CN220573406U - 一种加压合成釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种加压合成釜，加压合成釜内设置有搅拌杆，搅拌杆上设置有上层桨与底层桨；所述的上层桨为三叶KCX桨，底层桨为六叶半椭圆管涡轮桨HEDT圆盘涡轮桨。所述的上层桨桨叶直径700‑780 mm，叶片宽度为200‑350 mm。所述的底层桨圆盘直径400‑500 mm，桨径500‑700 mm，桨叶长180‑250 mm、高100‑180 mm。底层桨离底距离为200‑300 mm，上层桨与底层桨的间距为600‑800 mm。在加压合成釜中加入水和催化剂乌洛托品后，开启三叶KCX与六叶HEDT组合形式的新型搅拌器，通过计量泵往加压合成釜内加入氯乙酸水溶液，氯乙酸水溶液在加压合成釜底酸分布器均匀分布后与氨分布器出来的氨气进行均相反应。甘氨酸合成收率可超过89%，适用于水相中氯乙酸氨解法生产甘氨酸的工业化生产。

Description

一种加压合成釜

技术领域

本实用新型公开了一种加压合成釜，属于化工生产技术领域，特别是涉及水相中采用氯乙酸氨解工艺生产甘氨酸的新方法。

背景技术

甘氨酸即氨基乙酸，作为一种重要的精细化工中间体和化工原料，广泛应用于农药草甘膦、医药、食品和饲料添加剂等领域，在我国约80％的甘氨酸用于生产除草剂草甘膦。当前，国内甘氨酸工业化生产工艺仍然采用传统的以水为溶剂的氯乙酸氨解法：先在常压合成釜中加入水、乌洛托品后，通入氨气合成甘氨酸和氯化铵的混合溶液；再用大量甲醇萃取分离出甘氨酸；产生大量的甲醇母液，用单效常压甲醇精馏塔回收母液中的甲醇，用双效浓缩回收氯化铵，副产高氨氮、高COD的蒸发冷凝水和废液。

该方法合成工序存在以下问题：(1)收率低，难以突破85％。水相中体系碱性强，氯乙酸转化为甘氨酸的转化率较低，约15％氯乙酸水解产生羟基乙酸；高温氨气不足时易产生亚氨基二乙酸[NH(CH2COOH)₂]和氨基三乙酸[N(CH2COOH)₃]等副产物。(2)催化剂乌洛托品的催化活性低，生产1吨甘氨酸需要消耗160kg乌洛托品。(3)反应温度高达80℃，氨气不能充分反应而溢出，造成生产1吨甘氨酸需要消耗590kg氨气。

国内甘氨酸企业从工艺源头入手竭力优化水相法工艺，但仍不能从根本上解决水相法成本高的工艺缺陷。对于已具备相当规模水相法生产甘氨酸的企业来说，很难彻底放弃水相法生产装置。因此，基于现有水相法生产技术进行技术创新和升级，进一步向内挖潜增效，显得意义重大。

专利CN109574864A公开了一种甘氨酸合成新工艺，以氯乙酸和氨气为原料，在催化剂乌洛托品的水溶液中进行氨解反应，反应结束后进行第一次降温结晶得到混合晶体和母液，混合晶体用水溶解后进行第二次降温结晶，得到的初产品进行低温水洗涤后离心分离并干燥得到甘氨酸产品，母液经电渗析分离得到甘氨酸、乌洛托品混合液和氯化铵水液；甘氨酸和乌洛托品混合液送回前序工序套用；氯化铵水液蒸发浓缩结晶得到氯化铵。但是，该专利只是提供一种甘氨酸和氯化铵分离的新方法，仍无法解决合成工序存在的缺陷。

专利CN111196768A(一种利用同离子效应制备甘氨酸的方法)，一种利用同离子效应，在醇水混合溶剂中制备甘氨酸的清洁生产工艺。催化剂采用新型催化剂吡啶碱类化合物或者是传统催化剂乌洛托品和多聚甲醛。氯乙酸铵在醇水混合溶剂里，在催化剂条件下，通氨氨化合成甘氨酸后，离心分离，得到甘氨酸。离心得到的混合溶剂里面投加固体氯乙铵，降温至0℃-20℃，离心分离，得到氯化铵。离心分离氯化铵得到的循环反应混合溶剂，循环进行合成甘氨酸的反应。该方法更换新型催化剂后，催化效率有一定提高，但是，该方法不能直接得到合格的甘氨酸产品，而且难以在现有装置上直接应用，改动的投资费用和风险较大。

发明内容

本实用新型目的是提供了一种加压合成釜，主要工艺是在加压合成釜中加入水和催化剂乌洛托品后，开启新型搅拌器，通过自动调节阀与加压反应釜内压力连锁通入氨气至pH＝9-11.5左右，通过计量泵往加压合成釜内加入氯乙酸水溶液，氯乙酸水溶液在加压合成釜底酸分布器均匀分布后与氨分布器出来的氨气进行均相反应，控制反应温度、终点pH、反应时间和反应压力。

为实现本实用新型的目的，本发明采取上述装置，包括以下设备及管线(见附图1)。

一种加压合成釜，加压合成釜内设置有搅拌杆，搅拌杆上设置有上层桨与底层桨；所述的上层桨为三叶KCX桨，底层桨为六叶HEDT桨。

所述的上层桨桨叶直径700-780mm，叶片宽度为200-350mm。

所述的底层桨圆盘直径400-500mm，桨径500-700mm，桨叶长180-250mm、高100-180mm。

底层桨离底距离为200-300mm，上层桨与底层桨的间距为600-800mm。

加压合成釜上部设置有氨气通入管及氯乙酸通入管。

所述的氨气通入管深入至加压合成釜内并与氨气分布器连接。

所述的氯乙酸通入管深入至加压合成釜内并与氯乙酸分布器连接。

氨气分布器、氯乙酸分布器为圆环形气体分布器，所述圆环形气体分布器上均匀分布90-120个1-3mm的圆孔，开孔向下。

氨气分布器、氯乙酸分布器的间距为200-250mm；

氨气分布器离底距离120-200mm。

本实用新型的技术方案具有如下有益效果：

(1)相比于常压合成收率不到84％，在水相中加压合成甘氨酸的收率超过89％，收率提高5％及以上。

(2)加压反应活性明显提高，乌洛托品消耗可节约20％及以上，可适当降低反应温度，母液颜色呈淡黄色。

(3)采用本申请的新型搅拌器和分布器，微观上可以控制氨气泡直径为0.0051-0.0055m，平均气含率为0.071-0.075，体积传质系数为0.293-0.301(s^-1)。在这一条件下，可以使氨气利用率提高12％，氨气消耗降低12％。

另外微观上氯乙酸液体直径为0.0055-0.0059m，体积传质系数为0.352-0.459(s^-1)，能够使宏观上氯乙酸消耗降低100kg/批次。

(4)将现有的一氯乙酸进料管末端设置一个圆环形液体分布器，位于底层桨桨区附近，大幅提高一氯乙酸的分散效果，降低副产物氨二乙酸和氨三乙酸的产生。

本发明的主要创新点：低温、加压反应、优化搅拌器和分布器合成甘氨酸的思路，甘氨酸的平均收率超过89％。

附图说明

图1为分布器内部结构图。

图2为本发明的组合式搅拌器示意图。

图3为三叶KCX桨主视图。

图4为六叶HEDT桨圆盘涡轮桨主视图。

图5为两种不同优化后的甘氨酸合成釜结构(a:优化方案1，b:优化方案2)。

图6为甘氨酸合成釜气泡直径分布(a：现有，b：优化方案1，c：优化方案2)。

其中，1.加压合成釜；2.氨气通入管；3.氯乙酸通入管；4.氨气分布器；5.底层桨；5-1.翼型轴流桨；6.上层桨；6-1六叶HEDT桨；7.氯乙酸分布器；8.搅拌杆。

具体实施方式

用本发明的实施例来进一步说明本发明的实质性内容，但不以此来限定本发明：

实施例1

一种加压合成釜，加压合成釜1内设置有搅拌杆8，搅拌杆8上设置有上层桨6与底层桨5；所述的上层桨6为三叶KCX桨，底层桨5为六叶HEDT桨。

所述的上层桨6桨叶直径700-780mm，叶片宽度为200-350mm。

所述的底层桨5圆盘直径400-500mm，桨径500-700mm，桨叶长180-250mm、高100-180mm。

底层桨5离底距离为200-300mm，上层桨6与底层桨5的间距为600-800mm。

加压合成釜1上部设置有氨气通入管2及氯乙酸通入管3。

所述的氨气通入管2深入至加压合成釜1内并与氨气分布器4连接。

所述的氯乙酸通入管3深入至加压合成釜1内并与氯乙酸分布器7连接。

氨气分布器4、氯乙酸分布器7为圆环形气体分布器，所述圆环形气体分布器上均匀分布90-120个1-3mm的圆孔，开孔向下。

氨气分布器4、氯乙酸分布器7的间距为200-250mm；

氨气分布器4离底距离120-200mm。

实施例2

针对实施例1的装置，两个圆环形气体分布器上均匀分布120个3mm的圆孔，且开孔向下。

氨气圆环形气体分布器位于氯乙酸溶液的圆环形液体分布器下部，间距为200mm，氯乙酸溶液的圆环形液体分布器距离底距离120mm。

加压合成釜内安装有组合式搅拌器，组合式搅拌器包括上层桨及底层桨。其中，上层桨为三叶KCX桨，桨叶直径720mm，叶片宽度为280mm，底层桨为六叶HEDT桨，圆盘直径440mm，桨径650mm，桨叶长210mm、高130mm，底层桨离底距离为250mm，两层桨间距为720mm。

本实用新型中，所述的加压合成釜内有三叶KCX与六叶HEDT组合的新型搅拌器；该新型搅拌器的选择经过试验得到验证。将现有气体分布器改成圆环形气体分布器，同时将合成釜底层桨改成有利于氨气分散的径向流桨。

优化方案1：圆环形气体分布器圆环直径520mm，均匀分布90个3mm的圆孔，开孔向下，分布器离底距离120mm。上层桨为现有翼型轴流桨5-1，桨径720mm，叶片宽180mm，底层桨改为六叶HEDT桨6-1(该六叶HEDT圆盘涡轮桨同六叶半椭圆管涡轮桨HEDT圆盘涡轮桨)，圆盘直径440mm，桨径650mm，桨叶长210mm、高85mm，底层桨离底距离为250mm，两层桨间距为720mm，采用优化方案1的合成釜结构如图5a所示。

优化方案2：圆环形气体分布器圆环直径520mm，均匀分布90个3mm的圆孔，开孔向下，分布器离底距离120mm。上层桨为三叶KCX桨，桨叶直径720mm，叶片宽度为280mm，底层桨为六叶HEDT桨，圆盘直径440mm，桨径650mm，桨叶长210mm、高130mm，底层桨离底距离为250mm，两层桨间距为720mm，采用优化方案2的合成釜结构如图5b所示。

现有技术方案：上层桨、底层桨均为翼型轴流桨，其他参数同优化方案1。

本申请针对加压合成釜内部的结构进行了设计，具体如实施例1所述。图6及表1为优化前后合成釜内氨气泡直径分布、平均气含率和传质系数比较。可以看出，采用优化后的组合桨结构和气体分布器后，优化方案1和2合成釜内气泡平均直径均变小，优化方案1和2合成釜内气含率分别提高22.92％和37.5％，传质系数分别提高30.82％和84.28％，表明优化后的合成釜内气液传质性能显著提高，采用优化方案2效果更好。

表1优化前后合成釜内氨气泡平均直径、平均气含率和传质系数

	氨气泡直径(m)	平均气含率	体积传质系数(s-1)
				现有结构	0.011	0.048	0.159
优化方案1	0.0083	0.059	0.208
				优化方案2	0.0051	0.071	0.293

Claims (9)

1.一种加压合成釜，其特征在于，加压合成釜(1)内设置有搅拌杆(8)，搅拌杆(8)上设置有上层桨(6)与底层桨(5)；所述的上层桨(6)为三叶KCX桨，底层桨(5)为六叶HEDT桨。

2.根据权利要求1所述的加压合成釜，其特征在于，所述的上层桨(6)桨叶直径700-780mm，叶片宽度为200-350mm。

3.根据权利要求1所述的加压合成釜，其特征在于，所述的底层桨(5)圆盘直径400-500mm，桨径500-700mm，桨叶长180-250mm、高100-180mm。

4.根据权利要求1所述的加压合成釜，其特征在于，底层桨(5)离底距离为200-300mm，上层桨(6)与底层桨(5)的间距为600-800mm。

5.根据权利要求1所述的加压合成釜，其特征在于，加压合成釜(1)上部设置有氨气通入管(2)及氯乙酸通入管(3)。

6.根据权利要求5所述的加压合成釜，其特征在于，所述的氨气通入管(2)深入至加压合成釜(1)内并与氨气分布器(4)连接。

7.根据权利要求5所述的加压合成釜，其特征在于，所述的氯乙酸通入管(3)深入至加压合成釜(1)内并与氯乙酸分布器(7)连接。

8.根据权利要求7所述的加压合成釜，其特征在于，氨气分布器(4)、氯乙酸分布器(7)为圆环形气体分布器，所述圆环形气体分布器上均匀分布90-120个1-3mm的圆孔，开孔向下。

9.根据权利要求8所述的加压合成釜，其特征在于，氨气分布器(4)、氯乙酸分布器(7)的间距为200-250mm；

氨气分布器(4)离底距离120-200mm。