專(zhuān)利名稱：一種醋酸氯化反應(yīng)器及反應(yīng)工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種醋酸氯化制備氯乙酸的反應(yīng)工藝，屬于氣液反應(yīng)研究領(lǐng)域，具體涉及一種醋酸氯化反應(yīng)工藝方法及其配套反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
采用醋酸氯化反應(yīng)制備氯乙酸的生產(chǎn)工藝中，醋酸氯化反應(yīng)是重要的一個(gè)步驟， 醋酸氯化反應(yīng)速度較慢，一級(jí)反應(yīng)很難使氯氣反應(yīng)完全，一般采用兩級(jí)串聯(lián)反應(yīng)，即從第一級(jí)通入氯氣與醋酸反應(yīng)，之后再進(jìn)入第二級(jí)，將一級(jí)未反應(yīng)的氯氣反應(yīng)完全。反應(yīng)以第一級(jí)為主，反應(yīng)過(guò)程中所生成的氯化氫氣體由于攜帶大量的催化劑和醋酸需要冷凝回流，以保證催化劑的濃度，第二級(jí)的作用是將未反應(yīng)的氯氣進(jìn)一步反應(yīng)徹底，在氯化氫氣體離開(kāi)第二級(jí)反應(yīng)器時(shí)，需要再次冷凝以減少帶走的催化劑和醋酸，采用這種工藝生成氯乙酸反應(yīng)的選擇性較低，氯乙酸的收率低，生產(chǎn)成本高，且能耗高，投資大。醋酸氯化反應(yīng)是自催化反應(yīng)，在一定的溫度下，醋酸氯化的反應(yīng)速度與體系的酸濃度和催化劑乙酰氯的濃度呈順變關(guān)系，酸濃度和催化劑濃度越高則反應(yīng)速度越快。在不引入外來(lái)強(qiáng)酸的情形下，體系中強(qiáng)酸的濃度對(duì)反應(yīng)速度的影響是至關(guān)重要的，尤其是在反應(yīng)的初期，同時(shí)，反應(yīng)溫度越高則反應(yīng)速度越快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種醋酸氯化反應(yīng)工藝及其配套反應(yīng)器的目的在于為了解決醋酸氯化工藝反應(yīng)速度慢、能耗高、投資大及氯乙酸收率低的技術(shù)方案。本發(fā)明一種醋酸氯化反應(yīng)工藝及其配套反應(yīng)器，其特征是將醋酸氯化反應(yīng)器分成兩部分即兩個(gè)區(qū)，在反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)控制將回流液按要求分配回流到兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的催化劑濃度不同，再利用不同的反應(yīng)溫度，使得下部反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)速度快，又會(huì)使氯乙酸的濃度高于上部區(qū)域，由催化劑濃度高、強(qiáng)酸濃度高及反應(yīng)溫度高，會(huì)使得第一區(qū)的反應(yīng)速度大于第二反應(yīng)區(qū)，氯氣先進(jìn)入位置低的第一反應(yīng)區(qū)，之后上升進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)繼續(xù)反應(yīng)，在第二反應(yīng)區(qū)將氯氣反應(yīng)完全。上下兩個(gè)反應(yīng)區(qū)間用多孔板分隔開(kāi)，氣體經(jīng)多孔板自下而上，液體可通過(guò)控制管道或利用多孔板自上而下進(jìn)入下層反應(yīng)區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)可控制地交換。也可在兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)分別設(shè)置多層多孔板或多孔網(wǎng)將上升的氣泡多次破碎，但這種設(shè)置只對(duì)氣泡起到分散作用而不控制多孔板上下的液相物料交換。這種工藝可以適用于連續(xù)化操作，也可以適應(yīng)于間歇式操作。采用連續(xù)化操作時(shí)，計(jì)量的醋酸對(duì)來(lái)自反應(yīng)器的HCl氣流吸收洗滌后連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的上部反應(yīng)區(qū)，醋酸酐或醋酸與醋酐按一定比例的混合物或乙酰氯或乙酰氯與醋酸按一定比例的混合物按計(jì)量連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的下部反應(yīng)區(qū)內(nèi)；氯化氫HCl氣流帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器冷凝后，根據(jù)工藝要求按照一定比例分別進(jìn)入各個(gè)反應(yīng)區(qū)。對(duì)于間歇式反應(yīng)，醋酸及醋酸酐(或乙酰氯)按計(jì)量值一次加入反應(yīng)器內(nèi)，而將氯化氫HCl氣流帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器冷凝后，根據(jù)工藝要求按照一定比例分別進(jìn)入各個(gè)反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)器的分區(qū)個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上，理想的分區(qū)個(gè)數(shù)為兩個(gè)。上述的一種醋酸氯化反應(yīng)工藝及其配套反應(yīng)器，其特征是采用分區(qū)式醋酸氯化反應(yīng)器，反應(yīng)器分為兩個(gè)反應(yīng)區(qū)或兩個(gè)以上反應(yīng)區(qū)，理想的分區(qū)個(gè)數(shù)為兩個(gè)，第一反應(yīng)區(qū)容積 (下部R1與第二反應(yīng)區(qū)容積(上部)V2的比為1 0.6到1 25，其理想范圍為1 3到 1 8。反應(yīng)器的容積范圍為500升 50立方米。上述的醋酸氯化反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器可設(shè)計(jì)成兩段或多段串聯(lián)型，各段的直徑和形狀可以一致也可以不一致，各段的夾套分開(kāi)制作，反應(yīng)器也可設(shè)計(jì)成兩個(gè)部分或多個(gè)部分，每一部分為一個(gè)反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)之間用多孔板隔開(kāi)，各反應(yīng)區(qū)的溫度可以獨(dú)立控制與調(diào)節(jié)，也可獨(dú)立控制各區(qū)域的進(jìn)料或出料。理想的反應(yīng)區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)，兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域的容積比為，第一反應(yīng)區(qū)容積(下部)Vi比第二反應(yīng)區(qū)容積(上部)％為1 0.6到1 25，其理想范圍為1 3到1 8。上述的醋酸氯化反應(yīng)器，其特征是在通用的搪玻璃反應(yīng)器(釜)內(nèi)部用耐溫防腐材質(zhì)設(shè)置內(nèi)構(gòu)件將反應(yīng)分為兩個(gè)反應(yīng)區(qū)，兩反應(yīng)區(qū)之間的物料交換可以通過(guò)多孔板的開(kāi)孔面積來(lái)控制。兩個(gè)反應(yīng)區(qū)可獨(dú)立控制進(jìn)料；兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域的容積比為，第一反應(yīng)區(qū)容積(下部)V1比第二反應(yīng)區(qū)容積(上部)V2為1 1到1 25，其理想范圍為1 3到1 8。上述的醋酸氯化反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)區(qū)間用多孔板相連，氣體可通過(guò)多孔板自位置較低的一個(gè)反應(yīng)區(qū)(第一反應(yīng)區(qū))進(jìn)入位置較高的一個(gè)反應(yīng)區(qū)(第二反應(yīng)區(qū))；液體可通過(guò)控制管道或多孔板自上部一個(gè)反應(yīng)區(qū)(第二反應(yīng)區(qū))進(jìn)入下部一個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)(第一反應(yīng)區(qū))。上述的一種醋酸氯化反應(yīng)工藝，其特征是將反應(yīng)后生成的氯化氫(HCl)氣流所帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器冷凝后，根據(jù)工藝要求按照第一反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)i，第二反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)2，Ll L2=l 1到10 1(重量比)。上述的一種醋酸氯化反應(yīng)工藝，其特征是采用連續(xù)化操作時(shí)計(jì)量的醋酸或醋酸與醋酐按重量比100 1 100 4的混合物連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的上部(第二)反應(yīng)區(qū)，醋酸酐或醋酸與醋酐按重量比為100 10000 100 15的混合物或乙酰氯或醋酸與乙酰氯按重量比為100 10000 100 15的混合物計(jì)量連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的下部(第一)反應(yīng)區(qū)內(nèi)。上述的一種醋酸氯化反應(yīng)工藝，其特征是兩個(gè)反應(yīng)區(qū)的溫度可以獨(dú)立控制與調(diào)節(jié)。第一區(qū)的反應(yīng)溫度范圍為95°C到125°C，理想的溫度范圍為105°C到120°C ；第二區(qū)的反應(yīng)溫度范圍為85°C到105°C，理想的溫度范圍為90°C到100°C。通過(guò)控制進(jìn)料方式和控制反應(yīng)溫度使兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的催化劑濃度和反應(yīng)溫度有差異，再控制上下兩區(qū)間的物料交換量，由兩區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)速度差異使兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氯乙酸濃度具有差異。氯氣先進(jìn)入位置低的第一反應(yīng)區(qū)，之后經(jīng)多孔板自下而上進(jìn)入上部的第二反應(yīng)區(qū)繼續(xù)反應(yīng)，氯氣在第二反應(yīng)區(qū)內(nèi)完全反應(yīng)。這種工藝可以適用于連續(xù)化操作，也可以適應(yīng)于間歇式操作。采用連續(xù)化操作時(shí)，計(jì)量的醋酸連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第二反應(yīng)區(qū)、醋酐連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)；或者將醋酸與醋酐按重量比100 1到100 4預(yù)先混合之后連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第二反應(yīng)區(qū)；或者將醋酸與醋酐按重量比為100 10000到100 15預(yù)先混合之后連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)；氯化氫HCl氣流帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器冷凝后，根據(jù)工藝要求按照第一反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)i，第二反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)2，L1 L2 = 1 到10 1(重量比)。對(duì)于間歇式反應(yīng)，醋酸及醋酸酐(或乙酰氯)按計(jì)量值一次加入反應(yīng)器內(nèi)，而將氯化氫HCl氣流帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器冷凝后，根據(jù)工藝要求按照 Ll L2 = l 1到10 1的重量比例分別進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)。本發(fā)明專(zhuān)利的優(yōu)點(diǎn)是將現(xiàn)有工藝的兩級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器由一個(gè)反應(yīng)器來(lái)代替，即在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)將反應(yīng)分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)區(qū)域，合理地利用催化劑、強(qiáng)酸，并利用放熱反應(yīng)的反應(yīng)熱調(diào)節(jié)各反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)溫度，在一些反應(yīng)區(qū)加快反應(yīng)速度，盡快使氯氣反應(yīng)掉， 而在另外一些反應(yīng)區(qū)內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度和醋酸濃度有利于吸收氯氣，使得氯氣在這一區(qū)域反應(yīng)徹底。通過(guò)設(shè)計(jì)反應(yīng)器的型式并合理地利用工藝配套的組合來(lái)綜合加快反應(yīng)，減小投資和能耗。為了很好地利用上述反應(yīng)及工藝特點(diǎn)，改變反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)有工藝的兩級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器由一個(gè)反應(yīng)器來(lái)代替，即在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)將反應(yīng)分成多個(gè)反應(yīng)區(qū)域，合理地利用催化劑及其強(qiáng)酸產(chǎn)物，并利用放熱反應(yīng)的反應(yīng)熱調(diào)節(jié)各區(qū)域的反應(yīng)溫度，在一些反應(yīng)區(qū)域加快反應(yīng)速度，盡快使氯氣反應(yīng)掉，而在另外一些反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度和醋酸濃度有利于吸收氯氣，使得氯氣在這一區(qū)域反應(yīng)徹底。通過(guò)設(shè)計(jì)反應(yīng)器的型式并合理地利用工藝配套的組合來(lái)綜合加快反應(yīng)，減小投資和能耗。本發(fā)明一種醋酸氯化反應(yīng)工藝及其配套反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)在于解決了現(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)速度慢、能耗高、投資大及氯乙酸收率低的等問(wèn)題。


圖1為氯化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及工藝示意圖，1為第一反應(yīng)區(qū)；2為第二反應(yīng)區(qū)；3為氯氣分布裝置；4為第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)的分割(隔)多孔板；5為冷凝器；6為回流液下液管；7為一、二區(qū)間的下液管；8為出料口 ；Ml為進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)物料；M2為進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)物料；Li，L2分別為進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)的回流液；C12為氯氣；HCl 為氯化氫氣體管線。底口可以出料和放凈；圖2為其它幾種反應(yīng)器及兩個(gè)反應(yīng)區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中a反應(yīng)器由兩部分組成； b為兩段縮口串聯(lián)；c為不等徑串聯(lián)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 3采用圖1所示的反應(yīng)器，采用連續(xù)化操作，反應(yīng)器體積V(VJV2) = 140升，通過(guò)改變多孔板的位置來(lái)調(diào)整兩個(gè)反應(yīng)區(qū)的體積，即V1與V2，開(kāi)始時(shí)，自上部第二反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口加入醋酸(iC)90kg，自下部第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料口加入醋酐(Ml)9. ^g，第一和第二反應(yīng)區(qū)均控制在10(TC，從氯氣分布裝置3通入氯氣，氯氣通入速度1.4 1.6m3/h，根據(jù)冷凝器是否發(fā)黃進(jìn)行調(diào)節(jié)，反應(yīng)10h，之后改為連續(xù)式進(jìn)料，連續(xù)式進(jìn)料操作過(guò)程中，醋酸加量M2 = 14. Okg/h，自上部進(jìn)料口進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)，醋酐加量Ml = 1. 48kg/h,自下部進(jìn)料口進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)。第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)的溫度分別控制為T(mén)1和T2，氯氣流量為2. 1 2. 4m3/ h，根據(jù)冷凝器是否發(fā)黃進(jìn)行調(diào)節(jié)。將反應(yīng)后生成的氯化氫(HCl)氣流所帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器5冷凝后通過(guò)回流管6回流，按照第一反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)i，第二反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)2，冷凝后的回流液按Ll L2 = 8 2(重量比)分配。并在出料口 8收集出料，下液管7的流量控制在10kg/h，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。表1反應(yīng)結(jié)果表
權(quán)利要求
1.一種醋酸氯化反應(yīng)反應(yīng)器，其特征是，包括第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)之間用多孔板隔開(kāi)，所述第一反應(yīng)區(qū)位置低于第二反應(yīng)區(qū)；第一反應(yīng)區(qū)的上升氣體通過(guò)所述多孔板進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)，而液體則通過(guò)多孔板或下液管回到下部區(qū)域，第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)的溫度獨(dú)立控制，第一反應(yīng)區(qū)溫度控制95 125°C，第二反應(yīng)區(qū)溫度控制85 105°C;第一反應(yīng)區(qū)容積Vl與第二反應(yīng)區(qū)容積V2比為1 0.6到1 25 ；第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)料為醋酐，第二反應(yīng)區(qū)進(jìn)料為醋酸，氯氣通過(guò)氯氣分布裝置通入第一反應(yīng)區(qū)底部；反應(yīng)后生成的氯化氫氣流所帶走的醋酸和乙酰氯經(jīng)冷凝器冷凝后通過(guò)回流管回流，第一反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)i，第二反應(yīng)區(qū)的回流量為L(zhǎng)2，重量比Ll L2 = 1 1到10 1。
2.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征是，Vl V2為1 3到1 8。
3.權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征是，第一區(qū)的反應(yīng)溫度范圍為105°C到120°C，第二區(qū)的反應(yīng)溫度范圍為90°C到100°C。
4.一種醋酸氯化反應(yīng)工藝方法，其特征是，采用連續(xù)化操作時(shí)計(jì)量的醋酸連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第二反應(yīng)區(qū)、醋酐連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)；或者將醋酸與醋酐按重量比 100 1到100 4預(yù)先混合之后連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第二反應(yīng)區(qū)；或者將醋酸與醋酐按重量比為100 10000到100 15預(yù)先混合之后連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的第一反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種醋酸氯化反應(yīng)工藝及其配套反應(yīng)器，將醋酸氯化反應(yīng)器分為第二(上部)和第一(下部)兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域，兩個(gè)反應(yīng)區(qū)之間用多孔板隔開(kāi)，上下兩個(gè)反應(yīng)區(qū)能夠獨(dú)立控制加熱或冷卻，兩個(gè)反應(yīng)區(qū)均設(shè)置有足夠多的進(jìn)料口或出料口。通過(guò)控制進(jìn)料方式和控制反應(yīng)溫度使兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的催化劑濃度和反應(yīng)溫度有差異，再控制上下兩區(qū)間的物料交換量，由兩區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)速度差異使兩個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氯乙酸濃度具有差異。本發(fā)明一種醋酸氯化反應(yīng)工藝及其配套反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)在于解決了現(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)速度慢、能耗高、投資大及氯乙酸收率低的等問(wèn)題。
文檔編號(hào)C07C53/16GK102274708SQ20111021759
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者衛(wèi)存生, 呂志平, 周立喬, 李福祥, 秦夢(mèng)庚, 薛建偉 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué), 濟(jì)源市方升化學(xué)有限公司