專(zhuān)利名稱(chēng)：生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及甲苯二胺和光氣的液相/氣相反應(yīng)以生產(chǎn)甲苯二 異氰酸酯，更特別地涉及用于生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的裝置和方法。本發(fā)明仍更具體地涉及采用反應(yīng)物的高剪切混合的這種裝置和方法。
技術(shù)背景目前，甲苯二異氰酸酯(TDI)主要作為用于與多元醇反應(yīng)形成聚氨 酯的化學(xué)原料被生產(chǎn)。常規(guī)生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的一種方法包括(l)硝化，其涉及甲苯與硝酸和催化劑反應(yīng)以形成二硝基甲苯；(2)氫化，其中二硝基甲苯與氫氣和催化劑反應(yīng)以形成甲苯二胺(TDA)異構(gòu)體的混 合物；(3)將TDA混合物蒸餾以生成間-TDA;和(4)光氣化，其中間-TDA 與光氣反應(yīng)以形成粗制TDI混合物。粗制TDI混合物然后可進(jìn)行蒸餾 以分離各種摩爾比的TDI異構(gòu)體，諸如2,4-TDI和2，6-TDI的80:20的 混合物，被稱(chēng)為T(mén)DI(80/20)。在有些情況下，分離出純的2,4-TDI和 2,4-TDI禾Q 2,6-TDI的65:35的混合物(被稱(chēng)為T(mén)DI(65/35)) 。 TDI中的 每個(gè)異氰酸酯官能團(tuán)可與羥基反應(yīng)以形成氨基甲酸酯鏈接?，F(xiàn)有的用 于生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯混合物的方法的和生產(chǎn)設(shè)備特別地受到各種制 約因素的影響，所述因素為諸如質(zhì)量流限制，產(chǎn)品收率，工廠(chǎng)規(guī)模和 能量消耗。因此，仍然需要改善甲苯二異氰酸酯的生產(chǎn)方法。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，提供了生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的方法， 該方法包括形成包含被分散在甲苯二胺液相中的光氣氣泡的分散體。件包括小于約600 kPa 的壓力和小于約20(TC的溫度。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，還提供了系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)高剪切混合裝置，其被配置用于產(chǎn)生光氣氣泡在甲苯二胺液相中的分散體，其中得到的分散體具有小于1微米的平均氣泡直徑；泵， 其被配置用于遞送包含甲苯二胺的液體物流至高剪切混合裝置；和容 器，其被配置用于從高剪切混合裝置接收所得分散體并用于保持預(yù)定 的壓力和溫度。在一些實(shí)施方案中，高剪切混合裝置包括具有轉(zhuǎn)子尖 端的轉(zhuǎn)子/定子組，所述裝置被配置用于在至少300 L/h的流速和至少 22.9 m/sec的尖端速度下操作。這些和其它的實(shí)施方案和可能的優(yōu)點(diǎn)在 下文的詳細(xì)說(shuō)明和附圖中變得顯而易見(jiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，用于生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的 方法的工藝流程圖。圖2是用于圖1系統(tǒng)的實(shí)施方案中的多級(jí)高剪切器件的縱向剖視圖。優(yōu)選方案詳述本文所公開(kāi)的通過(guò)甲苯二胺的液相/氣相光氣化來(lái)生產(chǎn)甲苯二異 氰酸酯的系統(tǒng)和方法采用了外部高剪切機(jī)械裝置，以提供化學(xué)成分在 高剪切裝置和/或反應(yīng)器中在受控環(huán)境下的快速接觸和混合。高剪切裝 置減少了對(duì)反應(yīng)的傳質(zhì)限制，從而增加總反應(yīng)速率。牽涉液體、氣體和固體的化學(xué)反應(yīng)依賴(lài)于動(dòng)力學(xué)定律，其涉及時(shí) 間、溫度和壓力來(lái)確定反應(yīng)速率。如果希望兩種或更多種不同相的原 材料(例如固體和液體；液體和氣體；固體、液體和氣體)發(fā)生反應(yīng)，控制反應(yīng)速率的限制因素之一牽涉反應(yīng)物的接觸時(shí)間。在非均相催化 反應(yīng)的情況下，存在另外的速率限制因素從催化劑表面除去已反應(yīng) 的產(chǎn)物從而使得該催化劑能夠催化另外的反應(yīng)物。反應(yīng)物和/或催化劑 的接觸時(shí)間通常通過(guò)混合得以控制，所述混合操作提供在化學(xué)反應(yīng)中 所牽涉的兩種或更多種反應(yīng)物的接觸。包括如本文所述的外部高剪切 裝置或混合器的反應(yīng)器組件使得有可能降低傳質(zhì)限制，從而使得反應(yīng) 更密切地接近動(dòng)力學(xué)極限。當(dāng)反應(yīng)速率加速時(shí)，停留時(shí)間可降低，從 而增加可獲得的處理量。產(chǎn)品收率由于高剪切系統(tǒng)和方法得以增加。 作為替代，如果現(xiàn)有方法的產(chǎn)品收率是可接受的話(huà)，那么通過(guò)并入合 適的高剪切來(lái)減少所需的停留時(shí)間可允許使用比傳統(tǒng)方法更低的溫度 和/或壓力。
生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的系統(tǒng)。
現(xiàn)在參考圖1來(lái)描述高剪切生產(chǎn)系統(tǒng)，圖1是用于通過(guò)甲苯二胺 的光氣化來(lái)生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的高剪切系統(tǒng)1的實(shí)施方案的工藝流
程圖。代表性系統(tǒng)的基礎(chǔ)組件包括外部高剪切混合裝置(HSD)40、容器 10和泵5。如圖1所示，高剪切裝置位于容器/反應(yīng)器10以外。這些部 件中的每一個(gè)在下文中進(jìn)行更詳細(xì)的描述。管道21連接至泵5用于引 入甲苯二胺的液體物流。管道13將泵5連接至HSD 40，以及管道18 將HSD 40連接至容器10。管道22連接至管道13用于向甲苯二胺的 物流引入光氣。管道17被連接至容器10用于除去未反應(yīng)的光氣、甲 苯二胺蒸氣和其它的反應(yīng)氣體。如果需要，另外的部件或工藝步驟可 被并入在容器10和HSD 40之間，或被并入到泵5或HSD 40的前面。 例如，如果需要，管道16可連接至管道21或管道13,以提供多程操 作。
髙剪切混合裝置。外部高剪切混合裝置(HSD)40，有時(shí)也被稱(chēng)為高 剪切混合器，被配置用于經(jīng)由管道13接收進(jìn)口物流，該進(jìn)口物流包含 甲苯二胺和光氣?；蛘撸琀SD40可被配置用于經(jīng)由分開(kāi)的進(jìn)口管道(未 示出)接收液體和氣體反應(yīng)物物流。盡管在圖1中僅僅示出了一個(gè)高剪切裝置，但是可理解的是，該系統(tǒng)的一些實(shí)施方案可具有以串聯(lián)流或
并聯(lián)流方式布置的兩個(gè)或更多個(gè)高剪切混合裝置。HSD 40是一種機(jī)械
裝置，其采用一個(gè)或多個(gè)包括轉(zhuǎn)子/定子組合的發(fā)生器，該轉(zhuǎn)子/定子組
合各自在定子和轉(zhuǎn)子之間具有固定的縫隙。HSD40的配置方式為使得 其能夠在流過(guò)該混合器的反應(yīng)混合物中產(chǎn)生亞微米級(jí)(即直徑小于1微 米)和微米級(jí)的氣泡。高剪切混合器包括外殼或外罩，從而可控制反應(yīng) 混合物的壓力和溫度。
高剪切混合裝置基于它們混合流體的能力， 一般被分為三大類(lèi)。 混合是使流體內(nèi)的粒子或非均相物質(zhì)的尺寸減小的過(guò)程。對(duì)于混合的 程度或充分性的一個(gè)量度是混合裝置產(chǎn)生的、使流體粒子碎裂的每單 位體積的能量密度?；诒贿f送的能量密度將這些裝置進(jìn)行分類(lèi)。具 有足夠的能量密度從而一致性地產(chǎn)生具有在亞微米至50微米范圍內(nèi)的 粒徑的混合物或乳液的三類(lèi)工業(yè)混合器包括均化閥系統(tǒng)、膠體磨和高 速混合器。在第一類(lèi)高能量裝置(被稱(chēng)為均化閥系統(tǒng))中，待處理的 流體在極高壓下被泵送通過(guò)狹隙閥，進(jìn)入具有更低壓力的環(huán)境中?？?閥壓差以及所得的渦流和空化作用將流體內(nèi)的任何粒子進(jìn)行破碎。這 些閥系統(tǒng)最常被用在乳的均化中并且可獲得在0-1微米范圍內(nèi)的平均 粒度。
在能量密度系列的相對(duì)端，第三類(lèi)裝置被稱(chēng)為低能裝置。這些系 統(tǒng)通常具有在待處理流體的儲(chǔ)器中以高速旋轉(zhuǎn)的槳或流體轉(zhuǎn)子，所述
流體在許多更常見(jiàn)的應(yīng)用中是食品。當(dāng)在被處理流體中大于20微米的
平均粒徑是可接受的時(shí)候，這些低能系統(tǒng)通常被使用。
就被遞送至流體的混合能量密度而言，介于低能裝置和均質(zhì)閥系 統(tǒng)之間的是膠體磨，其被分在中等能量裝置類(lèi)別中。典型的膠體磨構(gòu) 造包括錐形的或碟形的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子通過(guò)被密切控制的轉(zhuǎn)子-定子縫隙 而與互補(bǔ)的液冷式定子分隔開(kāi)，該轉(zhuǎn)子-定子縫隙通常為0.0254毫米 -10.16毫米(0.001-0.40英寸)。轉(zhuǎn)子通常由電動(dòng)馬達(dá)通過(guò)直接傳動(dòng)或帶機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，所以其在轉(zhuǎn)子的外表面和定子的 內(nèi)表面之間泵送流體，并且在縫隙中產(chǎn)生的剪切力對(duì)流體進(jìn)行處理。 許多經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)的膠體磨在被處理流體中實(shí)現(xiàn)0.1-25微米的平均粒 度。這些能力使得膠體磨適合于許多應(yīng)用，所述應(yīng)用包括膠體和油/水 基乳化處理，諸如化妝品、蛋黃醬或硅氧烷/銀汞齊形成所需的乳化處 理，以及屋頂焦油混合。
通過(guò)測(cè)量馬達(dá)能量(kW)和流體輸出(L/min)可估算進(jìn)入流體的能量 輸入近似值(kW/L/min)。尖端速度是轉(zhuǎn)子尖端在每單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)行的圓 周距離。因此，尖端速度是轉(zhuǎn)子直徑和旋轉(zhuǎn)頻率的函數(shù)。尖端速度(例 如，以每分鐘米數(shù)表示)可如下計(jì)算由轉(zhuǎn)子尖端記錄的圓周距離2ttR (其中R是轉(zhuǎn)子的半徑(例如以米表示))乘以旋轉(zhuǎn)頻率(例如，以
轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘表示)。例如，膠體磨的尖端速度可超過(guò)22.9 m/sec(4500 ft/min)，并且可超過(guò)40 m/sec(7900 ft/min)。對(duì)于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ) "高剪切"是指能夠達(dá)到超過(guò)5.1 m/sec.(1000 ft/min)的尖端速度并且需 要外部機(jī)械驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力裝置以驅(qū)動(dòng)能量進(jìn)入待反應(yīng)材料的物流內(nèi)的機(jī) 械式轉(zhuǎn)子定子裝置(例如膠體磨或轉(zhuǎn)子/定子混合器)。例如，在HSD40 中，可實(shí)現(xiàn)超過(guò)22.9(4500 ft/min)的尖端速度，并且可實(shí)現(xiàn)超過(guò)40的尖 端速度。在一些實(shí)施方案中，HSD 40能夠在至少22.9 m/sec(4500 ft/min) 的公稱(chēng)尖端速度下以約1.5 kW的能耗遞送至少300 L/h。
HSD 40將高的尖端速度與極小剪切縫隙相結(jié)合以在被處理的材 料上產(chǎn)生顯著的剪切。剪切量將根據(jù)流體粘度的不同而異。因此，在 高剪切裝置操作期間在轉(zhuǎn)子的尖端處產(chǎn)生局部的高壓和高溫區(qū)域。在 一些情況中，局部高壓為約1034.2 MPa(150,000psi)。在一些情況中， 局部高溫為約50(TC。在一些情況中，這些局部壓力和局部溫度的升高 可持續(xù)數(shù)納秒或皮秒。在一些實(shí)施方案中，高剪切混合器的能量消耗 大于1000 W/m3。在實(shí)施方案中，HSD 40的能量消耗在約3000 W/m3 至7500 W/r^的范圍內(nèi)。剪切速率是尖端速度除以剪切縫隙寬度(在轉(zhuǎn) 子和定子之間的最小間隙)。在HSD 40中產(chǎn)生的剪切速率可大于20,000s"。在一些實(shí)施方案中，剪切速率為至少1,600,000 s—1。在實(shí)施方案中， 由HSD 40中產(chǎn)生的剪切速率為20,000 s"至100,000 s"。例如，在一個(gè) 應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子尖端速度為約40 m/sec(7900 ft/min)且剪切縫隙寬度是 0.0254毫米(O.OOl英寸)，產(chǎn)生1,600,000 s—1的剪切速率。在另一個(gè)應(yīng)用 中，轉(zhuǎn)子尖端速度為約22.9 m/sec(4500 ft/min)并且剪切縫隙寬度為 0.0254 mm(O.OOl英寸)，產(chǎn)生約901,600 s—1的剪切速率。
HSD 40能夠?qū)⒐鈿飧叨确稚⒒騻魉瓦M(jìn)入包含甲苯二胺的主要液 相中，從而使得至少一部分光氣與甲苯二胺反應(yīng)以生成包含甲苯二異 氰酸酯的產(chǎn)品物流。在實(shí)施方案中，HSD40包括膠體磨。適當(dāng)?shù)哪z體 磨例如由IKA Works, Inc. Wilmington, NC和APV North America, Inc. Wilmington, MA生產(chǎn)。在一些情況下，HSD 40包括IKA Works， Inc 的Dispax Reactor ?？色@得具有不同的進(jìn)口/出口接頭、馬力、公稱(chēng)尖 端速度、輸出rpm和公稱(chēng)流速的幾種型號(hào)。特定裝置的選擇將根據(jù)預(yù) 定應(yīng)用的具體處理量的要求而定，并且將根據(jù)得自高剪切混合器的出 口分散體內(nèi)的所需的氣泡尺寸而定。
高剪切裝置包括至少一個(gè)產(chǎn)生被施加于反應(yīng)物上的機(jī)械力的旋轉(zhuǎn) 件。高剪切裝置包括以一定間隙隔開(kāi)的至少一個(gè)定子和至少一個(gè)轉(zhuǎn)子。 例如，轉(zhuǎn)子可以是錐形的或碟形的并且可與具有互補(bǔ)形狀的定子分隔 開(kāi)；轉(zhuǎn)子和定子二者都可包括多個(gè)周邊間隔的齒。在一些實(shí)施方案中， 一個(gè)或多個(gè)定子是可調(diào)節(jié)的，從而在每個(gè)發(fā)生器(轉(zhuǎn)子/定子組)的轉(zhuǎn) 子和定子之間獲得所需的縫隙。在轉(zhuǎn)子和/或定子內(nèi)的凹槽可在交替階 段改變方向用于增加的渦流。每個(gè)發(fā)生器可由任何被配置用于提供必 要旋轉(zhuǎn)的合適的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所驅(qū)動(dòng)。
在一些實(shí)施方案中，在定子和轉(zhuǎn)子之間的最小間隙為約0.0254毫 米到約3.175毫米(約0.001英寸到0.125英寸)。在某些實(shí)施方案中， 在定子和轉(zhuǎn)子之間的最小間隙為約1.524毫米(0.060英寸)。在某些構(gòu)造 中，在轉(zhuǎn)子和定子之間的最小間隙為至少1.78毫米(0.07英寸)。由高剪切混合器產(chǎn)生的剪切速率可沿著流通道的縱向位置的不同而變化。在一些實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子被設(shè)定為在與轉(zhuǎn)子的直徑和所需尖端速度相稱(chēng)的速度下旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施方案中，膠體磨在定子和轉(zhuǎn)子之間具有固定的間隙。或者，膠體磨具有可調(diào)節(jié)的間隙。
在一些實(shí)施方案中，HSD 40包括單級(jí)分散室(即單一的轉(zhuǎn)子/定子組合，單一發(fā)生器)。在一些實(shí)施方案中，高剪切裝置40是多級(jí)串聯(lián)的分散器并且包括多個(gè)發(fā)生器。在某些實(shí)施方案中，HSD40包括至少兩個(gè)發(fā)生器。在其它實(shí)施方案中，高剪切裝置40包括至少三個(gè)高剪切發(fā)生器。在一些實(shí)施方案中，高剪切裝置40是多級(jí)混合器，憑借其，剪切速率(其與尖端速度成正比并與轉(zhuǎn)子/定子縫隙成反比)沿著流通道的
縱向位置的不同而變化，這在下文中進(jìn)一步進(jìn)行描述。
在一些實(shí)施方案中，外部高剪切裝置的每一級(jí)都具有可互換的混合工具，提供靈活性。例如，IKA Works, Inc. Wilmington, NC和APVNorth America, Inc. Wilmington, MA的DR 2000/4 Dispax Reactor⑧包括三級(jí)分散模塊。該模塊可包括最多三個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組合(發(fā)生器)，每一級(jí)具有細(xì)、中等、粗糙和超細(xì)的選擇。這使得可產(chǎn)生具有所需氣泡尺寸的較窄分布的分散體。在一些實(shí)施方案中，每一級(jí)采用超細(xì)發(fā)生器進(jìn)行操作。在一些實(shí)施方案中，發(fā)生器組中的至少一個(gè)具有大于約5.08毫米(0.20英寸)的轉(zhuǎn)子/定子最小間隙。在一些實(shí)施方案中，發(fā)生器組中的至少一個(gè)具有大于約1.778毫米(0.07英寸)的最小轉(zhuǎn)子/定子間隙。在一些實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子的直徑為60毫米和定子的直徑為64毫米，提供了約4毫米的間隙。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2,提供了合適的高剪切裝置200的縱向截面。高剪切裝置200是包括三級(jí)或轉(zhuǎn)子-定子組合220、 230和240的分散裝置。三個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組或發(fā)生器220、 230和240沿著驅(qū)動(dòng)輸入250串連對(duì)準(zhǔn)。第一發(fā)生器220包括轉(zhuǎn)子222和定子227。第二發(fā)生器230包括轉(zhuǎn)子223和定子228;第三發(fā)生器240包括轉(zhuǎn)子224和定子229。對(duì)于每個(gè)發(fā)生器，轉(zhuǎn)子由輸入250進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)并且圍繞軸260按箭頭265所示旋轉(zhuǎn)。定子227被固定接合至高剪切裝置的壁255。每個(gè)發(fā)生器具有剪切縫隙，該剪切縫隙是在轉(zhuǎn)子和定子之間的距離。第一發(fā)生器220包括第一剪切縫隙225;第二發(fā)生器230包括第二剪切縫隙235;以及第三發(fā)生器240包括第三剪切縫隙245。在一些實(shí)施方案中，剪切縫隙225、 235、 245的寬度為約0.025毫米到10.0毫米。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括采用其中縫隙225、 235、 245為約0.5毫米到約2.5毫米的高剪切裝置200。在某些情況中，縫隙保持為約1.5毫米?；蛘?，縫隙225、 235、 245的寬度對(duì)于發(fā)生器220、 230、 240而言是不同的。在某些情況下，第一發(fā)生器220的縫隙225大于第二發(fā)生器230的縫隙235,第二發(fā)生器230的縫隙235又大于第三發(fā)生器的縫隙245。如上所述，各級(jí)發(fā)生器可互換，提供了靈活性。
發(fā)生器220、 230和240可包括粗糙、中等、細(xì)和超細(xì)的特征。轉(zhuǎn)子222、 223和224以及定子227、 228和229可為有齒設(shè)計(jì)。每個(gè)發(fā)生器可包括兩組或更多組轉(zhuǎn)子-定子齒。轉(zhuǎn)子222、 223和224可包括圍繞每個(gè)轉(zhuǎn)子的周邊進(jìn)行周邊間隔的多個(gè)轉(zhuǎn)子齒。定子227、 228和229可包括圍繞每個(gè)定子的周邊進(jìn)行周邊間隔的互補(bǔ)數(shù)目的定子齒。在實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑為約11.8厘米。在實(shí)施方案中，定子的外徑為約15.4厘米。在某些實(shí)施方案中，三級(jí)中的每一級(jí)采用包括剪切縫隙為約0.025毫米到約3毫米的超細(xì)發(fā)生器進(jìn)行操作。對(duì)于其中固體粒子將被發(fā)送通過(guò)高剪切裝置200的應(yīng)用，可選擇剪切縫隙寬度用于減小粒度和增加粒子表面積。在一些實(shí)施方案中，分散器被配置為使得剪切速率將沿著流方向在縱向逐漸增加。例如，IKA⑧型號(hào)DR 2000/4包括皮帶傳動(dòng)，4M發(fā)生器，PTFE密封圈，進(jìn)口法蘭25.4毫米(1英寸)清潔夾鉗，出口法蘭19mm(3/4英寸)清潔夾鉗，2HP功率，7900 rpm的輸出速度，約300-700 L/h的流量容力(水)(根據(jù)發(fā)生器的不同而異)，9.4-41 m/sec(1850 ft/min到8070 ft/min)的尖端速度。
容器。容器或反應(yīng)器IO是任何類(lèi)型的容器，其中多相反應(yīng)可被波及到此以進(jìn)行上述的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。例如，可串連或并聯(lián)地使用連續(xù)攪拌罐或半連續(xù)攪拌罐反應(yīng)器、或一個(gè)或多個(gè)間歇式反應(yīng)器。在一些應(yīng)用中，容器10是塔式反應(yīng)器。在其它應(yīng)用中，容器10是管式反應(yīng)器或多管式反應(yīng)器。如果需要，在系統(tǒng)操作期間，至少一個(gè)進(jìn)口管道15可被連接至容器IO用于引入另外的甲苯二胺或光氣、溶劑或其它材料。
反應(yīng)器10可包括一個(gè)或多個(gè)以下部件攪拌系統(tǒng)，加熱和/或冷卻設(shè)備，壓力測(cè)量?jī)x器，溫度測(cè)量?jī)x器， 一個(gè)或多個(gè)注入點(diǎn)，和液面調(diào)節(jié)器(未示出)，這是反應(yīng)容器設(shè)計(jì)領(lǐng)域已知的。例如，攪拌系統(tǒng)可包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式混合器。加熱和/或冷卻設(shè)備可包括例如換熱器。或者，
因?yàn)榇蟛糠洲D(zhuǎn)化反應(yīng)可在HSD 40內(nèi)發(fā)生，因此容器10有時(shí)可主要起
到儲(chǔ)存容器的作用。雖然一般不那么理想，但是在一些應(yīng)用中可省略
容器10，特別是如下文進(jìn)一步描述那樣如果多個(gè)高剪切裝置/反應(yīng)器被
串連使用時(shí)。
傳熱裝置。除了上述的容器10的加熱/冷卻設(shè)備之外，用于加熱
或冷卻工藝物流的其它的外部或內(nèi)部傳熱裝置也被考慮為處在圖1所示的實(shí)施方案的變體內(nèi)。用于一種或多種這種傳熱裝置的一些合適的
位置為在泵5和HSD 40之間，在HSD 40和反應(yīng)器10之間，和當(dāng)系統(tǒng)1以多程模式運(yùn)行時(shí)在容器10和泵5之間。這種傳熱裝置的一些非限制性實(shí)例是本領(lǐng)域己知的殼式、管式、板式和盤(pán)管式換熱器。
泵。泵5被配置用于連續(xù)操作或半連續(xù)操作，并且可以是任何適當(dāng)?shù)谋盟脱b置，其能夠提供大于203kPa(2個(gè)大氣壓)的壓力，優(yōu)選大于304kPa(3個(gè)大氣壓)的壓力，從而允許受控物流流過(guò)HSD40和系統(tǒng)1。例如，Roper 1 型齒輪泵，Roper Pump Company(CommerceGeorgia)Dayton Pressure Booster Pump型號(hào)2P372E， Dayton ElectricCo(Niles,IL)是一個(gè)適當(dāng)?shù)谋谩?yōu)選泵的所有接觸部分包括不銹鋼。在所述系統(tǒng)的一些實(shí)施方案中，泵5能夠提供大于約2027 kPa(20個(gè)大氣壓)的壓力。除了泵5之外，在圖1所示的系統(tǒng)內(nèi)還可包括一個(gè)或多個(gè)
12另外的高壓泵(未示出)。例如，增壓泵，其可類(lèi)似于泵5，可被包括在
HSD 40和反應(yīng)器10之間，用于助推壓力進(jìn)入容器10。作為另一個(gè)實(shí) 例，補(bǔ)充的給料泵，其可能類(lèi)似于泵5，可被包括在內(nèi)，用于將另外的 反應(yīng)物引入到容器10中。作為另一個(gè)實(shí)施例，壓縮機(jī)型泵可位于管道 17和HSD40之間，用于將來(lái)自容器10的未反應(yīng)的光氣再循環(huán)到高剪 切裝置的進(jìn)口。
甲苯二異氰酸酯的生產(chǎn)。
在甲苯二異氰酸酯的生產(chǎn)操作中，將可分散的光氣物流經(jīng)由管道 22引入到系統(tǒng)1中，并在管道13中與甲苯二胺液體物流合并?；蛘撸?光氣可被直接供給到HSD 40內(nèi)，而不是在管道13中與液體反應(yīng)物物 流(即甲苯二胺)合并。泵5可工作從而將液體反應(yīng)物泵送通過(guò)管道21， 并建立壓力以及向HSD40供料，提供貫穿整個(gè)高剪切混合器(HSD)40 和高剪切系統(tǒng)1的受控流。在一些實(shí)施方案中，泵5使甲苯二胺物流 的壓力增加到大于203 kPa(2個(gè)大氣壓)，優(yōu)選大于約304 kPa(3個(gè)大氣 壓)。在一些實(shí)施方案中，該壓力為約1013kPa(10大氣壓個(gè))。
在泵送后，氣體和液體反應(yīng)物在HSD40內(nèi)混合，HSD40用來(lái)產(chǎn) 生光氣在甲苯二胺中的細(xì)分散體。在一些實(shí)施方案中，其產(chǎn)生反應(yīng)物 的細(xì)混合物分散體。本文使用的術(shù)語(yǔ)"分散體"是指液化混合物，該 液化混合物包含至少兩個(gè)不容易混合和溶解在一起的可區(qū)分的物質(zhì)(或 "相")。分散體包含連續(xù)相(或基質(zhì))，連續(xù)相在其中保持另一個(gè)相或 物質(zhì)的非連續(xù)的小滴、氣泡和/或粒子。因此，術(shù)語(yǔ)分散體可能是指包 括懸浮在液體連續(xù)相中的氣泡的泡沫，其中第一液體的小滴分散在整 個(gè)的包括與第一液體不混溶的第二液體的連續(xù)相中的乳液，和其中整 個(gè)分布有固體粒子的連續(xù)液相。術(shù)語(yǔ)"分散體"包括其中整個(gè)分布有 氣泡的連續(xù)液相，其中整個(gè)分布有固體粒子(例如固體催化劑)的連續(xù)液 相，其中整個(gè)分布有第二液體的小滴的第一液體的連續(xù)相(該第二液 體的小滴實(shí)質(zhì)上不溶于該連續(xù)相中)，和其中整個(gè)分布有固體粒子、 不溶混的液滴和氣泡中的任一項(xiàng)或其組合的液相。因此，分散體有時(shí)
13可作為均勻混合物存在(例如液/液相)，或作為非均勻混合物存在(例 如氣/液、固/液、或氣/固/液)，根據(jù)被選擇用于組合的材料的性質(zhì)的 不同而異。
在HSD40中，光氣和甲苯二胺被高度分散，從而使得形成氣體反 應(yīng)物的納米級(jí)氣泡、亞微米級(jí)氣泡和/或微米級(jí)氣泡，用于更好地溶解 在溶液中和用于增強(qiáng)反應(yīng)物混合。例如，可使用分散器IKA⑧型號(hào)DR 2000/4，其是被配置為具有串連對(duì)準(zhǔn)的三組轉(zhuǎn)子-定子的高剪切、三級(jí) 分散裝置，用來(lái)獲得光氣在包含甲苯二胺的液體介質(zhì)中的分散體(即"反 應(yīng)物")。例如，轉(zhuǎn)子/定子組可如圖2所示被配置。對(duì)于一些應(yīng)用，發(fā) 生器的旋轉(zhuǎn)方向可與箭頭265所示方向相反(例如圍繞旋轉(zhuǎn)軸260以 順時(shí)針?lè)较蚧蚍磿r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn))。被合并的反應(yīng)物經(jīng)由管道13進(jìn)入高 剪切混合器并進(jìn)入具有周邊間隔的第一級(jí)剪切開(kāi)口的第一級(jí)轉(zhuǎn)子/定子 組合。在一些應(yīng)用中，進(jìn)入進(jìn)口 205的反應(yīng)物物流的流向?qū)?yīng)于旋轉(zhuǎn) 軸260。離開(kāi)第一級(jí)的粗分散體進(jìn)入具有第二級(jí)剪切開(kāi)口的第二級(jí)轉(zhuǎn)子 /定子組合。從第二級(jí)產(chǎn)生的氣泡尺寸被降低的分散體進(jìn)入具有第三級(jí) 剪切開(kāi)口的第三級(jí)轉(zhuǎn)子/定子組合。分散體經(jīng)由管道18離開(kāi)高剪切混合 器。在一些實(shí)施方案中，剪切速率沿著流方向在縱向逐漸增加。例如， 在一些實(shí)施方案中，在第一級(jí)轉(zhuǎn)子/定子組合中的剪切速率大于在隨后 的一級(jí)或多級(jí)中的剪切速率。在其它實(shí)施方案中，剪切速率沿著流的 方向大體上是恒定的，在每一級(jí)或多級(jí)內(nèi)的剪切速率大體上是相同的。 如果高剪切混合器包括PTFE密封，則該密封可采用例如本領(lǐng)域已知的 任何適當(dāng)技術(shù)進(jìn)行冷卻。例如，在管道13內(nèi)流動(dòng)的反應(yīng)物物流可被用 來(lái)冷卻密封并且在這種情況下在進(jìn)入高剪切混合器之前根據(jù)需要將反 應(yīng)物物流進(jìn)行預(yù)熱。
HSD 40的轉(zhuǎn)子可被設(shè)定為在與轉(zhuǎn)子的直徑和所需的尖端速度相 稱(chēng)的速度下旋轉(zhuǎn)。如上所述，高剪切混合器(例如膠體磨)在定子和轉(zhuǎn)子 之間具有固定間隙或者具有可調(diào)節(jié)的間隙。HSD40用來(lái)密切地混合氣
體和液體反應(yīng)物。在該方法的一些實(shí)施方案中，通過(guò)高剪切混合器的操作，反應(yīng)物的傳送阻力被降低，從而使得反應(yīng)速度提高超過(guò)約5倍。 在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)速度提高至少10倍。在一些實(shí)施方案中，反
應(yīng)速度提高約10至約100倍。在一些實(shí)施方案中，HSD 40能夠在至 少22.9 m/sec(4500 ft/min)的公稱(chēng)尖端速度(可超過(guò)40 m/sec(7900 ft/min))下以約1.5kW的能量消耗遞送至少300 L/h。在一些實(shí)施方案 中，混合物經(jīng)歷大于20,000 s"的剪切速率。
盡管測(cè)量在HSD 40內(nèi)的旋轉(zhuǎn)的剪切裝置或旋轉(zhuǎn)部件的末端處的 瞬時(shí)溫度和壓力是困難的，但據(jù)估計(jì)，在空化條件下，從密切混合的 反應(yīng)物可見(jiàn)局部溫度超過(guò)500°C以及壓力超過(guò)500 kg/cm2。高剪切混合 獲得微米級(jí)或亞微米級(jí)的光氣氣泡的分散體。在一些實(shí)施方案中，獲 得的分散體具有小于約1.5微米的平均氣泡尺寸。因此，經(jīng)由管道18 離開(kāi)HSD 40的分散體包括微米級(jí)和/或亞微米級(jí)(即平均直徑小于1微 米)的氣泡。在一些實(shí)施方案中，平均氣泡尺寸為約0.4微米至約1.5 微米。在約1些實(shí)施方案中，平均氣泡尺寸的直徑小于1微米。在一 些實(shí)施方案中，平均氣泡尺寸小于約400納米，為約200納米到約400 納米，或者有時(shí)為約100納米。在許多實(shí)施方案中，氣泡能夠在大氣 壓力下保持被分散達(dá)至少15分鐘。
每當(dāng)存在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、溫度與壓力條件，即可發(fā)生甲苯二胺的光 氣化。在這種意義上講，如果溫度與壓力條件有利時(shí)，反應(yīng)可在如圖1 所示的HSD 40、容器10和泵5之間的路徑中的任一點(diǎn)處發(fā)生。由于 反應(yīng)物的密切混合，大部分的化學(xué)反應(yīng)可在HSD40內(nèi)發(fā)生。當(dāng)被分散 后，得到的甲苯二胺/光氣分散體，以及任何甲苯二異氰酸酯產(chǎn)物，經(jīng) 由管道18離開(kāi)HSD40并且進(jìn)入反應(yīng)器10，如圖1所示。因此，在一 些實(shí)施方案中，反應(yīng)器/容器IO可主要用于加熱和從甲苯二異氰酸酯產(chǎn) 物中分離揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物。作為替代，或者另外，容器10可充當(dāng)其中 生成大部分甲苯二異氰酸酯的初級(jí)反應(yīng)容器。然而，如果適用的話(huà)， 通常希望離散的容器/反應(yīng)器，從而使得可增加攪拌以及加熱和/或冷卻 本體反應(yīng)物，以及增加停留時(shí)間。容器/反應(yīng)器IO可以連續(xù)流或半連續(xù)流的方式操作，或者可以間歇方式操作(例，連續(xù)攪拌罐或半連續(xù)攪 拌罐)。使用加熱和/或冷卻設(shè)備(例如冷卻盤(pán)管)和溫度測(cè)量?jī)x器使容 器IO的內(nèi)容物保持在指定的反應(yīng)溫度。容器內(nèi)的壓力可使用合適的壓 力測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)控，并且容器內(nèi)反應(yīng)物的水平面可使用液面調(diào)節(jié)器 (為示出)進(jìn)行控制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)進(jìn)行。內(nèi)容物 經(jīng)歷連續(xù)攪拌或半連續(xù)攪拌。根據(jù)需要采用外部加熱和/或冷卻傳熱裝 置以保持容器10內(nèi)的所需溫度。反應(yīng)物的本體或總體操作溫度希望被 保持在低于它們的閃點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)1的操作條件包括
約IO(TC到約23(TC的溫度。在一些實(shí)施方案中，溫度為約160'C到180 °C。在特定的實(shí)施方案中，容器IO內(nèi)的反應(yīng)溫度，特別地為約155°C 到約160°C。在一些實(shí)施方案中，容器10內(nèi)的反應(yīng)壓力為約203(2個(gè) 大氣壓)到約5573 kPa—6080 kPa(55—60個(gè)大氣壓)。在一些實(shí)施方案中， 反應(yīng)壓力為約811 kPa(8個(gè)大氣壓)到約1520kPa(15個(gè)大氣壓)。
如果需要，分散體在進(jìn)入容器IO之前可進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在容 器10中，繼續(xù)生成甲苯二異氰酸酯。反應(yīng)器的內(nèi)容物可進(jìn)行連續(xù)攪拌 或半連續(xù)攪拌，反應(yīng)物溫度可受到控制(例如使用換熱器)，容器10 內(nèi)的液面可采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。甲苯二異氰酸酯可以連續(xù)方式、 半連續(xù)方式或間歇方式產(chǎn)生，根據(jù)特定應(yīng)用的要求而定。所產(chǎn)生的任 何反應(yīng)氣體經(jīng)由氣體管道17離開(kāi)反應(yīng)器10。例如，該氣體物流可包括 未反應(yīng)的光氣或甲苯二胺蒸氣、氮?dú)夂图妆蕉惽杷狨フ魵?。?jīng)由管 道17被除去的反應(yīng)氣體可經(jīng)歷進(jìn)一步的處理，并且根據(jù)需要可將組分 再循環(huán)。在一些情況中，管道17連接至管道13或HSD40，使用壓縮 機(jī)類(lèi)型的泵用于將未反應(yīng)的氣體(例如光氣)返回到高剪切裝置中。
包含未轉(zhuǎn)化的液體甲苯二胺、甲苯二異氰酸酯、衍生物和副產(chǎn)物 的反應(yīng)產(chǎn)物物流經(jīng)由管道16離開(kāi)容器10。甲苯二異氰酸酯如本領(lǐng)域技
術(shù)人員已知的那樣被回收并經(jīng)歷進(jìn)一步的加工或處理。例如，其可充 當(dāng)其中其與多元醇反應(yīng)以形成聚氨酯的工藝的原料。多程操作。在圖1所示的實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)被配置用于單程 操作，其中得自反應(yīng)器IO的輸出物直接經(jīng)歷進(jìn)一步的處理，用于回收 甲苯二異氰酸酯產(chǎn)品。在一些實(shí)施方案中，可能希望使容器10的內(nèi)容
物或包含未反應(yīng)的甲苯二胺的液體級(jí)分第二次經(jīng)過(guò)HSD 40。在該情況 下，管道16被連接至管道21，從而使得得自容器10的再循環(huán)物流通 過(guò)泵5被泵入管道13中，并從而進(jìn)入HSD 40內(nèi)。另外的光氣可經(jīng)由 管道22被注入管道13內(nèi)，或者可被直接加入到高剪切裝置內(nèi)。
多個(gè)高剪切混合裝置。在一些實(shí)施方案中，兩個(gè)或更多個(gè)高剪切 裝置如HSD40或不同構(gòu)型的高剪切裝置被串連對(duì)準(zhǔn)，并被用于進(jìn)一步 增強(qiáng)反應(yīng)。它們可以間歇方式或連續(xù)方式進(jìn)行操作。在一些其中希望 單程或"一回"方法的情況中，使用多個(gè)串聯(lián)的高剪切裝置也是有利 的。在一些其中多個(gè)高剪切裝置串連操作的實(shí)施方案中，可省略容器 10。當(dāng)多個(gè)高剪切裝置串連操作時(shí)，可將另外的反應(yīng)物注入到每個(gè)高 剪切裝置的進(jìn)口物料物流內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)高剪切裝置40 平行操作，并且得自它們的出口分散體被引入到一個(gè)或多個(gè)容器10中。
通過(guò)HSD 40所施加的反應(yīng)物混合被增強(qiáng)可能導(dǎo)致在所述方法的 各種實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)甲苯二胺的更大的光氣化。在一些實(shí)施方案中， 混合被增強(qiáng)導(dǎo)致工藝物流的處理量增加。在一些實(shí)施方案中，高剪切 混合裝置被收入已確立的工藝中，從而使得產(chǎn)量增加(即處理量更大)。 與試圖通過(guò)簡(jiǎn)單增加反應(yīng)器壓力來(lái)增加光氣化程度的一些方法相對(duì) 比，由外部高剪切混合所提供的優(yōu)異的分散和/或溶解使得在許多情況 下總體操作壓力降低，同時(shí)保持或甚至增加反應(yīng)速率。盡管不希望束 縛于特定的理論，據(jù)信高剪切混合水平或程度足夠增加傳質(zhì)速率，并 且還產(chǎn)生局部的非理想狀態(tài)，這些狀態(tài)使得基于吉布斯自由能理論預(yù) 測(cè)時(shí)不會(huì)發(fā)生的反應(yīng)得以發(fā)生。局部的非理想狀態(tài)被認(rèn)為在高剪切裝 置內(nèi)發(fā)生，導(dǎo)致溫度和壓力增加，相信最顯著增加的是局部壓力。在 高剪切裝置內(nèi)，壓力和溫度的增加是瞬間的和局部的，并且當(dāng)離開(kāi)高 剪切裝置時(shí)迅速地恢復(fù)回到本體或平均系統(tǒng)條件。在一些情況中，高剪切混合裝置誘導(dǎo)具有足夠強(qiáng)度的空化作用，從而使反應(yīng)物中的一種 或多種離解形成自由基，其可加強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)或使得反應(yīng)在比通常所需 的嚴(yán)格程度更低的條件下發(fā)生?？栈饔眠€通過(guò)產(chǎn)生局部湍流度和液 體微循環(huán)(聲流)而增加轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的速率。關(guān)于在化學(xué)/物理加工應(yīng)用中
采用空化現(xiàn)象的綜述提供于Gogate等人的Cavitation: A technology on the horizon," Current Science 91(No. 1): 35-46(2006)中。本發(fā)明的系 統(tǒng)和方法的某些實(shí)施方案的高剪切混合裝置在被認(rèn)為是在空化條件下 進(jìn)行操作，該空化條件有效地使光氣和甲苯二胺離解形成自由基，其 然后形成甲苯二異氰酸酯產(chǎn)物。
在一些實(shí)施方案中，甲苯二異氰酸酯產(chǎn)物的生成被加速。例如， 在一些實(shí)施方案中，外部高剪切裝置提供增強(qiáng)的時(shí)間、溫度與壓力條 件，導(dǎo)致在多相反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)被加速。在一些實(shí)施方案中， 高剪切方法使得有可能減小傳質(zhì)限制，從而增加反應(yīng)速率并且有可能 降低反應(yīng)器的溫度，降低反應(yīng)器壓力，減少接觸時(shí)間，和/或增加產(chǎn)品 收率。本文所公開(kāi)的方法的一些實(shí)施方案與目前用于生產(chǎn)甲苯二異氰 酸酯的許多其它方法相比提供了最佳的時(shí)間、溫度與壓力條件，并且
無(wú)需更大體積的反應(yīng)器并且回收基本上未轉(zhuǎn)化的甲苯二胺。在一些實(shí) 施方案中，本文所述的系統(tǒng)和方法使得可進(jìn)行比先前不使用外部高剪
切混合裝置40的可能方法進(jìn)行更小和/或更低的資本密集方法的設(shè)計(jì)。
本公開(kāi)的方法的某些實(shí)施方案的可能的優(yōu)點(diǎn)是比現(xiàn)有方法具有降低的 生產(chǎn)成本和增加的產(chǎn)量。本公開(kāi)方法的某些實(shí)施方案另外提供的優(yōu)點(diǎn)
是關(guān)于新工藝設(shè)計(jì)的投資成本降低。在實(shí)施方案中，將光氣分散進(jìn)入 甲苯二胺液相降低了在產(chǎn)品物流中的未反應(yīng)的甲苯二胺的量。本發(fā)明 的用于生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施方案的其它可能 的優(yōu)點(diǎn)包括但不限于循環(huán)時(shí)間更快，處理量增加，轉(zhuǎn)化率更高，由 于設(shè)計(jì)了更小的反應(yīng)器所導(dǎo)致的操作成本降低和資本消耗減少，由于 在更低溫度和/或更低壓力下進(jìn)行工藝的操作所導(dǎo)致的操作成本降低和 資本消耗降低。盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選方案，但是可由本領(lǐng)域技術(shù) 人員對(duì)其進(jìn)行修飾而不脫離本發(fā)明的精神和教導(dǎo)。本文所述的實(shí)施方 案只是示例性的，而非限制性的。本文所公開(kāi)的本文的許多變體和修 飾是可能的并處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。當(dāng)清楚表明數(shù)值范圍或限制時(shí)， 這些表述范圍或限制應(yīng)被理解為包括落入所明確表述的范圍或限制內(nèi) 的相同數(shù)量級(jí)的疊代范圍和限制(例如約1至約10，包括2、 3、 4等；
大于O.lO包括O.ll、 0.12、 0.13等)。使用更上位概念諸如包括、包含、
具有等，應(yīng)被理解為對(duì)更狹義的術(shù)語(yǔ)諸如由…組成、基本上包含、實(shí) 質(zhì)上包含等的支持。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受上述說(shuō)明書(shū)的限制， 而只受權(quán)利要求書(shū)的限制，該保護(hù)范圍包括權(quán)利要求所述主題的所有 的等價(jià)體。每個(gè)原始的權(quán)利要求作為本發(fā)明的實(shí)施方案被并入本說(shuō)明 書(shū)中。因此，權(quán)利要求書(shū)是進(jìn)一步的描述并且是本發(fā)明的優(yōu)選方案的 附加。本文引用的所有的專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)和出版物的公開(kāi)作為參考并 入本文，并入程度為它們?yōu)楸疚乃龅哪切┨峁┝耸纠缘?、程序?的或其它詳細(xì)的補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的方法，該方法包括形成分散體，該分散體包含被分散在甲苯二胺液相中的光氣氣泡，其中光氣氣泡具有小于1微米的平均直徑；和使分散體經(jīng)歷光氣化反應(yīng)條件，從而至少一部分所述甲苯二胺光氣化以形成甲苯二異氰酸酯。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)條件包括小于約600 kPa的壓力和小于約20(TC的溫度。
3. 權(quán)利要求l的方法，其中光氣氣泡具有小于約400納米的平均直徑。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中光氣氣泡具有至多IOO納米的平均直徑。
5. 權(quán)利要求l的方法，還包括將光氣和甲苯二胺引入到高剪切裝置中以產(chǎn)生所述分散體。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中所述高剪切裝置包含具有轉(zhuǎn)子尖端的轉(zhuǎn)子/定子組，并且形成所述分散體包括使所述光氣和所述甲苯二胺經(jīng)歷在至少22.9 m/sec的尖端速度下的高剪切混合。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中所述轉(zhuǎn)子尖端速度為至少40m/sec。
8. 權(quán)利要求6的方法，其中所述高剪切混合在所述轉(zhuǎn)子尖端處產(chǎn)生至少約1034.2 MPa的局部壓力。
9. 權(quán)利要求6的方法，其中形成所述分散體包括至少1000 W/m3的能量消耗。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中形成所述分散體包括使所述光氣和甲苯二胺經(jīng)歷大于約20,000 s—1的剪切速率。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中所述氧化反應(yīng)的速度是其中所述光氣和甲苯二胺不經(jīng)歷所述高剪切混合的類(lèi)似方法的速度的至少5倍。
12. 生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含至少一個(gè)高剪切混合裝置，其被配置用于產(chǎn)生光氣氣泡在甲苯二胺液相中的分散體，其中該分散體具有小于1微米的平均氣泡直徑；泵，其被配置用于遞送包含甲苯二胺的液體物流至所述高剪切混合裝置；和容器，其被配置用于從所述高剪切混合裝置接收所述分散體和用于保持預(yù)定的壓力和溫度。
13. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述高剪切混合裝置包括具有轉(zhuǎn)子尖端的轉(zhuǎn)子/定子組，所述裝置被配置用于在至少22.9 m/sec的尖端速度下在至少300 L/h的流速下操作。
14. 權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述高剪切混合裝置被配置用于在至少40 m/sec的尖端速度下操作。
15. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述高剪切混合裝置被配置為提供大于1000 W/i^的能量消耗。
16. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述容器包含間歇式反應(yīng)器。
17. 權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述容器包括連續(xù)攪拌罐或半連續(xù)攪拌罐。
全文摘要
本發(fā)明提供了生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的方法，該方法包括形成包含被分散在甲苯二胺液相中的光氣氣泡的分散體，其中所述氣泡具有小于1微米的平均直徑；和使所述分散體經(jīng)歷光氣化反應(yīng)條件，從而至少一部分甲苯二胺發(fā)生光氣化形成甲苯二異氰酸酯。還公開(kāi)了用于進(jìn)行甲苯二胺光氣化的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B01F7/26GK101679222SQ200880021233
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者易卜拉西姆·巴蓋爾扎德, 格雷戈里·博爾西格, 阿巴斯·哈桑, 阿齊茲·哈桑, 雷福德·G·安東尼 申請(qǐng)人:Hrd有限公司