專利名稱：一種靛藍(lán)塔式氧化新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用新型塔式反應(yīng)器替代靛藍(lán)傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器在高堿濃度條件下高效率合成靛藍(lán)的新技術(shù)，該技術(shù)具有顯著的節(jié)能降耗、提升品質(zhì)效果，可以實(shí)現(xiàn)靛藍(lán)生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化和自動化。
背景技術(shù)：
靛藍(lán)是一種還原染料，廣泛適用于棉、麻等纖維素紡織著色，尤其是靛藍(lán)牛仔布制品的輕紗染色。目前工廠多經(jīng)由3-吲哚酚鹽氧化制備靛藍(lán)，其中包括由苯胺基乙酸鹽、氨基鈉和氫氧化鈉與氫氧化鉀的混合堿在220 250°C下反應(yīng)，得到24 30%的3-吲哚酚鹽的 堿熔物，將此堿熔物放入水中配成含3-吲哚酚鹽5%，含混堿12%左右的溶液，在30m3氧化釜中通空氣鼓泡氧化2小時后，再經(jīng)壓濾、水洗、酸洗、干燥和造粒得到含量為95%左右的靛藍(lán)。該方法由于在氧化過程中會不斷有不溶于水的靛藍(lán)沉淀出來，會不斷吸附和包裹反應(yīng)原料3-吲哚酚鹽，導(dǎo)致反應(yīng)不完全、氧氣利用率低反應(yīng)不完全、反應(yīng)時間長、洗滌時容易出現(xiàn)藍(lán)水、烘干時原料3-吲哚酚鹽分解聚合、產(chǎn)品還原液中的絮狀沉淀物多等諸多影響靛監(jiān)收率和品質(zhì)等問題。對這樣一個氣液固三相體系，有效傳質(zhì)是影響靛藍(lán)氧化反應(yīng)的關(guān)鍵。現(xiàn)有的釜式反應(yīng)模型存在著氣體分布不均、空氣利用率低、容易起泡反應(yīng)時間長、反應(yīng)不徹底、產(chǎn)品對原料和堿的吸附包裹大導(dǎo)致洗滌損失大、氧化稀堿液的濃度只能達(dá)到12%左右，要濃縮成固堿需要消耗大量的熱量和配置處理量大的蒸發(fā)設(shè)備，提高堿的濃度會導(dǎo)致反應(yīng)更不完全、產(chǎn)品收率和純度更差，要解決靛藍(lán)氧化工藝上述的工程問題，必須考慮新型的高效的傳質(zhì)設(shè)備，我們已經(jīng)成功的開發(fā)出了高效、節(jié)能塔式環(huán)流反應(yīng)器(專利號200810173635. 6)，這一反應(yīng)器無論是在間歇式反應(yīng)還是在連續(xù)化反應(yīng)中都體現(xiàn)出很好的效果，這種宏觀的高效傳質(zhì)塔設(shè)備與微觀上強(qiáng)化分子間分散相結(jié)合的反應(yīng)器是本發(fā)明的最大亮點(diǎn)。在一種雙甘膦空氣氧化制備草甘膦的新工藝(專利號200610086498. 3)及微細(xì)碳酸鈣制備新工藝(專利號200710098833.6)中已取得很好的效果，這種新型塔式環(huán)流式反應(yīng)器具有高效、節(jié)能可以有效改善傳質(zhì)傳熱效果，特別適合于氣液固三相體系，反應(yīng)氣體經(jīng)過氣體分布器的初次分布可以很好的與液體物料接觸，大大提高了物料的有效接觸面積，氣體導(dǎo)入所產(chǎn)生的比重差，可以帶動整個料液在反應(yīng)器內(nèi)快速環(huán)流。超聲的引入進(jìn)一步強(qiáng)化了氣體、固體的分散可以有效防止聚并，有助于空氣向靛藍(lán)中吸附物料擴(kuò)散，也有利于吸附在靛藍(lán)中的可溶性3-吲哚酚鹽溶出，提高相間的傳質(zhì)傳熱。新型塔式反應(yīng)設(shè)備可以更好的實(shí)現(xiàn)氣液接觸和物料的強(qiáng)烈湍動，很好的解決現(xiàn)有工藝中存在的技術(shù)難題。它比固定床、流化床和鼓泡塔等反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱效率高、易于放大、動力消耗少。將高效反應(yīng)器應(yīng)用于氧化生產(chǎn)靛藍(lán)，結(jié)合靛藍(lán)的工藝特點(diǎn)，開發(fā)在新裝備中的靛藍(lán)合成技術(shù)，可能是有效解決現(xiàn)有釜式氧化工藝技術(shù)中各種問題的有效方法。本發(fā)明正是基于這一工作基礎(chǔ)與思路，我們開發(fā)了靛藍(lán)合成新技術(shù)，詳細(xì)情況如下

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用聲波發(fā)生器和環(huán)流反應(yīng)器的有效組合形成的高效反應(yīng)裝置將空氣或含氧氣體與3-吲哚酚鹽氧化生產(chǎn)靛藍(lán)的方法。具體的說，本發(fā)明的制備方法其主要步驟是3-吲哚酚鹽和水的混合溶液在一定溫度下在超聲波作用下反應(yīng)，利用觀察滲圈顏色和化分分析靛濾的方法跟蹤3-吲哚酚鹽的氧化情況，待濾紙滲圈外側(cè)顏色無色透明時，停止氧化，取樣進(jìn)行靛濾的分析，分析達(dá)標(biāo)后，對反應(yīng)物料進(jìn)行過濾，分離出產(chǎn)品靛藍(lán)。本發(fā)明是一種用空氣或者含氧氣體直接氧化3-吲哚酚鹽制備靛藍(lán)的方法，特征是以超聲波和環(huán)流塔式反應(yīng)器聯(lián)合氧化3-吲哚酚鹽制備靛藍(lán)。本發(fā)明裝備超聲波發(fā)生器的環(huán)流塔式反應(yīng)器的是指具有液體循環(huán)特征的內(nèi)置氣體分布器、導(dǎo)流筒、超聲波發(fā)生器和外掛冷凝器的塔式反應(yīng)器。本發(fā)明中反應(yīng)器的外循環(huán)可為主動循環(huán)和被動循環(huán)，優(yōu)選主動循環(huán)，即使用泵強(qiáng)制循環(huán)。主動循環(huán)有利于利用外置換熱器進(jìn)行換熱，還有利于液體循環(huán)，加強(qiáng)了液體傳質(zhì)和傳熱。詳見附圖
I?！し磻?yīng)中使用的超聲波為任何能引發(fā)超聲波的設(shè)備所引發(fā)，超聲波通過固液介質(zhì)傳遞到反應(yīng)體系，其一般頻率大于15KHZ。該新型塔式反應(yīng)器可以適合很寬堿濃度范圍的物料，生產(chǎn)試驗(yàn)表明在傳統(tǒng)的反應(yīng)堿濃度提高3倍的情況下，產(chǎn)品的收率、品質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于傳統(tǒng)工藝水平，反應(yīng)效率提高，可以降低氧化所需的時間和溫度，氧化生成靛藍(lán)后的堿濃度可以達(dá)到40 %左右，可以減少堿水濃縮過程中蒸汽消耗2/3以上。具體的工藝條件如下水或者堿水的加入量為3-吲哚酚鹽重量的4倍左右，反應(yīng)物料中的堿濃度最高可以達(dá)到60%，優(yōu)選為30% -50% ;氧化過程中的溫度為40 90°C，靛藍(lán)氧化過程中的度為40 90°C，優(yōu)選為55 65°C，也可使前期反應(yīng)溫度60 65°C，后期溫度為55 60°C ;氧化時間為40 250min，氧化壓力為O
I.OMp，優(yōu)選為O O. 5Mp。本發(fā)明中的氧化反應(yīng)方式可以為連續(xù)也可為間歇式反應(yīng)。說明書附圖附圖I為裝備超聲波發(fā)生器的環(huán)流塔式反應(yīng)器圖，它包括塔體I、導(dǎo)流桶2、換熱器
3、氣體分布器4和超聲波發(fā)生器5等部件，塔體上設(shè)有出料口 6，進(jìn)氣口 7、放空口 8和進(jìn)料
Π 9。
具體實(shí)施例方式對照實(shí)驗(yàn)將2T堿熔物料放入加有8m3自來水做底水的氧化罐中溶解后(堿濃度為10%，溫度為71. 6°C )，向氧化罐中通入空氣，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為68 70°C，反應(yīng)120min后，到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為4. 3g/L，碳酸根含量為15. 36g/L，堿度為21%，靛藍(lán)烘干后含量為95. 5%，水分為O. 42%，鐵離子為88ppm。實(shí)施例I本實(shí)驗(yàn)所使用的超聲波發(fā)生器頻率為25KHz，功率為100W。將200g堿熔物加入到800g水中溶解后(溫度為71. 6V ) ’將物料轉(zhuǎn)移到氣升式反應(yīng)器中，開超聲，向反應(yīng)器中通入空氣，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為68 72°C，反應(yīng)3小時，到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為3. Og/L,碳酸根含量為13. 2g/L，堿度為15%，靛藍(lán)烘干后含量為95. 6%，水分為O. 40%，鐵離子為86ppm。實(shí)施例2本實(shí)驗(yàn)所使用的超聲波發(fā)生器頻率為25KHz，功率為100W。將200g堿熔物加入到800g實(shí)驗(yàn)一的堿水(堿濃度為15% )中溶解后(堿濃度為25%,溫度為75. 6°C )，將物料轉(zhuǎn)移到氣升式反應(yīng)器中，開超聲，向反應(yīng)器中通入空氣，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為68 72°C，壓力為O. 15Mp，反應(yīng)5小時，到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為5. 4g/L，碳酸根含量為21. 3g/L，堿度為36%，靛藍(lán)烘干后含量為95. 1%,水分為O. 38%,鐵尚子為114ppm。實(shí)施例3本實(shí)驗(yàn)所使用的超聲波發(fā)生器頻率為25KHz，功率為100W。 將400g堿熔物加入到800g水中溶解后(堿濃度為25%，溫度為80.6°C )，將物料轉(zhuǎn)移到氣升式反應(yīng)器中，開超聲，向反應(yīng)器中通入空氣，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為68 72V，壓力為O. 15Mp，反應(yīng)6小時，到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為4. 8g/L，碳酸根含量為18. 2g/L，堿度為38%，靛藍(lán)烘干后含量為95. 3%，水分為O. 42%,鐵離子為109ppm。實(shí)施例4本實(shí)驗(yàn)所使用的超聲波發(fā)生器頻率為25KHz，功率為100W。將2T堿熔物料放入加有8m3自來水做底水的氧化罐中溶解后(堿濃度為15%，溫度為70. 6°C )，將物料泵送至氣升式回流氧化塔中，開超聲，向反應(yīng)器中通入空氣，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為68 70°C，壓力為O. 2Mp，反應(yīng)IlOmin后，到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為4. 6g/L，碳酸根含量為14. 76g/L，堿度為24%，靛藍(lán)烘干后含量為96. 0%,水分為O. 40%,鐵尚子為檢出。實(shí)施例5本實(shí)驗(yàn)所使用的超聲波發(fā)生器頻率為25KHz，功率為100W。將2T堿熔物料放入加有8m3堿水(堿濃度為15% )做底水的氧化罐中溶解后(堿濃度為25%,溫度為84. 1°C )，將物料泵送至氣升式回流氧化塔中，開超聲，向反應(yīng)器中通入空氣，反應(yīng)前I小時保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為60 65°C，壓力為O. 15Mp，反應(yīng)I小時后，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為55 60°C，壓力為O. 15Mp，30min后到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為6. 8g/L，碳酸根含量為20. 38g/L，堿度為32%，靛藍(lán)烘干后含量為96. 58%，水分為O. 60%，鐵離子為79ppm。實(shí)施例6本實(shí)驗(yàn)所使用的超聲波發(fā)生器頻率為25KHz，功率為100W。將2T堿熔物料放入加有8m3堿水(堿濃度為32% )做底水的氧化罐中溶解后(堿濃度為45%，溫度為94. 1°C )，將物料泵送至氣升式回流氧化塔中，開超聲，向反應(yīng)器中通入空氣，反應(yīng)前I小時保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為60 65°C，壓力為O. 25Mp，反應(yīng)I小時后，保持反應(yīng)器內(nèi)物料溫度為55 60°C，壓力為O. 15Mp，30min后到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)，將反應(yīng)物料過濾、洗滌后，得到靛藍(lán)產(chǎn)品。濾液中靛濾值為7. 5g/L，碳酸根含量為27. 84g/L，堿度為50%，靛藍(lán)烘干后含量為95. 56 %，水分為O. 90 %，鐵離子為114ppm，粒徑為O. 43 μ m。
權(quán)利要求
1.一種在新型高效超聲波環(huán)流式反應(yīng)器中利用空氣或者含氧氣體將3-吲哚酚鹽直接氧化成靛藍(lán)的方法，其特征是利用高效環(huán)流式反應(yīng)器，在一定的物料濃度、溫度、壓力和時間條件下，利用空氣或者含氧氣體將3-吲哚酚鹽直接氧化成靛藍(lán)，氧化反應(yīng)方式可以為連續(xù)也可為間歇式反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，反應(yīng)器為內(nèi)置超聲發(fā)生器的釜式反應(yīng)器、具有循環(huán)特征的外置式超聲發(fā)生器的管式或者塔式反應(yīng)器、具有循環(huán)特征的內(nèi)置或者外置式超聲反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，超聲可以外置也可內(nèi)置，可以根據(jù)情況少用或不用。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，布?xì)夥绞娇梢允窃趯?dǎo)流筒內(nèi)布?xì)馐狗磻?yīng)物料從中心向筒外環(huán)流，也可在導(dǎo)流筒外布?xì)馐狗磻?yīng)物料從筒外向?qū)Я魍矁?nèi)循環(huán)，也可兩種方式交替米用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，反應(yīng)體系加水或者堿水量可以根據(jù)需要調(diào)整，最小量可以為現(xiàn)有工藝的1/4，反應(yīng)物料中的堿濃度最高可以達(dá)到為60%，物料濃度最高可以達(dá)到10%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，靛藍(lán)氧化過程中的溫度為40 90°C，也可使前期反應(yīng)溫度60 65°C，后期溫度為55 60°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，氧化過程中壓力為O I.OMp。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，反應(yīng)方式為連續(xù)或者間歇式反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在新型高效超聲波環(huán)流式反應(yīng)器中利用空氣或者含氧氣體將3-吲哚酚鹽直接氧化成靛藍(lán)新的技術(shù)。本發(fā)明是新的技術(shù)與裝備的結(jié)合，可以將現(xiàn)有氧化物料的濃度大幅提高，更好的保證反應(yīng)的收率和純度，具有顯著的節(jié)能降耗效果，可以實(shí)現(xiàn)靛藍(lán)生產(chǎn)的大型化、連續(xù)化和自動化。
文檔編號C09B7/02GK102924957SQ20111022683
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者尹應(yīng)武, 張正西, 喻宏貴, 吳德生, 欒敏紅, 賴永華, 朱建, 董澤高 申請人:江蘇泰豐化工有限公司, 廈門大學(xué), 北京紫光英力化工技術(shù)有限公司