CN105214570B - 一种乙烯基吡咯烷酮合成反应器 - Google Patents
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Abstract
一种乙烯基吡咯烷酮合成反应器，包括反应器壳体，位于反应器壳体内部多层布置的塔板，反应器壳体顶部开设有导热油出口、导热油进口和NVP出口，反应器壳体底部开设有乙炔和α‑p钾盐入口，塔板上设置有物料反应孔，其特征在于塔板间距为100mm，塔板与反应器壳体内壁之间的距离为1.0mm，反应孔孔径为φ1.5mm，反应孔孔数优选为100‑200个。根据本发明的乙烯基吡咯烷酮合成反应器可将单体反应转化率从原来的30‑40％提升为55‑65％，并且在相同反应条件下没有延长反应时间。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料聚合技术领域的一套设备改造技术。具体的说是一种提高乙烯基吡咯烷酮合成反应转化率的反应器。
背景技术
随着科学技术的不断进步与发展，近年来各项新兴产业对PVP系列产品中的相关品种有比较大的促进作用，未来PVP系列产品将在新领域中得到更加广泛的应用，如医药新产品领域、环保水处理领域、生物传感器、新型特种涂料领域、酿酒和饮料领域、能源开采领域、印刷行业的应用和养殖领域等，将对PVP产品有较大的需求支撑，未来几年市场需求将以10％的速度增长，市场前景广阔。而作为合成PVP产品的单体乙烯基吡咯烷酮(NVP)的用量也就相应的不断大幅递增。近年来，许多厂家先后生产NVP这一高附加值的精细化工产品，其合成方法有几种，由于受原料成本的制约，主要还是采取乙炔合成法，即乙炔气与a-p在催化剂作用下合成NVP；通用的Reppe法合成NVP时，大都采用强碱如KOH作催化剂催化a-吡咯烷酮与乙炔的乙烯化反应，该方法的缺陷十分明显，即反应过程中生产的不挥发性聚合副产物的量较大，不仅导致目标产物NVP收率降低，而且使NVP的分离和提纯复杂化。因此，工业生产中一般都采取比较温和的反应条件，通过降低a-吡咯烷酮转化率的方式来控制聚合副反应的发生，但很多情况下，收效甚微，为了提高NVP的收率，加入一种或多种助催化剂往往会产生明显的效果。多年的研究结果表明1,4-丁二醇，聚乙烯类助催化剂、羟端基聚醚和线性二元醇类助催化剂的效果比较明显，不仅能够降低反应温度，使反应过程相对温和，而且能够加快反应速度，提高转化率，并能抑制聚合副反应的发生，增加选择性，提高收率，但是这些助催化剂价格太高，并且用量为2％～4％，用量较大，附加成本太高，不适合工业化生产。
发明内容
本发明旨在克服上述缺陷，提供一种乙烯基吡咯烷酮合成反应器，包括反应器壳体，位于反应器壳体内部多层布置的塔板，反应器壳体顶部开设有导热油出口、导热油进口和NVP出口，反应器壳体底部开设有乙炔和α-p钾盐入口，塔板上设置有物料反应孔，其特征在于塔板间距为100mm，塔板与反应器壳体内壁之间的距离为1.0mm，反应孔孔径为φ1.5mm，反应孔孔数优选为100-200个。
优选地，物料反应孔等径均匀分布在塔板表面上。
优选地，物料反应孔等孔径但非均匀分布在塔板表面上。
优选地，物料反应孔非等孔径但均匀分布在塔板表面上。
根据本发明的乙烯基吡咯烷酮合成反应器可将单体反应转化率从原来的30-40％提升为55-65％，并且在相同反应条件下没有延长反应时间。
附图说明
图1是根据本发明的反应器的结构示意图；
图2是根据本发明的反应器的截面图。
具体实施方式
参见图1，根据本发明的乙烯基吡咯烷酮合成反应器包括呈现柱体的反应器壳体1，位于反应器壳体1内部多层布置的塔板2，反应器壳体1顶部开设有导热油出口3、导热油进口5和NVP出口4，反应器壳体1底部开设有乙炔和α-p钾盐入口6，塔板2上设置有物料反应孔7。
在一个实施例中，本发明针对塔板间距进行改进。具体地，其他相同功能的合成反应器一般设计塔板间距为200mm，经过反复测试，在塔板间距为180mm时，单体转化率为36-42％；在塔板间距为160mm时，单体转化率为38-43％；在塔板间距为140mm时，单体转化率为40-45％；在塔板间距为100mm时，单体转化率为47-52％；在塔板间距为80mm、60mm时，单体转化率反而下降，不到45％。根据以上数据，本发明将塔板间距优选定为100mm。
在另一个实施例中，本发明针对塔板与反应器壳体内壁之间的距离进行改进。具体地，降低塔板与反应器间距主要目的是减少乙炔气体不从塔板通过，而从塔板与器壁间隙处通过，避免因物料与气体反应接触减少导致收率降低。其他相同功能的合成反应器一般设计间距为3mm，本发明在设备结构允许的情况下减少到最低1.0mm，经过实验测定，单体转化率为55％。
在另一个实施例中，本发明针对塔板上物料反应孔孔径及数量进行改进。具体地，大部分的合成反应器塔板上孔径为φ2mm，孔数为300-500个，经过试验测定，孔径越大，收率越低。当孔径为φ2.5mm，单体转化率反而降低为38％；当孔径为φ1.5mm时，单体转化率提升为58％；当孔径为φ1.0mm，物料进出阻力加大，延长反应时间则增加时间成本。增加孔数会导致物料和气体未充分反应，当孔数达到600以上，单体转化率仅为33％。采用降低孔数的方法能够使物料和气体在塔板间充分反应，本发明确定孔数优选为100-200个。当然，如果孔径和孔数同时大幅度减小则会导致塔板面积浪费，同时也导致反应时间过长。
以上各改进可以组合使用，以期最优化转化率。
在一个实施例中，物料反应孔等径均匀分布在塔板表面上。
在另一个优选实施例中，物料反应孔等孔径但非均匀分布在塔板表面上。优选地，将塔板表面分割成中心圆和围绕中心圆的圆环，中心圆的面积与圆环面积相同，位于中心圆上的反应孔个数是位于圆环上的反应孔个数的1.1至2.0倍，优选为1.5倍。这样布置是因为靠近反应器外壳内壁面处的气体流速较快，可相对较少设置孔数。
在另一个优选实施例中，物料反应孔非等孔径但均匀分布(即孔的圆心是均匀散布的)在塔板表面上。优选地，将塔板表面分割成中心圆和围绕中心圆的圆环，中心圆的面积与圆环面积相同，位于中心圆上的反应孔孔径是位于圆环上的反应孔孔径的1.1至2.0倍，优选为1.5倍。这样布置是因为靠近反应器外壳内壁面处的气体流速较快，可相对减小孔径。
当然，也可以组合上述两个实施例，即位于中心圆上的反应孔孔径大于位于圆环上的反应孔孔径，同时位于圆环上的反应孔个数小于位于中心圆上的反应孔个数。
在上述四个实施例中，总的孔数仍优选处于100-200个范围内，孔径或者平均孔径处在φ1.5mm左右。
本发明中的塔板的直径为300-750mm，优选530mm。
虽然本发明已按照优选实施例详细描述如上，但并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行适当的修改和变形，本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (3)
1.一种乙烯基吡咯烷酮合成反应器，包括反应器壳体，位于反应器壳体内部多层布置的塔板，反应器壳体顶部开设有导热油出口、导热油进口和NVP出口，反应器壳体底部开设有乙炔和α-p钾盐入口，塔板上设置有物料反应孔，其特征在于塔板间距为100mm，塔板与反应器壳体内壁之间的距离为1.0mm，反应孔孔径为φ1.5mm，反应孔孔数为100-200个。
2.根据权利要求1所述的乙烯基吡咯烷酮合成反应器，其特征在于物料反应孔等径均匀分布在塔板表面上。
3.根据权利要求1所述的乙烯基吡咯烷酮合成反应器，其特征在于物料反应孔等孔径但非均匀分布在塔板表面上。
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Denomination of invention: A Reactor for the Synthesis of Vinyl Pyrrolidone Effective date of registration: 20230629 Granted publication date: 20160824 Pledgee: Bank of China Limited Ulanqab branch Pledgor: Ulanchabu Kema New Material Co.,Ltd. Registration number: Y2023150000106 |