專利名稱：一種均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及均四甲苯固定床氣相催化氧化所得氣相產(chǎn)物中均苯四甲酸二酐 (PMDA)的捕集及其副產(chǎn)物分離的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PMDA的捕集設(shè)備。
背景技術(shù)：
均苯四甲酸二酐(Pyormellitic dianhydride,PMDA)是一種重要的化工中間體材料，主要用作生產(chǎn)聚酰亞胺樹脂及薄膜、聚咪唑等耐熱樹脂的單體、耐高溫電氣絕緣漆、固體潤滑劑、環(huán)氧樹脂固化劑、涂料助劑等的原材料。以均苯四甲酸二酐為原料生產(chǎn)的工程塑料、塑料助劑等具有優(yōu)異的電絕緣性能、 耐高低溫性能、較高的機械性能等，被廣泛應(yīng)用于航空、電子、機電等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，因而引發(fā)了世界范圍內(nèi)對均苯四甲酸二酐及其高性能功能材料的研究熱潮。上世紀60年代，美國杜邦公司應(yīng)宇航事業(yè)發(fā)展的需要，開始研究新型耐熱功能材料，并首先用硝酸氧化法生產(chǎn)出PMDA，隨后又開辟了氣相催化氧化法，引領(lǐng)了該領(lǐng)域的發(fā)展方向。當前世界范圍內(nèi)主要有美國杜邦，日本大賽璐等大型化工企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)PMDA，在國際市場上處于壟斷地位。我國對PMDA的開發(fā)研究和工業(yè)生產(chǎn)起步較晚，且生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)相對落后、工藝條件不成熟等，仍然不能滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要。均四甲苯氣相催化氧化制備PMDA的過程是一個復(fù)雜的非均相催化反應(yīng)過程，其氧化反應(yīng)生成PMDA的主反應(yīng)方程式為
OO
1,2,4,5-四甲苯；均四甲苯均苯四甲酸二酐
1,2,4,5-TetramethylbenzenePMDA同時還存在較多的副反應(yīng)，部分氧化生成偏苯三甲酸酐(Trimellitic Anhydride, TMA)、鄰苯二甲酸酐(Phthalic Anhydride, PA)和順丁烯二酸酐(Maleic anhydride, MAA)等副產(chǎn)物和過度氧化生成的二氧化碳和水等。均四甲苯催化氧化反應(yīng)所得主副產(chǎn)物均為白色固體，在溶劑和水中均具有不同程度的溶解性，且都能升華等特點，大大增加了后續(xù)對粗酐分離的難度。因此，對催化氧化的氣相產(chǎn)物在捕集工序?qū)⒅鞲碑a(chǎn)物進行有效分離，得到純度較高的主產(chǎn)品PMDA，是生產(chǎn)高純度PMDA的關(guān)鍵。目前國內(nèi)對均四甲苯固定床氣相催化氧化所得氣相產(chǎn)物中的PMDA的捕集工藝方法主要有中空箱式捕集裝置捕集法(CN 1393447A)、立式圓筒捕集裝置捕集法(CN 1388127A)及列管式捕集裝置捕集法等。中空箱式捕集工藝對反應(yīng)產(chǎn)物的捕集和分離效果較差，獲得的PMDA純度較低。國內(nèi)也有采用串聯(lián)的立式圓筒捕集設(shè)備且在捕集器內(nèi)部進行掛網(wǎng)，如圖1所示，反應(yīng)產(chǎn)物氣體進入1#捕集器后經(jīng)過折流擋板由2#捕集器底部進入，隨著氣流上升遇到金屬絲網(wǎng)，PMDA含量較高的氣相產(chǎn)物首先在捕集器底部凝華結(jié)晶，而濃度相對較低的氣相產(chǎn)物則逐步在捕集器上部結(jié)晶，在出料時凝結(jié)在金屬網(wǎng)上的凝華產(chǎn)物落入捕集器底部，則會使捕集器底部PMDA含量較高的凝華產(chǎn)物與捕集器上部含量較低的凝華產(chǎn)物在捕集器底部混合，不利于獲得純度較高的粗品PMDA ；且在金屬網(wǎng)上凝結(jié)有較多的粗酐時，對氣流形成較大阻力，使氣流容易走短路，更會使反應(yīng)產(chǎn)物的捕集和分離效果較差； 而且該捕集器采用6個立式圓筒捕集器在地面上串聯(lián)排列，占地面積較大；雖然在生產(chǎn)過程中對捕集設(shè)備進行了較多的改進，如在捕集器內(nèi)部增加折流擋板、增加冷卻盤管等，但總體效果不理想，因此，該類捕集裝置盡管有多個捕集器，但捕集和分離效果不理想，不能夠捕集到純度較高的粗品PMDA。我們曾經(jīng)采用列管式捕集器，反應(yīng)混合氣體走捕集器的管程， 冷卻用空氣走捕集器的殼程，幾個捕集器相串聯(lián)，反應(yīng)產(chǎn)物氣體由第一捕集器下部進入捕集器，從第三捕集器上部排出，冷卻用空氣則與反應(yīng)產(chǎn)物逆流換熱后進入反應(yīng)器進行氧化反應(yīng)；在每個捕集器采用垂直掛網(wǎng)，捕集效果明顯提高，增加了反應(yīng)產(chǎn)物氣流的阻力，反應(yīng)產(chǎn)物進入捕集器后凝華下來的結(jié)晶落入設(shè)備底部并被收集，然而管壁上的結(jié)晶產(chǎn)品需要人工有專用的工具清理。當局部列管容易被產(chǎn)品結(jié)晶堵死，出料非常困難，特別是部分列管堵死后，傳熱不均勻，會使局部溫度過高，產(chǎn)品易炭化，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且在第三捕集器結(jié)晶產(chǎn)物中PMDA含量約70-80%，如需分離出其中的有用成分，則會大大增加生產(chǎn)成本，難以滿足工藝生產(chǎn)的需要，如直接作為廢棄物進行處理，則會造成有用資源的嚴重浪費，造成嚴重的環(huán)境污染。綜上所述，以上PMDA捕集器存在生產(chǎn)成本高，設(shè)備復(fù)雜，同時造成原料浪費嚴重等不足，在工業(yè)生產(chǎn)中，難以取得令人滿意的結(jié)果。通過改進捕集設(shè)備，使反應(yīng)產(chǎn)物充分冷凝捕集，并將PMDA與副產(chǎn)物進行高效分離，能夠降低生產(chǎn)成本，減少有用資源的浪費，對節(jié)能減排具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上所述傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，提出一種均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置。該捕集裝置具可連續(xù)地、高效地直接捕集獲得高純度的PMDA，并可降低過程能耗，改善操作環(huán)境，減少占地面積。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，所述捕集裝置為方箱式結(jié)構(gòu)，由數(shù)層長方體疊加而成，每層長方體分別形成一捕集器，每一捕集器再細分為數(shù)個捕集單元，每個捕集單元依次連通，所述捕集單元內(nèi)部設(shè)有垂直掛網(wǎng)，捕集單元外部還設(shè)有用于冷卻的空氣夾套層。在一較佳實施例中，所述捕集裝置由3層捕集器分別疊加形成，每一捕集器細分為6個捕集單元。在一較佳實施例中，所述捕集單元設(shè)有進口與出口，所述進口設(shè)置于捕集單元上部或下部，出口設(shè)置于捕集單元的下部或上部，且進口與出口分別設(shè)置于捕集單元相應(yīng)的間隔壁上。在一較佳實施例中，所述捕集單元的進口為位于同一平面的三個進氣孔。在一較佳實施例中，所述捕集單元的出口為位于同一平面的三個出氣氣孔。在一較佳實施例中，所述每個捕集單元中掛網(wǎng)層數(shù)為4-16層，網(wǎng)眼大小為4*8mm-12*16mm，網(wǎng)間距離為 10_30cm。在一較佳實施例中，所述懸掛金屬絲網(wǎng)與箱層頂部垂直，與氣流方向垂直，并且緊挨在箱層頂部。本發(fā)明揭示的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，采用三層掛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在保證具可連續(xù)地、高效地直接捕集獲得高純度的PMDA同時，降低過程能耗，改善操作環(huán)境，減少占地面積。


圖1為立式圓筒捕集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為立式圓筒捕集裝置的俯視圖。圖3為方箱式捕集裝置結(jié)構(gòu)剖視圖及氣體走向示意圖。圖4為第一捕集裝置掛網(wǎng)剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明針對以上所述傳統(tǒng)技術(shù)中存在的問題，提出一種均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置。該捕集裝置具可連續(xù)地、高效地直接捕集獲得高純度的PMDA，并可降低過程能耗，改善操作環(huán)境，減少占地面積。下面結(jié)合附圖及典型實施例對本發(fā)明作進一步說明。首先申請人對附圖編號作一個簡單介紹，在圖1中，1#到6#分別代表圓筒捕集裝置各捕集單元的編號。在圖2中，序號I、II和III為第一捕集器、第二捕集器和第三捕集器，序號1到18表示捕集單元的編號，其中虛線表示冷卻空氣在空氣夾套層走向，實線表示反應(yīng)產(chǎn)物走向，空氣排空，反應(yīng)產(chǎn)物最終進入水洗塔。在圖3中，捕集單元的掛網(wǎng)剖視圖，其中掛網(wǎng)為不銹鋼金屬網(wǎng)，以及其中網(wǎng)頂部與箱頂垂直，與氣流方向垂直。各捕集單元開有小門，出料時將金屬網(wǎng)推到靠近捕集單元內(nèi)側(cè)或?qū)⒔饘倬W(wǎng)卷起，方便操作人員出料，出料結(jié)束后再將金屬絲網(wǎng)恢復(fù)原位掛好。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，該PMDA捕集裝置為方箱式結(jié)構(gòu)，該PMDA捕集裝置為帶夾套的長方體形捕集器，捕集裝置內(nèi)部為分格掛網(wǎng)，冷卻用的空氣走夾套層，反應(yīng)產(chǎn)物走內(nèi)部。 它由三層以上的長方體疊加而成，優(yōu)選值為三層，三層長方體疊加分別形成第一捕集器、第二捕集器和第三捕集器，層與層間用保溫材料隔開，每一捕集器再細分為若干個捕集單元， 各個捕集單元依次連通，使得空氣能夠依次流經(jīng)過各個捕集單元，起到均勻散熱的效果。反應(yīng)產(chǎn)物中的PMDA能夠依次凝華在各捕集單元的掛網(wǎng)上，提高了分離效率及PMDA的純度。每個捕集單元設(shè)有進口和出口，進口和出口分別設(shè)置于捕集單元相應(yīng)的兩個間隔壁上，進口可以設(shè)置于捕集單元的上部，也可以設(shè)置于捕集單元的下部，同樣地，出口可以設(shè)置于捕集單元的下部，也可以設(shè)置于捕集單元的上部，只要確保出口與進口不在同一平面即可。作為本發(fā)明的一個優(yōu)先實施方式，所述進口由同一平面的三個孔組成，相應(yīng)地，所述出口也由位于同一平面的三個孔組成，申請人之所以設(shè)置三個孔，其目的在于使反應(yīng)物氣體流動更加均勻。另外，相鄰的捕集單元的出口和進口相互連接。捕集單元內(nèi)部為立式懸掛若干層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)間距10cm-30cm，(圖3)金屬絲網(wǎng)在于其金屬絲網(wǎng)相對與箱層頂部垂直，與氣流方向垂直，并且緊貼挨在箱層頂部。反應(yīng)產(chǎn)物進入捕集裝置，由夾套層中的常溫空氣順流冷卻，進入第一捕集器后，氣相反應(yīng)產(chǎn)物與懸掛的金屬網(wǎng)接觸，PMDA在金屬網(wǎng)表面凝華結(jié)晶，形成許多新的結(jié)晶中心，
5促進反應(yīng)產(chǎn)物中PMDA在結(jié)晶中心快速成長結(jié)晶出來，并附著在金屬網(wǎng)表面，待積累到一定量，依靠結(jié)晶自身重量或金屬網(wǎng)的振動，純度較高的PMDA凝華結(jié)晶落入到第一捕集器中， 隨著反應(yīng)產(chǎn)物向第二、三捕集器移動，反應(yīng)產(chǎn)物溫度逐漸降低且其中的PMDA濃度越來越低，副產(chǎn)物逐步開始凝華結(jié)晶出來，落入到第二、三捕集器中，因此反應(yīng)產(chǎn)物中PMDA大部分在第一捕集器中結(jié)晶出來，其副產(chǎn)物在第二、三捕集器中結(jié)晶出來，反應(yīng)產(chǎn)物在捕集器中得到充分捕集，且PMDA與副產(chǎn)物得到充分分離。晶體從金屬網(wǎng)上脫落，落入捕集器內(nèi)，出料操作人員將金屬網(wǎng)推到捕集器一側(cè)或卷起對粗酐進行出料包裝，從捕集單元小門運出。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過第一捕集器后，進入第二、第三捕集器，副產(chǎn)物逐漸凝華結(jié)晶，落入第二、三捕集器中，其中均酐含量較少。捕集器內(nèi)掛金屬網(wǎng)后，捕集效果明顯提高。掛網(wǎng)前第三捕集器中均酐的含量為70-80%，而掛網(wǎng)后第三捕集器中均酐含量則降低到20-25%， 與副產(chǎn)物得到有效分離，降低了生產(chǎn)成本。其中金屬絲網(wǎng)其結(jié)構(gòu)形式可以是多排垂直懸掛的與氣流方向垂直的金屬絲網(wǎng)，通過振動就可以將附著產(chǎn)物脫落下來，這種振動是連續(xù)的，也可以是間歇周期性的，也可以是當絲網(wǎng)上積累形成的產(chǎn)物晶體重力大于與絲網(wǎng)的結(jié)合力，晶體自動脫落。金屬絲網(wǎng)頂端盡量貼緊懸掛的壁面，使得產(chǎn)物PMDA無短路的通過絲網(wǎng)且附著上面。各捕集單元開有小門， 出料時將金屬網(wǎng)推到靠近捕集單元內(nèi)側(cè)或?qū)⒔饘倬W(wǎng)卷起，方便操作人員出料，出料結(jié)束后再將金屬絲網(wǎng)恢復(fù)原位掛好。其中金屬絲網(wǎng)材料可以是常見的不銹鋼，其質(zhì)量較輕，比較面積大，不污染反應(yīng)產(chǎn)物具有突出效果。以下是本發(fā)明的三個應(yīng)用例。應(yīng)用例1 如圖2和圖3所示，該方箱式捕集裝置由三層長方體疊加而成，分別為第一、第二、 第三捕集器，總體積為500m3，每一捕集器再等分為6個捕集單元，每個捕集單元內(nèi)部為反應(yīng)產(chǎn)物流動，夾套層為冷卻用的空氣。捕集器內(nèi)部懸掛8層金屬網(wǎng)，網(wǎng)眼大小為12*16mm左右， 金屬網(wǎng)之間的間距為20cm，金屬絲網(wǎng)相對與箱層頂部垂直，并且緊貼在箱層頂部。應(yīng)用例2:如圖2和圖3所示，該方箱式捕集裝置由三層長方體疊加而成，分別為第一、第二、 第三捕集器，總體積為600m3，每一捕集器再等分為6個捕集單元，每個捕集單元內(nèi)部為反應(yīng)產(chǎn)物流動，夾套層為冷卻用的空氣。捕集器內(nèi)部懸掛4層金屬網(wǎng)，網(wǎng)眼大小為8*12mm左右， 金屬網(wǎng)之間的間距為10cm，金屬絲網(wǎng)相對與箱層頂部垂直，并且緊貼在箱層頂部。應(yīng)用例3 如圖2和圖3所示，該方箱式捕集裝置由三層長方體疊加而成，分別為第一、第二、第三捕集器，總體積為700m3，每一捕集器再等分為6個捕集單元，每個捕集單元內(nèi)部為反應(yīng)產(chǎn)物流動，夾套層為冷卻用的空氣。捕集器內(nèi)部懸掛16層金屬網(wǎng)，網(wǎng)眼大小為4*8mm 左右，金屬網(wǎng)之間的間距為30cm，金屬絲網(wǎng)相對與箱層頂部垂直，并且緊貼在箱層頂部。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述捕集裝置為方箱式結(jié)構(gòu)，由數(shù)層長方體疊加而成，每層長方體分別形成一捕集器，每一捕集器再細分為數(shù)個捕集單元，每個捕集單元依次連通，所述捕集單元內(nèi)部設(shè)有垂直掛網(wǎng)，捕集單元外部還設(shè)有用于冷卻的空氣夾套層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述捕集裝置由3層捕集器分別疊加形成，每一捕集器細分為6個捕集單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述捕集單元設(shè)有進口與出口，所述進口設(shè)置于捕集單元上部或下部，出口設(shè)置于捕集單元的下 部或上部，且進口與出口分別設(shè)置于捕集單元相應(yīng)的間隔壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述捕集單元的進口為位于同一平面的三個進氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述捕集單元的出口為位于同一平面的三個出氣氣孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述每個捕集單元中掛網(wǎng)層數(shù)為4-16層，網(wǎng)眼大小為4*8mm-12*16mm，網(wǎng)間距離為10-30cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，其特征在于，所述懸掛金屬絲網(wǎng)與箱層頂部垂直，與氣流方向垂直，并且緊挨在箱層頂部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種均四甲苯氣相催化氧化產(chǎn)物的捕集裝置，所述捕集裝置為方箱式結(jié)構(gòu)，由數(shù)層長方體疊加而成，每層長方體分別形成一捕集器，每一捕集器再細分為數(shù)個捕集單元，每個捕集單元依次連通，所述捕集單元內(nèi)部設(shè)有垂直掛網(wǎng)，捕集單元外部還設(shè)有用于冷卻的空氣夾套層。該捕集裝置具可連續(xù)地、高效地直接捕集獲得高純度的PMDA，并可降低過程能耗，改善操作環(huán)境，減少占地面積。
文檔編號B01D5/00GK102166431SQ201110068918
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者丁建林, 余文叢, 吳正新, 夏炳華, 李鳳娟, 柏彩萍, 蘇仁球 申請人:常熟市聯(lián)邦化工有限公司