一種攪拌研磨反應(yīng)器及其用于制備異氰酸酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種攪拌研磨反應(yīng)器，及利用該反應(yīng)器制備異氰酸酯的方法，具體地說(shuō)涉及一種基于高溫成鹽光氣化反應(yīng)制備異氰酸酯反應(yīng)器和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，采用有機(jī)伯胺與光氣在惰性溶劑中反應(yīng)制備異氰酸酯的光氣法己為人所熟知。光氣法可以分為直接法和成鹽法，直接法是通過(guò)將伯胺和光氣直接反應(yīng)制得相應(yīng)的異氰酸酯；成鹽法則是首先將相應(yīng)的胺與酸性氣體如氯化氫、二氧化碳等反應(yīng)制得胺鹽，然后將該胺鹽與光氣反應(yīng)，能夠有效地抑制光化過(guò)程中產(chǎn)生脲副產(chǎn)物。
[0003]英國(guó)專(zhuān)利GB1086782A采用成鹽光氣化制備苯二亞甲基二異氰酸酯的方法，二胺與氯化氫在O?60°C成鹽，120?128°C進(jìn)行鹽酸鹽光氣化，雖然能夠減少副產(chǎn)物的生成，但是鹽酸鹽反應(yīng)濃度在5.5wt%以下，時(shí)空收率不高，同時(shí)需要蒸餾脫除大量的溶劑，降低了其經(jīng)濟(jì)性。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利CN101638372A采用成鹽光氣化制備對(duì)苯二異氰酸酯，但是其鹽酸需要特別制備，且成鹽時(shí)將胺預(yù)先全部溶解在溶劑中再通入氯化氫氣體，極易造成胺被鹽酸鹽包裹，降低收率。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利CN101203488A在大于大氣壓0.0lMpa，溫度120°C下成鹽，可以降低鹽酸鹽黏度，從而提高成鹽轉(zhuǎn)化率和時(shí)空產(chǎn)率，但是依然未解決高溫下二胺的包裹嚴(yán)重導(dǎo)致的成鹽不完全，最終光化液有大量的脲生成并使反應(yīng)液變黑。
[0006]中國(guó)專(zhuān)利CN102070491A中，在成鹽反應(yīng)釜中設(shè)置有噴射反應(yīng)器，將苯二亞甲基二胺溶解在惰性有機(jī)溶劑中配成胺進(jìn)料溶液，通入噴射反應(yīng)器的液相噴嘴；氯化氫氣體通入噴射反應(yīng)器氣相噴嘴；苯二亞甲基二胺在惰性有機(jī)溶劑中形成的胺溶液與氯化氫在噴射反應(yīng)器中快速混合反應(yīng)并進(jìn)入成鹽反應(yīng)釜中。但是所述工藝在應(yīng)用過(guò)程中為了解決堵塞問(wèn)題和增強(qiáng)混合效果，需要在苯二亞甲基二胺鹽酸鹽濃度極低的情況下才能運(yùn)行，整體能耗較尚O
[0007]現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題:
[0008](I)成鹽濃度低，時(shí)空收率不高；
[0009](2)胺鹽酸鹽結(jié)塊及結(jié)塊導(dǎo)致的二胺包裹，造成光化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，副反應(yīng)多，收率過(guò)低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種攪拌研磨反應(yīng)器，本發(fā)明的另一目的是提供一種高溫成鹽光氣法制備異氰酸酯單體的方法，能夠解決已有成鹽光氣化反應(yīng)中常見(jiàn)的成鹽濃度低、鹽酸鹽結(jié)塊及結(jié)塊導(dǎo)致的二胺包裹，內(nèi)部物料難以參與下一階段的光化反應(yīng)，造成光化過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，生成脲類(lèi)雜質(zhì)，導(dǎo)致副反應(yīng)多，收率過(guò)低的技術(shù)問(wèn)題，尤其能夠處理熔點(diǎn)較高的二胺進(jìn)行高溫成鹽，使其鹽酸鹽在較高濃度下進(jìn)行光氣化反應(yīng)得到質(zhì)量合格的異氰酸酯。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種攪拌研磨反應(yīng)器，其包括:殼體、攪拌軸、動(dòng)旋轉(zhuǎn)片、靜旋轉(zhuǎn)片，殼體與攪拌軸同軸設(shè)置，其中動(dòng)旋轉(zhuǎn)片和靜旋轉(zhuǎn)片相互間隔地設(shè)置，動(dòng)旋轉(zhuǎn)片固定在攪拌軸上，靜旋轉(zhuǎn)片固定在殼體的內(nèi)壁上，動(dòng)旋轉(zhuǎn)片和靜旋轉(zhuǎn)片上設(shè)有通道孔，所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片為表面呈鋸齒狀的飛碟形結(jié)構(gòu)，靜旋轉(zhuǎn)片具有與動(dòng)旋轉(zhuǎn)片互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明所述的表面呈鋸齒狀的飛碟型結(jié)構(gòu)的軸向有中心孔供攪拌軸穿過(guò)，由中心向邊緣呈一定傾斜度，其軸向中心點(diǎn)所在的水平面為飛碟型結(jié)構(gòu)的水平對(duì)稱(chēng)面。
[0014]本發(fā)明所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片為實(shí)心或空心結(jié)構(gòu)，由中心至邊緣呈一定坡度，動(dòng)旋轉(zhuǎn)片傾斜表面與反應(yīng)器軸向的夾角α為50?80°，優(yōu)選65?75°，每個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)片傾斜表面與反應(yīng)器軸向的夾角可以相同也可以不同，優(yōu)選相同；所述鋸齒狀結(jié)構(gòu)由多組傾斜段與水平段組成，所述鋸齒狀的傾斜段與動(dòng)旋轉(zhuǎn)片傾斜表面夾角β為3?20°，優(yōu)選4?15°，水平段與傾斜段的夾角γ為95?180°，優(yōu)選110?160°。
[0015]本發(fā)明所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片傾斜表面為鋸齒最尖端的點(diǎn)所在的面。
[0016]本發(fā)明所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片的傾斜段與水平段的長(zhǎng)度比例為0.2:1?5:1，優(yōu)選0.5:1?3:1，水平段的單段長(zhǎng)度與動(dòng)旋轉(zhuǎn)片半徑比為1:1?1:500，優(yōu)選50:1?150:1。
[0017]本發(fā)明所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片上設(shè)有中心孔，使攪拌軸穿過(guò)該中心孔，并且從上往下在攪拌軸上設(shè)置I?20個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)片，優(yōu)選7?12 ;所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片的直徑為50?1600mm，優(yōu)選80?900mm ;動(dòng)旋轉(zhuǎn)片最外緣至反應(yīng)器內(nèi)壁的徑向距離為5?100mm，優(yōu)選20?50mm ;所述動(dòng)旋轉(zhuǎn)片上設(shè)有20?1200個(gè)，優(yōu)選50?180個(gè)通道孔，所述通道孔的截面形狀為圓形、三角形、矩形、菱形、梯形、多邊形或橢圓形等，優(yōu)選為圓形、矩形或三角形；所述通道孔的總流通面積為50?6000mm2，優(yōu)選150?4000mm2，所述通道孔均勾或非均勾地分布在動(dòng)旋轉(zhuǎn)片上，優(yōu)選均勻分布，所述通道孔相對(duì)于整個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)片的開(kāi)孔率為10 %?80 %，優(yōu)選40 %?50%。
[0018]本發(fā)明所述靜旋轉(zhuǎn)片與殼體連接在一起，為實(shí)心或空心結(jié)構(gòu)，由殼體連接處向中心軸呈一定角度傾斜，靜旋轉(zhuǎn)片具有與動(dòng)旋轉(zhuǎn)片互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，動(dòng)旋轉(zhuǎn)片、靜旋轉(zhuǎn)片表面為鋸齒狀或波紋形咬合結(jié)構(gòu)，優(yōu)選鋸齒狀。
[0019]本發(fā)明所述靜旋轉(zhuǎn)片具有中心孔，使攪拌軸穿過(guò)該中心孔，從上而下在反應(yīng)器殼體的內(nèi)壁上設(shè)置I?20個(gè)靜旋轉(zhuǎn)片，優(yōu)選7?12 ;所述靜旋轉(zhuǎn)片的外緣直徑為50?1600mm，優(yōu)選80?900mm ;所述靜旋轉(zhuǎn)片最內(nèi)緣至攪拌軸最外緣的徑向距離為10?300mm，優(yōu)選50?10mm ;所述靜旋轉(zhuǎn)片上設(shè)有20?1200個(gè)，優(yōu)選50?180個(gè)通道孔，所述通道孔的截面形狀為圓形、三角形、矩形、菱形、梯形、多邊形或橢圓形等，優(yōu)選為圓形、矩形或三角形；所述通道孔的流通面積為50?6000mm2，優(yōu)選150?4000mm2，所述通道孔均勾或非均勾地分布在靜旋轉(zhuǎn)片上，優(yōu)選均勻分布，所述通道孔相對(duì)于整個(gè)靜旋轉(zhuǎn)片的開(kāi)孔率為10%?80%，優(yōu)選 40%?50%。
[0020]本發(fā)明所述一個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)片與一個(gè)靜旋轉(zhuǎn)片為一個(gè)旋轉(zhuǎn)片組，在同一個(gè)動(dòng)靜旋轉(zhuǎn)片組中動(dòng)旋轉(zhuǎn)片設(shè)置在靜旋轉(zhuǎn)片的上方，動(dòng)旋轉(zhuǎn)片和靜旋轉(zhuǎn)片相鄰表面垂直距離為0.1?1.0mm,優(yōu)選 0.1 ?0.5mm。
[0021]本發(fā)明所述旋轉(zhuǎn)片組可以設(shè)置I?20組，優(yōu)選7?12組，每間隔2?4組可以添加分布器。
[0022]每個(gè)靜旋轉(zhuǎn)片的最下端與位于該靜旋轉(zhuǎn)片下方并且相鄰的動(dòng)旋轉(zhuǎn)片的最上端的軸向距離可以相同，也可以不同，優(yōu)選相同，其軸向距離為6?800mm，優(yōu)選50?200mm。
[0023]本發(fā)明所述進(jìn)料口位于反應(yīng)器中部的分布器上方，進(jìn)料口的最下端與分布器的最上端的軸向距離為10?200mm，優(yōu)選30?80mm，分布器下方為動(dòng)旋轉(zhuǎn)片，分布器的最下端與此動(dòng)旋轉(zhuǎn)片的最上端之間的軸向距離為10?200mm，優(yōu)選30?80mm，出料口位于反應(yīng)器底部。
[0024]本發(fā)明的進(jìn)料位置是在反應(yīng)器的中部位置，與上部進(jìn)料相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)上升的氯化氫氣體與向下流動(dòng)的鹽酸鹽溶液形成逆流接觸，與氣液并流相比，能夠提高傳質(zhì)速率，進(jìn)一步增加了氯化氫氣體與未反應(yīng)二胺的有效接觸，能夠在節(jié)約氯化氫的同時(shí)顯著提高二胺轉(zhuǎn)化率，減少物料損耗；(2)氣液的逆流接觸能夠增加氯化氫氣體對(duì)鹽酸鹽溶液的擾動(dòng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了攪拌混合效果；(3)鹽酸鹽的向下流動(dòng)是通過(guò)自身重力作用，而中部進(jìn)料時(shí)由混合器進(jìn)入反應(yīng)釜內(nèi)的預(yù)反應(yīng)液能夠借助上部向下流動(dòng)的鹽酸鹽溶液的流動(dòng)推動(dòng)力，盡快形成與鹽酸鹽溶液的混合與流動(dòng)，避免了上部進(jìn)料時(shí)容易在進(jìn)料口堵塞的問(wèn)題。
[0025]本發(fā)明所述在反應(yīng)器軸向頂端的第一個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)片的上部空間，還可以自上而下設(shè)置除沫器和分布器。
[0026]—種采用本發(fā)明所述的攪拌研磨反應(yīng)器進(jìn)行成鹽光氣化反應(yīng)制備異氰酸酯的方法，包括以下步驟:
[0027]a.成鹽反應(yīng):
[0028]在反應(yīng)器中預(yù)加入一部分溶劑，進(jìn)行循環(huán)并升溫；將新鮮的HCl氣體通入反應(yīng)器；二胺與剩余溶劑的混合液經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入預(yù)混器與HCl混合進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行成鹽反應(yīng)，得到二胺鹽酸鹽溶液；
[0029]b.光氣化反應(yīng):
[0030]將步驟a中得到的二胺鹽酸鹽溶液輸送到光化反應(yīng)釜，與光氣在常壓或加壓條件下進(jìn)行光化反應(yīng)，從抑制副生的氯化氫氣體導(dǎo)致的副反應(yīng)的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選在常壓下進(jìn)行光氣化反應(yīng)；反應(yīng)完成得到異氰酸酯光化液；異氰酸酯光化液經(jīng)過(guò)脫光氣、脫溶劑、脫焦油后即得異氰酸酯單體。
[0031 ] 本發(fā)明所述步驟a中預(yù)加入的溶劑質(zhì)量占溶劑總質(zhì)量的20 %?60 %，優(yōu)選35 %?50%。
[0032]本發(fā)明，從反應(yīng)的穩(wěn)定性及有利于反應(yīng)的各成分的溶解度等方面綜合考慮，上述成鹽反應(yīng)工序所述的溶劑包括甲苯、二甲苯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸丙酯、氯苯、鄰二氯苯、對(duì)氯甲苯、溴苯等，但并不限定于此。這些溶劑可單獨(dú)使用也可按照任意比例混合使用，本發(fā)明優(yōu)選用鄰二氯苯(ODCB)作為溶劑。
[0033]本發(fā)明所述步驟a中二胺與剩余溶劑的混合液中二胺的濃度為5?50wt%，優(yōu)選