一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝的制作方法
【專利摘要】本發明一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，屬于環氧氯丙烷【技術領域】。將二氯丙醇與堿溶液在連續管式反應器中快速反應，然后進入薄膜蒸發裝置，得到環氧氯丙烷和水的共沸物，最后油水分離得到環氧氯丙烷。連續管式反應器具有良好的混合效果和傳熱效果，可精確控制停留時間。薄膜蒸發的蒸發強度高，可加快環氧氯丙烷與水的共沸物的分離，產物生成后在系統內滯留時間短；蒸發器內部真空度低，降低了產物與水的共沸點，使得分離過程的溫度較低，減少了副反應。由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝與傳統工藝相比，具有工藝流程短，物料停留時間短，分離速率快，裝置效率高，能耗低及廢水排放少的優點。
【專利說明】一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于環氧氯丙烷【技術領域】，特別涉及由連續管式反應器與薄膜蒸發裝置耦合制備環氧氯丙烷的方法。技術背景
[0002]環氧氯丙烷是一種重要的有機化工中間體和精細化學品，用途非常廣泛，主要用于生產環氧樹脂、氯醇橡膠、表面活性劑、甘油縮水衍生物和阻燃材料等，全球的生產能力已經超過220萬t/a。
[0003]目前環氧氯丙烷的主要生產方法按不同的工藝路線分為丙烯高溫氯化法、醋酸丙烯酯法和甘油法三種，第一種方法生產的環氧氯丙烷占到環氧氯丙烷總產量的90%。無論采用哪一種生產工藝路線，環氧氯丙烷的生產均可分為兩個步驟:①由各種不同的起始原料合成二氯丙醇由二氯丙醇經環氧化反應生產環氧氯丙烷。工業生產中，由二氯丙醇合成環氧氯丙烷的工藝過程均是在塔式反應裝備中進行的，如圖1所示。過程中反應和精餾同時在塔內進行，產物環氧氯丙烷由水蒸氣帶出塔頂。該方法可連續化生產，生產效率較高，生產負荷較大。該方法的不足之處在于，塔式反應裝備的連續化關聯操作參數較多，過程控制較復雜，反應裝備實現穩定平衡運行的周期較長，操作彈性相對較小。并且，由于環氧化反應塔內溫度較高，產物環氧氯丙烷在環氧化塔內停留時間難以精確控制，部分物料因在反應系統中返混而導致停留時間延長，使環氧氯丙烷在塔內易發生水解副反應，降低了產品收率并增大了廢水中的污染物含量。此外，該工藝需在生產過程中消耗大量水蒸氣，能耗很高，并產生了較多的含鹽廢水。因此，研究二氯丙醇合成環氧氯丙烷的新型連續化反應工藝技術，減少過程關聯控制參數量，簡化工藝操作和過程控制，提高過程操作彈性和裝備效率，提高產品收率，降低能耗，具有顯著的現實意義和應用前景。
[0004]鑒于傳統環氧氯丙烷塔式反應工藝存在的諸多不足之處，許多環氧氯丙烷生產廠家對環氧化反應工藝進行了改進，包括改變操作壓力，適當降低環氧化塔溫度，調節蒸汽倍率，改變原料的摩爾配比等。這些改進在一定程度上提高了環氧氯丙烷的收率，降低了生產成本，但是生產過程中仍不可避免地需要消耗大量水蒸氣，排放較多廢水，產物也易在塔內長時間停留而發生副反應。
[0005]專利CN101712661公開了一種利用反應蒸餾柱制備環氧氯丙烷的方法，氫氧化鈣乳液和二氯丙醇異構體混合液在反應蒸餾柱內生成環氧氯丙烷，依靠水蒸氣加熱。該工藝流程短，易于操作和控制，廢水中的污染物含量低。但是該過程需消耗大量水蒸氣，能耗高，廢水量大，且裝置容易結垢。
[0006]專利CN102603580公開了一種利用微反應器制備環氧氯丙烷的方法，氫氧化鈉溶液和二氯丙醇溶液先在微反應器內快速混合，隨后反應料液在延遲管停留一段時間熟化，最后進入精餾塔分離得到環氧氯丙烷。該方法停留時間短，轉化率高。但是分離過程能耗大，產品在分離裝置中停留時間長，易分解。
[0007]專利CN101003523公布了一種利用固體超強堿作為催化劑生產環氧氯丙烷的方法，該方法為間歇反應，在反應器中分別加入固體超強堿和二氯丙醇，反應溫度為7(T90°C，反應時間為:T5h，過濾得到產物。該方法條件溫和，三廢排放少，收率較高。但是反應時間長達幾個小時，生產效率過低。
[0008]專利W02008101866公開了一種分離環氧氯丙烷與環氧化鹽水相的方法，利用環氧氯丙烷難溶于水以及油相和水相存在明顯密度差的特點，水相和油相分層后分離得到環氧氯丙烷粗品。該方法產生的廢水少，能耗低。但是分離的效率不高，不適合連續化生產。
[0009]專利CN101293882公開了一種環氧氯丙烷的分離方法，通過將萃取劑與含有環氧氯丙烷的溶液混合，萃取得到富含環氧氯丙烷的液相，蒸餾得到環氧氯丙烷。該分離方法能耗低，廢水排放少。但是需要消耗大量的溶劑，增加了分離過程的成本。
[0010]薄膜蒸發是指使液體形成薄膜而進行蒸發分離的一種過程技術。蒸發過程中混合液沿內壁自上而下流動，在蒸發面上形成一層薄液膜，易揮發組分與混合物料逆向流動，蒸汽從液相中逸出的速度極快，離開蒸發器后進入冷凝器中。薄膜蒸發具有很高的汽化面積，蒸發速率遠遠大于普通蒸發裝置，物料在蒸發器內停留時間很短。薄膜蒸發適宜處理熱敏性物料，已被廣泛應用 于化工、醫藥、染料、食品、輕工、高分子材料生產以及工業廢液處理等生產操作中。
[0011 ] 與上述工藝技術不同的是，本發明提供了一種由連續管道式反應器與薄膜蒸發耦合制備環氧氯丙烷的工藝，可克服現有技術存在的種種缺陷。迄今為止，尚未見與本發明類似的利用連續管式反應 器與 薄膜蒸發耦合制備環氧氯丙烷的研究報道。
[0012]
【發明內容】
[0013]本發明針對現有工藝的不足，發明了一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，二氯丙醇與堿進行環氧化主反應
【權利要求】
1.一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于按照下述步驟進行:在一定的工藝條件下，將高濃度的二氯丙醇和堿溶液按配比輸入連續管式反應器，兩者在連續管式反應器內快速混合并進行反應；然后物料進入薄膜蒸發裝置，分離出環氧氯丙烷和水的共沸物；最后油水分離得到環氧氯丙烷。
2.根據權利要求1所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于其中所述反應原料堿和二氯丙醇的摩爾比范圍為(1.(Tl.2):1, 其中所述堿原料為NaOH、KOH或Ca (OH) 2，所述堿為對應固體堿的水溶液，堿溶液的濃度范圍為I %~50% (wt.)； 其中所述環氧化反應的溫度為20-100?，停留時間為f300s。
3.根據權利要求2所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于其中所述反應原料堿和二氯丙醇的摩爾比范圍為(1.04-1.08):1 ; 其中所述堿原料為NaOH ;所述堿為對應固體堿的水溶液，堿溶液的濃度范圍為20-25%(wt)； 其中所述環氧化反應的溫度為40-50°C ;停留時間為5~30s。
4.根據權利要求1所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于所述的連續管式反應器內的環氧化反應，反應溫度可以是恒定的，也可以在不同的反應階段選用不同的溫度，溫度范圍為20-l00°C，優選4(T60°C。
5.根據權利要求1所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于反應分離耦合過程中所述的連續管式反應器為盤管式反應器，U形管式反應器，水平管式反應器和立管式反應器，或者是上述不同形成的組合體。
6.根據權利要求1所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于反應分離耦合過程中所述的連續管式反應器，其通道截面結構為圓形或矩形，管道式反應器的特征尺寸需滿足:特征換熱面積，單位反應區體積所享有的換熱面積)≥200 m2/m3;對于截面為圓形的管式反應裝備，其反應通道的直徑需≤IOmm ;對于截面為矩形的管式反應裝備，可通過截面矩形a、b、c三維參數的比例調整，使通道扁平化，以獲得更大的特征換熱面積S/V值。
7.根據權利要求1所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于分離耦合過程中所述的連續管式反應器，其材質為不銹鋼、銅、鈦、鈦合金、銀、聚四氟乙烯等材質，以及內部襯有非金屬防腐薄層的上述金屬材料的反應管道。
8.根據權利要求1所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于反應分離耦合過程中，反應物料從反應器出口到進入薄膜蒸發裝置，控制時間范圍為f600s， 所述的薄膜蒸發裝置為降膜式薄膜蒸發器、刮膜式薄膜蒸發器、離心式薄膜蒸發器、旋轉薄膜蒸發器或分子蒸餾器； 所述的薄膜蒸發裝置，控制液體在蒸發面停留時間范圍為f500s，液體分布器轉速范圍為 10r/min~1000 r/min, 所述的薄膜蒸發裝置，工作溫度范圍為2(Tl00°C ;工作壓力范圍為Imbar~1000mbar。
9.根據權利要求8所述的一種由二氯丙醇連續制備環氧氯丙烷的反應分離耦合工藝，其特征在于反應分離耦合過程中，反應物料從反應器出口到進入薄膜蒸發裝置，控制時間范圍為5~20s ； 所述的薄膜蒸發裝置，控制液體在蒸發面停留時間范圍為l(T200s ;液體分布器轉速范圍為 100~300r/min ； 所述的薄膜蒸發裝置，工作溫度范圍為2(Tl00°C，工作壓力范圍為5(T300mbar。
【文檔編號】C07D303/08GK103539763SQ201310466048
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】嚴生虎, 何向前, 張躍, 沈介發, 劉建武 申請人:常州大學