专利名称：一种均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及均四甲苯固定床气相催化氧化所得气相产物中均苯四甲酸二酐 (PMDA)的捕集及其副产物分离的技术领域，具体涉及一种PMDA的捕集设备。
背景技术：
均苯四甲酸二酐(Pyormellitic dianhydride,PMDA)是一种重要的化工中间体材料，主要用作生产聚酰亚胺树脂及薄膜、聚咪唑等耐热树脂的单体、耐高温电气绝缘漆、固体润滑剂、环氧树脂固化剂、涂料助剂等的原材料。以均苯四甲酸二酐为原料生产的工程塑料、塑料助剂等具有优异的电绝缘性能、 耐高低温性能、较高的机械性能等，被广泛应用于航空、电子、机电等高新技术产业，因而引发了世界范围内对均苯四甲酸二酐及其高性能功能材料的研究热潮。上世纪60年代，美国杜邦公司应宇航事业发展的需要，开始研究新型耐热功能材料，并首先用硝酸氧化法生产出PMDA，随后又开辟了气相催化氧化法，引领了该领域的发展方向。当前世界范围内主要有美国杜邦，日本大赛璐等大型化工企业规模化生产PMDA，在国际市场上处于垄断地位。我国对PMDA的开发研究和工业生产起步较晚，且生产规模小、技术相对落后、工艺条件不成熟等，仍然不能满足国内生产需要。均四甲苯气相催化氧化制备PMDA的过程是一个复杂的非均相催化反应过程，其氧化反应生成PMDA的主反应方程式为
OO
1,2,4,5-四甲苯；均四甲苯均苯四甲酸二酐
1,2,4,5-TetramethylbenzenePMDA同时还存在较多的副反应，部分氧化生成偏苯三甲酸酐(Trimellitic Anhydride, TMA)、邻苯二甲酸酐(Phthalic Anhydride, PA)和顺丁烯二酸酐(Maleic anhydride, MAA)等副产物和过度氧化生成的二氧化碳和水等。均四甲苯催化氧化反应所得主副产物均为白色固体，在溶剂和水中均具有不同程度的溶解性，且都能升华等特点，大大增加了后续对粗酐分离的难度。因此，对催化氧化的气相产物在捕集工序将主副产物进行有效分离，得到纯度较高的主产品PMDA，是生产高纯度PMDA的关键。目前国内对均四甲苯固定床气相催化氧化所得气相产物中的PMDA的捕集工艺方法主要有中空箱式捕集装置捕集法(CN 1393447A)、立式圆筒捕集装置捕集法(CN 1388127A)及列管式捕集装置捕集法等。中空箱式捕集工艺对反应产物的捕集和分离效果较差，获得的PMDA纯度较低。国内也有采用串联的立式圆筒捕集设备且在捕集器内部进行挂网，如图1所示，反应产物气体进入1#捕集器后经过折流挡板由2#捕集器底部进入，随着气流上升遇到金属丝网，PMDA含量较高的气相产物首先在捕集器底部凝华结晶，而浓度相对较低的气相产物则逐步在捕集器上部结晶，在出料时凝结在金属网上的凝华产物落入捕集器底部，则会使捕集器底部PMDA含量较高的凝华产物与捕集器上部含量较低的凝华产物在捕集器底部混合，不利于获得纯度较高的粗品PMDA ；且在金属网上凝结有较多的粗酐时，对气流形成较大阻力，使气流容易走短路，更会使反应产物的捕集和分离效果较差； 而且该捕集器采用6个立式圆筒捕集器在地面上串联排列，占地面积较大；虽然在生产过程中对捕集设备进行了较多的改进，如在捕集器内部增加折流挡板、增加冷却盘管等，但总体效果不理想，因此，该类捕集装置尽管有多个捕集器，但捕集和分离效果不理想，不能够捕集到纯度较高的粗品PMDA。我们曾经采用列管式捕集器，反应混合气体走捕集器的管程， 冷却用空气走捕集器的壳程，几个捕集器相串联，反应产物气体由第一捕集器下部进入捕集器，从第三捕集器上部排出，冷却用空气则与反应产物逆流换热后进入反应器进行氧化反应；在每个捕集器采用垂直挂网，捕集效果明显提高，增加了反应产物气流的阻力，反应产物进入捕集器后凝华下来的结晶落入设备底部并被收集，然而管壁上的结晶产品需要人工有专用的工具清理。当局部列管容易被产品结晶堵死，出料非常困难，特别是部分列管堵死后，传热不均勻，会使局部温度过高，产品易炭化，严重影响产品质量，而且在第三捕集器结晶产物中PMDA含量约70-80%，如需分离出其中的有用成分，则会大大增加生产成本，难以满足工艺生产的需要，如直接作为废弃物进行处理，则会造成有用资源的严重浪费，造成严重的环境污染。综上所述，以上PMDA捕集器存在生产成本高，设备复杂，同时造成原料浪费严重等不足，在工业生产中，难以取得令人满意的结果。通过改进捕集设备，使反应产物充分冷凝捕集，并将PMDA与副产物进行高效分离，能够降低生产成本，减少有用资源的浪费，对节能减排具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对以上所述传统技术中存在的问题，提出一种均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置。该捕集装置具可连续地、高效地直接捕集获得高纯度的PMDA，并可降低过程能耗，改善操作环境，减少占地面积。本发明的技术方案是一种均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，所述捕集装置为方箱式结构，由数层长方体叠加而成，每层长方体分别形成一捕集器，每一捕集器再细分为数个捕集单元，每个捕集单元依次连通，所述捕集单元内部设有垂直挂网，捕集单元外部还设有用于冷却的空气夹套层。在一较佳实施例中，所述捕集装置由3层捕集器分别叠加形成，每一捕集器细分为6个捕集单元。在一较佳实施例中，所述捕集单元设有进口与出口，所述进口设置于捕集单元上部或下部，出口设置于捕集单元的下部或上部，且进口与出口分别设置于捕集单元相应的间隔壁上。在一较佳实施例中，所述捕集单元的进口为位于同一平面的三个进气孔。在一较佳实施例中，所述捕集单元的出口为位于同一平面的三个出气气孔。在一较佳实施例中，所述每个捕集单元中挂网层数为4-16层，网眼大小为4*8mm-12*16mm，网间距离为 10_30cm。在一较佳实施例中，所述悬挂金属丝网与箱层顶部垂直，与气流方向垂直，并且紧挨在箱层顶部。本发明揭示的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，采用三层挂网结构，在保证具可连续地、高效地直接捕集获得高纯度的PMDA同时，降低过程能耗，改善操作环境，减少占地面积。
图1为立式圆筒捕集装置结构示意图。图2为立式圆筒捕集装置的俯视图。图3为方箱式捕集装置结构剖视图及气体走向示意图。图4为第一捕集装置挂网剖视图。
具体实施例方式本发明针对以上所述传统技术中存在的问题，提出一种均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置。该捕集装置具可连续地、高效地直接捕集获得高纯度的PMDA，并可降低过程能耗，改善操作环境，减少占地面积。下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。首先申请人对附图编号作一个简单介绍，在图1中，1#到6#分别代表圆筒捕集装置各捕集单元的编号。在图2中，序号I、II和III为第一捕集器、第二捕集器和第三捕集器，序号1到18表示捕集单元的编号，其中虚线表示冷却空气在空气夹套层走向，实线表示反应产物走向，空气排空，反应产物最终进入水洗塔。在图3中，捕集单元的挂网剖视图，其中挂网为不锈钢金属网，以及其中网顶部与箱顶垂直，与气流方向垂直。各捕集单元开有小门，出料时将金属网推到靠近捕集单元内侧或将金属网卷起，方便操作人员出料，出料结束后再将金属丝网恢复原位挂好。本发明是这样实现的，该PMDA捕集装置为方箱式结构，该PMDA捕集装置为带夹套的长方体形捕集器，捕集装置内部为分格挂网，冷却用的空气走夹套层，反应产物走内部。 它由三层以上的长方体叠加而成，优选值为三层，三层长方体叠加分别形成第一捕集器、第二捕集器和第三捕集器，层与层间用保温材料隔开，每一捕集器再细分为若干个捕集单元， 各个捕集单元依次连通，使得空气能够依次流经过各个捕集单元，起到均勻散热的效果。反应产物中的PMDA能够依次凝华在各捕集单元的挂网上，提高了分离效率及PMDA的纯度。每个捕集单元设有进口和出口，进口和出口分别设置于捕集单元相应的两个间隔壁上，进口可以设置于捕集单元的上部，也可以设置于捕集单元的下部，同样地，出口可以设置于捕集单元的下部，也可以设置于捕集单元的上部，只要确保出口与进口不在同一平面即可。作为本发明的一个优先实施方式，所述进口由同一平面的三个孔组成，相应地，所述出口也由位于同一平面的三个孔组成，申请人之所以设置三个孔，其目的在于使反应物气体流动更加均勻。另外，相邻的捕集单元的出口和进口相互连接。捕集单元内部为立式悬挂若干层金属丝网，网间距10cm-30cm，(图3)金属丝网在于其金属丝网相对与箱层顶部垂直，与气流方向垂直，并且紧贴挨在箱层顶部。反应产物进入捕集装置，由夹套层中的常温空气顺流冷却，进入第一捕集器后，气相反应产物与悬挂的金属网接触，PMDA在金属网表面凝华结晶，形成许多新的结晶中心，
5促进反应产物中PMDA在结晶中心快速成长结晶出来，并附着在金属网表面，待积累到一定量，依靠结晶自身重量或金属网的振动，纯度较高的PMDA凝华结晶落入到第一捕集器中， 随着反应产物向第二、三捕集器移动，反应产物温度逐渐降低且其中的PMDA浓度越来越低，副产物逐步开始凝华结晶出来，落入到第二、三捕集器中，因此反应产物中PMDA大部分在第一捕集器中结晶出来，其副产物在第二、三捕集器中结晶出来，反应产物在捕集器中得到充分捕集，且PMDA与副产物得到充分分离。晶体从金属网上脱落，落入捕集器内，出料操作人员将金属网推到捕集器一侧或卷起对粗酐进行出料包装，从捕集单元小门运出。反应产物经过第一捕集器后，进入第二、第三捕集器，副产物逐渐凝华结晶，落入第二、三捕集器中，其中均酐含量较少。捕集器内挂金属网后，捕集效果明显提高。挂网前第三捕集器中均酐的含量为70-80%，而挂网后第三捕集器中均酐含量则降低到20-25%， 与副产物得到有效分离，降低了生产成本。其中金属丝网其结构形式可以是多排垂直悬挂的与气流方向垂直的金属丝网，通过振动就可以将附着产物脱落下来，这种振动是连续的，也可以是间歇周期性的，也可以是当丝网上积累形成的产物晶体重力大于与丝网的结合力，晶体自动脱落。金属丝网顶端尽量贴紧悬挂的壁面，使得产物PMDA无短路的通过丝网且附着上面。各捕集单元开有小门， 出料时将金属网推到靠近捕集单元内侧或将金属网卷起，方便操作人员出料，出料结束后再将金属丝网恢复原位挂好。其中金属丝网材料可以是常见的不锈钢，其质量较轻，比较面积大，不污染反应产物具有突出效果。以下是本发明的三个应用例。应用例1 如图2和图3所示，该方箱式捕集装置由三层长方体叠加而成，分别为第一、第二、 第三捕集器，总体积为500m3，每一捕集器再等分为6个捕集单元，每个捕集单元内部为反应产物流动，夹套层为冷却用的空气。捕集器内部悬挂8层金属网，网眼大小为12*16mm左右， 金属网之间的间距为20cm，金属丝网相对与箱层顶部垂直，并且紧贴在箱层顶部。应用例2:如图2和图3所示，该方箱式捕集装置由三层长方体叠加而成，分别为第一、第二、 第三捕集器，总体积为600m3，每一捕集器再等分为6个捕集单元，每个捕集单元内部为反应产物流动，夹套层为冷却用的空气。捕集器内部悬挂4层金属网，网眼大小为8*12mm左右， 金属网之间的间距为10cm，金属丝网相对与箱层顶部垂直，并且紧贴在箱层顶部。应用例3 如图2和图3所示，该方箱式捕集装置由三层长方体叠加而成，分别为第一、第二、第三捕集器，总体积为700m3，每一捕集器再等分为6个捕集单元，每个捕集单元内部为反应产物流动，夹套层为冷却用的空气。捕集器内部悬挂16层金属网，网眼大小为4*8mm 左右，金属网之间的间距为30cm，金属丝网相对与箱层顶部垂直，并且紧贴在箱层顶部。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
权利要求
1.一种均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述捕集装置为方箱式结构，由数层长方体叠加而成，每层长方体分别形成一捕集器，每一捕集器再细分为数个捕集单元，每个捕集单元依次连通，所述捕集单元内部设有垂直挂网，捕集单元外部还设有用于冷却的空气夹套层。
2.根据权利要求1所述的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述捕集装置由3层捕集器分别叠加形成，每一捕集器细分为6个捕集单元。
3.根据权利要求2所述的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述捕集单元设有进口与出口，所述进口设置于捕集单元上部或下部，出口设置于捕集单元的下 部或上部，且进口与出口分别设置于捕集单元相应的间隔壁上。
4.根据权利要求3所述的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述捕集单元的进口为位于同一平面的三个进气孔。
5.根据权利要求3所述的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述捕集单元的出口为位于同一平面的三个出气气孔。
6.根据权利要求4或5所述的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述每个捕集单元中挂网层数为4-16层，网眼大小为4*8mm-12*16mm，网间距离为10-30cm。
7.根据权利要求6所述的均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，其特征在于，所述悬挂金属丝网与箱层顶部垂直，与气流方向垂直，并且紧挨在箱层顶部。
全文摘要
本发明公开了一种均四甲苯气相催化氧化产物的捕集装置，所述捕集装置为方箱式结构，由数层长方体叠加而成，每层长方体分别形成一捕集器，每一捕集器再细分为数个捕集单元，每个捕集单元依次连通，所述捕集单元内部设有垂直挂网，捕集单元外部还设有用于冷却的空气夹套层。该捕集装置具可连续地、高效地直接捕集获得高纯度的PMDA，并可降低过程能耗，改善操作环境，减少占地面积。
文档编号B01D5/00GK102166431SQ201110068918
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者丁建林, 余文丛, 吴正新, 夏炳华, 李凤娟, 柏彩萍, 苏仁球 申请人:常熟市联邦化工有限公司