一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器的製作方法

2023-04-29 15:36:51

專利名稱：一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化工反應器，尤其是涉及一種氣相一氧化碳與溶解於液相的乙炔和水或醇在均相催化劑存在的條件下，進行氣液相反應合成丙烯酸及酯的攪拌釜式反應器。
背景技術：
以氣相一氧化碳、液相溶解乙炔、水或醇及催化劑存在條件下的乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的反應，大多數採用列管式反應器。如US3023237、JP4235951. 1992等曾用列管式反應器來合成丙烯酸。由於該乙炔羰基化法反應為一快速反應，反應放熱量大，反應選擇性受溫度影響明顯，所以需要快速均勻混合、氣泡破碎、分散良好以提高傳熱、傳質效果。而列管式反應器存在反應體積大、設備投資大、氣液相分布不佳等問題，尤其在加壓條件下乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的工程放大應用將受到一定限制。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種氣泡破碎、分散良好，反應效率高的氣液相乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的攪拌反應器。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，該反應器包括釜體1、攪拌軸2、軸流攪拌槳3、徑流攪拌槳4、氣體分布器5、擋板6、導流筒7，所述的釜體I帶有蒸氣加熱夾套，所述的攪拌軸2設置在釜體I內，所述的徑流攪拌槳4和軸流攪拌槳3分別上下設置在攪拌軸2下部，所述的釜體I側壁設置有液體入口 8、液體出口 10和氣體出口 11，釜體I底部設置有氣體入口 9，該氣體入口 9與氣體分布器5連接，所述的擋板6設置在釜體I內壁，所述的導流筒7設置在釜體I內，軸流攪拌槳3位於導流筒7內部；液體由液體入口 8進入釜體I內，在擋板6和導流筒7的配合下，經過軸流攪拌槳3和徑流攪拌槳4的協同作用，在釜體內混合均勻，原料氣從氣體入口 9進入釜體I內，並經氣體分布器5分散均勻，穿過導流筒經過下層軸流攪拌槳3的初步破碎及加速進入上層徑流攪拌槳4區，氣泡進一步被破碎、分散，同時在軸向循環流的流體曳力下，原料氣與液體充分接觸反應。所述的釜體I中間為圓柱體狀，其頂部和底部呈橢圓體狀，釜體I側壁為帶有蒸氣加熱夾套式側壁，其上部設有夾套蒸氣入口 13，下部設有夾套蒸氣出口 14，釜體I底部設有廢液排放口 12。所述的釜體I的直徑T為200-6000mm，總高度H為1. 5-2. 5T，釜底與釜頂為形狀相同的橢圓形，其高度H3為O. 2-0. 4T，釜體I內的液位高度H4為1. 0-2. 0T。所述的攪拌軸2上端伸出釜體I頂端蓋與動力裝置連接，下端通過釜體I底中心的槽固定。所述的徑流攪拌槳4的槳徑dl為O. 3-0. 6T，距液面距離C2為O. 3-1. 0T，所述的軸流攪拌槳3的槳徑d2為0. 3-0. 6T，距釜底C I為0. 2-0. 6T，上層徑流攪拌槳4與下層軸流攪拌槳3構成雙層攪拌槳，兩槳葉水平中心間距S為0. 3-0. 7T。所述的軸流攪拌槳3為推進式或折葉式槳葉，徑流攪拌槳4為直葉圓盤渦輪式或凹葉圓盤渦輪式槳葉。所述的氣體分布器5為均布開孔的環狀管或均布開孔的發散管,氣體分布器5設置在釜體I底端內部，距離釜底C3為0. 05-0. 3T，直徑d3為0. 5-1. 0d2,孔徑d4為5_100mm，開孔數目N2為4-16個。所述的擋板6的寬度Tl為0. 05-0. 1T，擋板6底部設置在釜體I的圓柱體狀中間部位與橢圓體狀底部交接面處，擋板6頂部高出液面，擋板6的數量NI為2-8根。所述的導流筒7固定在釜體I內壁上，其水平中心線與下層軸流攪拌槳水平中心線重合，導流筒7的直徑T2為1. 1-1. 6d2，高度H2為0. 5-1. 5d2。攪拌釜分為下層氣液反應區和上層氣相緩衝區，當液體進入氣液反應區，在擋板和導流筒的配合下，經過雙層槳葉的協同作用，在氣液反應區形成了快速的大軸向流循環內部嵌套兩個環槳葉的小軸向流循環，使得流體混合更加快速、均勻。而原料氣一氧化碳經過氣體分布器後，氣泡在氣液反應區分散更均勻，穿過導流筒經過下層軸流攪拌槳的初步破碎及加速進入上層徑流攪拌槳區，氣泡進一步被破碎、分散，同時在軸向循環流的流體曳力下，更多的氣泡循環至氣液反應區下段，這樣氣泡在全釜內的分布更加均勻，氣液接觸面積大大增加。當反應體系的介質一氧化碳經過壓縮機增壓氣體分布器鼓泡進入攪拌反應釜內部，同時液相溶解的乙炔、水或醇和催化劑經過增壓泵的加壓由液體入口進入反應釜內部，在攪拌槳的快速破碎、混合作用下，一氧化碳在催化劑的存在下與溶於溶劑的乙炔、水或醇快速反應，得到一定反應條件下生成的丙烯酸或酯，未反應的一氧化碳氣體以及夾帶物進入反應釜的上部氣相緩衝區，通過氣相緩衝區上部側出口進入氣液分離器後再經壓縮機壓縮進入反應釜循環使用；反應後的混合液以及夾帶氣體通過氣液反應區下部側出口經過氣液分離、氣相一氧化碳繼續循環使用，液相產物經過分離提純得到丙烯酸及酯的產品，其中未反應的乙炔、溶劑等繼續循環使用。與現有技術相比，本發明具有以下優點1、本發明的反應器融合了攪拌釜與鼓泡塔的優點，流體混合效果好，氣含率高且氣泡分散更加均勻，能夠使熱量在釜內的均一化更快，氣液傳質效果得到明顯提高，反應效率較列管式反應器大大提高。2、本發明中的攪拌反應釜，可實現物料循環、連續生產的工藝，氣相區未反應的氣相採出以及氣液反應區的氣液採出均可連續化，經過冷凝以及氣液分離、產品分離，可實現原料氣以及溶有反應物及催化劑的原料液循環使用。3、本發明的攪拌反應器結構成熟，便於安裝，操作方便，在工業上有大量應用，適用於均相以及非均相的氣-液混合、反應，用途非常廣泛。


圖1為本發明攪拌反應器的結構示意圖；圖2為本發明攪拌反應器內部流體流向示意圖3為一種氣體分布器結構不意圖；圖4為另一種氣體分布器結構示意圖；圖1中I為夾套及釜體、2為攪拌軸、3為軸流攪拌槳、4為徑流攪拌槳、5為氣體分布器、6為擋板、7為導流筒、8為液體入口、9為氣體入口、10為液體出口、11為氣體出口、12為廢液排放、13為夾套蒸氣入口、14為夾套蒸氣出口、15為電機。
具體實施例方式下面結合附圖1和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例1如圖1所示，一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，該反應器包括釜體1、攪拌軸2、軸流攪拌槳3、徑流攪拌槳4、氣體分布器5、擋板6、導流筒7，所述的釜體I帶有蒸氣加熱夾套，所述的釜體I中間為圓柱體狀，其頂部和底部呈橢圓體狀，釜體I側壁為帶有蒸氣加熱夾套式側壁，其上部設有夾套蒸氣入口 13，下部設有夾套蒸氣出口14，釜體I底部設有廢液排放口 12。所述的釜體I側壁設置有液體入口 8、液體出口 10和氣體出口 11，釜體I底部設置有氣體入口 9，該氣體入口 9與氣體分布器5連接，所述的氣體分布器5為均布開孔的環狀管或均布開孔的發散管,氣體分布器5設置在爸體I底端內部，所述的攪拌軸2設置在釜體I內，攪拌軸2上端伸出釜體I頂端蓋與動力裝置連接，下端通過釜體I底中心的槽固定。所述的徑流攪拌槳4和軸流攪拌槳3分為兩層上下設置在攪拌軸2下部，上層徑流攪拌槳4與下層軸流攪拌槳3構成雙層攪拌槳，所述的擋板6設置在釜體I內壁，擋板6底部設置在釜體I的圓柱體狀中間部位與橢圓體狀底部交接面處，擋板6頂部高出液面，所述的導流筒7固定在釜體I內壁上，軸流攪拌槳3位於導流筒7內部，導流筒7其水平中心線與下層軸流攪拌槳水平中心線重合。所述的軸流攪拌槳3為推進式或折葉式槳葉，徑流攪拌槳4為直葉圓盤渦輪式或凹葉圓盤渦輪式槳葉。採用本發明如圖1所示的反應器結構，反應器材質為耐高壓、高溫且防腐的不鏽鋼材料，其釜體I的直徑T = 300mm，總高度H = 2. 3XT = 700mm，釜底與釜頂同樣為橢圓形，高度H3 = O. 3XT = 90mm,體積約45L,液位高度H4 =1. 5XT = 450mm,體積約30L ;爸內中心垂直一根攪拌軸上安裝雙層攪拌槳，攪拌軸上端通過密封措施伸出反應釜頂端蓋與動力裝置連接，下端通過反應釜底中心的槽固定，上層徑流攪拌槳的槳型為六凹葉圓盤渦輪槳，槳徑dl = O. 45 X T = 135mm,距液面距離C2為O. 5 X T = 150mm,下層軸流攪拌槳的槳型為六葉翼型槳，槳徑d2 = O. 4XT = 120mm，距釜底Cl = O. 5XT = 150mm，兩槳水平中心間距S = O. 5XT = 150mm ;導流筒的水平中心線與下層軸流攪拌槳水平中心線重合，導流筒的直徑T2 =1. 25Xd2 = 150_，高度H2 = 1.0Xd2 = 120_，導流筒通過支架固定在反應釜內壁上；在反應釜內壁安裝四根擋板，其寬度Tl = O.1XT = 30mm，高度Hl = 450mm ；在反應釜底端安裝氣體分布器，距離釜底C3 = O.1XT = 30mm其結構為環狀管均布開孔，直徑 d3 為 O. 75X d2 = 90mm,孔徑 d4 = 6mm,開孔數 N2 = 6。先在原料混合器配置反應原料液大約30L，乙炔與一氧化碳的摩爾比為1: 1.5，一氧化碳經過壓縮機壓入反應釜，溶有乙炔、水及催化劑的原料液由增壓泵加入反應釜中，開啟反應釜攪拌裝置，向反應器夾套通入蒸氣加熱反應液到240°C，系統總壓達到8. 5MPa，反應釜中一氧化碳與乙炔、水迅速反應生成丙烯酸，未反應的一氧化碳和反應液分別經過氣相緩衝區和氣液反應區的物料出口進入冷凝器，然後進入氣液分離罐進行氣液分離，一氧化碳進行回收循環利用。該反應器經歷大約I小時後進入穩定狀態，在經歷13小時運行後，對冷凝、分離的液相產物進行三次取樣分析，得到丙烯酸甲酯質量含量為20. 1%，其他有機副產物總質量含量小於0. 15%。實施例2採用本發明如圖1所示的反應器結構，反應器材質為耐高壓、高溫且防腐的不鏽鋼材料，其釜體帶有蒸氣加熱夾套，反應釜體的直徑T = 300mm，總高度H = 2. 3XT =700mm，釜底與釜頂同樣為橢圓形，高度H3 = 0.3XT = 90mm，體積約45L，液位高度H4 =1.5XT = 450mm，體積約30L ;釜內中心垂直一根攪拌軸上安裝雙層攪拌槳，攪拌軸上端通過密封措施伸出反應釜頂端蓋與動力裝置連接，下端通過反應釜底中心的槽固定，上層徑流攪拌槳的槳型為六直葉圓盤渦輪槳，槳徑dl = 0. 45XT= 135mm，距液面距離C2為0. 5XT = 150mm，下層軸流攪拌槳的槳型為四葉45°斜葉槳，槳徑d2 = 0. 4XT = 120mm,距釜底Cl = 0. 5XT = 150_，兩槳水平中心間距S = 0. 5XT = 150mm ;導流筒的水平中心線與下層軸流攪拌槳水平中心線重合，導流筒的直徑T2 = 1.25Xd2 = 150mm，高度H2 =1.0Xd2 = 120mm，導流筒通過支架固定在反應釜內壁上；在反應釜內壁安裝四根擋板，其寬度Tl = 0.1 X T = 30mm,高度Hl = 450mm ;在反應釜底端安裝氣體分布器，距離釜底C3= O-1XT = 30mm其結構為環狀管均布開孔,直徑d3為0. 75Xd2 = 90mm,孔徑d4 = 6mm,開孔數N2 = 6。先在原料混合器配置反應原料液大約30L，乙炔與一氧化碳的摩爾比為1: 1.5，一氧化碳經過壓縮機壓入反應釜，溶有乙炔、水及催化劑的原料液由增壓泵加入反應釜中，開啟反應釜攪拌裝置，向反應器夾套通入蒸氣加熱反應液到240°C，系統總壓達到8. 5MPa，反應釜中一氧化碳與乙炔、水迅速反應生成丙烯酸，未反應的一氧化碳和反應液分別經過氣相緩衝區和氣液反應區的物料出口進入冷凝器，然後進入氣液分離罐進行氣液分離，一氧化碳進行回收循環利用。該反應器經歷大約I小時後進入穩定狀態，在經歷13小時運行後，對冷凝、分離的液相產物進行三次取樣分析，得到丙烯酸甲酯質量含量為22.4%，其他有機副產物總質量含量小於0. 15%。實施例3採用本發明如圖1所示的反應器結構，反應器材質為耐高壓、高溫且防腐的不鏽鋼材料，其釜體帶有蒸氣加熱夾套，反應釜體的直徑T = 400mm，總高度H = 2. 5XT =1000mm，釜底與釜頂同樣為橢圓形，高度H3 = 0.3XT = 120mm，體積約120L，液位高度H4=1.5XT = 600mm，體積約70L ;釜內中心垂直一根攪拌軸上安裝雙層攪拌槳，攪拌軸上端通過密封措施伸出反應釜頂端蓋與動力裝置連接，下端通過反應釜底中心的槽固定，上層徑流攪拌槳的槳型為六直葉圓盤渦輪槳，槳徑dl = 0. 45XT= 180mm，距液面距離C2為
0.55XT = 220mm，下層軸流攪拌槳的槳型為四葉45°斜葉槳，槳徑d2 = 0.4XT = 160mm,距釜底Cl = 0. 45XT = 180_，兩槳水平中心間距S = 0. 5XT = 200mm ;導流筒的水平中心線與下層軸流攪拌槳水平中心線重合，導流筒的直徑T2 =1. 25Xd2 = 200mm，高度H2 =1.0Xd2 = 160mm，導流筒通過支架固定在反應釜內壁上；在反應釜內壁安裝四根擋板，其寬度Tl = O.1XT = 40mm，高度Hl = 600mm ;在反應釜底端安裝氣體分布器，距離釜底C3=O.1XT = 40mm其結構為環狀管均布開孔,直徑d3為O. 75Xd2 = 120mm,孔徑d4 = 8mm,開孔數N2 = 6。先在原料混合器配置反應原料液70L，乙炔與一氧化碳的摩爾比1: 1.5，一氧化碳經過壓縮機壓入反應釜，溶有乙炔、水及催化劑的原料液由增壓泵加入反應釜中，開啟反應釜攪拌裝置，向反應器夾套通入蒸氣加熱反應液到240°C，系統總壓達到8. 5MPa，反應釜中一氧化碳與乙炔、水迅速反應生成丙烯酸，未反應的一氧化碳和反應液分別經過氣相緩衝區和氣液反應區的物料出口進入冷凝器，然後進入氣液分離罐進行氣液分離，一氧化碳進行回收循環利用。該反應器大約I小時後進入穩定狀態，在經歷10小時運行後，對冷凝、分離的液相產物進行三次取樣分析，得到丙烯酸甲酯質量含量為21. 7%，其他有機副產物總質量含量小於O. 2%。實施例4所述的釜體I的直徑T為200mm，總高度H為2. 5T = 500mm,釜底與釜頂為形狀相同的橢圓形，其高度H3為O. 4T = 80mm，釜體I內的液位高度H4為2. OT = 400mm。所述的徑流攪拌槳4的槳徑dl為O. 6T，距液面距離C2為1. 0T，所述的軸流攪拌槳3的槳徑d2為O. 6T，距釜底Cl為O. 6T，上層徑流攪拌槳4與下層軸流攪拌槳3構成雙層攪拌槳，兩槳葉水平中心間距S為O. 4T。氣體分布器5距離釜底C3為O. 3T，直徑d3為O. 5d2，孔徑d4為5mm，開孔數目N2為4個。所述的擋板6的寬度Tl為O. 05T，擋板6底部設置在釜體I的圓柱體狀中間部位與橢圓體狀底部交接面處，擋板6頂部高出液面，擋板6的數量NI為2根。所述的導流筒7的直徑T2為1.1d2，高度H2為O. 5d2。其餘同實施例1。實施例5所述的釜體I的直徑T為6000_，總高度H為1. 5T，釜底與釜頂為形狀相同的橢圓形，其高度H3為O. 2T，釜體I內的液位高度H4為1.0T。所述的徑流攪拌槳4的槳徑dl為O. 3T，距液面距離C2為O. 3T，所述的軸流攪拌槳3的槳徑d2為O. 3T，距釜底Cl為O. 2T，上層徑流攪拌槳4與下層軸流攪拌槳3構成雙層攪拌槳，兩槳葉水平中心間距S為O. 5T。氣體分布器5距離釜底C3為O. 05T,直徑d3為1. 0d2,孔徑d4為100mm，開孔數目N2為16個。所述的擋板6的寬度Tl為O. 1T，擋板6底部設置在釜體I的圓柱體狀中間部位與橢圓體狀底部交接面處，擋板6頂部高出液面，擋板6的數量NI為8根。所述的導流筒7的直徑T2為1. 6d2，高度H2為1. 5d2。其餘同實施例1。
權利要求
1.一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，該反應器包括釜體(I)、攪拌軸(2)、軸流攪拌槳(3)、徑流攪拌槳(4)、氣體分布器(5)、擋板￠)、導流筒(7)，所述的釜體(I)帶有蒸氣加熱夾套，所述的攪拌軸(2)設置在釜體(I)內，所述的徑流攪拌槳(4)和軸流攪拌槳(3)分別上下設置在攪拌軸(2)下部，所述的釜體(I)側壁設置有液體入口(8)、液體出口(10)和氣體出口(11)，釜體(I)底部設置有氣體入口(9)，該氣體入口(9)與氣體分布器(5)連接，所述的擋板(6)設置在釜體(I)內壁，所述的導流筒(7)設置在釜體⑴內，軸流攪拌槳⑶位於導流筒(7)內部； 液體由液體入口(8)進入釜體(I)內，在擋板(6)和導流筒(7)的配合下，經過軸流攪拌槳(3)和徑流攪拌槳(4)的協同作用，在釜體內混合均勻，原料氣從氣體入口(9)進入釜體(I)內，並經氣體分布器(5)分散均勻，穿過導流筒經過下層軸流攪拌槳(3)的初步破碎及加速進入上層徑流攪拌槳(4)區，氣泡進一步被破碎、分散，同時在軸向循環流的流體曳力下，原料氣與液體充分接觸反應。
2.根據權利要求1所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的釜體(I)中間為圓柱體狀，其頂部和底部呈橢圓體狀，釜體(I)側壁為帶有蒸氣加熱夾套式側壁，其上部設有夾套蒸氣入口(13)，下部設有夾套蒸氣出口(14)，釜體(I)底部設有廢液排放口(12)。
3.根據權利要求2所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的釜體(I)的直徑T為200-6000mm，總高度H為1. 5-2. 5T，釜底與釜頂為形狀相同的橢圓形，其高度H3為0.2-0. 4T，釜體(I)內的液位高度H4為1.0-2.0T。
4.根據權利要求1所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的攪拌軸(2)上端伸出釜體(I)頂端蓋與動力裝置連接，下端通過釜體(I)底中心的槽固定。
5.根據權利要求3所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的徑流攪拌槳(4)的槳徑dl為O. 3-0. 6T，距液面距離C2為O. 3-1. 0T，所述的軸流攪拌槳(3)的槳徑d2為O. 3-0. 6T，距釜底Cl為O. 2-0. 6T，上層徑流攪拌槳(4)與下層軸流攪拌槳(3)構成雙層攪拌槳，兩槳葉水平中心間距S為O. 3-0. 7T。
6.根據權利要求1或5所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的軸流攪拌槳(3)為推進式或折葉式槳葉，徑流攪拌槳(4)為直葉圓盤渦輪式或凹葉圓盤渦輪式槳葉。
7.根據權利要求3所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的氣體分布器(5)為均布開孔的環狀管或均布開孔的發散管,氣體分布器(5)設置在釜體(I)底端內部，距離釜底C3為O. 05-0. 3T，直徑d3為O. 5-1. 0d2,孔徑d4為5-100mm,開孔數目N2為4-16個。
8.根據權利要求3所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的擋板(6)的寬度Tl為O. 05-0. 1T，擋板(6)底部設置在釜體(I)的圓柱體狀中間部位與橢圓體狀底部交接面處，擋板(6)頂部高出液面，擋板￠)的數量NI為2-8根。
9.根據權利要求1所述的一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器，其特徵在於，所述的導流筒(7)固定在釜體(I)內壁上，其水平中心線與下層軸流攪拌槳水平中心線重合，導流筒(7)的直徑T2為1. 1-1. 6d2，高度H2為O. 5-1. 5d2。
全文摘要
本發明涉及一種乙炔羰基化法合成丙烯酸及酯的氣液攪拌反應器。採用帶有蒸氣加熱夾套的反應釜體，釜壁內側設有擋板，採用上入式攪拌軸，雙層攪拌槳，上層槳葉徑流式，下層槳葉軸流式且置於導流筒內部，多孔氣體分布器置於軸流攪拌槳與攪拌釜底部之間。與現有技術相比，本發明實現了上端槳葉區徑向流的形成，以及下端槳葉區規整、快速軸向流的形成，使得徑向流區域氣泡在流體曳力的作用下更好的分散到下段釜體，結合擋板的作用形成了全釜大軸向流循環內部嵌套兩個小軸向流循環的流型結構，大大改善混合、傳熱效果，並且氣泡破碎、分散更均勻，氣液傳質性能得到有效提高，也適合其他常壓或加壓氣液反應。
文檔編號B01J19/18GK103007862SQ20111028084
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者莊慶龍 申請人:上海浦景化工技術有限公司