專利名稱：一種均苯四甲酸二酐的捕集工藝方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從氣相氧化法生產(chǎn)均苯四甲酸二酐(均酐)工藝的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中捕集均酐的方法及被動(dòng)熱壁式凝華捕集器。
均酐是一種有機(jī)化工中間體，以其為原料生產(chǎn)的工程塑料、涂料助劑、塑料助劑、粘接劑等具有優(yōu)異的電絕緣性能、耐高低溫性能、機(jī)械性能等，被廣泛應(yīng)用于機(jī)電、電子、航空等諸多領(lǐng)域。
工業(yè)上生產(chǎn)均酐的方法主要有兩種，一種是液相氧化法、另一種是氣相氧化法。
液相氧化法的工藝原理是，原料均四甲苯在含酸和催化劑的液相中與通入的空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成均苯四甲酸，均苯四甲酸進(jìn)一步脫水生成均酐。由于工藝過程流程長、投資大，存在設(shè)備腐蝕問題，以及必須經(jīng)脫水才能成酐，因而，生產(chǎn)成本高，這一工藝方法未被廣泛采用。
氣相氧化法是將空氣與氣化后的均四甲苯混合進(jìn)入含有催化劑的氧化反應(yīng)器進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱冷卻后，均酐直接從氣相中凝華出來。由于氣相法工藝簡單，對(duì)設(shè)備的耐腐性要求不太高，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，使其成為目前國際上均酐生產(chǎn)的主流工藝。
在氣相氧化法中，均四甲苯氧化生成均酐的主反應(yīng)方程式為 反應(yīng)生成均酐的同時(shí)，還發(fā)生一些副反應(yīng)，生成一些部分氧化和過度氧化的副產(chǎn)物，如烷基酸酐、烷基羰基酸酐、偏苯三酸酐、苯酐、順酐等和完全氧化的二氧化碳及水等。由于均酐熔點(diǎn)高(285℃)、沸點(diǎn)高(398～400℃)，其它副產(chǎn)物也大都有熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高的特點(diǎn)，大大增加了后續(xù)分離部分的難度。因此，如何實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物均酐與其它副產(chǎn)物的有效分離回收，成為氣相氧化法生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
在氣相氧化法中，反應(yīng)產(chǎn)物氣體的冷卻凝華方式大體分為兩大類，一類是反應(yīng)產(chǎn)物氣體通過冷卻表面與冷卻介質(zhì)換熱，被冷卻下來的間接冷卻法；另一類是反應(yīng)產(chǎn)物氣體直接與冷卻介質(zhì)混合，從而使氣體溫度被降低的直接冷卻法。
在間接冷卻法中，目前國內(nèi)普遍采用的中國專利CN1245171A提出的均酐凝華捕集回收工藝是一種不控制凝華冷卻表面溫度的間接冷卻法工藝。用這種工藝凝華得到的粗酐(含有副產(chǎn)物的不合格均酐)還需要經(jīng)過后續(xù)復(fù)雜的水解、升華或減壓精餾或熱氣流攜帶等工藝過程的精制，才能將粗酐中的雜質(zhì)除去，獲得高純度的均酐產(chǎn)品。而這些后續(xù)的精制過程往往流程長，設(shè)備投資大，環(huán)境負(fù)荷大，生產(chǎn)成本高，因此不宜于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
利用氧化反應(yīng)產(chǎn)物氣體中均酐濃度遠(yuǎn)大于其它副產(chǎn)物濃度和均酐的飽和蒸氣壓又低于大多數(shù)副產(chǎn)物的飽和蒸氣壓的特點(diǎn)，通過控制凝華過程的操作溫度，使其低于均酐的凝華溫度而高于其它副產(chǎn)物的凝華溫度，從而在凝華器中一步直接獲得高純度均酐的一步法是回收均酐的最理想方法。DE-PS.No.2362659、U.S.pat.No.4036594和U.S.pat.No.4252545先后提出了間接冷卻一步法凝華捕集得到高純度均酐的工藝和設(shè)備。但這些方法很難在工業(yè)上得到普及應(yīng)用，其原因一是為控制均酐純度，冷卻表面需維持較高的溫度，因而大大減小了反應(yīng)產(chǎn)物氣體與冷卻表面的傳熱溫差，造成換熱表面積的大幅增加；二是結(jié)晶在換熱表面上的均酐用簡單的機(jī)械方法在線清除和收集難度很大。
與間接冷卻法不同的另一類方法是將冷卻介質(zhì)直接與反應(yīng)產(chǎn)物氣體接觸或混合，從而使溫度降低的直接冷卻法。
中國專利CN 1175579提出了用水循環(huán)冷卻反應(yīng)產(chǎn)物氣體，然后將溶解在水中的均酐和其它副產(chǎn)物冷卻結(jié)晶，再在后續(xù)過程進(jìn)行脫水精制的直接冷卻方法。與中國專利CN 1245171A一樣，該工藝所得的粗酸(粗酐遇水水解成粗酸)，也需要經(jīng)過脫水，精制等過程才能獲得高純度均酐。
在U.S.pat.No.3328428提出的熱氣流攜帶法提純均酐工藝中，介紹了將反應(yīng)產(chǎn)物氣體間接冷卻或向其中直接注入部分較低溫度的惰性氣體，如空氣或水蒸汽，使其溫度降低至100～200℃，然后將產(chǎn)生的固體粗酐用熱氣流攜帶提純的工藝過程。該專利提出了向反應(yīng)產(chǎn)物氣流中注入部分惰性氣體進(jìn)行冷卻的直接冷卻方法，但由于該專利主要目的是提出均酐的熱氣流攜帶提純工藝，因而對(duì)直接冷卻的具體方法少有提及。
U.S.pat.No.4598157提出了用冷空氣直接冷卻，將回收均酐后的尾氣燃燒，然后將燃燒后的廢氣再循環(huán)回反應(yīng)器的直接冷卻——廢氣循環(huán)使用的工藝。這一工藝對(duì)減少尾氣中的有機(jī)廢物排放是有用的，但廢氣的循環(huán)使反應(yīng)氣體中氧氣濃度減少，必然會(huì)對(duì)氧化反應(yīng)過程產(chǎn)生不利影響，另外，該工藝也未提出如何實(shí)現(xiàn)直接冷卻的方法和設(shè)備。
U.S.pat.No.4725291提出了直接冷卻法捕集均酐的具體方法和設(shè)備，該專利的凝華捕集器采用一種立式園筒形空心設(shè)備，反應(yīng)產(chǎn)物氣體與冷惰性氣體混合后從設(shè)備頂部進(jìn)入，生成的均酐針狀結(jié)晶落入設(shè)備底部并被收集，通過調(diào)節(jié)注入的冷惰性氣體量使混合氣體溫度控制在150～200℃之間，設(shè)備器壁為夾套型，通過夾套內(nèi)的熱載體循環(huán)，維持器壁溫度在150～200℃之間，以防止雜質(zhì)在器壁上冷卻凝華，氣體在凝華捕集器內(nèi)的平均速度為0.05～0.5m/S。平均停留時(shí)間為5～60S。該專利提出的工藝和設(shè)備雖然在中試裝置上是可行的，但工業(yè)應(yīng)用時(shí)會(huì)遇到諸多問題。首先，為了維持器壁溫度而采用的夾套式結(jié)構(gòu)使得人們難于按照凝華捕集的理想工藝要求設(shè)置合理的設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸，而不得不采用能夠承受外壓的園筒形設(shè)備，這樣，就需要設(shè)置一個(gè)維持夾套溫度的熱載體系統(tǒng)，設(shè)備本身的投資也必然會(huì)大大增加；其次，無內(nèi)構(gòu)件的園筒形空心設(shè)備，按照該專利提出的操作條件，在工業(yè)裝置上放大后，器內(nèi)流體雷諾數(shù)減小，均酐分子或顆粒間的碰撞概率減少，不易形成大的均酐晶體，造成排出尾氣中均酐攜帶量增加，從而降低捕集回收率；另外，冷熱氣體混合處不可避免地要生成一些含雜質(zhì)的固體粗酐，這些粗酐直接落入器底，將會(huì)影響存于器底的均酐產(chǎn)品的質(zhì)量。
綜上所述，傳統(tǒng)的均酐捕集方法和設(shè)備存在各種各樣的缺陷，在工業(yè)實(shí)踐中，難以取得令人非常滿意的結(jié)果。
本發(fā)明的目的是要提出一種從氣相氧化法生產(chǎn)均酐的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中，高效率、經(jīng)濟(jì)地、連續(xù)地直接捕集獲得高純度均酐產(chǎn)品的凝華捕集方法和設(shè)備。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)由混合室和捕集室構(gòu)成的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，將冷卻至略高于均酐凝華溫度的氧化反應(yīng)產(chǎn)物氣體與冷惰氣體在凝華捕集器的混合室直接混合，控制混合氣體的溫度在低于均酐凝華溫度而高于副產(chǎn)物凝華溫度，混合過程形成的少量含雜質(zhì)的固體粗酐沉降至混合室底部并被收集，除去部分雜質(zhì)的達(dá)到過飽和或含細(xì)小均酐固體顆粒的氣體離開混合室后，進(jìn)入捕集室，與設(shè)置在捕集室內(nèi)大表面積凝華床接觸、碰撞，均酐晶體在凝華床表面形成、長大，當(dāng)積累達(dá)到一定量后，在外力的振動(dòng)下，晶體從床面脫落；或隨著積累量的增加，當(dāng)晶體的重力大于晶體與床面的結(jié)合力時(shí)，晶體自行從床面上脫落；或氣流被設(shè)置在捕集室內(nèi)的折流板或折流設(shè)備折流，造成均酐分子與固體顆粒間相互碰撞而形成較大的晶粒，靠重力下落至捕集室底被收集。為防止由于凝華捕集器的器壁溫度過低，導(dǎo)致在器壁內(nèi)側(cè)出現(xiàn)副產(chǎn)物凝華而影響均酐的產(chǎn)品純度，采取在器外加設(shè)足夠厚度的具有良好絕熱性能的絕熱保溫層，阻止器內(nèi)熱氣流傳給器壁的熱量向外界散失，使器壁維持在與器內(nèi)氣流溫度接近，但高于副產(chǎn)物凝華溫度的較高溫度上。與需要用外部熱載體來維持器壁溫度的熱壁結(jié)構(gòu)(我們稱為“主動(dòng)熱壁”)不同，這種“被動(dòng)熱壁”的設(shè)備結(jié)構(gòu)可以按照凝華過程理想的工藝要求來設(shè)置，用這種被動(dòng)熱壁式凝華捕集器可以直接從反應(yīng)產(chǎn)物氣體中收集到接近于相平衡收率的高純度均酐產(chǎn)品。若有必要還可在捕集均酐后的氣體中再注入冷惰性氣體，進(jìn)一步降低氣體溫度，用同樣的方法，回收固體副產(chǎn)物。最后，回收完均酐或其副產(chǎn)物的氣體，作為尾氣離開捕集室，進(jìn)入后續(xù)的尾氣處理工序。
本發(fā)明的反應(yīng)產(chǎn)物氣體是由被加熱的原料1、2、4、5-四烷基苯或均四甲苯蒸氣與空氣混合，在溫度350～500℃，壓力0.1～0.3MPa(a)，空速1000～15000h-1，進(jìn)料負(fù)荷5～50g/m3的條件下，在固體氧化催化劑的作用下，在氧化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)生成的含有目的產(chǎn)品均酐、不完全氧化副產(chǎn)物(如含羰基、烷基的酸酐或酸)過度氧化副產(chǎn)物(如偏苯三酸酐、苯酐、順酐等)和完全氧化生成物(如二氧化碳和水)，以及進(jìn)料空氣中未反應(yīng)的氮?dú)夂脱鯕獾冉M成的混合氣體。
在進(jìn)入凝華捕集器前，反應(yīng)產(chǎn)物氣體的溫度最好被換熱冷卻至略高于均酐在操作條件下凝華溫度。若溫度控制過高，則需要注入過多的冷惰性氣體，造成惰性氣體耗量增加，同時(shí)也會(huì)降低均酐的分壓，不利于均酐的凝華；若溫度過低，則均酐有可能在進(jìn)入凝華捕集器前的管道或設(shè)備中凝華出來，造成流程堵塞。當(dāng)氧化反應(yīng)收率在70～120％(W)時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物氣體進(jìn)入凝華捕集器的溫度最好控制在190～230℃。
所說的冷惰性氣體，是指溫度低于均酐凝華溫度、無固體雜質(zhì)、在凝華條件下與均酐不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體，如空氣、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、蒸氣等。從?jīng)濟(jì)易得的角度看，最理想的冷惰性氣體是室溫的空氣。
本發(fā)明提出的凝華捕集器由混合室和捕集室構(gòu)成。混合室的主要功能是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物氣體與冷惰性氣體的有效混合，并將混合后生成的含有雜質(zhì)的固體粗酐從氣體中分離下來，以保證捕集室生成的均酐的質(zhì)量。混合室內(nèi)混合氣體的停留時(shí)間不宜太長，以防止過多的均酐生成大的晶體作為粗酐從混合室底被收集；但也不宜太短，以防止混合不均或雜質(zhì)攜帶，該停留時(shí)間最好在0.5～10S。
除去部分雜質(zhì)的達(dá)到過飽和或含細(xì)小均酐固體顆粒的氣體離開混合室進(jìn)入捕集室后，與凝華床接觸、碰撞，均酐晶體在凝華床表面形成長大，這些長大的晶體又成為后來的過飽和氣體的晶床。凝華床的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較大的表面積、易于氣體通過并造成氣體紊流、易于生成的晶體脫落，例如，其結(jié)構(gòu)形式可以是多排垂直懸掛的與氣流方向垂直或平行或斜交的絲網(wǎng)、板網(wǎng)、多孔板、鋼板等平面型結(jié)構(gòu)或垂直懸掛的多排多列的園鋼、扁鋼、方鋼、鏈狀、螺旋線等線型結(jié)構(gòu)的金屬或非金屬物。凝華床的總表面積最好在0～100m2/kg均酐·h。
當(dāng)凝華床上的均酐晶體積累達(dá)到一定量時(shí)，依靠外力造成凝華床振動(dòng)，使晶體從床面上脫落下來，這種振動(dòng)可以是連續(xù)均勻的，也可以是間歇周期性的；也可以采用無振動(dòng)凝華床，當(dāng)床面上積累形成的均酐晶體的重力大于晶體與床面或晶體與晶體的結(jié)合力時(shí)，晶體自動(dòng)脫落。
捕集室也可由能使氣體折流的內(nèi)構(gòu)件或能使氣體折流的設(shè)備本身構(gòu)成，通過折流，造成氣體紊流，使過飽和氣體中均酐分子與固體顆粒、分子與分子、固體顆粒與固體顆粒間的碰撞概率增加，從而結(jié)晶合并成較大晶體，最后在重力作用下下落并被收集。
凝華溫度的高低由混合氣體中均酐的濃度，副產(chǎn)物的濃度，操作壓力和要求的均酐產(chǎn)品純度決定，并通過從混合室注入的冷惰性氣體量來控制。相同條件下，凝華溫度高，則均酐產(chǎn)品純度高，產(chǎn)品收率低；反之，凝華溫度低，則均酐產(chǎn)品純度低，產(chǎn)品收率高。在前述的氧化反應(yīng)條件下，凝華溫度宜控制在100～200℃，最好在130～190℃。
從理論上講，混合氣體在捕集室內(nèi)的停留時(shí)間和經(jīng)過的路徑越長，均酐的回收率越接近相平衡的理論收率。但過長的停留時(shí)間，一方面造成設(shè)備投資增加，另一方面，過大的設(shè)備表面散熱也會(huì)影響均酐產(chǎn)品質(zhì)量。因此，根據(jù)本發(fā)明人的研究實(shí)踐，混合氣體在捕集室內(nèi)的總停留時(shí)間最好在5～180S。
混合氣體在捕集室內(nèi)的流速對(duì)捕集效果也影響很大。流速過大，生成的固體顆粒不易沉降，造成回收率降低，同時(shí)，系統(tǒng)壓降也會(huì)增大；流速過小，均酐分子或細(xì)小均酐顆粒碰撞的概率減小，不易結(jié)晶合并，也會(huì)造成回收率降低。根據(jù)研究，混合室內(nèi)氣體的最佳流速為0.1～5m/s。
為防止由于凝華捕集器的器壁溫度過低，導(dǎo)致器壁內(nèi)側(cè)出現(xiàn)副產(chǎn)物凝華而影響均酐的產(chǎn)品純度，要求維持設(shè)備的器壁溫度高于副產(chǎn)物的凝華溫度?！爸鲃?dòng)熱壁”是通過在設(shè)備外側(cè)增設(shè)一夾套，通過夾套內(nèi)熱載體的循環(huán)，維持器壁溫度在副產(chǎn)物凝華溫度以上。但采用夾套和熱載體后，人們難于按照凝華捕集的理想工藝要求來設(shè)計(jì)凝華捕集器結(jié)構(gòu)，并且設(shè)備投資和操作費(fèi)用也大大增加。本發(fā)明者通過分析研究，根據(jù)傳熱學(xué)的原理，提出用“被動(dòng)熱壁”維持器壁溫度的方法，并得到實(shí)踐的驗(yàn)證。根據(jù)傳熱學(xué)原理，在從器內(nèi)熱氣流、器壁、絕熱保溫層向器外大氣傳熱的傳熱體系中，器壁溫度主要由器內(nèi)氣體溫度、器內(nèi)壁傳熱膜系數(shù)、器內(nèi)壁熱阻、器壁導(dǎo)熱系數(shù)、器壁厚度、絕熱保溫層導(dǎo)熱系數(shù)、絕熱保溫層厚度、絕熱保溫層外膜傳熱系數(shù)和大氣溫度決定，在這些參數(shù)中，對(duì)器壁溫度影響最大且可把握的是絕熱保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度。理論上講，只要絕熱保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)足夠小或厚度足夠大，器壁溫度就可接近器內(nèi)熱氣流溫度，或者說器壁溫度與器內(nèi)熱氣流的溫差就會(huì)非常小。與“主動(dòng)熱壁”由外部熱載體供熱而維持器壁溫度不同，這種方法的器壁溫度是由器內(nèi)的熱氣流將熱量傳給器壁并由壁外的絕熱保溫層阻隔熱量向外界散失而維持，器壁溫度隨器內(nèi)熱氣流的溫度變化而變化，且永遠(yuǎn)低于器內(nèi)熱氣流的溫度，因此，我們稱這種熱壁為“被動(dòng)熱壁”。“被動(dòng)熱壁”的器壁溫度與器內(nèi)熱氣流的溫差不能太大，否則副產(chǎn)物就會(huì)凝華出來，從而影響均酐產(chǎn)品的質(zhì)量，該溫差應(yīng)控制不大于10℃。
最佳的凝華捕集器的結(jié)構(gòu)是長方體箱式結(jié)構(gòu)，其間由隔板隔成底部帶收集斗的混合室和若干個(gè)捕集室，室與室之間相互連通，反應(yīng)產(chǎn)物氣體和冷惰性氣體由一端的混合室進(jìn)入，尾氣從另一端的捕集室排出。除了長方體箱式結(jié)構(gòu)外，凝華捕集器也可由相互連接成一組的多個(gè)底部帶收集斗的園筒形的混合室和捕集室組成。
若要使副產(chǎn)物也通過凝華捕集器捕集回收，可在適當(dāng)?shù)牟都椅恢迷俅巫⑷肜涠栊詺怏w，進(jìn)一步降低氣體溫度，使含部分均酐的副產(chǎn)物在后續(xù)的捕集室內(nèi)凝華出來，均酐產(chǎn)品和副產(chǎn)物分別在各自的捕集室底被收集并被出料。
下面結(jié)合附圖
-1至附圖-5所表示的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行描述。需要指出的是，根據(jù)本發(fā)明原理所描述的實(shí)施例中的技術(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，只是為了更好的闡述本發(fā)明原理和其可實(shí)施性，并不對(duì)根據(jù)本發(fā)明原理形成的其它技術(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)成限制。
附圖-1/1和附圖-1/2是氣流上下折流的帶凝華床的箱式凝華捕集器主視和俯視示意圖。
附圖-2/1和附圖-2/2是氣流水平折流的帶凝華床的箱式凝華捕集器主視和俯視示意圖。
附圖-3/1和附圖-3/2是氣流上下折流的帶凝華床的園筒形凝華捕集器主視和俯視示意圖。
附圖-4/1和附圖-4/2是氣流水平折流的帶折流板的箱式凝華捕集器主視和俯視示意圖。
附圖-5/1和附圖-5/2是氣流上下折流的箱式凝華捕集器主視和俯視示意圖。
在附圖-1/1、2中，長方體的箱式凝華捕集器通過隔板(4)被分隔成混合室(2)和若干捕集室(3)，隔板(4)的上或下缺口部分使各室可相互連通，1#～5#分別代表捕集室的編號(hào)，在捕集室(3)內(nèi)，垂直懸掛在床架(6)下的若干多孔板(5)或沿垂直于氣流方向(如1#、2#捕集室所示)，或沿斜交于氣流方向(如3#、4#捕集室所示)，或沿平行于氣流氣向(如5#捕集室所示)排列。換熱冷卻至190～230℃的反應(yīng)產(chǎn)物氣體(7)進(jìn)入混合室(2)與進(jìn)入混合室(2)的冷空氣(8/1)混合，通過調(diào)節(jié)注入冷空氣(8/1)的量，控制混合后的氣體溫度在130～190℃，混合過程中形成的少量含雜質(zhì)的固體粗酐靠重力沉降至混合室(2)的底部料斗，由出料口(11)作為粗酐出料。除去部分雜質(zhì)的過飽和或含細(xì)小均酐固體顆粒的氣體從下部由隔板(4)形成的槽口沿箭頭(9)所示的方向進(jìn)入1#捕集室，在1#捕集室內(nèi)，氣體自下向上流動(dòng)，穿過凝華床(5)時(shí)，均酐在床上凝華結(jié)晶出來，并逐漸長大，當(dāng)均酐晶體長大并集聚到一定程度后，通過作用在床架(6)或凝華床(5)上的外力，連續(xù)均勻地或間歇周期性地振動(dòng)或靠自身重力，使均酐晶體脫離床面，沉降下落至捕集室底部料斗中，由出料口(12)作為合格產(chǎn)品出料。離開凝華床(5)的氣體，從由另一塊隔板形成的上部缺口進(jìn)入2#捕集室，在2#捕集室內(nèi)，除了氣體從上向下流動(dòng)外，其它過程與前述過程相同。經(jīng)過足夠量的凝華床后，氣體中的均酐基本達(dá)到飽和狀態(tài)，換句話說，捕集器的均酐回收率接近達(dá)到相平衡理論值。若需要使氣體中剩余的均酐和其它副產(chǎn)物得到回收，可在適當(dāng)位置，如圖中4#捕集室(附圖-5中6#捕集室)位置，再次注入冷空氣(8/2)，那么其后的捕集室，便在更低的凝華溫度下重復(fù)前述的過程，只是從底部出料口(13)出料的是含有均酐的固體副產(chǎn)物。被凝華捕集出大部分均酐或副產(chǎn)物的尾氣從尾氣出口(10)排出，進(jìn)入后續(xù)的尾氣處理工序。
在附圖-2/1、2中，除了氣體流動(dòng)方向?yàn)樗秸哿魍?，其它過程與附圖-1/1、2相似。
在附圖-3/1、2中，混合室(2)與捕集室(3)由各自獨(dú)立的底部帶收集斗、內(nèi)設(shè)凝華床(5)的園筒形設(shè)備構(gòu)成，相互之間由可形成上下折流的管道(14)連通，其它過程與附圖-1/1、2相似。
在附圖-4/1、2中，與附圖-2/1、2不同的是，捕集室的內(nèi)構(gòu)件不是凝華床，而是由可導(dǎo)致氣體折流的若干塊垂直于氣流的相互錯(cuò)開的折流板(15)構(gòu)成，過飽和或含細(xì)小均酐固體顆粒的氣體在捕集室中被水平折流，相互碰撞，結(jié)果生成較大的晶體，靠重力下落至底部料斗中，其它過程與附圖-2/1、2相似。
附圖-5/1、2實(shí)際上是由混合室和不帶凝華床的捕集室構(gòu)成的上下折流的凝華捕集器，與附圖-4/1、2的區(qū)別在于，氣體折流的方向?yàn)樯舷抡哿?，其它過程與附圖-4/1、2相似。
權(quán)利要求
1.一種適用于從均四甲苯氣相氧化法生產(chǎn)均酐工藝過程產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中直接凝華捕集得到高純度均酐產(chǎn)品或副產(chǎn)物的方法和被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于采用冷惰性氣體與換熱冷卻至略高于均酐凝華溫度的反應(yīng)產(chǎn)物氣體混合，將混合氣體直接冷卻至低于均酐的凝華溫度，但高于副產(chǎn)物的凝華溫度的溫度范圍內(nèi)，使均酐達(dá)到過飽和狀態(tài)，凝華捕集器內(nèi)設(shè)置的凝華床或折流結(jié)構(gòu)為過飽和均酐氣體提供結(jié)晶條件，使均酐從混合氣體中分離出來，為防止副產(chǎn)物在器壁上凝華結(jié)晶影響產(chǎn)品均酐純度，采用被動(dòng)熱壁結(jié)構(gòu)，維持器壁溫度接近于器內(nèi)氣體的溫度，用這種方法，可以連續(xù)地直接捕集得到針狀或粉狀的均酐晶體，根據(jù)這種方法形成的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，由混合室(2)和捕集室(3)構(gòu)成，捕集室(3)內(nèi)設(shè)有凝華床(5)或折流板(15)或其本身是可造成折流的設(shè)備，器壁溫度采用被動(dòng)熱壁維持，換熱冷卻至190℃～230℃的反應(yīng)產(chǎn)物氣體在混合室(2)內(nèi)與冷惰性氣體混合，使混合后的氣體溫度控制在130℃～190℃，混合過程中生成的少量含雜質(zhì)的固體粗酐由混合室底部出料口(11)出料，除去部分雜質(zhì)的過飽和或含細(xì)小均酐固體顆粒的氣體從混合室(2)進(jìn)入捕集室(3)后，其中的均酐在凝華床(5)上凝華結(jié)晶，當(dāng)積累達(dá)到一定量后，靠外力的振動(dòng)，使晶體從床面脫落，或靠重力自行從床面脫落，或氣體被折流，其中的均酐分子或細(xì)小顆粒碰撞形成較大晶粒，然后靠重力下落至捕集室底部出料口(12)出料，也可用同樣的方法，向回收了均酐的氣體中再次注入冷惰性氣體，進(jìn)一步降低氣體溫度，使副產(chǎn)物凝華，可在后續(xù)捕集室獲得固體副產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于器壁溫度由內(nèi)部氣體向器壁提供的熱量和設(shè)在器壁外部的絕熱保溫層的隔熱來維持。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器壁溫度，其特征在于器壁溫度與器內(nèi)氣體的溫差不大于10℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于冷惰性氣體是空氣、氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、蒸汽?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷惰性氣體，其特征在于冷惰性氣體是，室溫的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于其結(jié)構(gòu)為長方體箱式、通過隔板(4)將箱體分隔為相互連通的底部帶收集斗的混合室(2)和若干個(gè)捕集室(3)的設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于其結(jié)構(gòu)為由底部帶收集斗的園筒形混合室(2)和若干個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的捕集室(3)，通過管道(14)連為一體的設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于凝華床(5)結(jié)構(gòu)形式是多排垂直懸掛的與氣流方向垂直或平行或斜交的多孔板、平板絲網(wǎng)、板網(wǎng)、等平面型結(jié)構(gòu)或多排多列垂直懸掛的園鋼、扁鋼、方鋼、鏈狀、螺旋線狀等線型結(jié)構(gòu)的金屬或非金屬物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的凝華床(5)，其特征在于凝華床的表面積為0～100m2/kg均酐·h。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于氣體在混合室(2)內(nèi)的停留時(shí)間為0.5～10s。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)熱壁式凝華捕集器，其特征在于氣體在所有捕集室內(nèi)的總停留時(shí)間為5～180s。
全文摘要
一種適用于從均四甲苯氣相氧化法生產(chǎn)均酐過程的反應(yīng)產(chǎn)物氣體中直接凝華捕集得到均酐產(chǎn)品的方法和被動(dòng)熱壁式凝華捕集器。設(shè)備由混合室和捕集室構(gòu)成,捕集室內(nèi)設(shè)有凝華床或折流結(jié)構(gòu),設(shè)備器壁溫度采用被動(dòng)熱壁的方法維持,反應(yīng)產(chǎn)物氣體與冷惰性氣體在混合室內(nèi)直接混合并被冷卻,在捕集室內(nèi)均酐凝華結(jié)晶,通過該設(shè)備,可連續(xù)高效地直接獲得高純度的針狀或粉狀的均酐晶體產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C07D493/00GK1388127SQ0111932
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月29日
發(fā)明者張國瑞, 劉純權(quán), 邱孟杰, 張偉, 王新劍 申請(qǐng)人:張國瑞