一種固相法生產乙醯丙酮鋅的工藝及裝置的製作方法

2023-05-12 07:36:21 2

本發明涉及一種生產乙醯丙酮鋅的工藝及裝置，特別涉及一種固相法生產乙醯丙酮鋅的工藝及裝置。
背景技術：
：以聚氯乙烯（pvc）為主要原料可以生產出各類塑料製品，包括板材、管材、管件、異型材料等硬製品和膜、管、鞋、玩具、電纜料、人造革等軟製品，在日常用品、工農業等方面應用廣泛。然而，由於pvc材料在加工和使用過程中容易產生熱降解，導致顏色加深，各項性能也隨之降低，因此必須加入穩定劑以防止或緩解其在加工和使用過程中的熱降解。熱穩定劑種類繁多，主要包括鉛鹽類、金屬皂、有機錫化合物、有機穩定劑和複合穩定劑五大類。隨著歐盟及中國等多項法規的相繼出臺，國內外對熱穩定劑的環保要求越來越高，鉛等含重金屬的熱穩定劑逐漸被禁止使用，無毒、環保類熱穩定劑的開發和應用成為主要的發展方向。β-二酮類物質毒性低，能顯著提高pvc的初期著色性能，延長其熱穩定時間，是一種級具發展前景的輔助熱穩定劑。然而由於β-二酮類物質具有很強的絡合能力，容易使pvc發紅，因此，通常將β-二酮與鋅絡合，降低其絡合能力，從而減弱其對pvc製品的著色。乙醯丙酮就是最簡單的β-二酮，與鋅的絡合產品—乙醯丙酮鋅，就是一種性能優良，環保高效的熱穩定劑，被廣泛應用到各行各業，特別是pvc塑料的穩定劑、熱穩定劑和抗氧劑。目前，乙醯丙酮鋅的製備方法主要有兩步液相法、一步液相法和固相法。兩步液相法是最為傳統的乙醯丙酮鋅合成方法，是將金屬鋅鹽與鹼溶液反應，得到氫氧化鋅溶液，然後再將氫氧化鋅與乙醯丙酮反應得到乙醯丙酮鋅。先將金屬鋅可溶性鹽加水製成溶液，再加入一定濃度的氫氧化鈉溶液，發生苛化反應生產氫氧化鋅沉澱，過濾得到氫氧化鋅。再將氫氧化鋅和乙醯丙酮在水中反應一段時間，過濾得到乙醯丙酮鋅沉澱，提純得到產品。這一工藝顯著特點是需要兩次用到大量的水作為反應介質，是乙醯丙酮添加量的15-20倍，會產生大量的廢水，還使用到鹼溶液，這種液相法具有能耗高，效率低，汙染重，產能低的缺點。一步液相法是目前經典使用的乙醯丙酮鋅合成方法，是直接使用氫氧化鋅與乙醯丙酮在水介質中反應得到乙醯丙酮鋅。將氫氧化鋅加入到水中攪拌，逐步加入乙醯丙酮反應，氫氧化鋅與乙醯丙酮在水介質中直接反應，過濾得到乙醯丙酮鋅，乾燥得到產品。這一工藝在兩步液相法上有所提高，不再使用鹼溶液，但仍需要大量的水作為反應介質，是乙醯丙酮添加量的10-15倍，會產生大量的廢水，這種液相法同樣具有能耗高，效率低，汙染重，產能低的缺點。還有一些公司，使用甲醇作為反應介質，甲醇在反應過程中起到分散的作用，使乙醯丙酮和氫氧化鋅充分的接觸反應，可提高純度。但甲醇是一種易揮發液體，高度易燃，其蒸氣與空氣混合，能形成爆炸性混合物，危險性極大。甲醇還具有毒性，跟皮膚接觸有毒，吸入有毒，對人體危害極大。固相法是近幾年研究的乙醯丙酮鋅新型生產方法。該方法具有不需要溶劑，操作簡單，反應速度快，能耗低，環境友好等優點。乙醯丙酮是一元弱酸，使用固體鹼與乙醯丙酮反應，生產乙醯丙酮的簡單金屬鹽類，然後再與金屬鋅鹽絡合反應生成乙醯丙酮鋅。將固體鹼和乙醯丙酮按照一定的比例加到研磨器中研磨，再加入一定量的的金屬鋅鹽研磨成糊狀，繼續研磨反應成固體粉末，固相反應一段時間後，用水浸泡溶解未反應物，過濾得到乙醯丙酮鋅，提純後得到產品。這固相法工藝相比液相法有所提高，工藝用水減少，能耗低，但仍需要鹼作為原料，最後還需要用水溶解未反應物，可見還會產生一定的廢水，殘留的未反應物導致產品純度不高。研磨器還可能會用到研磨介質，最後還需要將研磨介質與產品分離，操作繁瑣，不能高效生產。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是：針對目前的乙醯丙酮鋅的生產工藝中存在的水用量大，能耗高，效率低，汙染重，產能低的問題，提供了一種在高剪切力下固相法生產乙醯丙酮鋅的工藝及其生產設備。。本發明的技術方案是：一種固相法生產乙醯丙酮鋅的工藝，乙醯丙酮、鋅的化合物和水以質量比為38-42%:16-24%:38-42%的比例添加到自製的高剪切反應裝置中，剪切攪拌反應1.5-2小時，在負壓強0-0.1mpa下，溫度30-60℃，真空乾燥，即得到乙醯丙酮鋅。所述的鋅的化合物為氫氧化鋅、氧化鋅或碳酸鋅。所述的水為去離子水。所述的去離子水包括離子交換水、電滲析水和重蒸餾水。所述的高剪切力反應裝置，包括反應容器和其外襯的夾套，反應容器內部安裝有兩根∑型攪拌槳，∑型攪拌槳和反應容器外部的電機通過減速器與連軸器連接。所述的夾套側面設置蒸汽和冷卻水進口和蒸汽和冷卻水出口。所述的兩根∑型攪拌槳反向剪切旋轉。所述的∑型攪拌槳為∑型高剪切差速攪拌槳，變頻調速。所述的反應容器上方設置測溫口。所述的反應容器為耐腐蝕、耐壓反應容器。本發明的有益效果：本發明生產乙醯丙酮鋅，是一種液-固相反應轉變成固相的反應，通過機械攪拌混合，反應物乙醯丙酮和氫氧化鋅會在水的催化下接觸發生絡合反應，反應過程中最先生成的乙醯丙酮鋅會包裹住未反應的物料，就會導致反應緩慢甚至反應不完全。通過本發明自製的高剪切反應釜的強力剪切攪拌，反應物料間產生強大的摩擦和擠壓，不斷對包覆顆粒進行破碎擴散，新的反應物料就能不斷接觸，產生新的反應區，生成新的目標產物。生成的目標產物不斷擴大成核，最終形成完全的反應產物——乙醯丙酮鋅。反應機理如下：攪拌混合→剪切擴散→絡合反應→擴大成核→生成產物。具體的，乙醯丙酮和金屬鋅鹽在少量水的催化下產生絡合反應，產生的乙醯丙酮鋅會包裹住未反應的反應物料，就會導致反應緩慢甚至反應不完全。為了使乙醯丙酮和金屬鋅鹽充分完全接觸反應，機械攪拌的控制很重要，是整個項目技術是否能夠成功的關鍵。通過反覆改進，本發明創新了一種臥式差速σ型雙軸攪拌反應裝置，在差速σ型雙軸攪拌高剪切作用下，反應物料產生了強大的摩擦和擠壓，不斷對包覆顆粒進行破碎擴散，新的反應物料不斷接觸，不斷產生新的反應區，更在水的催化作用下促使完全反應，不存在結塊和死角。故採用本發明設計的高剪切反應裝置，很好的解決了產品反應過程中的困難，加快乙醯丙酮鋅的完全反應，所得的產品質量穩定可靠。反應結束後，產品中作為催化劑的少量水經過加熱真空乾燥，以水蒸氣的方式排出，這樣在反應完全的同時，將產品進行了乾燥。在高剪切力的攪拌作用下，物料初步細化成粗粉，最後通過粉碎機粉碎篩分，即可得到成品，收率接近理論值。工藝用水只為乙醯丙酮添加量的1-1.5倍，是液相法用水量的1/10。上述生產工藝，不僅簡化了操作步驟，提高了收率，降低了能耗和成本，減少了廢水處理費用，更避免了廢水對環境的汙染問題。整個工藝過程沒有廢水排放，實現了生產工藝一體化，組合後可實現自動化生產。符合國家綠色環保先進產業的政策導向。附圖說明圖1為本發明反應裝置正向結構示意圖；圖2為本發明俯向結構示意圖。具體實施方式如圖1和圖2所示，該反應裝置包括反應容器4、加料口6和夾套8，電機1與減速器2連接，減速器2與連軸器3連接，連軸器3與反應容器4內安裝的∑型攪拌槳9連接，∑型攪拌槳9為2個，並反向剪切旋轉，可變頻調速；反應容器4為耐酸容器，反應容器4上方設置加料口6、氣體進出管道口7和測溫口5，反應容器4外設置夾套8，反應容器4下方設置出料口10，夾套8側面設置蒸汽和冷卻水進口11和蒸汽和冷卻水出口12，可通過蒸汽或冷卻水進行加溫或冷卻。通過測溫口5可以方便測得反應容器4的反應溫度；反應原料通過加料口6加入反應容器4內，同時加料口6也可以用作維修口，當裝置出現故障後，維修人員可以通過加料口6進入裝置內進行檢修。實施例1：反應原料：乙醯丙酮1500g（含量99.8%），氧化鋅630g（含量99.8%），去離子水1800g。首先將氧化鋅和去離子水從加料口（6）加入到反應容器（4）中，開啟攪拌槳（9），待氧化鋅與水充分混合成稀糊狀，緩慢加入乙醯丙酮，繼續攪拌，充分剪切攪拌反應2小時後。關閉反應容器，開啟蒸汽閥門和抽真空閥門，在負壓強0-0.1mpa下，溫度30-60℃持續攪拌乾燥2小時。水蒸氣從氣體出口管道（7）排出，待乾燥結束後，關閉蒸汽閥門和抽真空閥門。反應乾燥結束得到粗粉，通過粉碎機粉碎即得到乙醯丙酮鋅（以幹品計）成品1931.15g，理論計算應得1968.56g，實際得率98.1%以上得到的乙醯丙酮鋅的質量指標檢測如表1所示：表1本發明的產品質量檢驗項目標準要求產品檢驗結果外觀白色粉末符合要求鋅含量23.0-26.025.2%乾燥失重（70±2℃）≤5.0%3.8%細度0.25mm試驗篩通過≥95.099.3%熔點129-133℃132.2℃重金屬≤0.0020%＜0.0020%實施例2：反應原料：乙醯丙酮2000g（含量99.7%），氧化鋅780g（含量99.7%），去離子水2000g。首先將氫氧化鋅和去離子水從加料口（6）加入到反應容器（4）中，開啟攪拌槳（9），待氧化鋅與水充分混合成稀糊狀，緩慢加入乙醯丙酮，繼續攪拌，充分剪切攪拌反應2小時後。關閉反應容器，開啟蒸汽閥門和抽真空閥門，在負壓強0-0.1mpa下，溫度30-60℃持續攪拌乾燥2.5小時。水蒸氣從氣體出口管道（7）排出，待乾燥結束後，關閉蒸汽閥門和抽真空閥門。反應乾燥結束得到粗粉，通過粉碎機粉碎即得到乙醯丙酮鋅（以幹品計）成品2574.90g，理論計算應得2622.11g，實際得率98.2%以上得到的乙醯丙酮鋅的質量指標檢測如表2所示：表2本發明的產品質量檢驗項目標準要求產品檢驗結果外觀白色粉末符合要求鋅含量23.0-26.0%23.8%乾燥失重（70±2℃）≤5.0%4.2%細度0.25mm試驗篩通過≥95.099.4%熔點129-133℃131.3℃重金屬≤0.0020%＜0.0020%通過本發明的一種固相法生產乙醯丙酮鋅的工藝和裝置，簡化了操作步驟，提高了收率，還能降低能耗和成本，減少廢水處理費用，更避免了廢水對環境的汙染問題。整個工藝過程沒有廢水排放，實現了生產工藝一體化，組合後可實現自動化生產，符合國家綠色環保先進產業的政策導向，對保護我國環境資源具有深遠的社會意義。生產的乙醯丙酮鋅質量穩定可靠，不僅可以滿足國內市場需求，還能拓展國際市場。總的來說，該項目的研發實施，具有顯著的社會和經濟效益。當前第1頁12