CN112625008B - 一种环氧氯丙烷的制备系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环氧氯丙烷的制备系统及方法，本发明通过三级超重力反应器耦合，采用水蒸气汽提的方式将产物环氧氯丙烷与水蒸气以共沸物形式从反应体系蒸出，进一步的，采用共沸物结合多级超重力反应器，针对本发明的反应体系中的共沸物特性，大大提高了共沸物的气相传质和液相传质，进而使得反应整体转化率更高，同时基于汽提和超重力配合，使得二氯丙醇与碱液快速混合传质，将产物环氧氯丙烷以共沸物的形式从反应体系中快速蒸出(基于水蒸气的快速扩散)，使反应一直向生成环氧氯丙烷的方向进行，转化率得到显著提升，试验装置证明，本发明可使二氯丙醇转化率达到99.6％以上，产物环氧氯丙烷纯度在99％以上。
Description
技术领域
本发明涉及环氧氯丙烷的制备领域，更具体的，涉及一种环氧氯丙烷的制备系统及方法。
背景技术
环氧氯丙烷(EPCH)别名表氯醇，是重要的有机化工原料和精细化工中间品，它主要用于生产环氧树脂、硝化甘油、炸药、玻璃钢、增塑剂等多种产品，具有广阔的市场。
工业上环氧氯丙烷多采用丙烯高温氯化法、醋酸丙烯酯法、甘油法生产。几种工艺技术虽然起始原料不同，但都包含由二氯丙醇和碱液合成环氧氯丙烷的环合反应步骤。对于二氯丙醇环合反应制备环氧氯丙烷，常用的二氯丙醇为1,3-二氯丙醇，常用碱液为氢氧化钠、氢氧化钙等。考虑到最终的经济效益，工业上一般都会选择氢氧化钙作为碱液。
目前工业上氢氧化钙和二氯丙醇反应制备环氧氯丙烷的主流生产工艺是：二氯丙醇和氢氧化钙溶液在皂化塔进行反应，该工艺目前存在诸多不足，例如极易发生多个副反应，产品转化率低等问题。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个，本发明一方面提供了一种环氧氯丙烷的制备系统，包括：
第一超重力反应器，其液体入口与原料二氯丙醇和碱液的进液管路连通；
第二超重力反应器，其气体入口与水蒸气管路连通，气体出口与所述第一超重力反应器的气体进口连通；
液体循环罐，其进口与所述第一超重力反应器的液体出口连通，出口分别与所述第一超重力反应器的液体入口和第二超重力反应器的液体入口连通；
第三超重力反应器，其气体入口与所述第一超重力反应器的气体出口连通，其液体出口与所述第一超重力反应器和所述第二超重力反应器的液体入口连通，其气体出口连通至回收装置，液体入口连通至所述回收装置的液体出口；其中，
所述第二超重力反应器的液体出口与氯化盐溶液储罐入口连通。
在优选的实施例中，还包括：
第一阀门，位于所述液体循环罐的出口与所述第一超重力反应器的液体入口之间的管路上；
第二阀门，位于所述液体循环罐的出口与所述第二超重力反应器的液体入口之间的管路上。
在优选的实施例中，还包括：
阀门控制器，与所述第一阀门和/或所述第二阀门耦接，用于控制对应阀门的开合度。
在优选的实施例中，还包括：
检测器，检测原料二氯丙醇和碱液的进液管路处的流量；
处理器，根据所述流量确定所述对应阀门的开合度。
在优选的实施例中，所述回收装置包括：
串联的第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器的气体进口与所述第三超重力反应器的气体出口连通；
两相分离器，与所述第一冷凝器、第二冷凝器的液体出口连通，所述两相分离器的液体出口与所述第三超重力反应器的液体进口连通。
在优选的实施例中，所述第二超重力反应器和所述第三超重力反应器为旋转填充床，所述第一超重力反应器为定转子反应器。
在优选的实施例中，所述两相分离器包括分离腔以及设于所述分离腔内部的挡板，所述挡板将所述分离腔分割为两个相连通的子腔体，其中一个子腔体连通所述第三超重力反应器，另一个子腔体连通一储罐。
在优选的实施例中，所述挡板可移动。
在优选的实施例中，所述第二超重力反应器和所述第三超重力反应器为旋转填充床，所述旋转填充床内设有疏油填料。
本发明进一步提供一种环氧氯丙烷的制备方法，所述制备方法包括：利用如上所述的制备系统制备环氧氯丙烷。
本发明的有益效果：
本发明提供一种环氧氯丙烷的制备系统及方法，本发明通过三级超重力反应器耦合，采用水蒸气汽提的方式将产物环氧氯丙烷与水蒸气以共沸物形式从反应体系蒸出，以该方式得到的产物纯度较高，水蒸气一方面通过外部的水蒸气源补充，另一方面可以从第二超重力反应器和第三超重力反应器中再利用，形成水蒸气循环，进而可以保证水蒸气的用量，不需要大量水蒸气；进一步的，采用共沸物结合多级超重力反应器，针对本发明的反应体系中的共沸物特性，大大提高了共沸物的气相传质和液相传质效果，进而使得反应整体转化率更高，同时基于汽提和超重力配合，使得二氯丙醇与碱液快速混合传质，将产物环氧氯丙烷以共沸物的形式从反应体系中快速蒸出(基于水蒸气的快速扩散)，使反应一直向生成环氧氯丙烷的方向进行，转化率得到显著提升，试验装置证明，本发明可使二氯丙醇转化率达到99.6％以上，产物环氧氯丙烷纯度在99％以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明实施方式中一种环氧氯丙烷的制备系统结构示意图。
图1的附图标记，二氯丙醇入口(1)、碱液入口(2)、水蒸气入口(3)、一号储罐(4)、一号泵(5)、二号泵(6)、第一级超重力反应器(7)、循环缓冲釜(8)、第二级超重力反应器(9)、循环泵(10)、第三级超重力反应器(11)、第一冷凝器(12)、第二冷凝器(13)、两相分离器(14)、三号泵(15)、四号泵(16)、二号储罐(17)、真空缓冲罐(18)、真空泵(19)、环氧氯丙烷出口(20)、氯化盐溶液出口(21)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明发明人研究发现，目前工业上氢氧化钙和二氯丙醇反应制备环氧氯丙烷的主流生产工艺是：二氯丙醇和氢氧化钙溶液在皂化塔进行反应，但是目前存在诸多不足，例如产品转化率低、极易发生多个副反应等，业内仍然没有较好的解决方式，同时业内研究者不知晓导致其不足的原因所在，有关方面的研究进展一直停滞不前。
经过发明人的实验探究，导致上述不足的原因是皂化塔内部设有多块折流塔板，液体只靠重力在塔板上流动，流动性较差，导致油水两相不能充分接触，且氢氧化钙极易粘附塔板，塔内压降较大，无法及时转移产品，导致转换率低；而且在皂化塔内油水两相接触时间较长，极易发生多个副反应。
具体如下所示：
(1)副产物多，环氧氯丙烷选择性差。氢氧化钙与二氯丙醇反应生成环氧氯丙烷的反应方程式如下：
2C3H5Cl2OH+Ca(OH)2→2CH2OCHCH2Cl+CaCl2+H2O (1)
但由于在传统皂化塔内，液体只能靠重力横向流动，油水两相不能充分接触，导致局部碱浓度过高，过量的碱容易与二氯丙醇发生如下亲核取代反应生成一氯丙二醇、丙三醇：
2C3H5Cl2OH+Ca(OH)2→2CH2ClCHOHCH2OH+CaCl2 (2)
C3H5Cl2OH+Ca(OH)2→CH2OHCHOHCH2OH+CaCl2 (3)
在传统皂化塔内，生成的环氧氯丙烷不能及时脱离反应体系，容易进一步在体系中发生水解、亲核取代等反应生成一氯丙二醇、环氧丙醇：
CH2OCHCH2Cl+H2O→CH2OHCHOHCH2Cl (4)
2CH2OCHCH2Cl+Ca(OH)2→2CH2OCHCH2OH+CaCl2 (5)
以上所述副反应的综合作用导致现有工艺生产得到的环氧氯丙烷纯度低，反应副产物多。据调查，当前主流工艺得到的环氧氯丙烷产品纯度较高水平仅95％左右(质量分数)。
(2)氢氧化钙极易堵塞反应器。由于氢氧化钙微溶于水，在传统皂化塔内，液体湍流程度差，氢氧化钙极易堵塞塔板，导致塔内压降增大，蒸汽耗量大，需要经常停车酸洗，耗时较长，生产成本增加。
(3)皂化液中氯化钙浓度低。如上一条所述，由于现有工艺皂化塔塔板极易被氢氧化钙堵塞，实际生产中常采用较大流量较低浓度的氢氧化钙溶液；且由于现有工艺分离效果差，皂化塔内塔板压降高，造成蒸汽耗量大，通入系统的水蒸气最后也被冷凝进入皂化液，因而产生大量含低浓度氯化钙的皂化液，需进行母液蒸发等热回收处理，能耗和装置的占地面积明显增加。据调查，当前主流工艺采用质量分数20％的氢氧化钙作为反应的新鲜碱液，氯化钙采出浓度仅10％左右。
(4)二氯丙醇转化率低，皂化液中有机物残留量高。由于现有工艺皂化塔内混合与传质效果差，导致反应不完全，原料转化率低，且产生诸多副产物；且由于现有工艺分离效果差，部分产物环氧氯丙烷未被水蒸气带出，进入皂化液中排出，以上原因导致现有工艺皂化废液中二氯丙醇、环氧氯丙烷等有机物的含量较多，含环氧化物的废水对微生物有灭杀作用，难以用生物降解的方法进行处理，需要增加废水处理装置，投资显著增加。据调查，现有主流工艺采出的皂化液中COD值普遍在10000ppm以上。
(5)蒸汽用量大。在传统皂化塔内，水蒸气从塔底通入，一部分水蒸气用于防止氢氧化钙堵塞塔板，另一部分水蒸气用于将产物汽化蒸出，由于皂化塔内多层折流塔板的结构设计以及皂化塔内蒸汽、油相、水相和部分析出的氢氧化钙固体间传质效果差，导致皂化塔内压降大，蒸汽耗量大。据调查，现有工艺采用74％质量分数的原料二氯丙醇反应，消耗蒸汽量为640Kg/(t环氧氯丙烷)。
有鉴于此，本发明提供一种新的制备系统，如图1所示，其具体包括：
第一超重力反应器7，其液体入口与原料二氯丙醇1和碱液2的进液管路连通；
第二超重力反应器9，其气体入口与水蒸气3管路连通，气体出口与所述第一超重力反应器7的气体进口连通；
液体循环罐8，其进口与所述第一超重力反应器7的液体出口连通，出口分别与所述第一超重力反应器7的液体入口和第二超重力反应器9的液体入口连通；
第三超重力反应器11，其气体入口与所述第一超重力反应器7的气体出口连通，其液体出口与所述第一超重力反应器7和所述第二超重力反应器9的液体入口连通，其气体出口连通至回收装置，液体入口连通至所述回收装置的液体出口；其中，
所述第二超重力反应器9的液体出口与氯化盐溶液储罐入口连通。
本发明通过三级超重力反应器耦合，采用水蒸气汽提的方式将产物环氧氯丙烷与水蒸气以共沸物形式从反应体系蒸出，以该方式得到的产物纯度较高，水蒸气一方面通过外部的水蒸气源补充，另一方面可以从第二超重力反应器和第三超重力反应器中得到补充，形成水蒸气循环，进而可以保证水蒸气的用量，不需要大量水蒸气；进一步的，采用共沸物结合多级超重力反应器，针对本发明的反应体系中的共沸物特性，大大提高了共沸物的气相传质和液相传质，进而使得反应整体转化率更高，同时基于汽提和超重力配合，使得二氯丙醇与碱液快速混合传质，将产物环氧氯丙烷以共沸物的形式从反应体系中快速蒸出(基于水蒸气的快速扩散)，使反应一直向生成环氧氯丙烷的方向进行，转化率得到显著提升，试验装置证明，本发明可使二氯丙醇转化率达到99.6％以上，产物环氧氯丙烷纯度在99％以上。
可以理解，本发明创新地采用了利用气提的方式，采用系统本身需要的水蒸气复用为气提用气，从而一方面不会增大设备成本，仅需要对管路进行改造，另一方面采用气提的方式快速将产品以共沸形式排出，进而能够快速转移产品，使反应一直向生成环氧氯丙烷的方向进行，转化率得到显著提升。
在图1未示出的实施例中，本发明还包括：
第一阀门，位于所述液体循环罐的出口与所述第一超重力反应器的液体入口之间的管路上；
第二阀门，位于所述液体循环罐的出口与所述第二超重力反应器的液体入口之间的管路上。
本实施例中通过第一阀门和第二阀门的控制，可以调节两个超重力反应器中的流量，进而动态调控，并且第一阀门和第二阀门实质控制了回流到第二超重力反应器的回流量，进而控制第二超重力反应器中的反应平衡，以及提高整体的反应转化率。
进一步的，在一些实施例中，还包括：
阀门控制器，与所述第一阀门和/或所述第二阀门耦接，用于控制对应阀门的开合度。
本实施例中，可以通过阀门控制器自动控制阀门开合度，进而无需人工手动控制。
进一步的，本发明还包括：
检测器，检测原料二氯丙醇和碱液的进液管路处的流量；
处理器，根据所述流量确定所述对应阀门的开合度。
该实施例中，可以通过检测器检测原料进口的流量，进而根据该流量反馈来调节阀门开合度，即该实施例的调节基于整体流量来控制，具有针对性并且可以自动动态调节。
此外，在本发明实施例中，所述回收装置包括：
串联的第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器的气体进口与所述第三超重力反应器的气体出口连通；
两相分离器，与所述第一冷凝器、第二冷凝器的液体出口连通，所述两相分离器的液体出口与所述第三超重力反应器的液体进口连通。
本实施例中，通过第一冷凝器和第二冷凝器串联，通过两相分离器将部分残余液体泵入第三超重力反应器，进而通过循环管理回收到整个反应循环中。
在优选的实施例中，所述两相分离器包括分离腔以及设于所述分离腔内部的挡板，所述挡板将所述分离腔分割为两个相连通的子腔体，其中一个子腔体连通所述第三超重力反应器11，另一个子腔体连通一储罐17。
本实施例中，利用挡板实现两相分离，操作简单并且设备成本低。
进一步的，为了实现整个反应的动态平衡调控，所述挡板可移动。
此外，在本发明中，可以对超重力反应器进行针对性选择，所述第二超重力反应器和所述第三超重力反应器为旋转填充床，所述第一超重力反应器为定转子反应器。
该实施例中，对于水蒸气的汽提而言，其强调气相的分散混合，采用旋转填充床中的填料进行传质混合，大大加强整体分散效果和气提效果，采用定转子进行液体反应，进而增大液体的碰撞面积，提高液相反应效率。
进一步的，本发明为了使得不易发生堵塞现象，所述第二超重力反应器和所述第三超重力反应器为旋转填充床，所述旋转填充床内设有疏油填料。
可以理解，超重力技术一种典型过程强化技术，目前已经被成功应用于各种强化传质、传热和微观混合的工业过程中并取得了优异的成果，其特点是设备占地面积小，停留时间短，传质效率高，反应快速高效。
本发明将超重力技术与汽提技术结合，将之应用于环氧氯丙烷的制备工艺中，在第一超重力反应器内，碱液和原料二氯丙醇充分混合，快速反应；同时在水蒸气作用下，反应体系充分湍动，高效传质换热，产物环氧氯丙烷与水蒸气以共沸物形式从反应体系蒸出；在第二超重力反应器和第三超重力反应器内，第一反应器排出的液体和气体分别被进一步提纯，未反应的原料被循环回第一超重力反应器，高纯度的产物环氧氯丙烷和副产物氯化盐分别采出：
本发明实施例可以按照功能进行单元划分，具体而言，其包括反应单元、氯化盐提纯单元以及产物提纯单元。
(1)反应单元：将原料二氯丙醇和碱液按照一定比例连续加入第一超重力反应器内，料液被破碎为小液滴和液膜，充分混合，快速反应；同时经过第二超重力反应器的水蒸气连续通入第一超重力反应器中，使反应料液充分湍动，水蒸气与反应料液充分传质换热；第一超重力反应器内的料液中产物环氧氯丙烷与水蒸气以共沸物形式一起蒸出，随后通入第三超重力反应器中；第一超重力反应器内反应后的液体(主要是氯化盐溶液和少量未完全反应的碱液、二氯丙醇)通入循环缓冲釜中；上述从第一超重力反应器通入循环缓冲釜的液体(主要是氯化盐溶液和少量未完全反应的碱液、二氯丙醇)经循环泵从循环缓冲釜中采出后分为两股，一股作为循环液通入第一超重力反应器内继续反应，另一股通入第二超重力反应器内。
(2)氯化盐提纯单元：上述通入第二超重力反应器的液体(主要是氯化盐溶液和少量未完全反应的碱液、二氯丙醇)在第二超重力反应器内与水蒸气充分接触，快速换热和传质；液体中夹带的有机物被水蒸气气化后带入第一超重力反应器内继续反应；剩余液体为低有机物含量的氯化盐溶液，从第二超重力反应器流出后去往氯化盐储罐。
(3)产物提纯单元：上述从第一超重力反应器进入第三超重力反应器的共沸气体在第三超重力反应器内与回流的冷凝液充分接触，快速传质换热；气体中夹带的未完全反应的二氯丙醇和其他副产物被洗涤到液相中回流到第一超重力反应器内继续反应；回流冷凝液中含有的少量环氧氯丙烷被汽提到气相中，随共沸气体一起从第三超重力反应器顶部排出；上述从第三超重力反应器顶部排出的气体经过两级冷凝器后被完全冷凝为液体，少量不凝气从第二冷凝器顶部排出；第二冷凝器顶部气体出口通过真空缓冲罐连接真空泵；上述经过两级冷凝器被完全冷凝的液体通入两相分离器中，在两相分离器内油相(产物环氧氯丙烷)与水相(蒸汽冷凝水)分层；水相通回第三超重力反应器内，作为上述的回流冷凝液；油相作为产品环氧氯丙烷采出到环氧氯丙烷储罐中。
具体地，上述第一超重力反应器内的超重力场水平为50～1800g，更优选为80～1200g；上述第二超重力反应器内的超重力场水平为20～1200g，更优选为50～800g；上述第三超重力反应器内的超重力场水平为20～1200g，更优选为50～800g；上述第一超重力反应器内反应料液温度为50～90℃，更优为60～85℃；上述原料二氯丙醇质量分数为20～98％；上述的碱液包括但不限于氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水或其混合液，进料碱液相对二氯丙醇化学计量过量5～30％(折算纯物质物质的量比值)；上述通入第一超重力反应器内继续反应的循环液和另一股通入第二超重力反应器内的液体质量流量比为1～10，更优为4～8；上述通入第二超重力反应器的水蒸气用量为200～500Kg/(t环氧氯丙烷)；上述真空泵维持全系统的真空度在20～90KPa；上述从第一超重力反应器通入第二超重力反应器的水蒸气和环氧氯丙烷共沸气体的温度为60～90℃，优选为70～88℃，其中含水量约为28％；上述回流冷凝液的温度为4～13℃。
下面以图1为例，对本发明的制备系统进行详细说明。如图1所示，其具体包括：二氯丙醇入口(1)、碱液入口(2)、水蒸气入口(3)、一号储罐(4)、一号泵(5)、二号泵(6)、第一级超重力反应器(7)、循环缓冲釜(8)、第二级超重力反应器(9)、循环泵(10)、第三级超重力反应器(11)、第一冷凝器(12)、第二冷凝器(13)、两相分离器(14)、三号泵(15)、四号泵(16)、二号储罐(17)、真空缓冲罐(18)、真空泵(19)、环氧氯丙烷出口(20)、氯化盐溶液出口(21)；原料二氯丙醇入口(1)和碱液入口(2)分别通过一号泵(5)和二号泵(6)连接第一级超重力反应器(7)液体入口；第一级超重力反应器(7)液体出口连接循环缓冲釜(8)液体入口；循环缓冲釜(8)液体出口连接循环泵(10)入口；循环泵(10)出口连接第一级超重力反应器(7)液体入口；循环泵(10)出口与第一级超重力反应器(7)液体入口之间设有一条旁路，旁路为循环泵(10)出口连接第二级超重力反应器(9)液体入口；蒸汽入口(3)连接第二级超重力反应器(9)气体入口；第二级超重力反应器(9)气体出口连接第一级超重力反应器(7)气体入口；第二级超重力反应器(9)液体出口连接一号储罐(4)液体入口；一号储罐(4)液体出口连接氯化盐溶液出口(21)；第一级超重力反应器(7)气体出口连接第三级超重力反应器(11)气体入口；第三级超重力反应器(11)液体出口连接第一级超重力反应器(7)液体入口；第三级超重力反应器(11)气体出口连接第一冷凝器(12)入口；第一冷凝器(12)气体出口连接第二冷凝器(13)入口；第一冷凝器(12)液体出口与第二冷凝器(13)液体出口均连接两相分离器(14)入口；第二冷凝器(13)气体入口连接真空缓冲罐(18)入口；真空缓冲罐(18)出口连接真空泵(19)；两相分离器(14)水相出口连接三号泵(15)入口；三号泵(15)出口连接第三级超重力反应器(11)液体入口；两相分离器(14)油相出口连接四号泵(16)入口；四号泵(16)出口连接二号储罐(17)入口；二号储罐(17)出口连接环氧氯丙烷出口(20)。
可以理解，本发明由于采用了超重力设备结合水蒸气汽提的方式，具有如下详细效果：
(1)提升原料的转化率与产物的选择性，抑制副反应发生，降低副产物含量，提高产品环氧氯丙烷纯度。本发明中第一级超重力反应器可以通过破碎液滴、剪切流体、增强湍动等方式强化油相(二氯丙醇)、水相(碱液)、蒸汽、和部分析出的固体碱和盐四相之间复杂的混合、传质和换热过程，使二氯丙醇与碱液快速均匀混合，主反应速率得以加快，副反应得到抑制；同时水蒸气与反应液充分接触，快速传质换热，将产物环氧氯丙烷以共沸物的形式从反应体系中快速蒸出，使反应一直向生成环氧氯丙烷的方向进行，转化率得到显著提升。试验装置证明，本发明可使二氯丙醇转化率达到98％以上，产物环氧氯丙烷纯度在97％以上。
(2)有效解决堵塞设备问题。由于超重力反应器内强大的离心力场，液体的湍流程度较大，油水两相快速均匀混合，固体和液体充分溶解，不会出现碱和盐析出结垢堵塞设备的问题，不需要定期对设备进行停车酸洗，可连续生产，降低生产成本。
(3)氯化盐采出液中氯化盐浓度显著增大。如前所述，本发明通过三级超重力反应器耦合反应和分离过程，使反应和分离过程高效进行，蒸汽耗量大大减小，进而使蒸汽冷凝水的量也显著减少，氯化盐采出液中氯化盐的浓度明显增大，所以氯化钙采出液不需要浓缩热处理，生产效益提升。运用本发明的试验装置采用质量分数20％的氢氧化钙，氯化钙采出浓度可达33％。
(4)氯化盐采出液中有机物含量明显下降。如前所述，本发明通过三级超重力反应器耦合反应和分离过程，使反应和分离过程高效进行，二氯丙醇的转化率和环氧氯丙烷的纯度均显著提升；因此氯化盐采出液中二氯丙醇、环氧氯丙烷等有机物的含量显著下降，COD值降低至4000ppm以下，所以无需废水处理装置，环保效益提升。
(5)蒸汽用量减少。如前所述，在三级超重力反应器中，蒸汽与反应液充分逆流接触，同时油水两相被高度破碎分散，气液接触传热比表面积显著增加，气液间高效传质换热，且蒸汽串联通过三级反应器，热量被充分利用，因此单位质量产品蒸汽耗量可减少约一半。
(7)设备尺寸减小。本发明中使用的超重力反应器较传统塔式反应器或管式反应器设备相比，设备尺寸大大减小；且本发明通过高效分离采出高含盐量的氯化盐溶液，省去了氯化盐蒸发浓缩的设备和场所，进一步减少装置的占地面积，减少投资。
下面以具体场景案例对本发明进行举例。
场景案例1
运用本发明的系统及方法制备环氧氯丙烷，所用碱液为氢氧化钙溶液，其中二氯丙醇质量分数(A)为76％，氢氧化钙质量分数(B)为20％，进料碱液相对二氯丙醇化学计量过量值(C)5％，第一级超重力反应器内反应料液温度(T1)为85℃，第一级超重力反应器内的超重力场水平(G1)为300g，第二级超重力反应器内的超重力场水平(G2)为200g，第三级超重力反应器内的超重力场水平(G3)为200g，通入第一级超重力反应器内继续反应的循环液和另一股通入第二级超重力反应器内的液体质量流量比(r)为7，全系统真空度(P)为60KPa，水蒸汽用量(Q)为300Kg/(t环氧氯丙烷)，回流冷凝液温度(T2)为8℃，反应时间(t)为30min。得到二氯丙醇转化率(α)为98.7％，环氧氯丙烷纯度(β)为98.0％，氯化钙采出液中氯化钙浓度(γ)为32％，皂化液中COD值为4000ppm。
实施例2～17:工艺流程及步骤同实施例1，各实施例的工艺条件和操作条件以及相应的实验结果详见表1，表头所列字母含义及单位与实施例1中相同，囿于篇幅，Q的单位Kg/(t环氧氯丙烷)未在表中列出，所有实施例中提到的百分数均为质量百分数。
表1 实施例2～17工艺参数及结果
其中，实施例1～6在本发明主张的工艺参数范围内，由实施例的结果可以得出，本发明能明显提升原料的转化率及产品的纯度，解决了传统方法设备堵塞、蒸汽耗量高等问题；同时本发明能够明显提高氯化盐溶液中的盐浓度并降低其中有机物含量。
其中，实施例7～17部分工艺操作参数在本发明主张的工艺参数范围外，为对比例。由对比例可以反向证明，本方面所主张的工艺参数能够同时达到高转化率、高产品纯度、低蒸汽耗量、高浓度低有机物含量氯化盐采出等数个工艺指标，若偏离本发明主张的工艺操作参数范围，则以上数个工艺指标中的一个或多个将不能达到。
从上述技术方案的详细说明可知，本发明通过三级超重力反应器耦合，采用水蒸气汽提的方式将产物环氧氯丙烷与水蒸气以共沸物形式从反应体系蒸出，以该方式得到的产物纯度较高，水蒸气一方面通过外部的水蒸气源补充，另一方面可以从第二超重力反应器和第三超重力反应器中得到补充，形成水蒸气循环，进而可以保证水蒸气的用量，不需要大量水蒸气；进一步的，采用共沸物结合多级超重力反应器，针对本发明的反应体系中的共沸物特性，大大提高了共沸物的气相传质和液相传质，进而使得反应整体转化率更高，同时基于汽提和超重力配合，使得二氯丙醇与碱液快速混合传质，将产物环氧氯丙烷以共沸物的形式从反应体系中快速蒸出(基于水蒸气的快速扩散)，使反应一直向生成环氧氯丙烷的方向进行，转化率得到显著提升，试验装置证明，本发明可使二氯丙醇转化率达到99.6％以上，产物环氧氯丙烷纯度在99％以上。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，对于系统实施方式而言，由于其基本相似于方法实施方式，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施方式的部分说明即可。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。
此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种环氧氯丙烷的制备系统，其特征在于，包括：
第一超重力反应器，其液体入口与原料二氯丙醇和碱液的进液管路连通；
第二超重力反应器，其气体入口与水蒸气管路连通，气体出口与所述第一超重力反应器的气体进口连通；
液体循环罐，其进口与所述第一超重力反应器的液体出口连通，出口分别与所述第一超重力反应器的液体入口和第二超重力反应器的液体入口连通；
第三超重力反应器，其气体入口与所述第一超重力反应器的气体出口连通，其液体出口与所述第一超重力反应器和所述第二超重力反应器的液体入口连通，其气体出口连通至回收装置，液体入口连通至所述回收装置的液体出口；其中，
所述第二超重力反应器的液体出口与氯化盐溶液储罐入口连通。
2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，还包括：
第一阀门，位于所述液体循环罐的出口与所述第一超重力反应器的液体入口之间的管路上；
第二阀门，位于所述液体循环罐的出口与所述第二超重力反应器的液体入口之间的管路上。
3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于，还包括：
阀门控制器，与所述第一阀门和/或所述第二阀门耦接，用于控制对应阀门的开合度。
4.根据权利要求3所述的制备系统，其特征在于，还包括：
检测器，检测原料二氯丙醇和碱液的进液管路处的流量；
处理器，根据所述流量确定所述对应阀门的开合度。
5.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述回收装置包括：
串联的第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器的气体进口与所述第三超重力反应器的气体出口连通；
两相分离器，与所述第一冷凝器、第二冷凝器的液体出口连通，所述两相分离器的液体出口与所述第三超重力反应器的液体进口连通。
6.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述第二超重力反应器和所述第三超重力反应器为旋转填充床，所述第一超重力反应器为定转子反应器。
7.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述两相分离器包括分离腔以及设于所述分离腔内部的挡板，所述挡板将所述分离腔分割为两个相连通的子腔体，其中一个子腔体连通所述第三超重力反应器，另一个子腔体连通一储罐。
8.根据权利要求7所述的制备系统，其特征在于，所述挡板可移动。
9.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述第二超重力反应器和所述第三超重力反应器为旋转填充床，所述旋转填充床内设有疏油填料。
10.一种环氧氯丙烷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
利用如权利要求1-9任一项所述的制备系统制备环氧氯丙烷。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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