CN101422717B - 一种气液混合进料分布器以及采用该分布器的聚苯醚反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开本发明提供了一种气液混合进料分布器，其包括：底座，包括底部和侧壁；气体进口，设置在所述底座的底部；液体进口，设置在所述底座的侧壁上；喷嘴，与所述气体进口连接，用于气体分布；盖板，设置在所述底座上方，用于覆盖底座；弹簧，设置在所述底座底部和盖板之间，用于连接底座和盖板。本发明还公开了包括该气液混合进料分布器的聚苯醚反应装置。本发明的气液混合进料分布器可以显著增加气液接触界面面积，提高反应速度，降低氧气消耗量，采用该进料分布器的聚苯醚反应装置有效改善了传统聚苯醚反应装置气泡大，分布不均匀，容易堵塞气体管线的缺点，降低了副产物的生成量，提高了聚苯醚产品的品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布器，特别是涉及一种气液混合进料分布器，本发明还涉及采用该分布器的反应装置。
背景技术
聚苯醚(Polyphenylene ethers or polyphenylene oxides)简称PPE或PPO，具有优良的化学、物理和电化学性能，同时聚苯醚和聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯等进行共混改性而产生具有耐化学性，耐高温，高强度和高流动性的共混物，能够广泛的应用到电气、汽车行业、航天工业以及其他工业材料领域。
聚苯醚制备工艺在美国专利US3306874(Hay)和美国专利US3306875(Hay)中被初次公布，通过使用2，6-二甲基苯酚与氯化铜在有机溶剂中反应制备聚苯醚。然后又在美国专利US3365422，US3639656，US3642699，US3733299，US3838102，US3661848，US4092294，US4054553，US4097462，US4463164中对聚苯醚合成工艺进行了补充和改进。在上述专利中最常用的工艺是单体酚类在溶剂中与氧气在催化剂的作用下进行氧化偶合反应，并通过从反应混合物中除去催化剂而终止反应。聚苯醚聚合物通过不同的方法进行分离，典型的是使用反溶剂沉淀法(anti-solvent precipitation)。其中的单体酚最常用的是2，6-二甲基苯酚，催化剂最常用的是铜胺催化剂。在25度氯仿中测试的特性粘度一般为0.3dl/g-0.65dl/g。
对聚苯醚聚合所使用的装置有如下专利进行了描述，US3306875(Hay)描述了使用三个连续的反应器生产聚苯醚的装置；JP80/40613也描述了使用三个连续的反应器生产聚苯醚的装置，与前者不同处为在反应过程中不需要移走副产物水，同时提出了使用金属锰作为催化剂；JP73/45600描述了使用两个连续反应器生产聚苯醚的装置，在反应过程中需要移走副产物水；US478057(Mobley)描述了催化剂在反应前进行预混的连续和间歇反应装置；随后同一发明人又在US479066(Mobley)描述了催化剂进行预混得两步法连续生产聚苯醚工艺；US3789054(Izawa)描述了两步法连续聚苯醚生产工艺，使用了一种溶剂介质，其中既能够溶解2，6-二甲基苯酚，又能够溶解催化剂体系，但是不溶解聚苯醚，在一号反应器中反应转化率为50％-95％，在二号反应器中完成聚合。
美国专利US4503214描述了一个聚苯醚连续聚合工艺，使用了两个强力搅拌反应器，在两个反应器中间没有使用离心机除去聚合产生的水。US4822869，US4749771(Franz-Michael)描述了一个聚苯醚聚合用横向放置的带搅拌反应的装置，长径比最少为1，搅拌水平安装在液体70％的水平面上。US456699描述了一个合成聚苯醚的工艺，在反应器引入了循环系统，含有沉淀的反应溶剂持续不断的循环，其中的一部分移走，另一部分返回到反应器。US4699740描述了引入氧气到聚苯醚反应器中的一种技术，这种反应器有上下两个搅拌，氧气入口通到两个搅拌中间的位置，同时在反应器内壁设有挡板，2002年公开的US6469128描述了分离聚苯醚中的2，3，6-三甲基苯酚聚合物的方法。在上述反应装置中存在不足，酚类化合物与氧气在催化剂的存在下反应得到聚苯醚时，同时生成水和醌类杂质。醌类杂质和析出的聚苯醚会附着在气体进口，影响氧气通入时的气体分布效果和压力，严重时会导致气体进口堵塞。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气液混合进料分布器，在反应装置中采用该分布器可以显著增加气液接触界面面积，提高反应速度，降低气体消耗量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种气液混合进料分布器，其包括：
底座，包括底部和侧壁；
气体进口，设置在所述底座的底部；
液体进口，设置在所述底座的侧壁上；
喷嘴，与所述气体进口连接，用于气体分布；
盖板，设置在所述底座上方，用于覆盖底座；
弹簧，设置在所述底座底部和盖板之间，用于连接底座和盖板。
上述气液混合进料分布器，其中，所述盖板和喷嘴所用材料为金属、陶瓷或聚四氟乙烯。
上述气液混合进料分布器，其中，所述底座的底部和盖板为圆形、方形或椭圆形。
上述气液混合进料分布器，其中，所述喷嘴为圆形体、方形体或椭圆体。
上述气液混合进料分布器，其中，所述喷嘴的孔径为5～100μm。
本发明还提供了一种反应装置，其包括：
反应器，其侧壁设置两个液体进料口，分别位于侧壁的上部和下部，底部设有气体进料口；
前述的气液混合进料分布器，设置在反应器底部，分布器的底座与反应器的气体进料口连接，分布器的侧壁与位于反应器侧壁下部的液体进料口连接；
搅拌器，设置在所述气液混合进料分布器上方。
上述反应装置，其中，所述反应装置还包括外循环管线，设置在反应器外部，连接反应器底部和顶部，该循环管线上设置循环泵和换热器。
上述反应装置，其中，所述反应器的反应段高度与直径之比为1～10。
上述反应装置，其中，所述外循环管的直径与反应器直径比为1:2～1:20。
上述反应装置，其中，所述搅拌器为平叶式搅拌器、涡轮式搅拌器、双层叶轮式搅拌器、折叶式搅拌器、推进式搅拌器或螺旋式搅拌器。
本发明的气液混合进料分布器以及包括该分布器的反应装置适用于生产聚苯醚，将生产聚苯醚的原料2，6-二甲基苯酚、催化剂(二正丁胺、N，N’-二叔丁基乙二胺、二甲基正丁胺、铜离子)及部分溶剂(溶剂总量的25％～95％)从反应器侧壁的上部的液体进料口加入反应器，在搅拌器的作用下均匀混合，通过外循环管线进行循环。之后从反应器侧壁下部的液体进料口将剩余溶剂(溶剂总量的5％-75％)输送进入气液混合进料分布器的液体进口，同时将氧气通过反应器的气体进料口输送进入分布器的气体进口，氧气通过喷嘴上的微孔在气液混合进料分布器内部的溶剂中形成微小的气泡，当溶剂充满气液混合进料分布器内部后，溶剂的压力顶开弹簧连接的盖板，混合有氧气的溶剂进入反应器底部。
当聚苯醚达到需要的分子量后停止从气液混合进料分布器加入氧气及溶剂，在弹簧的作用下盖板落下防止聚苯醚反应溶液进入气液混合进料分布器内部，这样本发明可以减少聚苯醚聚合物堵塞喷嘴。
在发生聚苯醚聚合反应的同时会生成副产物四甲基二苯醌(二聚体)，本发明的反应装置分为单体高浓度区(反应器的上部)，单体低浓度区(反应器的下部)，氧气的高浓度区(气液混合进料分布器内部及外部靠近分布器附近的区域)。在分布器内部只有溶剂及氧气，没有2，6-二甲基苯酚及催化剂，因此在分布器内部不会产生聚苯醚聚合物及副产物四甲基二苯醌(二聚体)，在单体低浓度区通入氧气可以降低四甲基二苯醌的生成量，而四甲基二苯醌是影响聚苯醚产品质量的重要因素。本发明的反应装置降低了四甲基二苯醌生成量，可以得到高品质的聚苯醚产品。
本发明的气液混合进料分布器可以显著增加气液接触界面面积，提高反应速度，降低氧气消耗量，采用该进料分布器的反应装置有效改善了传统聚苯醚反应装置气泡大，分布不均匀，容易堵塞气体管线的缺点，降低了副产物的生成量，提高了聚苯醚产品的品质。
附图说明
图1为本发明气液混合进料分布器的示意图；
图2为本发明反应装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细描述本发明。
实施例1
如图1和图2所示，气液混合进料分布器C包括底座C1，该底座包括底圆形底部和侧壁，底座C1的底部连接有气体进口C5，底座C1的侧壁上连接有液体进口C4，气体进口C5连接有圆形喷嘴C3，喷嘴上孔的孔径为5μm，用于气体分布，在底座C1上方设置有用于覆盖底座C1的圆形盖板C6，在底座C1底部和盖板C6之间设置有弹簧C2，用于连接底座C1和盖板C6。
如图2所示，反应装置包括反应器A，其侧壁设置两个液体进料口Y1和Y2，分别位于侧壁的上部和下部，底部设有气体进料口Q；在反应器A底部设置气液混合进料分布器C，分布器底座的底部C1与反应器A的气体进料口Q连接，分布器C的侧壁与位于反应器A侧壁下部的液体进料口Y2连接，在气液混合进料分布器C上方设置平叶式搅拌器B，搅拌器由电机M驱动，反应器外部设置外循环管线F，连接反应器A的底部和顶部，循环管线F上设置循环泵G和换热器H。反应器A的反应段高度与直径的比为5，外循环管线F的管直径与反应器A的直径比为1:10。反应器A的顶部设有放空管线，放空管线上连接有冷凝器。
将2，6-二甲基苯酚、催化剂(二正丁胺、N，N’-二叔丁基乙二胺、二甲基正丁胺、铜离子)及部分溶剂从反应器顶部加入反应器A，在搅拌B的作用下均匀混合，通过物料循环泵G、循环管线F及换热器H物料进行循环，在循环的过程中通过换热器移走反应产生的热量，从溶剂进料泵D将剩余溶剂通过反应器A的液体进料口Y2输送进入气液混合进料分布器C的溶剂进口C4，同时将氧气从氧气压缩机E经止回阀I通过反应器A底部的气体进料口Q输送进入气体进口C5，氧气通过喷头C3上的微孔在气液混合进料分布器C内部的溶剂中形成微小的气泡，当溶剂充满气液混合进料分布器C内部后，溶剂的压力顶开弹簧C2连接的盖板C6，混合有氧气的溶剂进入反应器A，进行反应生成聚苯醚。
采用本实施例的分布器和反应装置，没有堵塞管线现象发生，并且降低了耗氧量达15％，反应中生成的副产物降低17％，可以得到高品质的聚苯醚产品。对得到的聚苯醚产品进行测定，用氯仿做溶剂，测定温度为25℃，测得的特性粘度(Intrinsic viscosity)为0.48～0.58dl/g。
实施例2
本实施例中的气液混合进料分布器C与实施例1类似，其中，底座C1的底部和盖板C6为方形，喷嘴也为方形体，喷嘴上孔的孔径大小为50μm。
本实施例中的反应装置与实施例1类似，其中，反应器中采用的搅拌器为折叶式搅拌器，反应器A反应段高度与直径之比为1，外循环管线F的管直径与反应器A的直径比为1:2。
采用本实施例的分布器和反应装置，没有堵塞管线现象发生，并且降低了耗氧量达10％，反应中生成的副产物降低10％，可以得到高品质的聚苯醚产品。对得到的聚苯醚产品进行测定，用氯仿做溶剂，测定温度为25℃，测得的特性粘度(Intrinsic viscosity)为0.48～0.58dl/g。
实施例3
本实施例中的气液混合进料分布器C与实施例1类似，其中，底座C1的底部和盖板C6为椭圆形，喷嘴也为椭圆体，喷嘴上孔的孔径大小为80μm。
本实施例中的反应装置与实施例1类似，其中，反应器中采用的搅拌器为涡轮式搅拌器，反应器A反应段高度与直径之比为10，外循环管线F的管直径与反应器A的直径比为1:20。
采用本实施例的分布器和反应装置，没有堵塞管线现象发生，并且降低了耗氧量达8％，反应中生成的副产物降低15％，可以得到高品质的聚苯醚产品。对得到的聚苯醚产品进行测定，用氯仿做溶剂，测定温度为25℃，测得的特性粘度(Intrinsic viscosity)为0.48～0.58dl/g。
实施例4
本实施例中的气液混合进料分布器C与实施例1类似，其中，喷嘴上孔的孔径大小为100μm。
本实施例中的反应装置与实施例1类似，其中，反应器中采用的搅拌器为涡轮式搅拌器，反应器A反应段高度与直径之比为8，外循环管线F的管直径与反应器A的直径比为1:15。
采用本实施例的分布器和反应装置，没有堵塞管线现象发生，并且降低了耗氧量达5％，反应中生成的副产物降低15％，可以得到高品质的聚苯醚产品。对得到的聚苯醚产品进行测定，用氯仿做溶剂，测定温度为25℃，测得的特性粘度(Intrinsic viscosity)为0.48～0.58dl/g。
本发明的气液混合分布器和反应装置适用于聚苯醚的生产，同样适用于其他采用气体和液体为原料需要增加气液接触界面面积与聚苯醚生产过程类似的产品。
Claims (10)
1.一种气液混合进料分布器，其包括：
底座，包括底部和侧壁；
气体进口，设置在所述底座的底部；
液体进口，设置在所述底座的侧壁上；
喷嘴，与所述气体进口连接，用于气体分布；
盖板，设置在所述底座上方，用于覆盖底座；
弹簧，设置在所述底座底部和盖板之间，用于连接底座和盖板。
2.如权利要求1所述的气液混合进料分布器，其特征在于，所述盖板和喷嘴所用材料为金属、陶瓷或聚四氟乙烯。
3.如权利要求1或2所述的气液混合进料分布器，其特征在于，所述底座的底部和盖板为圆形、方形或椭圆形。
4.如权利要求1或2所述的气液混合进料分布器，其特征在于，所述喷嘴为圆形体、方形体或椭圆体。
5.如权利要求1或2所述的气液混合进料分布器，其特征在于，所述喷嘴的孔径为5～100μm。
6.一种反应装置，其包括：
反应器，其侧壁设置两个液体进料口，分别位于侧壁的上部和下部，底部设有气体进料口；
权利要求1所述的气液混合进料分布器，设置在反应器底部，分布器底座的底部与反应器的气体进料口连接，分布器底座的侧壁与位于反应器侧壁下部的液体进料口连接；
搅拌器，设置在所述气液混合进料分布器上方。
7.如权利要求6所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括外循环管线，设置在反应器外部，连接反应器底部和顶部，该循环管线上设置循环泵和换热器。
8.如权利要求6所述的反应装置，其特征在于，所述反应器的反应段高 度与直径之比为1～10。
9.如权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述外循环管线的直径与反应器直径比为1∶2～1∶20。
10.如权利要求6所述的反应装置，其特征在于，所述搅拌器为平叶式搅拌器、涡轮式搅拌器、双层叶轮式搅拌器、折叶式搅拌器、推进式搅拌器或螺旋式搅拌器。
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