CN108579623B - 一种球型混合强化介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球型混合强化介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置及方法。所述装置包括进料管路系统、反应系统和出料管路系统，反应系统两端分别与进料管路系统、出料管路系统连接，管式反应器的反应器筒体外壁装配有圆筒形加热套，反应器筒体外壁和圆筒形加热套间设置有温度检测装置，反应器筒体内部填充有球型混合强化介质。本发明通过在反应器内加入球型混合强化介质，在旋转的反应器内的多维、定向的运动，不仅加强了球型混合强化介质与反应物料之间的碰撞，而且在球型混合强化介质的作用下，催化剂表面不断更新，有效提高液固相间传质，提高了反应速率，实现二聚酸的连续化生产。

Description

一种球型混合强化介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装 置及方法

技术领域

本发明涉及二聚酸生产装置技术领域，具体涉及一种球型混合强化介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置及方法，它通过球型混合强化介质强化混合的方法连续化生产二聚酸。

背景技术

二聚酸是一种物化性质特殊、工业用途广泛的化学品。目前，工业上生产二聚酸的方法是在搅拌釜中，油酸或亚油酸在白土催化下二聚生成。白土催化二聚酸合成的活性中心主要是位于层间的Bronsted酸性活性中心和位于铝氧八面体中的Lewis酸活性中心。活性白土层间距约1.3nm，油酸和亚油酸分子径向直径大于0.8nm，轴向长度更大，油酸和亚油酸分子进入活性白土催化中心的阻力大，二聚酸生成速率慢，需要较长的反应时间和较高的反应温度。长时间的高温作用，使油酸和亚油酸发生脱羧等副反应，生成的二聚酸也会进一步聚合生成多聚酸，不仅降低了二聚酸的收率，而且降低了二聚酸产品的品质。强化油酸和亚油酸在白土颗粒内外之间的传质，使粘度较高、分子较大的液相油酸和亚油酸与固相的白土催化剂上的活性位点之间及时、充分、有效的接触是提高二聚酸生成速率和收率的关键之一。

目前，二聚酸的合成和生产主要在机械搅拌釜中进行。机械搅拌虽然比较简单，但由于其仅从宏观上对液体进行混合，对物料没有剪切细化作用，故强化混合的效果较差；另外工业化生产时，由于反应釜体积较大，机械搅拌时易存在死角，并且搅拌桨悬臂较长，易造成搅拌桨变形扭曲，从而限制了工业化生产时的搅拌速度，使其远低于实验室操作，进一步减弱了对混合的强化作用，相接触面积小，反应速率慢。因此，强化高粘度的液相油酸、亚油酸与固相的白土催化剂混合，并实现连续化反应是提高二聚酸生产技术水平的关键。

发明内容

针对现有二聚酸生产技术的不足，本发明的目的在于提供一种球型混合强化介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置及方法，它通过球型混合强化介质强化混合的方法连续化生产二聚酸，该装置结构简单、能提高生产效率和产品品质、易于放大并适用于工业化生产。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，包括进料管路系统、反应系统和出料管路系统，其特征在于反应系统为能旋转的管式反应器，管式反应器的一端通过法兰和第一动密封装置与进料管路系统连接，另一端通过法兰和第二动密封装置与出料管路系统连接，管式反应器的反应器筒体外壁装配有圆筒形加热套，反应器筒体外壁和圆筒形加热套间设置有温度检测装置，反应器筒体内部填充有球型混合强化介质。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于反应器筒体内壁沿圆周方向均匀装设若干块挡板；反应器筒体内壁设有若干圆形支杆，反应器筒体内沿轴向均匀间隔设置若干块圆形隔板，球型混合强化介质设置在相邻两个圆形隔板与反应器筒体构成的空间内。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于圆形隔板上均匀开有若干圆形孔和槽口，圆形孔大小、个数与圆形支杆相匹配，圆形隔板通过圆形孔安装固定到圆形支杆上；槽口大小、个数与挡板相匹配，挡板对应设置在圆形隔板的槽口上，相邻两个圆形隔板之间设有隔板支架，通过隔板支架隔开。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于反应器筒体外壁与圆筒形加热套之间的距离为1-5mm。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于球型混合强化介质填充在每相邻两个圆形隔板与反应器筒体内壁之间形成的空间内，反应器筒体内壁与圆形隔板外周之间的间距小于球型混合强化介质的直径，防止不同空间的球型混合强化介质混合；球型混合强化介质采用不锈钢珠或氧化锆珠，其直径为1-20mm；球型混合强化介质的填充量为反应器筒体内容量的0.1-0.9。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于挡板长度与反应器筒体内长相同，挡板的个数为0-12块，优选为3-9块；挡板宽度为反应器筒体内径的0.05-0.45。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于反应器筒体与电机连接，由电机控制其转速为10-200rpm，物料在反应装置内的停留时间为1-10h，优选为1-6小时，更优为1.5-2.5小时。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于进料管路系统包括料液入口管、气体入口管及疏通管，料液入口管、气体入口管汇合后通过管路连接第一动密封装置，疏通管设置在料液入口管、气体入口管及第一动密封装置的连接管路上。

所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于出料管路系统包括气体出口管、反应料液出口管及卸渣口，卸渣口设置在反应器筒体的靠近出口端位置，气体出口管和反应料液出口管通过管路垂直连接第二动密封装置，气体出口管开口向上，反应料液出口管开口向下。

所述反应装置的二聚酸连续生产方法，其特征在于包括如下步骤：

1）拆开管式反应器左侧或右侧法兰，从圆形支杆上抽出所有的圆形隔板和相邻的隔板支架，从反应器筒体底部加入设定量的球型混合强化介质，装上隔板支架，再套入一块圆形隔板，圆形隔板上的圆形孔分别套入对应的圆形支杆上，且圆形隔板上的槽口与筒体内壁上的挡板嵌合嵌合，依次重复操作，至整个反应器筒体上安装完成所有的圆形隔板、隔板支架和球型混合强化介质，装上法兰；

2）在反应器筒体外表面装上圆筒形加热套，并在反应器筒体外壁和圆筒形加热套间插入温度检测装置，反应系统安装完成，温度检测装置包括温度检测器和温度控制器电源开关；

3）将安装完成的反应系统一端通过第一动密封装置与进料管路系统连接，另一端通过第二动密封装置与出口管路系统连接；

4）打开圆筒形加热套开关、温度检测器和温度控制器电源开关，由圆筒形加热套给反应器筒体供热，并控制反应器筒体外壁温度为200-360℃；插上电动机电源，使反应器筒体23旋转，并控制旋转速度为10-200rpm；

5）将大豆油酸或富含油酸和亚油酸的植物油酸、催化剂白土、助催化剂按比例加入到配料罐中，搅拌混匀得到混合物；用泵将反应原料植物油酸和催化剂、助催化剂的混合物通过料液入口管进入反应器筒体，控制泵的流量，使物料在反应器筒体内的停留时间为1-10h；

6）打开蒸汽发生器电源，使产生的水蒸气通过气体入口管进入反应器；

7）反应原料和催化剂、助催化剂和水蒸气进入作旋转运动的反应器进行反应，反应的同时生成的二聚酸持续通过圆形隔板与筒体之间的缝隙往反应器出口方向流动，在反应器内，物料在筒体旋转产生的离心力和物料连续流动的作用下，反应物料、白土和球型混合强化介质作多维循环运动和自转运动，至反应完成；

8）从反应器出口端流出的物料，气体从气体出口管排出，催化剂、助催化剂和料液从反应料液出口管流出至产品收集罐，进一步离心进行固液分离，得到二聚酸产品，反应物料源源不断从料液入口管进入反应器，反应产物源源不断从反应料液出口管流至产品收集罐，实现二聚酸的连续化生产。

通过采用上述技术，本发明与现有二聚酸生产技术相比，具有如下有益效果：

1）本发明通过筒体的旋转，反应物料、催化剂和助催化剂在反应器内作多维循环运动和自转运动，在反应釜内不断上下、左右相互置换位置产生剧烈运动，同时不断碰撞，产生多维和不断变化的撞击力和剪切力，从而强化混合；

2）本发明通过在反应器内加入球型混合强化介质，并通过球型混合强化介质在旋转的反应器内的多维、定向的运动，不仅加强了球型混合强化介质与反应物料之间的碰撞，而且在球型混合强化介质的作用下，催化剂表面不断更新，有效提高液固相间传质，提高了反应速率。通过在反应器筒体内壁设置挡板，增加反应物料的湍动程度，进一步强化混合；

3）本发明通过在反应器内设置隔板，减少物料返混，使物料以接近平推流的方式流过反应器，使物料在反应釜内的停留时间分布均匀，减少了由于停留时间分布不均造成的过度聚合。通过在反应器两端分别设置物料进口和出口管，使原料连续进入，产物连续出去，实现二聚酸的连续化生产；

4）本发明该装置结构简单，利用该反应装置生产二聚酸，能提高生产效率和产品品质、易于放大并适用于工业化生产。

附图说明

图1是本发明构建的球型混合强化介质混合强化的连续化生产二聚酸的反应装置的结构示意图；

图2是本发明构建的球型混合强化介质混合强化的连续化生产二聚酸的反应装置中隔板的结构示意图；

图3是本发明构建的球型混合强化介质混合强化的连续化生产二聚酸的反应装置中隔板安装处的局部放大图。

图中：1-进料管路系统，11-料液入口管，12-气体入口管，13-疏通管，14-第一动密封装置，2-反应系统，21-法兰，22-圆筒形加热套，23-反应器筒体，241-圆形支杆，242-圆形孔，25-隔板支架，26-圆形隔板，27-温度检测装置，281-挡板，282-槽口，29-球型混合强化介质，3-出料管路系统，31-气体出口管，32-反应料液出口管，33-卸渣口，34-第二动密封装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-3所示，本发明提供的一种球型混合强化介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，包括进料管路系统1、反应系统2和出料管路系统3，反应系统2为一可旋转的管式反应器，管式反应器的一端通过法兰21和第一动密封装置14与进料管路系统1连接，另一端通过法兰21和第二动密封装置34与出料管路系统3连接，管式反应器的反应器筒体23外装配有可控温的圆筒形加热套22，反应器筒体23与圆筒形加热套22之间间隙的距离为1-5mm，反应器筒体23外壁与圆筒形加热套22间设置有温度检测装置27，反应器筒体23内壁沿圆周均匀可以装设多块挡板281，本发明实施例中挡板的个数为0-12块，优选为3-9块，挡板长度为反应器筒体长度，挡板宽度为筒体内径的0.05-0.45；反应器筒体23内紧靠筒壁处安装3根圆形支杆241，圆形支杆241与挡板281间隔、均匀安装。反应器筒体23内沿轴向均匀安装多块圆形隔板26，圆形隔板26上均匀开有3个圆形孔242和多个槽口282，圆形隔板26通过圆形孔242安装固定到圆形支杆241上，相邻两个圆形隔板26间通过隔板支架25隔开，圆形隔板26通过槽口282与挡板281配置连接；圆形隔板26外周和反应器筒体23内壁的缝隙小于球型混合强化介质29的直径，使球型混合强化介质29能保留在相应反应器段内部；进料管路系统1由料液入口管11、气体入口管12和疏通管13组成，并通过第一动密封装置14与反应系统2连接；出料管路系统3包括气体出口管31、反应料液出口管32、卸渣口33三部分组成，其中气体出口管31朝上和反应料液出口管32朝下通过动密封与反应系统连接，卸渣口33设置在管式反应器近出口端的筒体上，反应器筒体23与电动机连接，通过电动机控制其旋转。

如图所示，本发明的反应装置拆装过程如下：

1）拆开管式反应器左侧或右侧法兰21，从圆形支杆241上抽出所有的圆形隔板26和相邻的隔板支架25，本发明实施例中隔板支架25长度为110cm；从反应器筒体23底部加入设定量的球型混合强化介质29，所加的球型混合强化介质可以是氧化锆珠、不锈钢珠等硬性颗粒，颗粒直径为1-20mm，本发明实施例中所用的氧化锆珠颗粒直径为2.3mm，球型混合强化介质加入量为反应器两块隔板间容积的0.1-0.9；取一块隔板支架25，再套入一块圆形隔板26，圆形隔板26上的圆形孔242分别套入对应的圆形支杆241上，且圆形隔板26上的槽口282与筒体内壁上的挡板281契合，该实施例中圆形隔板26外周与反应器筒体23内壁的距离为1mm；再如前操作，依次加入隔板支架25、圆形隔板26和球型混合强化介质29，直至安装完成所有的圆形隔板26、隔板支架25和球型混合强化介质29，装上法兰21；

2）在反应器筒体23外表面装上圆筒形加热套22，圆筒形加热套22和反应器筒体23外壁间距离为1-5mm；在反应器筒体23外壁和圆筒形加热套22间插入温度检测装置27，反应系统2安装完成，温度检测装置27包括温度检测器和温度控制器；

3）将安装完成的反应系统2一端通过第一动密封装置14与进料管路系统1连接，另一端通过第二动密封装置34与出口管路系统3连接；

4）打开圆筒形加热套22开关、温度检测器和温度控制器电源开关，由圆筒形加热套22给反应器筒体23供热，并控制反应器筒体23外壁温度为200-360℃；插上电动机电源，使反应器筒体23旋转，并控制旋转速度为10-200rpm；

5）将大豆油酸或其它富含油酸和亚油酸的植物油酸、催化剂白土、助催化剂按比例加入到配料罐中，搅拌混匀得到混合物；用泵将反应原料植物油酸和催化剂、助催化剂的混合物通过料液入口管11进入反应器筒体23，控制泵的流量，使物料在反应器筒体23内的停留时间为1-10h，本发明停留时间优选为1-6h，实施例中的停留时间为2.1h，其出口产品的含量比常规方法得到的产品含量更高，而且其与常规产品相比，其停留时间也更知，；

6）打开蒸汽发生器电源，使产生的水蒸气通过气体入口管12进入反应器；

7）反应原料和催化剂、助催化剂和水蒸气进入作旋转运动的反应器后，在160-320℃的反应温度下边反应生成二聚酸，边通过圆形隔板26与筒体之间的缝隙往反应器出口方向流动，在实施例中，反应温度为260℃左右（测得筒体外壁温度为300℃，由于传热温差的存在，筒体外壁温度比筒体内物料温度高40℃左右）。在反应器内，物料在筒体旋转产生的离心力和物料连续流动的作用下，反应物料、白土和球型混合强化介质29作多维循环运动和自转运动，在反应器内不断上下、左右相互置换位置产生剧烈运动，同时不断碰撞和混合，产生多维和不断变化的撞击力和剪切力，从而强化混合，不仅提高了反应速率，而且使物料在反应釜内的停留时间分布均匀，减少了由于停留时间分布不均造成的过度聚合；

8）从反应器出口端流出的物料，气体从气体出口管31排出，催化剂、助催化剂和料液从反应料液出口管32流出至产品收集罐，可进一步离心进行固液分离，得到二聚酸产品，反应物料源源不断从料液入口管11进入反应器，反应产物源源不断从反应料液出口管32流至产品收集罐，实现二聚酸的连续化生产；

9）进口管路系统如发生堵塞，可通过疏通管13疏通；反应器如要停车检修或更换球型混合强化介质时，可通过卸渣口33将反应器中的物料清除干净。

本发明实施例中，反应器筒体23内设置了3块挡板281，每块挡板281宽度3cm（为筒体内径的0.372）；反应器筒体23内沿轴向设置了10块圆形隔板26，相邻圆形隔板26间距为3cm，圆形隔板26外周和反应器筒体23内壁间距为1mm；以粒径为2.3mm的氧化锆珠为强化混合球磨介质，加入量为筒体容积的1/2；反应温度260℃；以未作任何改性的白土为催化剂，催化剂用量为原料用量的12%，碳酸锂为助催化剂，用量为原料用量的0.5%；筒体转速20rpm；物料在反应器内停留时间为2.1h。在此条件下，可得到二聚酸含量为75%的粗产品。

现有以白土为催化剂的二聚酸的生产有加压和常压两种工艺，两种工艺均采用间歇操作，反应温度一般均在240-280℃，反应时间一般均为6-8h，常压工艺生产的二聚酸收率一般在40%-55%之间，而加压工艺的二聚酸收率较高，可达到60-75%。

和现有二聚酸的合成情况比较，采用本发明所述的一种球磨介质强化混合的连续生产二聚酸的反应和方法，在常压下操作，可达到高压法的生产效率，并且反应时间从6h缩短到了2.1h，并能连续生产。

Claims (9)

1.一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，包括进料管路系统（1）、反应系统（2）和出料管路系统（3），其特征在于反应系统（2）为能旋转的管式反应器，管式反应器的一端通过法兰（21）和第一动密封装置（14）与进料管路系统（1）连接，另一端通过法兰（21）和第二动密封装置（34）与出料管路系统（3）连接，管式反应器的反应器筒体（23）外壁装配有圆筒形加热套（22），反应器筒体（23）外壁和圆筒形加热套（22）间设置有温度检测装置（27），反应器筒体（23）内部填充有球型混合强化介质（29）；

所述反应器筒体（23）内壁沿圆周方向均匀装设若干块挡板（281），挡板（281）的个数为3-12块；反应器筒体（23）内壁设有3根圆形支杆（241），反应器筒体（23）内沿轴向均匀间隔设置10块圆形隔板（26），球型混合强化介质（29）设置在相邻两个圆形隔板（26）与反应器筒体（23）构成的空间内，圆形隔板（26）上均匀开有若干圆形孔（242）和槽口（282），圆形孔（242）大小、个数与圆形支杆（241）相匹配，圆形隔板（26）通过圆形孔（242）安装固定到圆形支杆（241）上；槽口（282）大小、个数与挡板（281）相匹配，挡板（281）对应设置在圆形隔板（26）的槽口（282）上，相邻两个圆形隔板（26）之间设有隔板支架（25），通过隔板支架（25）隔开；

所述球型混合强化介质（29）填充在每相邻两个圆形隔板（26）与反应器筒体（23）内壁之间形成的空间内，反应器筒体（23）内壁与圆形隔板（26）外周之间的间距小于球型混合强化介质（29）的直径，防止不同空间的球型混合强化介质（29）混合；球型混合强化介质（29）采用不锈钢珠或氧化锆珠，其直径为1-20mm；

相邻圆形隔板（ 26） 间距为3cm，圆形隔板（ 26） 外周和反应器筒体（ 23） 内壁间距为1mm；

一种所述反应装置的二聚酸连续生产方法，其特征在于包括如下步骤：

1）拆开管式反应器左侧或右侧法兰（21），从圆形支杆（241）上抽出所有的圆形隔板（26）和相邻的隔板支架（25），从反应器筒体（23）底部加入设定量的球型混合强化介质（29），装上隔板支架（25），再套入一块圆形隔板（26），圆形隔板（26）上的圆形孔（242）分别套入对应的圆形支杆（241）上，且圆形隔板（26）上的槽口（282）与筒体内壁上的挡板（281）嵌合，依次重复操作，至整个反应器筒体（23）上安装完成所有的圆形隔板（26）、隔板支架（25）和球型混合强化介质（29），装上法兰（21）；

2）在反应器筒体（23）外表面装上圆筒形加热套（22），并在反应器筒体（23）外壁和圆筒形加热套（22）间插入温度检测装置（27），反应系统（2）安装完成，温度检测装置（27）包括温度检测器和温度控制器电源开关；

3）将安装完成的反应系统（2）一端通过第一动密封装置（14）与进料管路系统（1）连接，另一端通过第二动密封装置（34）与出料管路系统（3）连接；

4）打开圆筒形加热套（22）开关、温度检测器和温度控制器电源开关，由圆筒形加热套（22）给反应器筒体（23）供热，并控制反应器筒体（23）外壁温度为200-360℃；插上电动机电源，使反应器筒体（ 23） 旋转，并控制旋转速度为10-200rpm；

5）将大豆油酸或富含油酸和亚油酸的植物油酸、催化剂白土、助催化剂按比例加入到配料罐中，搅拌混匀得到混合物；用泵将反应原料植物油酸和催化剂、助催化剂的混合物通过料液入口管（11）进入反应器筒体（23），控制泵的流量，使物料在反应器筒体（23）内的停留时间为1-10h；

6）打开蒸汽发生器电源，使产生的水蒸气通过气体入口管（12）进入反应器；

7）反应原料和催化剂、助催化剂和水蒸气进入作旋转运动的反应器进行反应，反应的同时生成的二聚酸持续通过圆形隔板（26）与筒体之间的缝隙往反应器出口方向流动，在反应器内，物料在筒体旋转产生的离心力和物料连续流动的作用下，反应物料、白土和球型混合强化介质（29）作多维循环运动和自转运动，至反应完成；

8）从反应器出口端流出的物料，气体从气体出口管（31）排出，催化剂、助催化剂和料液从反应料液出口管（32）流出至产品收集罐，进一步离心进行固液分离，得到二聚酸产品，反应物料源源不断从料液入口管（11）进入反应器，反应产物源源不断从反应料液出口管（32）流至产品收集罐，实现二聚酸的连续化生产。

2.根据权利要求1所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于反应器筒体（23）外壁与圆筒形加热套（22）之间的距离为1-5mm。

3.根据权利要求1所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于球型混合强化介质（29）的填充量为反应器筒体（23）内容量的0.1-0.9。

4.根据权利要求2所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于挡板（281）长度与反应器筒体（23）内长相同；挡板（281）宽度为反应器筒体（23）内径的0.05-0.45。

5.根据权利要求1所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于进料管路系统（1）包括料液入口管（11）、气体入口管（12）及疏通管（13），料液入口管（11）、气体入口管（12）汇合后通过管路连接第一动密封装置（14），疏通管（13）设置在料液入口管（11）、气体入口管（12）及第一动密封装置（14）的连接管路上。

6.根据权利要求1所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于出料管路系统（3）包括气体出口管（31）、反应料液出口管（32）及卸渣口（33），卸渣口（33）设置在反应器筒体（23）的靠近出口端位置，气体出口管（31）和反应料液出口管（32）通过管路垂直连接第二动密封装置（34），气体出口管（31）开口向上，反应料液出口管（32）开口向下。

7.根据权利要求2所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于挡板（281）的个数为3-9块。

8.根据权利要求1所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于物料在反应装置内的停留时间为1-6小时。

9.根据权利要求1所述的一种球型介质强化混合的连续生产二聚酸的反应装置，其特征在于物料在反应装置内的停留时间为1.5-2.5小时。

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