CN105801860B - 一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，包括如下步骤：(a)反应原料预热混合；(b)反应原料混合；(c)反应填料塔设置；(d)反应原料充分反应；(e)精制聚甲基三乙氧基硅烷粗品；(f)氯化氢尾气处理。本发明能连续进料将反应原料充分混合均匀，反应原料通过填料充分反应，加快反应速度，极大地提高了反应效率和产品的稳定性，在气液分离段的填料能将拦截氯化氢尾气中夹带的液滴，提高成品质量，减少尾气排放污染。

Description

一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺
技术领域
本发明属于聚甲基三乙氧基硅烷生产技术领域，具体涉及一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺。
背景技术
有机硅是一类品种多、性能优异、应用广阔的新型化工产品。在有机烷氧基硅烷的中间体中含有两个化学性质截然不同的基团，这两个基团可以分别和有机物、无机物紧密结合，成为有机物和无机物间的桥梁，因而被广泛的用作无机填料表面改性剂、涂料改性剂以及树脂改性剂等。当前，各类硅烷、硅氧烷中间体以及由它们制得的硅油、硅橡胶、硅树脂(包括它们的二次加工品)等产品，已在电子电气、建筑、汽车、纺织、轻工、化妆品、医疗、食品等行业获得广泛的应用，并发挥了积极的作用。
近十多年来，有机硅产品在国内外发展很快，特别是在我国，随着国民经济的快速发展，从事有机硅科研、生产及应用的单位犹如雨后春笋般的发展与壮大。连续多年来，有机硅产品的消费量以每年百分之十几乃至百分之几十的速度向前推进，并且一直保持着强劲的发展势头。聚甲基三乙氧基硅烷为甲基三乙氧基硅烷的低聚体，平均聚合度为2～3，具有特殊的香味，是可以燃烧的液体，有酸或碱存在时，遇水易水解、缩合，水解缩合产物是高分子化合物，最后交联成膜。聚甲基三乙氧基硅烷是有机硅防水剂系列产品之一，属溶剂型，为中性防水剂。本产品具有良好的耐候、耐老化、耐污染、耐化学药品和憎水、透气性。
合成聚甲基三乙氧基硅烷的常规方法是，往反应釜内打入计量好的一甲基三氯硅烷，升温到60～90℃，从无水乙醇高位槽往釜内滴加无水乙醇，通入氮气鼓泡进行回流反应。升温回流反应过程中，一甲基三氯硅烷与无水乙醇反应生成聚甲基三乙氧基硅烷和氯化氢，上升的气流进入冷凝器，冷凝液回流到反应釜，未凝气体氯化氢去尾气吸收。反应结束，釜中残余的反应液就是聚甲基三乙氧基硅烷粗产品。由于反应过程中释放大量氯化氢气体，遇水变成盐酸，对设备的腐蚀大，只能选用搪玻璃材质的反应釜；还因为一甲基三氯硅烷在搅拌旋转过程中极易产生静电，搪玻璃釜的材质不容易导出静电，埋下安全隐患，因此反应过程中通常不使用机械搅拌只通氮气鼓泡，也就导致一甲基三氯硅烷和乙醇这两种反应原料混合不均匀，影响反应速度，所以这种生产工艺的反应周期长，一批料要耗时30h以上，生产效率极低。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，能连续进料将反应原料充分混合均匀，反应原料通过填料充分反应，加快反应速度，极大地提高了反应效率和产品的稳定性，在气液分离段的填料能将拦截氯化氢尾气中夹带的液滴，提高成品质量，减少尾气排放污染。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
(a)反应原料预热混合：反应原料一甲基三氯硅烷从贮槽用计量泵连续打入其中一台预热器，按原料配比调节控制好流量和预热器的温度，反应原料乙醇从贮槽用计量泵连续打入另一台预热器，按原料配比调节控制好流量和预热器的温度；
(b)反应原料混合：离开预热器后的一甲基三氯硅烷和乙醇一起进入搅拌混合器，搅拌混合器直径与釜径之比控制在0.3～0.6，其运转速度控制在10～120r/min，两种反应原料在搅拌混合器中进行搅拌，搅拌叶片与旋转平面形成10～30°夹角，搅拌叶片采用双层结构，在混合反应原料10min内搅拌叶片采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，在混合反应原料10～20min之间搅拌叶片采用匀速搅拌，在混合反应原料大于20min时，逐渐减小搅拌速度，反应原料充分混合均匀；
(c)反应填料塔设置：在反应填料塔的塔体中设置填料支撑板，将填料整砌放置在填料支撑板上，再在填料的上部压紧双层填料压板，填料支撑板、填料和填料压板构成一个填料层，接着在相邻两个填料层之间设置一个翻转器，在最上层的填料层的上方设置一个液体分布器，液体分布器向下设置，然后将反应填料塔的塔体顶部分布设置气液分离段，气液分离段均设置按照塔体的填料层设置相同结构的填料层，同时在气液分离段的中部设置出液口，在气液分离段顶部设置出气口；
(d)反应原料充分反应：当搅拌混合器中的反应原料混合液上下两层均一时，将反应原料混合液通入到反应填料塔的底部，反应原料混合液处于反应填料塔的底部1/3处时，在反应填料塔外部的加热夹套中通入蒸汽，控制反应填料塔内部温度在60～90℃，反应原料混合液渐渐上升，反应原料混合液经填料表面孔隙继续上升，反应原料在填料表面进行液体密切接触进行传质，反应原料在反应填料塔中充分反应，反应物通过液体分布器排入到气液分离段，通过视窗观察到反应原料混合液液面超过液体分布器时，开启翻转器，加快反应原料混合液上升流速，氯化氢尾气从气液分离段上的出气口排出，反应液从气液分离段上的出液口排出；
(e)精制聚甲基三乙氧基硅烷粗品：将出液口排出的聚甲基三乙氧基硅烷粗品收集到粗产品接收罐中，然后将粗产品接收罐中的聚甲基三乙氧基硅烷粗品通入到精馏塔中，精馏塔脱除聚甲基三乙氧基硅烷粗品的轻质杂质和重质杂质，精制得到聚甲基三乙氧基硅烷成品；
(f)氯化氢尾气处理。
进一步，步骤(a)反应原料预热混合中，一甲基三氯硅烷连续打入预热器中的流量控制在200kmol/h～400kmol/h，一甲基三氯硅烷在预热器中的温度控制在50～55℃。
进一步，步骤(a)反应原料预热混合中，乙醇连续打入预热器中的流量控制在150kmol/h～300kmol/h，乙醇在预热器中的温度控制在48～52℃。
进一步，步骤(c)反应填料塔设置中，气液分离段的上部呈圆柱状，气液分离段的下部呈圆台状。
进一步，步骤(f)氯化氢尾气处理中，氯化氢尾气处理操作具体为将排出的氯化氢尾气通入到吸收塔中，吸收塔分两段吸收氯化氢尾气，上段和下段均用喷淋装置喷淋水直接吸收氯化氢尾气，上段喷淋流量小于下段喷淋流量，然后将下段吸收氯化氢尾气的溶液通过循环泵通入到吸收塔的喷淋装置中，溶液循环吸收氯化氢尾气，最后得到盐酸产品。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明将反应原料分别通过计量泵连续打入到预热器中加热，再分别将加热后的反应原料送入到搅拌混合器中，本发明所选择的搅拌混合器直径与釜径之比控制在0.3～0.6，其运转速度控制在10～120r/min，反应原料在搅拌混合器采用三个阶段不同的搅拌速度搅拌，搅拌速度慢慢增加，然后保持匀速，在慢慢减小搅拌速度，而且搅拌混合器中的搅拌叶片与旋转平面形成10～30°夹角，能增加反应物料的流速，反应原料在搅拌叶片的搅拌作用下充分混合均匀；混合均匀的反应原料通入到反应填料塔的底部，在加热夹套中蒸汽的作用下，反应填料塔内部的温度维持在60～90℃，反应原料混合液经填料表面孔隙继续上升，反应原料在填料表面进行液体密切接触进行传质，在反应填料塔中充分反应，而且当反应原料混合液液面超过液体分布器时，开启翻转器，能加快反应原料混合液上升流速，加快反应速度，极大地提高了反应效率和产品的稳定性；在气液分离段的填料能将拦截氯化氢尾气中夹带的液滴，通过循环喷淋水对氯化氢尾气直接吸收，减少尾气排放污染，喷淋得到的盐酸产品能投入应用，增加经济价值，同时采用精馏塔对聚甲基三乙氧基硅烷粗品进行精制，提高成品质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺流程的结构示意图；
图2为本发明中填料层的结构示意图；
图3为本发明中吸收塔的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，为本发明一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，能连续进料将反应原料充分混合均匀，反应原料通过填料充分反应，加快反应速度，极大地提高了反应效率和产品的稳定性，在气液分离段的填料能将拦截氯化氢尾气中夹带的液滴，而且提高成品质量，减少尾气排放污染。该工艺的反应方程式为CH3SiCl3+3CH3CH2OH→CH3Si(OCH2CH3)3+3HCl，具体包括如下步骤：
(a)反应原料预热混合：反应原料一甲基三氯硅烷从贮槽1用计量泵2连续打入其中一台预热器3，按原料配比调节控制好流量和预热器3的温度，一甲基三氯硅烷连续打入预热器3中的流量控制在200kmol/h～400kmol/h，一甲基三氯硅烷在预热器3中的温度控制在50～55℃。反应原料乙醇从贮槽1用计量泵2连续打入另一台预热器3，按原料配比调节控制好流量和预热器3的温度，乙醇连续打入预热器3中的流量控制在150kmol/h～300kmol/h，乙醇在预热器3中的温度控制在48～52℃。反应原料一甲基三氯硅烷和乙醇打入的摩尔比应控制在1：2.9。
(b)反应原料混合：离开预热器3后的一甲基三氯硅烷和乙醇一起进入搅拌混合器4，搅拌混合器4直径与釜径之比控制在0.3～0.6，其运转速度控制在10～120r/min，两种反应原料在搅拌混合器4中进行搅拌，搅拌叶片与旋转平面形成10～30°夹角，搅拌叶片采用双层结构，在混合反应原料10min内搅拌叶片采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，在混合反应原料10～20min之间搅拌叶片采用匀速搅拌，在混合反应原料大于20min时，逐渐减小搅拌速度，反应原料充分混合均匀。
(c)反应填料塔5设置：在反应填料塔5的塔体中设置填料支撑板61，将填料62整砌放置在填料支撑板61上，再在填料62的上部压紧双层填料压板63，填料支撑板61、填料62和填料压板63构成一个填料层6，接着在相邻两个填料层6之间设置一个翻转器7，在最上层的填料层6的上方设置一个液体分布器8，液体分布器8向下设置，然后将反应填料塔5的塔体顶部分布设置气液分离段9，气液分离段9的上部呈圆柱状，气液分离段9的下部呈圆台状。气液分离段9均设置按照塔体的填料层6设置相同结构的填料层6，同时在气液分离段9的中部设置出液口10，出液口10连接粗产品接收罐12，在气液分离段9顶部设置出气口11，出气口11连接吸收塔13。
(d)反应原料充分反应：当搅拌混合器4中的反应原料混合液上下两层均一时，将反应原料混合液通入到反应填料塔5的底部，反应原料混合液处于反应填料塔5的底部1/3处时，在反应填料塔5外部的加热夹套中通入蒸汽，控制反应填料塔5内部温度在60～90℃，反应原料混合液渐渐上升，反应原料混合液经填料62表面孔隙继续上升，反应原料在填料62表面进行液体密切接触进行传质，反应原料在反应填料塔5中充分反应，反应物通过液体分布器8均匀排入到气液分离段9，通过视窗观察到反应原料混合液液面超过液体分布器8时，开启翻转器7，加快反应原料混合液上升流速，氯化氢尾气从气液分离段9上的出气口11排出，反应液从气液分离段9上的出液口10排出。
(e)精制聚甲基三乙氧基硅烷粗品：将出液口10排出的聚甲基三乙氧基硅烷粗品收集到粗产品接收罐12中，然后将粗产品接收罐12中的聚甲基三乙氧基硅烷粗品通入到精馏塔中，精馏塔脱除聚甲基三乙氧基硅烷粗品的轻质杂质和重质杂质，精制得到聚甲基三乙氧基硅烷成品。
合成聚甲基三乙氧基硅烷的常规方法所得到的聚甲基三乙氧基硅烷成品为第一批号，通过本发明实际操作所得到的聚甲基三乙氧基硅烷成品为第二批号、第三批号、第四批号、第五批号，产品收率如表1所示：
表1不同批次对应的产品收率
本发明所得到聚甲基三乙氧基硅烷成品用三种规格的塑料桶包装，塑料桶的三种规格分别为50L、200L、250L；应将聚甲基三乙氧基硅烷成品贮存在阴凉、干燥、通风良好的仓库，远离火种和热源，仓库温度不宜超过30℃，包装要求密封，不可与空气接触，应与酸、碱类分开存放，不宜久存；贮存间内的照明、能风等设备应采用防爆型，开关设在仓外，罐贮时要有防火防爆技术措施；充装要控制流速，注意防止静电积聚，操作现场不得吸烟、饮水、进食；搬运时要轻装轻卸，防止包装容器损坏，按危险品运输。
(f)氯化氢尾气处理：将排出的氯化氢尾气通入到吸收塔13中，吸收塔13分两段吸收氯化氢尾气，上段和下段均用喷淋装置14喷淋水直接吸收氯化氢尾气，上段喷淋流量小于下段喷淋流量，然后将下段吸收氯化氢尾气的溶液通过循环泵15通入到吸收塔13的喷淋装置14中，溶液循环吸收氯化氢尾气，最后得到盐酸产品。
本发明将反应原料分别通过计量泵2连续打入到预热器3中加热，再分别将加热后的反应原料送入到搅拌混合器4中，本发明所选择的搅拌混合器4直径与釜径之比控制在0.3～0.6，其运转速度控制在10～120r/min，反应原料在搅拌混合器4采用三个阶段不同的搅拌速度搅拌，搅拌速度慢慢增加，然后保持匀速，在慢慢减小搅拌速度，而且搅拌混合器4中的搅拌叶片与旋转平面形成10～30°夹角，能增加反应物料的流速，反应原料在搅拌叶片的搅拌作用下充分混合均匀；混合均匀的反应原料通入到反应填料塔5的底部，在加热夹套中蒸汽的作用下，反应填料塔5内部的温度维持在60～90℃，反应原料混合液经填料62表面孔隙继续上升，反应原料在填料62表面进行液体密切接触进行传质，在反应填料塔5中充分反应，而且当反应原料混合液液面超过液体分布器8时，开启翻转器7，能加快反应原料混合液上升流速，加快反应速度，极大地提高了反应效率和产品的稳定性；在气液分离段9的填料62能将拦截氯化氢尾气中夹带的液滴，通过循环喷淋水对氯化氢尾气直接吸收，减少尾气排放污染，喷淋得到的盐酸产品能投入应用，增加经济价值，同时采用精馏塔对聚甲基三乙氧基硅烷粗品进行精制，提高成品质量。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
(a)反应原料预热混合：反应原料一甲基三氯硅烷从贮槽用计量泵连续打入其中一台预热器，按原料配比调节控制好流量和预热器的温度，反应原料乙醇从贮槽用计量泵连续打入另一台预热器，按原料配比调节控制好流量和预热器的温度；
(b)反应原料混合：离开预热器后的一甲基三氯硅烷和乙醇一起进入搅拌混合器，搅拌混合器直径与釜径之比控制在0.3～0.6，其运转速度控制在10～120r/min，两种反应原料在搅拌混合器中进行搅拌，搅拌叶片与旋转平面形成10～30°夹角，搅拌叶片采用双层结构，在混合反应原料10min内搅拌叶片采用低速搅拌，然后逐渐增加搅拌速度，在混合反应原料10～20min之间搅拌叶片采用匀速搅拌，在混合反应原料大于20min时，逐渐减小搅拌速度，反应原料充分混合均匀；
(c)反应填料塔设置：在反应填料塔的塔体中设置填料支撑板，将填料整砌放置在填料支撑板上，再在填料的上部压紧双层填料压板，填料支撑板、填料和填料压板构成一个填料层，接着在相邻两个填料层之间设置一个翻转器，在最上层的填料层的上方设置一个液体分布器，液体分布器向下设置，然后将反应填料塔的塔体顶部分布设置气液分离段，气液分离段均设置按照塔体的填料层设置相同结构的填料层，同时在气液分离段的中部设置出液口，在气液分离段顶部设置出气口；
(d)反应原料充分反应：当搅拌混合器中的反应原料混合液上下两层均一时，将反应原料混合液通入到反应填料塔的底部，反应原料混合液处于反应填料塔的底部1/3处时，在反应填料塔外部的加热夹套中通入蒸汽，控制反应填料塔内部温度在60～90℃，反应原料混合液渐渐上升，反应原料混合液经填料表面孔隙继续上升，反应原料在填料表面进行液体密切接触进行传质，反应原料在反应填料塔中充分反应，反应物通过液体分布器排入到气液分离段，通过视窗观察到反应原料混合液液面超过液体分布器时，开启翻转器，加快反应原料混合液上升流速，氯化氢尾气从气液分离段上的出气口排出，反应液从气液分离段上的出液口排出；
(e)精制聚甲基三乙氧基硅烷粗品：将出液口排出的聚甲基三乙氧基硅烷粗品收集到粗产品接收罐中，然后将粗产品接收罐中的聚甲基三乙氧基硅烷粗品通入到精馏塔中，精馏塔脱除聚甲基三乙氧基硅烷粗品的轻质杂质和重质杂质，精制得到聚甲基三乙氧基硅烷成品；
(f)氯化氢尾气处理。
2.根据权利要求1所述的一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，其特征在于：步骤(a)反应原料预热混合中，一甲基三氯硅烷连续打入预热器中的流量控制在200kmol/h～400kmol/h，一甲基三氯硅烷在预热器中的温度控制在50～55℃。
3.根据权利要求1所述的一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，其特征在于：步骤(a)反应原料预热混合中，乙醇连续打入预热器中的流量控制在150kmol/h～300kmol/h，乙醇在预热器中的温度控制在48～52℃。
4.根据权利要求1所述的一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，其特征在于：步骤(c)反应填料塔设置中，气液分离段的上部呈圆柱状，气液分离段的下部呈圆台状。
5.根据权利要求1所述的一种聚甲基三乙氧基硅烷塔式连续化生产工艺，其特征在于：步骤(f)氯化氢尾气处理中，氯化氢尾气处理操作具体为将排出的氯化氢尾气通入到吸收塔中，吸收塔分两段吸收氯化氢尾气，上段和下段均用喷淋装置喷淋水直接吸收氯化氢尾气，上段喷淋流量小于下段喷淋流量，然后将下段吸收氯化氢尾气的溶液通过循环泵通入到吸收塔的喷淋装置中，溶液循环吸收氯化氢尾气，最后得到盐酸产品。
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