石油化工990410石油化工資源系統(tǒng) PETROCHEMICAL TECHNOLOGY數(shù)字化期刊 WANFANG DATA(CHINAINFO)1999年第8卷第4期Vol.28no.4 DIGITIZED PERIODICAL1999用管式反應(yīng)器生產(chǎn)乙二醇苯醚范存良楊忠保單根林奚軍摘要采用帶夾套的靜態(tài)混合器作為苯酚加成環(huán)氧乙烷的管式反應(yīng)器,在無(wú)機(jī)堿或有機(jī)堿的作用下連續(xù)生產(chǎn)乙二醇苯醚。所得產(chǎn)品為無(wú)色透明液體,主組份質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于97%,無(wú)需精制就可使用,極大地降低了成本。36Ma的反應(yīng)壓力使環(huán)氧乙烷處于液相中反應(yīng),靜態(tài)混合器的使用解決了反應(yīng)過(guò)程中物料的混合與反應(yīng)熱的傳遞的問(wèn)題。關(guān)鍵詞靜態(tài)混合器環(huán)氧乙烷苯酚乙醇苯醚 The Development of Continuous Production Process of Ethylene Glycol Monophenyl Ether FAN Cun-liang, YANG Zhong-bao, SHAN Gen-lin and XIJun(Institute of Chemical Research of Shanghai Petrochemical Company Ltd., Shanghai200540) Abstract A jacketed static mixer is used for the continuous production of ethylene glycol monophenyl ether. Under the effect of catalyst which is inorganic alkali or organic alkali a colorless transparent liquid product is obtained where the content of the main constituent is upto97%. No further refining is necessary.ths, the production cost can be reduced to agreat extent; meanwhile, the process solves the transmission problem of mass and heat. Keywords: static mixer, ethylene oxide, phenol, ethylene glycol monophenyl ether乙二醇苯醚是苯酚和環(huán)氧乙烷的加成產(chǎn)物外觀為無(wú)色或淡黃色帶芳香氣味的透明液體。其應(yīng)用領(lǐng)域較廣。在洗滌劑中是一種優(yōu)良的滲透劑兼殺菌劑;在化妝品中是一種柔性殺菌劑,對(duì)皮膚的刺激性很小而對(duì)一些特殊菌種有特別的防止效果;在水性涂料中可作效果極佳的成膜助劑;添加到圓珠筆油墨中,可改善圓珠筆冒油、漏油、凝結(jié)、塞筆等不良情況。乙二醇苯醚的工業(yè)生產(chǎn)一般用釜式反應(yīng)器。產(chǎn)品的色澤深,副產(chǎn)物較多,需精制后方可正常使用。產(chǎn)品的成本很高。為此,應(yīng)用推廣受到很大限制。為此我們采用靜態(tài)混合器作為反應(yīng)器,開(kāi)發(fā)了連續(xù)化生產(chǎn)工藝[12],所得產(chǎn)品無(wú)色透明,主組份質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)98%,無(wú)需后處理就可直接使用,極大地降低了成本,受到廣大用戶的好評(píng)。石油化工9904101試驗(yàn)部分1.1加成原理[3]在堿性催化劑的作用下,由苯酚與環(huán)氧乙烷合成乙二醇苯醚:反應(yīng)生成的乙二醇苯醚,進(jìn)一步與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成主要副產(chǎn)物:此外,環(huán)氧乙烷自聚還可以生成乙二醇副產(chǎn)物。1.2原苯酚,工業(yè)級(jí);環(huán)氧乙烷,上海石化股份公司產(chǎn)品;氫氧化鉀,分析純。1.3試驗(yàn)裝置及流程起始劑和催化劑配好后加熱到一定溫度,經(jīng)計(jì)量泵與環(huán)氧乙烷混合后進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)壓力控制在3.6MPa,反應(yīng)起始溫度控制在200以下。反應(yīng)物料經(jīng)冷卻、中和后裝桶,即得成品。流程如圖1所示。測(cè)攪拌溫點(diǎn)冷卻水出口中劑配口料反應(yīng)器冷卻冷卻水進(jìn)口氮?dú)饪谠媳脤?dǎo)熱油釜↓8導(dǎo)熱油泵EO鋼瓶EO泵圖1反應(yīng)流程圖1.4分析方法產(chǎn)品中主組份含量測(cè)定:常規(guī)色譜分析;產(chǎn)品羥值測(cè)定:采用IS4326-乙酐分析法。2結(jié)果與討論2.1反應(yīng)器的選型苯酚和環(huán)氧乙烷的加成反應(yīng)是快速?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)。為了強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程,開(kāi)發(fā)連續(xù)合成的新技術(shù),及時(shí)導(dǎo)出反應(yīng)熱。我們選用上海威宇公司生產(chǎn)的帶夾套靜態(tài)混合器作為反應(yīng)器。靜態(tài)混合器良好的混合效果和高效的傳熱效率,很好地解決了反應(yīng)過(guò)程中兩石油化工990410股物料的充分混合和反應(yīng)熱的及時(shí)導(dǎo)出,而且采用管道作反應(yīng)器可以承受很高的反應(yīng)壓力,使得環(huán)氧乙烷和苯酚在液相中反應(yīng),反應(yīng)更加容易控制。2.2反應(yīng)器壓降和停留時(shí)間的測(cè)試3選用的靜態(tài)混合器,定型產(chǎn)品,其壓降為: Ap=2L 2 D式中,△p為壓力降,中為摩擦系數(shù),p為流體密度,w為流體線速度,L為混合器長(zhǎng)度,D為管道內(nèi)徑。在設(shè)定流量90kg/h下,物料(水、乙二醇)通過(guò)反應(yīng)器的壓降小于0.05MPa,不影響反應(yīng)及操作。在反應(yīng)器進(jìn)口處,以飽和食鹽水為示蹤劑,采用脈沖應(yīng)答法,用電導(dǎo)率儀測(cè)得出口處示蹤劑的應(yīng)答曲線。由此確定物料流過(guò)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布。測(cè)定結(jié)果表明:示蹤劑出峰時(shí)間幾乎都正好在物料的平均停留時(shí)間VV處,并且峰形屬于標(biāo)準(zhǔn)的脈沖訊號(hào),在它的前后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何痕跡的早出峰或拖尾現(xiàn)象。流體通過(guò)反應(yīng)器的停留時(shí)間可以作理想的活塞流處理。2.3反應(yīng)器的傳熱特性由于靜態(tài)混合器中混合元件的存在,管內(nèi)流體與管壁的碰撞加劇,有利于熱量的傳遞。為了解所選的靜態(tài)混合器的傳熱特性,研究了夾套和管內(nèi)冷熱流體對(duì)總傳熱系數(shù)的影響。研究時(shí)管內(nèi)介質(zhì)為水,夾套內(nèi)介質(zhì)為導(dǎo)熱油。用導(dǎo)熱油冷卻管內(nèi)熱水。熱量計(jì)算時(shí)以水為基準(zhǔn)。結(jié)果如圖2600500400日300u0.21m3/b200=0.17m3/h10000.10.20.3 u/m.s圖2管內(nèi)流速對(duì)傳熱系數(shù)的影響2.4反應(yīng)條件的變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響催化劑濃度及反應(yīng)區(qū)域的最高溫度對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。表1顯示的是反應(yīng)壓力為3.6MPa、反應(yīng)流量為0.130m3/h時(shí)反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。表1反應(yīng)條件變化對(duì)苯酚加成反應(yīng)的影響石油化工990410催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)反應(yīng)溫度產(chǎn)品色澤質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%/℃羥值/%主產(chǎn)物苯酚無(wú)機(jī)強(qiáng)堿0.5250黃色透明93<0.53900.3230黃色透明94<0.33950.2220淡黃透明94<0.23980.1220淡黃透明96<0.24000.6(有機(jī)堿)220無(wú)色透明98無(wú)403從表1可以看出,無(wú)機(jī)強(qiáng)堿作催化劑時(shí),若濃度過(guò)高,會(huì)引起反應(yīng)加快,溫度升高,不易控制。且由于局部高濃度的環(huán)氧乙烷的快速反應(yīng),造成副產(chǎn)物含量增加,產(chǎn)品中還有少量苯酚存在;濃度降低后,反應(yīng)比較平穩(wěn),局部最高溫度有所下降,副產(chǎn)物含量降低,苯酚含量也下降。而用有機(jī)堿作催化劑時(shí),由于催化劑活性比較低,反應(yīng)比較平穩(wěn),副產(chǎn)物含量更低,苯酚全部轉(zhuǎn)化,溫度控制容易,產(chǎn)品無(wú)需精制處理即可使用。由于采用連續(xù)管式反應(yīng)技術(shù),反應(yīng)器既要進(jìn)行反應(yīng)又要當(dāng)換熱器使用,使得反應(yīng)器沿其長(zhǎng)度必然存在一個(gè)溫度分布。由于物料在最高溫度點(diǎn)的停留時(shí)間很短,正常反應(yīng)時(shí)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響小于釜式反應(yīng)器內(nèi)溫度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。圖3是一個(gè)典型的溫度分布圖。3502501505026810反應(yīng)區(qū)域圖3反應(yīng)器內(nèi)溫度的變化3結(jié)論(1)本工藝將乙二醇苯醚的傳統(tǒng)釜式間歇反應(yīng)改為連續(xù)化生產(chǎn),極大地提高了反應(yīng)器的空時(shí)產(chǎn)率,環(huán)氧乙烷的空時(shí)產(chǎn)率可達(dá)1.67kg/(m3s),比傳統(tǒng)釜式高近20倍,并獲得了質(zhì)量穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。(2)本工藝采用靜態(tài)混合器作反應(yīng)器,使流體在反應(yīng)器中流動(dòng)可看作理想活塞流。帶夾套的混合器(具備良好的混合效果)解決了兩股物料的混合,并提供了較大的換熱面積,使反應(yīng)溫度的控制變得更加容易。較高的操作壓力使反應(yīng)物處于液相反應(yīng),反應(yīng)更加均勻完全。產(chǎn)品質(zhì)量更易控制,操作更加安全方便。石油化工990410(3)由于靜態(tài)混合器的引入,使傳統(tǒng)乙氧基化的間歇和半連續(xù)的操作變成連續(xù)化生產(chǎn)。同時(shí)也擴(kuò)展了靜態(tài)混合器的應(yīng)用領(lǐng)域,使乙氧基化反應(yīng)技術(shù)的設(shè)備及工藝得到了發(fā)展第一作者:范存良,男,1968年生,工程師,電話021-57941919-329作者單位:上海石化股份公司化工研究所,上海200540參考文獻(xiàn)1馬德成,馬保東譯靜態(tài)混合器基礎(chǔ)和應(yīng)用,北京:紡織工業(yè)出版社,1985:2 2 Bor T. Brit Chem Eng, 1971 16 (7): 6103三枝武夫開(kāi)環(huán)重合(Ⅱ),京都:化學(xué)同人,1971:1134楊忠保,范存良化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,199713(4):298收稿日期:1998-05-16