CN104028175A

CN104028175A - 改进的连续混合撤热化工生产装置

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Publication number: CN104028175A
Application number: CN201410276754.XA
Authority: CN
Inventors: 宋尧; 宋晓轩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: CN104028175B

Abstract

一种改进的连续混合撤热化工生产装置，包括管束式静态混合器，搅拌头、电机，所述电机通过锥齿轮和搅拌头直连，该搅拌头置于管束式静态混合器中的管束底部且竖直放置，液/液或液/气进料室设置在搅拌头下方，该液/液或液/气进料室的两侧分别开有液体进料口和气体进料口；该气体进料口延伸至搅拌头的搅拌轴处；所述管束式静态混合器的壁上开有冷却或加热进出口，其顶部开有出料口。本发明将反应时间缩短，反应温度降低，副产物降至更低。

Description

改进的连续混合撤热化工生产装置

技术领域

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背景技术

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背景技术

目前，工业化应用的磺化、氯化和氧化反应器主要有搅拌釜式，降膜式，超重力和微反应等方式。这些反应器都致力于减少局部非均匀性反应所造成的副产物。但是，如何实现最初的各反应物料能够等分子同时进料、瞬间被强制混合均匀，开始反应并即时撤走剧烈的反应放热，最大限度的减少副产物，仍然是企业要排放废渣、废水和废气的根本性难题。中国专利一种连续混合撤热化工生产装置CN200620078554.4部分解决了瞬间混合，即时撤热的问题，但其搅拌头和电机水平连接，导致搅拌头和管束式静态混合器的距离过长，使搅拌头外周必须安装冷却系统才能快速撤热，并且结构复杂，检修不便。

发明内容

在此处键入技术领域描述段落。技术领域

本发明涉及一组用于剧烈放热反应的连续混合撤热化工生产装置，属于化工反应过程的强化。

发明内容

本发明提供一种改进的连续混合撤热化工生产装置，不仅去掉了现有技术中搅拌头周围加装的冷却系统，而且撤热更迅速，结构简单，检修方便，占地面积小。

为此，采用如下技术方案：

一种改进的连续混合撤热化工生产装置，包括管束式静态混合器，搅拌头、电机，所述电机通过锥齿轮和搅拌头直连，该搅拌头置于管束式静态混合器中的管束底部且竖直放置，液/液或液/气进料室设置在搅拌头下方，该液/液或液/气进料室的两侧分别开有液体进料口和气体进料口；该气体进料口延伸至搅拌头的搅拌轴处；所述管束式静态混合器的壁上开有冷却或加热进出口，其顶部开有出料口。

所述管束式静态混合器中单管的公称直径为1-300mm mm。

所述管束式静态混合器和液/液或液/气进料室之间安装单管静态混合器。

所述管束式静态混合器的上端和出料口之间加装单管静态混合器。

所述电机通过锥齿轮和搅拌头直连，且搅拌头置于反应罐内；气体进料口延伸至搅拌头的搅拌轴处，液体进料口置于所述气体进料口下方的反应罐的底部；所述反应罐一侧设置冷却或加热盘管，其顶部开有出料口。

本发明采用电机和搅拌头通过锥齿轮直连结构而使搅拌头竖直放置且其置于反应器管束的底部，反应物瞬间进入反应器，反应热由管束式静态混合器上设置的冷却结构即时撤去，由于参加反应的气体原料是少量且被挟裹在液体原料中，均化泵以≮130r/min的高速剪切力可以最大限度破碎气泡表面张力，使得相接触面积达到最大化，进而实现了气/液物质间相传质过程的强化。保证了反应物的质量，反应时间缩短，反应温度降低，副产物降至更低。而且本发明的结构保证了液体和液体可直接反应，不需要溶剂做缓冲液；剧烈的放热反应可以被管束式静态混合器即时取走，进而实现了大规模、连续化工业生产。

本发明适用市售原料做氯化、磺化、氧化和聚合反应，较常规搅拌釜式工艺精细,可使反应副产物降低90%以上；反应时间缩短30%以上，反应温度降低10%以上。实现了磺化、氯化和氧化的连续化、大批量和高质量工业生产。本发明也适用于有机物烷基化反应和含烯基有机单体的聚合反应。还适用于离子液体的中和反应。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1，参照图1，一种改进的连续混合撤热化工生产装置，包括管束式静态混合器，搅拌头、电机，,所述电机1通过锥齿轮和搅拌头5直连，该搅拌头5置于管束式静态混合器6中的管束底部且竖直放置，液/液或液/气进料室2设置在搅拌头5下方，该液/液或液/气进料室2的两侧分别开有液体进料口3和气体进料口4；该气体进料口4延伸至搅拌头5的搅拌轴处，将气流更好的分散；所述管束式静态混合器6的壁上开有冷却或加热进出口7、8，其顶部开有出料口9。

所述管束式静态混合器6中单管的公称直径不大于 50mm，可选择1-50mm之间的任何整数。

图1中管束式静态混合器6上方安装的筒体10根据厂家要求而设置。

用下述具体反应过程进一步说明实施例1。

1、用液体三氧化硫磺化合成十六烷基苯磺酸的反应 将储罐内80.0吨的液体原料十六烷基苯用离心泵抽出，输入板式换热器加热至35-55℃。经过滤后输入所述液体进料口3，经管束式静态混合器6，再经出料口9返回打循环，以便升温；同时自所述气体进料口4通入氮气进行强制混合以置换十六烷基苯中的空气1小时；以保证反应过程安全及反应产物的外观。然后控制冷却或加热进出口7、8中的冷或热流使保持物料温度恒定在35-55℃。市售液体原料三氧化硫在20M³储罐内，启动磁力泵将出口升至规定压力。将三氧化硫经过滤、计量进入高速均化泵入口管4。

按配料比控制等摩尔的十六烷基苯2.3吨/小时和液体三氧化硫0.62吨/小时在高速均化泵2内同时进料，在≯0.5s瞬间被强制混合均匀，随即进入单管公称直径不大于15mm的静态混合器的管束内进行反应，反应产生剧烈的热量由静态混合器管束外冷却水快速撤去。并且将反应物温度恒定在45-55℃。反应后的中间产物经出料口9进齿轮泵入口，用齿轮泵加压再进入串联式单管静态混合器，进行强制老化反应。

本方法能够将反应温度精确控制在48℃±2，过磺化副产物减少了90%以上；液体三氧化硫在输送过程中实现0泄漏率。本方法不用氯苯类作稀释剂，保护了员工健康。本方法也可用气体三氧化硫磺化十二烷基苯。

2、异丁烯聚合反应生产聚异丁烯：

平均分子量为800—1200的高活性聚异丁烯是生产润滑油分散添加剂的一种理想原料。用氮气吹扫异丁烯离心泵进口→管束式静态混合器6出口2分钟，以置换掉反应设备内空气。

按配料比异丁烯：三氯化铝为1:0.02（W/W），将异丁烯在储罐内冷却至-10℃±2。控制离心泵将纯度≮15%的异丁烯过滤后输入液体进料口3，经管束（单管公称直径不大于10mm）式静态混合器6进行强制预冷，再经出口管道9返回打循环，控制流量≯5.0M³/小时。

将规定配料的三氯化铝及二甲苯（或三氟化硼/正丁烷）在5 M³搪瓷搅拌釜内恒温至40±5℃，混合后液体催化剂在搅拌釜→螺杆泵→搅拌釜之间打循环继续预混合3小时,生产络合物液体催化剂。

将规定配料的液体催化剂经过滤、计量进入所述气体进料口4，等摩尔的异丁烯和催化剂在所述液体进料口3和气体进料口4内同时进料，在≯0.5s瞬间被强制混合均匀，随即进入管束式静态混合器组6内进行聚合反应，反应产生的热量由冷却进出口7、8中的冷冻盐水快速撤去。并且将反应物料温度恒定在-5±2℃。反应后的产物经出料口9输出，进入连续化处理设备（如专利ZL2005201225352的设备）做链终止反应。

本方法能将聚合反应产生的剧烈放热即时撤走，转化率提高7%以上；最大限度强制聚异丁烯分子量分布指数稳定在2.5以下。

实施例2，参照图2，一种改进的连续混合撤热化工生产装置，包括管束式静态混合器，搅拌头、电机，,所述电机1通过锥齿轮和搅拌头5直连，该搅拌头5置于管束式静态混合器6中的管束底部且竖直放置，，液/液或液/气进料室2设置在搅拌头5下方，该液/液或液/气进料室2的两侧分别开有液体进料口3和气体进料口4；该气体进料口4延伸至搅拌头5的搅拌轴处，将气流更好的分散；所述管束式静态混合器6的壁上开有冷却或加热进出口7、8，其顶部开有出料口9。所述管束式静态混合器6和液/液或液/气进料室2之间安装单管静态混合器11，作为预反应段。其上开有冷却或加热进出口12、13。

所述管束式静态混合器6中单管的公称直径为10-300mm，可选择10-300mm之间的任意整数。当管径＞300mm时，强制搅拌效果及撤热效果将明显变差。

用下述具体反应过程进一步说明实施例2。

1、对甲苯氯化生产氯甲苯的反应

在20M³侧搅拌罐内，将规定配料的纯度＞98%对甲苯加热至55±2℃。控制离心泵将对甲苯在搅拌罐→单管静态混合器11→管束式静态混合器6→搅拌罐之间打循环。

在3M³搪瓷搅拌釜内，将规定配料的催化剂三氯化铁和三氯苯加热至55±2℃。控制螺杆泵将催化剂溶液在搅拌釜底出口至搅拌釜顶进料口之间打循环3小时。改流程将催化剂溶液经单管静态混合器11和管束式静态混合器6泵入20M³搅拌罐，继续循环2小时成混合物料。

将工业瓶装液氯在缓冲罐内恒温至25±10℃，控制氯气缓冲罐出口至规定压力。将对甲苯：氯配料分子比为1:1.01的带压氯气经过滤、计量进入气体进料口4，同时控制等摩尔的混合物料进料口3，在≯0.5s瞬间被强制混合均匀，随即进入单管静态混合器11开始反应；在≯3.0s内进入管束式静态混合器组6内进行反应，此时，反应产生的剧烈放热由管束式静态混合器6上的冷却进出口7、8和单管式静态混合器11上的冷却或加热进出口12、13中的外冷却水快速撤去。并且将反应物料温度恒定在80±5℃。反应后的产物经出料口9进螺杆泵入口，用螺杆泵加压进入串联式单管静态混合器，保持80±2℃进行强制链终止反应。

用本方法氯甲苯生产效率提高20%以上。副产物减少90%以上。进而减轻了对环境的污染。

2、醋酸氯化生产氯乙酸的反应

在20M³侧搅拌罐内，将规定配料的冰醋酸和醋酐在搅拌下加热至90±2℃。控制离心泵将混合物料在搅拌罐→单管静态混合器11→管束式静态混合器6→搅拌罐之间打循环。

将工业瓶装液氯在缓冲罐内恒温至25±10℃，控制氯气缓冲罐出口至规定压力。将规定配料的带压氯气经过滤、计量进入气体进料口4，控制等摩尔的混合物料和氯气在液体进料口3和气体进料口4内同时进料，在≯0.5s瞬间被强制混合均匀，随即进入单管静态混合器11开始反应；在≯3.0s内进入管束式静态混合器6内进行反应，此时，反应产生的剧烈放热由管束式静态混合器6上的冷却进出口7、8和单管式静态混合器11上的冷却或加热进出口12、13中的外冷却水快速撤去。并且将反应物料温度恒定在98±2℃；反应后的产物经出料口9进螺杆泵入口，用螺杆泵加压进入串联式单管静态混合器，保持90±2℃进行强制链终止反应。反应后产物进入另一20M³侧搅拌罐内，保持真空度≯0.03MPa脱气。

用本方法氯乙酸生产效率提高12%以上。副产物减少95%以上。进而减轻了对环境的污染。

3、用氯气催化聚异丁烯和马来酸酐的反应

平均分子量为800—1200的聚异丁烯基马来酸酐是生产炸药乳化剂聚烯烃丁二酰亚胺的中间体。将规定配料的聚异丁烯和马来酸酐在混合搅拌釜内加热至65-150℃。控制螺杆泵将混合物料在混合搅拌釜→单管静态混合器11→管束式静态混合器6→混合搅拌釜之间打循环。

将工业瓶装液氯在缓冲罐内恒温至25±10℃，控制液氯缓冲罐出口至规定压力。将规定配料的带压液氯经过滤、计量进入气体进料口4，控制等摩尔的混合物料和液氯在液、气进料口3、4内同时进料，在≯0.5s瞬间被强制混合均匀，随即进入单管静态混合器11开始反应；在≯3.0s内进入管束式静态混合器组6内进行反应，此时，反应产生的剧烈放热由管束式静态混合器6上的冷却进出口7、8和单管式静态混合器11上的冷却或加热进出口12、13中的外冷却水快速撤去。并且将反应物料温度恒定在180±5℃。反应后的产物经出料口9进齿轮泵入口，用齿轮泵加压进入串联式单管静态混合器，衡温≮180℃进行强制链终止反应。

本方法合成的聚异丁烯基马来酸酐转化率＞98%而不需要沉降除渣，直接进入下步工序和三乙烯四胺做中和反应,生产效率提高12%以上。采用本发明等摩尔进料反应器，与原搅拌釜式反应器相比节省用电15%以上。

如果使用高活性聚异丁烯作原料时，可在所述管束式静态混合器6的出料口处连接串联式单管静态混合器并使其恒温至220正负10°之间，进行动态热加合反应。此时，无需使用氯气作催化剂。

实施例3 参照图3，一种改进的连续混合撤热化工生产装置，包括管束式静态混合器，搅拌头、电机，,所述电机1通过锥齿轮和搅拌头5直连，该搅拌头5置于管束式静态混合器6中的管束底部且竖直放置，，液/液或液/气进料室2设置在搅拌头5下方，该液/液或液/气进料室2的两侧分别开有液体进料口3和气体进料口4；该气体进料口4延伸至搅拌头5的搅拌轴处，将气流更好的分散；所述管束式静态混合器6的壁上开有冷却或加热进出口7、8，其顶部开有出料口9。所述管束式静态混合器6的上端和出料口9上端加装单管静态混合器11作为补充反应段。单管式静态混合器11上开有冷却或加热进出口14、15。

所述管束式静态混合器6中单管的公称直径为15-100mm，可选择15-100之间的任意整数。

用下述具体反应过程进一步说明实施例3。

1、用石油液化气（LPG）合成汽油组分的烷基化反应

用LPG中的异丁烷做烷基化，生产的油品具有辛烷值高抗爆性好、不含烯烃和芳烃、硫含量低及蒸气压低等特点。是一种理想的调和组分。

用氮气吹扫石油液化气离心泵进口→管束式静态混合器6→单管静态混合器11出口2分钟，以置换掉反应设备内中空气。将规定配料的LPG加热至45-65℃。控制离心泵将LPG过滤后输入液体进料口3，经管束式静态混合器组6及单管式静态混合器11，再经出口管道9返回打循环。

将≮92%的工业浓硫酸（或液体超强酸）在储罐内恒温至25±10℃，控制氮气补充加压储罐至规定压力。将规定配料的带压浓硫酸经过滤、计量进入气体进料口4，控制等摩尔的LPG和浓硫酸在液、气进料口3、4内同时进料，在≯0.5s瞬间被强制混合均匀，随即进入管束式静态混合器6和单管静态混合器11内进行反应，反应产生的热量由管束式静态混合器6上的冷却进出口7、8和单管式静态混合器11上的冷却或加热进出口14、15中的外冷却水快速撤去。并且将反应物料温度恒定在95±2℃。反应后的产物经出料口9进齿轮泵入口，用齿轮泵加压进入串联式单管静态混合器，保持95±2℃进行强制链终止反应。

本方法能够克服质量较重的液体浓硫酸和质量较轻的石油液化气在原釜式反应器中混合不均匀的问题；最大限度强制异丁烷参加反应，使目的物合成汽油组分增产5%以上。生产效率提高20%以上。

2、用对二甲苯和纯氧合成对苯二甲酸的氧化反应

在PTA生产工艺过程的氧化单元，用氮气吹扫对二甲苯离心泵进口→管束式静态混合器6→单管静态混合器11出口2分钟，以置换掉反应设备内空气。采用“ZL2005200790514”连续氧化装置作二甲苯、醋酸及催化剂规定配料的预混合；控制离心泵将预混合物输入换热器加温至165℃。经过滤后进入液体进料口3，经管束式静态混合器6及单管式静态混合器11进行强制混合，再经出料口9返回打循环。

控制纯氧缓冲罐至规定压力。将规定配料的带压纯氧经过计量进入气体进料口4，控制等摩尔预混合物和液体纯氧在液、气进料口3、4内同时进料，在≯1.0s瞬间被强制混合均匀，随即进入管束式静态混合器组6和单管式静态混合器11内进行反应，反应产生的热量由管束式静态混合器6上的冷却进出口7、8和单管式静态混合器11上的冷却或加热进出口14、15中的低压蒸汽快速撤去。并且将反应物料温度恒定在185±2℃。反应后的中间产物经出料口9进齿轮泵入口，用齿轮泵加压至0.9Mpa进入串联式单管静态混合器，保持185±2℃进行强制链终止反应。

使用纯氧氧化对二甲苯，可使对苯二甲酸的产量在现有基础上提高7%以上，生产精对苯二甲酸的内部收益率提高12%以上；实现了用最简单的氧化工艺来提高产量，缩短生产周期。

实施例4，参照图4，一种改进的连续混合撤热化工生产装置，所述电机1通过锥齿轮和搅拌头5直连，且搅拌头5置于反应罐18内；气体进料口4延伸至搅拌头5的搅拌轴处，液体进料口3置于所述气体进料口4下方的反应罐18的底部；所述反应罐18一侧设置冷却或加热盘管16，其顶部开有出料口9。标号19为排空口。图4中出料口9管内壁，反应罐18的内壁及头盖内圆，冷却或加热盘管16的外壁及均化搅拌头5外表面需经过机械抛光处理，达到粗糙度Ra＜0.1??m标准。

用下述具体反应过程进一步说明实施例4。

1、乙丙橡胶聚合反应

溶液法生产乙丙橡胶工艺是当前的主流趋势。将规定配料的乙烯、丙烯、二烯烃和正己烷溶剂输入指定的带侧搅拌储罐内。控制离心泵将上述物料过滤后输入反应罐18的液体进料口3内，水平电机1带动竖直设置的搅拌头高速旋转使物料混合均匀，再经出料口9返回并保持系统内压力≯0.8Mpa打循环。

控制上述混合烯烃物料从反应罐18的液体进料口3进料；同时，规定配料的液体含钛茂金属催化剂经过滤、计量进入气体进料口4；≮700r/mm高速剪切均化泵在≯0.5s将其强制混合均匀并完成反应，反应产生的热量由冷却或加热盘管16内温水撤去，并且将反应物料温度恒定在45±2℃。反应后生产的絮状产物混合液经出料口9进入分离罐。

本方法聚合反应液中三元乙丙橡胶浓度≮15%，分子量分布指数可稳定在2.2以下，链长更均匀。产品电学性可以满足电线电缆的用料要求。

2、用对二甲苯和光气合成对苯二甲酸的聚合反应

聚碳酸酯（ＰＣ）是国内需求旺盛的工程塑料。计算机程序控制规定配料的二氯甲烷溶剂输入反应罐18内。用离心泵将上述物料过滤后在反应罐18出入口打循环；规定配料的光气经计量进入气体进料口4；与二氯甲烷溶剂强制混合均匀成光气混合料。冷却或加热盘管16内冷冻盐水保持反应器内混合料温度2±2℃。

控制规定配料的双酚Ａ、氢氧化钠水溶液、抗氧剂及苯酚输入常规带搅拌反应釜内。用螺杆泵将上述物料过滤后输入均化泵（专利ZL2006200785544）外夹套入口，在反应器→均化泵→反应器入口内打循环混合均匀。

按照双酚Ａ：光气1:1.01的分子配料，将光气混合料输入均化泵（专利ZL2006200785544）的内夹套入口，均化泵≮800r/mm高速剪切力将等摩尔比的两组混合物料强制混合均匀并完成反应，反应温度由冷却管束内冷冻盐水保持10±2℃，生成低分子量ＰＣ。其生产工艺特点是，两组混合物料能够连续在最大界面上等分子比聚合。然后经缩聚、分离得到高分子量ＰＣ产品。此工艺路线产品质量高，成本较低，适合大规模生产。

3、硫化十二烷基酚钙的碳酸化反应

硫化烷基酚钙（T-115）是润滑油清净添加剂。控制规定配料的十二烷基苯酚、硫磺/基础油、输入反应罐18内。用螺杆泵将上述物料粗过滤后在反应罐18出入口和罐体外的均化泵（ZL2005200790514）之间打循环，缓慢升温；保持反应罐内混合料温度170±2℃，从均化泵（ZL2005200790514）内夹套入口加入规定配料的碱溶液，硫化反应3.0小时。

控制规定配料的氧化钙和活化水加入反应罐18内。用螺杆泵将上述物料粗过滤后输入罐外均化泵（专利ZL2005200790514）外夹套入口，在反应罐→罐外均化泵→反应罐18内打循环混合均匀。反应罐18内物料保持温度120±2℃；含水量≮0.5%，进行熟化反应2.0小时。

按照十二烷基酚：二氧化碳1:0.5的分子比配料，将气体二氧化碳压入均化泵（专利ZL2005200790514）的内夹套入口，同时，等摩尔的液体混合物料进均化泵（专利ZL2005200790514）外夹套入口；该均化泵≮800r/mm高速剪切力将液/气物料强制混合均匀并开始反应，反应温度由静态混合器外加热套管内蒸汽保持130±2℃，生成高碱度硫化烷基酚钙，反应生成物进入另一常规带搅拌反应釜内脱水干燥。

此生产工艺特点是，可生成Ca含量≮9.3%高碱度硫化烷基酚钙；液/气物料相接触面积能够达到最大化，使得高碱度硫化烷基酚钙形成细小的临界胶束浓度，较好分散于基础油中。容易过滤，生产周期缩短10%。产品质量高，模拟台架评分提高1.2分以上。

上述实施例中的反应生成物由安装在出料口9管道上在线质量仪器定时测量反应中间物、反应生成物的组成及转化率。

Claims

1.一种改进的连续混合撤热化工生产装置，包括管束式静态混合器，搅拌头、电机，其特征在于：所述电机（1）通过锥齿轮和搅拌头（5）直连，该搅拌头（5）置于管束式静态混合器（6）中的管束底部且竖直放置，液/液或液/气进料室（2）设置在搅拌头（5）下方，该液/液或液/气进料室（2）的两侧分别开有液体进料口（3）和气体进料口（4）；该气体进料口（4）延伸至搅拌头（5）的搅拌轴处；所述管束式静态混合器（6）的壁上开有冷却或加热进出口（7、8），其顶部开有出料口（9）。

2.根据权利要求1所述的一种改进的连续混合撤热化工生产装置，其特征在于：所述管束式静态混合器（6）中单管的公称直径为1-300mm。

3.根据权利要求1所述的一种改进的连续混合撤热化工生产装置，其特征在于：所述管束式静态混合器（6）和液/液或液/气进料室（2）之间安装单管静态混合器（11）。

4.根据权利要求1所述的一种改进的连续混合撤热化工生产装置，其特征在于：所述管束式静态混合器（6）的上端和出料口（9）之间加装单管静态混合器（11）。

5.根据权利要求1所述的一种改进的连续混合撤热化工生产装置，其特征在于：所述电机（1）通过锥齿轮和搅拌头（5）直连，且搅拌头（5）置于反应罐（18）内；气体进料口（4）延伸至搅拌头（5）的搅拌轴处，液体进料口（3）置于所述气体进料口（4）下方的反应罐（18）的底部；所述反应罐（18）一侧设置冷却或加热盘管（16），其顶部开有出料口（9）。