固、液两相全混反应方法

专利名称:固、液两相全混反应方法
本发明涉及一种固、液两相反应方法，具体地说本发明涉及一种固、液两相比重差较大的全混式反应方法。
在工业化的化学反应中，有一类为固、液两相均匀混合方法，其中的固相可能是反应原料，也可能是反应催化剂等。无论是哪一种类型，都要求固、液两相混合均匀，两相混合的均匀程度对反应速度、最终转化率、产品选择性都有十分显著的影响。但对于固、液两相比重差较大的反应体系，固、液两相很难混合得令人满意，特别是随着工业装置规模的扩大，混合不均的缺点就曝露得更加明显，有时可能成为工业应用的瓶颈。
例如在4-亚硝基二苯胺的合成中，其原料为二苯胺和亚硝酸钠，在反应条件下两种原料一种液相，另一种为固相，并且两相比重差达1倍以上。在实验室规模下，可以较为容易地达到良好的混合状态，反应效率也较高，但随着反应规模的扩大，其两的混合效果越来越差，采用标准的搅拌反应装置，在相同的反应条件下，反应转化率要下降60个百分点左右，产品的选择性也大大下降，因而使这项技术工业化应用受到限制。如美国专利4.478.008中所述，将二苯胺亚硝化，重排合成为4-亚硝基二苯胺，然后用传统地5％钯碳催化剂在500～800磅/平方英寸的压力下进行加氢还原反应，制得4-氨基二苯胺。其中强调了反应需要良好的搅拌条件，但没有具体说明什么形式的搅拌最好。其反应结果在小规模的实验装置上可以再现，但放大实验规模后，反应的转化率及产品的选择性就大大下降。
传统的搅拌反应装置不适于比重差较大的固、液两相全混反应体系，从流体力学方面考虑可能是以下原因由于反应的两相不互溶且比重差较大，因此在反应过程中混合均匀程度是制约反应效果的一个关键因素，在常规的搅拌反应装置中，若搅拌程度不够，液、固两相混合不均匀，比重大的物料大部分沉积在下面，两相不能充分接触；若搅拌太剧烈，由于离心作用，比重大的物料较多靠近于反应器的侧壁，两相接触亦不充分。由于固、液两相不能充分接触，直接导至反应速度慢，转化率及选择性下降。这种现象在小规模的实验室装置中还不能充分表现出来，但随着装置规模的放大，其影响就更加充分暴露出来。例如上述的反应体系，当装置从实验室规模扩大到2m3时，选用现有技术中的搅拌式反应器，转化率从90％以上降到30％左右，而且选择性也有较大幅度的降低。两相比重差大的返混反应体系的充分搅拌问题一直是本领域中难以解决的难题，极大地限制这类化学反应在工业上的应用。CN2236355Y设计了一种新型搅拌反应器，用于气、液两相或气、液、固三相反应，其搅拌装置主要由推进式螺旋桨、导流筒和刮壁桨叶构成，可以形成流体轴向大循环。但这种搅拌方式并不能适用于比重差较大的固、液两相反应，因为该搅拌装置没有刮反应器底部，且提升力较差，只有在较高的转速下才能将比重较大的固体物料升起，这样使离心力过大，固体物料大部分靠近反应器侧壁，虽有刮壁桨叶，但其作用只能消除反应器内壁的滞流层，并不能充分将靠近反应器侧壁的固体物料返混到液相物料中。
本发明的目的是提供一种适宜工业应用的固、液两相比重差大的全混反应方法。
本发明方法为在反应体系适宜的工艺条件下，使用本发明设计的刮壁式搅拌器充分搅拌，进行间歇式或连续式生产。本发明方法所使用的刮壁式搅拌器包括搅拌器框架1，筋板2，刮板3组成，筋板2固定在框架1的下面，刮板3固定在筋板2上，筋板2及刮板3的形状与反应器内壁形状相配合，使刮板3在搅拌过程中刮反应器的侧壁及底面。搅拌器在较低的转速下运行就可以达到理想的搅拌效果，根据反应物料的性质，转速通常为20～120转/分钟。

图1是本发明所用的一种典型的刮壁式搅拌器的示意图。
图2是图1的A-A剖视放大图。
下面结合附图进一步说明本发明的工艺方法。
本发明的关建在于设计了一种适用于本发明工艺的刮壁式搅拌器，该搅拌器的框架1可以采用多种结构，如标准框式搅拌器HG5-278-79等，它作为刮板3的框架，同时起到一个辅助的搅拌作用。筋板2与框架1相连接，连接方式可以采用通常的焊接方式，筋板上可以有一些通孔用于固定刮板3。刮板3通常采用具有一定强度非金属材料制造，如聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、石棉板等，刮板3可以通过紧固螺栓4与筋板2紧固连接，也可以采用筋板与刮板的过盈配合方式使其固定。筋板2和刮板3的数量可以根据反应器的容积确定，一般选择1～4个为宜，同时框架1的结构也要作适应性调整。由于反应系统中存在腐蚀性物质，因此搅拌器框架和筋板以及紧固螺栓等的要选择耐腐蚀材料，如不诱钢、搪瓷等，或采用普通金属材料并且在表面喷涂耐腐蚀材料如聚四氟乙烯等。
整个搅拌器的形状要与反应器的形状配合，刮板3的尺寸是与反应器的尺寸(封头、釜壁)相近的，而仅需要考虑的是轴的径向摆动的偏差，其目的是在搅拌过程中刮板是与釜底和釜壁相刮，同时没有很大的运动阻力而造成过大的动能消耗为好。筋板通过紧固螺栓4起着联接刮板，同时增加了刮板强度，其尺寸只要略小于釜体就能满足要求，釜体封头上可采用双头螺栓来调整搅拌器轴向的距离，以保证刮板与底封头进行接触。
搅拌器与减速机由联轴节联接，机座安装在封头上的若干个双头螺栓上，通过调整机座与釜体的上下位移而发生搅拌器轴向的位移，使刮板的下边缘与釜下封头产生合适的接触。
本发明搅拌器结构简单合理、制作安装容易，适于工业使用。本发明搅拌器在较低的转速下工作就可以达到很好的搅拌效果，因此节省能耗。本发明方法适用于固、液两相全混反应体系，特别是两相比重差较大的固、液两相全混反应体系。本发明方法也可以用于固、固两相全混反应，液、液不互溶两相全混反应，以及固、液、气全混反应等。
本发明方法所涉及的搅拌器所处的工作环境为液、固相反应并且两相比重差大，同时，反应机理要求反应介质要充分接触，也就是说反应需要强烈的返混状态，本发明使用的搅拌器，针对液、固比重大，现有搅拌式反应器搅拌效果差的缺点，采用刮壁方式，强制地使反应固体物返混到反应体系中，充分地满足了反应的内在要求。因而本发明方法在反应转化率和产品选择性等方面都得到了很大的提高。本发明工艺方法的另一个优点是适用于大规模的工业生产，在反应器容积增大时，搅拌效果与实验规模装置的搅拌效果相当，解决了工业化应用的瓶颈。
下面结合实施例进一步说明本发明方法的效果。
实施例1在2M3搪瓷釜中，搅拌器为附图1所示结构的刮壁式搅拌器，转速为50转/分钟，向釜中依次加入二苯胺200Kg、亚硝酸钠85.5Kg、溶剂甲苯185Kg、搅拌溶解1小时，同时进行氮气置换。然后控制反应温度25℃，滴加含氯化氢20％浓度的氯化氢-丁醇溶液648Kg，滴加时间4小时，滴加完毕后，继续反应1小时，然后用15％浓度的氢氧化钠溶液630Kg进行中和，中和完毕后进行分相静置，分除水相取有机相进行高压液相色谱分析，结果表明反应转化率为98.5％，4-亚硝基二苯胺选择性为96.8％。
比较例1在2M3搪瓷釜中，搅拌器为搪玻璃叶轮式搅拌器(K-2000.HG5-279-79)，其它操作均同实施例1，高压液相色谱显示反应结果为二苯胺转化率为23.5％，4-亚硝基二苯胺选择性为78.7％。
比较例2在2M3搪瓷釜中，搅拌器为搪玻璃框式搅拌器(K-2000.HG5-278-79)，其它操作均同实施例1，高压液相色谱显示反应结果为二苯胺转化率为34.2％，4-亚硝基二苯胺选择性为86.1％。
从以上实施例和比较例可以看出，在规模较大的工业化装置中，本发明方法有于比重差较大的固、液两相全混反应过程中具有十分突出的效果。
权利要求
1.一种固、液两相全混反应方法，其特征在于在适宜的反应条件下使用刮壁式搅拌器，所述的刮壁式搅拌器包括搅拌器框架[1]，筋板[2]和刮板[3]，筋板[2]固定在框架[1]的下面，刮板[3]固定在筋板[2]上，筋板[2]及刮板[3]的形状与所使用的反应装置相配合，使刮板[3]在搅拌过程中刮反应器的侧壁及底面。
2.按照权利要求
1的方法，其特征在于所述的搅拌器框架[1]选用标准框式搅拌器。
3.按照权利要求
1的方法，其特征在于所述的筋板[2]与搅拌器框架[1]采用焊接方式联接。
4.按照权利要求
1的方法，其特征在于所述的刮板[3]选用聚四氟乙烯，聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或石棉制成。
5.按照权利要求
1的方法，其特征在于所述的刮板[3]与筋板[2]通过螺栓[4]固定。
6.按照权利要求
1的方法，其特征在于所述的刮板[3]与筋板[2]有1～4条。
7.按照权利要求
1的方法，其特征在于搅拌器的转速为20～120转/分钟。
专利摘要
本发明提供了一种固、液两相全混反应方法,特别是用于固、液两相比重差较大的全混反应方法。本发明方法采用特殊设计的刮壁式搅拌器,使该反应系统在低转速下达到良好的返混效果,从而大大提高了反应转化率和选择性。本发明方法克服了现有技术在工业放大时不能达到理想搅拌效果的缺点,使该类反应适于在工业上应用。
文档编号B01J8/10GKCN1335199SQ00110712
公开日2002年2月13日 申请日期2000年7月24日
发明者王海波, 吕志辉, 侯学伟, 陈明, 王顺农, 季秀珍 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院