CN105797653A - 直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置及工艺 - Google Patents

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吴建磊
吴晓春
陈惠华
张虎
戴鑫
孙洁
徐焕
周凯
陈伟峰
单承子
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Abstract

本发明涉及一种直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述反应装置为列管式反应器，其特征在于：它的反应列管（5）包括空心管（5.1），所述空心管（5.1）的中心轴（6）上设置有金属翅片（7），金属翅片（7）外边缘与空心管（5.1）紧密接触，所述金属翅片（7）的两端为垂直线，中间成螺旋纽带式。本发明中反应产生的热量通过金属翅片、反应列管的管体迅速传导至管体外的传热介质中，散热快，螺旋设置的金属翅片，可以增大换热面积，通孔可以使反应液之间形成对流和扰流，提高换热效率的同时，使得反应液中的温度均匀，产品质量稳定。

Description

直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置及工艺，主要用于强烈放热的并且在其中需要保持一定温度范围的非均相的化学反应。
背景技术
强烈放热的并且在其中需要保持一定温度范围的非均相的化学反应，对反应器的要求极高，它需要反应流体分布均匀、快速换热以便控制温度成为控制产品选择性。
传统的温度控制方案是通过控制撤热水流量大小来控制反应系统温度，这将引起传热系数和平均温度的变化，易造成局部过热或过冷导致反应器飞温，并且温度控制较为滞后、波动较大。
传统的带挡板的管壳式反应器，存在流体分布不均匀、冷媒压降高等缺点。其劣势如下：管壁光滑且直，冷却水侧和反应物料侧皆易形成边界层，传热效率低；由于管心距的限制，不能通过增加水流速达到增加水侧传热系数的目的；因放热量大且温度敏感，因此往往选择较小的管径，造成壁面效应增大，催化剂装填的不均匀性增加。
CN100443154A公开了一种含有螺旋形截面的管组件反应器，该种反应器外壳优选圆柱形，所有内管与上、下管板相焊连，内管采用非圆形截面和螺旋形结构。此结构通过非圆形截面和螺旋形结构的内管，增大了换热面积，可以使得反应过程中产生的热量快速交换，易于控温。但是，其管内中心轴部位物料的反应热仍不能快速导出，传热效率仍有待进一步提高，且管内部温度均匀，从而导致产品质量的稳定性有待提高。
发明内容
本发明的目的之一在于克服上述不足，提供一种快速换热的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，适用于强烈放热的并且在其中需要保持一定温度范围的非均相的化学反应。
本发明的目的之二在于提供一种快速换热的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应工艺。
本发明的目的是这样实现的：一种直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述反应装置为列管式反应器，它的反应列管包括空心管，所述空心管的中心轴上设置有金属翅片，金属翅片外边缘与空心管紧密接触，所述金属翅片的中间成螺旋纽带式。优选方案为所述金属翅片的两端垂直设置。
本发明直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述金属翅片上开设有通孔，使得反应液体能通过通孔形成对流。
本发明直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述金属翅片内边缘焊接在中心轴上。
本发明直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述中心轴与温度传感器相连接或者所述中心轴即为温度传感器探棒。
本发明直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述金属翅片数量为2-5个。优选为2个，相互对称焊接在中心轴上。
直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应工艺，在反应列管中装填催化剂，将反应物料双氧水和丙烯经过静态混合器后从下管箱的物料进口输入，经过分布器进入到反应列管内，在催化剂的作用下发生反应，反应产生的大量热量通过反应列管外的介质换热后，热量被带走，反应后的产品从上管箱顶部的物料出口输出。反应液经精馏纯化可得合格的环氧丙烷产物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中反应产生的热量通过金属翅片、反应列管的管体迅速传导至管体外的传热介质中，散热快，螺旋设置的金属翅片，可以增大换热面积，通孔可以使反应液之间形成对流和扰流，提高换热效率的同时，使得反应液中的温度均匀，产品质量稳定。
与普通列管反应器相比较，相同操作条件下，采用本发明内翅片管的反应器的换热效率可提高30~60%。在千吨级中试中，在同样催化剂高度的反应管内测温点温度比较，内翅片管的温度比普通列管的温度低6~10℃。
附图说明
图1为本发明直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置的结构示意图。
图2为图1中反应列管结构示意图。
图3为图2中螺旋纽带结构示意图。
图4为图1中列管局部剖开示意图。
其中：
物料进口1、分布器2、下管板3、冷却水进口4、反应列管5、中心轴6、金属翅片7、冷却水出口8、物料出口9、上管箱10、上管板11、筒体12、下管箱13。
空心管5.1。
具体实施方式
实施例1：
参见图1-图4，本发明涉及的一种直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述反应装置为列管式反应器，它包括筒体12、反应列管5、上管箱10、下管箱13、上管板11和下管板3；所述下管箱13中设置有分布器2。
所述反应列管5包括空心管5.1，所述空心管5.1的中心轴6上设置有相对称的金属翅片7，金属翅片7内边缘焊接在中心轴6上，金属翅片7外边缘与空心管5.1紧密接触，金属翅片两端为垂直线，中间成螺旋纽带式。并在金属翅片上间断的开孔，使翅片之间腔内能形成液体的对流，平衡整个反应体系的压力及温度。
所述中心轴6与温度传感器相连接或者即为温度传感器探棒。
使用时：在反应列管5中装填催化剂，将反应物料双氧水和丙烯从下管箱13的物料进口1输入，经过分布器2进入到反应列管5内，在催化剂的作用下发生反应，反应产生的大量热量通过反应列管5外的介质换热后，热量被带走，反应后的产品从上管箱10顶部的物料出口9输出。
与普通列管反应器相比较，相同操作条件下，采用本实施例内翅片管的反应器的换热效率可提高30~60%。在千吨级中试中，在同样催化剂高度的反应管内测温点温度比较，内翅片管的温度比普通列管的温度低6~10℃。
表1不同种类列管反应器在水浴35℃时的反应床层最高温度点比较（℃）
24h 48h 72h 96h 120h 144h 168h
普通列管 55 53.4 51.8 50.3 48.8 47.4 46
内翅片管 45 44.1 43.2 42.3 41.5 40.7 40
表2不同种类列管反应器在水浴35℃时的丙烯对环氧丙烷选择性比较
24h 48h 72h 96h 120h 144h 168h
普通列管 97.15% 97.12% 97.18% 97.09% 97.10% 97.01% 97.03%
内翅片列管 98.13% 98.2% 98.18% 98.20% 98.19% 98.20% 98.18%
表3在维持相同H2O2转化率97%情况下反应器水浴升温速度比较
24h 48h 72h 96h 120h 144h 168h
普通列管 31 32.21 33.42 34.63 35.83 37.22 38.24
内翅片列管 30 30.72 31.44 32.16 32.88 33.56 34.28

Claims (8)

1.一种直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，所述反应装置为列管式反应器，其特征在于：它的反应列管（5）包括空心管（5.1），所述空心管（5.1）的中心轴（6）上设置有金属翅片（7），金属翅片（7）外边缘与空心管（5.1）紧密接触，所述金属翅片（7）的中间成螺旋纽带式。
2.根据权利要求1所述的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，其特征在于：所述金属翅片（7）的两端垂直设置。
3.根据权利要求1或2所述的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，其特征在于：所述金属翅片（7）上开设有通孔，使得反应液体能从通孔通过。
4.根据权利要求3所述的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，其特征在于：所述金属翅片（7）内边缘焊接在中心轴（6）上。
5.根据权利要求1所述的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，其特征在于：所述中心轴（6）与温度传感器相连接或者即为温度传感器探棒。
6.根据权利要求1所述的直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，其特征在于：所述金属翅片（7）数量为2-5个。
7.根据权利要求6所述直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置，其特征在于：所述金属翅片（7）数量为2个，相互对称焊接在中心轴上。
8.一种直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应工艺，其特征在于：在反应列管（5）中装填催化剂，将反应物料双氧水和丙烯经静态混合后，从下管箱（13）的物料进口（1）输入，经过分布器（2）进入到反应列管（5）内，在催化剂的作用下发生反应，反应产生的热量通过反应列管（5）外的介质换热后，热量被带走，反应后的产品从上管箱（10）顶部的物料出口（9）输出。
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