本發(fā)明涉及一種聚甲基硅烷產業(yè)化生產的方法及裝置，屬于碳化硅陶瓷先驅體制備。

背景技術：

1、碳化硅陶瓷先驅體主要有兩種，聚碳硅烷(pcs)和聚甲基硅烷(pms)，都是制備特種碳化硅的原材料。因用于軍事武器、交通運輸、航天航空等重要領域，一直被國外封鎖禁運。

2、近年來，我國碳化硅陶瓷先驅體因在航天航空高溫結構件、核工業(yè)燃料包殼、軍工產品、摩擦材料、涂層、碳化硅纖維、光伏、半導體領域等應用不斷得到驗證，其需求量增長迅速。因碳化硅陶瓷先驅體的生產條件極為嚴苛，難以實現(xiàn)規(guī)模化生產。目前，國內陶瓷先驅體生產廠家不超過5家，其最大生產規(guī)模僅200t/年，且為多條生產線不連續(xù)性生產，生產效率低，成本高，產能遠不能滿足市場需求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種聚甲基硅烷產業(yè)化生產的裝置及方法，可實現(xiàn)聚甲基硅烷的大規(guī)模連續(xù)化生產。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、本發(fā)明一種聚甲基硅烷產業(yè)化生產的方法，包括如下步驟：

4、步驟一

5、將鈉塊加入熔鈉罐中，在熔鈉罐中將鈉塊熔融獲得金屬鈉液體，然后將金屬鈉液體通過管道輸送至含攪拌漿以及不銹鋼實心小球的造粒釜中，造粒釜中提前加入有機溶劑a并加熱，熔融金屬鈉在攪拌和球磨下獲得含微米級的鈉砂的溶液；

6、步驟二

7、將步驟一中含微米級的鈉砂的溶液通過重力自流位于造粒釜下方的反應釜內，然后加入有機溶劑b；攪拌，再將二氯甲基硅烷由進料管滴加進反應釜中，攪拌，進行回流反應；得到反應后液；

8、步驟三

9、將步驟二所得反應后液先自流入位于反應釜下方的離心機內，固液分離，所得濾液進入到蒸發(fā)器中進行液液分離獲得聚甲基硅烷以及含有機溶劑a、有機溶劑b的混合液，將含有機溶劑a、有機溶劑b的混合液通過精餾塔分離分別回收有機溶劑a、有機溶劑b，所得固渣進入位于離心機下方的耙式干燥機中進行干燥。

10、本發(fā)明的制備方法，采用機器手用于金屬鈉投料，避免了人工投料的危險，先在熔鈉罐中將金屬鈉熔融，獲得金屬鈉液后，再將金屬鈉液自流入造粒釜中，通過攪拌，使熔融鈉在溶劑中均勻分散，同時，攪拌帶動釜內實心小球，小球之間通過摩擦，不斷將鈉磨細，最終可制備出顆粒均勻的微米級鈉砂。微米級的納砂通過重力自流位于造粒釜下方的反應釜內，攪拌，進行回流反應；得到反應后液；將反應后液先自流入位于反應釜下方的離心機內，固液分離，所得固渣進入位于離心機下方的耙式干燥機中進行干燥，熔鈉罐到造粒釜，再到反應釜，離心機，最后到耙式干燥機，通過離心機和耙式干燥機實現(xiàn)固液分離，蒸發(fā)器和精餾塔實現(xiàn)液液分離。大大提高了溶劑的利用率。設備布置采用從上往下的布置方式，解決了固體物料密封運輸難的問題，避免放料過程中發(fā)生堵塞、泄漏等安全問題，通過上述工藝，可實現(xiàn)聚甲基硅烷連續(xù)產業(yè)化生產。

11、優(yōu)選的方案，步驟一中，由機械人將鈉塊加入熔鈉罐。

12、優(yōu)選的方案，步驟一中，所述熔鈉罐的底部設有過濾板。通過濾板，可以將金屬鈉表面未熔融的固態(tài)氧化物隔離出來，使制備出來的鈉砂表面未有殘留的氧化物，鈉砂活性提高，使整個反應更徹底。

13、優(yōu)選的方案，步驟一中，在熔鈉罐中，于120-200℃將鈉塊熔融獲得金屬鈉液體。

14、優(yōu)選的方案，步驟一中，用于輸送金屬鈉液體的管道以及球閥采用夾套保溫，造粒釜設有夾套加熱組件。

15、優(yōu)選的方案，步驟一中，所述不銹鋼實心小球的體積為造粒釜容積的1/4-1/3。

16、優(yōu)選的方案，步驟一中，所述攪拌漿為框式結合多層槳葉式攪拌槳。

17、優(yōu)選的方案，步驟一中，所述有機溶劑a選自甲苯、二甲苯中的至少一種，優(yōu)選為二甲苯。二甲苯沸點與金屬鈉的熔點相差較大，對造粒釜工藝參數(shù)選擇較寬，且溶劑揮發(fā)較少，對環(huán)境友好，更安全。

18、優(yōu)選的方案，步驟一中，向造粒釜中加入有機溶劑a，控制溫度為100-135℃于攪拌和球磨下，運行2-6h，優(yōu)選為4h，冷卻，獲得含微米級的鈉砂的溶液；所述攪拌的轉速為30-120轉/min。

19、優(yōu)選的方案，步驟二中，將步驟一中冷卻至80℃以下的含微米級的鈉砂的溶液通過重力自流位于造粒釜下方的反應釜內。

20、優(yōu)選的方案，步驟二中，所述有機溶劑b選自甲苯，所述有機溶劑b加入后反應物料占反應釜容積的1/3-1/2。反應釜內選用甲苯作為反應溶劑，主要是產品聚甲基硅烷在甲苯中有更好的溶解性，用甲苯做反應溶劑，可以減少產品在固渣中的吸附，減少損耗。

21、優(yōu)選的方案，步驟二中，按na與si的摩爾比，na:si＝1.8～1.98：1，配取二氯甲基硅烷，將二氯甲基硅烷以20-40kg/h的速度由進料管滴加進反應釜中，于30-60轉/min，優(yōu)選為45轉/min的轉速下攪拌，進行回流反應，二氯甲基硅烷滴加完成后，繼續(xù)反應10-48h，獲得反應后液。

22、本發(fā)明中，通過減少反應中金屬鈉的比例，使原料二氯甲基硅烷為微過量狀態(tài)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，此時，可以使金屬鈉反應完全，避免了規(guī)?；a中因反應固渣中殘留鈉而導致后處理的安全隱患。

23、優(yōu)選的方案，步驟二中，所述進料管的管徑在反應釜外部的部份為φ15，在反應釜內部的部份為φ8或φ10。

24、本發(fā)明的進料管的管徑采用變徑，釜內進料管用卡箍固定在內盤管上，本發(fā)明通過縮小釜內進料管尺寸，控制二氯甲基硅烷最大的進料量，保證在滴加閥失效情況下，反應釜內的溫度可控制在安全溫度內。

25、優(yōu)選的方案，步驟二中，所述進料管插入反應物料液面之下5-10cm，同時對進料管在反應物料液面以上部分開兩個氣壓平衡孔。

26、所述進料管的開孔位置在釜蓋之間。

27、通過將反應釜內氯硅烷滴加管道深入液面以下，減緩了氯硅烷的汽化，增加了氯硅烷在溶劑中的溶解，提高氯硅烷與鈉砂的反應程度。且在液面以上的滴加管道上開兩個小孔，平衡氯硅烷滴加管內與反應釜的壓力平衡，使氯硅烷能順利滴下來。

28、優(yōu)選的方案，步驟二中，所述攪拌用攪拌器為框式結合多層槳葉式攪拌器。采用該攪拌器可以將底部固體全部攪起，且避免了中間漩渦的形成。

29、進一步的優(yōu)選，所述攪拌器的中心軸伸出框式攪拌3-5cm，控制中心軸距離釜底距離為3-5cm。通過該優(yōu)選方案的攪拌器可增加底部的攪拌力度。

30、進一步的優(yōu)選，所述攪拌器的最上層槳葉設置在液面層，且每層槳葉間隔15-30cm。通過該優(yōu)選方案的攪拌器可避免攪拌過程漩渦的生成，固液混合更充分，提高反應程度。

31、優(yōu)選的方案，步驟二中，所述反應釜底部設有罐底閥，內部設有內盤管、外部設有外夾套，同時設有多個測溫點。通過罐底閥避免底部因死角造成鈉砂反應不充分，同時，反應釜通過內盤管和外夾套，遠遠增加了反應釜的換熱面積，通過反應釜多點測溫，溫度與氯硅烷進料速度、冷卻劑流速進行聯(lián)動，實現(xiàn)了釜內溫度的自動化控制，避免了因反應劇烈發(fā)生暴聚的現(xiàn)象。

32、優(yōu)選的方案，步驟三中，將步驟二所得反應后液通過管道先自流入位于反應釜下方的離心機，所述管道上安裝有自動控制閥，所述離心機采用刮刀下放料式。且管道上安裝有自動控制閥。通過管道上安裝有自動控制閥與離心機內液位連鎖，實現(xiàn)自動進料且避免物料溢出，離心機采用刮刀下放料式，避免了開蓋出料，做到密封進出料，符合環(huán)保安全的要求。

33、本發(fā)明還提供一種聚甲基硅烷產業(yè)化生產的裝置；

34、由鈉漿制備裝置、反應釜、分離設備組成；

35、所述鈉漿制備裝置其由機器人、熔鈉罐、造粒釜組成；機器人用于向熔鈉罐投加鈉塊；熔鈉罐用于將鈉塊熔融獲得金屬鈉液體，造粒釜用于制作鈉砂，其通過管道與熔鈉罐相連，所述造粒釜中含有攪拌漿以及不銹鋼實心小球；

36、所述反應釜位于造粒釜的下方，用于聚甲基硅烷的制備；

37、所述分離設備由離心機、三級蒸發(fā)器、耙式干燥機組成，所述離心機位于反應釜下方，所述耙式干燥機位于離心機的下方。

38、優(yōu)選的方案，所述熔鈉罐的底部設有過濾板。

39、優(yōu)選的方案，用于造粒釜與熔鈉罐相連的管道以及球閥采用夾套保溫，造粒釜設有夾套加熱組件。

40、優(yōu)選的方案，所述不銹鋼實心小球的體積為造粒釜容積的1/4-1/3。

41、優(yōu)選的方案，所述攪拌漿為框式結合多層槳葉式攪拌槳。

42、優(yōu)選的方案，所述進料管的管徑在反應釜外部的部份為φ15，在反應釜內部的部份為φ8或φ10。且用卡箍固定在盤管上。

43、優(yōu)選的方案，所述反應釜中的進料管在反應物料的液面之下5-10cm，同時對進料管在反應物料液面以上部分開兩個氣壓平衡孔。

44、進料管的開孔位置在釜蓋之間。

45、優(yōu)選的方案，所述反應釜中的攪拌器為框式結合多層槳葉式攪拌器。

46、進一步的優(yōu)選，所述攪拌器的中心軸伸出框式攪拌3-5cm，控制中心軸距離釜底距離為3-5cm

47、進一步的優(yōu)選，所述攪拌器的最上層槳葉設置在液面層，且每層槳葉間隔15-30cm。

48、優(yōu)選的方案，所述反應釜底部設有罐底閥，內部設有內盤管、外部設有外夾套，同時設有多個測溫點。

49、優(yōu)選的方案，所述離心機與反應釜相連的管道上安裝有自動控制閥，所述離心機采用刮刀下放料式。反應完成的物料自流進入離心機，且管道上安裝有自動控制閥，與離心機內液位連鎖，實現(xiàn)自動進料且避免物料溢出。

50、原理與優(yōu)勢

51、本發(fā)明中通過機器人用于金屬鈉投料，避免了人工投料的危險和有機溶劑的揮發(fā)。熔鈉罐用于加熱熔融金屬鈉，且罐內有過濾板，可以將金屬鈉表面未熔融的氧化物隔離出來，使制備出來的鈉砂表面未有殘留的氧化物，鈉砂活性提高，使整個反應更徹底。造粒釜用于制備鈉漿溶液，通過低速攪拌，緩慢帶動釜內實心小球運動，使熔融鈉在溶劑中被分散，冷卻后形成不均勻顆粒金屬鈉。提高攪拌速度，帶動實心球的快速運動，使不均勻顆粒的金屬鈉受到擠壓和摩擦，大顆粒的金屬鈉不斷變得更細，最終變成均勻的微米級金屬鈉粉。此鈉細化過程不同于以往單純通過攪拌或者高速離心制備鈉砂，單純機械攪拌制備的鈉砂存在顆粒不均，且不能大批量制備，限制了產業(yè)化生產。高速離心制備鈉砂，制備的鈉砂顆粒均勻，但因為高速旋轉，鈉容易殘留在離心轉盤和設備內壁上，不易脫落，使每次制備的鈉砂沒有確定數(shù)量，且大量細小鈉粉殘留在罐內，給設備檢修帶來了極大的安全隱患。結合目前出現(xiàn)的兩種鈉砂制備工藝，本發(fā)明的鈉漿工藝，通過攪拌和球磨兩種工藝相結合，先通過攪拌將熔融鈉制備呈不均勻的小顆粒，在通過球磨的作用，將不均勻的鈉砂球磨成均勻的微米級鈉砂，此過程也會提高鈉砂表面活性，提高反應利用率，且此過程中設備內無殘留，制備工藝不受設備尺寸的限制，是聚甲基硅烷產業(yè)化生產線建立的關鍵。

52、本發(fā)明中，反應釜內溫度控制在60-85℃。反應釜內氯硅烷滴加管道深入液面以下，減緩了氯硅烷的汽化，增加了氯硅烷在溶劑中的溶度，提高氯硅烷與鈉砂的反應程度。且在液面以上的滴加管道上開兩個小孔，平衡氯硅烷滴加管內與反應釜的壓力平衡，使氯硅烷能順利滴下來。

53、本發(fā)明中，反應釜底部為罐底閥，避免底部因死角造成鈉砂反應不充分，同時，反應釜通過內盤管和外夾套，遠遠增加了反應釜的換熱面積，通過反應釜多點測溫，溫度與氯硅烷進料速度、冷卻劑流速進行聯(lián)動，實現(xiàn)了釜內溫度的自動化控制，避免了因反應劇烈發(fā)生暴聚的現(xiàn)象。

54、本發(fā)明中，反應完成的物料自流進入離心機，且管道上安裝有自動控制閥，與離心機內液位連鎖，實現(xiàn)自動進料且避免物料溢出。離心機采用刮刀下放料式，避免了開蓋出料，做到密封進出料，符合環(huán)保安全的要求。

55、本發(fā)明中，熔鈉罐到造粒釜，再到反應釜，離心機，最后到耙式干燥機，設備布置采用從上往下的布置方式，解決了固體物料密封運輸難的問題，避免放料過程中發(fā)生堵塞、泄漏等安全問題。

56、本發(fā)明可實施大規(guī)模連續(xù)化生產，單釜單次可產聚甲基硅烷193-215kg，單條生產線年產能達到190t。通過多條生產線的擴建以及生產設備的擴大，提高單條生產線產能，可解決目前碳化硅陶瓷先驅體無法實現(xiàn)規(guī)?；a，供不應求的問題。