CN113786640A - 一种环状交酯生产装置及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环状交酯生产装置，其包括裂解反应器，其还包括冷凝器、气固分离器和真空泵。环状交酯生产方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)裂解；(2)冷凝；(3)分离。优点：裂解反应器产出的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝后的液体收集到收集器中，未冷凝的环状交酯蒸汽可在气固分离器中进一步分离，并在冷却夹层内冷却液的作用下迅速形成固体颗粒，最终落入到粉末储罐中进行收集，从而防止环状交酯进入后续管线及设备而堵塞管道或真空泵，进而保证真空泵机组的正常运行，实现环状交酯的连续化生产，达到裂解装置高效、连续运行的目的。

Description

一种环状交酯生产装置及生产方法

技术领域：

本发明涉及环状交酯生产技术领域，具体地说涉及一种环状交酯生产装置及生产方法。

背景技术：

环状交酯，如乙交酯、丙交酯，是制备可降解聚合物，如聚乳酸，聚乙醇酸等的关键单体，它是由对应的醇酸单体低聚物在裂解反应器内高温、高真空下裂解制得。如专利CN105622567描述了一种乙交酯的生产方法。在解聚催化剂存在的条件下，将聚乙醇酸低聚物在240-290℃，0.01-10kPa的条件下裂解制得粗乙交酯，进一步通过重结晶等方式将粗乙交酯精制。专利CN110156745描述了一种丙交酯的制备方法。在复合裂解催化剂存在的条件下，将聚乳酸低聚物在150～200℃，2-10tor的条件下裂解制得粗丙交酯。

由于裂解反应器真空度高，环状交酯的熔点与沸点比较接近，液相区间操作窗口窄，一部分环状交酯蒸汽在冷凝器中无法充分冷凝，会被抽入真空机组当中。同时由于环状交酯的凝固点较高，容易自聚，在被抽入真空机组中后容易发生凝固、水解酸化，自聚等现象，生成腐蚀性强的酸以及粘稠的低聚物，导致真空机组的破坏，故障率高。同时，环状交酯蒸汽也容易堵塞真空管线，导致裂解反应体系的真空度无法维持，降低甚至停止裂解反应速率，导致产率降低。

发明内容：

本发明的一个目的在于提供一种可降低真空机组故障率，并连续运行的环状交酯生产装置。

本发明的另一个目的在于提供一种可降低真空机组故障率，并连续运行的环状交酯生产方法。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种环状交酯生产装置，其包括裂解反应器、冷凝器和真空泵，其还包括气固分离器，所述裂解反应器的蒸汽出口与所述冷凝器的进料口管路连通，所述冷凝器的冷凝液出口与收集器的进口管路连通；所述冷凝器的出气口与所述气固分离器的分离进气口管路连通，气固分离器所述气固分离器的底部出口与粉末储罐的进口管路连通，所述气固分离器的分离出气口与所述真空泵的进口管路连通。

进一步的，所述气固分离器包括壳体，在所述壳体的外壁固套有冷却夹层，在所述冷却夹层的侧部固定有分离进气口，在所述分离进气口内部固定有出口与所述壳体的内部切向连通的进气管；在所述壳体的顶部固定有所述分离出气口，在所述分离出气口内部设有导流管，所述导流管的底端延伸至所述分离进气口下方的所述壳体的内部，在所述壳体的底部连通有所述底部出口。

进一步的，在所述壳体的内壁上设置有耐磨防粘层。

进一步的，所述耐磨防粘层为聚四氟乙烯防粘层。

进一步的，所述耐磨防粘层的厚度为1-100um。

进一步的，所述冷凝器为管壳式换热器或板式换热器。

本发明的另一个目的由如下技术方案实施：环状交酯生产方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)裂解

将醇酸单体低聚物加入到裂解反应器中裂解产生环状交酯蒸汽；

(2)冷凝

在真空泵的抽吸作用下，将步骤(1)产生的环状交酯蒸汽送入冷凝器中，冷凝器的冷却温度为环状交酯熔点以上10-30℃；

环状交酯蒸汽在冷凝器中发生气液分离，分离出环状交酯液体和含有少量环状交酯的不凝气，环状交酯液体经冷凝液出口送入到收集器内部后冷却成固体；

(3)分离

将步骤(2)中，冷凝器排出的不凝气送入气固分离器中，并设置气固分离器外部的冷却夹层内冷却液的温度为环状交酯熔点以下60-100℃；不凝气在气固分离器中进一步冷却，分离出环状交酯固体颗粒和气体，环状交酯冷凝固体颗粒经底部出口排入到粉末储罐中，气体则经真空泵抽出。

本发明的优点：裂解反应器产出的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝后的液体收集到收集器中，未冷凝的环状交酯蒸汽可在气固分离器中进一步分离，并在冷却夹层内冷却液的作用下形成固体颗粒，最终落入到粉末储罐中进行收集，从而防止环状交酯进入后续管线及设备而堵塞管道或真空泵，进而保证真空泵机组的正常运行，实现环状交酯的连续化生产，达到裂解装置高效、连续运行的目的。

附图说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为气固分离器的结构示意图。

裂解反应器1、冷凝器2、气固分离器3、壳体31、冷却夹层32、分离进气口33、进气管34、分离出气口35、导流管36、底部出口37、耐磨防粘层38、真空泵4、收集器5、粉末储罐7。

具体实施方式：

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其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的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：如图1和图2所示，一种环状交酯生产装置，其包括裂解反应器1、冷凝器2、气固分离器3和真空泵4，

裂解反应器1的蒸汽出口与冷凝器2的进料口管路连通，冷凝器2的冷凝液出口与收集器5的进口管路连通；冷凝器2的出气口与气固分离器3的进气口管路连通，在气固分离器3的壳体的内壁上设置有耐磨防粘层38，一方面可防止环状交酯固体颗粒黏附在气固分离器3的内壁上，另一方面可以增强气固分离器3的耐磨性。具体的，耐磨防粘层38为聚四氟乙烯防粘层，在耐磨防粘层38的厚度为1-100um。气固分离器3包括壳体31，在壳体31的外壁固套有冷却夹层32，冷却夹层32是夹套或盘管，在冷却夹层32的侧部固定有分离进气口33，在分离进气口33内部固定有出口与壳体31的内部切向连通的进气管34；在壳体31的顶部固定有分离出气口35，在分离出气口35内部设有导流管36，导流管36的底端延伸至分离进气口33下方的壳体31的内部，在壳体31的底部连通有底部出口37。裂解反应器1排出的环状交酯蒸汽进入冷凝器2冷凝后，不凝气经进进气管34切向进入壳体31中，在重力和离心力的作用下不凝气中的环状交酯被分离中，并且冷却夹层32内通入冷却液，可使壳体31内成为低温环境，不凝气中的环状交酯在低温下可冷却成为固体颗粒，气固分离器3的底部出口与粉末储罐7的进口管路连通，气固分离器3的出气口与真空泵4的进口管路连通。

工艺过程：首先，将醇酸单体低聚物加入到裂解反应器1中裂解产生环状交酯蒸汽；接着，在真空泵4的抽吸作用下，将裂解反应器1排出的环状交酯蒸汽送入冷凝器2中，冷凝器2的冷却温度为环状交酯熔点以上10-30℃；环状交酯蒸汽在冷凝器2中发生气液分离，分离出环状交酯液体和含有少量环状交酯的不凝气，环状交酯液体经冷凝液出口送入到收集器5内部后冷却成固体；最后，冷凝器2排出的不凝气送入气固分离器3中，不凝气在气固分离器3中进一步分离，分离出环状交酯固体颗粒和气体，环状交酯冷凝固体颗粒经底部出口排入到粉末储罐7中，气体则经真空泵4抽出。

实施例2：环状交酯生产方法，其包括以下步骤：

(1)裂解

将醇酸单体低聚物加入到裂解反应器中裂解产生环状交酯蒸汽；

(2)冷凝

在真空泵的抽吸作用下，将步骤(1)产生的环状交酯蒸汽送入冷凝器中，冷凝器的冷却温度为环状交酯熔点以上10-30℃；

环状交酯蒸汽在冷凝器中发生气液分离，分离出环状交酯液体和含有少量环状交酯的不凝气，环状交酯液体经冷凝液出口送入到收集器内部后冷却成固体；冷却器的冷却温度过高则环状交酯液体冷却分离效率低，若冷却温度过低则容易导致冷凝器堵塞；

(3)分离

将步骤(2)中，冷凝器排出的不凝气送入气固分离器中，并设置气固分离器外部的冷却夹层内冷却液的温度为环状交酯熔点以下60-100℃；不凝气在气固分离器中进一步分离，分离出环状交酯固体颗粒和气体，环状交酯冷凝固体颗粒经底部出口排入到粉末储罐中，气体则经真空泵抽出；冷却液的冷却温度过高则环状交酯固体颗粒冷却分离效率低，若冷却液的温度过低则会造成热量浪费。

下面以聚乙醇酸(乙交酯熔点83℃)为例，按照上述方法对聚乙醇酸进行纯化的3个实验组的具体方法过程如下：

实验组1：

环状交酯生产方法，其包括以下步骤：

(1)裂解

向一50L不锈钢裂解反应器中投入100g裂解催化剂辛酸亚锡，20.0kg低分子量聚乙醇酸(分子量3000)与10.0kg裂解溶剂聚乙二醇，开启真空泵将反应体系真空度抽至1kPa后，将裂解反应釜温度升至255℃，开始进行聚乙醇酸的裂解反应，最终得到粗乙交酯蒸汽。

(2)冷凝

步骤(1)产生的粗乙交酯蒸汽经列管式冷凝器冷凝，冷凝温度设置为95℃，冷凝后的粗乙交酯进入收集器后自然冷却成黄色固体。未冷凝的乙交酯蒸汽进入气固分离器进行进一步的冷却。

(3)分离

将步骤(2)中，冷凝器排出的不凝气送入气固分离器中，气固分离器体积20L，内部镀有一30um的聚四氟乙烯薄膜，气固分离器冷却温度设置为10℃。

从气固分离器分离得到的粗乙交酯颗粒进入粉末储罐中进行存储。

上述实验配置下，可连续进行裂解反应21小时，最终从收集器中得到粗乙交酯17.8kg，粉末储罐中得到粗乙交酯粉末0.9kg，总收率93.5％。上述21小时裂解反应过程中未发生真空度上升或真空泵故障现象，反应连续平稳进行。

实验组2：

环状交酯生产方法，其包括以下步骤：

(1)裂解

向一50L不锈钢裂解反应器中投入100g裂解催化剂辛酸亚锡，20.0kg低分子量聚乙醇酸(分子量5000)与10.0kg裂解溶剂聚乙二醇，开启真空泵将反应体系真空度抽至0.5kPa后，将裂解反应釜温度升至260℃，开始进行聚乙醇酸的裂解反应，最终得到粗乙交酯蒸汽。

(2)冷凝

步骤(1)产生的粗乙交酯蒸汽经列管式冷凝器冷凝，冷凝温度设置为100℃，冷凝后的粗乙交酯进入收集器后自然冷却成黄色固体。

(3)分离

未冷凝的乙交酯蒸汽进入气固分离器进行进一步的冷却。分离器体积20L，内部镀有一30um的聚四氟乙烯薄膜，气固分离器冷却温度设置为4℃。从气固分离器分离得到的粗乙交酯颗粒进入粉末储罐中进行存储。

上述实验配置下，可连续进行裂解反应19小时，最终从收集器中得到粗乙交酯17.1kg，粉末储罐7中得到粗乙交酯粉末0.7kg，总收率89.0％。上述19小时裂解反应过程中未发生真空度上升或真空泵故障现象，反应连续平稳进行。

实验组3：

环状交酯生产方法，其包括以下步骤：

(1)裂解

向一50L不锈钢裂解反应器中投入150g裂解催化剂辛酸亚锡，20.0kg低分子量聚乙醇酸(分子量5000)与10.0kg裂解溶剂聚乙二醇，开启真空泵将反应体系真空度抽至0.5kPa后，将裂解反应釜温度升至260℃，开始进行PGA的裂解反应，产生粗乙交酯蒸汽。

(2)冷凝

步骤(1)产生的粗乙交酯蒸汽经列管式冷凝器冷凝，冷凝温度设置为105℃，冷凝后的粗乙交酯进入收集器后自然冷却成黄色固体。

(3)分离

未冷凝的乙交酯蒸汽进入气固分离器进行进一步的冷却。分离器体积20L，内部镀有一30um的聚四氟乙烯薄膜，气固分离器冷却温度设置为4℃。从气固分离器分离得到的粗乙交酯颗粒进入粉末储罐中进行存储。

上述实验配置下，可连续进行裂解反应18小时，最终从收集器中得到粗乙交酯16.9kg，粉末储罐中得到粗乙交酯粉末1.35kg，总收率91.25％。上述18小时裂解反应过程中未发生真空度上升或真空泵故障现象，反应连续平稳进行。

对比例1：

将实施例1中气固分离器拆除，冷凝器与真空泵之间直接以管道连接，管道长度不变。环状交酯生产的具体方法如下：

向一50L不锈钢裂解反应器中投入100g裂解催化剂辛酸亚锡，20.0kg低分子量聚乙醇酸(分子量5000)与10.0kg裂解溶剂聚乙二醇，开启真空泵将反应体系真空度抽至0.5kPa后，将裂解反应釜温度升至260℃，开始进行聚乙醇酸的裂解反应。产生的粗乙交酯蒸汽经列管式冷凝器冷凝，冷凝温度设置为105℃，冷凝后的粗乙交酯进入收集器得到黄色固体。未冷凝的乙交酯蒸汽直接进入真空泵排出体系。

上述实验配置下，裂解实验进行3小时后，真空泵发生故障，拆除真空泵后发现冷凝器与真空泵间管道充满粗乙交酯粉末，泵内发现淡黄色蜡状物质。收集器中得粗乙交酯2.8kg，收率14％。

对比例2：

将实施例1中气固分离器拆除，冷凝器与真空泵之间直接以管道连接，管道长度不变。环状交酯生产的具体方法如下：

向一50L不锈钢裂解反应器中投入100g裂解催化剂辛酸亚锡，20.0kg低分子量聚乙醇酸(分子量5000)与10.0kg裂解溶剂聚乙二醇，开启真空泵将反应体系真空度抽至0.5kPa后，将裂解反应釜温度升至250℃，开始进行聚乙醇酸的裂解反应。产生的粗乙交酯蒸汽经列管式冷凝器冷凝，冷凝温度设置为95℃，冷凝后的粗乙交酯进入收集器得到黄色固体。未冷凝的乙交酯蒸汽直接进入真空泵排出体系。

上述实验配置下，裂解实验进行4小时后，真空泵发生故障，拆除真空泵后发现冷凝器与真空泵间管道充满粗乙交酯粉末，泵内发现淡黄色蜡状物质。收集器中得粗乙交酯2.9kg，收率14.5％。

对比实验组1至3和对比例1至2可以看出，利用本发明的方法进行的实验组1至3，其最终得到的粗乙交酯收率在90％左右，明显高于传统的环状交酯生产方法，且连续工作时长为对比例1和2的五倍左右，生产效率也得到了显著提高。在该工艺中，裂解反应器产出的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝后的液体收集到收集器中，未冷凝的环状交酯蒸汽可在气固分离器中进一步分离，并在冷却夹层内冷却液的作用下形成固体颗粒，最终落入到粉末储罐中进行收集，从而防止环状交酯进入后续管线及设备而堵塞管道或真空泵，减少环状交酯的浪费，进而保证真空泵机组的正常运行，实现环状交酯的连续化生产，达到裂解装置高效、连续运行的目的，同时提升了产率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种环状交酯生产装置，其包括裂解反应器、冷凝器和真空泵，其特征在于，其还包括气固分离器，所述裂解反应器的蒸汽出口与所述冷凝器的进料口管路连通，所述冷凝器的冷凝液出口与收集器的进口管路连通；所述冷凝器的出气口与所述气固分离器的分离进气口管路连通，气固分离器所述气固分离器的底部出口与粉末储罐的进口管路连通，所述气固分离器的分离出气口与所述真空泵的进口管路连通。

2.根据权利要求1所述的一种环状交酯生产装置，其特征在于，所述气固分离器包括壳体，在所述壳体的外壁固套有冷却夹层，在所述冷却夹层的侧部固定有分离进气口，在所述分离进气口内部固定有出口与所述壳体的内部切向连通的进气管；在所述壳体的顶部固定有所述分离出气口，在所述分离出气口内部设有导流管，所述导流管的底端延伸至所述分离进气口下方的所述壳体的内部，在所述壳体的底部连通有所述底部出口。

3.根据权利要求2所述的一种环状交酯生产装置，其特征在于，在所述壳体的内壁上设置有耐磨防粘层。

4.根据权利要求3所述的一种环状交酯生产装置，其特征在于，所述耐磨防粘层为聚四氟乙烯防粘层。

5.根据权利要求3或4所述的一种环状交酯生产装置，其特征在于，所述耐磨防粘层的厚度为1-100um。

6.根据权利要求1至4任一所述的一种环状交酯生产装置，其特征在于，所述冷凝器为管壳式换热器或板式换热器。

7.基于权利要求1至6任一所述的一种环状交酯生产装置进行的环状交酯生产方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)裂解

将醇酸单体低聚物加入到裂解反应器中裂解产生环状交酯蒸汽；

(2)冷凝

在真空泵的抽吸作用下，将步骤(1)产生的环状交酯蒸汽送入冷凝器中，冷凝器的冷却温度为环状交酯熔点以上10-30℃；

环状交酯蒸汽在冷凝器中发生气液分离，分离出环状交酯液体和含有少量环状交酯的不凝气，环状交酯液体经冷凝液出口送入到收集器内部后冷却成固体；

(3)分离

将步骤(2)中，冷凝器排出的不凝气送入气固分离器中，并设置气固分离器外部的冷却夹层内冷却液的温度为环状交酯熔点以下60-100℃；不凝气在气固分离器中进一步冷却，分离出环状交酯固体颗粒和气体，环状交酯冷凝固体颗粒经底部出口排入到粉末储罐中，气体则经真空泵抽出。

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