以增强的热传递及改良的温度控制制备羟甲基烷烃的制作方法_2

文档序号:9692473阅读:来源:国知局
宜作为起始原料,条件为其在羰基的α位中含有至少一个氢。一般而言,使用具有8 至24个碳原子、较佳8至12个碳原子的芳烷基醛作为起始原料,例如苯乙醛。较佳者具有2至 12个碳原子的脂肪族醛。尤其较佳的C 2或更高碳数的可缩合醛包括乙醛、丙醛、正丁醛及异 丁醛。
[0026] 根据本发明所避免的不期望副产物包含二聚物(例如借助丁醛的自我醇醛缩合产 生的2-乙基己基二聚物)且可包含据信源自单羟甲基化合物(例如单羟甲基丁醛)的反应的 数种杂质。该等杂质包含,例如,
[0027] 里坏TMP-縮田西?rmnnocyclic TMP-formal,MCF):
[0028]
[0029]单线性双-TMP-缩甲醛(MBLF或TMP-BMLF):
[0030] [C2H5C(CH20H)2CH20]2CH2
[0031] 甲基_(单线性)TMP-缩甲醛:
[0032] C2H5C (CH20H) 2CH2OCH2OCH3
[0033] 及一.-TMP,
[0034]
[0035] 2_[2,2_双(羟甲基)丁氧基甲基]-2-乙基丙烷-1,3-二醇
[0036]在包含坎尼乍若工艺的一工艺中,阶段化碱添加亦减少了不期望的甲醇生成,此 提高了原料效率。
[0037] 如本文所用,坎尼乍若工艺指羟甲基烷烃合成,其中缩合中间物与额外甲醛及碱 反应以获得对应羟甲基烷烃,例如,如以下示意图中所示的坎尼乍若TMP合成:
[0038]
[0039] "管嵌件"及类似术语指设置于反应管中以增强混合及热传递的部件。管嵌件可为 静态混合器嵌件、边界层断续器嵌件、漩涡流嵌件、位移流嵌件或该等类型的嵌件的组合。 尤其较佳者为线包绕位移流嵌件,其将漩祸流及位移流增强(displacement flow augmentation)组合于一起。位移流嵌件借助阻挡距管壁最远的流及增加液体的雷诺数 (Reynolds number)且因此系统的U-值来增加热传递。结合本发明,其亦使其中正发生反应 的区域延伸,此进而借助增加关键区域中用于热传递的区域数量来降低反应器中所见的最 终峰温度。借助使用线包绕管嵌件,同样诱导某一漩涡流,其赋予螺旋流动路径,此进一步 增强壁处的混合及紊流,此可操作以端视条件而定,在该管中使流自层流操作变为紊流操 作。在采用位移流嵌件的较佳具体例中,D/D e的比率(下文定义)为1.5至3。在最佳具体例 中,仅在反应器管道的所选区段中使用嵌件,以使反应系统的进给栗不会负担过度。
[0040] "热传递当量直径"或队由以下关系式定义:
[0041 ] Dt' ~ -^― kD
[0042] 其中Nfa为管内部的净自由面积且D为管的(内部)直径。
[0043] "羟甲基衍生物"及类似术语指甲醛及可与甲醛缩合的醛的缩合产物,以及借助利 用甲醛还原缩合产物或进行氢化形成的对应多元醇最终产物。羟甲基衍生物包含羟甲基烷 烃及羟甲基醛。
[0044] "靠近"指进给埠的位置的接近度,且若小于30%的所添加反应物醛在进入具有管 嵌件的反应器管区段之前在反应器长度上反应或若进给点位于离具有管嵌件的反应器管 区段小于6米的距离处,则通常意指该进给点靠近具有管嵌件的反应器管区段。在较佳具体 例中,靠近进给点位于离具有管嵌件的反应器管区段6米的距离内,且仍更佳地靠近进给点 位于离具有管嵌件的反应器管区段5米的距离内。在许多情形中,靠近进给点位于离具有管 嵌件的反应器管区段3米的距离内。
[0045] 多阶段反应系统的"阶段"为反应器系统的一部分,其借助用于反应物或触媒的一 额外进给埠或该阶段的独立的温度控制、或借助冷却介质至该阶段的分开流动而相对于其 他阶段个别地配置。
[0046] "连续"指反应器阶段的串联配置,例如,其中随后的反应阶段位于初始阶段的下 游,如图1中所示。
[0047] 参照图1,示意性地例示包含反应管(例如在12、14、16等处所指示)的多个排或阶 段S1、S2、S3等的反应系统10。各排较佳具有在各排内串联连接的多个管,如示意性显示。若 需要,可采用3、4、5、6或更多个阶段,各阶段具有3至10个串联的管。没有额外反应物进料的 阶段可插入于接受反应物的新鲜装料的阶段之间。
[0048]反应系统10亦包含冷却系统,其包含数个用于将冷却剂提供至该等反应管的冷却 剂进料20及数个用于使冷却剂返回至该冷却系统的返回管线22。亦提供数个温度指示控制 器24、26、28、30、冷却器35及数个在40、42、44、及46处所示的控制阀。
[0049]该等反应管如示意性指示串联连接且具有图2及图3中大体上所示的结构,但仅接 受醛反应物的新鲜装料的管需要被供以管嵌件以增强混合及热传递。同样地,无额外反应 物进料的反应器阶段可包含无管嵌件的入口管,乃因流浓度轮廓(stream concentration profile)已经相对充分地展开。
[0050] 参照图2及图3,显示反应管12具有外壳60、及环形冷却通道62及提供有管嵌件66 的内部反应管64。反应管具有内径D。较佳地,嵌件66为线包绕圆柱体,即减少在其中反应物 引入且热传递最为关键的区域中的停留时间的组合漩涡流及位移嵌件。
[0051] 嵌件66因此具有圆柱体68、绕线70且驻留于反应管64中,如图3中所示。因此在管 64的内壁与嵌件66之间界定为净自由面积72。
[0052]系统10中无嵌件的反应管具有相同的一般构形,但内部通道不受限制。
[0053]在较佳情形中,具有嵌件的反应管如上文所提及具有1.5至3的D/De比率。
[0054] 可使用具有图4中所示几何结构的静态混合器嵌件代替线包绕位移嵌件。静态混 合器可操作以借助其机械构造将管壁处的流体输送至管的中心并使流体的这些输送区彼 此折叠。此由于其增加大部分(管侧)流体与管壁的部分间的局部温度差异而显著增进热传 递。静态混合器尤其可用于分层的流动。
[0055] 另一选择为,若需要,可采用漩涡流管嵌件,例如图5(a)至图5(d)中所示的扭曲带 漩涡嵌件。扭曲带赋予具有二种效应的旋转流。其沿该管的内壁赋予螺旋流动路径,借此沿 管壁产生为螺旋流动角度的函数的高速度。其亦赋予流旋转与远离管中心的向心力的组 合,此在单相流中增加管壁处的混合及紊流。此在为无嵌件的管中层流或过渡流的特征的 雷诺数下产生紊流。在较低雷诺数下诱导紊流会增强热传递。
[0056] 在操作中,将水性甲醛的流100连同经由进给埠101的氢氧化钾及正丁醛经由排S1 的反应管12进给至系统10。管12具有管嵌件,如结合图2及图3所讨论。通过管12之后,反应 混合物继续通过排S1中的其他管,在该等管中进行反应且流100在传送至系统的下一阶段 之前变得富含羟甲基化产物。
[0057]当流进给至其中如上所讨论第一管被提供有管嵌件的反应器阶段S2时,经由另一 进给埠102将额外氢氧化钾及正丁醛提供至流100。流100继续通过阶段S2的管(例如管14), 接着离开该阶段。
[0058]排S2的出口视需要被提供有冷却器35以进一步调节系统中的温度。
[0059]离开排S2及冷却器35后,在103处所示的进给埠处向流100提供额外丁醛及氢氧化 钾并进给至反应器管排S3,如所示。同样地向排S3的第一管提供管嵌件,而该排之后续管不 需要具有嵌件。
[0060]使流100经过排S3的管,且之后若需
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