脱水，当反应釜温度达到170～180℃后加入0.3%～0.5%的催化剂。物料在循环泵作用下在流化床内由下至上运动，形成沸腾状。蒸发的异辛醇将反应产生的水分带出，并冷凝收集在接受罐内。水与异辛醇在接受罐内快速分层，异辛醇通过回流泵返回锥形流化床反应釜重新参与反应。待酯化液酸值降低到0.2mg·g^-1以下即到达酯化反应终点。本工艺与传统反应釜生产工艺相比，酯化反应速率加快20%～30%，能耗降低30%以上。

Description

一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种生产环保型增塑剂的工艺，尤其涉及一种锥形流化床生产对苯二甲酸二辛酯（DOTP）的工艺。

背景技术

增塑剂是工业上被广泛使用的高分子材料助剂，是一种增加材料柔软性或使材料液化的添加剂。邻苯二甲酸酯类增塑剂是目前应用最广泛的增塑剂，约占全部增塑剂产量的75%，是塑料中用量最大的添加剂。然而基于环境和卫生安全的原因，20世纪90年代以来全球范围内要求限制使用邻苯二甲酸酯类增塑剂的呼声不断，有关环保、卫生、可持续的邻苯二甲酸酯类增塑剂替代品开发研究报道层出不穷。

对苯二甲酸二辛酯（DOTP）产品于80年代投入生产，是一种环保型增塑剂，并作为聚氯乙烯(PVC)塑料的主增塑剂。由于DOTP的毒性低，安全性高，耐水耐油抽出性能较强，一直被作为无毒增塑剂使用，允许使用在医用PVC制品和各种塑料玩具中。而一直被人们广泛使用的主增塑剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP），由于其对人体有潜在的毒性，它的使用已经受到限制。

由于结构不同，DOTP除塑化性能略低于DOP外，其他物理机械性能均优于DOP，因此它比DOP有更广泛的用途，可用于聚氯乙烯、氯乙烯、氯乙烯共聚物、纤维素树脂的加工，制造薄膜、人造革、电线电缆绝缘、片板材、模塑品等，亦可作为橡胶和纸张的软化剂。与DOP相比，DOTP的电气绝缘性能更佳，体积电阻率是DOP的十几倍，受热后电性能稳定，在相同条件下挥发残留量仅为DOP的一半，同时增塑后的PVC树脂的低温柔性、耐低温性也都比较好，因此特别适用于耐高温聚氯乙烯电缆料的生产。国外在70℃级电缆科中已普遍使用DOTP，而DOP只能达到65℃级电缆料的要求，不能满足国际电工委员会(IEC)规定的70℃级电缆标准。为了与国际接轨，我国电缆行业全面推行IEC277，1979标准，因而必将促进DOTP等耐高温增塑剂的生产和应用。

目前生产DOTP基本都采用对苯二甲酸(TPA)法(直接酯化法)，TPA法是将异辛醇与PTA按一定物质的量比投入酯化釜，加入催化剂在170～230℃下反应10～12h，待酯化液酸值降低到0.2mg·g^-1以下，即为酯化反应终点。传统工艺一般都采用酯化反应釜进行间歇式生产，而采用反应釜间歇工艺生产存在以下几种问题：（1）由于TPA和异辛醇是固液两相反应，因此增加搅拌强度是加快酯化反应进程的关键。而要提高反应釜的搅拌强度，会给设备及搅拌轴密封的加工带来了一系列的困难。目前大规模工业化生产，搅拌速度一般在80～110转/分钟，限制了搅拌强度。（2）异辛醇通常由釜上冷凝器或塔回流，不能与反应釜内物料充分接触，影响了反应速度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺及其装置，可以有效提高酯化反应速度。

本发明采用如下技术方案：一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，以异辛醇和对苯二甲酸为原料，在催化剂存在下反应。异辛醇与对苯二甲酸在混合釜内按比例投料混合，经过研磨浆化为粒径在5～20μm的物料送入锥形流化床反应釜。通入导热油加热物料，维持升温速率3～5℃/min，脱去对苯二甲酸中的水份，当釜温升至170～180℃时，加入催化剂开始进行酯化反应。锥形流化床反应釜内的物料在循环泵作用下经由静态混合器与接受罐过来的异辛醇混合均匀后由锥形流化床反应釜的底部进入锥形流化床反应釜内，在锥形流化床反应釜内由下至上运动，呈沸腾状，锥形流化床反应釜内异辛醇达到沸点开始蒸出，蒸发的异辛醇和反应产生的水分一起由锥形流化床反应釜的顶部排出，经过换热器换热，由冷凝器冷凝后收集在接受罐内，水与异辛醇在接受罐内快速分层，接收罐内上层的异辛醇通过回流泵首先经过换热器与从锥形流化床反应釜蒸发出的异辛醇换热再经由静态混合器与锥形流化床反应釜内回流的物料混合后返回锥形流化床反应釜重新参与反应，待酯化液酸值降低到0.2mg·g^-1以下即到达酯化反应终点。

异辛醇与对苯二甲酸按醇酸物质的量比2.4～2.7∶1进行反应。

催化剂的质量占对苯二甲酸和异辛醇总质量的0.3%～0.5%。

所述的催化剂为钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯、钛酸四异丙酯的任意一种。

用于所述的锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，包括锥形流化床反应釜、静态混合器、换热器、冷凝器、循环泵、回流泵、接受罐，所述的锥形流化床反应釜顶部的蒸汽出口与换热器的进口连接，上部的回流料出口与循环泵进口连接，底部的物料进口经由静态混合器与循环泵的出口连接，换热器的出口与冷凝器连接，冷凝器与接受罐连接，接受罐的异辛醇出口和回流泵连接，回流泵和换热器的换热介质进口连接，换热器的换热介质出口与静态混合器连接。

所述的锥形流化床反应釜下部为锥体结构，上部为圆筒结构，锥体结构的锥角为30°～60°。

所述的锥形流化床反应釜外壁设有加热半管。

所述的锥形流化床反应釜设有搅拌装置，所述的搅拌装置为2层折叶浆式搅拌器，可以使物料在床层中部混合更加剧烈。

所述的锥形流化床反应釜底部物料进口处设有筛板分布器，筛板开孔率在1%～2%，这样可以使得流体均匀分布于整个床层。

有益效果：

（1）采用锥形流化床反应釜作为主反应器，颗粒原料在流体的作用下翻滚运动，固液两相接触充分剧烈，强化了传热、传质，加速了反应的进行。

（2）锥形流化床反应釜下部为锥体结构，上部为圆筒结构，截面随高度而变化，所以流速在轴向上存在着速度梯度。在底部截面积较小，流速较高，而在顶部截面较大，流速较低，相对于传统流化床混合效果更剧烈。

（3）在循环泵出口设有静态混合器，通过固定在混合器管内的混合单元内件，使固液两相物料充分混合，增加了反应速率。

（4）回流异辛醇进入反应器前首先与蒸发出的异辛醇进行热交换，回收热量，降低了能耗。

（5）回流异辛醇由流化床反应釜底部进入，保证了醇与固体的充分接触，有利于反应水的及时带出。

（6）采用锥形流化床生产对苯二甲酸二辛酯（DOTP）的工艺与传统反应釜生产工艺相比，反应速率加快20%～30%，能耗降低30%以上。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图中：1—锥形流化床反应釜、2—换热器、3—冷凝器、4—静态混合器、5—循环泵、6—回流泵、7—接受罐。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1：

将异辛醇与对苯二甲酸按醇酸物质的量比2.4∶1投料混合，经过研磨浆化为粒径在5～20μm的物料后再加入锥形流化床反应釜，打开循环泵使物料流化床内由下至上运动。通入少量导热油加热脱水，使温度以升温速率3～5℃/min缓慢升高，当反应釜温度达到180℃后加入占反应物总质量0.3%的钛酸四丁酯催化剂，加大导热油量。此时酯化反应开始，异辛醇到达沸点开始蒸出，并将反应产生的水分带出反应釜，经过换热器换热，由冷凝器冷凝后收集在接受罐内。水与异辛醇在接受罐内快速分层，接收罐内上层的异辛醇通过回流泵首先经过换热器与从锥形流化床反应釜蒸发出的异辛醇换热再经由静态混合器与锥形流化床反应釜内回流的物料混合后返回锥形流化床反应釜重新参与反应。反应7小时后测酯化液酸值到0.2mg·g^-1以下，,到达酯化反应终点。反应完成的酯化液再送入脱醇脱色釜进行脱醇脱色，即为成品DOTP。

产品指标

实施例2

一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，以异辛醇和对苯二甲酸为原料，在催化剂存在下反应，异辛醇与对苯二甲酸在混合釜内按异辛醇与对苯二甲酸按醇酸物质的量比2.7∶1比例投料混合，经过研磨浆化为粒径在5～20μm的物料送入锥形流化床反应釜；维持升温速率3～5℃/min，脱去对苯二甲酸中的水份，当釜温升至170℃时，加入催化剂钛酸四异丙酯开始进行酯化反应；催化剂的质量占对苯二甲酸和异辛醇总质量的0.4%。锥形流化床反应釜内的物料在循环泵作用下经由静态混合器与接受罐过来的异辛醇混合均匀后由锥形流化床反应釜的底部进入锥形流化床反应釜内，在锥形流化床反应釜内由下至上运动，呈沸腾状，锥形流化床反应釜内异辛醇达到沸点开始蒸出，蒸发的异辛醇和反应产生的水分一起由锥形流化床反应釜的顶部排出，经过换热器换热，由冷凝器冷凝后收集在接受罐内，水与异辛醇在接受罐内快速分层，接收罐内上层的异辛醇通过回流泵首先经过换热器与从锥形流化床反应釜蒸发出的异辛醇换热再经由静态混合器与锥形流化床反应釜内回流的物料混合后返回锥形流化床反应釜重新参与反应，待酯化液酸值降低到0.2mg·g^-1以下即到达酯化反应终点。

实施例3

一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，以异辛醇和对苯二甲酸为原料，在催化剂存在下反应，异辛醇与对苯二甲酸在混合釜内按异辛醇与对苯二甲酸按醇酸物质的量比2.5∶1比例投料混合，经过研磨浆化为粒径在5～20μm的物料送入锥形流化床反应釜；维持升温速率3～5℃/min，脱去对苯二甲酸中的水份，当釜温升至175℃时，加入催化剂钛酸四异丙酯开始进行酯化反应；催化剂的质量占对苯二甲酸和异辛醇总质量的0.5%。锥形流化床反应釜内的物料在循环泵作用下经由静态混合器与接受罐过来的异辛醇混合均匀后由锥形流化床反应釜的底部进入锥形流化床反应釜内，在锥形流化床反应釜内由下至上运动，呈沸腾状，锥形流化床反应釜内异辛醇达到沸点开始蒸出，蒸发的异辛醇和反应产生的水分一起由锥形流化床反应釜的顶部排出，经过换热器换热，由冷凝器冷凝后收集在接受罐内，水与异辛醇在接受罐内快速分层，接收罐内上层的异辛醇通过回流泵首先经过换热器与从锥形流化床反应釜蒸发出的异辛醇换热再经由静态混合器与锥形流化床反应釜内回流的物料混合后返回锥形流化床反应釜重新参与反应，待酯化液酸值降低到0.2mg·g^-1以下即到达酯化反应终点。

实施例4

用于所述的锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，包括锥形流化床反应釜1、静态混合器4、换热器2、冷凝器3、循环泵5、回流泵6、接受罐7，所述的锥形流化床反应釜1顶部的蒸汽出口与换热器2的进口连接，上部的回流料出口与循环泵5进口连接，底部的物料进口经由静态混合器4与循环泵5的出口连接，换热器2的出口与冷凝器3连接，冷凝器3与接受罐7连接，接受罐7的异辛醇出口和回流泵6连接，回流泵6和换热器2的换热介质进口连接，换热器2的换热介质出口与静态混合器4连接。所述的锥形流化床反应釜1下部为锥体结构，上部为圆筒结构，锥体结构的锥角a为30°～60°，以便使物料反应时混合更均匀，反应更充分。所述的锥形流化床反应釜1外壁设有加热半管，通入导热油后可以更好的提供热量。所述的锥形流化床反应釜1设有搅拌装置，所述的搅拌装置为2层折叶浆式搅拌器，可以使物料在流化床层中部混合更剧烈，能够使反应更充分。所述的锥形流化床反应釜1底部物料进口处设有筛板分布器，筛板开孔率在1%～2%，可以使流体均匀分布于床层。原料对苯二甲酸浆化后粒径更小，可以与异辛醇混合更均匀，通过静态混合器混合后反应能够更充分。

Claims

1.一种锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，以异辛醇和对苯二甲酸为原料，在催化剂存在下反应，其特征在于，异辛醇与对苯二甲酸在混合釜内按比例投料混合，经过研磨浆化为粒径在5～20μm的物料送入锥形流化床反应釜；维持升温速率3～5℃/min，脱去对苯二甲酸中的水份，当釜温升至170～180℃时，加入催化剂开始进行酯化反应；锥形流化床反应釜内的物料在循环泵作用下经由静态混合器与接受罐过来的异辛醇混合均匀后由锥形流化床反应釜的底部进入锥形流化床反应釜内，在锥形流化床反应釜内由下至上运动，呈沸腾状，锥形流化床反应釜内异辛醇达到沸点开始蒸出，蒸发的异辛醇和反应产生的水分一起由锥形流化床反应釜的顶部排出，经过换热器换热，由冷凝器冷凝后收集在接受罐内，水与异辛醇在接受罐内快速分层，接收罐内上层的异辛醇通过回流泵首先经过换热器与从锥形流化床反应釜蒸发出的异辛醇换热再经由静态混合器与锥形流化床反应釜内回流的物料混合后返回锥形流化床反应釜重新参与反应，待酯化液酸值降低到0.2mg·g^-1以下即到达酯化反应终点。

2.根据权利要求1所述的锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，其特征在于，异辛醇与对苯二甲酸按醇酸物质的量比2.4～2.7∶1进行反应。

3.根据权利要求1所述的锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，其特征在于，催化剂的质量占对苯二甲酸和异辛醇总质量的0.3%～0.5%。

4.根据权利要求1或3所述的锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺，其特征在于，所述的催化剂为钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯、钛酸四异丙酯的任意一种。

5.用于权利要求1～4任一所述的锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，其特征在于，包括锥形流化床反应釜（1）、静态混合器（4）、换热器（2）、冷凝器（3）、循环泵（5）、回流泵（6）、接受罐（7），所述的锥形流化床反应釜（1）顶部的蒸汽出口与换热器（2）的进口连接，上部的回流料出口与循环泵（5）进口连接，底部的物料进口经由静态混合器（4）与循环泵（5）的出口连接，换热器（2）的出口与冷凝器（3）连接，冷凝器（3）与接受罐（7）连接，接受罐（7）的异辛醇出口和回流泵（6）连接，回流泵（6）和换热器（2）的换热介质进口连接，换热器（2）的换热介质出口与静态混合器（4）连接。

6.权利要求5所述的用于锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，其特征在于，所述的锥形流化床反应釜（1）下部为锥体结构，上部为圆筒结构，锥体结构的锥角a为30°～60°。

7.权利要求5所述的用于锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，其特征在于，所述的锥形流化床反应釜（1）外壁设有加热半管。

8.权利要求5所述的用于锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，其特征在于，所述的锥形流化床反应釜（1）设有搅拌装置，所述的搅拌装置为2层折叶浆式搅拌器。

9.权利要求5所述的用于锥形流化床生产环保型增塑剂的工艺中的装置，其特征在于，所述的锥形流化床反应釜（1）底部物料进口处设有筛板分布器，筛板开孔率在1%～2%。