CN104387258B - 一种氯乙酸生产方法及氯化反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氯乙酸生产方法及氯化反应器。醋酸、液氯、醋酐按比例经初步混合后进入氯化反应器，维持一定的反应温度和反应压力，使氯化反应在100～1000g的重力场中完成，反应完后按连续法生产流程进行产品的分离提纯，最终获得产品。氯化反应器主要包括反应釜、冷却半管，超重力桶、驱动电机、混合器等。本发明的氯乙酸生产方法和氯化反应器，能改善反应体系中组分的宏观及微观分布，降低副反应的发生，提高液相内部传质速率、促进反应后气液两相的分离，从而加快氯化反应速率缩短反应停留时间，同时提升散热效果，处理能力远远高于传统方法，尤其适用于大型氯乙酸装置。

Description

一种氯乙酸生产方法及氯化反应器
技术领域
本发明属于氯乙酸生产技术领域，具体涉及一种在超重力作用下生产氯乙酸的方法及氯化反应器。
背景技术
氯乙酸是一种重要的有机化工原料，主要用来生产羧甲基纤维素、甘氨酸、氯乙酸乙酯等。作为活性化合物，广泛应用于除莠剂、医药、染料、油田化学品、造纸化学品、塑料稳定剂、纺织助剂、表面活性剂、电镀、香料、香精等领域。
目前工业化生产氯乙酸的主要方法是乙酸催化氯化法，根据工艺的不同又可分为连续法和间歇法。连续法与间歇氯化相比，具有装置规模大、生产技术先进、产品质量高、污染少等优点，连续法取代淘汰间歇法是当前的发展趋势。
连续法是以乙酸、液氯为原料，醋酐为催化剂，经乙酸氯化、加氢除杂、精馏提纯、结晶干燥等过程得到氯乙酸。乙酸、醋酐、氯气按一定的配比在氯化反应器于90～140℃进行反应，反应物在冷凝器内水冷，氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、乙酸及醋酐在此冷凝。不凝物在次级冷凝器内低温冷凝，冷凝物主要为乙酰氯，可以返回反应器循环利用，气相是氯化氢，进一步净化后加工为浓盐酸。氯化粗液蒸发器内加工后，蒸出粗馏液，主要组成为深度氯化产物二氯乙酸和三氯乙酸，将粗馏液打入脱氯装置，在催化剂钯的催化下催化加氢，使二氯乙酸和三氯乙酸脱氯转化为氯乙酸。脱氯后，混合液进入精馏塔，在真空蒸馏塔底得到纯净的氯乙酸，塔顶馏出乙酸可以循环使用。
随着连续法的推广，单套装置产能不断扩大，氯化反应作为整个工艺的核心成为制约因素。如果保持原氯化方法不变，将氯化反应器进行放大，存在几点问题：一方面反应器增大，液氯、醋酐在醋酸中的分布不均加剧，降低了反应速率，增大了副反应；另一方面反应器增大，反应热量增加，传统夹套反应器不能将反应产生的热量及时有效的传递出去；此外，随反应器几何尺寸的增大，设备制造强度要求提高。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种氯乙酸生产方法，使醋酸氯化反应迅速，降低反应停留时间，减少副产物生成；同时提供一种能实现这种方法的氯化反应器。
本发明所提出的氯乙酸生产方法为：在氯化反应器中加入醋酸，加入相当于醋酸质量4～9％的醋酐，加入液氯质量为醋酸质量的1.3～1.8倍，维持反应温度为150～250℃，反应压力为3～10bar，氯化反应过程在重力场中完成，重力场优选为100～1000g。反应完后按连续法生产流程进行产品的分离提纯，最终获得产品。
为实现该氯乙酸生产方法，本发明的氯化反应器包括：反应釜、超重力桶、驱动电机等；反应釜内壁设有挡板，釜顶设有温度指示、压力指示，同时设安全阀以防止反应釜超压，顶部设气相出口，底部设液相出口；超重力桶上部敞开，由两根固定杆与转轴相连；侧壁均匀开出液孔；底部由底板与转轴固定，并均布回流孔；转轴上端与驱动电机相连，下端与支撑座相连。反应原料由控制阀进混合器，初步混合后由进料总管进入超重力桶。
进一步的，所述挡板为上宽下细倒三角型挡板，其数量为4～8个；
进一步的，反应釜外部还设有冷却半管，其紧密缠绕焊接在反应釜外壁；
进一步的，反应釜外部还设有多分支管，冷却水由多分支管进入、流出冷却半管，提高流速及湍动程度增强冷却效果；
进一步的，驱动电机为变频驱动；
进一步的，氯化反应器容积为1～10m3，超重力桶容积为0.2～1.5m3；
进一步的，反应釜材质为搪瓷；
进一步的，超重力桶材质为搪瓷。
醋酸、液氯和醋酐经控制阀控制流量按比例进入混合器，在混合器内初步混合后由进料总管进入氯化反应釜内。氯化反应总管插入反应釜内悬于超重力桶上方，靠近但不接触超重力桶。超重力桶由电机驱动旋转形成超重力场，落入其中的料液经旋转加速充分混合从侧壁出液孔甩出，之后料液向下运动部分通过反应釜底部液相出口出反应器，部分由超重力桶底部回流孔返回桶内再一次经超重力作用，经多次超重力作用，使微观传质作用大大增强。反应釜内部设倒三角形挡板，上部较宽可以有效的防止釜内液体打旋，下部较细有利于液体稳定向超重力桶内的回流。驱动电机通过变频调节可以方便的调节超重力场，从而使氯化反应器有很大的操作弹性。反应釜外部设冷却半管，且从多分支管进冷却水，提高冷却效果。
本发明的优点和积极作用在于：
提高了氯化反应的压力和温度，使氯化反应在100～1000g的超重力场中完成，能改善反应体系中组分的宏观及微观分布，降低副反应的发生，使醋酐消耗量降低约20％。提高液相内部传质速率、促进反应后气液两相的分离，从而加快氯化反应速率缩短反应停留时间，反应器单位体积处理能力为现有反应器的3～5倍。配合变频驱动电机改变超重力场，从而使反应器具有很大的操作弹性约为30％～150％。
物料经多次快速充分混合，进混合器为初步混合，进超重力经旋转甩出为第二次混合，液相经底部回流至超重力桶内再次混合。超重力桶在促进液相组分混合的同时促进气液两相的分离，降低气象对液相的夹带，其结构简单便于制造。
通过设置冷却半管，增大了冷却介质的流速，强化了传热效果，有利于将反应产生的热量带走，避免了局部温度过高从而使反应顺利进行，同时半管在反应器外的紧密排列能起到支撑作用，增强了反应器的强度。
附图说明
图1为本发明氯化反应器的结构示意图；
图中：
1、反应釜1.1、挡板1.2、温度指示1.3、压力指示1.4、安全阀1.5、气相出口1.6、液相出口2、冷却半管2.1分支管3超重力桶3.1固定杆3.2、出液孔3.3、底板3.4、回流孔4、驱动电机4.1、转轴4.2支撑座5、混合器5.1、进料总管5.2、控制阀
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但不限定本发明的保护范围。
如图1所示的氯化反应器包括：反应釜、冷却半管，超重力桶、驱动电机、混合器等。反应釜1内壁设有上宽下细三角型挡板1.1，釜顶设有温度指示1.2、压力指示1.3，同时设安全阀1.4以防止反应釜超压，顶部设气相出口1.5，底部设液相出口1.6。冷却半管2紧密缠绕焊接在反应釜外壁，冷却水由多分支管2.1进入、流出冷却半管，提高流速及湍动程度增强冷却效果。超重力桶3上部敞开，由两根固定杆3.1与转轴4.1相连；侧壁均匀开出液孔3.2；底部由底板3.3与转轴固定，并均布回流孔3.4。转轴4.1上端与驱动电机4相连，下端与支撑座4.2相连。反应原料由控制阀5.2进混合器5，初步混合后由进料总管5.1进入超重力桶。
实施例1
一种氯乙酸生产方法和反应器。
氯化反应器容积为1m3，内壁设4个倒三角形挡板，超重力桶容积为0.2m3，氯化反应器中加入醋酸，加入相当于醋酸质量5％的醋酐，加入液氯质量为醋酸质量的1.4倍，维持反应温度为180℃，反应压力为6bar，氯化反应过程在500g重力场中完成，反应完后按连续法生产流程进行产品的分离提纯，获得99.3％的氯乙酸产品，反应器单位体积处理能力为现有反应器的3.2倍。
实施例2
一种氯乙酸生产方法和反应器。
氯化反应器容积为1m3，内壁设6个倒三角形挡板，超重力桶容积为0.3m3，氯化反应器中加入醋酸，加入相当于醋酸质量6.5％的醋酐，加入液氯质量为醋酸质量的1.3倍，维持反应温度为200℃，反应压力为8bar，氯化反应过程在800g重力场中完成，反应完后按连续法生产流程进行产品的分离提纯，获得99.4％的氯乙酸产品，反应器单位体积处理能力为现有反应器的4.5倍。
实施例3
一种氯乙酸生产方法和反应器。
氯化反应器容积为2m3，内壁设8个倒三角形挡板，超重力桶容积为0.3m3，氯化反应器中加入醋酸，加入相当于醋酸质量6％的醋酐，加入液氯质量为醋酸质量的1.8倍，维持反应温度为230℃，反应压力为5bar，氯化反应过程在700g重力场中完成，反应完后按连续法生产流程进行产品的分离提纯，获得99.0％的氯乙酸产品，反应器单位体积处理能力为现有反应器的4.7倍。
尽管上面结合附图和优选实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，相关的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明的权利要求保护范围的情况下，可以做出多种具体变换，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氯乙酸生产方法，其特征在于：在氯化反应器中加入醋酸，加入相当于醋酸质量4～9％的醋酐，加入液氯质量为醋酸质量的1.3～1.8倍，维持反应温度为150～250℃，反应压力为3～10bar，氯化反应过程在重力场中完成；所述氯化反应器包括反应釜、超重力桶、驱动电机；反应釜内壁设有挡板，釜顶设有温度指示、压力指示、安全阀，顶部设气相出口，底部设液相出口；超重力桶上部敞开，由两根固定杆与转轴相连；侧壁均匀开出液孔；底部由底板与转轴固定，并均布回流孔；转轴上端与驱动电机相连，下端与支撑座相连。
2.据权利要求1所述的氯乙酸生产方法，其特征在于：所述重力场为100～1000g。
3.据权利要求1所述的氯乙酸生产方法，其特征在于：原料经初步混合进入重力场。
4.一种氯化反应器，其特征在于：所述氯化反应器包括反应釜、超重力桶、驱动电机；反应釜内壁设有挡板，釜顶设有温度指示、压力指示、安全阀，顶部设气相出口，底部设液相出口；超重力桶上部敞开，由两根固定杆与转轴相连；侧壁均匀开出液孔；底部由底板与转轴固定，并均布回流孔；转轴上端与驱动电机相连，下端与支撑座相连。
5.据权利要求4所述的氯化反应器，其特征在于：所述挡板为上宽下细倒三角型挡板，其数量为4～8个。
6.据权利要求4所述的氯化反应器，其特征在于：反应釜外部还设有冷却半管，其紧密缠绕焊接在反应釜外壁。
7.据权利要求4所述的氯化反应器，其特征在于：反应釜外部还设有多分支管，冷却水由多分支管进入、流出冷却半管。
8.据权利要求4所述的氯化反应器，其特征在于：氯化反应器容积为1～10m3，超重力桶容积为0.2～1.5m3。
9.据权利要求4所述的氯化反应器，其特征在于：反应釜材质为搪瓷。
10.据权利要求4所述的氯化反应器，其特征在于：超重力桶材质为搪瓷。
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