一種動(dòng)態(tài)自清理反應(yīng)器及其用于制備異氰酸酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備異氰酸酯的反應(yīng)器，具體涉及一種動(dòng)態(tài)自清理反應(yīng)器，還涉及使用該反應(yīng)器制備異氰酸酯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣相光氣化法來制備異氰酸酯在20世紀(jì)40年代就有報(bào)道，氣相反應(yīng)過程常常在管式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，其具有反應(yīng)速率快，光氣滯留量低的特點(diǎn)，但若混合不當(dāng)，如混合緩慢時(shí)，則生成較多的聚合副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)掛壁結(jié)焦、結(jié)塊，最終堵塞反應(yīng)器，特別是物料在第一接觸點(diǎn)處更易產(chǎn)生結(jié)焦物，進(jìn)而導(dǎo)致混合流場(chǎng)的逐步惡化，縮短了反應(yīng)器的運(yùn)行周期。因此一方面需要高溫反應(yīng)過程加強(qiáng)混合，縮短停留時(shí)間；另一方面，采用高混合效率的反應(yīng)器，以避免在反應(yīng)器內(nèi)生成固體物質(zhì)，第三方面，要有效的除去不可避免的反應(yīng)沉積物，延長(zhǎng)反應(yīng)器運(yùn)行周期。
[0003]歐洲專利EP0289840A采用了一種不帶可動(dòng)部件的圓筒形反應(yīng)器，使反應(yīng)物流在湍流狀態(tài)下反應(yīng)。由于脂肪族胺的氣相光氣化過程是一極快速反應(yīng)過程，屬于混合速度控制的反應(yīng)過程。常常由于返混，造成異氰酸酯與胺反應(yīng)，從而形成固體污染反應(yīng)器，并導(dǎo)致氣路堵塞。
[0004]歐洲專利EP0593334A描述了一種在氣相中制備芳香族異氰酸酯的方法，該方法所采用的管式反應(yīng)器中不包括任何動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，僅僅利用收縮反應(yīng)器壁增加擾動(dòng)，與使用標(biāo)準(zhǔn)混合元件所獲得的混合效果相比，其混合效果較差，而這種不良混合將導(dǎo)致形成不希望的固體產(chǎn)物。
[0005]歐洲專利EP0699657A描述了一種在氣相中制備芳香族異氰酸酯的方法，芳香族二胺與光氣的反應(yīng)在混合反應(yīng)器中進(jìn)行，該反應(yīng)器分為兩個(gè)區(qū)域，內(nèi)區(qū)域?yàn)槎泛凸鈿饣旌系幕旌蠀^(qū)域，占總反應(yīng)器體積的20?80% ;外區(qū)域?yàn)榻咏钊餍问降姆磻?yīng)區(qū)域，占總反應(yīng)體積的80?20%。然而，由于至少20%的反應(yīng)體積不會(huì)出現(xiàn)理想的返混，因此導(dǎo)致不均勻的停留時(shí)間分布，形成不希望的固體產(chǎn)物。
[0006]歐洲專利EP1362847A描述了一種在氣相中制備異氰酸酯的方法，在該方法中，通過與流動(dòng)相關(guān)的措施如在反應(yīng)器中加入均化元件以及確定氣相離析物的中心，提高管式反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)特性，從而避免反應(yīng)器中沉積物和導(dǎo)致反應(yīng)器壽命縮短的聚合的次級(jí)產(chǎn)物的形成。
[0007]美國(guó)專利US4847408A采用湍流占主導(dǎo)地位的反應(yīng)器來加強(qiáng)混合，使反應(yīng)物流在強(qiáng)湍流狀態(tài)下反應(yīng)，其內(nèi)徑為2.5_，長(zhǎng)度為17.5_，胺蒸氣通過噴嘴高速的噴入到反應(yīng)器內(nèi)，在400°C的高溫下制備得到了 HDI。CN1396152A將US4847408A中簡(jiǎn)單的圓筒形反應(yīng)器改善為類似文丘里型混合器，這種設(shè)計(jì)可以減少反應(yīng)區(qū)與器壁的接觸和返混。
[0008]中國(guó)專利申請(qǐng)CN1651406A公開了一種無可運(yùn)動(dòng)部件的管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有管狀反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)軸方向上沿著中心延伸的夾壁導(dǎo)管，在夾壁導(dǎo)管的內(nèi)壁和外壁之間形成的同心環(huán)狀間隙，以此形式使加熱到200?600°的胺和光氣快速反應(yīng)。該方法是將胺進(jìn)料管在直管進(jìn)料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，一定程度上增加了胺的擴(kuò)散通道，提高了混合效果，但該混合器同樣也存在固體物質(zhì)在內(nèi)部結(jié)塊的問題。
[0009]氣相光氣化制備異氰酸酯的過程是一快速反應(yīng)過程，即使在極快的混合速率下，也無法避免副產(chǎn)物脲等高聚物的形成，因此需要尋找一種能使反應(yīng)物高效快速混合且可以有效除去反應(yīng)沉積物的反應(yīng)器以及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，提供一種動(dòng)態(tài)自清理反應(yīng)器，其可增加渦流及湍動(dòng)效果，顯著改善反應(yīng)物的混合效果，同時(shí)有效的除去反應(yīng)過程中不可避免的沉積物，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物的高效快速混合并達(dá)到延長(zhǎng)反應(yīng)器運(yùn)行周期的目的。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種采用所述動(dòng)態(tài)自清理反應(yīng)器制備異氰酸酯的方法。
[0012]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0013]—種動(dòng)態(tài)自清理反應(yīng)器，其包括:殼體1、輔進(jìn)料口 N3、刮片2、支撐軸5、混合器、反應(yīng)區(qū)域3，所述混合器由內(nèi)進(jìn)料管NI和位于內(nèi)進(jìn)料管NI外圍且與內(nèi)進(jìn)料管NI同軸的外進(jìn)料管N2構(gòu)成，內(nèi)進(jìn)料管NI與外進(jìn)料管N2之間形成環(huán)形空間4，支撐軸5 —端固定在殼體內(nèi)壁上，另一端與刮片2軸連接，所述刮片2位于殼體I內(nèi)且以支撐軸5為軸旋轉(zhuǎn)清理內(nèi)進(jìn)料管NI出口、外進(jìn)料管N2的出口和反應(yīng)區(qū)域3的側(cè)壁6，輔進(jìn)料口 N3位于反應(yīng)區(qū)域3的側(cè)壁6上。
[0014]本發(fā)明所述內(nèi)進(jìn)料管NI和外進(jìn)料管N2的出口位于同一水平面上，該水平面位于輔進(jìn)料口 N3的最高點(diǎn)所在的水平面和最低點(diǎn)所在的水平面限定的區(qū)域之間。
[0015]本發(fā)明所述的內(nèi)進(jìn)料管N1、外進(jìn)料管N2、輔進(jìn)料口 N3的出口物料進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域3。反應(yīng)物料由反應(yīng)器的殼體I出口 N4排出反應(yīng)器。
[0016]本發(fā)明所述反應(yīng)器設(shè)有2?12組混合器，優(yōu)選3?8組，更優(yōu)選4?6組。
[0017]本發(fā)明的每組混合器的軸線與反應(yīng)器的軸線平行，每組混合器軸線與反應(yīng)器的軸線的距離分別為0.2r?0.8r，優(yōu)選0.4r?0.7r。
[0018]本發(fā)明所述r為反應(yīng)區(qū)域3的半徑。
[0019]優(yōu)選的，每組混合器的軸線與反應(yīng)器的軸線的距離相等；更優(yōu)選每組混合器軸線均勾分布在與反應(yīng)器同軸的虛擬圓8上，虛擬圓8的半徑為0.2r?0.8r,優(yōu)選0.4r?0.7r0
[0020]本發(fā)明所述輔進(jìn)料口 N3的個(gè)數(shù)為2?12，優(yōu)選3?8，更優(yōu)選4_6。
[0021]本發(fā)明所述輔進(jìn)料口 N3優(yōu)選均勻分布在反應(yīng)區(qū)域3的側(cè)壁6上，各個(gè)輔進(jìn)料口N3的軸線位于同一水平面內(nèi)，所述的輔進(jìn)料口 N3的軸線跟反應(yīng)器軸線的距離L為0.1r?
0.9r，優(yōu)選 0.2r ?0.1r,更優(yōu)選 0.3r ?0.5r。
[0022]本發(fā)明所述刮片2具有2?12個(gè)刮刀，優(yōu)選具有3?8個(gè)，更優(yōu)選4?6個(gè)。
[0023]所述每個(gè)刮刀包括徑向刮刀、軸向刮刀。
[0024]所述刮片2以支撐軸5為軸旋轉(zhuǎn)，徑向刮刀貼近內(nèi)進(jìn)料管NI和外進(jìn)料管N2的出口，除去出口的沉積物；軸向刮刀貼近反應(yīng)區(qū)域3的側(cè)壁6，清理側(cè)壁6的沉積物。
[0025]所述徑向刮刀和軸向刮刀分別與內(nèi)進(jìn)料管NI出口、外進(jìn)料管N2出口、反應(yīng)區(qū)域3的內(nèi)壁貼近的部位較為尖銳，能夠起到刮除沉積物的作用。
[0026]優(yōu)選的徑向刮刀的橫截面為四邊形，所述四邊形的角α為20。?90°，優(yōu)選30°?70°，更優(yōu)選40°?50°，所述的角α與內(nèi)進(jìn)料管NI出口、外進(jìn)料管Ν2出口貼近，底邊LI的長(zhǎng)度與刮刀的厚度W的比例為2?8:1，優(yōu)選3?5:1，使徑向刮刀形成類似刀刃的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與內(nèi)進(jìn)料管NI出口、外進(jìn)料管Ν2的出口接觸，用于除去沉積物。
[0027]本發(fā)明所述徑向刮刀的橫截面進(jìn)一步優(yōu)選為直角梯形，直角梯形的角α為20°?90°，優(yōu)選30°?70°，更優(yōu)選40°?50°，底邊LI的長(zhǎng)度與刮刀的厚度W的比例為2?8:1，優(yōu)選3?5:1。
[0028]優(yōu)選的軸向刮刀的橫截面為四邊形，所述四邊形的角β為20。?90°，優(yōu)選30°?70°，更優(yōu)選40°?50°，所述的角β與反應(yīng)區(qū)域3的內(nèi)壁貼近，底邊L3的長(zhǎng)度與刮刀的厚度W的比例為2?8:1，優(yōu)選3?5:1，使軸向刮刀形成類似刀刃的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與反應(yīng)區(qū)域3的側(cè)壁6接觸，用于除去沉積物。
[0029]本發(fā)明所述軸向刮刀的橫截面進(jìn)一步優(yōu)選為直角梯形，直角梯形的角β為20°?90°，優(yōu)選30°?70°，更優(yōu)選40°?50°，底邊L3的長(zhǎng)度與刮刀的厚度W的比例為2?8:1，優(yōu)選3?5:1。
[0030]所述徑向刮刀的長(zhǎng)度L2為0.3r?1.0r，優(yōu)選0.4r?0.9r。
[0031]所述徑向刮刀的長(zhǎng)度L2大于等于混合器外緣所在的虛擬圓7半徑，小于等于反應(yīng)區(qū)域3的半徑，從而能夠去除內(nèi)進(jìn)料管NI出口和外進(jìn)料管N2出口的沉積物。
[0032]所述軸向刮刀的高度H為0.2r?1.5r，優(yōu)選0.4r?1.0r。軸向刮刀的高度要滿足軸向刮刀延伸至反應(yīng)區(qū)域3的側(cè)壁6，起到清理側(cè)壁6的沉積物的作用。
[0033]所述徑向刮刀與軸向刮刀之間可以通過任意方式連接，優(yōu)選，通過斜向刮刀連接，此時(shí)，斜向刮刀的橫截面與徑向刮刀的橫截面相同或不同，優(yōu)選相同。
[0034]所述支撐軸5與反應(yīng)器同軸設(shè)置，設(shè)置在