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Abstract

本发明涉及一种采用回路反应器合成己二酸的反应系统及方法，该回路反应器主要包括反应罐、循环泵，外置式热交换器和文丘里喷射器，在反应罐中设置有文丘里喷射器4，文丘里喷射器为上窄下宽的八字形设置，文丘里喷射器的喷射口设置在液面以下，通过物料的大循环，利用文丘里喷射器形成负压，把氧化介质吸入并与反应物料充分混合、分散，并喷入到反应罐中；反应罐1的底部与循环泵的输入端相连接，循环泵的输出端通过外置式热交换器与反应罐的顶部相连接，外置式热交换器上设有冷媒进口、冷媒出口和蒸汽进口，反应罐通过冷凝器排出尾气；反应罐与保护气进口、氧气口、进料口和出料口相连接。

Description

一种采用回路反应器合成己二酸的反应系统及方法
技术领域
本发明属于化工设备及方法，尤其涉及一种采用回路反应器合成己二酸的反应系统及方法。
背景技术
己二酸是尼龙66和聚氨酯的重要中间体。目前生产己二酸一般采用两步硝酸法生产，第一步采用环己烷用空气氧化，生产环己酮和环己醇混合物(简称KA油)，第二步采用硝酸氧化，生成己二酸，但存在成本高和尾气中NxO气体的严重污染问题。
根据国内外公开文献报道，有使用铁、锰、钴、铬等金属化合物为催化剂一步氧化氧化环己烷制己二酸的工艺路线，但由于氧气参与反应，存在爆炸的可能，至今未见大规模工业化应用，同时反应气相的高效分散迄今未见与本发明的相同的构造。
如何提高氧化介质特别是以氧气在反应体系中完全扩散和反应中的安全联锁控制是一项工程难题。比如浙江曙扬化工有限公司开发出了一种采用管式反应一步法生产己二酸的工艺。该工艺出现的问题有：1.物料循环问题，由于管道采用并联方式，多根管道的进样出现不均匀的现象，导致各个管道的反应不均匀，反应难以控制；2.由于冬季气温较低，管道的温度也比较低，己二酸在低温下容易析出，容易造成管道堵塞；3.由于反应为气液反应，气体通入管道中与液体进行反应，需要一定的停留时间和足够的接触面积，而由于气/液两项的扩散速度不同，管道中只能依靠催化剂的催化作用及液相的吸收作用吸收气体进行反应，反应效率低，且未反应的氧气容易在反应器上部积聚，达到爆炸极限，形成安全隐患。
由于反应系统在己二酸生产过程中属于核心工艺，其反应器的开发、改进、完善特别要关注的产能、稳定性和安全等因素，大多采用釜式反应或者其他形式的反应器，均存在传质效率低、温控困难或者容易爆炸等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种采用回路反应器合成己二酸的反应系统及方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种采用回路反应器合成己二酸的反应系统，该回路反应器主要包括反应罐、循环泵，外置式热交换器和文丘里喷射器，在反应罐中设置有文丘里喷射器4，文丘里喷射器为上窄下宽的八字形设置，文丘里喷射器的喷射口设置在液面以下，通过物料的大循环，利用文丘里喷射器形成负压，把氧化介质吸入并与反应物料充分混合、分散，并喷入到反应罐中；反应罐1的底部与循环泵的输入端相连接，循环泵的输出端通过外置式热交换器与反应罐的顶部相连接，外置式热交换器上设有冷媒进口、冷媒出口和蒸汽进口，反应罐通过冷凝器排出尾气；反应罐与保护气进口、氧气口、进料口和出料口相连接。
这种采用回路反应器合成己二酸的方法，该方法是采用回路反应器，首先将环己烷、KA油或两者的混合物、催化剂加入回路反应器中，用循环泵开始打循环，预热至80-180℃后，连续从进气口通入氧气，利用物料循环在文丘里喷射器管口形成的负压，使氧气均匀通入并良好分散，反应过程中用冷媒控制反应温度在120～200℃；环己烷和氧气的通入量按比例连续均匀通入，成品从管道口连续取出，进入后部分离、结晶程序，未反应的环己烷返回原料罐；反应过程中，反应罐内连续通入惰性气体进行保护，控制气相含氧量在安全范围内，通过冷媒控制反应温度。
本发明的有益效果为：本发明利用了文丘里喷射器作为高性能气液混合器的特点，使得氧气充分分散，并把未参与反应的氧气重新分散到反应液内，大幅度提高了传质效率，提高了反应速度，反应控制更加容易，且高压反应釜不需要设置挡板和配备搅拌，均为静态设备，同时设置了气相含氧量自动检测与连锁调节控制系统和不凝尾气排放等一系列安全措施，提高了了装置的安全性，是一种非常合适的反应器。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
如图1所示，这种采用回路反应器合成己二酸的反应系统，该回路反应器主要包括反应罐1、循环泵2，外置式热交换器3和文丘里喷射器4，在反应罐1中设置有文丘里喷射器4，文丘里喷射器4为上窄下宽的八字形设置，文丘里喷射器4的喷射口设置在液面以下，通过物料的大循环，利用文丘里喷射器形成负压，把氧化介质吸入并与反应物料充分混合、分散，并喷入到反应罐1中；该负压还可以把高压反应器内顶部未反应的氧气和起保护作用的N2或CO2等惰性气体重新吸入反应介质中，在一系列安全联锁保护控制下安全进行反应。反应罐1的底部与循环泵2的输入端相连接，循环泵2的输出端通过外置式热交换器3与反应罐1的顶部相连接，外置式热交换器3上设有冷媒进口3-1、冷媒出口3-2和蒸汽进口3-3，反应罐1通过冷凝器5排出尾气；反应罐1与保护气进口6、氧气口7、进料口8和出料口9相连接。
该反应装置同样适用于环己烷、环己酮、环己醇、环己烯等用气体氧化剂氧化、气液两相反应的一类反应。
该方法是采用回路反应器，首先将环己烷、KA油或两者的混合物、催化剂加入回路反应器中，用循环泵开始打循环，预热至80-180℃后，连续从进气口通入氧气，利用物料循环在文丘里喷射器管口形成的负压，使氧气均匀通入并良好分散，反应过程中用冷媒控制反应温度在120～200℃。环己烷和氧气的通入量按比例连续均匀通入，成品从管道口连续取出，进入后部分离、结晶程序，未反应的环己烷返回原料罐。反应过程中，反应罐内连续通入N2或CO2等惰性气体进行保护，控制气相含氧量在安全范围内，通过冷媒控制反应温度。
采用回路反应器作为合成己二酸的主要反应装置，包含按比例加料系统、氮气等惰性气体保护系统、温控系统、压力控制系统等几个系统，能够自控实现装置平稳连续运行，该装置的优点在于：回路反应器中的文丘里喷射器(代替气体分布器或其他气体布散系统)是一种高性能的气液混合装置。它由四个部分组成，湍流喷嘴，气室，气体循环管路和管组成。泵送液体通过喷嘴形成快速的喷射流携气室内气体喷射而出，液体冲击到管壁上形成能量消耗。这创造了强烈的混合震动区，在这各区域内，激烈的湍流使泡沫很好的布散。冲击产生的气体泡沫非常的小(30～70μm)，而同时气液比达到了0.5～2.0以上。所以这是回路反应器进行气液反应的理想的最初最主要分散装置，达到了最初的最主要的传质功能。且该装置喷嘴位于液位以下，喷射出的含氧物料与高压反应釜内的现有物料进行了冲击，起到了二次混合的效果。
由于喷射器入口处形成的负压，还可以把高压反应釜上部未反应的气体重吸入反应介质，进行二次反应。在反应器上部气相部位，在惰性气体等惰性气体控氧保护下，更好的保证了安全。在反应器上端设有不凝气排放和原料冷明回收系统，保证反应的平稳进行。
高压反应釜不需要设置挡板，相比釜式搅拌反应器而言，它通常有一个大的高径比，由文丘里喷射器喷射而出的两相混合物喷射到高压反应釜内引起了第二次激烈混合，再一次实现好的传质表现。
外置式换热器(代替盘管或内置式换热器)是可以按照化学反应换热要求制作，与以往的内置式换热器相比，其大小不受反应容器(反应釜)的体积限制。外置式换热器可以全换热面积工作，甚至在减小工作体积的情况下，例如半间歇操作或半釜物料反应。
由于其具有上述特点，可以使氧化剂和环己烷、KA油等原料有效分散；反应温度得到有效转移和控制；未反应的氧气能够及时反应体系二次反应，保证反应的安全。
实施例1
将5000g环己烷和900g溶剂(醋酸)，并加入催化剂用泵送入回路反应器，保证开启循环泵并循环即可，打开换热器蒸汽阀门，开始对物料进行加热至反应温度。反应釜内通入惰性气体保护，通过釜顶不凝气体排放阀维持反应内的压力为1.0MPa，并在气体进口通入氧气，开始反应。反应过程中用冷媒控制反应温度为150℃。连续按照100ml/min的速度连续将原料送入回路反应器，保证物料在反应器的停留时间为25min。气相色谱和液相色谱的分析结果表明，环己烷的一次转化率为8％，最终产物己二酸的选择性转化率为85％。
实施例2
将5000g环己烷和催化剂用泵送入回路反应器，保证开启循环泵并循环即可，打开换热器蒸汽阀门和不凝气排放阀，开始对物料进行加热至反应温度。反应釜内通入惰性气体保护，并在气体进口通入氧气，开始反应。反应过程中用冷媒控制反应温度为160℃。连续按照100ml/min的速度连续将原料送入回路反应器，保证物料在反应器的停留时间为18min。气相色谱和液相色谱的分析结果表明，环己烷的一次转化率为9％，最终产物己二酸的选择性转化率为80％。
实施例3
将5000gKA油、催化剂和1000g稀释剂用泵送入回路反应器，保证开启循环泵并循环即可，打开换热器蒸汽阀门和釜顶不凝气排放阀，开始对物料进行加热至反应温度。反应釜内通入惰性气体保护，并在气体进口通入空气，开始反应。反应过程中用冷媒控制反应温度为90℃。连续按照110ml/min的速度连续将原料送入回路反应器，保证物料在反应器的停留时间为25min。气相色谱和液相色谱的分析结果表明，环己烷的一次转化率为4％，最终产物己二酸的选择性转化率为73％。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种采用回路反应器合成己二酸的反应系统，其特征在于：该回路反应器主要包括反应罐(1)、循环泵(2)，外置式热交换器(3)和文丘里喷射器(4)，在反应罐(1)中设置有文丘里喷射器(4)，文丘里喷射器(4)为上窄下宽的八字形设置，文丘里喷射器(4)的喷射口设置在液面以下，通过物料的大循环，利用文丘里喷射器形成负压，把氧化介质吸入并与反应物料充分混合、分散，并喷入到反应罐(1)中；反应罐(1)的底部与循环泵(2)的输入端相连接，循环泵(2)的输出端通过外置式热交换器(3)与反应罐(1)的顶部相连接，外置式热交换器(3)上设有冷媒进口(3-1)、冷媒出口(3-2)和蒸汽进口(3-3)，反应罐(1)通过冷凝器(5)排出尾气；反应罐(1)与保护气进口(6)、氧气口(7)、进料口(8)和出料口(9)相连接。
2.一种采用回路反应器合成己二酸的方法，其特征在于：该方法是采用回路反应器，首先将环己烷、KA油或两者的混合物、催化剂加入回路反应器中，用循环泵开始打循环，预热至80-180℃后，连续从进气口通入氧气，利用物料循环在文丘里喷射器管口形成的负压，使氧气均匀通入并良好分散，反应过程中用冷媒控制反应温度在120～200℃；环己烷和氧气的通入量按比例连续均匀通入，成品从管道口连续取出，进入后部分离、结晶程序，未反应的环己烷返回原料罐；反应过程中，反应罐内连续通入惰性气体进行保护，控制气相含氧量在安全范围内，通过冷媒控制反应温度。
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