一种对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置的制作方法

专利名称：一种对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置。
背景技术：
对孟烷是重要的精细化工产品，一般从林化产品以双戊烯加氢得到。过氧化氢对孟烷(英文名p-Menthane hydroperoxide，简称PMHP)是一种性能
优异的烯烃聚合引发剂，主要用作聚合丁苯橡胶的引发剂。工业上生产过氧化氢对孟烷 的重要方法之一是通过对孟烷氧化制备。目前，工业上由对孟烷生产过氧化氢对孟烷采用的主要是间歇生产工艺，即间 歇氧化与间歇蒸发浓缩提纯工艺。例如，中国专利申请CN101225067A公开的催化空气 氧化对孟烷制备过氧化氢对孟烷的方法中，介绍了用间歇工艺加入催化剂液相氧化对孟 烷得到过氧化氢对孟烷的方法；刘先章等[双戊烯脱氢裂解同步反应与异步反应对比研 究，林产化工通讯，1997，31 (1)]报道了在一个带搅拌的250mL的四口烧瓶为反应器 中，采用间歇反应操作方法，研究了不同温度、不同催化剂、不同比例氧气空气组合及 不同过氧化氢对孟烷组成等对氧化反应的影响。采用间歇生产工艺存在如下问题(1)间歇氧化通常每次投料都需要加入催 化剂才能达到生产所要求的氧化深度，因为是液相氧化，催化剂通常是随反应产物一起 流出反应器，一方面，反应产物需要脱除催化剂和杂质后才能进入下一道工序；另一方 面，催化剂价格昂贵，需要回收，因此，需要置备专门的催化剂回收装备，而且脱除反 应产物中的催化剂操作步骤相当复杂，国内外从事该产品生产的企业均需要花费大量投 入才可能使反应产物中的催化剂脱除；另外，脱除催化剂后的废水排放还会造成环境 污染；(2)为尽量提高产品纯度，氧化深度必须加大，加之操作程序复杂，因此，存 在诸多安全隐患；(3)不方便自动化控制，主要靠人工操作，除劳动强度大之外，控 制精度也较差，所以一般生产规模小；(4)过氧化氢对孟烷遇热容易分解成醇和氧， 采用间歇蒸发浓缩提纯工艺，在蒸发浓缩器中受热时间较长，容易分解，使产品色泽加 深。目前也有采用固定床连续生产工艺的，但其中的生产设备存在以下二个主要问 题(1)氧化塔结构问题氧化塔内采用盘管送气(氧气、空气或氧气与空气混合气 体)装置，在盘管上开有直径约2 mm的小孔，作为气体出孔，这种结构存在的缺陷一是 因为气孔较大，排出的气泡大，比表面积小，气体利用率低；二是因为气孔较大，容易 造成管外液体中局部气体浓度过高或液体进入到管内造成气体中局部液体浓度过高而达 到爆炸限(在对孟烷氧化反应设定的温度及压力下，控制过氧化氢对孟烷的浓度不超过 20%才较为安全)，造成安全隐患；(2)蒸发器结构问题过氧化氢对孟烷为热敏性物 料，除了受热时间长容易分解、产品色泽加深外，局部浓度过高也带来安全隐患，所以 不同于一般性的物料的蒸发，传统结构的蒸发器不能有效解决过氧化氢对孟烷的安全稳 定浓缩问题。
实用新型内容本实用新型的目的是，针对目前对孟烷制备过氧化氢对孟烷生产中存在的上述 问题，提供一种产品纯度高、质量好、生产过程安全稳定、操作方便的过氧化氢对孟烷连 续化生产装置。本实用新型之对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置包括原料混合罐、加 料泵、氧化气体贮罐、氧化塔、气液分离器、流量计I、流量计II、流量计III、流量计 IV、冷却器I、冷却器II、中间贮罐、进料泵、一级蒸发器、二级蒸发器、产品贮罐和 冷凝器，原料混合罐的出料口与加料泵的进料口相连，加料泵的出料口与流量计I进料 口相连，流量计I出料口和氧化塔下部进料口相连，空气贮罐和氧气贮罐的出气口分别 与流量计II和流量计III的进气口相连，流量计II和流量计III的出气口与氧化塔下部进气 口相连，氧化塔的顶部通过管道与气液分离器进口相连，气液分离器底部的液体物料出 口通过回流管路和流量计IV与氧化塔下部进料口相连，形成循环回路，气液分离器中部 的液体物料出口通过另一支管路与冷却器I进口相连，冷却器I出口与中间贮罐进口相 连，中间贮罐出口通过管道与进料泵进口相连，进料泵出口通过管道与一级蒸发器顶部 进口相连，一级蒸发器底部出口与二级蒸发器顶部进口直接相连，二级蒸发器底部出口 通过过氧化氢对孟烷产品出料管与冷却器II进口相连，冷却器II出口通过氧化氢对孟烷 产品出料管与产品贮罐进口相连，一级蒸发器顶部通过未氧化的物料导出管与冷凝器进 口相连，冷凝器出口经回流循环管路与原料混合罐进口相连；氧化塔设有换热夹套，换 热夹套进口通过装有阀门的管道与加热介质管或冷却介质管相连；氧化塔、一级蒸发器 和二级蒸发器内设置有温度传感器和压力传感器。所述氧化塔的塔体宜为圆筒形，直径宜为500mm 1500mm，高宜为 4000mm 10000mm，塔内底部装有膜管进气装置，膜管孔径宜为2 μ m 100 μ m，直径与 长度根据塔内所需进气量计算得到；氧化塔内不同高度均宜设置温度传感器，氧化塔内 底部和顶部也宜分别设置压力传感器。所述气液分离器可选用丝网破沫分离器。一级蒸发器和二级蒸发器均优选降膜式蒸发器，双套筒结构，内套筒优选上部 大下部小的变径式结构，内套筒上部与下部变径比为1:1.5 3.0。采用这种变径式结构是 为了保证蒸发器壁的上部和下部物料所形成的膜的厚度均勻一致；蒸发器内宜在不同高 度设置温度传感器，一级蒸发器和二级蒸发器底部和顶部均也宜分别设置压力传感器。原料混合罐宜为金属或非金属材料制成的带有搅拌的圆筒形罐，其作用是氧化 反应开始时将原料对孟烷与催化剂混合均勻。加料泵和进料泵可以是齿轮泵、往复柱塞计量泵等液体输送装置，泵的输送能 力根据生产能力的大小确定。冷凝器可以为金属或非金属材料制成的管式换热器或板式换热器，其换热面积 根据生产能力的大小通过热量衡算来确定，用于回收氧化塔排出的气体中的有机物。冷却器I和冷却器II亦可为金属或非金属材料制成的管式换热器或板式换热器， 其换热面积根据生产能力的大小通过热量衡算来确定。与现有技术相比，使用本实用新型生产过氧化氢对孟烷，具有如下优点(1)仅需在生产开始时一次性加入催化剂作为自由基引发剂，当反应正常之后，不必另 外再加入任何催化剂，解决了产品因催化剂残留引起的产品质量问题，同时也省去了在 产品中除去催化剂的工序，减化了生产流程，排除了因催化剂造成的环保污染；(2) 由于改进了氧化塔的结构，将在盘管开约2mm孔径气孔的送气装置改为微米级孔径膜管 送气装置，保证了氧化过程安全稳定进行，并可提高气体利用率，可在同样大小的设备 同样生产规模不变的情况下，原生产中通氧气才能达到的氧化深度，现在通空气就可以 达到，降低了生产成本；(3)将对孟烷间歇氧化与间歇蒸发装置改为氧化与蒸发耦合 连续操作的装置，过氧化物产品的分离提纯在同一体系中完成，可将氧化深度准确控制 在安全范围内，避免了因氧化塔内过氧化物浓度过高容易引起爆炸等安全问题；(4) 采用变径式双级降膜蒸发器，避免了传统降膜蒸发器存在的技术问题，除蒸发物料受热 时间短外，还使物料在器壁上膜厚度准确保持在设定范围，这样一来，既保证了热敏性 的过氧化氢对孟烷产品的质量，又解决了蒸发后段可能因干料造成蒸发器内氧化物浓度 过高引起的安全问题；(5)因为采用连续化生产装置，全部生产过程方便采用全程自 动控制，可避免人工操作引起的误差，节省人力物力，方便规模化生产。

图1是本实用新型过氧化氢对孟烷连续化生产装置实施例结构示意图。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。实施例1本实用新型过氧化氢对孟烷连续化生产装置实施例参照图1，本实施例包括原料混合罐1、加料泵2、空气贮罐4、氧气贮罐5、氧 化塔8、气液分离器9、流量计I 3、流量计II 6、流量计1117、流量计IV 10、冷却器I 11 和冷却器II 16、中间贮罐13、进料泵13、一级蒸发器14、二级蒸发器15、产品贮罐17 和冷凝器18，原料混合罐1的出料口与加料泵2的进料口相连，加料泵2的出料口与流量 计I 3进料口相连，流量计I 3出料口和氧化塔8下部进料口相连，空气贮罐4和氧气贮 罐5的出气口分别与流量计II 6和流量计III 7的进气口相连，流量计II 6和流量计III 7的 出气口与氧化塔8下部进气口相连，氧化塔8的顶部通过管道与气液分离器9进口相连， 气液分离器9底部的液体物料出口通过回流管路和流量计IV 10与氧化塔8下部进料口相 连，形成循环回路，气液分离器9中部的液体物料出口通过另一支管路与氧化物料冷却 器I 11进口相连，冷却器I 11出口与中间贮罐12进口相连，中间贮罐12出口与进料泵 13进口相连，进料泵13出口与一级蒸发器14顶部进口相连，一级蒸发器14底部出口与 二级蒸发器15顶部进口直接相连，二级蒸发器15底部出口通过过氧化氢对孟烷产品出料 管与冷却器II 16进口相连，冷却器II 16出口通过氧化氢对孟烷产品出料管与产品贮罐17 进口相连，一级蒸发器14顶部通过未氧化的物料导出管与冷凝器18进口相连，冷凝器18 出口经回流循环管路与原料混合罐1进口相连；氧化塔8、一级蒸发器14和二级蒸发器 15内设置有温度传感器和压力传感器。所述氧化塔8的塔体为圆筒形，直径为500mm 1500mm，高为 4000mm 10000mm，塔内底部装有膜管进气装置，膜管孔径2 μ m 100 μ m，直径与长度根据塔内所需进气量计算得到；氧化塔8内不同高度设有温度传感器，底部和顶部设有 压力传感器；氧化塔8设有换热夹套，换热夹套进口通过装有阀门的管道与加热介质管 或冷却介质管相连。一级蒸发器14和二级蒸发器15均为降膜式蒸发器，双套筒结构，内套筒优选上 部大下部小的变径式结构，上下变径比例范围为1.5 3.0:1，采用这种变径式结构是为了 保证蒸发器壁的上部和下部物料所形成的膜的厚度均勻一致；蒸发器内不同高度设有温 度传感器，一级蒸发器和二级蒸发器底部和顶部分别设有压力传感器。工作时，将空气(或氧气)从空气贮罐4 (或氧气贮罐5)经流量计II 6 (或 流量计III 7)和氧化塔8下部进气口鼓入氧化塔8中，将对孟烷和催化剂混合物从原料混 合罐1出料口经加料泵2、流量计I 3和氧化塔8下部进料口加入到氧化塔8中，根据氧 化塔8顶部和一级蒸发器14与二级蒸发器15底部过氧化氢对孟烷出料浓度，分别控制氧 化塔内的气体流量为20m3/h 200 m3/h、对孟烷物料流量0.5 m3/h ~2.0m3/h和过氧化氢对 孟烷产物循环回流量10 m3/h 100 m3/h,调节氧化塔8内温度为80°C ~130°C ；气液分离 器8中分离出气体和过氧化氢对孟烷液体，控制氧化塔7顶部出料过氧化氢对孟烷浓度 10% 20% ； 一部分过氧化氢对孟烷产物通过回流管路、流量计IV 10和氧化塔底8底部进 料口返回氧化塔底8内，与氧化塔底8内新的物料混合继续进行氧化反应，另一部分过氧 化氢对孟烷产物从气液分离器中部出料口出料，通过另一管路进入冷却器I 10冷却后， 再进入中间贮罐12，然后由进料泵13送入一级蒸发器14浓缩提纯，一级蒸发器14的进 料流量为0.5m3/h 2.0m3/h，蒸发温度50°C 100°C，一级蒸发器14顶部蒸出的未氧化的 物料经冷凝器18冷凝后回流到原料混合罐1，与新的对孟烷溶液合并，再经加料泵2、流 量计I 3进入氧化塔8中，继续进行自氧化反应；经一级蒸发器14浓缩提纯后的物料进 入二级蒸发器15再次进行浓缩提纯，二级蒸发温度60°C 100°C，二级蒸发器15底部出 料过氧化氢对孟烷浓度应达到50 60% (质量)；反应产物从二级蒸发器15底部出料， 进入冷却器II 16，经冷却器II 16冷却后的产物，进入产品贮罐17，所得产品即为过氧化 氢对孟烷。从开车到系统达到连续稳定运行所需时间，与工艺操作条件相关，也与膜管进 气装置的膜管孔径大小及蒸发器内套筒上部与下部变径比有一定关系，一般为6-9h。例 如，当氧化塔8内底部的膜管进气装置的膜管孔径为2 μ m，蒸发器内套筒上部与下部变 径比为1:2.5时，从开车到系统达到连续稳定生产需要6 h左右；膜管孔径为ΙΟμιη，蒸 发器内套筒上部与下部变径比为1:1.5时，从开车到系统达到连续稳定生产需要6.5 h左 右；膜管孔径为50μιη，蒸发器内套筒上部与下部变径比为1:1.3时，从开车到系统达到 连续稳定生产需要8.0 h左右；膜管孔径为100 μ m，蒸发器内套筒上部与下部变径比为 1:2时，从开车到系统达到连续稳定生产约需要9.0 h左右。
权利要求1.一种对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其特征在于，包括原料混合 罐、加料泵、氧化气体贮罐、氧化塔、气液分离器、流量计I、流量计II、流量计III、 流量计IV、冷却器I、冷却器II、中间贮罐、进料泵、一级蒸发器、二级蒸发器、产品 贮罐和冷凝器，原料混合罐的出料口与加料泵的进料口相连，加料泵的出料口与流量计 I进料口相连，流量计I出料口和氧化塔下部进料口相连，空气贮罐和氧气贮罐的出气 口分别与流量计II和流量计III的进气口相连，流量计II和流量计III的出气口与氧化塔下 部进气口相连，氧化塔的顶部通过管道与气液分离器进口相连，气液分离器底部的液体 物料出口通过回流管路和流量计IV与氧化塔下部进料口相连，形成循环回路，气液分离 器中部的液体物料出口通过另一支管路与冷却器I进口相连，冷却器I出口与中间贮罐 进口相连，中间贮罐出口通过管道与进料泵进口相连，进料泵出口通过管道与一级蒸发 器顶部进口相连，一级蒸发器底部出口与二级蒸发器顶部进口直接相连，二级蒸发器底 部出口通过过氧化氢对孟烷产品出料管与冷却器II进口相连，冷却器II出口通过氧化氢 对孟烷产品出料管与产品贮罐进口相连，一级蒸发器顶部通过未氧化的物料导出管与冷 凝器进口相连，冷凝器出口经回流循环管路与原料混合罐进口相连；氧化塔设有换热夹 套，换热夹套进口通过装有阀门的管道与加热介质管或冷却介质管相连；氧化塔、一级 蒸发器和二级蒸发器内设置有温度传感器和压力传感器。
2.如权利要求1所述的对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其特征在于，所 述氧化塔的塔体为圆筒形，直径为500mm 1500mm，高为4000mm 10000mm，塔内底部 装有膜管进气装置，膜管孔径为2 μ m 100 μ m。
3.如权利要求1或2所述的对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其特征 在于，氧化塔内在不同高度设置有温度传感器，氧化塔内底部和顶部分别设有压力传感ο
4.如权利要求1或2所述的对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其特征在 于，一级蒸发器和二级蒸发器均为降膜式蒸发器，双套筒结构，内套筒为上部大下部小 的变径式结构，上部与下部变径比为1:1.5 3.0。
5.如权利要求3所述的对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其特征在于，一 级蒸发器和二级蒸发器均为降膜式蒸发器，双套筒结构，内套筒为上部大下部小的变径 式结构，上部与下部变径比为1:1.5 3.0。
6.6、如权利要求1或2所述的对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其特征 在于，所述气液分离器为丝网破沫分离器。
专利摘要一种对孟烷制备过氧化氢对孟烷连续化生产装置，其包括原料混合罐，原料混合罐与加料泵相连，加料泵与流量计Ⅰ相连，流量计Ⅰ和氧化塔相连，氧化气体贮罐与流量计Ⅱ相连，流量计Ⅱ与氧化塔相连，氧化塔气液分离器相连，气液分离器和流量计Ⅲ与氧化塔相连，气液分离器与冷却器Ⅰ相连，冷却器Ⅰ与中间贮罐相连，中间贮罐与进料泵相连，进料泵与一级蒸发器相连，一级蒸发器与二级蒸发器直接相连，二级蒸发器与冷却器Ⅱ相连，冷却器Ⅱ与产品贮罐相连，一级蒸发器顶部通过未氧化的物料导出管与冷凝器相连，冷凝器经回流循环管路与原料混合罐进口相连。本实用新型解决了过氧化氢对孟烷生产的安全问题，便于对生产过程进行自动化控制，用其生产过氧化氢对孟烷，成本相对较低。
文档编号C07C409/14GK201793511SQ20102053333
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者何小平, 李忠海, 李鸣放, 黄卫文, 黎继烈 申请人:湖南松源化工有限公司