CN104815605B - 硅氧烷裂解集成反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了硅氧烷裂解集成反应系统，包括圆筒形的釜体，釜体内纵向设置有与外部电机连接的中心转轴，特点是中心转轴上纵向设置有三层搅拌器，搅拌器的外周套设有上下端开口的循环导流换热筒，循环导流换热筒的上端设置有进料导流分布器，釜体的内壁均布有4-6片边壁导流全挡板，釜体的上端连接有精馏塔，三层搅拌器为上层涡轮式搅拌器、中层涡轮式搅拌器和下层推进式搅拌器，循环导流换热筒为上小下大的锥台形结构，循环导流换热筒的筒体由双层换热板围成环状封闭结构，换热板的外表面设置有压纹，优点是有效控制裂解过程的三步反应、改善换热效果、优化裂解釜流场，达到了提高环体收率、稳定生产、延长反应周期、提高环体质量的目的。

Description

硅氧烷裂解集成反应系统

技术领域

本发明涉及一种硅氧烷裂解集成反应系统。

背景技术

硅氧烷是有机硅生产的重要中间体，其是制备硅橡胶、硅油等聚有机硅氧烷的基本原料。目前硅氧烷的生产过程是将氯硅烷水解物在碱性催化剂条件下进行裂解重排反应，以制得含六甲基三硅氧烷、八甲基四硅氧烷、十甲基五硅氧烷等的裂解物。裂解物然后经精制分离制得硅氧烷产品。

硅氧烷的裂解通常是在带有搅拌的硅氧烷裂解釜内进行。氯硅烷水解物在碱性氢氧化钾的催化作用下，在裂解釜内发生三步反应：端羟基置换、缩合、成环和开环平衡反应。三步反应的反应方程式如下：

由于在裂解过程中要发生上述三步反应才能生成最终产物，因此，如何有效控制上述三步反应的发生，提高反应有效性，是提高环体收率、稳定生产、延长反应周期、提高环体质量的关键。为了有效控制裂解反应，达到提高环体收率、稳定生产、延长反应周期、提高环体质量的目的，在裂解釜结构、换热方式、搅拌结构等方面很多研究单位、生产企业都进行了大量研究和改进。

专利CN03100035.5公开了羟基封端的聚二甲基硅氧烷的裂解及精馏工艺，该专利中采用的新型裂解器的特点是：采用了折叶开启涡轮式搅拌器，使水解物与触媒间得以均匀混合，充分接触。采用了夹套及盘管相结合的加热结构，大大提高了裂解釜的传热效率。专利CN200995138Y公开了一种裂解釜，其是一种有机硅产业中水解物裂解过程中的裂解装置裂解釜。其采用S型半管夹套或带螺旋导流板型夹套，以提高换热效果。专利CN201210221210.4公开了一种有机硅裂解反应釜搅拌叶结构，其最下端的搅拌叶其形状与弧形釜底形状一致。这样可以使得反应釜下端的物料在搅拌叶的作用下能充分的搅拌混合，使其反应速率和反应釜其余部的反应速率保持一致。

虽然上述公开的专利和文献对二甲基二氯硅烷水解物裂解过程的设备和操作条件进行了一系列改进，但其效果并没有显著改善。尤其是在对如何有效控制裂解过程三步反应的发生方面没有提及和提高。如果不能从有效控制裂解过程的反应、改善换热效果、优化裂解釜流场等对裂解过程起关键作用的“三传一反”方面做彻底改进，就很难打破现有的技术水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有效控制裂解过程的三步反应、改善换热效果、优化裂解釜流场的硅氧烷裂解集成反应系统，该系统达到了提高环体收率、稳定生产、延长反应周期、提高环体质量的目的。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硅氧烷裂解集成反应系统，包括圆筒形的釜体，所述的釜体直立设置，所述的釜体内纵向设置有与外部电机连接的中心转轴，所述的中心转轴上纵向设置有三层搅拌器，所述的搅拌器外周套设有上下端开口的循环导流换热筒，所述的循环导流换热筒的上端设置有进料导流分布器，所述的釜体的内壁均布有4-6片边壁导流全挡板，所述的釜体的上端连接有精馏塔。

三层所述的搅拌器为上层涡轮式搅拌器、中层涡轮式搅拌器和下层推进式搅拌器。搅拌浆叶采用组合式搅拌桨，上层和中层为涡轮式，下层为推进式，可有效控制反应釜内流体的流动流场，并保证了端羟基置换、缩合、成环和开环反应合适的停留时间。

所述的循环导流换热筒为上小下大的锥台形结构。此结构形式配合组合搅拌器，可有效推动进入釜内的新鲜物料在筒内自上而下流动，进而从换热筒底部流出的物料沿着换热筒外部自下向上流动。上小下大的锥台结构也是物料在筒外自下向上流动的过程中流通面积逐步扩大，从而增加了蒸发面积，从而使反应产物及时有效的蒸出。通过循环导流换热筒的导流作用，有效延长了物料从进入反应釜到流出反应釜的停留时间，从而达到控制裂解过程的三步反应，在循环导流换热筒内主要发生端羟基置换、缩合反应，而在循环导流换热筒外主要发生成环和开环平衡反应，从而降低副反应的发生，最终提高了反应的收率。同时，循环导流换热筒内外流场受到筒的有效导流，从而减小了流动和返混动量消耗，因此降低了搅拌功率。

所述的循环导流换热筒的筒体由双层换热板围成环状封闭结构，所述的换热板的外表面设置有压纹。两层换热板间的间隙用来通入冷热介质，以起到换热作用，表面压纹的换热板有效提高了两侧流体的湍动，与单纯的换热管相比，提高了传热效果。

所述的进料导流分布器为环形且其圆环上设置有若干个液体喷射分布管，所述的液体喷射分布管与水平方向呈15-60°角且朝向内下方。进料通过进料导流分布器使进料均匀分布并优化流场并且液体喷射分布管喷射出的液体与反应釜内液体的流动方向一致，从而减少了流体流动的摩擦损失，并提高了混合效果。

所述的边壁导流全挡板的宽度为釜体直径的1/10-1/15，所述的边壁导流全挡板的顶部与所述的进料导流分布器的上端齐平，所述的边壁导流全挡板的底部与所述的循环导流换热筒的底部齐平。

所述的精馏塔采用高效散堆填料，所述的精馏塔的上端连接有塔顶冷凝器。为了提高裂解反应的速度，反应生成的产物需及时蒸出，但由于裂解反应物和产物沸点相差较小，在蒸出产物的同时，会有大量的反应物随产物一起蒸出，因此，在裂解釜的气相产物出口设置精馏塔，同时起到精制产品和回收反应物的作用。精馏塔内选用高效散堆填料，保证分离效果，同时考虑到物料的易粘结，选用散堆填料，方便清理。塔顶冷凝器与精馏塔集成，减少了管道阻力，同时可以减少管道连接，减少占地。

所述的釜体的外壁设置有换热夹套。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、设置循环导流换热筒。循环导流换热筒为上小下大的锥台形结构。其效果一是优化釜内流体流动的流场，有效控制裂解过程的三步反应，降低副反应的发生。减小流动和返混动量消耗，降低了搅拌功率。二是循环导流换热筒也为高效换热内构件。循环导流换热筒由表面压纹的双层换热板围成环状封闭结构。两层换热板间的间隙用来通入冷热介质，以起到换热作用，表面压纹的换热板有效提高了两侧流体的湍动，与单纯的换热管相比，提高了传热效果。另外，为了增加换热效果，除了循环导流换热筒外，裂解釜的外壁还设置了加热（冷却）夹套，用于加热（冷却）。

2、进料通过进料导流分布器使进料均匀分布并优化流场。进料导流分布器位于循环导流换热筒的上端，所述的进料均匀分布为环形且其圆环上设置有若干个液体喷射分布管，液体喷射分布管与水平方向呈15-60°角且朝向内下方。分进料导流布器保证进料的分布均匀，并且液体喷射分布管的喷射方向朝下，喷射出的液体与液体的流动方向一致，从而减少了流体流动的摩擦损失，并提高了混合效果。

3、搅拌浆叶采用组合式搅拌桨。上层和中层为涡轮式，下层为推进式，可有效控制反应釜内流体的流动流场，并保证了端羟基置换、缩合、成环和开环反应合适的停留时间。

4、集成设备，减少占地，减少消耗。为了提高裂解反应的速度，反应生成的产物需及时蒸出，但由于裂解反应物和产物沸点相差较小，在蒸出产物的同时，会有大量的反应物随产物一起蒸出，因此，在裂解釜的气相产物出口设置精馏塔。同时起到精制产品和回收反应物的作用。精馏塔内件选用高效散堆填料，保证分离效果，同时考虑到物料的易粘结，选用散堆填料方便清理。塔顶冷凝器与精馏塔集成，减少了管道阻力，同时可以减少管道连接，减少占地。

附图说明

图1为本发明硅氧烷裂解集成反应系统的结构示意图；

图2为本发明循环导流换热筒的结构示意图一；

图3为本发明循环导流换热筒的结构示意图二；

图4为本发明的进料导流分布器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例

硅氧烷裂解集成反应系统，如图1所示，包括圆筒形的釜体1，釜体1直立设置，釜体1内纵向设置有与外部电机2连接的中心转轴3，中心转轴3上纵向设置有三层搅拌器，搅拌器外周套设有上下端开口的循环导流换热筒4，循环导流换热筒4的上端设置有进料导流分布器5，釜体1的内壁均布有4-6片边壁导流全挡板6，釜体1的上端连接有精馏塔7。

在此具体实施例中，如图1所示，三层搅拌器为上层涡轮式搅拌器8、中层涡轮式搅拌器9和下层推进式搅拌器10。如图2和图3所示，循环导流换热筒4为上小下大的锥台形结构，循环导流换热筒4的筒体由双层换热板11围成环状封闭结构，换热板11的外表面设置有压纹。如图4所示，进料导流分布器5为环形且其圆环上设置有若干个液体喷射分布管12，液体喷射分布管12与水平方向呈15-60°角且朝向内下方。边壁导流全挡板6的宽度为釜体1直径的1/10-1/15，边壁导流全挡板6的顶部与进料导流分布器5的上端齐平，边壁导流全挡板6的底部与循环导流换热筒4的底部齐平。精馏塔7采用高效散堆填料13，精馏塔7的上端连接有塔顶冷凝器14，釜体1的外壁设置有换热夹套15。

应用实施例

采用上述具体实施例硅氧烷裂解集成反应系统对二甲基二氯硅烷水解物进行裂解反应。裂解釜的参数：釜体1内径1200mm，循环导流换热筒4中经600mm，送入硅氧烷裂解集成反应系统的物料流量为：3751kg/h，组成：环体66wt%，线状物33wt%，其他1wt%。裂解催化剂采用氢氧化钾，催化剂加入量为190kg/h。硅氧烷裂解集成反应系统操作压力为：-0.095MPaG，裂解反应温度为150℃。循环导流换热筒4和换热夹套14内均通入中压蒸汽。经本裂解系统反应后，出口产物组成（wt%）为：二硅氧烷（D2）：0.32%，三硅氧烷（D3）：7.72%，四硅氧烷（D4）：76.22%，四硅氧烷（D5）：13.60%，六硅氧烷（D6）：1.85%，七硅氧烷（D7）：0.3%。

上述实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种硅氧烷裂解集成反应系统，包括圆筒形的釜体，所述的釜体直立设置，所述的釜体内纵向设置有与外部电机连接的中心转轴，其特征在于：所述的中心转轴上纵向设置有三层搅拌器，所述的搅拌器外周套设有上下端开口的循环导流换热筒，所述的循环导流换热筒的上端设置有进料导流分布器，所述的釜体的内壁均布有4-6片边壁导流全挡板，所述的釜体的上端连接有精馏塔，三层所述的搅拌器为上层涡轮式搅拌器、中层涡轮式搅拌器和下层推进式搅拌器，所述的循环导流换热筒为上小下大的锥台形结构，所述的循环导流换热筒的筒体由双层换热板围成环状封闭结构，所述的换热板的外表面设置有压纹。

2.根据权利要求1所述的硅氧烷裂解集成反应系统，其特征在于：所述的进料导流分布器为环形且其圆环上设置有若干个液体喷射分布管，所述的液体喷射分布管与水平方向呈15-60°角且朝向内下方。

3.根据权利要求1所述的硅氧烷裂解集成反应系统，其特征在于：所述的边壁导流全挡板的宽度为釜体直径的1/10-1/15，所述的边壁导流全挡板的顶部与所述的进料导流分布器的上端齐平，所述的边壁导流全挡板的底部与所述的循环导流换热筒的底部齐平。

4.根据权利要求1所述的硅氧烷裂解集成反应系统，其特征在于：所述的精馏塔采用高效散堆填料，所述的精馏塔的上端连接有塔顶冷凝器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的硅氧烷裂解集成反应系统，其特征在于：所述的釜体的外壁设置有换热夹套。