CN218307883U - 一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光氯化反应装置领域，公开了一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔,包括塔体，塔体的内部设置有若干层筛孔式塔板，相邻两层筛孔式塔板之间设置有灯光催化器，塔体的下部设置有氯气进料口，塔体的上部设置有原料进料口。本实用新型通过在光氯化反应塔内设置筛孔式塔板，利用下部进氯气、上部进碳酸乙烯酯原料的方式，使得上升的气体和下降的液体的物质的量在塔板上呈阶梯式变化，增大了原料与氯气间的接触面积，提高了氯气的利用率，且提高了产品纯度。此外，通过在每两层筛孔式塔板中间设置一个灯光催化器，增加了光照的强度和照射面积，进一步提高了反应速率，缩短了反应时间。

Description

一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔

技术领域

本实用新型涉及光氯化反应装置领域，具体涉及一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔。

背景技术

氯代碳酸乙烯酯(CEC)，是电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)合成的重要原料，具有广泛的应用前景。

目前氯代碳酸乙烯酯的合成主要采用氯气法：即釜式光催化，主要有两种技术：一种是内置式光催化，在反应器内插入许多玻璃套管，引发光源封在套管内。该方法光照较为集中，缺点是反应产物等易糊结套管，使透光变差，效率变低，光源长期处在较高温的环境中，灯的寿命变短。另一种就是采用玻璃材质的氯化塔，塔外用汞灯照射，效果较好，但建塔费用较高，制造安装上的安全性以及塔的耐压、抗震要求高，塔的专用性太强等。

综上所诉，目前CEC的光氯化技术都存在一定的弊端，此外由于氯气与碳酸乙烯酯是气液两相的反应，无论哪种方法，均存在着氯气过量、气液接触不充分和反应时间长等问题，传统的釜式光氯化普遍需要的反应时间为20小时左右，长时间的反应大大增加了多氯副反应的发生，导致后续的分离提纯更为困难。

实用新型内容

本实用新型意在提供一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，以解决现有技术中氯气利用率低、反应速度慢的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，包括塔体，塔体的内部设置有若干层筛孔式塔板，相邻两层筛孔式塔板之间设置有灯光催化器，塔体的下部设置有氯气进料口，塔体的上部设置有原料进料口。

本方案的原理及优点是：实际应用时，本技术方案中，基于现有氯代碳酸乙烯酯合成过程中氯气与原料碳酸乙烯酯接触不充分以及反应时间过长的问题，发明人对现有的光氯化反应塔进行了结构优化。在光氯化反应塔内设置若干层筛孔式塔板，通过下部进氯气、上部进碳酸乙烯酯原料的方式，使得反应时氯气从塔体的底部上升并逐个穿过筛孔式塔板，原料碳酸乙烯酯在塔体的上部喷洒而下，与氯气形成逆流式接触，上升的气体和下降的液体的物质的量在塔板上呈阶梯式变化，增大了原料与氯气间的接触面积，使反应进行得更彻底，提高了氯气的利用率，缩短了反应时间，进而提高了产品纯度。此外，由于本技术方案设置了若干层筛孔式塔板，会阻挡光源的照射，固在每两层筛孔式塔板中间设有一个灯光催化器，增加了光照的强度和照射面积，进一步提高了反应速率，缩短了反应时间。

优选的，作为一种改进，每层筛孔式塔板均包括降液管、塔板本体、溢流堰和受液盘，塔板本体的一端固定在塔体内壁上，且塔板本体上设置有若干筛孔，降液管固定在塔板本体的另一端，溢流堰固定在塔板本体的上表面，受液盘安装在塔板本体远离降液管的一端上。每两层筛孔式塔板上层的受液盘与下层的降液管正对设置。

本技术方案中，通过在塔板本体上设置筛孔，能够保证对氯气和碳酸乙烯酯的截留分散，延长原料接触时间，保证反应充分。通过将上层受液盘与下层的降液管设置成正对的，使得若干层筛孔式塔板整体呈蛇形排列，进一步延长原料的移动路径，使得原料充分接触。

优选的，作为一种改进，塔板本体为3mm的碳钢衬四氟板，塔板本体之间的距离为0.5～0.8m；塔分块数为3～5块；塔板个数为20～30个。

本技术方案中，筛孔式塔板个数为经过多次优化后的结果，保证原料碳酸乙烯酯与氯气能够充分反应。塔板本体的上下间距(相邻两层塔板本体之间的距离)根据实际情况选择，塔板间距过小，雾沫夹带大，塔板间距过大，将提高塔的造价。

优选的，作为一种改进，降液管为单溢流弓形降液管，宽度为0.074～0.099m，截面积为0.02～0.04m²。

本技术方案中，根据塔径等数据计算得到，筛选出合适的降液管参数，除了使液体能够下流外，还能够使泡沫中的气体在降液管中得到分离，减少板间气相返混。

优选的，作为一种改进，筛孔的直径为5mm，开孔率为10～11％，开孔区面积为0.2～0.5m²，筛孔的个数为1026～2567个，筛孔的排列形式为等腰三角形。

本技术方案中，根据塔板本体边缘区宽度和筛孔直径等数据计算得到，在上述的筛孔参数条件下，能够在保证气体穿透筛孔的同时，使液体不从筛孔漏下或极大程度的减少漏液量。

优选的，作为一种改进，溢流堰为平直溢流堰，堰长为0.396～0.528m，高度为0.046～0.056m。

本技术方案中，溢流堰的参数取塔径的0.66倍计算得到，能够确保液体有一定的停留时间，且气体通过时有一定的压降，从而保证液体和气体充分接触，达到物质交换和能量交换的目的。

优选的，作为一种改进，塔体的高度为12～15m，直径为600～800mm，长径比为20:1。

本技术方案中，塔体的参数是本方案的一大研发难点，发明人通过多次探索，光氯化反应塔的长径比为20:1时，塔内的氯气和碳酸乙烯酯能够充分反应，同时反应生成的氯化氢能够及时排出，此时反应收率较高、产品纯度较高。光氯化塔长径比过大，则会导致过量氯气和副产物氯化氢在塔内的停留时间过长，从而导致多氯副反应的发生；光氯化塔长径比过小，则会造成反应不彻底。

优选的，作为一种改进，灯光催化器包括扩口石英玻璃管、紫外灯管、安装卡扣、支撑件和散热风机，扩口石英玻璃管通过安装卡扣固定在塔体内部，紫外灯管和支撑件均设置在扩口石英玻璃管内，散热风机设置在扩口石英玻璃管的扩口端。

本技术方案中，灯光催化器主要为了增加光照的强度和照射面积，扩口石英玻璃管用于将紫外灯管插入，起到保护灯管的作用，确保灯管不会被物料腐蚀；支撑件对灯管起固定作用；散热风机固定在塔体内部，能够及时将灯管的热量溢出，避免长时间高温减少灯管的寿命。

优选的，作为一种改进，紫外灯管的长度为400mm，紫外灯管与扩口石英玻璃管的管壁间距为300～500mm。

本技术方案中，紫外灯管长度为400mm能够满足光照需求，同时适配塔体的尺寸，通过限定紫外灯管与扩口石英玻璃管的管壁间距，避免物料因距离灯管过近，导致加热过于集中而被炭化。

优选的，作为一种改进，灯光催化器与塔板本体之间的距离为0.25-0.4m。

本技术方案中，灯光催化剂与塔板本体之间的距离根据相应功率的紫外灯管的灯光衰减程度计算得到，保证光照更均匀，反应更充分。

附图说明

图1为本实用新型实施例中光氯化反应塔的主视图。

图2为本实用新型实施例中筛孔式塔板的主视图。

图3为本实用新型实施例中灯光催化器的主视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施方式所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；所用的实验方法均为常规方法；所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。

说明书附图中的附图标记包括：塔体1、塔板本体2、溢流堰3、受液盘4、降液管5、氯气进料口6、原料进料口7、筛孔8、灯光催化器9、扩口石英玻璃管10、紫外灯管11、安装卡扣12、支撑件13、散热风机14。

实施例1

实施例1基本如附图1所示：一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，包括光氯化反应塔主体，光氯化反应塔主体包括塔体1，塔体1高12～15m，塔径为600～800mm，长径比20:1；塔体1的下部设置有氯气进料口6，塔体1的上部设置有原料进料口7；且塔体1的底部设置有出料口，塔体1的顶部设置有出气口。

塔体1内从上到下固定有多层筛孔式塔板，各层筛孔式塔板互相平行，且相邻两层筛孔式塔板之间的距离为0.5m。结合图2所示，筛孔式塔板包括降液管5、塔板本体2、溢流堰3和受液盘4。降液管5竖向设置，且降液管5固定在塔板本体2上，本实施例中降液管5为单溢流弓形降液管5，宽度为0.074～0.099m，截面积为0.02～0.04m²；塔板本体2横向设置，本实施例中塔板本体2为厚度为3mm的碳钢衬四氟板，塔分块数为3～5块；塔板个数为20～30个，塔板本体2的一端固定在塔体1内壁上，且塔板本体2上设置有若干筛孔8，筛孔8的直径为5mm，开孔率为10～11％，开孔区面积为0.2～0.5m²；溢流堰3固定在塔板本体2的上表面，本实施例中的溢流堰3为平直溢流堰3，堰长为0.396～0.528m，高度为0.046～0.056m；受液盘4一体成型连接在塔板本体2上，且受液盘4设置在远离降液管5的一端，本实施中受液盘4为凹型受液盘4。上层的受液盘4与下层的降液管5正对设置。

相邻两层筛孔式塔板之间设置有灯光催化器9，灯光催化器9与塔板本体2之间的距离为0.25m。结合图3所示，灯光催化器9包括扩口石英玻璃管10、紫外灯管11、安装卡扣12、支撑件13和散热风机14。扩口石英玻璃管10的一端扩口设置、另一端的外部固定有安装卡扣12，通过安装卡扣12将扩口石英玻璃管10固定在塔体1的内壁上。紫外灯管11和支撑件13均设置在扩口石英玻璃管10的内部，支撑件13为支撑架，支撑架固定在扩口石英玻璃管10的内壁上，用于支撑紫外灯管11。紫外灯管11横向设置，散热风机14设置在扩口石英玻璃管10的扩口端，并与紫外灯管11正对设置。本实施例中紫外灯管11的功率为500～800W，每组灯光催化器9的灯管个数为1个，紫外灯管11的长度为400mm，紫外灯管11与扩口石英玻璃管10的管壁之间的间距为300mm。

具体实施过程如下：本技术方案中，基于现有氯代碳酸乙烯酯合成过程中氯气与原料碳酸乙烯之接触不充分以及反应时间过长的问题，发明人对现有的光氯化反应塔进行了结构优化。在光氯化反应塔内从上到下固定多层筛孔式塔板，在反应时，通过下部进氯气、上部进碳酸乙烯酯原料的方式，使得在反应时氯气从塔体1的底部上升并逐个穿过筛孔式塔板，原料碳酸乙烯酯在塔体1的上部喷洒而下，与氯气形成逆流式接触，上升的气体和下降的液体的物质的量在塔板上呈阶梯式变化，增大了原料与氯气间的接触面积，使反应进行得更彻底，提高了氯气的利用率，缩短了反应时间，进而提高了产品纯度，图1中箭头方向为原料流动方向。此外，由于本技术方案设置了若干层筛孔式塔板，会阻挡光源的照射，在每两层筛孔式塔板中间设有一个灯光催化器9，增加了光照的强度和照射面积，进一步提高反应速率，缩短了反应时间。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，紫外灯管11与扩口石英玻璃管10的管壁之间的间距为500mm。

本实施例中，通过对紫外灯管11与扩口石英玻璃管10的管壁间距的优化，能够避免物料因距离灯管过近，导致加热过于集中而被炭化，且上述尺寸也适配于整个反应塔的尺寸，结构设计合理。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中相邻两层筛孔式塔板之间的距离为0.8m，灯光催化器9与塔板本体2之间的距离为0.4m。

本实施例中，通过对相邻塔板本体2之间的距离以及灯光催化器与塔板本体2之间距离的优化，能够保证光照更均匀，反应更充分。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：包括塔体，塔体的内部设置有若干层筛孔式塔板，相邻两层筛孔式塔板之间设置有灯光催化器，塔体的下部设置有氯气进料口，塔体的上部设置有原料进料口；所述每层筛孔式塔板均包括降液管、塔板本体、溢流堰和受液盘，塔板本体的一端固定在塔体内壁上，且塔板本体上设置有若干筛孔，降液管固定在塔板本体的另一端，溢流堰固定在塔板本体的上表面，受液盘安装在塔板本体远离降液管的一端上；每两层筛孔式塔板上层的受液盘与下层的降液管正对设置。

2.根据权利要求1所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：塔板本体为3mm的碳钢衬四氟板，塔板本体之间的距离为0.5～0.8m；塔分块数为3～5块；塔板个数为20～30个。

3.根据权利要求2所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述降液管为单溢流弓形降液管，宽度为0.074～0.099m，截面积为0.02～0.04m²。

4.根据权利要求3所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述筛孔的直径为5mm，开孔率为10～11％，开孔区面积为0.2～0.5m²，筛孔的个数为1026～2567个，筛孔的排列形式为等腰三角形。

5.根据权利要求4所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述溢流堰为平直溢流堰，堰长为0.396～0.528m，高度为0.046～0.056m。

6.根据权利要求5所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述塔体的高度为12～15m，直径为600～800mm，长径比为20:1。

7.根据权利要求6所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述灯光催化器包括扩口石英玻璃管、紫外灯管、安装卡扣、支撑件和散热风机，扩口石英玻璃管通过安装卡扣固定在塔体内部，紫外灯管和支撑件均设置在扩口石英玻璃管内，散热风机设置在扩口石英玻璃管的扩口端。

8.根据权利要求7所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述紫外灯管的长度为400mm，紫外灯管与扩口石英玻璃管的管壁间距为300～500mm。

9.根据权利要求8所述的一种高效的多级塔板式氯代碳酸乙烯酯生产用光氯化反应塔，其特征在于：所述灯光催化器与塔板本体之间的距离为0.25～0.4m。

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