本發(fā)明屬于化工有機(jī)硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種評(píng)價(jià)甲基氯硅烷反應(yīng)條件的簡(jiǎn)易裝置及方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)硅材料是一種功能獨(dú)特兼具無(wú)機(jī)和有機(jī)材料雙重性能的新型材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電器、日化及醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)，在國(guó)民生產(chǎn)生活中具有重要地位。在制備有機(jī)硅材料所用的眾多有機(jī)硅單體中，甲基氯硅烷約占90%（wt%）以上，因此，甲基氯硅烷生產(chǎn)技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家有機(jī)硅生產(chǎn)技術(shù)水平的重要依據(jù)之一。
目前，國(guó)內(nèi)外有機(jī)硅生產(chǎn)企業(yè)均利用硅粉與氯甲烷在280~400℃左右溫度條件下的大型流化床反應(yīng)器中直接反應(yīng)，再經(jīng)除塵、精餾等工序處理后得到甲基氯硅烷單體。由于工藝流程長(zhǎng)、影響因素眾多，加上工業(yè)流化床反應(yīng)器產(chǎn)能大，若盲目調(diào)整，容易引起生產(chǎn)波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至造成全裝置被迫停車(chē)。因此，通過(guò)小型、簡(jiǎn)易反應(yīng)裝置，能夠迅速準(zhǔn)確的定性評(píng)價(jià)各反應(yīng)條件，進(jìn)而指導(dǎo)企業(yè)技術(shù)調(diào)整，將有效提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。
歐洲專(zhuān)利EP 0256876公開(kāi)了一種制備鹵代硅烷的方法。該專(zhuān)利采用￠17*350mm圓筒形玻璃管固定床反應(yīng)器，探索了多種制備鹵代硅烷的反應(yīng)
條件，但固定床反應(yīng)器中催化劑及硅粉位置相對(duì)固定，不利于反應(yīng)進(jìn)行；歐洲專(zhuān)利EP 0191502公開(kāi)了一種含錫硅塊直接反應(yīng)制備有機(jī)硅單體的方法。該專(zhuān)利采用￠32*910mm的圓管為流化床反應(yīng)器主體，反應(yīng)器底部有一燒結(jié)板做為氣體分布裝置，氯甲烷氣體經(jīng)該燒結(jié)板進(jìn)入流化床反應(yīng)器，使床內(nèi)硅粉達(dá)
到流化狀態(tài)并與之反應(yīng)。該裝置與工業(yè)實(shí)際裝置非常接近，對(duì)各反應(yīng)條件評(píng)價(jià)效果較好，但工藝流程長(zhǎng)、裝置投資大，需要配套除塵、回用裝置等眾多設(shè)備，操作復(fù)雜，不利于迅速得到評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)而指導(dǎo)工業(yè)裝置調(diào)整。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種評(píng)價(jià)甲基氯硅烷反應(yīng)條件的簡(jiǎn)易裝置及方法。
本發(fā)明提供的一種合成甲基氯硅烷的工藝，包括如下步驟：
（1）打開(kāi)沙浴溫控裝置，使攪拌床反應(yīng)器內(nèi)溫度升至設(shè)定溫度；
（2）將稱(chēng)量好的硅粉及催化劑混合均勻，通過(guò)攪拌床反應(yīng)器上部加料裝置，在氮?dú)庾饔孟聣喝霐嚢璐?，并啟?dòng)磁力攪拌裝置；
（3）氯甲烷貯罐內(nèi)氯甲烷經(jīng)氯甲烷汽化器汽化后通過(guò)流化床進(jìn)床流量計(jì)進(jìn)入沙浴溫控裝置進(jìn)行反應(yīng)，控制氯甲烷進(jìn)床反應(yīng)流量，反應(yīng)過(guò)程中，攪拌床反應(yīng)器內(nèi)溫度控制為240~500℃、壓力0.1~0.3MPa，氯甲烷流量0.2~10L/h（進(jìn)一步優(yōu)選為反應(yīng)過(guò)程中，攪拌床反應(yīng)器內(nèi)溫度控制為360℃、壓力0.2MPa，氯甲烷流量2L/h，硅粉平均粒徑30um，催化劑與硅粉的質(zhì)量比為1:10~1:100。）；
（4）反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷凝后，自產(chǎn)品收集器下部采出，未冷凝的氣體進(jìn)尾氣緩沖罐收集，再經(jīng)NaOH溶液罐吸收后外排。
所述的催化劑由主催化劑和助催化劑組成，其中，主催化劑是三元銅混合物，即單質(zhì)銅粉、氧化銅及氧化亞銅的混合物，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)單質(zhì)銅占30~60%，氧化銅20~40%，氧化亞銅10~30%；所述的助催化劑由鋅粉、錫粉組成，鋅粉約占主催化劑質(zhì)量的1~10%，錫粉占主催化劑質(zhì)量的0~2%。
所述的催化劑由主催化劑和助催化劑組成，其中，主催化劑是三元銅混合物，即單質(zhì)銅粉、氧化銅及氧化亞銅的混合物，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)單質(zhì)銅占50%，氧化銅30%，氧化亞銅20%；所述的助催化劑由鋅粉、錫粉組成，鋅粉約占主催化劑質(zhì)量的8%，錫粉占主催化劑質(zhì)量的1%。
（4）反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷凝后，自產(chǎn)品收集器下部采出，未冷凝的氣體進(jìn)尾氣緩沖罐收集，再經(jīng)NaOH溶液罐吸收后外排，其中NaOH溶液濃度范圍為10%~49%（wt%）。
沙浴溫控裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)為Al2O3，平均粒徑為50~300um，攪拌床反應(yīng)器直徑為DN32~100，高500~1000mm。
一種合成甲基氯硅烷的工藝所用的裝置，具體為氯甲烷儲(chǔ)罐經(jīng)管線與氯甲烷汽化器連接，氯甲烷汽化器經(jīng)管道連接至沙浴溫控裝置，浴溫控裝置上部設(shè)置有攪拌床反應(yīng)器，攪拌床反應(yīng)器經(jīng)管道與產(chǎn)品冷凝器連接，產(chǎn)品冷凝器經(jīng)管道與產(chǎn)品收集器連接，產(chǎn)品收集器經(jīng)管道與尾氣緩沖罐連接，尾氣緩沖罐經(jīng)管道與NaOH溶液灌連接。
氯甲烷汽化器至沙浴溫控裝置之間的管道上設(shè)置有氯甲烷進(jìn)床流量計(jì)。攪拌床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有磁力攪拌器；攪拌床反應(yīng)器頂部設(shè)置有加料裝置；攪拌床反應(yīng)器至產(chǎn)品冷凝器直接的管道上設(shè)置有至少3層鋼絲濾網(wǎng)過(guò)濾裝置，其中濾網(wǎng)目數(shù)至少200目。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)在于：
1、本裝置采用先進(jìn)的沙浴溫控系統(tǒng)，利用Al2O3比熱小、流動(dòng)性好的特點(diǎn)，作為攪拌床反應(yīng)器換熱介質(zhì)，不僅滿足240~500℃的實(shí)驗(yàn)溫度需求，且溫度穩(wěn)定性更好；
2、本裝置采用磁力攪拌器作為反應(yīng)器攪拌，避免了攪拌器密封面腐蝕，延長(zhǎng)了攪拌器使用壽命；
3、本裝置硅粉與催化劑始終處于均勻混合狀態(tài)，與氯甲烷接觸更充分，實(shí)驗(yàn)結(jié)論更準(zhǔn)確；
4、本裝置充分利用攪拌床反應(yīng)氣流速度慢、氯甲烷轉(zhuǎn)化率高的特點(diǎn)，在反應(yīng)器出口增加多層濾網(wǎng)阻止細(xì)硅粉等顆粒物進(jìn)入后續(xù)裝置，減少了除塵及氯甲烷回用等大量配套設(shè)施，簡(jiǎn)化了操作；
5、本裝置尾氣經(jīng)緩沖罐收集、NaOH溶液吸收后排放，可使副產(chǎn)的酸性氣體完全中和，不會(huì)造成環(huán)境污染。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的合成甲基氯硅烷的工藝所用的裝置結(jié)構(gòu)圖，其中：
1、氯甲烷貯罐，2、氯甲烷汽化器，3、氯甲烷進(jìn)床流量計(jì)，4、磁力攪拌裝置，5、攪拌床反應(yīng)器，6、沙浴溫控裝置，7、多層過(guò)濾裝置，8、加料裝置，9、產(chǎn)品冷凝器，10、產(chǎn)品收集器，11、尾氣緩沖罐，12、NaOH溶液罐。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
打開(kāi)沙浴溫控裝置使攪拌床反應(yīng)器內(nèi)溫度升至設(shè)定360℃；將硅粉及催化劑（所述的催化劑由主催化劑和助催化劑組成，其中，主催化劑是三元銅混合物，即單質(zhì)銅粉、氧化銅及氧化亞銅的混合物，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)單質(zhì)銅占50%，氧化銅30%，氧化亞銅20%；所述的助催化劑由鋅粉、錫粉組成，鋅粉約占主催化劑質(zhì)量的8%，錫粉占主催化劑質(zhì)量的1%。）按50:1混合均勻（硅粉粒徑為30μm），通過(guò)加料裝置送入攪拌床，啟動(dòng)磁力攪拌；自工業(yè)裝置上取回的氯甲烷，經(jīng)氯甲烷汽化器汽化后以2L/h流量進(jìn)入攪拌床，控制反應(yīng)器壓力0.2MPa；反應(yīng)產(chǎn)物冷凝后，自收集器下部采出，未冷凝的氣體進(jìn)尾氣緩沖罐收集、再經(jīng)NaOH溶液中和后外排。經(jīng)氣相色譜分析檢測(cè)，制備的甲基氯硅烷產(chǎn)品組分如下：一甲基三氯硅烷45.715%，二甲基二氯硅烷48.311%，三甲基一氯硅烷3.347%，其它2.627%。
實(shí)施例2
其它實(shí)施條件如同1，當(dāng)反應(yīng)溫度為400℃時(shí)，將硅粉及催化劑（所述的催化劑由主催化劑和助催化劑組成，其中，主催化劑是三元銅混合物，即單質(zhì)銅粉、氧化銅及氧化亞銅的混合物，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)單質(zhì)銅占30%，氧化銅40%，氧化亞銅30%；所述的助催化劑由鋅粉、錫粉組成，鋅粉約占主催化劑質(zhì)量的5%，錫粉占主催化劑質(zhì)量的0%。）按80：1混合均勻（硅粉粒徑為50μm），產(chǎn)品組分含量如下：一甲基三氯硅烷49.073%，二甲基二氯硅烷36.013%，三甲基一氯硅烷3.292%，其它11.622%。
實(shí)施例3
其它實(shí)施條件如同1，當(dāng)反應(yīng)溫度為300℃時(shí)，產(chǎn)品組分含量如下：一甲基三氯硅烷45.989%，二甲基二氯硅烷42.117%，三甲基一氯硅烷4.518%，其它7.376%。
實(shí)施例4
其它實(shí)施條件如同1，當(dāng)催化劑與硅粉比為1:25時(shí)，將硅粉及催化劑（所述的催化劑由主催化劑和助催化劑組成，其中，主催化劑是三元銅混合物，即單質(zhì)銅粉、氧化銅及氧化亞銅的混合物，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)單質(zhì)銅占55%，氧化銅25%，氧化亞銅25%；所述的助催化劑由鋅粉、錫粉組成，鋅粉約占主催化劑質(zhì)量的5%，錫粉占主催化劑質(zhì)量的2%。）按50:1混合均勻（硅粉粒徑為30μm），產(chǎn)品組分含量如下：一甲基三氯硅烷35.529%，二甲基二氯硅烷59.237%，三甲基一氯硅烷3.307%，其它1.927%。
實(shí)施例5
其它實(shí)施條件如同1，當(dāng)催化劑與硅粉比為1:15時(shí)， 將硅粉及催化劑（所述的催化劑由主催化劑和助催化劑組成，其中，主催化劑是三元銅混合物，即單質(zhì)銅粉、氧化銅及氧化亞銅的混合物，按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)單質(zhì)銅占50%，氧化銅30%，氧化亞銅20%；所述的助催化劑由鋅粉、錫粉組成，鋅粉約占主催化劑質(zhì)量的8%，錫粉占主催化劑質(zhì)量的1%。）按50:1混合均勻（硅粉粒徑為30μm）， 產(chǎn)品組分含量如下：一甲基三氯硅烷35.633%，二甲基二氯硅烷61.363%，三甲基一氯硅烷2.926%，其它0.078%。
實(shí)施例6
一種合成甲基氯硅烷的工藝所用的裝置，具體為氯甲烷儲(chǔ)罐經(jīng)管線與氯甲烷汽化器連接，氯甲烷汽化器經(jīng)管道連接至沙浴溫控裝置，浴溫控裝置上部設(shè)置有攪拌床反應(yīng)器，攪拌床反應(yīng)器經(jīng)管道與產(chǎn)品冷凝器連接，產(chǎn)品冷凝器經(jīng)管道與產(chǎn)品收集器連接，產(chǎn)品收集器經(jīng)管道與尾氣緩沖罐連接，尾氣緩沖罐經(jīng)管道與NaOH溶液灌連接。氯甲烷汽化器至沙浴溫控裝置之間的管道上設(shè)置有氯甲烷進(jìn)床流量計(jì)。攪拌床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有磁力攪拌器；攪拌床反應(yīng)器頂部設(shè)置有加料裝置；攪拌床反應(yīng)器至產(chǎn)品冷凝器直接的管道上設(shè)置有4層鋼絲濾網(wǎng)過(guò)濾裝置，其中濾網(wǎng)目數(shù)為200目。