CN116712943A - 一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置及其应用。本发明的装置包括进料系统、微通道光引发反应器和结晶塔，反应物料经过进料系统进入微通道光引发反应器进行反应后，再进入结晶塔进行结晶得到产物。该装置可用于制备氯乙酸，原料乙酸和催化剂乙酸酐经进料系统进入，原料氯气和雾化气体空气经进料系统进入，混合液体在进料系统的雾化管出口处因混合气体所产生的负压作用以射流形式进入进料系统的雾化球，在雾化球内形成气溶胶，使反应原料充分混合，再进入微通道光引发反应器的微通道反应管中发生反应，反应产物进入结晶塔，得到一氯乙酸产品。本发明与现有的乙酸催化氯化技术相比，大大提高了生产效率，减少了设备投资成本，提高了氯乙酸的质量。

Description

一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置及其应用
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置及其应用。
背景技术
氯乙酸，ClCH2COOH，白色结晶性粉末，有α、β、γ三种存在形式，熔点分别为63℃(α型)、55～56℃(β型)、50℃(γ型)，沸点189℃，闪点71.5℃，溶于水、乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳等多种溶剂，是有机合成的重要原料和中间体，用于制备医药、农药、染料、树脂及其他有机材料等，也是重要的羧甲基化剂，用于制备羧甲基纤维素、乙二胺四乙酸等，还用作有色金属浮选剂及分析试剂等。
氯乙酸的制备方法有多种，但工业生产主要采用乙酸催化氯化法、三氯乙烯水解法和氯乙酰氯水解法，其中，乙酸催化氯化法是目前国内外生产氯乙酸最主要的方法。按照所使用的催化剂，乙酸催化氯化法又可分为硫磺催化法和乙酸酐催化法。
其中，硫磺催化法采用硫磺粉为催化剂，反应采用主副二级反应釜串联氯化，加入循环母液冷却，加入晶种进行结晶，缓慢冷却至25℃左右后经抽滤或离心分离制得氯乙酸粗品，再经重结晶后得到氯乙酸纯品。目前，国内厂家主要采用该法生产氯乙酸，均采用间歇式工艺。该法工艺简单、操作灵活，但原料消耗高，生产周期长，所得产品质量较差，污染严重，残留的硫磺粉催化剂不仅污染氯乙酸产品，也污染副产品盐酸，有时还会造成管道设备的堵塞。
乙酸酐催化法是以乙酸、液氯为原料，采用乙酸酐或硫酸为催化剂，分为间歇式和连续式两种生产工艺，比硫磺催化法更加高效、环保，目前，国外的大型氯乙酸生产厂家多采用该法生产氯乙酸。间歇式生产工艺使用独立反应釜进行氯化、结晶操作，所得产品纯度可达99％(wt％)以上，但氯化反应转化率低，一般仅有45％左右，同时，该工艺仍有大量含各种副产物的母液产生；连续式生产工艺使用贵金属催化剂将氯化液中产生的少量二氯代、三氯代产物还原为氯乙酸和乙酸，然后直接进行精馏、结晶。该工艺所得产品纯度高，无母液产生，但设备投资大，生产成本高，工艺流程长，氯化料含有大量未反应的乙酸，不利于结晶，还原过程还会产生乙醛、氯乙醛等污染物。
在乙酸催化法合成氯乙酸的过程中，不论是用硫磺还是乙酸酐作催化剂，乙酸的氯化反应都需在一个或多个反应釜中进行，将反应原料加入反应釜并在釜内停留反应较长时间，易发生深度氯化而产生二氯乙酸、三氯乙酸等副产物，不仅增加氯气消耗量而且降低产品质量。同时，设备投资大，工艺流程长，生产效率较低。许多研究者对现有工艺进行了改进，如CN 108911968A、CN 107586260A、CN 101528657A、CN 1309115A、CN 1865217A等，但仍存在相关的问题。崔咪芬等对乙酸光氯化反应制备氯乙酸的工艺进行了研究(崔咪芬，乔旭，王龙恩，黄莉，乙酸光氯化反应制备氯乙酸工艺的研究[J].化学反应工程与工艺，2002，18(1):56-60)，并公开了乙酸光氯化生产氯乙酸的方法(CN1629121A)，氯气通入鼓泡塔内，控制塔内最佳温度为100～105℃，以日光灯或蓝光灯为光源使乙酸发生氯化反应，产物中氯乙酸的质量百分含量达90～95％，但仍含5％左右的二氯乙酸。
乙酸氯化属于气-液两相反应，在反应釜中，因氯气局部过浓而引发的乙酸深度反应是生成二氯乙酸、三氯乙酸等副产物的重要原因，传统的单管通氯装置或改进的鼓泡通氯装置都不能使氯气和乙酸分子之间均匀、充分地接触。同时，乙酸催化氯化反应机理研究发现，乙酰氯是乙酸氯化的真正催化剂(P.E.Paatero,T.Salmi,The role ofacetyl chloride in the chlorination of acetic acid.J.Chem.Tech.Biotechnol.,1994,61:1-10)，乙酸酐是乙酰氯的前体，乙酸酐与反应期间产生的HCl反应生成乙酰氯，乙酰氯继而与氯气反应生成氯乙酰氯，氯乙酰氯再与乙酸反应生成氯乙酸和乙酰氯(CN108602746A，CN 108602747A)。在乙酸氯化的开始阶段，反应快速进行，生成的氯乙酰氯可以迅速转化为氯乙酸。在反应后期，因乙酸含量降低，氯乙酸含量升高，导致氯乙酰氯过剩，氯乙酰氯经烯醇化反应后继续氯化生成二氯乙酰氯，进而生成二氯乙酸。由此可见，HCl的存在有利于乙酰氯催化剂的生成，在反应期间保持乙酸含量的稳定有利于提高氯乙酸产物的纯度。
发明内容
针对现有乙酸催化氯化法生产氯乙酸工艺所存在的缺陷和不足，本发明提供一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置及利用其连续制备氯乙酸的工艺。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案来实现：
一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置，包括进料系统、微通道光引发反应器、结晶塔，反应物料经过进料系统变成气溶胶，使反应原料充分混合后进入微通道光引发反应器进行反应，再进入结晶塔进行结晶得到产物。
所述进料系统包括液体原料混合器、气体原料混合器、雾化管和雾化球；
所述雾化管由外管和位于外管轴心线上的内管构成，内管的内径为1.5～2mm，内管与外管的内径比为1/6～1/4，外管的液体进料口的口径为其内径的1/2～2/3，外管的出料口端为锥形口，锥形口的口径为内管内径的1～1.5倍，在外管管体侧壁靠近外管的液体进料口处设置有外管的气体进料口，外管的气体进料口的轴线与外管轴线的夹角为35～45°，气体进料口的口径为内管内径的3～4倍，内管的进料口端为锥度6～8°的锥形口，锥形口的开口端外壁与外管的液体进料口的内壁熔接，内管的出料口端与外管的出料口端内壁间的距离为内管内径的1～1.5倍，所述液体原料混合器的出料口与外管的液体进料口相连接，气体原料混合器的出料口与外管的气体进料口相连接；
所述雾化球为空心球体，球体直径为雾化管外管内径的4～6倍，在球体的半球侧部1/2处设置一个进料口，球体的顶端设置一个反应物气溶胶出口，球体的底端设置一个未雾化液体出口，进料口轴线所在平面通过球心并垂直于两个出口的连线，进料口与雾化管外管出料口相连接，反应物气溶胶出口与反应器的进料口相连接，未雾化液体出口通过导流管与液体原料混合器的进料口相连接，雾化球进料口的口径为雾化管内管内径的1～1.5倍，反应物气溶胶出口的口径为雾化管外管内径的1/3～1/2，未雾化液体出口的口径为雾化管内管内径的2～3倍；
所述微通道光引发反应器包括反应器本体、至少一组微通道反应管和若干个蓝光光管，反应器本体水平设置，微通道反应管设于反应器本体内，蓝光光管平行设置于微通道反应管两侧；所述微通道反应管的进料口与雾化球的反应物气溶胶出口相连接；
所述结晶塔包括结晶塔本体、结晶板、刮板、产物收集槽，结晶塔本体为立式塔体，结晶板竖向设置于结晶塔本体内，在结晶板前后两面分别设置有刮板，结晶板底部设置有结晶产物收集槽；所述结晶塔本体的侧面上部设置一个气溶胶进料口，气溶胶进料口与结晶板相对，结晶塔本体的顶端设置一个气溶胶出口，结晶塔本体的底端设置一个排放口，结晶塔本体的侧面下部设置一个产物出料口，产物收集槽与产物出料口相连接。
进一步地，所述装置还包括一个二级结晶塔和一个冷凝塔；二级结晶塔的进料口与一级结晶塔的气溶胶出口相连接，二级结晶塔的出料口与冷凝塔的进料口相连接，冷凝塔的出料口通过导流管与液体原料混合器的进料口相连接。
进一步地，所述液体原料混合器、气体原料混合器、雾化管和雾化球采用耐腐蚀材料制成，优选为透明高硼硅玻璃。
在本发明的一个实施例中，所述进料系统置于一个恒温罐内，恒温罐带有循环水夹套，由透明高硼硅玻璃或其他耐腐蚀材料制成，罐的外壁带有夹套并设置有视窗。
进一步地，所述微通道反应管为耐腐蚀、耐热透明高硼硅玻璃材质。
进一步地，所述微通道反应管的的内径等于雾化管内管的内径，管距为反应管内径的1.5～2倍，纵向管程为300～500mm，纵向管数为400～500个。
在本发明的一个实施例中，所述反应器本体带有油浴夹套并设置有视窗。
进一步地，所述蓝光光管的功率为50～100瓦特。
在本发明的一个实施例中，所述结晶板为空腔结构，采用耐腐蚀材料制成，通过循环冷却水控制结晶板的温度。
上述装置在制备氯乙酸中的应用。
进一步地，所述应用的具体过程为：
步骤1，将乙酸和乙酸酐分别导入液体原料混合器进行混合，将Cl2和空气分别导入气体原料混合器进行混合，然后将混合液和混合气体送入雾化管，调节空气的压力，使混合气体在雾化管内管的末端处产生的负压将乙酸和乙酸酐混合液高速射入雾化球，进而在雾化球内形成反应原料气溶胶，使反应原料充分混合，未形成气溶胶的原料以液体形式经雾化球的未雾化液体出口流出，通过导流管进入液体原料混合器进行循环雾化；
步骤2，雾化球产生的反应原料气溶胶进入微通道光引发反应器的微通道反应管，在光管发出的蓝光引发下进行氯化反应，通过观察微通道反应管尾部的1～2个管内黄色的深度调节空气的压力，使微通道反应管尾部管的颜色接近无色；
步骤3，微通道反应管中的反应产物在空气压力作用下进入结晶塔，在结晶板上遇冷结晶，刮板将氯乙酸结晶物刮落，经产物收集槽收集，少量液化的氯化产物和未反应的乙酸从塔底排放口排出，残余气溶胶中含有一定量的一氯乙酸、二氯乙酸及未反应的Cl2、乙酸和HCl气体，从塔顶排出后进行回收处理。
进一步地，经塔顶排出的物质经二级结晶和冷凝后回收利用。
进一步地，步骤1中，进料系统采用循环水控制温度为25～30℃。
进一步地，步骤1中，催化剂乙酸酐的用量为原料乙酸质量的5～10％，Cl2与乙酸的物质的量的比例为1：1.05～1.10，空气的压力为0.5～0.8Mpa。
进一步地，步骤2中，微通道反应管采用油浴控制温度为80～105℃，反应原料气溶胶在微通道反应管中的反应停留时间为300～480秒。
进一步地，步骤3中结晶塔内的刮板采用循环水控制温度为25～30℃。
从结晶塔收集的氯乙酸粗品可采用常规的重结晶法或其他方法进一步纯化，这些方法是本领域中所已知的，此处无需进一步说明。同时，副产物HCl的分离、纯化采用已有方法进行，尾气分别用水和浓碱液吸收后放空，这些操作也都是本领域中所已知的，此处无需进一步说明。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、设备投资省，生产成本低：
由于采用气溶胶进料技术，省去了反应原料混合搅拌装置；
由于采用具有多个纵向管程的微通道反应管进行乙酸的光引发氯化反应，减少了传统工艺中所需的反应釜设备投资。同时，从一级结晶塔所得氯乙酸粗品仅采用重结晶纯化即可得到的氯乙酸纯品，省去了精馏设备投资。
由于可以通过控制空气的压力来调节反应原料的雾化程度及在微通道反应管中停留时间，同时，通过控制反应器的温度和蓝光光管的功率来调节反应物在微通道反应管中的反应程度，与传统技术相比，可最大程度地控制多氯代副产物的生成，省去了加氢脱氯工艺所需的钯碳催化剂及相应设备的投资。
2、生产效率高、产品质量好：
由于工艺中采用气溶胶进料，反应原料传质快，接触充分，提高了反应物分子碰撞的几率，使反应速率加快。同时，进料、乙酸氯化反应及产物收集等实现了连续化作业，周期短，大大提高了生产效率。同理，由于采用气溶胶进料，原料混合充分，氯气分散均匀，不会出现因Cl2局部浓度过高而导致多氯代副产物的生成，同时，通过控制空气的压力和蓝光光管的功率分别调节反应物在微通道反应管中的停留时间和反应速率，使乙酸不易出现深度氯化的情形，从而最大程度地控制了多氯代副产物的生成，所得氯乙酸的收率大于65％，含量93.1％～97.8％，二氯乙酸含量0.65～2.55％(质量分数)。
3、绿色环保：
由于不存在加氢脱氯工艺，不存在氢气危险源，仅产生少量重组分残液，相较已有技术，工艺清洁化程度高。
附图说明
图1为本发明反应装置的示意图。
图2为本发明原料混合雾化系统的示意图，其中：1为液体原料混合器、2为气体原料混合器、3为雾化管、4为雾化球、3-1为外管、3-2为内管。
图3为本发明微通道光引发反应器的示意图，其中：5为反应器本体、6为微通道反应管、7为蓝光光管。
图4为本发明结晶塔的示意图，其中：8为结晶塔本体、9为结晶板、10为刮板、11为产物收集槽。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置及利用该装置连续制备氯乙酸的工艺，该反应装置主要包括进料系统、微通道光引发反应器、一级结晶塔；制备工艺包括反应原料混合与雾化工序、光引发反应工序和反应产物结晶分离工序。
如图2所示，所述装置中的进料系统包括液体原料混合器1、气体原料混合器2、雾化管3和雾化球4。
作为优选，雾化管3由外管3-1和位于外管轴心线上的内管3-2构成，内管的内径为1.5～2mm，内管与外管的内径比为1/6～1/4。外管的液体进料口的口径为其内径的1/2～2/3，液体进料口为乙酸和乙酸酐的进口，外管的出料口端为锥形口，锥形口的口径为内管内径的1～1.5倍；在外管管体侧壁靠近外管的液体进料口开口处开设有外管的气体进料口，外管的气体进料口与外管轴线的夹角为35～45°，气体进料口的口径为内管内径的3～4倍，用于Cl2和空气混合气体的进气口。内管的进料口端为锥度6～8°的锥形口，锥形口的开口端外壁在距离外管的液体进料口一定长度处与外管的内壁熔接，内管的出料口端与外管的出料口端内壁间的距离为内管内径的1～1.5倍。液体原料混合器的出料口与外管的液体进料口相连接，气体原料混合器的出料口与外管的气体进料口相连接。
作为优选，雾化球4为空心球体，球体直径为雾化管外管内径的4～6倍。在球体的半球侧部1/2处开设有一个进料口，球体的顶端开设有一个反应物气溶胶出口，球体的底端开设有一个未雾化液体出口。反应物气溶胶出口和未雾化液体出口的连线通过雾化球的球心，进料口轴线所在平面通过球心并垂直于两个出口的连线，进料口与雾化管外管出料口相连接，反应物气溶胶出口与反应器的进料口相连接，未雾化液体出口通过导流管与液体原料混合器的进料口相连接，采用压力自控泵控制液体的注入量。雾化球进料口的口径为雾化管内管内径的1～1.5倍，反应物气溶胶出口的口径为雾化管外管内径的1/3～1/2，未雾化液体出口的口径为雾化管内管内径的2～3倍。
作为优选，液体原料混合器1、气体原料混合器2、雾化管3和雾化球4均为透明高硼硅玻璃或其他耐腐蚀材质，置于带有循环水夹套的恒温罐内，罐内温度控制在25～30℃。
如图3所示，所述微通道光引发反应器包括反应器本体5、至少一组微通道反应管6和若干个蓝光光管7。反应器本体5水平设置，反应器本体5置于带有循环油浴夹套的恒温罐内。
作为优选，反应器本体5内设置有2～3支蛇形微通道反应管6，通过支架平行固定在反应器本体内壁，微通道反应管的进口经支管与雾化球的反应物气溶胶出口并联相接。
作为优选，微通道反应管为耐腐蚀、耐热透明高硼硅玻璃材质。
作为优选，微通道反应管的内径等于雾化管内管的内径，管距为反应管内径的1.5～2倍，纵向管程为300～500mm，纵向管数为400～500个，管距等于反应管的内径。
作为优选，蓝光光管等距排列在微通道反应管所在平面两面。
作为优选，蓝光光管的功率可调，控制在50～100瓦特。
作为优选，反应器本体的温度控制在80～105℃，反应器本体设置有视窗。
如图4所示，一级结晶塔包括结晶塔本体8、若干个结晶板9、刮板10和设置在结晶板底部的氯乙酸产物收集槽11。结晶板竖向设置于结晶塔本体内，在结晶板前后两面分别设置有刮板，结晶板底部设置有结晶产物收集槽；所述结晶塔本体的侧面上部开设有气溶胶进料口，气溶胶进料口与结晶板相对，结晶塔本体的顶端开设有气溶胶出口，结晶塔本体的底端开设有排放口，结晶塔本体的侧面下部开设有产物出料口，产物收集槽与产物出料口相连接。
作为优选，结晶塔本体为立式结晶塔，在塔内固定2～3块间距约15～20cm的结晶板，结晶板的尺寸依据塔内尺寸决定。
作为优选，结晶板为具有空腔的中空板，可采用耐腐蚀高硼硅玻璃或其他耐腐蚀材质。
作为优选，在每块结晶板前后两面的两侧各设置一个刮板，在每块结晶板的底端连接一个坡度约为10°～30°的喇叭型结晶产物收集槽。
作为优选，采用循环冷却水控制结晶板的温度为25～30℃。
所述装置还包括二级结晶塔12和冷凝塔13，冷凝塔下端设置一个进口，顶端设置一个出口，其进口通过保温管道与二级结晶塔的顶部出口连接，回收液化的乙酸和乙酰氯等物质，通过泵经导流管引入雾化管循环利用。
作为优选，采用循环水控制冷凝塔塔内温度为25～30℃。
所述连续制备氯乙酸的工艺包括反应原料混合与雾化工序、光引发反应工序、反应产物结晶分离工序及高挥发性乙酸和低沸点乙酰氯冷凝回收工序。
所述原料混合与雾化工序，用计量泵控制乙酸酐和乙酸的质量比，将储罐中的乙酸和乙酸酐分别输入雾化管进料口处连接的液体原料混合器，混合后进入雾化管；同时，依据乙酸的量用流量计调节Cl2的流量，将Cl2和空气分别从各自的压缩容器中输入气体原料混合器，混合后进入雾化管。调节空气的压力，使混合气体在雾化管内管的末端处产生的负压将乙酸和乙酸酐混合液高速射入雾化球，进而在雾化球内形成气溶胶。未形成气溶胶的原料以液体形式经雾化球底部的出口流入储槽，通过循环泵输入到乙酸酐和乙酸的混合器，进行循环雾化。
作为优选，催化剂乙酸酐的用量为原料乙酸质量的5～10％；
作为优选，Cl2与乙酸物质的量的比例为1：1.05～1.10；
作为优选，空气的压力控制在0.5～0.8Mpa，使反应原料在雾化球内充分形成气溶胶。
所述光引发反应工序，反应原料的气溶胶以一定的压力进入微通道光引发反应器的微通道反应管，控制反应器本体的温度和光管的功率，乙酸在微通道反应管中发生氯化反应。通过观察微通道反应管尾部的1～2个管内黄色的深度调节空气的压力，使尾管内的颜色接近无色。
作为优选，控制反应器的温度为80～105℃；
作为优选，控制光管的功率为50～100瓦特；
作为优选，通过调节空气的压力，使气溶胶在微通道反应管中的反应停留时间为300～480秒。
所述工艺中的反应产物结晶分离工序，在微通道光引发反应器中生成的氯化产物和未反应的乙酸等在空气压力作用下经保温管道进入结晶塔，采用循环冷却水控制塔内结晶板的温度，氯化产物中的氯乙酸在结晶板上遇冷结晶。利用安装在结晶板上的刮板将氯乙酸结晶物刮入产物收集槽中，收集氯乙酸粗产物。为了避免因氯乙酸结晶物过厚而影响结晶板的换热，通过视窗观察结晶物的厚度，控制刮板间歇性地工作。少量液化的氯化产物和未反应的乙酸从塔底排放口排出，残余气溶胶中含有一定量的一氯乙酸、二氯乙酸及未反应的Cl2、乙酸和HCl气体，从塔顶经保温管道进入二级结晶塔，进一步结晶氯乙酸产物。
作为优选，采用循环冷却水控制结晶板的温度，为25～30℃；
所述冷凝回收工序，利用冷凝器冷凝二级结晶塔顶部出口排出的未液化和结晶的物质，主要成分是高挥发性的乙酸和低沸点的乙酰氯、HCl等。
作为优选，冷凝塔内温度控制在25～30℃，回收液化的乙酸和乙酰氯等物质，经导流管引入雾化管循环利用。
从结晶塔收集的氯乙酸粗品可采用常规的重结晶法或其他方法进一步纯化，这些方法是本领域中所已知的，此处无需进一步说明。同时，副产物HCl的分离、纯化采用已有方法进行，尾气分别用水和浓碱液吸收后放空，这些操作也都是本领域中所已知的，此处无需进一步说明。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部，不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
根据化工行业分析标准“HG/3271-2000工业氯乙酸”进行分析从结晶塔收集的氯乙酸粗品中氯乙酸、二氯乙酸和乙酸的质量百分含量，并计算氯乙酸的实际收率。
实施例1
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到80℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和23mL(25g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.5MPa，通入空气，再经流量计通入563g(7.93mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的3倍、纵向管程为300、纵向管数为400的反应管，调节蓝光光管的功率为50瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量93.1％，二氯乙酸含量1.85％，乙酸含量1.37％，氯乙酸的收率65.6％。
实施例2
采用实施例1的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例1中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量94.3％，二氯乙酸含量1.36％，乙酸含量1.03％，氯乙酸的收率70.1％。
实施例3
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到85℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和23mL(25g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.65MPa，通入空气，再经流量计通入563g(7.93mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的3倍、纵向管程为350、纵向管数为400的反应管，调节蓝光光管的功率为65瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量94.7％，二氯乙酸含量1.18％，乙酸含量1.01％，氯乙酸的收率67.5％。
实施例4
采用实施例3的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例3中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量95.2％，二氯乙酸含量0.96％，乙酸含量0.96％，氯乙酸的收率73.1％。
实施例5
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到90℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和23mL(25g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.70MPa，通入空气，再经流量计通入563g(7.93mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的4倍、纵向管程为400、纵向管数为400的反应管，调节蓝光光管的功率为75瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量95.4％，二氯乙酸含量1.27％，乙酸含量0.98％，氯乙酸的收率67.3％。
实施例6
采用实施例5的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例5中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量96.3％，二氯乙酸含量1.04％，乙酸含量0.93％，氯乙酸的收率73.3％。
实施例7
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到95℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和23mL(25g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.75MPa，通入空气，再经流量计通入563g(7.93mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的4倍、纵向管程为400、纵向管数为450的反应管，调节蓝光光管的功率为85瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量94.7％，二氯乙酸含量2.55％，乙酸含量0.83％，氯乙酸的收率66.4％。
实施例8
采用实施例7的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例7中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量95.4％，二氯乙酸含量2.01％，乙酸含量0.88％，氯乙酸的收率73.6％。
实施例9
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到100℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和23mL(25g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.75MPa，通入空气，再经流量计通入563g(7.93mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的5倍、纵向管程为450、纵向管数为500的反应管，调节蓝光光管的功率为95瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量96.8％，二氯乙酸含量1.73％，乙酸含量0.89％，氯乙酸的收率64.4％。
实施例10
采用实施例9的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例9中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.3％，二氯乙酸含量1.23％，乙酸含量0.73％，氯乙酸的收率72.8％。
实施例11
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到105℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和23mL(25g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.80MPa，通入空气，再经流量计通入563g(7.93mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的5倍、纵向管程为500、纵向管数为500的反应管，调节蓝光光管的功率为100瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.3％，二氯乙酸含量1.33％，乙酸含量0.62％，氯乙酸的收率67.7％。
实施例12
采用实施例11的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例11中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.8％，二氯乙酸含量1.04％，乙酸含量0.66％，氯乙酸的收率71.6％。
实施例13
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到85℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和36.8mL(40g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.70MPa，通入空气，再经流量计通入547g(7.71mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的5倍、纵向管程为450、纵向管数为450的反应管，调节蓝光光管的功率为85瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.4％，二氯乙酸含量0.72％，乙酸含量0.82％，氯乙酸的收率64.7％。
实施例14
采用实施例13的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例13中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，并将雾化球中未雾化的液体导入雾化管中继续雾化。从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.6％，二氯乙酸含量0.74％，乙酸含量0.82％，氯乙酸的收率73.1％。
实施例15
利用冷却循环水将预先原料混合和雾化进料系统、结晶塔内结晶板和冷凝塔的温度均调节到25～30℃，同时，利用温控仪将微通道光引发反应器的温度加热到100℃，然后，利用计量泵分别从雾化管的主进料口所连接的三口混合球的进口注入476.2mL(500g，8.33mol)乙酸和46mL(50g)乙酸酐，关闭未雾化液体进口。利用压力表调节空气的压力为0.80MPa，通入空气，再经流量计通入537g(7.57mol)氯气，进行反应原料雾化；选用内径为雾化管内管内径的5倍、纵向管程为450、纵向管数为450的反应管，调节蓝光光管的功率为85瓦特，进行乙酸氯化反应，从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.3％，二氯乙酸含量0.79％，乙酸含量0.62％，氯乙酸的收率65.3％。
实施例16
采用实施例15的装置规格、工艺条件及反应原料之间的比例，不同的是以实施例15中进料量的约10倍量连续通入空气并连续进料，并将雾化球中未雾化的液体导入雾化管中继续雾化。从结晶塔的出料口收集氯乙酸产物，经分析，氯乙酸的含量97.7％，二氯乙酸含量0.76％，乙酸含量0.64％，氯乙酸的收率75.2％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种采用气溶胶进料的微通道光引发反应装置，其特征在于：包括进料系统、微通道光引发反应器、结晶塔，反应物料经过进料系统形成气溶胶后进入微通道光引发反应器进行反应，然后进入一级结晶塔进行结晶得到产物；
所述进料系统包括液体原料混合器（1）、气体原料混合器（2）、雾化管（3）和雾化球（4）；
所述雾化管（3）由外管（3-1）和位于外管轴心线上的内管（3-2）构成，内管的内径为1.5~2mm，内管与外管的内径比为1/6~1/4，外管的液体进料口的口径为其内径的1/2~2/3，外管的出料口端为锥形口，锥形口的口径为内管内径的1~1.5倍，在外管管体侧壁靠近外管的液体进料口处设置有外管的气体进料口，外管的气体进料口的轴线与外管轴线的夹角为35~45°，气体进料口的口径为内管内径的3~4倍，内管的进料口端为锥度6~8°的锥形口，锥形口的开口端外壁与外管的液体进料口的内壁熔接，内管的出料口端与外管的出料口端内壁间的距离为内管内径的1~1.5倍；所述液体原料混合器（1）设置1个主进料口、2个辅进料口和1个出料口，主进料口与出料口位于同一轴线上，辅进料口与主进料口的轴线夹角为40~50°，其中一个辅进料口的轴线垂直于主进料口和另一辅进料口的轴线所在平面，出料口与外管的液体进料口相连接；气体原料混合器（2）设置2个进口和1个出口，两个进口的轴线夹角为30~45°，其中一个进口与出口位于同一轴线上，出口与外管的气体进料口相连接；
所述雾化球（4）为空心球体，球体直径为雾化管外管内径的4~6倍，在球体的半球侧部1/2处设置有进料口，球体的顶端设置有反应物气溶胶出口，球体的底端设置有未雾化液体出口，反应物气溶胶出口和未雾化液体出口的连线通过雾化球的球心，进料口的轴线所在平面通过球心并垂直于反应物气溶胶出口和未雾化液体出口的连线，进料口与雾化管外管的出料口相连接，反应物气溶胶出口与反应器的进料口相连接，未雾化液体出口与液体原料混合器的进料口相连接，雾化球进料口的口径为雾化管内管内径的1~1.5倍，反应物气溶胶出口的口径为雾化管外管内径的1/3~1/2，未雾化液体出口的口径为雾化管内管内径的2~3倍；
所述微通道光引发反应器包括反应器本体（5）、至少一组微通道反应管（6）和若干个蓝光光管（7），反应器本体（5）水平设置，微通道反应管（6）设置于反应器本体（5）内，蓝光光管（7）平行设置于微通道反应管（6）两侧；所述微通道反应管的进料口与雾化球的反应物气溶胶出口相连接；
所述一级结晶塔包括结晶塔本体（8）、结晶板（9）、刮板（10）和产物收集槽（11），结晶塔本体（8）为立式塔体，结晶板（9）竖向设置于结晶塔本体（8）内，在结晶板（9）前后两面分别设置有刮板（10），结晶板（9）底部设置有产物收集槽（11）；所述结晶塔本体的侧面上部设置有气溶胶进口，气溶胶进口与结晶板相对，结晶塔本体的顶端设置有气溶胶出口，结晶塔本体的底端设置有排放口，结晶塔本体的侧面下部设置有产物出料口，产物收集槽与产物出料口相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置还包括二级结晶塔和冷凝塔；二级结晶塔的进料口与一级结晶塔的气溶胶出口相连接，二级结晶塔的出料口与冷凝塔的进料口相连接，冷凝塔的出料口与液体原料混合器的进料口相连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述液体原料混合器、气体原料混合器、雾化管和雾化球采用耐腐蚀材料制成，优选为透明高硼硅玻璃。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述微通道反应管为耐腐蚀、耐热透明高硼硅玻璃材质。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述微通道反应管的内径等于雾化管内管的内径，管距为微通道反应管内径的1.5~2倍，纵向管程为300~500mm，纵向管数为400~500个。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述蓝光光管的功率为50~100瓦特。
7.权利要求1所述的装置在制备氯乙酸中的应用，包括以下步骤：
步骤1，利用计量泵将乙酸和乙酸酐分别导入液体原料混合器进行混合，将Cl2和空气分别导入气体原料混合器进行混合，然后将混合液和混合气体送入雾化管，利用压力表调节空气的压力，使混合气体在雾化管内管的末端处产生的负压将乙酸和乙酸酐的混合液高速射入雾化球，进而在雾化球内形成反应原料气溶胶，未形成气溶胶的原料以液体形式经雾化球的未雾化液体出口流出，送入液体原料混合器进行循环雾化；
步骤2，雾化球产生的反应原料气溶胶进入微通道光引发反应器的微通道反应管，在蓝光引发下进行氯化反应，通过观察微通道反应管尾部的1~2个管内黄色的深度调节空气的压力，使微通道反应管尾部管的颜色接近无色；
步骤3，微通道反应管中的反应产物在空气压力作用下进入一级结晶塔，在结晶板上遇冷结晶，刮板将氯乙酸结晶物刮落，经产物收集槽收集，少量液化的氯化产物和未反应的乙酸从塔底排放口排出，残余气溶胶中含有一定量的一氯乙酸、二氯乙酸及未反应的Cl2、乙酸和HCl气体，从塔顶排出后进行回收处理。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤1中，催化剂乙酸酐的用量为原料乙酸质量的5～10%，Cl2与乙酸的物质的量的比例为1：1.05~1.10，空气的压力为0.5～0.8Mpa；进料系统的温度为25～30℃。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤2中，微通道反应管的温度为80~105℃，反应原料气溶胶在微通道反应管中的反应停留时间为300～480秒。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：步骤3中结晶板的温度为25~30℃。
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