專利名稱：生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器及操作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)有機(jī)異氰酸酯的設(shè)備及方法，尤其是涉及一種生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯 的列管式撞擊流反應(yīng)器及操作系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
有機(jī)異氰酸酯是一種重要的有機(jī)中間體，廣泛應(yīng)用于聚氨酯、涂料、染料等工業(yè)中。異 氰酸酯主要有甲苯二異氰酸酯(TDI)、 二苯基甲垸二異氰酸酯(MDI)、聚甲基聚苯異氰酸 酯(PAPI)和苯異氰酸酯(PI)等。有機(jī)異氰酸酯的生產(chǎn)可分為光氣法和非光氣法兩種路線，其 中工業(yè)生產(chǎn)以光氣化法為主，即以相應(yīng)的胺與光氣反應(yīng)制備異氰酸酯。
光氣化法生產(chǎn)異氰酸酯的方法可分為氣相光氣化法和液相光氣化法兩種。目前已公開的 氣相光氣化法專利很多，如W02007014936， CN1458150A， CN101372463A， CN1425647A， US20050113601A1， US20080146834A1， US2003216597A1 ， CA2258194A等。氣相法的特點(diǎn)是 反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間短，但需要將反應(yīng)物加熱到反應(yīng)物沸點(diǎn)以上的溫度，根據(jù)壓力 和所采用的胺的不同，反應(yīng)溫度選擇20(TC 60(rC。
液相光氣化法是目前工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的制備TDI的方法，其中包含的主要反應(yīng)有-
(1)冷光氣化
(1)
+ 2HCI
(2)熱光氣化+ 2HCI
(3)副反應(yīng)有生成物TDI之間的聚合及其與甲苯二胺的反應(yīng)，反應(yīng)式為
(4)
冷光氣化反應(yīng)(1)具有很快的反應(yīng)速率，且在較低的反應(yīng)溫度下即可以進(jìn)行。而生成的中間 產(chǎn)物胺基鹽酸鹽與光氣的進(jìn)一步反應(yīng)(2)以及二胺基甲酰氯分解生成異氰酸酯和氯化氫的反 應(yīng)(3)較慢，因而需要在較高的反應(yīng)溫度下進(jìn)行。副反應(yīng)(4)生成的副產(chǎn)物為固體粘稠性 物質(zhì)，生成量多時(shí)會(huì)造成反應(yīng)器的堵塞，使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。為此，已公開的專利中多采用兩 步法進(jìn)行異氰酸酯的制備，如CN1194962C， CA813928A， CN101100447A、 US20070299279A1 、 US2007012577A1等，兩步法的優(yōu)勢(shì)在于可在第一步中將胺盡可能的消耗完全，減少第二步中 異氰酸酯與胺反應(yīng)生成脲等副產(chǎn)物的機(jī)會(huì)。
在有機(jī)異氰酸酯的制備過(guò)程中，第一步氣化反應(yīng)速率大，因此兩種反應(yīng)原料在第一步光 氣化反應(yīng)器中的混合速率和效果至關(guān)重要，它直接關(guān)系到異氰酸酯的選擇性和操作的穩(wěn)定性。 第一步光氣化反應(yīng)的反應(yīng)器即為兩股反應(yīng)物料的混合器。主要包括動(dòng)態(tài)混合器(如攪拌釜 反應(yīng)器，定子-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器等)和靜態(tài)混合器(如噴射反應(yīng)器、撞擊流反應(yīng)器等)。進(jìn)行第二 步光化反應(yīng)的反應(yīng)器主要有塔式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器等。
中國(guó)專利CN1304927A公開了一種制備一種甲苯二異氰酸酯(TDI)的方法和反應(yīng)器采 用噴射反應(yīng)器完成物料的快速混合及第一歩光化反應(yīng)，其中第一股物料液態(tài)光氣或溶于溶劑 的甲苯二胺溶液經(jīng)旋轉(zhuǎn)霧化器霧化成液滴后進(jìn)入混合器，而另一股物料溶于溶劑的甲苯二胺 溶液或光氣由反應(yīng)器的環(huán)隙噴射進(jìn)入并與第一股物料高速混合，該噴射反應(yīng)器具有特殊的撞 針結(jié)構(gòu)，該專利認(rèn)為采用噴嘴不存在堵塞的問題，但該結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。從噴射反應(yīng)器出來(lái)完 成第一步光化反應(yīng)的反應(yīng)物料進(jìn)入塔式反應(yīng)器中進(jìn)行第二步光化學(xué)反應(yīng)并回收過(guò)量的光氣。
中國(guó)專利CN1830540A公開了一種液膜撞擊式噴射反應(yīng)器，該噴射反應(yīng)器包括兩個(gè)反應(yīng)混 合區(qū)，其中在第一混合區(qū)內(nèi)兩股或兩股以上的流體通過(guò)厚度為幾個(gè)毫米的縫隙形成的液膜后 進(jìn)行撞擊與快速混合與反應(yīng)，而在第一混合區(qū)內(nèi)未混合完全的物料進(jìn)行第二混合區(qū)內(nèi)進(jìn)一步 混合與反應(yīng)。該專利未對(duì)該反應(yīng)器用于異氰酸酯生產(chǎn)的效果進(jìn)行描述。
世界專利WO2009002900-A3公開了一種制備甲苯二異氰酸酯(TDI)的方法，該方法采用高剪切設(shè)備將氣態(tài)光氣高度分散于液態(tài)甲苯二胺中，所形成的光氣氣泡直徑可達(dá)微米或亞 微米級(jí)，分散液隨后進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)制備甲苯二異氰酸酯(TDI)，所公開的高剪切裝置為一 種一級(jí)或多級(jí)轉(zhuǎn)子-定子系統(tǒng)。采用這種方法，由于混合過(guò)程中不可避免的存在著局部高溫， 可能難以避免副產(chǎn)物如脲等的生成。
美國(guó)專利US3226410、 US5117048及中國(guó)專利申請(qǐng)CN101209405A分別公開了孔射流式噴 射反應(yīng)器，反應(yīng)器的主要特征是在內(nèi)套管圓周上開若干孔，多胺溶液通過(guò)孔進(jìn)入內(nèi)套管內(nèi)， 并與通過(guò)內(nèi)套管流動(dòng)的光氣進(jìn)行混合。不同之處在于US3226410采用的圓形內(nèi)套管，而 CN101209405A則采用了矩形或近似矩形結(jié)構(gòu)的內(nèi)套管，兩者相比后者具有更小的放大效應(yīng)。 US5117048采用的內(nèi)套管近似于文丘里管，以提高混合時(shí)的效果。上述混合方法的不能達(dá)到 很好的混合效果，而且可能發(fā)生副產(chǎn)物堵塞孔道。
綜上所述，現(xiàn)有方法生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的過(guò)程中存在著的主要問題是副產(chǎn)物生成不可 避免，反應(yīng)器有潛在的堵塞可能以及放大效應(yīng)大等。

發(fā)明內(nèi)容
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，液相法生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯(TDI)過(guò)程中，進(jìn)行第一步光氣化反應(yīng)的 混合對(duì)光氣化的效果影響最為顯著。設(shè)計(jì)不合理的混合器，不但會(huì)降低產(chǎn)品甲苯二異氰酸酯 (TDI)的收率和品質(zhì)，同時(shí)由于反應(yīng)過(guò)程中生成的高黏度副產(chǎn)物的沉積還會(huì)造成反應(yīng)器和 管道的堵塞，進(jìn)而影響生產(chǎn)的穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的是提供一種液相法生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯(TDI)的混合反應(yīng)器及操作系統(tǒng)， 在該混合器中，兩股流體可實(shí)現(xiàn)快速微觀混合，從而有效抑制副反應(yīng)和副產(chǎn)物的形成，并將 反應(yīng)器堵塞的可能降到最低。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器如圖l所示，包括以下構(gòu)件上封頭 1，筒體2，上封頭進(jìn)料口3，筒體進(jìn)料口4，列管5，列管擴(kuò)大段6、上管板7，下管板8，列管 射流口9，下管板射流口IO、射流混合區(qū)ll、第二反應(yīng)區(qū)12;其中上封頭上設(shè)置有上封頭進(jìn) 料口3，筒體2上設(shè)置有筒體進(jìn)料口4，列管穿過(guò)筒體2并均布于筒體內(nèi)的上板管7和下板管8上， 下管板射流口10均布于下管板8上；列管5下端與列管擴(kuò)大段6相連，列管5下端和列管擴(kuò)大段6 上設(shè)置有列管射流口9。
列管5垂直于上板管7和下板管8上平行均勻排列，列管5數(shù)目至少為3根，列管射流口9分 布于下管板8以下的列管5下端和列管擴(kuò)大段6。
本發(fā)明的生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器的操作系統(tǒng)，是兩股反應(yīng)物料，將 其中的一股物料通過(guò)下管板8上射流口 IO射流噴入，下管板8上射流口 10周圍垂直于下管板8 平行排列有列管5和列管擴(kuò)大段6，另一股流體則通過(guò)分布于列管5和列管擴(kuò)大段6上的列管射 流口9以一定角度射流噴入射流混合區(qū)11內(nèi)，并與第一股物料進(jìn)行撞擊而實(shí)現(xiàn)快速混合，隨后 混合后的反應(yīng)物料進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)12進(jìn)一步混合和反應(yīng)。
所述撞擊混合區(qū)11由列管5、列管擴(kuò)大段6和下管板8圍成，其數(shù)目可由所設(shè)置的列管數(shù)目 靈活調(diào)節(jié)，但至少l個(gè)，優(yōu)選大于等于6個(gè)，不同射流混合區(qū)ll之間具有相似的結(jié)構(gòu)，且相鄰撞擊混合區(qū)ll彼此相通。本發(fā)明所述混合反應(yīng)器不局限'于垂直向下排列，其它如垂直向上或 水平排列方式等均可。
所述兩股反應(yīng)物料分別為甲苯二胺溶液和光氣溶液；光氣以液態(tài)的形式或以氣泡的形式 進(jìn)入撞擊混合區(qū)內(nèi)；甲苯二胺溶液和光氣溶液通過(guò)射流口的流速為0.5-20m/s?；旌狭黧w在撞 擊混合區(qū)內(nèi)的平均停留時(shí)間為0.015 0.6s。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述撞擊流混合反應(yīng)器具有如下優(yōu)勢(shì) -
(1) 反應(yīng)器由若干撞擊混合區(qū)構(gòu)成，不同規(guī)模的反應(yīng)器可通過(guò)混合區(qū)個(gè)數(shù)的增加實(shí)現(xiàn)放 大，因而放大效應(yīng)??；
(2) 兩股反應(yīng)流體在多個(gè)撞擊混合區(qū)內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)，多層次噴射和撞擊，宏觀和微觀混合 效果好，可最大程度降低副產(chǎn)物的生成。
(3) 撞擊混合區(qū)的大小可通過(guò)混合區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整靈活的改變，因此適應(yīng)性強(qiáng)。


圖l:是本發(fā)明所述撞擊流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖2 (a):是本發(fā)明所述由3根列管和1個(gè)撞擊混合區(qū)組成的撞擊流反應(yīng)器； 圖2 (b):是本發(fā)明所述由7根列管和6個(gè)撞擊混合區(qū)組成的撞擊流反應(yīng)器； 圖2 (C):是本發(fā)明所述由19根列管和24個(gè)撞擊混合區(qū)組成的撞擊流反應(yīng)器； 圖3:是本發(fā)明所述撞擊混合區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖4 (a):是本發(fā)明所述的具有圓孔結(jié)構(gòu)的下管板射流口示意圖4 (b):是本發(fā)明所述的具有多層同心環(huán)隙結(jié)構(gòu)的下管板射流口示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面是對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述和實(shí)施例，通過(guò)描述，可以更清楚的了解本發(fā)明。
本發(fā)明撞擊流反應(yīng)器筒體進(jìn)料口數(shù)目大于等于l個(gè)，優(yōu)選2-4個(gè)，多個(gè)進(jìn)料口時(shí)，進(jìn)料口 設(shè)置于筒體同一軸向位置且沿角向均勻分布。列管垂直于上下管板平行排列，其直徑^為 5-50mm，優(yōu)選10-35mm，列管布管方式有等邊三角型、正方形等，但優(yōu)選等邊三角形，列管 中心距/;為1.2-6d，優(yōu)選1.5-4&列管擴(kuò)大段末端直徑為1.2-5d倍，優(yōu)選1.5-3^;所述列管射流 口分布于列管與列管擴(kuò)大段。
生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯(TDI)兩股反應(yīng)流體分別由下管板射流口和列管射流口噴射進(jìn)入 撞擊混合區(qū)進(jìn)行快速混合和反應(yīng)。決定混合效果的因素包括混合區(qū)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)。 混合區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括混合區(qū)的大小，射流口的尺寸、布局、數(shù)目及列管射流口的噴射角度等。 本發(fā)明中第二反應(yīng)區(qū)與撞擊混合區(qū)相通。兩股反應(yīng)流體在撞擊混合區(qū)內(nèi)快速混合后通過(guò)混合區(qū)出口進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)進(jìn)一步反應(yīng)。流體在撞擊混合區(qū)內(nèi)呈全混流或接近全混流流型，而在 第二反應(yīng)區(qū)內(nèi)呈平推流或接近平推流流型。
圖3為本發(fā)明撞擊混合區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。撞擊混合區(qū)的體積可通過(guò)混合區(qū)的特征尺寸丄2、丄3、 /K ^計(jì)算。混合區(qū)的上端特征尺寸丄2等于列管中心距丄與列管外徑J之差。混合區(qū)下端特征尺 寸丄3與上端尺寸丄2相關(guān)， 一般丄3為0.1-0.9&，優(yōu)選￡3為0.2-0.8丄2。
本發(fā)明撞擊混合區(qū)列管射流口設(shè)置于列管與列管擴(kuò)大段，優(yōu)選圓形均布于管壁上，射流
口直徑為0.1-5mm，優(yōu)選0.2-3mm，同一圓周上射流口個(gè)數(shù)為3-40個(gè)，優(yōu)選6-30個(gè)；射流口也 可為方型，高度為0.1-5mm，優(yōu)選0.2-2mm。列管射流口設(shè)置為不少于2層，射流口中心與列 管中心夾角a為0-90。。下管板射流口設(shè)置于下管板上，直徑《為0.1-5mm，優(yōu)選0.2-3 mm; 射流口排列優(yōu)選正三角形、正方形，孔中心距"為1.2《-4力，優(yōu)選1.5^-3cA， 一個(gè)混合區(qū)內(nèi) 下管板射流口個(gè)數(shù)不宜少于4個(gè)，優(yōu)選不少于9個(gè)；射流口也可為多層同心環(huán)隙，環(huán)隙寬度6j 為0.1-5mm，優(yōu)選0.2-2皿，環(huán)隙間距62為0.5-5 Zm，優(yōu)選0.5-3 ^,環(huán)隙層數(shù)不少于2層，優(yōu)選不 少于4層，射流口數(shù)目和環(huán)隙層數(shù)的增加有利于提高混合效果。
采用本發(fā)明撞擊流反應(yīng)器生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯(TDI)系統(tǒng)為將一種反應(yīng)物料甲苯二 胺稀釋于惰性溶劑中，由圓筒進(jìn)料口4加入后經(jīng)下管板射流口10噴射進(jìn)入撞擊混合區(qū)11，另一 種反應(yīng)物料光氣或?qū)⑾♂層诙栊匀軇┲械墓鈿庥缮戏忸^進(jìn)料口3經(jīng)上封頭1、列管5、列管擴(kuò)大 段6及列管射流口9噴射進(jìn)入反應(yīng)混合區(qū)11與甲苯二胺撞擊實(shí)現(xiàn)快速混合和反應(yīng)，混合后物料 經(jīng)混合區(qū)出口進(jìn)入到第二反應(yīng)區(qū)12繼續(xù)反應(yīng)；甲苯二胺溶液和光氣溶液也可分別通過(guò)列管噴 射口9和下管板射流口10進(jìn)入撞擊混合區(qū)。反應(yīng)物光氣可以液態(tài)的形式也可以氣泡的形式經(jīng)噴 射口進(jìn)入混合區(qū)內(nèi)。離開第二反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)中間產(chǎn)物可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已公開的方法進(jìn)一步 進(jìn)行第二步光化反應(yīng)以生成甲苯二異氰酸酯(TDI)，如管式和塔式反應(yīng)器等。
本發(fā)明中稀釋甲苯二胺和光氣的溶劑為苯、二甲苯、氯苯、鄰二氯苯，鄰苯二甲酸二乙 酯、對(duì)苯二甲酸二垸基酯等，這些溶劑可單獨(dú)或混合使用，其中甲苯二胺溶液中甲苯二胺濃 度為5%-40%，優(yōu)選8%-30%，采用光氣溶液時(shí)，光氣的濃度為40%-95%，優(yōu)選為50%-90%， 進(jìn)料中光氣較甲苯二胺過(guò)量10%-150%，優(yōu)選過(guò)量25%-100%。
下面的實(shí)施例將進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)器在甲苯二異氰酸酯(TDI)生產(chǎn)中的 應(yīng)用效果。 實(shí)施例l:
采用本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)器進(jìn)行甲苯二胺光氣化反應(yīng)生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯(TDI)，反應(yīng)
器結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中筒體進(jìn)料口2個(gè)；列管在下分布板上的排列方式如圖26所示列管7
根呈正三角形排列，混合區(qū)6個(gè)，混合區(qū)高度為36mm，單個(gè)混合區(qū)體積約為23800mm3。筒體 直徑"為150mm，列管直徑d為32mm，列管中心距Z為52mm。下管板射流孔直徑^為0.5mm， 正三角形排列，中心距丄!為2mm，單個(gè)混合區(qū)內(nèi)下管板射流孔為222個(gè)。列管擴(kuò)大段末端直徑 為44.8mm，列管射流孔在列管及擴(kuò)大段呈三層排列，直徑為1.0mm，單個(gè)混合區(qū)內(nèi)列管射流 孔總數(shù)為40個(gè)。第二反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)度為筒體直徑D的兩倍。
體積流量為5.4 m3/h，溫度為-5t:，光氣含量為67%的光氣與鄰二氯苯混合物由上封頭進(jìn) 料口加入，經(jīng)列管、列管擴(kuò)大段后由列管射流口噴射進(jìn)入撞擊混合區(qū)；另一股體積流量為8.3m3/h，溫度為65'C，甲苯二胺含量為25%的甲-苯二'胺與鄰二氯苯混'合物由筒體進(jìn)料口加入，經(jīng) 下管板射流口噴射進(jìn)入撞擊混合區(qū)，并與光氣物料撞擊實(shí)現(xiàn)快速混合和反應(yīng)，其中光氣相對(duì) 于甲苯二胺過(guò)量50%，兩股流體通過(guò)下管板射流口和列管射流口的流速均為8 m/s，混合流體 在撞擊混合區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間(混合時(shí)間)為37.5ms，反應(yīng)溫度為95"C。
上述反應(yīng)混合物經(jīng)過(guò)第二混合區(qū)進(jìn)入塔式反應(yīng)器，第一步光氣化反應(yīng)產(chǎn)物在塔釜內(nèi)進(jìn)行 第二步光氣化反應(yīng)生成甲苯二異氰酸酯(TDI)產(chǎn)品，反應(yīng)溫度為162'C。塔式反應(yīng)器條件為 塔板數(shù)25，操作壓力L65MPa。通過(guò)塔式反應(yīng)器可將HC1、光氣與甲苯二異氰酸酯(TDI)和 溶劑分離。
分析塔底混合物，甲苯二異氰酸酯(TDI)摩爾收率為93.5%。 實(shí)施例2:
改變實(shí)施例l中撞擊流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行甲苯二異氰酸酯(TDI)生產(chǎn)。
反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖I所示，其中筒體進(jìn)料口2個(gè)；列管在下分布板上的排列如圖2C所示列
管19根呈正三角形排列，混合區(qū)24個(gè)，混合區(qū)高度為21.6mm，單個(gè)混合區(qū)體積為4938mm3。 管板直徑"為150mm，列管直徑d為18mm，列管中心距Z為30mm。下管板射流口直徑A為 0.5mm，正三角形排列，中心距2mm，單個(gè)混合區(qū)內(nèi)下管板射流孔為76個(gè)。列管擴(kuò)大段末端 直徑為25.2mm，列管射流孔在列管及擴(kuò)大段呈三層排列，直徑為1.0mm，單個(gè)混合區(qū)內(nèi)列管 射流口總數(shù)為24個(gè)。第二反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)度為筒體直徑D的兩倍。
體積流量為10.8m3/11，溫度為-5。C，光氣含量為67n/。的光氣溶液和體積流量為12.5m3/11， 溫度為65t:，甲苯二胺含量為27.5%的甲苯二胺溶液分別從下管板射流口和列管射流口噴射進(jìn) 入撞擊混合區(qū)快速混合和反應(yīng)(鄰二氯苯為惰性溶劑)，其中光氣相對(duì)于甲苯二胺過(guò)量50%， 兩股流體通過(guò)射流口處的流速均為8m/s，混合流體在撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間(混合時(shí)間) 為17.5ms，反應(yīng)溫度為99"。
上述反應(yīng)混合物經(jīng)過(guò)第二混合區(qū)進(jìn)入塔式反應(yīng)器中進(jìn)行第二步光氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 162°C，其它條件同實(shí)施例l。
分析塔底混合物，甲苯二異氰酸酯(TDI)摩爾收率為98.1%。 實(shí)施例3:
改變實(shí)施例1和實(shí)施例2中撞擊流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行甲苯二異氰酸酯(TDI)生產(chǎn)。
反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中筒體進(jìn)料口2個(gè);列管在下分布板上的排列如圖2"所示列
管3根呈正三角形排列，混合區(qū)1個(gè)，混合區(qū)高度為50.4mm，單個(gè)混合區(qū)體積為70129mm3。 管板直徑D為150mm，列管直徑J為50mm，列管中心距Z為78mm。下管板射流孔直徑《為 0.5mm，正三角形排列，中心距2mm，單個(gè)混合區(qū)內(nèi)下管板射流孔為76個(gè)。列管擴(kuò)大段末端 直徑為28mm，列管射流口在列管及擴(kuò)大段呈三層排列，直徑為1.0mm，單個(gè)混合區(qū)內(nèi)列管射 流孔總數(shù)為56個(gè)。第二反應(yīng)區(qū)長(zhǎng)度為筒體直徑D的兩倍。
體積流量為1.3m3/11，溫度為-5'C，光氣含量為75%的光氣溶液和體積流量為3 m3/h，溫度 為65"C，甲苯二胺含量為20%的甲苯二胺溶液分別從列管射流口和下管板射流口噴射進(jìn)入撞 擊混合區(qū)快速混合和反應(yīng)(鄰二氯苯為惰性溶劑)，反應(yīng)混合物中光氣相對(duì)于甲苯二胺過(guò)量 50%，兩股流體通過(guò)射流口處的流速均為8m/s,混合流體在撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間(混合時(shí)間)為59.6ms，反應(yīng)溫度為93'C。
上述反應(yīng)混合物通過(guò)第二混合區(qū)進(jìn)入塔式反應(yīng)器中進(jìn)行第二步光氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 162°C,其它條件同實(shí)施例1和實(shí)施例2。
分析塔底混合物，甲苯二異氰酸酯(TDI)摩爾收率為86.7%。 實(shí)施例4:
保持實(shí)施例1中的撞擊流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，改變兩股反應(yīng)流體通過(guò)射流口處的流速進(jìn) 行甲苯二異氰酸酯(TDI)生產(chǎn)。
體積流量為13.7m3/11，溫度為-5。C，光氣含量為67%的光氣溶液和體積流量為20.7 m3/h， 溫度為65'C,甲苯二胺含量為25%的與甲苯二胺溶液分別由列管射流口和下管板射流口噴射進(jìn) 入撞擊流反應(yīng)器進(jìn)行混合和反應(yīng)(鄰二氯苯為惰性溶劑)，其中光氣相對(duì)于甲苯二胺過(guò)量50%， 兩股流體通過(guò)下管板射流口和列管射流口的流速均為20 m/s，混合流體在撞擊混合區(qū)內(nèi)的停 留時(shí)間(混合時(shí)間)為15ms，反應(yīng)溫度為98。C。
上述反應(yīng)混合物通過(guò)第二混合區(qū)進(jìn)入塔式反應(yīng)器中進(jìn)行第二步光氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 162°C，其它條件同實(shí)施例l。
分析塔底混合物，甲苯二胺轉(zhuǎn)化率為100%，甲苯二異氰酸酯(TDI)摩爾收率為95.7%。 實(shí)施例5:
保持實(shí)施例1和實(shí)施例4中撞擊流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，改變兩股反應(yīng)物料流體通過(guò)射流 口處的流速進(jìn)行甲苯二異氰酸酯(TDI)生產(chǎn)。
體積流量為0.33 m3/h，溫度為-5'C，光氣含量為67%的光氣溶液和體積流量為0.52 m3/h， 溫度為65'C，甲苯二胺含量為25%的與甲苯二胺溶液分別由列管射流口和下管板射流口噴射進(jìn) 入撞擊流反應(yīng)器進(jìn)行混合和反應(yīng)(鄰二氯苯為惰性溶劑)，其中光氣相對(duì)于甲苯二胺過(guò)量50%， 兩股流體通過(guò)下管板射流孔和列管射流口的流速均為0.5 m/s，混合流體在撞擊混合區(qū)內(nèi)的停 留時(shí)間(混合時(shí)間)為0.6s，反應(yīng)溫度為95'C。
上述反應(yīng)混合物通過(guò)第二混合區(qū)進(jìn)入塔式反應(yīng)器中進(jìn)行第二步光氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 162°C，其它條件同實(shí)施例1和實(shí)施例4。
分析塔底混合物，甲苯二異氰酸酯(TDI)摩爾收率為91.9%。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器，包括以下構(gòu)件上封頭(1)，筒體(2)，上封頭進(jìn)料口(3)，筒體進(jìn)料口(4)，列管(5)，列管擴(kuò)大段(6)、上管板(7)，下管板(8)，列管射流口(9)，下管板射流口(10)、射流混合區(qū)(11)、第二反應(yīng)區(qū)(12)；其特征是上封頭上設(shè)置有上封頭進(jìn)料口(3)，筒體上設(shè)置有筒體進(jìn)料口(4)，列管穿過(guò)筒體并均布于筒體內(nèi)的上下板管上，下管板射流口(10)均布于下管板上；列管下端與列管擴(kuò)大段相連，列管下端和列管擴(kuò)大段上設(shè)置有列管射流口(9)。
2. 如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器，其特征是列管擴(kuò)大段與 列管之間具有平滑的連接。
3. 如權(quán)利要求l所述的生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器，其特征是列管垂直于上 下管板平行均勻排列，列管至少為3根，列管射流口 (9)分布于下管板(8)以下的列管 下端和列管擴(kuò)大段。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征是撞擊混合區(qū)(11)由列管、列管擴(kuò)大段和下管板圍成， 混合區(qū)數(shù)目與列管數(shù)目相關(guān)，且至少為1個(gè)，優(yōu)選不少于6個(gè)；不同撞擊混合區(qū)之間彼此 相通；第二反應(yīng)區(qū)(12)與撞擊混合區(qū)相通。
5. 權(quán)利要求l的生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征是一股反應(yīng)物料通 過(guò)筒體進(jìn)料口 (4)進(jìn)入筒體后，從均布于下管板上的下管板射流口 (10)噴射進(jìn)入撞擊 混合區(qū)(11)，并與通過(guò)上封頭進(jìn)料口 (3)進(jìn)入列管后，從列管射流口 (9)以一定角度 噴射進(jìn)入撞擊混合區(qū)的另一股反應(yīng)物料撞擊實(shí)現(xiàn)快速混合和反應(yīng)，隨后反應(yīng)物料進(jìn)入第 二反應(yīng)區(qū)(12)進(jìn)一步混合和反應(yīng)。
6. 如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征是一股反應(yīng)物料為甲苯二胺溶液，另一股反應(yīng)物料 為光氣溶液；光氣以液態(tài)的形式或以氣泡的形式進(jìn)入撞擊混合區(qū)內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求5和6所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征是甲苯二胺溶液和光氣溶液通過(guò)射流口的流速 為0.5-20m/s。
8. 如權(quán)利要求5和6所述的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征是混合流體在撞擊混合區(qū)內(nèi)的平均停留時(shí)間為 0.015~0.6s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)甲苯二異氰酸酯的列管式撞擊流反應(yīng)器及操作系統(tǒng)。列管式撞擊流反應(yīng)器上封頭與筒體相連，筒體上設(shè)置有筒體進(jìn)料口(4)，列管穿過(guò)筒體并均布于筒體內(nèi)的上下板管上，下管板射流口(10)均布于下管板上；列管下端與列管擴(kuò)大段相連，列管下端和列管擴(kuò)大段上設(shè)置有列管射流口(9)。一股物料通過(guò)下管板射流口(10)射流噴入，下管板射流口周圍垂直于下管板平行排列有列管和列管擴(kuò)大段，另一股流體則通過(guò)分布于列管和列管擴(kuò)大段上的列管射流口(9)以一定角度射流噴入撞擊混合區(qū)內(nèi)，并與第一股物料撞擊快速混合，反應(yīng)物料進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)(12)進(jìn)一步反應(yīng)。撞擊混合區(qū)的大小可通過(guò)混合區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整靈活的改變，因此適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)B01J19/24GK101612547SQ20091006991
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者張旭斌, 張金利, 蔡旺鋒, 峰 辛, 閆少偉, 陸宏瑋 申請(qǐng)人:賽鼎工程有限公司;天津大學(xué)