一种癸二腈合成生产用反应装置的制作方法

本实用新型涉及癸二腈的合成制备技术领域，具体地说是一种癸二腈合成生产用反应装置及癸二腈合成工艺方法。

背景技术：

癸二腈是一种重要的化工原料，主要用于合成尼龙1010，也可用于制药和印染等行业。尼龙1010化学名为聚癸二酸癸二胺，简称尼龙1010（PA1010），是我国独有的尼龙产品，由上海赛瑚珞厂最早投产。PA1010是由癸二胺和癸二酸经过缩聚制得，而癸二胺由癸二腈加氢制得。

现有技术中对于癸二腈的制备方法主要有三种：1、利用乙腈与1,6-二溴己烷的缩合反应制得；2、由癸二酰胺加入三氟醋酸酐脱水剂制备；3、利用强化温度法由癸二酸氨解脱水制备。在利用癸二酸氨解脱水制备癸二腈的工艺方法中，氨化步骤是保证成品纯度、生产效率等的关键。氨化步骤本身反应时间较长，温度调节等操作步骤较复杂，现有的癸二腈合成生产用装置由于氨化反应中反应釜结构的不合理性，易造成氨化步骤的反应时间过长，操作温度难以准确把握，氨化反应不完全，合成过程中有机物易炭化，副产品多，生产效率低下，成品的生产精度也难以保证。

因此，设计并制备一种癸二腈合成生产用工艺设备，并利用该设备研究出一套较好的癸二腈合成工艺方法对于化工原料癸二腈的生产来说实为必要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种癸二腈合成生产用反应装置及癸二腈合成工艺方法。该装置中的氨化釜能够较好的实现反应物料的充分接触和温度、压强等反应条件参数的调整，保证物料的充分氨化，合成工艺方法本身也最大限度的实现了物料的充分、合理利用，保证了成品癸二腈的收益和纯度。

本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种癸二腈合成生产用氨化釜，包括圆筒状筒体、连接在筒体顶部的扩大缓冲器以及设置在扩大缓冲器上部的上分离器，所述筒体的侧壁上开设有氨气进口和物料进口，其中氨气进口与筒体内设置的一根输气管连通，用于将氨气输送至筒体的底部，在输气管的末端连接有氨气分布器，该氨气分布器设有多条呈辐射状分布的喷气管线，且每条喷气管线上均开设有多个喷气口，在筒体的外表面上还设置有用于对筒体内物料进行加热的导热油加热系统，该导热油加热系统套设在筒体位于氨气进口和物料进口的下部位置，且避开位于筒体底部的出料口；

所述的扩大缓冲器由上圆锥部、中圆筒部和下圆锥部构成，其中，上圆锥部和下圆锥部分别与上分离器和筒体配合对接，上圆锥部与上分离器的对接处还设置有氨气出口控制阀，且中圆筒部的直径大于筒体的直径。

所述的导热油加热系统中设置有导热油进口和导热油出口，导热油进口和导热油出口分别安装在导热油加热系统外表面一侧的顶部和另一侧的底部。

在导热油加热系统中还设置有用于安装温度计对筒体内温度进行测量的温度计插口。

所述导热油加热系统的高度为筒体高度的2/3-3/4。

所述的输气管竖直设置在筒体的中轴线上。

所述扩大缓冲器中圆筒部的直径为筒体直径的3-5倍。

一种癸二腈合成生产用反应装置，该装置包括氨化釜、氨气冷却器、气液分离器、粗腈接收罐，粗腈输送泵、粗腈蒸馏釜、粗腈蒸馏塔、精腈冷却器、精腈接收罐、高低沸接收罐和抽真空系统，所述氨化釜中上分离器的出口端与氨气冷却器的进口端连接，氨气冷却器的出口端与气液分离器的进口端连接，在气液分离器的顶端和底端还分别设置有氨气回收口和氨水排放口，所述氨化釜的出料口与粗腈接收罐连接，该粗腈接收罐通过粗腈输送泵将其内部物料输送至粗腈蒸馏釜内，所述粗腈蒸馏釜的外表面上也套设有导热油加热系统，在粗腈蒸馏釜的底部还设置有与氨化釜的物料进口循环连通的出渣口，所述的粗腈蒸馏塔设置在粗腈蒸馏釜的顶部，且该粗腈蒸馏塔与精腈冷却器的进口端连接，精腈冷却器的出口端与精腈接收罐和高低沸接收罐连接。

有益效果：

1、本实用新型的一种癸二腈合成生产用氨化釜完成了氨气与癸二酸以及催化剂等物料最大限度的充分接触，结构中便于控制反应温度，能够实现较好的前期氨化，保证了成品癸二腈的纯度和品质。氨化釜中氨气分布器的设置，使氨气能够充分、完全的在整个反应过程中与癸二酸等物料充分接触，提高的反应效率，也较少了物料的浪费。导热油加热系统的设置可实现在筒体外部对氨化釜内进行的反应温度进行随时可控调整，增强了反应过程的人为可操作性，便于把握反应进度。中部宽两头窄的扩大缓冲器的设置能够使物料中未反应的氨气在上升过程中由于容器体积差，得到充分的膨胀和气化，最大限度的带走由癸二酸生成癸二腈的氨化反应后期脱水阶段中反应生成的水分，推动反应平衡正向移动，从而提高反应速率和癸二酸的转化率，减少后续除杂处理的麻烦。同时，反应装置中的扩大缓冲器的设置，还能够通过流动方向上的体积差异，显著降低氨气流速，继而减少氨气带出癸二腈，在保证出水正常的情况下降低了氨气使用量，即提高了氨气利用率，节约了成本。

2、本实用新型的一种癸二腈合成生产用反应装置布局合理，工艺可操作性强，反应装置中的多个部件，如氨化釜、粗腈蒸馏釜等，温度可调节性好，操作方便，反应装置整体物料回收利用率高，成品精度及品质好。

附图说明

图1为本实用新型中氨化釜的结构示意图；

图2为本实用新型的工艺流程图；

附图标记：1、氨化釜，101、筒体，102、扩大缓冲器，103、上分离器，104、氨气进口，105、物料进口，106、输气管，107、氨气分布器，108、导热油加热系统，108a、导热油进口，108b、导热油出口，108c、温度计插口，109、出料口，1010、氨气出口控制阀，2、氨气冷却器，3、气液分离器，301、氨气回收口，302、氨水排放口，4、粗腈接收罐，5、粗腈输送泵，6、粗腈蒸馏釜，601、出渣口，7、粗腈蒸馏塔，8、精腈冷却器，9、精腈接收罐，10、高低沸接收罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明：

一种癸二腈合成生产用反应装置，主要包括氨化釜1、氨气冷却器2、气液分离器3、粗腈接收罐4，粗腈输送泵5、粗腈蒸馏釜6、粗腈蒸馏塔7、精腈冷却器8、精腈接收罐9、高低沸接收罐10和抽真空系统和多个设备上设置的冷却系统。

其中的核心设备为氨化釜1，氨化釜包括圆筒状筒体101、连接在筒体101顶部的扩大缓冲器102以及设置在扩大缓冲器102上部的上分离器103，筒体101的侧壁上开设有氨气进口104和物料进口105，其中氨气进口104与筒体101内竖直设置的一根输气管106连通，该输气管106与筒体101的中轴线重合，用于将氨气输送至筒体101的底部，在输气管106的末端连接有氨气分布器107，该氨气分布器107设有多条呈辐射状分布的喷气管线，且每条喷气管线上均开设有多个喷气口，在筒体101的外表面上还设置有用于对筒体101内物料进行加热的导热油加热系统108，该导热油加热系统108套设在筒体101位于氨气进口104和物料进口105的下部位置，且避开位于筒体101底部的出料口109，导热油加热系统108的高度为筒体101高度的2/3-3/4，导热油加热系统108中设置有导热油进口108a和导热油出口108b，其中，导热油进口108a设置在导热油加热系统108外表面一侧的顶部，导热油出口108b设置在导热油加热系统108外表面另一侧的底部，导热油在导热油进口108a和导热油出口108b之间循环进出，实现对筒体101内物料的加热，在导热油加热系统108中还设置有用于对筒体101内温度进行测量的温度计插口108c。

所述的扩大缓冲器102由上圆锥部、中圆筒部和下圆锥部构成，其中，上圆锥部和下圆锥部分别与上分离器103和筒体101配合对接，上圆锥部与上分离器103的对接处还设置有氨气出口控制阀1010，且中圆筒部的直径大于筒体101的直径，约为筒体101直径的3-5倍。

所述氨化釜1中上分离器103的出口端与氨气冷却器2的进口端连接，氨气冷却器2的出口端与气液分离器3的进口端连接，在气液分离器3的顶端和底端还分别设置有氨气回收口301和氨水排放口302，所述氨化釜1的出料口109与粗腈接收罐4连接，该粗腈接收罐4通过粗腈输送泵5将其内部物料输送至粗腈蒸馏釜6内，所述粗腈蒸馏釜6的外表面上也套设有导热油加热系统，在粗腈蒸馏釜6的底部还设置有与氨化釜1的物料进口105循环连通的出渣口601，所述的粗腈蒸馏塔7设置在粗腈蒸馏釜6的顶部，且该粗腈蒸馏塔7与精腈冷却器8的进口端连接，精腈冷却器8的出口端与精腈接收罐9和高低沸接收罐10连接。

一种癸二腈合成的工艺方法，包括以下步骤：

1、首先，开启氨化釜1中的导热油加热系统108，将氨化釜1导热油加热系统108中导热油的温度设定为160℃。

2、当氨化釜1内温度升高至130-150℃时，开启装置中的抽真空系统，打开气液分离器3上的真空阀门，启用抽真空系统对氨化釜1进行抽真空处理。

3、当氨化釜1内真空度达到-0.05Mpa时，通过氨气进口104向氨化釜1内通氨气，此时控制氨气流量为0.6-1m³/h。

4、开启氨化釜1物料进口105阀门，向氨化釜1内加入筒体101二分之一体积的癸二酸约200kg。

5、再次通过氨化釜1物料进口105加入所加癸二酸质量0.5-1%的粒径为3-5mm的硅胶颗粒，（该硅胶颗粒由磷酸浸泡后干燥45-55hh得到），再关闭气液分离器3上的真空阀门，停止抽真空。

6、调节氨气进口104处氨气的流量为2-3m³/h（流量太大容易二元酸扬尘），排净氨化釜1内空气。

7、投料完成后，癸二酸融化吸热，氨化釜1内釜温下降，此时调节氨化釜1导热油加热系统108中导热油的温度为190℃，当氨化釜1内温度升高至140℃时，大量通入氨气，调节氨气进口104处氨气的流量为4-6m³/h。

8、当氨化釜1内温度升高至150℃时，调节氨气进口104处氨气的流量为6-8m³/h，同时打开氨气冷却器2中的循环水对进入其中的气体进行冷凝，记录出水的时间，当氨化釜1内温度升高至170-180℃时，控制氨化釜1内物料在该温度下进行第一次反应3h。

9、第一次反应3h后，调节氨化釜1导热油加热系统108中导热油的温度为310℃，当氨化釜1内温度升高至280-300℃时，调节氨气进口104处氨气的流量为6-8m³/h，进行第二次反应3h。

10、第二次反应3h后，调节氨化釜1导热油加热系统108中导热油的温度为340℃，使氨化釜1釜内温度缓慢升温，当氨化釜1内温度升高至330-335℃时，进行第三次反应4h，且在第三次反应过程中，调节氨气进口104处氨气的流量由6-8m³/h逐渐降低至2m³/h，然后终止反应。

11、将步骤四完成第三次反应的物料通过筒体101底部的出料口109卸料至粗腈接收罐4内，之后，通过粗腈输送泵5将物料导入粗腈蒸馏釜6内，开启粗腈蒸馏釜6中的导热油加热系统，设定该系统内导热油的温度为220℃，打开精腈冷却器8中的循环水对进入其中的气体进行冷凝，并启用抽真空系统对粗腈蒸馏釜6抽真空处理，使粗腈蒸馏釜6内真空度保持在-0.098Mpa。

12、当粗腈蒸馏塔7塔顶温度上升至200℃时，开启精腈接收罐9阀门，使精腈接收罐9对粗腈蒸馏塔7塔顶温度为200-220℃的馏出物进行收集，当粗腈蒸馏塔7塔顶温度超过220℃时，关闭精腈接收罐9阀门，并开启高沸物接收罐10阀门，使高沸物接收罐10对粗腈蒸馏塔7塔顶温度超过220℃的高沸物进行收集，该高沸物接收罐10内所收集高沸物用于氨化釜1内回收利用，精腈接收罐9内所收集物料为成品癸二腈。

癸二腈合成工艺方法通过氨化反应过程中反应温度、压强等反应条件参数的调整和限制，采用氨化釜内三步骤的加强式多阶段反应，大大缩短了氨化反应的时间，避免了有机物炭化现象的出现，减少了反应副产品的生成，提高了生产效率。粗腈蒸馏釜等部件的设置也最大限度了对癸二腈粗品进行了较好的提纯，保证了成品癸二腈的收率和纯度。

癸二腈合成工艺方法具体选择采用经磷酸浸泡和45-55h的干燥处理的硅胶颗粒作为反应催化剂。硅胶颗粒是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO₂·nH₂O，经硅酸凝胶干燥脱水得到。其不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。经磷酸充分浸泡后的硅胶颗粒的微孔中吸附着大量磷酸，在165℃烘箱内烘干50小时左右时，磷酸和硅胶都会进一步脱水，磷酸受热时脱水，依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。其中，三磷酸是链状结构，多聚的偏磷酸是环状结构。磷酸受热生成的有效成分焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸会附着在硅胶微孔中，在反应过程中，减少磷酸中水对反应的抑制作用，并保证其有效成分不流失，从而加快反应进程。

本实用新型的合成工艺中具体选择经磷酸充分浸泡和干燥后的硅胶颗粒作为催化剂。磷酸受热时脱水，依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是链状结构，多聚的偏磷酸是环状结构。同时硅胶颗粒是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO₂·nH₂O，经硅酸凝胶干燥脱水得到，主要成分不能说是SiO₂。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。经磷酸充分浸泡后的硅胶颗粒的微孔中吸附着大量磷酸，在165℃烘箱内烘干50小时左右时，磷酸和硅胶都会进一步脱水，其有效成分焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸会附着在硅胶微孔中，在反应过程中，减少磷酸中水对反应的抑制作用，并保证其有效成分不流失。

在本实用新型的癸二腈合成工艺中一共有三个反应阶段：

第一阶段，癸二酸和氨气反应，首先生成癸二酸单腈，其最适温度为170-180℃。因此需要在170-180℃条件下，保证癸二酸单腈充分生产，在此阶段将会产生大量的水，通过过量的氨气将生成的水带出来。

第二阶段，在癸二腈生成过程中，第二个腈键的生产则需要在较高温度下进行，其最适温度为280-300℃，因此反应温度在280-300℃，在此过程中采用过量的氨气将水带出系统。

第三阶段，称之为高温脱水阶段，众所周知有机化学反应属于可逆反应，在保证产品纯度和色号的前提下要尽可能的将反应产物移出反应系统，所以需要在330-335℃条件下，少量氨气将装置能水带出系统。

本实用新型的合成工艺节能降耗，过程可操作性好，反应物料回收利用率高，反应周期短，生产效率高，操作灵活性好，成品癸二腈收率高、纯度好。经测定：本实用新型制备的成品癸二腈中精腈含量达到99.86%，成品凝固点为7.3℃。收率为81%。

相对现有技术中癸二腈的合成厂家——上海赛瑚珞来说，本实用新型的癸二腈合成工艺大大缩短了反应时间，提高了癸二酸的转化率，也进一步提高了癸二腈的产品质量。以本实用新型制备的癸二腈为原料制备合成聚合级癸二胺，得到的尼龙1010，其强度和韧性等指标均高于目前合成方法。