CN111389338B - 一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器，包括多个并行设置的静态混合器，多个所述静态混合器的顶部均与甲苯进料通道连通，多个静态混合器的下端均穿过冷却室后与产物收集通道连通，冷却室包括多个并行设置的冷却分室，所述甲苯进料通道包括水平总管、多个与水平总管垂直设置的垂直支管，每个垂直支管均与水平总管连通，每个垂直支管内均设有套管。本发明创造所述的新型多通道反应器中各种原料分通道进入反应器，可以实现反应物之间的充分混合，提高反应速率，解决静态混合器管径小的问题，并且通过设置冷却室来实现反应过程中良好的均温效果，避免反应热点出现，从而提高目标产物选择性。

Description

一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器

技术领域

本发明创造属于多相反应设备领域，尤其是涉及一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器。

背景技术

对叔丁基甲苯生产方法主要是利用甲苯与异丁烯在酸催化剂的催化作用下发生烷基化反应制得。工业上现有的传统对叔丁基甲苯的合成方法是采用间歇釜式反应器，首先一次性加入原料甲苯、催化剂浓硫酸，然后异丁烯不断向反应器内鼓泡发生烷基化反应，此方法存在多相反应相界面传质效率低、反应速率慢、生产过程不连续、设备体积大、设备生产能力低等问题，并且搅拌轴处容易造成硫酸泄露、腐蚀，低温反应条件下硫酸黏度较高，不利于质量传递，搅拌器所需的功率急剧增大。

静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，其基本工作机理是利用固定在管内的混合单元体改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的。现有的静态混合器包括管体和混合单元，混合单元设置在管体内，混合单元的叶片与液体接触，实现液体的充分混合。静态混合器具有体积小，结构紧凑，操作简单，适应于难混合的工艺过程，反应物达到充分混合，反应速度快，可以实现等温运行及高催化剂质量流量，可以通过控制停留时间，可以控制副反应的发生，提高产物收率等优点。将静态混合反应器应用于甲苯和异丁烯烷基化反应过程中有望解决目前对叔丁基甲苯制备所存在的问题。

CN 110559904A公开了一种静态混合器，其管体内同轴固定连接有左右螺旋板，左右螺旋板依次交替设置，相邻的左螺旋板和右螺旋板交替固定连接，且相互靠近的侧壁呈垂直设置，管体内固定连接若干垂直于左右螺旋板的扰流杆，以求提升混合器的混合效果。

CN 109939579A提供了一种静态混合器，包括：中空的混合器主体，在混合器主体的长度方向上，设有进液口和出液口，在进液口至出液口之间，混合器主体内依次连通设置有多个中空棱柱的混合单元。该静态混合器流体能耗小，不容易造成管道的阻塞，适于小型化，成本低。

以上专利解决了反应物之间的充分混合问题，但是静态混合器管径小，大规模均温生产存在一定问题，如何实现产品大规模生产及反应器的均温问题是目前急需解决的关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器，各种原料分通道进入反应器，可以实现反应物之间的充分混合，提高反应速度，通过设置多个并行设置的静态混合器形成的多通道组合的方式来解决静态混合器管径小的问题，并且通过设置冷却室来实现反应过程中良好的均温效果，提高目标产物选择性。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器，包括多个并行设置的静态混合器，多个所述静态混合器的顶部均与甲苯进料通道连通，多个静态混合器的下端均穿过冷却室后与产物收集通道连通，冷却室包括多个并行设置的冷却分室，所述甲苯进料通道包括水平总管、多个与水平总管垂直设置的垂直支管，每个垂直支管均与水平总管连通，每个垂直支管内均设有套管。

进一步的，所述套管的下部伸入垂直支管的下部，所述垂直支管的下部伸入所述静态混合器的顶部。

进一步的，所述静态混合器设有2-100个，优选为2-50个。

进一步的，所述静态混合器长度为0.5-4m，优选为1-3m。

进一步的，相邻两个所述静态混合器的间距为20-40mm。

进一步的，所述静态混合器内径为10-40mm，优选为15-30mm。

进一步的，所述静态混合器为Kenics型、SMX型、SV型、SH型、SK型、SX型、SL型、东利Hi型静态混合器中的一种或多种，优选为SMX型、SV型、SH型、SK型、SX型的静态混合器的一种或几种。

进一步的，所述冷却分室的设置方向与静态混合器的方向垂直。

进一步的，所述套管包括外管、内管，外管的上部设有侧支管，内管的一端从外管顶部向下伸入外管下部。

进一步的，所述侧支管与异丁烯进料通道连通，所述内管的顶部与浓硫酸进料通道连通。

进一步的，所述异丁烯进料通道内径为4-20mm，优选为5-16mm。

进一步的，所述硫酸进料通道内径为1-14mm，优选为3-7mm。

进一步的，多个所述冷却分室的一端均与冷却进料通道连通，多个所述冷却分室的另一端均与冷却出料通道连通。

进一步的，所述冷却分室的内壁上下交错设置有多个折流板。

进一步的，所述冷却室内通入的冷却介质为水或冷冻盐水。

进一步的，所述折流板优选为与所述冷却分室的上内壁、下内壁均垂直。

进一步的，所述冷却分室的宽度为0.1-0.5m，优选为0.2-0.4m。

进一步的，所述折流板的长度为冷却分室高度的80％-90％。

进一步的，所述冷却分室内设有3-8个折流板，优选4-7个。

进一步的，所述静态混合器的外壁设有多个翅片。

进一步的，相邻所述翅片之间的横向及纵向间距均为1.5-2.5mm。

进一步的，所述水平总管的内径大于所述静态混合器的内径。

进一步的，所述水平总管的内径为50-200mm，优选为80-150mm。

相对于现有技术，本发明创造所述的新型多通道反应器具有以下优势：

(1)本发明所述的新型多通道反应器，各种原料分通道进入反应器，可以实现多相反应物之间的充分混合，提高反应速率，通过设置多个并行设置的静态混合器形成的多通道组合的方式来解决静态混合器管径小的问题，实现大规模生产，并且通过设置冷却室来实现反应过程中良好的均温效果，避免反应热点出现，从而提高目标产物选择性。

(2)本发明所述的新型多通道反应器，可以根据需要调节静态混合器的长度，进而调整整个反应器的长度，调整反应的停留时间，控制副反应的发生，提高产物收率。

(3)本发明所述的新型多通道反应器，冷却分室中冷却介质流动的方向与静态混合器内物料流动方向垂直，且各冷却分室之间互不干扰，可以增大反应器的传热效率，各室内壁上设置上下交替的折流板，确保冷却介质充满室内不出现短路现象，由于折流板的扰流，冷却介质在分室中呈“S型”流动，增长了冷却介质的流动路径，增加了冷却介质与静态混合器的接触时间，更有利于换热，静态混合器单管外壁安装的翅片增大了静态混合器与冷却介质的接触面积，更有利于传热，确保反应器的等温运行。

(4)本发明所述的新型多通道反应器，采用静态混合器作为反应器，避免了传统搅拌反应釜内液体与壁面撞击的能量损耗，能量利用率高。

(5)本发明所述的新型多通道反应器，与间歇反应器相比，催化剂浓硫酸和反应物之间接触更加充分，少量的硫酸即可达到很好的催化效果，因此本反应器中浓硫酸催化剂用量少，有利于降低生产成本，降低废液处理量，更加环保。

(6)本发明所述的新型多通道反应器，浓硫酸和异丁烯在套管的管口处先混合后再与甲苯进行预混合，随后进入静态混合器单管内进行充分混合并反应，该分布结构避免了反应发生在反应器入口或之前(此处无冷却)，避免热点出现

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的新型多通道反应器示意图；

图2为本发明创造实施例所述的新型多通道反应器N-N′方向的剖面图。

附图标记说明：

1-甲苯进料通道；11-水平总管；12-垂直支管；2-异丁烯进料通道；3-浓硫酸进料通道；4-套管；41-侧支管；42-内管；43-外管；5-冷却室；51-冷却进料通道；52-冷却分室；521-折流板；53-冷却出料通道；6-产物收集通道；7-静态混合器；71-翅片；

A-浓硫酸进料口；B-异丁烯进料口；C-甲苯进料口；D-冷却介质出口；E-冷却介质进口；F-产物出口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图所示，一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器，包括多个并行设置的静态混合器7，多个所述静态混合器7的顶部均与甲苯进料通道1连通，多个静态混合器7的下端均穿过冷却室5后与产物收集通道6连通，冷却室5包括多个并行设置的冷却分室52，所述甲苯进料通道1包括水平总管11、多个与水平总管11垂直设置的垂直支管12，每个垂直支管12均与水平总管11连通，每个垂直支管12内均设有套管4。

所述套管4的下部伸入垂直支管12的下部，所述垂直支管12的下部伸入所述静态混合器7的顶部。

各种原料分通道进入反应器，可以实现反应物之间的充分混合，通过多个并行设置的静态混合器7形成的多通道组合的方式来解决静态混合器7管径小的问题，并且通过设置冷却室5来实现反应过程中良好的均温效果。

反应器全部采用静密封，避免了传统搅拌釜反应器中旋转部件削弱密封性能的缺点，密封性能更好，特别适用于易燃、易爆以及腐蚀性物料的混合与反应。

所述静态混合器7设有多个，多个所述静态混合器7并行设置。

所述静态混合器7设有2-100个，优选为2-50个。

所述静态混合器7长度为0.5-4m，优选为1-3m。

可以根据需要调节静态混合器7的长度，进而调整整个反应器的长度，进而调整反应的停留时间，控制副反应的发生，提高产物收率。

所述相邻两个静态混合器7的间距为20-40mm。

所述的静态混合器7内径为10-40mm，优选为15-30mm。

当静态混合器7内径很大时，反应物混合效果不好；当静态混合器7内径很小时，反应效率低，空间阻力大。

所述的静态混合器7为Kenics型、SMX型、SV型、SH型、SK型、SX型、SL型、东利Hi型静态混合器7中的一种或多种，优选为SMX型、SV型、SH型、SK型、SX型的静态混合器7的一种或几种混合使用。

采用静态混合器7作为反应器的形式，避免了传统搅拌反应釜内液体与壁面撞击的能量损耗，能量利用率高。

所述冷却分室52的设置方向与静态混合器7的方向垂直。

冷却分室52中冷却介质流动的方向与静态混合器7内物料流动方向垂直，可以增大反应器的传热效率，且冷却各分室之间互不干扰，确保反应器的等温运行。

所述套管4包括外管43、内管42，外管43的上部设有侧支管41，内管42的一端从外管43顶部向下伸入外管43下部。

所述侧支管41与异丁烯进料通道2连通，所述内管42的顶部与浓硫酸进料通道3连通。

多个所述冷却分室52的一端均与冷却进料通道51连通，多个所述冷却分室52的另一端均与冷却出料通道53连通。

所述异丁烯进料通道2内径为4-20mm，优选为5-16mm。

所述硫酸进料通道内径为1-14mm，优选为3-7mm。

与间歇反应器相比，催化剂浓硫酸和反应物之间更容易重复接触，少量的硫酸，可以达到很好的催化效果，因此本反应器中浓硫酸催化剂用量少，有利于降低生产成本，降低废液处理量，更加环保。

所述冷却分室52的内壁上下交错设置有多个折流板521。

所述冷却室5内通入的冷却介质为水或冷冻盐水。

所述冷却分室52的宽度为0.1-0.5m，优选为0.2-0.4m。

所述折流板521的长度为冷却分室52高度的80％-90％。

所述冷却分室52内设有3-8个折流板521，优选4-7个。

冷却分室52内壁上下交错设置的折流板521可以确保冷却介质充满室内不出现短路，在折流板521的作用下，冷却介质在分室中呈“S型”流动，增长冷却介质的流动路径，延长了冷却介质与静态混合器7的接触时间，进一步增强了传热效果。

所述静态混合器7的外壁设有多个翅片71。

所述相邻翅片71之间的横向及纵向间距均为1.5-2.5mm。

静态混合器7外壁设有多个翅片71，增大了静态混合器7与冷却介质的接触面积，有利于传热。

所述水平总管11的内径大于所述静态混合器7的内径。

水平总管11的内径大于所述静态混合器7的内径，更优选为水平总管11的内径远远大于静态混合器7的内径，水平总管11与静态混合器7的巨大差异的管径保证甲苯能够平均的进入各并联的静态混合器7，使得每个静态混合器7中的反应能够均匀且充分的进行。

所述水平总管11的内径为50-200mm，优选为80-150mm。

具体工作原理：

开始反应时，原料异丁烯从异丁烯进料口B进入异丁烯进料通道2后，分别从多个套管4的侧支管41同时进料，并经由套管4外管43内壁向下流动；催化剂浓硫酸从浓硫酸进料口A进入浓硫酸进料通道后，分别从多个套管4的内管42顶部进料，并经由套管4内管42内壁向下流动；原料甲苯从甲苯进料口C进入水平总管11后，经由多个垂直支管12的下部向下流动。反应物与催化剂进料后首先在套管4底部出口处进行混合，然后再进入多个并行设置的静态混合器7进行反应。

反应进行过程中，向冷却室5内注入冷却介质，冷却介质经冷却进料通道51后流向各个冷却分室52，冷却介质在冷却分室52内呈S型流动，增大反应器的传热效率，最终冷却介质由冷却介质出口D流出。

反应物在静态混合器7内完成反应后，产物均流入静态混合器7下方的产物收集通道6。产物收集通道6中收集的产物静置分离，上层为含对叔丁基甲苯的粗产品，将上层产品精馏得到对叔丁基甲苯，未反应的甲苯及下层催化剂浓硫酸回收利用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于甲苯与异丁烯烷基化反应的新型多通道反应器，其特征在于：包括多个并行设置的静态混合器(7)，多个所述静态混合器(7)的顶部均与甲苯进料通道(1)连通，多个静态混合器(7)的下端均穿过冷却室(5)后与产物收集通道(6)连通，冷却室(5)包括多个并行设置的冷却分室(52)，所述甲苯进料通道(1)包括水平总管(11)、多个与水平总管(11)垂直设置的垂直支管(12)，每个垂直支管(12)均与水平总管(11)连通，每个垂直支管(12)内均设有套管(4)；

所述套管(4)的下部伸入垂直支管(12)的下部，所述垂直支管(12)的下部伸入所述静态混合器(7)的顶部；

所述冷却分室(52)的设置方向与静态混合器(7)的方向垂直；

所述套管(4)包括外管(43)、内管(42)，外管(43)的上部设有侧支管(41)，内管(42)的一端从外管(43)顶部向下伸入外管(43)下部；

所述侧支管(41)与异丁烯进料通道(2)连通，所述内管(42)的顶部与浓硫酸进料通道(3)连通；

多个所述冷却分室的一端均与冷却进料通道(51)连通，多个所述冷却分室的另一端均与冷却出料通道(53)连通；

所述冷却分室(52)的内壁上下交错设置有多个折流板(521)；

所述静态混合器(7)的外壁设有多个翅片(71)；

所述水平总管(11)的内径大于所述静态混合器(7)的内径。

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