专利名称：形成混合多组分蒸汽的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种制备混合多组分蒸汽的设备和方法。特别地，本发明是涉及一种形成混合多组分蒸汽的设备和方法，它是采用薄膜蒸发器和与蒸发器相连接的强制液体循环管道，使含有两种或更多种彼此沸点不同且可互溶或共存液体组分的混合多组分液体蒸发，最终的混合多组分蒸汽的组成与混合多组分液体的组成非常相似，而且，各组分的热劣化非常低。
本发明包括一种用来制备气相催化反应产物的设备和方法，是分别采用制备混合多组分蒸汽的设备和方法而实现的。
众所周知的制备沸点各不相同的混合多组分蒸汽的方法，是采用先单独蒸发各种组分，再在混合容器中起始的混合比例进行混合。
这种传统的制备混合蒸汽的方法有其不利之处，因为如果其中存在有一种高沸点化合物，这就必须在高于高沸点化合物的沸点温度下使其蒸发，但是对组分所采用的高温蒸发会引起化合物的热劣化。
此外，通过制备多组分的液态混合物，再在传统的蒸发器中对混合多组分液体进行蒸发处理，从而得到混合多组分蒸汽的方法也是公知的技术。如果各组分的沸点各不相同，则最终的混合多组分蒸汽的组成与起始的混合多组分液体的组成也是不同的。各组分沸点之间的差异越大，则起始混合多组分液体的组成与最终混合多组分蒸汽的组成两者之间的差异也就越大。一般说来，具有低沸点的组分其在最终混合多组分蒸汽中的含量比在起始混合多组分液体中的含量要高。
这种传统的用来制备混合多组分蒸汽的设备和方法有其不利之处，这是因为在操作条件下，它不能稳定地且具有高重复性地由混合多组分液体获得具有所希望组成的混合多组分蒸汽。
例如，在制备二羟基苯酚的单烷基醚的过程中，在含磷催化剂存在下，采用二羟基苯酚如邻苯二酚与低碳烷基醇在气相中进行催化反应，如在日本未经审查的专利公告号No.3-115244、No.4-74149和No.4-341345之中所公开的，将邻苯二酚和低碳烷基醇的混合蒸汽输入到其内装有催化剂的反应器中，使邻苯二酚和低碳烷基醇发生反应。在这种方法中，邻苯二酚在混合蒸汽的混合过程和反应过程中有一定程度的热劣化，从而使得反应产物中含有不希望的副产物，对于具有高沸点的化合物，更是如此。因而，非常有必要克服传统的设备和方法中上述提及的不利的之处。
例如，已有人尝试一种制备混合蒸汽的方法，是采用仅蒸发邻苯二酚，然后将最终的邻苯二酚蒸汽和低碳烷基醇混合。在这种方法中，邻苯二酚必须在高于邻苯二酚的沸点的较高温度下进行蒸发，从而发生一定程度的热劣化。因此，这种方法在实践中并不实用。在另一种尝试的方法中，先制得邻苯二酚和低碳烷基醇的混合液体，然后在蒸发器中进行汽化，从而制得混合蒸汽。但是，对这种方法的研究表明，由于邻苯二酚和低碳烷基醇的沸点相差很大，使得低碳烷基醇在最终混合蒸汽中的含量显著地高于其在起始混合液体中的含量。因此，在这种方法中，想通过单一的蒸发步骤，从相应的混合液体中获得具有所希望组成的混合蒸汽是非常困难的。也就是说，这种方法在实践中并不实用。
本发明的目的是为了提供一种形成具有所希望组成的混合多组分蒸汽的设备和方法，是通过蒸发具有与混合多组分蒸汽的组成非常相似的混合多组分液体而实现，它具有高的重复性和高稳定性，而且可防止或限制所不希望的组分热劣化的发生。
本发明的另一个目的是为了提供一种由具有与混合多组分蒸汽的组成非常相似的混合多组分液体，而形成具有所希望的组成的混合多组分蒸汽的设备和方法，混合多组分蒸汽可直接用来进行多组分之间的气相反应。
上述的目的可通过本发明的设备和方法来实现。
本发明用于形成混合多组分蒸汽的设备包括一个薄膜蒸发器，它带有一个进料入口和一个卸料出口，含有两种或更多种彼此沸点不同且可互溶或共存的液体组分的混合多组分液体，通过进料入口输入到蒸发器，最终的混合多组分蒸汽通过卸料出口从蒸发器中排放出来；一个进料管道，用来输入混合多组分液体，它与蒸发器上的进料入口相连；一个卸料管道，用来输出最终的混合多组分蒸汽，它与蒸发器上的卸料出口相连；和一个强制液体循环管道，其循环入口端与蒸发器的卸料侧端部分相连，其循环出口端与蒸发器的进料侧端部分相连，在循环管道的循环入口端与循环出口端之间，装有一个液体传递装置，这样，未蒸发的混合多组分液体部分经循环管道的循环入口端、液体传递装置和循环出口端而被强制循环。
本发明用于形成混合多组分蒸汽的方法包括以下步骤将含有两种或更多种彼此沸点不同且可互溶或共存的液体组分的混合多组分液体，输入到薄膜蒸发器的进料侧端部分；在蒸发器中蒸发混合多组分液体；和从蒸发器的卸料侧端部分排放出最终的混合多组分蒸汽，其中，蒸发器中未蒸发的混合多组分液体部分通过循环管道被强制循环，循环管道带有一个与蒸发器的卸料侧端部分相连接的循环入口端，一个与蒸发器的进料侧端部分相连接的循环出口端，和位于循环管道的循环入口端与循环出口端之间的液体传递装置，通过循环入口端，从蒸发器的卸料侧端中回收未蒸发的混合多组分液体部分，再经循环管道的强制液体传递装置和循环出口端，将回收的未蒸发的混合多组分液体部分重新输送到蒸发器的进料侧端，这样，可有助于两种或更多种液体组分的同时蒸发和混合多组分蒸汽的形成，在该混合多组分蒸汽中的两种或更多种组分，具有与混合多组分液体大致相同的的组成。
采用本发明的设备可以制备气相催化反应产物，该设备包括本发明的形成混合多组分蒸汽的设备，和一个气相催化反应器，它通过混合多组分的卸料管道与制备混合多组分蒸汽的设备相连，它还具有一个排气管道，用来将最终的含有反应产物的气体部分从反应器中排放出来。
而且，采用本发明的方法可以制备气相催化反应产物，该方法包括以下步骤根据本发明的方法形成混合多组分蒸汽，使混合多组分蒸汽进行气相催化反应过程，和收集最终的含有反应产物的气体部分。
图1为本发明实施例的用来制备混合多组分蒸汽的设备结构示意图，图2为实施例用来制备混合多组分蒸汽的设备中的薄膜蒸发器的正面剖示图，图3为图2的薄膜蒸发器沿着A-A线的侧面剖示图，图4为实施例中的用来制备气相催化反应产物的设备的结构示意图，其中包括本发明的制备混合多组分蒸汽的设备。
图1给出了本发明形成混合多组分蒸汽的设备的实施方案的结构，混合多组分液体，经与供料源相连接的进料管道2和位于蒸发器1的进料侧端部分的进料入口1a，输送到薄膜蒸发器1，在蒸发器1中进行加热，最终的混合多组分蒸汽，经位于蒸发器1的卸料侧端部分的卸料出口1b和卸料管道5，从蒸发器1输送到蒸发器1的外部。
未蒸发的混合多组分液体部分经液体循环管道3输送到蒸发器1中。在这个循环过程中，液体部分采用液体传递装置如液体泵4，经循环入口端3a回收流入液体循环管道3，接着经位于蒸发器1的混合液体进料侧端部分的循环出口端3b，重新流回到蒸发器1。
对于液体传递装置4的类型没有限制，只要液体传递装置4在所希望的高温下能够传递混合液体则可。通常，液体传递装置4是选自柱塞泵、隔膜泵、非密封泵和机械密封泵。
图2和图3给出了薄膜蒸发器1的结构。在图2和图3中，加热主体是由外围的围墙22和进料端盖板26和卸料侧端盖板26a所围成的。外围的围墙22可以是直筒圆筒或渐缩圆筒，如图2所示。蒸发器1的外围围墙22带有一个用来向蒸发器1输送混合多组分液体的进料入口1a和一个用来排放蒸发器1中的最终的混合多组分蒸汽的卸料出口1b。进料入口1a设置在邻近蒸发器1进料侧端盖板26的进料侧端部分，而卸料出口1b设置在邻近蒸发器1卸料侧端盖板26a的卸料侧端部分。此外，外围围墙22还带有一个循环管道3的循环入口端3a和一个循环管道3的循环出口端3b。循环入口端3a位于蒸发器1的卸料侧端部分，循环出口端3b位于蒸发器1的进料侧端部分。蒸发器1的外围围墙22覆盖有一层加热夹套23，它带有一个用来将加热介质输送到加热夹套23的入口30，和一个用来从加热夹套23输出加热介质的出口28。而且，卸料侧端盖板26a具有一个通道26b，通过该通道加热介质可流到蒸发器1的卸料侧端部分。
回转轴20沿着蒸发器1的轴心，由进料侧端盖板26延伸穿过外围围墙22的内腔和卸料侧端盖板26a。回转轴20的一端延伸出进料侧端盖板26的外部，由轴承24和轴密封室25支撑，回转轴20由发动机29带动而旋转。回转轴20的另一端延伸出卸料侧端盖板26a的外部，由轴承24a支撑。
回转轴20有多个回转翼21，用来搅拌蒸发器1中的混合多组分液体。
参见图1、图2和图3，含有两种或更多种彼此沸点不同且可互溶或共存的液体组分的混合多组分液体，经进料管道2和进料入口1a输送到蒸发器1的内腔，用回转搅拌翼进行搅拌，采用流经加热夹套23并从通道26b中流出的加热介质对其进行加热至一定的温度，使混合液体中各组分在该温度下能够蒸发。在此蒸发过程中，蒸发器1中未蒸发的混合多组分液体部分，通过循环管道3进行循环。具体地说，未蒸发的混合多组分液体部分，采用液体传递装置如液体泵4，经循环入口端3a输送到液体循环管道3，接着经循环出口端3b，重新流回到蒸发器1。
在蒸发器1中，为了促进混合多组分液体的蒸发，混合多组分液体采用回转翼21进行搅拌，在外围围墙22的内侧表面形成混合液体薄膜，并采用加热夹套23对其进行加热。混合液体的循环，使得最终的混合多组分蒸汽具有与混合多组分液体相似的组成。只要混合多组分液体能够以上述的薄膜形式进行蒸发则可，而对蒸发器的类型、形状和尺寸则不作要求。
在本发明的设备中，优选的薄膜蒸发器是选自水平方向渐缩的直筒圆筒型薄膜蒸发器、垂直向下渐缩的直筒圆筒型薄膜蒸发器、垂直向上渐缩的直筒圆筒型薄膜蒸发器，所有这些薄膜蒸发器都是热交换器，在其内侧表面上可延展形成一层薄膜。在渐缩的圆筒型蒸发器中，圆筒的周长从进料端到卸料端是逐渐缩小的。
在本发明用于形成混合多组分蒸汽的设备中，循环管道3非强制地可带有用来贮存循环混合液体部分的容器6。贮存容器6设置在循环入口端3a和泵4之间，它有助于将循环混合液体，经循环出口端3b，稳定地重新输送到蒸发器中。贮存容器6可带有一个连接在容器6底部的回流管道6a。通过回流管道6a，从排放的混合蒸汽中分离出来的冷凝混合液体，又重新流回到贮存容器6。在循环管道3的贮存容器6和泵4之间可非强制地设置一个过滤器7。过滤器7可除去循环混合液体中的固体物质。
为了将循环混合液体排放到循环管道3的外部，在循环管道3中的泵4和循环出口端3b之间可非强制地连接一个排放管道8。
在蒸发器1中制得的最终混合多组分蒸汽，经卸料出口1b和卸料管道5，排放到设备的外部。卸料管道5最好带有一个绝热装置或一个加热装置，用来防止混合蒸汽在流经卸料管道5时发生局部冷凝。
参见图4，进料管道2与混合多组分液体的供料源相连，在供料源和进料入口1a之间可非强制地设置一个液体传递装置如液体泵10，在泵10和进料入口1a之间设置一个预热器11。如果蒸汽是由贮存在混合液体配制容器9中的混合液体制备的，则蒸汽可非强制地输送到冷凝器9a中以冷凝蒸汽，该冷凝的液体又重新流回到混合液体配制容器9。容器9是用来将供料源提供的多种液体组分，配制成混合多组分液体。为了配制混合液体，容器9可非强制地配备有一个搅拌装置(图中未画出)，使多组分液体均匀混合，和一个加热装置(图中未画出)，使多组分液体充分互溶。
预热器11可以是一种使用加热介质的热交换器。
在如图4所示的设备中，连接在蒸发器1的卸料出口1b的卸料管道5，与气体/液体分离器15相连接，来自蒸发器1的混合蒸汽在此分离为冷凝混合液体部分和未冷凝混合蒸汽部分。气体/液体分离器15与加热器12相连，从气体/液体分离器15中排放出来的未冷凝混合蒸汽部分，在此被加热或过热至所希望的温度。加热器12与气体/液体分离器16相连，在此，从加热器12排放出来的加热混合蒸汽，分离为冷凝混合液体部分和未冷凝混合蒸汽部分。气体/液体分离器16与反应器13相连，在此，从气体/液体分离器16中排放出来的未冷凝混合液体部分中的多组分蒸汽相互进行反应，或者是与混合蒸汽接受器相连。
反应器13是一个气相催化反应器，各蒸汽组分可在此互相进行催化反应。
反应器13有一个排气管道14，用来排放反应器中的最终反应产物。
气体/液体分离器15和气体/液体分离器16，经回流管道6a与循环混合液体贮存容器6相连，通过回流管道6a，在气体/液体分离器15和气体/液体分离器16中分离出来的混合液体重新流回到贮存容器6。
反应器13经排气管道14与冷凝器17相连，反应器13中的反应产物通过排气管道14排放出来。在冷凝器17中，冷却排放出来的反应产物至所希望的温度。经冷却的反应产物经排气管道17a从冷凝器17中排放出来并进行收集。
在本发明用于形成混合多组分蒸汽的方法中，含有两种或更多种组分的混合多组分液体，彼此的沸点温度各不相同而且彼此能够互溶或共存。
为了防止或限制各组分的热劣化，特别是那些具有高的沸点温度组分的热劣化，混合多组分液体输送到蒸发器中的进料温度优选约为50-300℃，更优选为80-250℃，最好为100-220℃。
高沸点组分优选由一种有机化合物所组成的，在常压下，其沸点温度为100-350℃，更优选为120-300℃，最好为150-290℃，基本不与其它的低沸点组分发生反应，而且在温度为50℃至300℃的范围内能够与其它的低沸点组分互溶或共存。
可用于本发明方法的高沸点有机化合物，优选选自那些具有低的热敏性和高的抗热劣化性的物质，尤其是选自那些单羟基和二羟基芳香化合物(酚类化合物)，它们可以被至少一种取代基，如选自低碳烷基、优选为具有1-6个碳原子和卤素原子的取代基所取代。
特别地，可用于本发明的高沸点有机化合物是选自单羟基芳香化合物如苯酚和邻甲氧基苯酚；多羟基芳香化合物如邻苯二酚、对苯二酚和间苯二酚；和取代的羟基芳香化合物，如2-甲基-邻苯二酚、4-甲基-邻苯二酚、2-甲基对苯二酚、2-氯代邻苯二酚和4-氯代邻苯二酚。
在混合多组分液体中，低沸点液体组分，在常压下，其沸点温度低于高沸点的有机化合物的沸点温度，优选的的沸点温度为50-250℃，更优选为50-220℃，最好为60-200℃，。在温度为50℃至300℃的范围内，高沸点的有机化合物和低沸点有机化合物能够彼此互溶或共存，优选是相互不发生反应。
优选的低沸点的有机化合物可溶于高沸点的有机化合物或者是可与高沸点的有机化合物的熔融物均匀地混合。
低沸点有机化合物，优先选自脂族醇、脂环醇、脂族醚、脂族酮、脂族二元醇、脂族羧酸酯、脂族烃、脂环烃和芳香烃，优选的每种物质其沸点温度为50-200℃，更优选为60-150℃。低沸点化合物可以是水。
低沸点的脂族醇包括具有1-6个碳原子的单羟基低碳脂族醇，如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇和己醇；和二羟基脂族醇如乙二醇。
脂环醇包括环己醇，醚类包括二甲醚、二乙醚、甲乙醚、甲基异丙基醚和甲基异丁基醚；酮类包括二甲酮和二乙酮；脂族羧酸酯包括甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯和乙二酸酯。
在本发明的方法中，高沸点组分和低沸点组分混合的重量比范围优选为0.5∶99.5至90∶10，更优选为1∶99至80∶22。高沸点组分和低沸点组分混合的重量比范围还可优选为20∶80至80∶20，进一步优选为30∶70至70∶30。
在本发明的方法中，例如，将100份重量的在常压下其沸点温度为150-300℃，特别是60-150℃，尤其是100-200℃，更特别是180-290℃的高沸点酚类化合物，与80-120份重量的其沸点温度为50-200℃，特别为120-180℃的低沸点脂族醇互相混合，低沸点脂族醇的沸点温度低于高沸点酚类化合物的沸点温度，且能与高沸点酚类化合物共存，最终的混合二组分液体可高效地用来制备具有所希望组成的混合二组分蒸汽。
在本发明的方法中，将上述的混合多组分液体输送到薄膜蒸发器1的进料侧端部分；在蒸发器中进行蒸发，同时蒸发器中的未蒸发的混合多组分液体部分，经循环管道3被强制地进行循环，循环管道3带有与蒸发器的卸料侧端部分相连的循环入口端3a、与蒸发器的进料侧端部分相连的的循环出口端3b、和位于循环管道的循环入口端与循环出口端之间的强制液体传递装置如液体泵4，回收从蒸发器的卸料侧端排放出来的未蒸发的混合多组分液体部分，通过循环入口端，再经循环管道的强制液体传递装置和循环出口端，将回收的未蒸发的混合多组分液体部分重新输送到蒸发器的进料侧端部分的绝热管道，并从蒸发器的卸料侧端部分排放出混合多组分蒸汽。正是由于经上述的过程，两种或更多种液体组分可同时进行蒸发，从而制得混合多组分蒸汽，在该混合多组分蒸汽中的两种或更多种组分具有与混合多组分液体大致相同的的组成。
在薄膜蒸发器中，新输入的混合多组分液体经回转翼的搅拌与循环混合液体均匀混合，混合多组分液体以薄膜的形式，在蒸发器的外围围墙的内侧表面上延展，并进行蒸发。
回转翼以一定的旋转速率进行旋转，它取决于混合液体的粘度和回转翼的直径(回转轴的轴心与回转翼外端之间的长度)，这样回转翼以一定的圆周线速度进行旋转，以满足液体在蒸发器的内侧表面形成混合液体薄膜的需要。在渐缩的圆筒型蒸发器中，回转翼的直径从蒸发器的进料端到卸料端是逐渐减小的。
例如，当回转翼的半径为200-600mm时，回转翼的旋转速率优选为50-500r.p.m.，特别优选为100-300r.p.m。
在本发明的方法中，循环混合液体可非强制地地经过滤器7过滤，以除去固体物质(如沉淀)，为了长时间稳定地循环混合液体，循环混合液体部分可非强制地连续或间断地经排放管道8从循环管道3中排放出来。在本发明的方法中，混合液体的进料流速(B)和混合液体的循环流速(A)的比值(B)/(A)优选为0.1/1至20/1，优选为0.5/1至15/1，更优选为1/1至10/1。
如果流速比值(B)/(A)过高，则混合液体的停留时间将延长，使得高沸点组分的热劣化加剧，而且热能损耗也很高。但是，如果比值(B)/(A)过低，则最终的混合蒸汽的组成可能与目标组成有差别和/或最终混合蒸汽的组成可能会随着时间的改变而改变。
在本发明的方法中，混合多组分液体以薄膜(薄层)的形式在薄膜蒸发器1的内侧表面延展，并从蒸发器的进料侧端部分流向卸料侧端部分。在此过程中，为了防止或限制高沸点组分的热劣化，薄膜形式的混合液体的蒸发温度取决于混合液体的组成即高沸点组分和低沸点组分的含量，和各组分各自的沸点温度。通常，优选的蒸发温度为80-320℃，更优选为100-300℃，进一步优选为120-280℃。
在本发明的方法中，混合多组分液体是在上述的薄膜蒸发器中进行蒸发的，最终混合多组分蒸汽具有与混合液体组成相似的组成，它经卸料管道5从蒸发器的卸料出口1b中排放出来，其中的具有所希望组成的最终混合蒸汽，可连续稳定地供给随后的步骤。在随后的步骤中，混合蒸汽可用来作为所希望的气相反应的原料气体。
参见图4，混合多组分蒸汽经卸料管道5从蒸发器1中排放出来，并输送到气相反应器13，它可非强制地经气体/液体分离器15、加热器12和气体/液体分离器16。优选地，卸料管道是由双管道形成的，具有一个可让热介质通过的环形通道，或者是带有一个绝热装置，以防止混合蒸汽的局部冷凝。而且，排放的混合蒸汽，最好采用一个热交换器型的加热器12，对其进行预热或过热处理。当从蒸发器中排放的混合蒸汽部分，和/或经加热器12加热的混合蒸汽部分进行冷凝后，冷凝的液体部分通过气体/液体分离器15和16，从混合蒸汽和热混合蒸汽中排放出来。
气体/液体分离器15和16与循环管道3中的混合液体贮存容器6相连。经分离的化合物液体部分采用混合液体贮存容器6进行回收。
采用本发明的设备和方法，来制备用于两种或更多种组分相互间进行气相催化反应的原料蒸汽是有利的，各组分的沸点可各不相同，但相互可以互溶或共存。
该气相催化反应可用来制备芳香族二羟基化合物的烷基醚，特别是由烷基醇和二羟基酚类化合物所形成的二羟基酚类化合物的烷基醚。
用来制备气相催化反应产物的设备包括上述本发明形成混合多组分蒸汽的设备，和一个气相催化反应器，它通过混合多组分的卸料管道与形成混合多组分蒸汽的设备相连接，它还具有一个排气管道，用来将最终的含有反应产物的气体部分从反应器中排放出来。
用来制备气相催化反应产物的方法包括以下步骤根据上述的本发明的方法形成混合多组分蒸汽；混合多组分蒸汽进行气相催化反应过程；和收集最终的含有反应产物的气体部分。
在上述的制备气相催化反应产物的方法中，混合多组分蒸汽是由邻苯二酚和一种低碳烷基醇所制得的，在反应步骤中，邻苯二酚和该低碳烷基醇在催化剂存在的条件下，在气相中相互反应，收集含有邻苯二酚烷基醚的最终气体部分。
在混合的邻苯二酚-低碳烷基醇液体中，邻苯二酚和低碳烷基醇混合的重量比范围优选为1∶99至90∶10，更优选为10∶90至80∶20。邻苯二酚和低碳烷基醇混合的重量比范围还可优选为30∶70至70∶30，特别优选为40∶60至60∶40。
优选的低碳烷基醇是选自具有1-4个碳原子的脂族烷基醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、和异丁醇，特别优选的为甲醇和乙醇。
为了防止或限制邻苯二酚的热劣化，邻苯二酚-低碳烷基醇混合液体的混合，是在该混合液体的液化温度或更高温度，但不高于混合液体的汽化温度下进行的，优选的温度约为100-250℃，更优选为120-220℃。
参见图4，在采用本发明的设备和方法，制备邻苯二酚的烷基醚过程中，将邻苯二酚和低碳烷基醇的混合物输送到混合液体配制容器9。如果在容器9中有蒸汽产生，则蒸汽将被输送到冷却器(冷凝器)9a并在其中冷凝。最终经冷凝的液体重新流回到容器9该混合液体经泵10输送到预热器11，加热到所希望的温度，即100-250℃。经预热的混合液体通过进料管道2和进料入口1a，输送到蒸发器的进料侧端部分。
该混合液体在蒸发器1中进行蒸发，同时未蒸发的混合多组分液体部分经循环管道3，以在前面所述的方式进行循环。
在蒸发器中，为了防止或限制邻苯二酚的热劣化，混合液体的蒸发温度取决于低碳烷基醇和邻苯二酚的含量。通常，优选的蒸发温度为180-280℃，更优选为200-260℃，进一步优选为210-240℃。
最终的具有与混合液体相似组成的混合蒸汽，经卸料出口1b和卸料管道5，从蒸发器1中排放出来。
排放出来的混合气体部分经冷凝后，冷凝的液体部分经气体/液体分离器15，从未冷凝的混合蒸汽中分离出来，并经回收管道6a重新流回到贮存容器6，与循环混合液体混合。未冷凝的混合蒸汽输送到加热器12中加热到所希望的温度，如180℃或者更高的温度，经加热的混合蒸汽输送到气相反应器13。加热的混合气体部分在冷凝之后，采用气体/液体分离器16将冷凝的液体部分从该加热的混合蒸汽中移去，并经回收管道6a重新流回到循环管道3中的贮存容器6之中。流回的液体部分并流到循环管道3中的循环混合液体之中。
在反应器13中，该加热的混合蒸汽中的低碳烷基醇和邻苯二酚，可非强制地在催化剂存在的条件下，相互发生反应，从而制得邻苯二酚的低碳烷基单醚或二醚。
最终的含有邻苯二酚的低碳烷基醚的气相部分，经排气管道14从反应器13中排放出来。然后，非强制地，将排放的含有目标物邻苯二酚的烷基醚的反应产物气体输送到冷却器17中，如一种热交换器型的冷却器，以冷却产物气体至温度低于烷基醇的沸点温度，优选为20℃或者更高但不高于烷基醇的沸点温度，更优选为30-60℃。最终的冷凝反应产物经收集管道17a，对其进行收集。
将所收集到的反应产物进行蒸馏处理，使邻苯二酚烷基醚从反应产物中分离出来。在蒸馏处理之前，可采用热交换器型加热器12对其进行预热处理。然后，将经预热的反应产物输送到蒸馏柱中。
在制备邻苯二酚的烷基醚的过程中，如果邻苯二酚-低碳烷基醇的混合液体是以进料流速(B)输送到薄膜蒸发器中，并以循环流速(A)经循环管道进行循环，则进料流速(B)相对循环流速(A)的比值(B)/(A)，优选为0.5/1至20/1，更优选为1/1至15/1，进一步优选为2/1至10/1。如果比值(B)/(A)过高，则在混合蒸汽发生器中的混合液体的停留时间会变得过久，从而使得邻苯二酚的热劣化加剧。但是，如果比值(B)/(A)过低，则最终的混合蒸汽的组成可能与目标组成有差别，或者是不能在一段较长的时间里稳定地获得所希望的混合蒸汽。
在制备邻苯二酚的烷基醚的过程中，适用于反应器13的催化剂不局限于某一种特定类型的催化剂，只要该催化剂作为一种脱水反应催化剂，能加速低碳烷基醇和邻苯二酚的气相反应则可。
优选的催化剂选自含碱金属催化剂如碱金属的氢氧化物、碳酸盐和碳酸氢盐；对甲基苯磺酸和/或磷酸铝催化剂；Al-B-P催化剂；Al-B-P-碱土金属催化剂；Al-B-P-Si催化剂；Al-P-Ti-Si催化剂；和含有一种来自硼酸和磷酸的活性组分且负载在含有惰性氧化铝载体之上的催化剂。
在制备邻苯二酚的烷基醚的过程中，优选采用的为Al-P催化剂。如日本未审查的专利公开号No.4-341345所公开的，Al-P催化剂包括一种可用AlaPbTiSidOe表示的Al-P-Ti-Si-O脱水反应催化剂(其中的a、b、c、d、和e分别表示Al、P、Ti、Si和O的原子数目，a＝1，b＝1.0-1.9，c＝0.05-0.5，d＝0.05-0.2和e＝4.1-7.0)。在制备邻苯二酚的烷基醚的过程中，为提供一种催化剂组合物，可向上述的Al-P-Ti-Si催化剂中，添加一种每个铝原子含有0.004-0.015个硫原子的催化剂。
在反应器中低碳烷基醇与邻苯二酚的气相反应，优选是在常压或较高压力如1-50kg/cm2G，更优选为1.5-30kg/cm2G下，温度为200-400℃下进行的，更优选为220-350℃，进一步优选为230-300℃。
从反应器13中排放出来的反应产物中含有作为目标产物的邻苯二酚单烷基醚和邻苯二酚二烷基醚，和视为杂质的未反应的烷基醇、未反应的邻苯二酚和副产物。在蒸馏过程中，未反应的烷基醇作为气体部分，经蒸馏柱顶部放出，而含邻苯二酚烷基醚的液体作为液体部分，从蒸馏柱中排放出来。对液体部分进行精馏处理，经精馏的邻苯二酚烷基醚作为气体部分，经精馏柱顶端对其进行收集。上述的制备邻苯二酚烷基醚的方法，可适用于制备芳基二羟基化合物的单烷基醚，如邻甲氧基苯酚和邻苯二酚的单乙基醚。
实施例通过下面的实施例与对比例的比较，对本发明作进一步的说明。
实例1采用如图1、2和3所示的设备，来形成邻苯二酚和甲醇的混合蒸汽。
在制备邻苯二酚-甲醇混合蒸汽的过程中，重量百分比为54％的邻苯二酚和46％的甲醇的混合液体，先经预热器预热至160℃，以1000kg/hr的进料速率输送到水平薄膜蒸发器中，它的导热面积(渐缩的外围围墙的内侧表面积)为4m2。蒸发器具有一个内径为860-750mm渐缩的圆筒，和连接在回转轴上的回转翼。回转轴以160r.p.m.的速率进行旋转。在蒸发器中，通过采用流经覆盖渐缩的圆筒加热夹套的加热介质，对混合液体进行加热，未蒸发的混合多组分液体部分经循环管道3以200kg/hr的速率进行循环，如图1所示。
蒸发器中的混合液体，通过回转翼的搅拌，以薄膜的形式在渐缩的圆筒的内侧表面上延展，并采用加热夹套对其进行加热。
当回流到循环管道的混合液体的温度设定在225℃，而且贮存容器中回收的混合液体的液面保持不变时，就可连续地从蒸发器中排放出具有目标组成的最终混合蒸汽。
循环混合液体部分以25千克/天的数量，经设置在液体泵和循环管道的回流出口端之间的排放管道，间断地从循环管道中排放出来。
在实例1中，混合蒸汽的制备过程可连续地进行210天或者更长时间，在混合蒸汽的过程中，邻苯二酚的热劣化约为进料邻苯二酚总重量的0.1％。
表1给出的是进料管道2、循环管道3和来自循环管道的排放管道8中的混合液体的组成，和卸料管道5中的混合蒸汽的组成。
表1
表1清楚地表明，流经进料管道2的混合液体与流经卸料管道5的混合蒸汽，具有非常相似的组成，而且可以长时间地获得这种有利的结果。
对比例1采用与实例1相同的方法，形成混合邻苯二酚-甲醇蒸汽，不同之处在于具有与实例1相同组成的混合邻苯二酚-甲醇液体，以1000kg/hr的速率输送到蒸发器中，但是没有对未蒸发混合多组分部分进行循环，输入到加热夹套23的加热介质的总量和从循环管道3排放的混合液体的排放速率改为59千克/天，蒸发过程持续7天。
表2给出的是在为期7天的处理过程中，进料管道2、循环管道3和排放管道8中的混合液体的平均组成，和卸料管道5中的混合蒸汽的组成。
表2
在对比例1中，提高加热介质的进料流速，将会引起邻苯二酚热劣化副产物的增加，在混合蒸汽的制备过程中损失的邻苯二酚的重量百分比可达11％。
而且，在对比例1中，起动混合蒸汽制备步骤约7天后，混合液体变得不稳定，蒸发器中有锅垢发生沉积，因此，必须要停止混合蒸汽制备步骤，以清除薄膜蒸发器中的锅垢。
实例2采用如图1、2、3和4所示的设备，来形成邻苯二酚和甲醇的混合蒸汽，并由混合气体制备邻甲氧基苯酚。
在制备邻苯二酚-甲醇混合蒸汽的过程中，重量百分比为54％的邻苯二酚和46％的甲醇的混合液体，先经预热器预热至160℃，以1000kg/hr的进料速率输送到水平薄膜蒸发器中，它的导热面积(渐缩的外围围墙的内侧表面积)为4m2。蒸发器具有一个内径为860-750mm的渐缩的圆筒，和连接在回转轴上的回转翼。回转轴以160r.p.m.的速率进行旋转。在蒸发器中，通过采用流经覆盖渐缩的圆筒加热夹套的加热介质，对混合液体进行加热，未蒸发的混合多组分液体部分经循环管道3以200kg/hr的速率进行循环，如图1所示。
蒸发器中的混合液体，通过回转翼的搅拌，以薄膜的形式在渐缩的圆筒的内侧表面上延展，并采用加热夹套对其进行加热。
当回流到循环管道的混合液体的温度设定在225℃，而且贮存容器中回收的混合液体的液面保持不变时，就可连续地从蒸发器中排放出具有目标组成的最终混合蒸汽。
循环混合液体部分以25千克/天的数量，经设置在液体泵和循环管道的回流出口端之间的排放管道，间断地从循环管道中排放出来。
通过热交换器采用加热介质，对从蒸发器中排放出来的混合邻苯二酚-甲醇蒸汽进行过热处理，至温度为230℃，再与另一种由作为醚化反应(脱水反应)催化剂成份的硼化物和甲醇所制得的混合气体相混合，接着作为原料蒸汽，输入到其内装有含磷的醚化催化剂的气相反应器中(如日本未审查的专利公开号No.4-341345中所公开的实例1)。在反应器中，邻苯二酚与甲醇的催化反应制备邻甲氧基苯酚，是在压力为0.35kg/cm2G和温度为270℃的条件下进行的。最终的含有邻甲氧基苯酚的气体从反应器中排放出来，用冷却器进行冷却和冷凝。从冷却器中收集冷凝的液体并贮存在贮藏罐中。
实例2中的产物邻甲氧基苯酚的制备可连续地进行210天或者更长时间，在混合蒸汽的过程中，邻苯二酚的热劣化约为进料邻苯二酚总重量的0.1％。
表3给出的是进料管道2、循环管道3和来自循环管道的排放管道8中的混合液体的组成，和卸料管道5中的混合蒸汽的组成，和来自反应器13的排气管道14中的反应产物蒸汽的组成。
表3所示是在为期100天时间各组成的平均值。
表3
对比例2采用与实例2相同的方法，形成混合邻苯二酚-甲醇蒸汽，并用制得的混合蒸汽制备邻甲氧基苯酚，不同之处在于具有与实例1相同组成的混合邻苯二酚-甲醇液体，以1000kg/hr的速率输送到蒸发器中，但是没有对未蒸发混合多组分部分进行循环，输入到加热夹套的加热介质的总量和从循环管道3排放的混合液体的排放速率改为59千克/天，蒸发过程持续7天。
表4给出的是在为期7天的处理过程中，进料管道2、循环管道3和排放管道8中的混合液体的平均组成，卸料管道5中的混合蒸汽的组成，和来自反应器13的排放管道14中的反应产物蒸汽的组成。
表4
在对比例2中，提高加热介质的进料流速，将会引起邻苯二酚热劣化副产物的增加，在混合蒸汽的制备过程中损失的邻苯二酚的重量百分比可达11％。
而且，在对比例中，在起动混合蒸汽制备步骤约7天后，混合液体变得不稳定，蒸发器中有锅垢发生沉积，这样，必须要停止混合蒸汽制备步骤，以清除薄膜蒸发器中的锅垢。
采用本发明的设备和方法，在制备二羟基苯酚类化合物的烷基醚的过程中，可以高稳定性地获得与其混合液体具有相似组成的烷基醇和二羟基苯酚类化合物混合蒸汽，而且可防止或限制二羟基苯酚类化合物的热劣化，从而可在长时间内高效稳定地制备目标物烷基醚。
权利要求
1.一种形成混合多组分蒸汽的设备，该设备包括一个薄膜蒸发器(1)，它带有一个进料入口(1a)和一个卸料出口(1b)，含有两种或更多种彼此沸点不同且可互溶或共存的液体组分的混合多组分液体，通过进料入口输入到蒸发器，最终的混合多组分蒸汽通过卸料出口从蒸发器中排出；一个进料管道(2)，用来输入混合多组分液体，它与蒸发器上的进料入口相连；一个卸料管道(5)，用来输出最终混合多组分蒸汽，它与蒸发器上的卸料出口相连；和一个强制液体循环管道(3)，其循环入口端(3a)与蒸发器的卸料侧端部分相连，其循环出口端(3b)与蒸发器的进料侧端部分相连，在循环管道的循环入口端与循环出口端之间，装有一个液体传递装置(4)，在其中，未蒸发的混合多组分液体部分经循环管道的循环入口端、液体传递装置和循环出口端而被强制循环。
2.权利要求1所述的形成混合多组分蒸汽的设备，其中的薄膜蒸发器在其周围进一步配有加热装置(23)。
3.权利要求1所述的形成混合多组分蒸汽的设备，其中的进料管道还包括一种用来配制混合多组分液体的容器(9)和一种位于该容器和蒸发器进料入口之间的液体传递装置(10)。
4.权利要求3所述的形成混合多组分蒸汽的设备，其中的进料管道还包括一种预热器(11)，位于液体传递装置和蒸发器的进料入口之间。
5.权利要求1所述的形成混合多组分蒸汽的设备，其中的薄膜蒸发器是选自水平方向渐缩的直筒圆筒型薄膜蒸发器、垂直向下渐缩的直筒圆筒型薄膜蒸发器或垂直向上渐缩的直筒圆筒型薄膜蒸发器。
6.权利要求1所述的形成混合多组分蒸汽的设备，其中的用来排放混合多组分蒸汽的卸料管道，与用于催化蒸汽各组分间的相互反应的气相催化反应器(13)相连接，反应器带有一个排气管道(14)，用来排放反应器中的最终的反应产物。
7.一种生产气相催化反应产物的设备，包括权利要求1所述的形成混合多组分蒸汽的设备，和一个气相催化反应器，它通过混合多组分蒸汽的卸料管道(5)与形成混合多组分蒸汽的设备相连，它还具有一个排气管道(14)，用来将最终的含有反应产物的气体部分从反应器中排放出来。
全文摘要
通过采用一种含有一个薄膜蒸发器(1)，具有一个进料入口(1a)和一个卸料出口(1b)的设备，可将一种含有两种或多种沸点不同且可互溶或共存液体组分的混合多组分液体蒸发成一种与混合液体具有相似组成的混合蒸汽，同时强制循环未蒸发的混合多组分液体部分，是通过回收蒸发器卸料侧端部分中排放的未蒸发的混合液体部分，经循环管道(3)将混合液体部分重新输入到蒸发器的进料侧端部分的方法而实现的，最终的混合多组分蒸汽可用作气相催化反应的混合原料，如用来制备芳香二羟基化合物的单烷基醚和/或二烷基醚。
文档编号C07C41/09GK1500546SQ200310113819
公开日2004年6月2日 申请日期1998年10月28日 优先权日1997年10月28日
发明者稻叶悠纪夫, 藤田和则, 小藤宏, 则 申请人:宇部兴产株式会社