CN117680069A - 一种过氧化二异丙苯的反应方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种过氧化二异丙苯的反应方法及装置，属于精细化工技术领域。本发明的反应方法使反应液在反应液釜和薄膜式反应器之间循环流动，反应过程中产生的水通过与反应液釜和薄膜式反应器连接的真空系统抽吸脱除，所述反应液包括二甲基苄醇、催化剂和过氧化氢异丙苯。本发明的反应方法具有反应效率高、能耗低和选择性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，具体涉及一种过氧化二异丙苯的反应方法及装置。
背景技术
目前过氧化二异丙苯工业化生产通常采用苄醇法，该方法首先需要制备二甲基苄醇(DMBA)，DMBA是以过氧化氢异丙苯(CHP)为原料制得的，制备的DMBA与CHP在高氯酸催化作用下，进行缩合反应生成过氧化二异丙苯和水。缩合反应是过氧化二异丙苯生产中的关键合成步骤，决定着过氧化二异丙苯的质量。缩合反应通常在反应过程中通过不断地将生成的水带出反应系统而提高反应效率，因此在合成过程不仅要关注反应效率，也要关注转化率和选择性，提高物料的利用率，减少物耗。
目前工业上缩合反应主要是采用传统的间歇反应釜进行，该方法通过鼓泡器和抽真空结合的方法进行脱水以提高反应速率，存在以下缺陷：
1.原料在反应釜内存在受热不均匀、局部过热的现象，遇酸后易引起原料分解，导致原料浪费，且存在安全性问题。
2.原料一次性地加入反应釜内，物料之间混合不充分，导致反应不充分，造成选择性低，物料损耗大。
3.空气鼓泡加抽真空相结合的脱水方式除去反应生成的水，也会带走大量异丙苯等原料，增加了有机废气废液的产生。另外，鼓泡气量的变化引起去水效果不稳定，极易造成反应效率低，能耗比较大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种反应效率高、能耗低和选择性高的过氧化二异丙苯的反应方法及装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种过氧化二异丙苯的反应方法，包括：使反应液在反应液釜和薄膜式反应器之间循环流动，反应过程中产生的水通过与反应液釜和薄膜式反应器连接的真空系统抽吸脱除，所述反应液包括二甲基苄醇、催化剂和过氧化氢异丙苯。
其中催化剂可选用过氧化二异丙苯常规的催化剂，如盐酸、硫酸、磷酸、高氯酸、硝酸、草酸、对甲基苯磺酸等其中的至少一种。
本发明方法采用反应液在薄膜反应器+负压环境进行多次反应，替代了传统的鼓泡器和抽真空结合的脱水方法，其优点在于，可减少空气鼓泡等操作，减少了缩合反应的废气废料，降低了物耗，提高了过氧化氢异丙苯的利用率，反应过程温度控制更精准，安全性提高，同时也提高了产品质量，提高了产品收益。
薄膜反应器在本发明中指的是反应器能够使得反应液以膜状形式流经反应器，以使得反应液受热均匀，生成的水能够较快分离出体系。其结构可参考薄膜蒸发器，也可以参考列管式换热器，反应液走管程，呈膜状流经换热列管。
作为技术方案的进一步改进，所述薄膜式反应器为降膜式反应器。
作为技术方案的进一步改进，为了平衡生产效率、产品质量及生产成本，所述反应液釜的反应温度为36-42℃，真空度为0.075-0.095MPa。
作为技术方案的进一步改进，为了平衡生产效率、产品质量及生产成本，所述薄膜反应器的反应温度为40-45℃，真空度为0.075-0.095MPa。
作为技术方案的进一步改进，为了降低薄膜反应器的加热负荷和副产物含量，还包括所述反应液进入薄膜反应器前进行预热的步骤。
作为技术方案的进一步改进，为了平衡生产成本及产品品质，二甲基苄醇和过氧化氢异丙苯的投料摩尔比为1.0-1.1:1；所述催化剂与过氧化氢异丙苯的质量比为0.05-0.1％：1。
作为技术方案的进一步改进，为了减少副反应的发生，过氧化氢异丙苯通过分批次加入或滴加的方式进入到所述反应液中。
用于上述任意一种反应方法的装置，包括由反应液釜和薄膜反应器组成的循环反应系统及为反应液釜和薄膜反应器提供负压环境的真空系统，以及为薄膜反应器提供热能的循环加热系统；所述反应液釜用于投加原料及反应液反应，所述反应液釜和所述薄膜反应器之间通过反应液循环管路连接。
反应液在这个循环反应系统内，循环受热反应，反应生成的水通过真空系统及时移出，促使缩合反应向正方向进行，直至达到反应终点。
作为技术方案的进一步改进，所述反应液循环管路包括反应液釜出料管道和薄膜反应器出料管道，反应液釜出料管道一端连接反应液釜出料口，另一端连接薄膜反应器进料口；薄膜反应器出料管道一端连接薄膜反应器出料口，另一端连接反应液釜进料口；反应液釜出料管道上设有循环泵和预热器。
作为技术方案的进一步改进，为了方便操作，所述反应液釜通过进料管道分别连接有二甲基苄醇计量槽、催化剂计量槽和过氧化氢异丙苯计量槽，以及加水槽。
作为技术方案的进一步改进，所述薄膜反应器顶部设有气相出口A，气相出口A连接有气相出料管A，气相出料管A依次连接冷凝器、缓冲罐和真空泵；气相出料管A、冷凝器、缓冲罐和真空泵组成真空系统。
作为技术方案的进一步改进，所述反应液釜的顶部设有气相出口B，气相出口B连接有气相出料管B，气相出料管B与气相出料管A连接。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用由反应液釜和薄膜反应器组成的循环反应系统，提供一种高效稳定的传质传热反应系统，改善原料在反应系统内受热不均而导致原料分解的问题，提高了反应过程的安全性。
2、本发明取消空气鼓泡操作步骤，减少了废气废液的产生，提高了反应效率。
3、本发明还可以通过采用分批次或者滴加方式加入过氧化氢异丙苯，优化原料投料工艺，提高物料的充分混合，提高反应的充分程度，提高反应的选择性，减少物料损耗。
综上所述，本发明的方法具有反应效率高、能耗低和选择性高的优点。
附图说明
图1为本发明反应装置的结构示意图。
图2为薄膜反应器的结构示意图。
图中，1.反应液釜，2.循环泵，3.预热器，4.薄膜反应器，41.壳体,42.反应列管,43.上挡板,44.下挡板，45.进料口，46.气相出口，47.出料口，48.布料器，5.冷凝器，6.缓冲罐，7.真空泵，8.热介质储罐，9.换热器，10.热介质循环泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及一种优选的实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
参阅图1及图2，本实施例提供一种过氧化二异丙苯的反应装置，包括投料系统、循环反应系统、真空系统及循环加热系统。
投料系统包括二甲基苄醇计量槽、催化剂计量槽、过氧化氢异丙苯计量槽以及加水槽。循环反应系统包括反应液釜1、循环泵2、预热器3、薄膜反应器4及反应液循环管路。真空系统包括依次连接的冷凝器5、缓冲罐6和真空泵7。循环加热系统包括依次连接的热介质储罐8、换热器9和热介质循环泵10。
其中反应液釜1为带有搅拌桨的反应釜，其顶部设有气相出口B，底部设有缩合液出口，侧壁设有进料口、出料口及反应液进口。薄膜反应器4包括壳体，壳体顶部设有进料口和气相出口A，底部设有出料口，侧壁设有热介质进出口。
反应液釜1进料口通过进料管分别连接二甲基苄醇计量槽、催化剂计量槽、过氧化氢异丙苯计量槽以及加水槽，反应液釜1出料口通过反应液釜出料管、循环泵2、预热器3连接薄膜反应器4进料口，薄膜反应器4的热介质进出口连接循环加热系统；薄膜反应器4出料口通过薄膜反应器出料管连接反应液釜1的反应液进口；反应液釜1顶部气相出口B和薄膜反应器4顶部气相出口A连接真空系统。
在本实施例中，薄膜反应器4为降膜式反应器，它包括壳体41、多个反应列管42、上挡板43和下挡板44，上挡板43和下挡板44将壳体41内腔分割为进料室、加热室和出料室，所述壳体41对应进料室开设有进料口45和气相出口46，所述壳体41对应出料室开设有出料口47，所述壳体41对应加热室分别开设有加热介质的进、出口，多个所述反应列管42位于加热室内，所述反应列管42的两端分别穿过上挡板和下挡板，所述进料室对应多个所述反应列管42设置有布料器48。
物料依次经过进料口45、进料室、布料器48和列管42后汇聚到出料室，然后通过出料口47排出薄膜反应器，脱除的水分依次经过列管、气相出口46、气相出料管进入到负压系统。
该反应装置用于生产过氧化二异丙苯的操作步骤为：
1.开启反应液釜1的加热和搅拌，控制反应液釜温度为36-42℃。按投料配比计算的结果通过DMBA计量槽投加DMBA，然后投加计量好的酸催化剂，搅拌均匀。
2.将计量好的CHP以一次性加入、分批次或滴加方式加入反应液釜；
分批次加入方式为：以分三批次为例，反应开始前CHP投料量为CHP总量的1/3；反应1-2小时，再次投料CHP总量的1/3；继续反应1-2小时，投料最后的CHP总量的1/3。
滴加方式为：控制滴加速度，让计量的CHP总量在2-3小时内滴加完毕。
3.开启预热器3和薄膜反应器4的加热装置，控制预热器和薄膜反应器的温度为40-45℃。启动真空泵7，控制薄膜反应器4的真空度为-0.075至-0.095MPa，向冷凝器2通入冷冻水。
4.反应液釜1内的反应液，通过循环泵2增压后，经预热器3预热，再由薄膜反应器4顶部进料口45进入，经布料器48在各反应列管42中得以均匀分布，料液沿管壁向下流动，反应过程生产的水经被及时被真空泵7抽吸脱除，物料经出料口47进入反应液釜1。
5.料液在反应液釜、预热器和薄膜反应器形成的闭合循环反应系统内反复循环。取样分析CHP含量，到达缩合反应终点，立即由加水槽加水，终止反应，停止加热，停止真空。
实施例2-8
反应装置进行过氧化二异丙苯的制备，反应条件及反应结果各实施例物料见表1。
对比例1
将实施例1中的薄膜反应器替换为鼓泡器，采用反应釜+鼓泡器+真空系统的反应装置进行过氧化二异丙苯的制备，方法与实施例1相同，反应条件及反应结果见表1。
表1各实施例及对比例的物料配比、反应温度及CHP投加方式
从表1可以看出，相比于对比例的鼓泡+真空的反应，本发明的反应液在薄膜反应器内反复循环，料液充分接触、受热均一稳定，反应充分，从而提高了产物的选择性。相比于CHP一次性投料，CHP分批加入或滴加加入，有利于减少CHP的分解，有利于缩合反应的正向进行，可进一步提高DCP的选择性，降低物耗。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种过氧化二异丙苯的反应方法，其特征在于，包括：使反应液在反应液釜和薄膜式反应器之间循环流动，反应过程中产生的水通过与反应液釜和薄膜式反应器连接的真空系统抽吸脱除，所述反应液包括二甲基苄醇、催化剂和过氧化氢异丙苯。
2.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，所述反应液釜的反应温度为36-42℃，真空度为0.075-0.095MPa。
3.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，所述薄膜反应器的反应温度为40-45℃，真空度为0.075-0.095MPa。
4.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，所述反应液进入薄膜反应器前进行预热。
5.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，二甲基苄醇和过氧化氢异丙苯的投料摩尔比为1.0-1.1:1；所述催化剂与过氧化氢异丙苯的质量比为0.05-0.1％：1。
6.根据权利要求1所述的反应方法，其特征在于，过氧化氢异丙苯通过分批次加入或滴加的方式加入到所述反应液中。
7.一种用于权利要求1-6任一项所述反应方法的装置，其特征在于，包括：
由反应液釜和薄膜反应器组成的循环反应系统及为反应液釜和薄膜反应器提供负压环境的真空系统，以及为薄膜反应器提供热能的循环加热系统；所述反应液釜用于投加原料及反应液反应，所述反应液釜和所述薄膜反应器之间通过反应液循环管路连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反应液循环管路包括反应液釜出料管道和薄膜反应器出料管道，反应液釜出料管道一端连接反应液釜出料口，另一端连接薄膜反应器进料口；薄膜反应器出料管道一端连接薄膜反应器出料口，另一端连接反应液釜进料口；反应液釜出料管道上设有循环泵和预热器。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反应液釜通过进料管道分别连接有二甲基苄醇计量槽、催化剂计量槽、过氧化氢异丙苯计量槽和加水槽。
10.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述薄膜反应器顶部设有气相出口A，气相出口A连接有气相出料管A，气相出料管A依次连接冷凝器、缓冲罐和真空泵；气相出料管A、冷凝器、缓冲罐和真空泵组成真空系统；所述反应液釜的顶部设有气相出口B，气相出口B连接有气相出料管B，气相出料管B与气相出料管A连接。
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