形成混合多組分蒸汽的設備和方法
2023-07-13 18:02:06 2
專利名稱：形成混合多組分蒸汽的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種製備混合多組分蒸汽的設備和方法。特別地，本發明是涉及一種形成混合多組分蒸汽的設備和方法，它是採用薄膜蒸發器和與蒸發器相連接的強制液體循環管道，使含有兩種或更多種彼此沸點不同且可互溶或共存液體組分的混合多組分液體蒸發，最終的混合多組分蒸汽的組成與混合多組分液體的組成非常相似，而且，各組分的熱劣化非常低。
本發明包括一種用來製備氣相催化反應產物的設備和方法，是分別採用製備混合多組分蒸汽的設備和方法而實現的。
眾所周知的製備沸點各不相同的混合多組分蒸汽的方法，是採用先單獨蒸發各種組分，再在混合容器中起始的混合比例進行混合。
這種傳統的製備混合蒸汽的方法有其不利之處，因為如果其中存在有一種高沸點化合物，這就必須在高於高沸點化合物的沸點溫度下使其蒸發，但是對組分所採用的高溫蒸發會引起化合物的熱劣化。
此外，通過製備多組分的液態混合物，再在傳統的蒸發器中對混合多組分液體進行蒸發處理，從而得到混合多組分蒸汽的方法也是公知的技術。如果各組分的沸點各不相同，則最終的混合多組分蒸汽的組成與起始的混合多組分液體的組成也是不同的。各組分沸點之間的差異越大，則起始混合多組分液體的組成與最終混合多組分蒸汽的組成兩者之間的差異也就越大。一般說來，具有低沸點的組分其在最終混合多組分蒸汽中的含量比在起始混合多組分液體中的含量要高。
這種傳統的用來製備混合多組分蒸汽的設備和方法有其不利之處，這是因為在操作條件下，它不能穩定地且具有高重複性地由混合多組分液體獲得具有所希望組成的混合多組分蒸汽。
例如，在製備二羥基苯酚的單烷基醚的過程中，在含磷催化劑存在下，採用二羥基苯酚如鄰苯二酚與低碳烷基醇在氣相中進行催化反應，如在日本未經審查的專利公告號No.3-115244、No.4-74149和No.4-341345之中所公開的，將鄰苯二酚和低碳烷基醇的混合蒸汽輸入到其內裝有催化劑的反應器中，使鄰苯二酚和低碳烷基醇發生反應。在這種方法中，鄰苯二酚在混合蒸汽的混合過程和反應過程中有一定程度的熱劣化，從而使得反應產物中含有不希望的副產物，對於具有高沸點的化合物，更是如此。因而，非常有必要克服傳統的設備和方法中上述提及的不利的之處。
例如，已有人嘗試一種製備混合蒸汽的方法，是採用僅蒸發鄰苯二酚，然後將最終的鄰苯二酚蒸汽和低碳烷基醇混合。在這種方法中，鄰苯二酚必須在高於鄰苯二酚的沸點的較高溫度下進行蒸發，從而發生一定程度的熱劣化。因此，這種方法在實踐中並不實用。在另一種嘗試的方法中，先製得鄰苯二酚和低碳烷基醇的混合液體，然後在蒸發器中進行汽化，從而製得混合蒸汽。但是，對這種方法的研究表明，由於鄰苯二酚和低碳烷基醇的沸點相差很大，使得低碳烷基醇在最終混合蒸汽中的含量顯著地高於其在起始混合液體中的含量。因此，在這種方法中，想通過單一的蒸發步驟，從相應的混合液體中獲得具有所希望組成的混合蒸汽是非常困難的。也就是說，這種方法在實踐中並不實用。
本發明的目的是為了提供一種形成具有所希望組成的混合多組分蒸汽的設備和方法，是通過蒸發具有與混合多組分蒸汽的組成非常相似的混合多組分液體而實現，它具有高的重複性和高穩定性，而且可防止或限制所不希望的組分熱劣化的發生。
本發明的另一個目的是為了提供一種由具有與混合多組分蒸汽的組成非常相似的混合多組分液體，而形成具有所希望的組成的混合多組分蒸汽的設備和方法，混合多組分蒸汽可直接用來進行多組分之間的氣相反應。
上述的目的可通過本發明的設備和方法來實現。
本發明用於形成混合多組分蒸汽的設備包括一個薄膜蒸發器，它帶有一個進料入口和一個卸料出口，含有兩種或更多種彼此沸點不同且可互溶或共存的液體組分的混合多組分液體，通過進料入口輸入到蒸發器，最終的混合多組分蒸汽通過卸料出口從蒸發器中排放出來；一個進料管道，用來輸入混合多組分液體，它與蒸發器上的進料入口相連；一個卸料管道，用來輸出最終的混合多組分蒸汽，它與蒸發器上的卸料出口相連；和一個強制液體循環管道，其循環入口端與蒸發器的卸料側端部分相連，其循環出口端與蒸發器的進料側端部分相連，在循環管道的循環入口端與循環出口端之間，裝有一個液體傳遞裝置，這樣，未蒸發的混合多組分液體部分經循環管道的循環入口端、液體傳遞裝置和循環出口端而被強制循環。
本發明用於形成混合多組分蒸汽的方法包括以下步驟將含有兩種或更多種彼此沸點不同且可互溶或共存的液體組分的混合多組分液體，輸入到薄膜蒸發器的進料側端部分；在蒸發器中蒸發混合多組分液體；和從蒸發器的卸料側端部分排放出最終的混合多組分蒸汽，其中，蒸發器中未蒸發的混合多組分液體部分通過循環管道被強制循環，循環管道帶有一個與蒸發器的卸料側端部分相連接的循環入口端，一個與蒸發器的進料側端部分相連接的循環出口端，和位於循環管道的循環入口端與循環出口端之間的液體傳遞裝置，通過循環入口端，從蒸發器的卸料側端中回收未蒸發的混合多組分液體部分，再經循環管道的強制液體傳遞裝置和循環出口端，將回收的未蒸發的混合多組分液體部分重新輸送到蒸發器的進料側端，這樣，可有助於兩種或更多種液體組分的同時蒸發和混合多組分蒸汽的形成，在該混合多組分蒸汽中的兩種或更多種組分，具有與混合多組分液體大致相同的的組成。
採用本發明的設備可以製備氣相催化反應產物，該設備包括本發明的形成混合多組分蒸汽的設備，和一個氣相催化反應器，它通過混合多組分的卸料管道與製備混合多組分蒸汽的設備相連，它還具有一個排氣管道，用來將最終的含有反應產物的氣體部分從反應器中排放出來。
而且，採用本發明的方法可以製備氣相催化反應產物，該方法包括以下步驟根據本發明的方法形成混合多組分蒸汽，使混合多組分蒸汽進行氣相催化反應過程，和收集最終的含有反應產物的氣體部分。
圖1為本發明實施例的用來製備混合多組分蒸汽的設備結構示意圖，圖2為實施例用來製備混合多組分蒸汽的設備中的薄膜蒸發器的正面剖示圖，圖3為圖2的薄膜蒸發器沿著A-A線的側面剖示圖，圖4為實施例中的用來製備氣相催化反應產物的設備的結構示意圖，其中包括本發明的製備混合多組分蒸汽的設備。
圖1給出了本發明形成混合多組分蒸汽的設備的實施方案的結構，混合多組分液體，經與供料源相連接的進料管道2和位於蒸發器1的進料側端部分的進料入口1a，輸送到薄膜蒸發器1，在蒸發器1中進行加熱，最終的混合多組分蒸汽，經位於蒸發器1的卸料側端部分的卸料出口1b和卸料管道5，從蒸發器1輸送到蒸發器1的外部。
未蒸發的混合多組分液體部分經液體循環管道3輸送到蒸發器1中。在這個循環過程中，液體部分採用液體傳遞裝置如液體泵4，經循環入口端3a回收流入液體循環管道3，接著經位於蒸發器1的混合液體進料側端部分的循環出口端3b，重新流回到蒸發器1。
對於液體傳遞裝置4的類型沒有限制，只要液體傳遞裝置4在所希望的高溫下能夠傳遞混合液體則可。通常，液體傳遞裝置4是選自柱塞泵、隔膜泵、非密封泵和機械密封泵。
圖2和圖3給出了薄膜蒸發器1的結構。在圖2和圖3中，加熱主體是由外圍的圍牆22和進料端蓋板26和卸料側端蓋板26a所圍成的。外圍的圍牆22可以是直筒圓筒或漸縮圓筒，如圖2所示。蒸發器1的外圍圍牆22帶有一個用來向蒸發器1輸送混合多組分液體的進料入口1a和一個用來排放蒸發器1中的最終的混合多組分蒸汽的卸料出口1b。進料入口1a設置在鄰近蒸發器1進料側端蓋板26的進料側端部分，而卸料出口1b設置在鄰近蒸發器1卸料側端蓋板26a的卸料側端部分。此外，外圍圍牆22還帶有一個循環管道3的循環入口端3a和一個循環管道3的循環出口端3b。循環入口端3a位於蒸發器1的卸料側端部分，循環出口端3b位於蒸發器1的進料側端部分。蒸發器1的外圍圍牆22覆蓋有一層加熱夾套23，它帶有一個用來將加熱介質輸送到加熱夾套23的入口30，和一個用來從加熱夾套23輸出加熱介質的出口28。而且，卸料側端蓋板26a具有一個通道26b，通過該通道加熱介質可流到蒸發器1的卸料側端部分。
迴轉軸20沿著蒸發器1的軸心，由進料側端蓋板26延伸穿過外圍圍牆22的內腔和卸料側端蓋板26a。迴轉軸20的一端延伸出進料側端蓋板26的外部，由軸承24和軸密封室25支撐，迴轉軸20由發動機29帶動而旋轉。迴轉軸20的另一端延伸出卸料側端蓋板26a的外部，由軸承24a支撐。
迴轉軸20有多個迴轉翼21，用來攪拌蒸發器1中的混合多組分液體。
參見圖1、圖2和圖3，含有兩種或更多種彼此沸點不同且可互溶或共存的液體組分的混合多組分液體，經進料管道2和進料入口1a輸送到蒸發器1的內腔，用迴轉攪拌翼進行攪拌，採用流經加熱夾套23並從通道26b中流出的加熱介質對其進行加熱至一定的溫度，使混合液體中各組分在該溫度下能夠蒸發。在此蒸發過程中，蒸發器1中未蒸發的混合多組分液體部分，通過循環管道3進行循環。具體地說，未蒸發的混合多組分液體部分，採用液體傳遞裝置如液體泵4，經循環入口端3a輸送到液體循環管道3，接著經循環出口端3b，重新流回到蒸發器1。
在蒸發器1中，為了促進混合多組分液體的蒸發，混合多組分液體採用迴轉翼21進行攪拌，在外圍圍牆22的內側表面形成混合液體薄膜，並採用加熱夾套23對其進行加熱。混合液體的循環，使得最終的混合多組分蒸汽具有與混合多組分液體相似的組成。只要混合多組分液體能夠以上述的薄膜形式進行蒸發則可，而對蒸發器的類型、形狀和尺寸則不作要求。
在本發明的設備中，優選的薄膜蒸發器是選自水平方向漸縮的直筒圓筒型薄膜蒸發器、垂直向下漸縮的直筒圓筒型薄膜蒸發器、垂直向上漸縮的直筒圓筒型薄膜蒸發器，所有這些薄膜蒸發器都是熱交換器，在其內側表面上可延展形成一層薄膜。在漸縮的圓筒型蒸發器中，圓筒的周長從進料端到卸料端是逐漸縮小的。
在本發明用於形成混合多組分蒸汽的設備中，循環管道3非強制地可帶有用來貯存循環混合液體部分的容器6。貯存容器6設置在循環入口端3a和泵4之間，它有助於將循環混合液體，經循環出口端3b，穩定地重新輸送到蒸發器中。貯存容器6可帶有一個連接在容器6底部的回流管道6a。通過回流管道6a，從排放的混合蒸汽中分離出來的冷凝混合液體，又重新流回到貯存容器6。在循環管道3的貯存容器6和泵4之間可非強制地設置一個過濾器7。過濾器7可除去循環混合液體中的固體物質。
為了將循環混合液體排放到循環管道3的外部，在循環管道3中的泵4和循環出口端3b之間可非強制地連接一個排放管道8。
在蒸發器1中製得的最終混合多組分蒸汽，經卸料出口1b和卸料管道5，排放到設備的外部。卸料管道5最好帶有一個絕熱裝置或一個加熱裝置，用來防止混合蒸汽在流經卸料管道5時發生局部冷凝。
參見圖4，進料管道2與混合多組分液體的供料源相連，在供料源和進料入口1a之間可非強制地設置一個液體傳遞裝置如液體泵10，在泵10和進料入口1a之間設置一個預熱器11。如果蒸汽是由貯存在混合液體配製容器9中的混合液體製備的，則蒸汽可非強制地輸送到冷凝器9a中以冷凝蒸汽，該冷凝的液體又重新流回到混合液體配製容器9。容器9是用來將供料源提供的多種液體組分，配製成混合多組分液體。為了配製混合液體，容器9可非強制地配備有一個攪拌裝置(圖中未畫出)，使多組分液體均勻混合，和一個加熱裝置(圖中未畫出)，使多組分液體充分互溶。
預熱器11可以是一種使用加熱介質的熱交換器。
在如圖4所示的設備中，連接在蒸發器1的卸料出口1b的卸料管道5，與氣體/液體分離器15相連接，來自蒸發器1的混合蒸汽在此分離為冷凝混合液體部分和未冷凝混合蒸汽部分。氣體/液體分離器15與加熱器12相連，從氣體/液體分離器15中排放出來的未冷凝混合蒸汽部分，在此被加熱或過熱至所希望的溫度。加熱器12與氣體/液體分離器16相連，在此，從加熱器12排放出來的加熱混合蒸汽，分離為冷凝混合液體部分和未冷凝混合蒸汽部分。氣體/液體分離器16與反應器13相連，在此，從氣體/液體分離器16中排放出來的未冷凝混合液體部分中的多組分蒸汽相互進行反應，或者是與混合蒸汽接受器相連。
反應器13是一個氣相催化反應器，各蒸汽組分可在此互相進行催化反應。
反應器13有一個排氣管道14，用來排放反應器中的最終反應產物。
氣體/液體分離器15和氣體/液體分離器16，經回流管道6a與循環混合液體貯存容器6相連，通過回流管道6a，在氣體/液體分離器15和氣體/液體分離器16中分離出來的混合液體重新流回到貯存容器6。
反應器13經排氣管道14與冷凝器17相連，反應器13中的反應產物通過排氣管道14排放出來。在冷凝器17中，冷卻排放出來的反應產物至所希望的溫度。經冷卻的反應產物經排氣管道17a從冷凝器17中排放出來並進行收集。
在本發明用於形成混合多組分蒸汽的方法中，含有兩種或更多種組分的混合多組分液體，彼此的沸點溫度各不相同而且彼此能夠互溶或共存。
為了防止或限制各組分的熱劣化，特別是那些具有高的沸點溫度組分的熱劣化，混合多組分液體輸送到蒸發器中的進料溫度優選約為50-300℃，更優選為80-250℃，最好為100-220℃。
高沸點組分優選由一種有機化合物所組成的，在常壓下，其沸點溫度為100-350℃，更優選為120-300℃，最好為150-290℃，基本不與其它的低沸點組分發生反應，而且在溫度為50℃至300℃的範圍內能夠與其它的低沸點組分互溶或共存。
可用於本發明方法的高沸點有機化合物，優選選自那些具有低的熱敏性和高的抗熱劣化性的物質，尤其是選自那些單羥基和二羥基芳香化合物(酚類化合物)，它們可以被至少一種取代基，如選自低碳烷基、優選為具有1-6個碳原子和滷素原子的取代基所取代。
特別地，可用於本發明的高沸點有機化合物是選自單羥基芳香化合物如苯酚和鄰甲氧基苯酚；多羥基芳香化合物如鄰苯二酚、對苯二酚和間苯二酚；和取代的羥基芳香化合物，如2-甲基-鄰苯二酚、4-甲基-鄰苯二酚、2-甲基對苯二酚、2-氯代鄰苯二酚和4-氯代鄰苯二酚。
在混合多組分液體中，低沸點液體組分，在常壓下，其沸點溫度低於高沸點的有機化合物的沸點溫度，優選的的沸點溫度為50-250℃，更優選為50-220℃，最好為60-200℃，。在溫度為50℃至300℃的範圍內，高沸點的有機化合物和低沸點有機化合物能夠彼此互溶或共存，優選是相互不發生反應。
優選的低沸點的有機化合物可溶於高沸點的有機化合物或者是可與高沸點的有機化合物的熔融物均勻地混合。
低沸點有機化合物，優先選自脂族醇、脂環醇、脂族醚、脂族酮、脂族二元醇、脂族羧酸酯、脂族烴、脂環烴和芳香烴，優選的每種物質其沸點溫度為50-200℃，更優選為60-150℃。低沸點化合物可以是水。
低沸點的脂族醇包括具有1-6個碳原子的單羥基低碳脂族醇，如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇和己醇；和二羥基脂族醇如乙二醇。
脂環醇包括環己醇，醚類包括二甲醚、二乙醚、甲乙醚、甲基異丙基醚和甲基異丁基醚；酮類包括二甲酮和二乙酮；脂族羧酸酯包括甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯和乙二酸酯。
在本發明的方法中，高沸點組分和低沸點組分混合的重量比範圍優選為0.5∶99.5至90∶10，更優選為1∶99至80∶22。高沸點組分和低沸點組分混合的重量比範圍還可優選為20∶80至80∶20，進一步優選為30∶70至70∶30。
在本發明的方法中，例如，將100份重量的在常壓下其沸點溫度為150-300℃，特別是60-150℃，尤其是100-200℃，更特別是180-290℃的高沸點酚類化合物，與80-120份重量的其沸點溫度為50-200℃，特別為120-180℃的低沸點脂族醇互相混合，低沸點脂族醇的沸點溫度低於高沸點酚類化合物的沸點溫度，且能與高沸點酚類化合物共存，最終的混合二組分液體可高效地用來製備具有所希望組成的混合二組分蒸汽。
在本發明的方法中，將上述的混合多組分液體輸送到薄膜蒸發器1的進料側端部分；在蒸發器中進行蒸發，同時蒸發器中的未蒸發的混合多組分液體部分，經循環管道3被強制地進行循環，循環管道3帶有與蒸發器的卸料側端部分相連的循環入口端3a、與蒸發器的進料側端部分相連的的循環出口端3b、和位於循環管道的循環入口端與循環出口端之間的強制液體傳遞裝置如液體泵4，回收從蒸發器的卸料側端排放出來的未蒸發的混合多組分液體部分，通過循環入口端，再經循環管道的強制液體傳遞裝置和循環出口端，將回收的未蒸發的混合多組分液體部分重新輸送到蒸發器的進料側端部分的絕熱管道，並從蒸發器的卸料側端部分排放出混合多組分蒸汽。正是由於經上述的過程，兩種或更多種液體組分可同時進行蒸發，從而製得混合多組分蒸汽，在該混合多組分蒸汽中的兩種或更多種組分具有與混合多組分液體大致相同的的組成。
在薄膜蒸發器中，新輸入的混合多組分液體經迴轉翼的攪拌與循環混合液體均勻混合，混合多組分液體以薄膜的形式，在蒸發器的外圍圍牆的內側表面上延展，並進行蒸發。
迴轉翼以一定的旋轉速率進行旋轉，它取決於混合液體的粘度和迴轉翼的直徑(迴轉軸的軸心與迴轉翼外端之間的長度)，這樣迴轉翼以一定的圓周線速度進行旋轉，以滿足液體在蒸發器的內側表面形成混合液體薄膜的需要。在漸縮的圓筒型蒸發器中，迴轉翼的直徑從蒸發器的進料端到卸料端是逐漸減小的。
例如，當迴轉翼的半徑為200-600mm時，迴轉翼的旋轉速率優選為50-500r.p.m.，特別優選為100-300r.p.m。
在本發明的方法中，循環混合液體可非強制地地經過濾器7過濾，以除去固體物質(如沉澱)，為了長時間穩定地循環混合液體，循環混合液體部分可非強制地連續或間斷地經排放管道8從循環管道3中排放出來。在本發明的方法中，混合液體的進料流速(B)和混合液體的循環流速(A)的比值(B)/(A)優選為0.1/1至20/1，優選為0.5/1至15/1，更優選為1/1至10/1。
如果流速比值(B)/(A)過高，則混合液體的停留時間將延長，使得高沸點組分的熱劣化加劇，而且熱能損耗也很高。但是，如果比值(B)/(A)過低，則最終的混合蒸汽的組成可能與目標組成有差別和/或最終混合蒸汽的組成可能會隨著時間的改變而改變。
在本發明的方法中，混合多組分液體以薄膜(薄層)的形式在薄膜蒸發器1的內側表面延展，並從蒸發器的進料側端部分流向卸料側端部分。在此過程中，為了防止或限制高沸點組分的熱劣化，薄膜形式的混合液體的蒸發溫度取決於混合液體的組成即高沸點組分和低沸點組分的含量，和各組分各自的沸點溫度。通常，優選的蒸發溫度為80-320℃，更優選為100-300℃，進一步優選為120-280℃。
在本發明的方法中，混合多組分液體是在上述的薄膜蒸發器中進行蒸發的，最終混合多組分蒸汽具有與混合液體組成相似的組成，它經卸料管道5從蒸發器的卸料出口1b中排放出來，其中的具有所希望組成的最終混合蒸汽，可連續穩定地供給隨後的步驟。在隨後的步驟中，混合蒸汽可用來作為所希望的氣相反應的原料氣體。
參見圖4，混合多組分蒸汽經卸料管道5從蒸發器1中排放出來，並輸送到氣相反應器13，它可非強制地經氣體/液體分離器15、加熱器12和氣體/液體分離器16。優選地，卸料管道是由雙管道形成的，具有一個可讓熱介質通過的環形通道，或者是帶有一個絕熱裝置，以防止混合蒸汽的局部冷凝。而且，排放的混合蒸汽，最好採用一個熱交換器型的加熱器12，對其進行預熱或過熱處理。當從蒸發器中排放的混合蒸汽部分，和/或經加熱器12加熱的混合蒸汽部分進行冷凝後，冷凝的液體部分通過氣體/液體分離器15和16，從混合蒸汽和熱混合蒸汽中排放出來。
氣體/液體分離器15和16與循環管道3中的混合液體貯存容器6相連。經分離的化合物液體部分採用混合液體貯存容器6進行回收。
採用本發明的設備和方法，來製備用於兩種或更多種組分相互間進行氣相催化反應的原料蒸汽是有利的，各組分的沸點可各不相同，但相互可以互溶或共存。
該氣相催化反應可用來製備芳香族二羥基化合物的烷基醚，特別是由烷基醇和二羥基酚類化合物所形成的二羥基酚類化合物的烷基醚。
用來製備氣相催化反應產物的設備包括上述本發明形成混合多組分蒸汽的設備，和一個氣相催化反應器，它通過混合多組分的卸料管道與形成混合多組分蒸汽的設備相連接，它還具有一個排氣管道，用來將最終的含有反應產物的氣體部分從反應器中排放出來。
用來製備氣相催化反應產物的方法包括以下步驟根據上述的本發明的方法形成混合多組分蒸汽；混合多組分蒸汽進行氣相催化反應過程；和收集最終的含有反應產物的氣體部分。
在上述的製備氣相催化反應產物的方法中，混合多組分蒸汽是由鄰苯二酚和一種低碳烷基醇所製得的，在反應步驟中，鄰苯二酚和該低碳烷基醇在催化劑存在的條件下，在氣相中相互反應，收集含有鄰苯二酚烷基醚的最終氣體部分。
在混合的鄰苯二酚-低碳烷基醇液體中，鄰苯二酚和低碳烷基醇混合的重量比範圍優選為1∶99至90∶10，更優選為10∶90至80∶20。鄰苯二酚和低碳烷基醇混合的重量比範圍還可優選為30∶70至70∶30，特別優選為40∶60至60∶40。
優選的低碳烷基醇是選自具有1-4個碳原子的脂族烷基醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、和異丁醇，特別優選的為甲醇和乙醇。
為了防止或限制鄰苯二酚的熱劣化，鄰苯二酚-低碳烷基醇混合液體的混合，是在該混合液體的液化溫度或更高溫度，但不高於混合液體的汽化溫度下進行的，優選的溫度約為100-250℃，更優選為120-220℃。
參見圖4，在採用本發明的設備和方法，製備鄰苯二酚的烷基醚過程中，將鄰苯二酚和低碳烷基醇的混合物輸送到混合液體配製容器9。如果在容器9中有蒸汽產生，則蒸汽將被輸送到冷卻器(冷凝器)9a並在其中冷凝。最終經冷凝的液體重新流回到容器9該混合液體經泵10輸送到預熱器11，加熱到所希望的溫度，即100-250℃。經預熱的混合液體通過進料管道2和進料入口1a，輸送到蒸發器的進料側端部分。
該混合液體在蒸發器1中進行蒸發，同時未蒸發的混合多組分液體部分經循環管道3，以在前面所述的方式進行循環。
在蒸發器中，為了防止或限制鄰苯二酚的熱劣化，混合液體的蒸發溫度取決於低碳烷基醇和鄰苯二酚的含量。通常，優選的蒸發溫度為180-280℃，更優選為200-260℃，進一步優選為210-240℃。
最終的具有與混合液體相似組成的混合蒸汽，經卸料出口1b和卸料管道5，從蒸發器1中排放出來。
排放出來的混合氣體部分經冷凝後，冷凝的液體部分經氣體/液體分離器15，從未冷凝的混合蒸汽中分離出來，並經回收管道6a重新流回到貯存容器6，與循環混合液體混合。未冷凝的混合蒸汽輸送到加熱器12中加熱到所希望的溫度，如180℃或者更高的溫度，經加熱的混合蒸汽輸送到氣相反應器13。加熱的混合氣體部分在冷凝之後，採用氣體/液體分離器16將冷凝的液體部分從該加熱的混合蒸汽中移去，並經回收管道6a重新流回到循環管道3中的貯存容器6之中。流回的液體部分並流到循環管道3中的循環混合液體之中。
在反應器13中，該加熱的混合蒸汽中的低碳烷基醇和鄰苯二酚，可非強制地在催化劑存在的條件下，相互發生反應，從而製得鄰苯二酚的低碳烷基單醚或二醚。
最終的含有鄰苯二酚的低碳烷基醚的氣相部分，經排氣管道14從反應器13中排放出來。然後，非強制地，將排放的含有目標物鄰苯二酚的烷基醚的反應產物氣體輸送到冷卻器17中，如一種熱交換器型的冷卻器，以冷卻產物氣體至溫度低於烷基醇的沸點溫度，優選為20℃或者更高但不高於烷基醇的沸點溫度，更優選為30-60℃。最終的冷凝反應產物經收集管道17a，對其進行收集。
將所收集到的反應產物進行蒸餾處理，使鄰苯二酚烷基醚從反應產物中分離出來。在蒸餾處理之前，可採用熱交換器型加熱器12對其進行預熱處理。然後，將經預熱的反應產物輸送到蒸餾柱中。
在製備鄰苯二酚的烷基醚的過程中，如果鄰苯二酚-低碳烷基醇的混合液體是以進料流速(B)輸送到薄膜蒸發器中，並以循環流速(A)經循環管道進行循環，則進料流速(B)相對循環流速(A)的比值(B)/(A)，優選為0.5/1至20/1，更優選為1/1至15/1，進一步優選為2/1至10/1。如果比值(B)/(A)過高，則在混合蒸汽發生器中的混合液體的停留時間會變得過久，從而使得鄰苯二酚的熱劣化加劇。但是，如果比值(B)/(A)過低，則最終的混合蒸汽的組成可能與目標組成有差別，或者是不能在一段較長的時間裡穩定地獲得所希望的混合蒸汽。
在製備鄰苯二酚的烷基醚的過程中，適用於反應器13的催化劑不局限於某一種特定類型的催化劑，只要該催化劑作為一種脫水反應催化劑，能加速低碳烷基醇和鄰苯二酚的氣相反應則可。
優選的催化劑選自含鹼金屬催化劑如鹼金屬的氫氧化物、碳酸鹽和碳酸氫鹽；對甲基苯磺酸和/或磷酸鋁催化劑；Al-B-P催化劑；Al-B-P-鹼土金屬催化劑；Al-B-P-Si催化劑；Al-P-Ti-Si催化劑；和含有一種來自硼酸和磷酸的活性組分且負載在含有惰性氧化鋁載體之上的催化劑。
在製備鄰苯二酚的烷基醚的過程中，優選採用的為Al-P催化劑。如日本未審查的專利公開號No.4-341345所公開的，Al-P催化劑包括一種可用AlaPbTiSidOe表示的Al-P-Ti-Si-O脫水反應催化劑(其中的a、b、c、d、和e分別表示Al、P、Ti、Si和O的原子數目，a＝1，b＝1.0-1.9，c＝0.05-0.5，d＝0.05-0.2和e＝4.1-7.0)。在製備鄰苯二酚的烷基醚的過程中，為提供一種催化劑組合物，可向上述的Al-P-Ti-Si催化劑中，添加一種每個鋁原子含有0.004-0.015個硫原子的催化劑。
在反應器中低碳烷基醇與鄰苯二酚的氣相反應，優選是在常壓或較高壓力如1-50kg/cm2G，更優選為1.5-30kg/cm2G下，溫度為200-400℃下進行的，更優選為220-350℃，進一步優選為230-300℃。
從反應器13中排放出來的反應產物中含有作為目標產物的鄰苯二酚單烷基醚和鄰苯二酚二烷基醚，和視為雜質的未反應的烷基醇、未反應的鄰苯二酚和副產物。在蒸餾過程中，未反應的烷基醇作為氣體部分，經蒸餾柱頂部放出，而含鄰苯二酚烷基醚的液體作為液體部分，從蒸餾柱中排放出來。對液體部分進行精餾處理，經精餾的鄰苯二酚烷基醚作為氣體部分，經精餾柱頂端對其進行收集。上述的製備鄰苯二酚烷基醚的方法，可適用於製備芳基二羥基化合物的單烷基醚，如鄰甲氧基苯酚和鄰苯二酚的單乙基醚。
實施例通過下面的實施例與對比例的比較，對本發明作進一步的說明。
實例1採用如圖1、2和3所示的設備，來形成鄰苯二酚和甲醇的混合蒸汽。
在製備鄰苯二酚-甲醇混合蒸汽的過程中，重量百分比為54％的鄰苯二酚和46％的甲醇的混合液體，先經預熱器預熱至160℃，以1000kg/hr的進料速率輸送到水平薄膜蒸發器中，它的導熱面積(漸縮的外圍圍牆的內側表面積)為4m2。蒸發器具有一個內徑為860-750mm漸縮的圓筒，和連接在迴轉軸上的迴轉翼。迴轉軸以160r.p.m.的速率進行旋轉。在蒸發器中，通過採用流經覆蓋漸縮的圓筒加熱夾套的加熱介質，對混合液體進行加熱，未蒸發的混合多組分液體部分經循環管道3以200kg/hr的速率進行循環，如圖1所示。
蒸發器中的混合液體，通過迴轉翼的攪拌，以薄膜的形式在漸縮的圓筒的內側表面上延展，並採用加熱夾套對其進行加熱。
當回流到循環管道的混合液體的溫度設定在225℃，而且貯存容器中回收的混合液體的液面保持不變時，就可連續地從蒸發器中排放出具有目標組成的最終混合蒸汽。
循環混合液體部分以25千克/天的數量，經設置在液體泵和循環管道的回流出口端之間的排放管道，間斷地從循環管道中排放出來。
在實例1中，混合蒸汽的製備過程可連續地進行210天或者更長時間，在混合蒸汽的過程中，鄰苯二酚的熱劣化約為進料鄰苯二酚總重量的0.1％。
表1給出的是進料管道2、循環管道3和來自循環管道的排放管道8中的混合液體的組成，和卸料管道5中的混合蒸汽的組成。
表1
表1清楚地表明，流經進料管道2的混合液體與流經卸料管道5的混合蒸汽，具有非常相似的組成，而且可以長時間地獲得這種有利的結果。
對比例1採用與實例1相同的方法，形成混合鄰苯二酚-甲醇蒸汽，不同之處在於具有與實例1相同組成的混合鄰苯二酚-甲醇液體，以1000kg/hr的速率輸送到蒸發器中，但是沒有對未蒸發混合多組分部分進行循環，輸入到加熱夾套23的加熱介質的總量和從循環管道3排放的混合液體的排放速率改為59千克/天，蒸發過程持續7天。
表2給出的是在為期7天的處理過程中，進料管道2、循環管道3和排放管道8中的混合液體的平均組成，和卸料管道5中的混合蒸汽的組成。
表2
在對比例1中，提高加熱介質的進料流速，將會引起鄰苯二酚熱劣化副產物的增加，在混合蒸汽的製備過程中損失的鄰苯二酚的重量百分比可達11％。
而且，在對比例1中，起動混合蒸汽製備步驟約7天後，混合液體變得不穩定，蒸發器中有鍋垢發生沉積，因此，必須要停止混合蒸汽製備步驟，以清除薄膜蒸發器中的鍋垢。
實例2採用如圖1、2、3和4所示的設備，來形成鄰苯二酚和甲醇的混合蒸汽，並由混合氣體製備鄰甲氧基苯酚。
在製備鄰苯二酚-甲醇混合蒸汽的過程中，重量百分比為54％的鄰苯二酚和46％的甲醇的混合液體，先經預熱器預熱至160℃，以1000kg/hr的進料速率輸送到水平薄膜蒸發器中，它的導熱面積(漸縮的外圍圍牆的內側表面積)為4m2。蒸發器具有一個內徑為860-750mm的漸縮的圓筒，和連接在迴轉軸上的迴轉翼。迴轉軸以160r.p.m.的速率進行旋轉。在蒸發器中，通過採用流經覆蓋漸縮的圓筒加熱夾套的加熱介質，對混合液體進行加熱，未蒸發的混合多組分液體部分經循環管道3以200kg/hr的速率進行循環，如圖1所示。
蒸發器中的混合液體，通過迴轉翼的攪拌，以薄膜的形式在漸縮的圓筒的內側表面上延展，並採用加熱夾套對其進行加熱。
當回流到循環管道的混合液體的溫度設定在225℃，而且貯存容器中回收的混合液體的液面保持不變時，就可連續地從蒸發器中排放出具有目標組成的最終混合蒸汽。
循環混合液體部分以25千克/天的數量，經設置在液體泵和循環管道的回流出口端之間的排放管道，間斷地從循環管道中排放出來。
通過熱交換器採用加熱介質，對從蒸發器中排放出來的混合鄰苯二酚-甲醇蒸汽進行過熱處理，至溫度為230℃，再與另一種由作為醚化反應(脫水反應)催化劑成份的硼化物和甲醇所製得的混合氣體相混合，接著作為原料蒸汽，輸入到其內裝有含磷的醚化催化劑的氣相反應器中(如日本未審查的專利公開號No.4-341345中所公開的實例1)。在反應器中，鄰苯二酚與甲醇的催化反應製備鄰甲氧基苯酚，是在壓力為0.35kg/cm2G和溫度為270℃的條件下進行的。最終的含有鄰甲氧基苯酚的氣體從反應器中排放出來，用冷卻器進行冷卻和冷凝。從冷卻器中收集冷凝的液體並貯存在貯藏罐中。
實例2中的產物鄰甲氧基苯酚的製備可連續地進行210天或者更長時間，在混合蒸汽的過程中，鄰苯二酚的熱劣化約為進料鄰苯二酚總重量的0.1％。
表3給出的是進料管道2、循環管道3和來自循環管道的排放管道8中的混合液體的組成，和卸料管道5中的混合蒸汽的組成，和來自反應器13的排氣管道14中的反應產物蒸汽的組成。
表3所示是在為期100天時間各組成的平均值。
表3
對比例2採用與實例2相同的方法，形成混合鄰苯二酚-甲醇蒸汽，並用製得的混合蒸汽製備鄰甲氧基苯酚，不同之處在於具有與實例1相同組成的混合鄰苯二酚-甲醇液體，以1000kg/hr的速率輸送到蒸發器中，但是沒有對未蒸發混合多組分部分進行循環，輸入到加熱夾套的加熱介質的總量和從循環管道3排放的混合液體的排放速率改為59千克/天，蒸發過程持續7天。
表4給出的是在為期7天的處理過程中，進料管道2、循環管道3和排放管道8中的混合液體的平均組成，卸料管道5中的混合蒸汽的組成，和來自反應器13的排放管道14中的反應產物蒸汽的組成。
表4
在對比例2中，提高加熱介質的進料流速，將會引起鄰苯二酚熱劣化副產物的增加，在混合蒸汽的製備過程中損失的鄰苯二酚的重量百分比可達11％。
而且，在對比例中，在起動混合蒸汽製備步驟約7天後，混合液體變得不穩定，蒸發器中有鍋垢發生沉積，這樣，必須要停止混合蒸汽製備步驟，以清除薄膜蒸發器中的鍋垢。
採用本發明的設備和方法，在製備二羥基苯酚類化合物的烷基醚的過程中，可以高穩定性地獲得與其混合液體具有相似組成的烷基醇和二羥基苯酚類化合物混合蒸汽，而且可防止或限制二羥基苯酚類化合物的熱劣化，從而可在長時間內高效穩定地製備目標物烷基醚。
權利要求
1.一種形成混合多組分蒸汽的設備，該設備包括一個薄膜蒸發器(1)，它帶有一個進料入口(1a)和一個卸料出口(1b)，含有兩種或更多種彼此沸點不同且可互溶或共存的液體組分的混合多組分液體，通過進料入口輸入到蒸發器，最終的混合多組分蒸汽通過卸料出口從蒸發器中排出；一個進料管道(2)，用來輸入混合多組分液體，它與蒸發器上的進料入口相連；一個卸料管道(5)，用來輸出最終混合多組分蒸汽，它與蒸發器上的卸料出口相連；和一個強制液體循環管道(3)，其循環入口端(3a)與蒸發器的卸料側端部分相連，其循環出口端(3b)與蒸發器的進料側端部分相連，在循環管道的循環入口端與循環出口端之間，裝有一個液體傳遞裝置(4)，在其中，未蒸發的混合多組分液體部分經循環管道的循環入口端、液體傳遞裝置和循環出口端而被強制循環。
2.權利要求1所述的形成混合多組分蒸汽的設備，其中的薄膜蒸發器在其周圍進一步配有加熱裝置(23)。
3.權利要求1所述的形成混合多組分蒸汽的設備，其中的進料管道還包括一種用來配製混合多組分液體的容器(9)和一種位於該容器和蒸發器進料入口之間的液體傳遞裝置(10)。
4.權利要求3所述的形成混合多組分蒸汽的設備，其中的進料管道還包括一種預熱器(11)，位於液體傳遞裝置和蒸發器的進料入口之間。
5.權利要求1所述的形成混合多組分蒸汽的設備，其中的薄膜蒸發器是選自水平方向漸縮的直筒圓筒型薄膜蒸發器、垂直向下漸縮的直筒圓筒型薄膜蒸發器或垂直向上漸縮的直筒圓筒型薄膜蒸發器。
6.權利要求1所述的形成混合多組分蒸汽的設備，其中的用來排放混合多組分蒸汽的卸料管道，與用於催化蒸汽各組分間的相互反應的氣相催化反應器(13)相連接，反應器帶有一個排氣管道(14)，用來排放反應器中的最終的反應產物。
7.一種生產氣相催化反應產物的設備，包括權利要求1所述的形成混合多組分蒸汽的設備，和一個氣相催化反應器，它通過混合多組分蒸汽的卸料管道(5)與形成混合多組分蒸汽的設備相連，它還具有一個排氣管道(14)，用來將最終的含有反應產物的氣體部分從反應器中排放出來。
全文摘要
通過採用一種含有一個薄膜蒸發器(1)，具有一個進料入口(1a)和一個卸料出口(1b)的設備，可將一種含有兩種或多種沸點不同且可互溶或共存液體組分的混合多組分液體蒸發成一種與混合液體具有相似組成的混合蒸汽，同時強制循環未蒸發的混合多組分液體部分，是通過回收蒸發器卸料側端部分中排放的未蒸發的混合液體部分，經循環管道(3)將混合液體部分重新輸入到蒸發器的進料側端部分的方法而實現的，最終的混合多組分蒸汽可用作氣相催化反應的混合原料，如用來製備芳香二羥基化合物的單烷基醚和/或二烷基醚。
文檔編號C07C41/09GK1500546SQ200310113819
公開日2004年6月2日 申請日期1998年10月28日 優先權日1997年10月28日
發明者稻葉悠紀夫, 藤田和則, 小藤宏, 則 申請人:宇部興產株式會社