CN112174996A - 一种连续化生产硅烷偶联剂的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种连续化生产硅烷偶联剂的方法，包括：取含氢硅烷和烯烃类为原料，加入催化剂，将原料输入到反应精馏塔，在加热条件下，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，实现对硅烷偶联剂的连续化生产。本发明还公开一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，包括第一原料罐，设置有烯烃类管线和催化剂管线，用于混合所述催化剂和所述烯烃类；第二原料罐，用于放置含氢硅烷；反应精馏塔，与所述第一原料罐和所述第二原料罐连接，用于氢硅烷和烯烃类进行反应，并精馏分离；产物储罐，与所述反应精馏塔的塔釜连接，用于储存目标产物。本发明可以实现连续化生产，提高硅烷偶联剂生产效率，提升自动化生产水平。
Description
技术领域
本发明属于有机硅技术领域，具体涉及一种连续化生产硅烷偶联剂的方法及装置。
背景技术
硅烷偶联剂是一种非常重要的有机硅，因分子中包含亲水、亲油基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键，而被称作“分子桥”，常用于改善无机物与有机物之间的界面，从而大大提高复合材料的性能。比如，用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管等产品的耐磨性和耐老化性，并且能减少橡胶的使用量。
在我国，人均有机硅消费量远低于发达国家，但每年保持5％增长需求率，未来的市场发展空间非常巨大。再加上越来越多的国外领先企业纷纷在国内建厂，带动了我国有机硅下游产业的快速发展，因此，对硅烷偶联剂的需求必然日益增长。
然而，传统的制备硅烷偶联剂方法大多采用间歇法，存在生产效率低、工作强度大等诸多缺陷，不适合大规模生产应用，硅烷偶联剂产量难以满足日益增长的市场需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种连续化生产硅烷偶联剂的方法及装置，可以实现连续化生产，提高硅烷偶联剂生产效率，提升自动化生产水平。
本发明为解决上述技术问题所采用的一种连续化生产硅烷偶联剂的方法，其技术方案如下：
一种连续化生产硅烷偶联剂的方法，包括
取含氢硅烷和烯烃类为原料，
加入催化剂，
将原料输入到反应精馏塔，
在加热条件下，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，实现对硅烷偶联剂的连续化生产。
优选的，具体包括以下步骤：
S1预处理：先将催化剂和烯烃类混合均匀，再将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔内，使氢硅烷和混有催化剂的烯烃类混合均匀；
S2反应及精馏分离：将反应精馏塔内的混合物加热到反应温度，使含氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，并在反应后的产物进入塔釜的过程中进行精馏分离，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，在塔釜输出产物，实现硅烷偶联剂的连续化生产。
优选的，还包括步骤S3：
S3回流循环：将反应精馏塔的塔釜内的物料输送至塔顶，进行回流循环，回流比由大逐步减小，直至反应精馏塔内的物料系统平衡稳定输出，从而实现稳定的连续化生产。
优选的，步骤S2中对反应精馏塔内的混合物进行加热的方式为微波加热。
优选的，步骤S2中反应精馏塔内的混合物的反应温度为50-65℃。
优选的，步骤S3中在稳定输出产物时反应精馏塔塔釜内的物料回流比为：1.2～1.5。
优选的，所述含氢硅烷为三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种；
所述烯烃类为氯乙烯、氯丙烯中的一种；
所述催化剂为氯铂酸及其络合物中的一种。
优选的，所述含氢硅烷和所述烯烃类的摩尔比为1:1.2～1.5；
所述催化剂的用量为原料总量的
本发明提供的连续化生产硅烷偶联剂的方法，将微波和反应精馏相结合，通过微波辐射加热，可以加快反应速率，从而大大缩短反应周期；通过反应精馏塔，在反应的同时进行精馏分离，实现连续化生产，提高了产物收率和纯度，并在精馏过程充分利用反应热，节约了能耗。
本发明为解决上述技术问题所采用的一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，其技术方案如下：
一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，包括：
第一原料罐，设置有烯烃类管线和催化剂管线，用于混合催化剂和烯烃类原料；
第二原料罐，用于放置含氢硅烷；
反应精馏塔，与所述第一原料罐和所述第二原料罐连接，用于氢硅烷和烯烃类在催化剂的作用下进行反应，并精馏分离；
产物储罐，与所述反应精馏塔的塔釜连接，用于储存目标产物。
优选的，还包括还包括加热器件，所述加热器件包括第一加热器和第二加热器，
所述第一加热器，设置于所述反应精馏塔的中部，用于对反应精馏塔的中部的物料加热；
所述第二加热器，设置于所述反应精馏塔的塔釜上，用于对反应精馏塔的塔釜内的物料加热。
优选的，所述第一加热器为微波加热器，所述第二加热器为导热油加热器。
优选的，还包括循环回流机构，包括循环泵和循环管线，所述循环泵的进口与所述反应精馏塔的塔釜的底部连接，其出口与所述反应精馏塔的塔顶连接，用于将塔釜内的物料输送至塔顶，以实现回流循环。
优选的，所述第一原料罐、所述第二原料罐分别连接有第一原料管线和第二原料管线，并通过所述第一原料管线和所述第二原料管线与所述反应精馏塔连接，且在所述第一原料管线和第二原料管线上分别设置有第一泵和第二泵，所述第一原料管线和所述第二原料管线伸入到所述反应精馏塔的一端上均设置有分布器。
优选的，所述反应精馏塔还包括微波抑制器和液位计，
所述微波抑制器，设置于所述反应精馏塔上靠近塔釜的位置，以防止微波加热器对塔釜加热；
所述液位计，设置于所述反应精馏塔的塔釜位置，用于检测塔釜内的液位信息。
本发明提供的连续化生产硅烷偶联剂的装置，结构简单，操作方便，可以实现硅烷偶联剂连续化生产，提高了生产效率和避免了间歇式生产时批次间存在质量差异的问题，且装置运行过程中，反应温度和精馏温度都采用单回路自动控制，减少了人工操作，且对温度的控制更精确，可以减少副产物产生率，提高产物产率和纯度。
附图说明
图1为实施例1中连续化生产硅烷偶联剂的方法所用的装置的结构示意图；
图2为实施例4中连续化生产硅烷偶联剂的方法所用的装置的结构示意图。
图中：1-第一原料罐；11-催化剂管线；12-烯烃类管线；13-搅拌器；14-第一泵；15-第一流量计；16第一原料管线；2-第二原料罐；21-第二泵；22-第二流量计；23-第二原料管线；3-反应精馏塔；31-第一测温仪；32-第二测温仪；33-第二加热器；34-塔板；35-液位计；4-第一加热器；5-循环泵；51-第三流量计；52-循环管线；53-第四流量计；54-产物管线；6-产物储罐；7-氮气管线；8放空管线；9-压力表；10-分布器。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步清楚、完整的描述。
由于现有技术中，硅烷偶联剂生产工艺存在生产效率低、工作强度大等诸多缺陷，不适合大规模生产应用，硅烷偶联剂产量难以满足日益增长的市场需求。因此，本发明提供一种连续化生产硅烷偶联剂的方法，包括
以含氢硅烷和烯烃类为原料，
加入催化剂，
将原料输入到反应精馏塔，
在加热条件下，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，以实现对硅烷偶联剂的连续化生产。
相应的，本发明还提供一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，包括：
第一原料罐，设置有烯烃类管线和催化剂管线，用于混合所述催化剂和所述烯烃类；
第二原料罐，用于放置含氢硅烷；
反应精馏塔，与所述第一原料罐和所述第二原料罐连接，用于氢硅烷和烯烃类进行反应，并精馏分离；
产物储罐，与所述反应精馏塔的塔釜连接，用于储存目标产物。
实施例1
如图1所示，本实施例公开一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，包括：
第一原料罐1，设置有烯烃类管线12和催化剂管线11，用于混合催化剂和烯烃类；
第二原料罐2，用于放置含氢硅烷；
反应精馏塔3，与第一原料罐和第二原料罐连接，用于氢硅烷和烯烃类进行反应，并精馏分离；
产物储罐6，与反应精馏塔的塔釜连接，用于储存目标产物。
本实施例还公开一种使用上述装置进行连续化生产硅烷偶联剂的方法，包括以下步骤：
取含氢硅烷和烯烃类为原料，
加入催化剂，
将原料输入到反应精馏塔，
在加热条件下，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，实现对硅烷偶联剂的连续化生产。
其中：含氢硅烷采用三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种，烯烃类采用氯乙烯、氯丙烯中的一种，含氢硅烷和烯烃类的摩尔比为1:1.2～1.5；催化剂采用氯铂酸及其络合物中的一种，催化剂的用量为原料总量的
本实施例中的连续化生产硅烷偶联剂的方法即装置，可以实现硅烷偶联剂连续化生产，提高了生产效率和避免了间歇式生产时批次间存在质量差异的问题，还可以提高生产过程中的自动化水平，且简单易行，减少了人工操作，使控制更精确，减少了副产物产生率，提高了产物产率和纯度。
实施例2
本实施例公开一种使用实施例1中的装置进行连续化生产硅烷偶联剂的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：预处理
先将催化剂和烯烃类混合均匀，再将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔3内，使氢硅烷和混有催化剂的烯烃类混合均匀，具体包括以下步骤：
S101，对设备进行吹扫，以去除氧气；
具体的，向本实施例中的连续化生产硅烷偶联剂的方法所采用的所有设备中通入氮气，以对所有设备(包括：第一原料罐1、第二原料罐2、产物储罐6、反应精馏塔3，以及其连接管线)进行吹扫，排出这些设备内的氧气，直至氧气含量<1000ppm。
S102,准备原料；
向第一原料罐内通入适量的烯烃类和适量的催化剂，并进行搅拌，使烯烃类和催化剂混合均匀；向第二原料罐通入适量的含氢硅烷；
其中，含氢硅烷采用三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种，本实施例中优选为三氯氢硅；烯烃类采用氯乙烯、氯丙烯中的一种，本实施例优选为氯乙烯；含氢硅烷和烯烃类的摩尔比为1:1.2～1.5，本实例优选为1:1.2，即三氯氢硅与氯乙烯的摩尔比为1:1.2；催化剂采用氯铂酸及其络合物中的一种，催化剂的用量为原料总量的
本实施例催化剂优选为氯铂酸，氯铂酸的用量为三氯氢硅和氯乙烯的用量总和的4×10-2％wt。
具体的，按摩尔比为1:1.2分别向第二原料罐通入三氯氢硅、向第一原料罐内通入氯乙烯，并按三氯氢硅和氯乙烯用量总和的4×10-2％wt向第一原料罐通入氯铂酸催化剂，并进行搅拌，使氯乙烯和氯铂酸催化剂混合均匀。
S103,进料；
将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔内，使氢硅烷、催化剂、烯烃类原料混合均匀。
其中，混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔3内的位置为反应精馏塔3的中部或顶部，本实施例优选为反应精馏塔3的中部。
具体的，将第一原料罐中的混有氯铂酸催化剂的氯乙烯通过第一原料管线16输送至反应精馏塔3的中部。同时，将第二原料罐中的三氯氢硅通过第二原料管线23输送至反应精馏塔3的中部，并通过第一原料管线16的末端和第二原料管线23的末端上分别设置的分布器10，两分布器10相对布置，使混有氯铂酸催化剂的氯乙烯和三氯氢硅能够相对地向对方均匀地喷射到反应精馏塔3内，以便混有氯铂酸催化剂的氯乙烯和三氯氢硅能够混合均匀，进行充分接触。
步骤S2：反应及精馏分离
将反应精馏塔内3的混合物加热到反应温度，使含氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，并在反应后的产物进入塔釜的过程中进行精馏分离，使原料在反应精馏塔3中一边反应一边精馏分离出产物，在塔釜输出产物，以实现硅烷偶联剂的连续化生产。本实施例中的加热方式优选采用微波加热，反应温度为50-65℃，本实施例例优选为60℃。
S201,加热、反应；
将反应精馏塔内的混合物加热到反应温度，使含氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，产生硅烷偶联剂。
具体的，启动第一加热器4(本实施例中，优选为微波加热器)，将微波加热器产生的微波从反应精馏塔3的中部或上部馈入，优选为中部，利用馈入到反应精馏塔3内的微波对已通入到反应精馏塔3内的三氯氢硅和混有氯铂酸催化剂的氯乙烯的混合物加热，将反应精馏塔3内的混合物加热到为60℃，并维持该反应温度，使三氯氢硅和氯乙烯在氯铂酸的催化作用下进行反应，生成硅烷偶联剂。
S202,精馏分离。
在反应后的产物进入塔釜的过程中进行精馏分离，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，在塔釜输出产物，以实现硅烷偶联剂的连续化生产。
具体的，在三氯氢硅和氯乙烯在氯铂酸的催化作用下进行反应生产硅烷偶联剂的同时，启动第二加热器33(本实施例中，优选为导热油加热器)对反应精馏塔3的塔釜进行加热，使反应精馏塔3的塔釜内的混合物(包括三氯氢硅、氯乙烯、硅烷偶联剂、Si-O-Si等)，由于沸点各不相同，其中的轻组分(即低沸物，如：三氯氢硅、氯乙烯等)气化上升，往塔顶聚集，其中的重组分(即高沸物，如：硅烷偶联剂、Si-O-Si等)冷凝下降，向塔釜汇集，使沸点高硅烷偶联剂逐渐分离，并在塔釜汇集，将塔釜内的输出到产物储罐3，即可不断获得硅烷偶联剂产品。在轻组分上升、重组分下降的过程中，未反应完的原料之间充分接触并继续反应生成硅烷偶联剂，使反应精馏塔3的混合物在进入塔釜的过程中，经过精馏过程后，逐渐全部转化为硅烷偶联剂，从而提高硅烷偶联剂的产量和纯度，实现连续化生产。
经过检测，硅烷偶联剂产品的产率为90％以上，纯度为99.9％以上。
实施例3
如图2所示，本实施例公开一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，包括：
第一原料罐1，设置有烯烃类管线12和催化剂管线11，用于混合催化剂和烯烃类；
第二原料罐2，用于放置含氢硅烷；
反应精馏塔3，与第一原料罐1和第二原料罐2连接，用于氢硅烷和烯烃类进行反应，并精馏分离；
产物储罐6，与反应精馏塔3的塔釜连接，用于储存目标产物。
进一步的，第一原料罐1、第二原料罐2、反应精馏塔3、产物储罐6均设置有氮气管线7、压力表9、放空管线8。
具体的，在反应精馏塔3的顶部设置有氮气管线7、压力表9以及放空管线8。其中：氮气管线7用于向反应精馏塔3内通入氮气，以便对反应精馏塔3进行氮气吹扫；压力表9用检测反应精馏塔3内的压力；放空管线8用于在氮气吹扫时排出反应精馏塔3的空气，以避免空气中的氧气对硅烷偶联剂生产过程产生不良影响。进一步的，放空管线8还能与压力表9进行联动，当压力表9检测到的压力值过大时，放空管线8开启，以释放反应精馏塔3内压力，确保生产过程的安全性。
在反应精馏塔3内的中、下部设置有塔板34，塔板34的数量优选为多个，多个塔板组成的多级塔板，可以起到更好的传质和传热的作用，使未反应的原料在气化上升或冷凝下降的过程中充分接触，并发生反应，以确保反应更彻底，从而提高精馏分离效果，提高产物收率和纯度。
进一步的，第一原料罐1、第二原料罐2分别连接有第一原料管线16和第二原料管线23，并通过第一原料管线16和第二原料管线23与反应精馏塔连接，且在第一原料管线16和第二原料管线23上分别设置有第一泵14和第二泵21，第一原料管线16和第二原料管线23伸入到反应精馏塔的一端上均设置有分布器10。
具体的，在第一原料罐1的顶部设有烯烃类管线12和催化剂管线11，分别用于向第一原料罐输入烯烃类和催化剂；第一原料罐1的上还设置有搅拌器13，搅拌器13优选设置为从第一原料罐1的顶部伸入到第一原料罐1内部，用于对通入到第一原料罐1中的烯烃类和催化剂进行搅拌，以确保烯烃类和催化剂混合均匀。本实施例中，搅拌器13优选为机械式搅拌器。
在第一原料罐1的底部设置有第一原料管线16，第一原料管线16的另一端与反应精馏塔3的中部或上部连接，优选为与反应精馏塔3的中部连接。在第一原料管线16伸入到反应精馏塔3的一端上设置有分布器10，以便将第一原料罐1内的混有催化剂的烯烃类更佳均匀、分散的喷入到反应精馏塔3内。在第一原料管线上设置有第一泵14和第一流量计15，其中：第一泵14用于将第一原料罐1中的烯烃类和催化剂的混合物输送至反应精馏塔3内，第一流量计15用于检测和控制输送至反应精馏塔3内的混有催化剂的烯烃类的输入量。本实施例中，第一流量计15优选为质量流量计。
在第一原料罐1的顶部设置有氮气管线7、压力表9以及放空管线8。其中：氮气管线7用于向第一原料罐1内通入氮气，以便对第一原料罐1以及第一原料管线16进行氮气吹扫；压力表9用检测第一原料罐1内的压力；放空管线8用于在氮气吹扫时排出第一原料罐1内的空气，以避免空气中的氧气对硅烷偶联剂生产过程产生不良影响。进一步的，放空管线8还能与压力表9进行联动，当压力表9检测到的压力值过大时，放空管线8开启，以释放第一原料罐1内压力，确保生产过程的安全性。
具体的，在第二原料罐2的底部设置有第二原料管线23，第二原料管线23的另一端与反应精馏塔3的中部或上部连接，优选为与反应精馏塔3的中部连接。在第二原料管线123伸入到反应精馏塔3的一端上设置有分布器10，以便将第二原料罐2内的含氢硅烷更佳均匀、分散的喷入到反应精馏塔3内，并与从第一原料罐1通入到反应精馏塔3中的混有催化剂的烯烃类充分接触、混合均匀。在第二原料管线23上设置有第二泵21和第二流量计22，其中：第二泵21用于将第二原料罐2中的含氢硅烷输送至反应精馏塔3内，第二流量计22用于检测和控制输送至反应精馏塔3内的含氢硅烷的输入量。本实施例中，第二流量计21优选为质量流量计。
在第二原料罐2的顶部设置有氮气管线7、压力表9以及放空管线8。其中：氮气管线7用于向第二原料罐2内通入氮气，以便对第二原料罐2以及第二原料管线23进行氮气吹扫；压力表9用检测第二原料罐2内的压力；放空管线8用于在氮气吹扫时排出第二原料罐2内的空气，以避免空气中的氧气对硅烷偶联剂生产过程产生不良影响。进一步的，放空管线8还能与压力表9进行联动，当压力表9检测到的压力值过大时，放空管线8开启，以释放第二原料罐2内压力，确保生产过程的安全性。
进一步的，本实施例中的连续化生产硅烷偶联剂的装置，还包括：
循环回流机构，包括循环泵5和循环管线52，其循环泵进口与反应精馏塔3的塔釜的底部连接，其出口与反应精馏塔3的塔顶连接，用于将塔釜内的物料输送至塔顶，以实现回流循环。
具体的，在反应精馏塔3的底部(即塔釜的底部)设置有出口，该出口与循环泵5的入口连接，循环泵5的出口与循环管线52的一端连接，循环管线52的另一端与反应精馏塔3的顶部连接，循环泵5用于将塔釜内的物料通过循环管线52输送至反应精馏塔3的塔顶，以进行全回流或部分回流。在循环管线52上设置第三流量计51，第三流量计51用于检测塔釜内的物料中用于回流的物料的输入量。循环泵5的出口还与产物储罐6通过产物管线54连接，且产物管线54上设置有第四流量计53，第四流量计53用于检测产物的输出量。
本实施例中，通过根据第三流量计51、第四流量计53的检测结果，可以调节和控制用于循环的塔釜物料的量与采出产物的量的比例，即调节回流比，以获得高纯度的硅烷偶联剂。本实施例中，第三流量计51、第四流量计53优选为质量流量计。
进一步的，本实施例中的连续化生产硅烷偶联剂的装置，还包括加热器件，加热器件包括第一加热器4和第二加热器33，其中：第一加热器4设置于反应精馏塔的中部，用于对反应精馏塔的中部的反应物料加热；第二加热器33设置于反应精馏塔的塔釜上，用于对反应精馏塔的塔釜内的物料加热。
具体的，第一加热器4设置于反应精馏塔3的中部或上部，优选为中部。第一加热器4优选为市售的具有可设定温度、并维持该设定温度的功能(即恒温功能)的微波加热器，具体型号不作进一步限定。在微波加热器上可以设置所需的反应温度，用于从反应精馏塔3的中部对反应精馏塔3进行加热，以将反应精馏塔3的中部的反应物料加热到所需的反应温度，并通过调节微波加热器自身的工作功率，以维持该反应温度不变，实现对反应温度的精准控制，以减少副产物产生率。
本实施例中，微波加热器的频率优选为915MHZ，这种频率的微波的穿透力更强，可以使反应精馏塔3中部的物料的受热更均匀，使反应更充分。微波加热器上设置的反应温度优选为50-65℃，也就是说反应精馏塔内的物料的反应温度优选为50-65℃。
进一步的，在反应精馏塔3的中部还可以设置有第一测温仪31，用于实时监测、显示反应精馏塔3的中部的物料的温度情况。
具体的，第二加热器33设置于反应精馏塔3的塔釜上，更准确的说，是设置于反应精馏塔3的塔釜的外壁上。第二加热器33优选为市售的具有可设定温度、并维持该设定温度的功能(即恒温功能)的导热油加热器，具体的型号不作进一步限定。在导热油加热器上可以设置所需的精馏分离过程的温度，用于对反应精馏塔3的塔釜进行加热，以控制反应精馏塔3的塔釜的温度，使塔釜的温度维持在设定的所需精馏温度范围内，以提高精馏分离的效果，提高产物收率和纯度。
本实施例中，导热油加热器上设置的精馏温度优选为70-85℃，也就是说精馏分离过程的温度优选为70-85℃。
进一步的，在反应精馏塔3的塔釜上还可以设置有第二测温仪32，用于实时监测、显示反应精馏塔3的塔釜的物料的温度情况。
进一步的，反应精馏塔3还包括微波抑制器和液位计35。
具体的，微波抑制器设置于反应精馏塔3上靠近塔釜的位置，用于防止微波加热器产生的微波对塔釜进行加热使塔釜的温度难以控制，造成能耗损失，还能减少或避免产生其他副产物。本实施例中的微波抑制器优选为具有超强的吸波性能的材料，如铁氧体、石墨等，即在反应精馏塔3上靠近塔釜的位置安装铁氧体或石墨材料。液位计35设置于反应精馏塔3的塔釜位置，用于检测塔釜内的液位信息，以便控制进料和采出产物。
本实施例中的连续化生产硅烷偶联剂的装置，生产硅烷偶联剂的工艺过程，详述如下：
(1)通过氮气管线7输入氮气，对反应精馏塔3等所有设备进行吹扫，将设备内的氧气从放空管线8排出，直至氧气含量<1000ppm；
(2)通过烯烃类管线12向第一原料罐1输入烯烃类、通过催化剂管线11向第一原料罐1输入催化剂，并启动搅拌器13，使烯烃类和催化剂混合均匀；同时，将含氢硅烷输入到第二原料罐2；
(3)在将原料通入到反应精馏塔3的同时，启动微波加热器，将反应精馏塔3加热至50-65℃，并同时启动第一泵14和第二泵21，分别将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷输送至反应精馏塔3，并通过分布器10喷射到反应精馏塔内，使混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷混合均匀，进行充分接触，并发生反应；
(4)在启动微波加热器的同时，启动导热油加热器，将塔釜加热至70-85℃，在反应初期(即微波加热0-60min)进行全回流，即将塔釜的物料通过循环泵输送至塔顶，继续进行反应；
(5)待反应精馏塔3内的物料系统稳定后，通过调整回流比，使塔釜的物料一部分进行回流，一部分作为产物采出，并通过循环泵5输送至产物储罐6中备用，实现连续化生产。
本实施例公开的连续化生产硅烷偶联剂的装置，结构简单，操作方便，可以实现硅烷偶联剂连续化生产，提高了生产效率和避免了间歇式生产时批次间存在质量差异的问题，且装置运行过程中，反应温度和精馏温度都采用单回路自动控制，减少了人工操作，且对温度的控制更精确，可以减少副产物产生率，提高产物产率(经检测可以达到90-95％)和纯度(经检测可以达到99.5％-99.5％)。
实施例4
本实施例公开一种使用实施例3中的装置进行连续化生产硅烷偶联剂的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：预处理阶段
先将催化剂和烯烃类混合均匀，再将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔3内，使氢硅烷和混有催化剂的烯烃类混合均匀。
S101，对设备进行吹扫，以去除氧气；
具体的，向本实施例中的连续化生产硅烷偶联剂的方法所采用的所有设备中通入氮气，以对所有设备(包括：第一原料罐1、第二原料罐2、产物储罐6、反应精馏塔3，以及其连接管线)进行吹扫，排出这些设备内的氧气，直至氧气含量<1000ppm。
S102,准备原料；
向第一原料罐内通入适量的烯烃类和适量的催化剂，并进行搅拌，使烯烃类和催化剂混合均匀；向第二原料罐通入适量的含氢硅烷；
其中，含氢硅烷采用三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种，本实施例中优选为二氯二氢硅；烯烃类采用氯乙烯、氯丙烯中的一种，本实施例优选为氯丙烯；含氢硅烷和烯烃类的摩尔比为1:1.2～1.5，本实例优选为1:1.5，即二氯二氢硅与氯丙烯的摩尔比为1:1.5；催化剂采用氯铂酸及其络合物中的一种，催化剂的用量为原料总量的
本实施例催化剂优选为氯铂酸络合物，氯铂酸络合物的用量为二氯二氢硅和氯丙烯的用量总和的6×10-2％wt。
具体的，按摩尔比为1:1.5分别向第二原料罐通入二氯二氢硅、向第一原料罐内通入氯丙烯烃类，并按二氯二氢硅和氯丙烯的用量总和的6×10-2％wt向第一原料罐通入氯铂酸络合物作为催化剂，并进行搅拌，使氯丙烯烃类和氯铂酸络合物催化剂混合均匀。
S103,进料；
将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔内，使氢硅烷、催化剂、烯烃类混合均匀。
其中，混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔3内的位置为反应精馏塔3的中部或顶部，本实施例优选为反应精馏塔3的中部。
具体的，将第一原料罐中的混有氯铂酸络合物催化剂的氯丙烯通过第一原料管线16输送至反应精馏塔3的中部。同时，将第二原料罐中的二氯二氢硅通过第二原料管线23输送至反应精馏塔3的中部，并通过第一原料管线16的末端和第二原料管线23的末端上分别设置的分布器10，两分布器10相对布置，使混有氯铂酸络合物催化剂的氯丙烯和二氯二氢硅能够相对地向对方均匀地喷射到反应精馏塔3内，以便混有氯铂酸络合物催化剂的氯丙烯和二氯二氢硅能够混合均匀，进行充分接触。
步骤S2：反应及精馏分离阶段
将反应精馏塔内3的混合物加热到反应温度，使含氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，并在反应后的产物进入塔釜的过程中进行精馏分离，使原料在反应精馏塔3中一边反应一边精馏分离出产物，在塔釜输出产物，以实现硅烷偶联剂的连续化生产。
本实施例中的加热方式优选采用微波加热，反应温度为50-65℃，本实施例例优选为65℃。
S201,加热、反应；
将反应精馏塔内的混合物加热到反应温度，使含氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，产生硅烷偶联剂。
具体的，启动第一加热器4(本实施例中，优选为微波加热器)，将微波加热器产生的微波从反应精馏塔3的中部或上部馈入，优选为中部，利用馈入到反应精馏塔3内的微波对已通入到反应精馏塔3内的混合物加热，将反应精馏塔3内的混合物加热到为65℃，并维持该反应温度，使二氯二氢硅和混有氯铂酸络合物催化剂的氯丙烯进行反应，生产硅烷偶联剂。
S202,精馏分离。
在反应后的产物进入塔釜的过程中进行精馏分离，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，在塔釜输出产物，以实现硅烷偶联剂的连续化生产。
具体的，在三氯氢硅和氯丙烯在氯铂酸的催化作用下进行反应生产硅烷偶联剂的同时，启动第二加热器33(本实施例中，优选为导热油加热器)对反应精馏塔3的塔釜进行加热，使反应精馏塔3的塔釜内的混合物(包括三氯氢硅、氯丙烯、硅烷偶联剂、Si-O-Si等)，由于沸点各不相同，其中的轻组分(即低沸物，如：三氯氢硅、氯丙烯等)气化上升，往塔顶聚集，其中的重组分(即高沸物，如：硅烷偶联剂、Si-O-Si等)冷凝下降，向塔釜汇集，使沸点高硅烷偶联剂逐渐分离，并在塔釜汇集，将塔釜内的输出到产物储罐3，即可不断获得硅烷偶联剂产品。在轻组分上升、重组分下降的过程中，未反应完的原料之间充分接触并继续反应生成硅烷偶联剂，使反应精馏塔3的混合物在进入塔釜的过程中，经过精馏过程后，逐渐全部转化为硅烷偶联剂，从而提高硅烷偶联剂的产量和纯度，实现连续化生产。
本实施中，考虑到在反应初期，大部分的物料还没有充分被反应完，反应产生的硅烷偶联剂较少，产物收率低、纯度低。因此，在反应初期将反应精馏塔3的塔釜的物料输送至反应精馏塔3的塔顶，进行回流，以提高产量。
进一步的，本实施例中连续化生产硅烷偶联剂的方法，还包括，
步骤3：回流循环
将反应精馏塔3的塔釜内的物料输送至塔顶，进行回流循环，回流循环比由大逐步减小，直至反应精馏塔内的物料系统平衡稳定输出(物料系统稳定的条件即塔釜输出的物料中的硅烷偶联剂的纯度达到采出要求，本实施例中指硅烷偶联剂的纯度达到99.5％)，从而实现稳定的连续化生产。
S301,全回流；
在反应初期，将反应精馏塔3的塔釜内的物料全部输送至反应精馏塔3的塔顶，进行全回流。
其中，反应初期指刚开始进行微波加热时，优选为微波加热时间为0-60min，本实施例优选为微波加热60min之前。
具体的，在微波加热的前60min之内，利用循环泵将反应精馏塔3的塔釜内的物料经循环管线全部输送至反应精馏塔3的塔顶，使其中未反应的物料之间再次进行充分接触和换热，并继续发生反应生成硅烷偶联剂，如此不断循环，使反应更完全。
本实施例中，在反应前期(即微波加热0-60min内)的进行全回流，可以使反应精馏塔3内的物料充分进行反应，使反应精馏塔3内的物料系统快速达到稳定(物料系统稳定的条件即塔釜输出的物料中的硅烷偶联剂的纯度达到采出要求，本实施例中指硅烷偶联剂的纯度达到99.5％)，缩短非生产时长，提高生产效率。
S202，部分回流，分离产物；
待反应精馏塔3物料系统稳定后，输出产物，并调节回流比(本实施例中，回流比指塔釜输出的物料中，回流到塔顶部分的物料L与作为输出产品的物料D的重量比值，即R＝L/D)，使一部分塔釜物料继续回流，另一部分塔釜物料作为产物从反应精馏塔3的底部不断采出，并输出至产物储罐6，实现连续化生产，得到高纯度的硅烷偶联剂。
其中，稳定输出产物时反应精馏塔塔3釜内的物料回流比为1.2～1.5，本实施例优选为1.2。
具体的，待反应精馏塔3内的塔釜中的物料中的硅烷偶联剂的纯度达到99.5％时，将回流比调整为1.2，使一部分塔釜物料继续回流至塔顶，另一部分塔釜物料作为产物从反应精馏塔3的底部不断采出，并输出至产物储罐6，实现连续化生产，得到高纯度的硅烷偶联剂。
经过检测，硅烷偶联剂产品的产率为90％以上，纯度为99.5％以上。
本实施例公开的连续化生产硅烷偶联剂的方法，将微波和反应精馏相结合，通过微波辐射加热，可以加快反应速率，从而大大缩短反应周期；通过反应精馏塔，在反应的同时进行精馏分离，实现连续化生产，提高了产物收率和纯度，并在精馏过程充分利用反应热，节约了能耗。
可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种连续化生产硅烷偶联剂的方法，包括
取含氢硅烷和烯烃类为原料，
加入催化剂，
将原料输入到反应精馏塔，
在加热条件下，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，实现对硅烷偶联剂的连续化生产。
2.根据权利要求1所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，具体包括以下步骤：
S1预处理：先将催化剂和烯烃类混合均匀，再将混有催化剂的烯烃类和含氢硅烷通入到反应精馏塔内，使氢硅烷和混有催化剂的烯烃类混合均匀；
S2反应及精馏分离：将反应精馏塔内的混合物加热到反应温度，使含氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，并在反应后的产物进入塔釜的过程中进行精馏分离，使原料在反应精馏塔中一边反应一边精馏分离出产物，在塔釜输出产物，实现硅烷偶联剂的连续化生产。
3.根据权利要求2所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，其特征在于，还包括步骤S3：
S3回流循环：将反应精馏塔的塔釜内的物料输送至塔顶，进行回流循环，回流比由大逐步减小，直至反应精馏塔内的物料系统平衡稳定输出，从而实现稳定的连续化生产。
4.根据权利要求2所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，其特征在于，步骤S2中对反应精馏塔内的混合物进行加热的方式为微波加热。
5.根据权利要求2所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，其特征在于，步骤S2中反应精馏塔内的混合物的反应温度为50-65℃。
6.根据权利要求3所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，其特征在于，步骤S3中在稳定输出产物时反应精馏塔塔釜内的物料回流比为：1.2～1.5。
7.根据权利要求1所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，其特征在于，
所述含氢硅烷为三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种；
所述烯烃类为氯乙烯、氯丙烯中的一种；
所述催化剂为氯铂酸及其络合物中的一种。
8.根据权利要求1所述的连续化生产硅烷偶联剂的方法，其特征在于，
所述含氢硅烷和所述烯烃类的摩尔比为1:1.2～1.5；
所述催化剂的用量为原料总量的
9.一种连续化生产硅烷偶联剂的装置，其特征在于，包括：
第一原料罐(1)，设置有烯烃类管线(12)和催化剂管线(11)，用于混合催化剂和烯烃类原料；
第二原料罐(2)，用于放置含氢硅烷；
反应精馏塔(3)，与所述第一原料罐和所述第二原料罐连接，用于氢硅烷和烯烃类在催化剂作用下进行反应，并精馏分离；
产物储罐(6)，与所述反应精馏塔的塔釜连接，用于储存目标产物。
10.根据权利要求9所述的连续化生产硅烷偶联剂的装置，其特征在于，还包括加热器件，所述加热器件包括第一加热器(4)和第二加热器(33)，
所述第一加热器，设置于所述反应精馏塔的中部，用于对反应精馏塔的中部的物料加热；
所述第二加热器，设置于所述反应精馏塔的塔釜上，用于对反应精馏塔的塔釜内的物料加热。
11.根据权利要求10所述的连续化生产硅烷偶联剂的装置，其特征在于，
所述第一加热器为微波加热器，所述第二加热器为导热油加热器。
12.根据权利要求9所述的连续化生产硅烷偶联剂的装置，其特征在于，还包括循环回流机构，包括循环泵和循环管线，所述循环泵的进口与所述反应精馏塔的塔釜的底部连接，其出口与所述反应精馏塔的塔顶连接，用于将塔釜内的物料输送至塔顶，以实现回流循环。
13.根据权利要求9所述的连续化生产硅烷偶联剂的装置，其特征在于，所述第一原料罐、所述第二原料罐分别连接有第一原料管线(16)和第二原料管线(23)，并通过所述第一原料管线和所述第二原料管线与所述反应精馏塔连接，且在所述第一原料管线和第二原料管线上分别设置有第一泵(14)和第二泵(21)，所述第一原料管线和所述第二原料管线伸入到所述反应精馏塔的一端上均设置有分布器(10)。
14.根据权利要求11所述的连续化生产硅烷偶联剂的装置，其特征在于，所述反应精馏塔还包括微波抑制器和液位计(35)，
所述微波抑制器，设置于所述反应精馏塔上靠近塔釜的位置，以防止微波加热器对塔釜加热；
所述液位计，设置于所述反应精馏塔的塔釜位置，用于检测塔釜内的液位信息。
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