一种合成聚甲氧基二甲醚的连续反应装置的制造方法_2

文档序号:9211033阅读:来源:国知局
。根据其实施例提供的数据核算,反应管内全截面线速 似乎很低,两相是否能够充分混合,分散相是否能够充分分散未见说明。此外,尽管主反应 序列为可逆放热反应,但是由于反应动力学的限制,单位时间、单位反应器有效容积的放热 速率有限,是否需要很大的比换热面积,也是一个问题。
[0021] 中国专利CN103360224A公开了将搅拌釜式反应器中合成与随后在膜分离装置中 脱水以使反应平衡朝有利于生成目的产物的方向移动的方案,再将脱水产物循环回反应 器,直至甲醛反应完全的反应/分离耦合装置。显然,搅拌釜式反应器/膜分离脱水装置作 为一个整体仍然处于间歇操作,似将影响过程强度,不利于单系列装置大规模化。
[0022] 综上,以多聚甲醛和甲缩醛或三聚甲醛与甲缩醛为原料制备目的产物DMMn的研 宄已经较多,涉及到的催化剂几乎覆盖了所有重要类型的酸性催化剂,但是在实施过程中 发现,以多聚甲醛和甲缩醛或三聚甲醛与甲缩醛作为原料,以所采用过的各种酸性催化剂 在加压条件下进行的实验都表明,所涉及到的是一个慢速的固-固-液、固-液或液-液复 杂非均相催化反应体系,因此导致一般的工艺中,其化学反应速率都很低,反应过程一般均 需持续数小时甚至更长的时间。因此,研发适用的反应装置已经成为限制这一技术大规模 工业化的关键之一。

【发明内容】

[0023]因此,本发明所要解决的关键技术问题在于根据反应体系的热力学、动力学特性 以及物相特性,提出适合于大规模工业化的反应装置构型和优化的操作模式,以便提高化 学反应的宏观速率、目的产物的单程收率和目的产物序列中甲氧基聚合度较高物质的选择 性。
[0024] 本发明所述的合成聚甲氧基二甲醚的连续反应装置,所述反应以多聚甲醛和甲缩 醛或以三聚甲醛和甲缩醛为原料,在酸性催化剂条件下进行反应;
[0025] 所述连续反应装置包括多级串联或串、并联组合的釜式反应器,以及实现所述反 应混合物与催化剂固液分离的在线固液分离装置;
[0026] 每级所述釜式反应器中,彼此独立地控制其操作压力为I. 0-4.OMPa、操作温度为 50-120°C,原料多聚甲醛或三聚甲醛均以其所含甲醛的摩尔数计,与甲缩醛摩尔数之比为 0. 5-5. 0 ;所述催化剂的用量为反应原料总量的I. 0-4.Owt% ;
[0027] 每级所述釜式反应器中,设有轴流式搅拌桨,单层桨叶数为2至6以保证反应物料 达到充分的混合。
[0028] 优选的,每级所述釜式反应器的最高操作压力为1.0-3.OMPa,最高操作温度 为110°C,多聚甲醛或三聚甲醛均以其所含甲醛的摩尔数计,与所述甲缩醛摩尔数之比为 1. 5-4. 0〇
[0029] 所述酸性催化剂优选现有技术中常规的强酸性阳离子交换树脂。
[0030] 优选的,当所述合成反应以多聚甲醛粉料和甲缩醛作为原料时,所述在线固液分 离装置设在最后一级所述反应器之后,用于反应混合物料/催化剂浆料的分离,并设置循 环管路,使液固相已经充分分离的催化剂与部分原料甲缩醛混合后,选择性地循环至第一 级所述反应器中,以实现反应装置连续稳定运行。
[0031] 优选的,当所述合成反应以已经充分预解聚的多聚甲醛和甲缩醛为原料或三聚甲 醛和甲缩醛作为原料时,在每一级所述反应器的内部或外部设置所述在线固液分离装置, 用于反应物料与催化剂的分离。
[0032] 进一步的,设置于每级所述反应器内部的在线固液分离装置由粉末冶金过滤元件 组装而成,共分为两组,一组过滤,另一组吹扫,交替切换,催化剂则被截留在反应器内;
[0033] 进一步的,设置于每级所述反应器外部的在线固液分离装置为在线、错流过滤的 列管式过滤器,由每级反应器内引出的反应混合物/催化剂浆料自上而下流经列管式过滤 器管内,浓缩的催化剂浆料循环回同一级反应器,滤液作为加料送到下一级反应器。
[0034] 相邻两级所述釜式反应器之间以操作压差作为过滤推动力,实现固液相过滤分离 和反应混合物的级间输送。
[0035] 每级所述反应器的筒体外侧设置有夹套或盘绕式半管作为开工加热器和正常运 行时的冷却器;在反应器内部设有换热器作为正常运行时的冷却器。
[0036] 每级所述反应器的底部设有催化剂起始流化与搅拌浆启动的连锁控制系统,以保 证催化剂加量较多时的操作安全。
[0037] 所述反应装置包括2-8级浆态床搅拌釜式反应器,并优选为4-7级反应器。
[0038] 各级所述反应器的温度依次逐级降低5_20°C;或者控制整个反应控制所述反应装 置的加料方式,从第一级反应器加入所有原料,也可以采用分布式进料,即大部分原料从所 述反应装置的第一级反应器加料,剩余部分原料按照一定比例从其后各级反应器加料。
[0039] 本发明所述反应装置,采用连续操作的、由2-8台浆态床搅拌釜式反应器串联或 串/并联组合而成的反应器构型。连续操作模式无疑有利于大规模工业化,而这种反应器 构型人为地将反应装置沿纵向(从原料进入到产物混合物流出的流程流向)分为若干个子 反应区(即单台浆态床搅拌釜式反应器),在每一个子反应区内非均相物系均能够充分混 合,但整个反应器组合的停留时间分布仍然能够接近平推流流型,有利于尽可能缩小整个 反应装置所需的总有效容积,降低一次投资。
[0040] 而本发明所述反应装置根据原料的种类、相态和整个反应过程中物相变化的具体 特征,分别设计了相适应的反应混合物/催化剂在线固液分离方案。例如,当采用多聚甲醛 粉料与甲缩醛作为原料时,可采用在反应混合物完全转化为液相后才实施反应混合物/催 化剂在线固液分离,然后将分离所得催化剂经过甲缩醛/催化剂浆液制备环节,循环回第 一级反应器的方案;当采用已充分预解聚的多聚甲醛或三聚甲醛和甲缩醛作为原料时,则 可采用在每一台反应器外部或内部配置专用的在线、错流过滤单元,将反应混合物/催化 剂分离成为滤液和含固体催化剂的浓缩浆液两个流股,利用相邻两个反应器之间的操作压 力差将滤液送入下一反应器作为加料,利用泵将含固体催化剂的浓缩浆液循环回同一反应 器的方案。
[0041] 同时,本发明所述反应装置,还对作为整个反应装置的基本功能单元的单台浆态 床搅拌釜式反应器进行了优化设计。为了强化催化反应过程并同时节能,每一台搅拌釜式 反应器均针对所述体系的化学物理特性,采用多层轴流式搅拌桨,并设计单层桨叶数为2 至6,旨在保证反应物料达到最高的混合效率,使反应混合物与催化剂构成的固-固-液或 固-液体系可控地处于"完全均匀混合"状态。同时,根据催化反应速率的沿程变化趋势,相 应地调整搅拌浆的装机功率和转速,以便在充分降低反应混合物/催化剂之间界面传热、 传质阻力的基础上尽可能减少搅拌混合过程的总能耗。
[0042] 本发明所述反应装置,还可采用多种可能的反应温度控制模式,除了每一台反应 器都在同一温度下采用等温操作外,还可以采用操作条件分布式控制的操作模式。理论计 算表明,在反应的可行温度区间内,目的产物合成反应的平衡常数对于温度变化十分敏感 而且敏感程度随产物中甲氧基聚合度增加而提高。基于上述对于反应体系热力学特性的认 识,本发明提出在基本消除扩散影响和适当的温度与压力条件下,对于连续操作的多级串 联浆态床搅拌釜式反应器,采用
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