卤代硅烷与反应介质混合反应装置及方法

摘要

本发明公开了一种能够使卤代硅烷与反应介质充分接触，促进完全反应，从而提高反应产物品质的卤代硅烷与反应介质混合反应装置及方法，该反应装置中，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口处混合，所述卤代硅烷环路进口设置在反应介质供给口与强制循环装置之间的连接管道内，或设置在强制循环装置的进口处，在所述卤代硅烷供给口与卤代硅烷环路进口之间还设置有分散装置。该反应方法中，卤代硅烷结构式为：RySiX4-y，其中：R为CnHm，n为≥0的整数；m为≥1的整数，y＝1、2或3，X为卤素原子；反应介质为水、盐酸水溶液等；卤代硅烷经分散装置分散后，在反应介质的湍流区域与反应介质混合反应，分散装置采用液相分布器或喷头等，尤其适合于卤代硅烷水解反应时应用。

权利要求

1.卤代硅烷与反应介质混合反应装置，包括由强制循环装置(2)的进口(20)与出口(21)经连接管道(5)连接组成的环路，在所述环路上设置有卤代硅烷供给口(11)、反应介质供给口(12)及环路出口(13)，环路出口(13)在强制循环装置(2)的出口(21)后，反应介质供给口(12)设置在强制循环装置(2)的进口(20)之前，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口(6)处混合，其特征是：所述卤代硅烷环路进口(6)设置在反应介质供给口(12)与强制循环装置(2)之间的连接管道(5)上或强制循环装置(2)的进口(20)处，在所述卤代硅烷供给口(11)与卤代硅烷环路进口(6)之间还设置有分散装置(4)。

2.如权利要求1所述的卤代硅烷与反应介质混合反应装置，其特征是：所述强制循环装置(2)为泵，所述卤代硅烷环路进口(6)设置在强制循环装置(2)的进口(20)处。

3.如权利要求1或2所述的卤代硅烷与反应介质混合反应装置，其特征是：所述分散装置(4)为液相分布器。

4.如权利要求1或2所述的卤代硅烷与反应介质混合反应装置，其特征是：所述分散装置(4)为喷头。

5.如权利要求1或2所述的卤代硅烷与反应介质混合反应装置，其特征是：所述环路内设置有换热器(3)，所述换热器(3)设置在强制循环装置(2)的出口(21)与环路出口(13)之间。

6.如权利要求5所述的卤代硅烷与反应介质混合反应装置，其特征是：所述强制循环装置(2)的进口(20)与环路出口(13)之间设置有管道混合器(1)，环路的反应介质供给口(12)设置在管道混合器(1)上。

7.利用权利要求1或2所述卤代硅烷与反应介质混合反应装置的卤代硅烷与反应介质混合反应方法，反应介质由反应介质供给口(12)进入环路，所述环路由强制循环装置(2)的进口(20)与出口(21)经连接管道(5)连接组成，并在强制循环装置(2)作用下循环流动，其特征是：卤代硅烷经分散装置(4)后，在反应介质供给口(12)与强制循环装置(2)之间的连接管道(5)内，或在强制循环装置(2)的进口(20)与反应介质混合并发生反应。

8.如权利要求7所述的卤代硅烷与反应介质混合反应方法，其特征是：

所述卤代硅烷结构式为：RySiX4-y，

其中：R为CnHm，n为≥0的整数；m为≥1的整数，y＝1、2或3，X为卤素原子；

所述反应介质为水、盐酸水溶液、甲醇水溶液、碳酸钠水溶液、氯化钠水溶液或氢氧化钠水溶液。

说明书

卤代硅烷与反应介质混合反应装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种管道反应装置的进料分配与混合结构改进，该管道反应装置属于一种充分混合两种液相物料并实现其连续进料的反应器及其混合反应方法。

背景技术

[0002] 目前，国内二甲基二氯硅烷的水解工艺普遍采用恒沸盐酸连续水解法，其工艺是：将二甲基二氯硅烷及作为反应介质的“HCl质量分数为18％～22％的恒沸盐酸”按比例加入到由管道混合器、强制循环装置、提供冷量的换热器及连接管道组成的环路反应混合反应装置中，水解产物通过物理分层，上层油相经中和除酸、水洗除盐或除碱，即得到成品水解物。

[0003] 盐酸提供上述水解反应所需的水，二甲基二氯硅烷只要和水接触，就发生水解反应。前面提到二甲基二氯硅烷的水解反应极其迅速，以至于在管道混合器内两相接触时就出现了反应。在管道混合器内存在水的不足量，从而导致二甲基二氯硅烷水解不完全。在水解得到的聚硅氧烷中存在少量的端基氯，这一部分的端基氯导致了后续处理的困难，其原因是在长直链聚硅氧烷上的Cl末端基的活性较低，通过中和及有限量的水洗难于除至所期望的氯残余量即水解物中未参与水解反应的氯的含量，而未得到有效处理的氯残余将导致二甲基二氯硅烷水解产物聚硅氧烷发生缩聚反应，发生黏度偏移。因此，现有的混合反应装置存在水解不完全、产物氯残余量较大的不足。

[0004] 现有卤代硅烷与反应介质混合反应装置主要包括由强制循环装置、换热器及连接管道组成的环路，在所述环路上设置有卤代硅烷供给口、反应介质供给口及环路出口，由卤代硅烷供给口、反应介质供给口进入的反应物在环路内按“强制循环装置-换热器-环路出口”的方向循环，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口处混合，环路出口设置在反应介质供给口和换热器之间的连接管道上，换热器用于控制反应温度，在强制循环装置作用下，进入系统的反应物及生成物有序流动，并由环路出口流出。

[0005] 现有卤代硅烷与反应介质混合反应装置中，卤代硅烷有的是直接进入到环路内，有的是在进入系统之前利用静态混合器将卤代硅烷与反应介质混合后进入环路，但在已知的水解技术中，主要是通过如上所述的管道混合器来实现液液两相的混合及反应，即：将卤代硅烷与反应介质通过管道混合器混合后进入到环路内，即卤代硅烷供给口、反应介质供给口均设置在管道混合器上，卤代硅烷与反应介质的混合点，或称之为“卤代硅烷环路进口”，也是在管道混合器处，其缺陷就是水解不完全、产物氯残余量较大。

[0006] 混合反应装置中使用的连接管道一般为耐酸管道。

发明内容

[0007] 为了克服现有混合反应装置卤代硅烷水解不完全、产物氯残余量较大的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种使卤代硅烷与反应介质充分接触，促进完全水解，从而提高水解物品质的卤代硅烷与反应介质混合反应装置及方法。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：卤代硅烷与反应介质混合反应装置，包括由强制循环装置的进口与出口经连接管道连接组成的环路，在所述环路上设置有卤代硅烷供给口、反应介质供给口及环路出口，环路出口在强制循环装置的出口后，反应介质供给口设置在强制循环装置的进口之前，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口处混合，所述卤代硅烷环路进口设置在反应介质供给口与强制循环装置之间的连接管道上或强制循环装置的进口处，在所述卤代硅烷供给口与卤代硅烷环路进口之间还设置有分散装置。

[0009] 所述强制循环装置为泵，所述卤代硅烷环路进口设置在其泵腔内。

[0010] 所述分散装置为液相分布器。

[0011] 所述分散装置为喷头。

[0012] 所述环路内设置有换热器，所述换热器设置在强制循环装置的出口与环路出口之间。

[0013] 所述强制循环装置的进口与环路出口之间设置有管道混合器，环路的反应介质供给口设置在管道混合器上。

[0014] 本发明还提供了一种利用本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置的反应方法，反应介质由反应介质供给口进入环路，所述环路由强制循环装置的进口与出口经连接管道连接组成，并在强制循环装置作用下循环流动，卤代硅烷经分散装置后，在反应介质供给口与强制循环装置之间的连接管道内，或在强制循环装置的进口与反应介质混合并发生反应。

[0015] 所述卤代硅烷结构式为：RySiX4-y，

[0016] 其中：R为CnHm，n为≥0的整数；m为≥1的整数，y＝1、2或3，X为卤素原子；

[0017] 所述反应介质为水、盐酸水溶液、甲醇水溶液、碳酸钠水溶液、氯化钠水溶液或氢氧化钠水溶液。

[0018] 本发明的有益效果是：通过优化混合反应装置环路上卤代硅烷供给口、反应介质供给口及环路出口的布置，改变水解过程中卤代硅烷的进料位置和进料方式，使卤代硅烷与反应介质充分接触，促进完全水解，在降低水解产物粘度的同时降低了水解产物的卤素残余量，节约了生产成本。

附图说明

[0019] 图1是现有混合反应装置的示意图。

[0020] 图2是本发明混合反应装置的示意图。

[0021] 图3是本发明混合反应装置另一实施例的示意图。

[0022] 图4是本发明混合反应装置又一实施例的示意图。

[0023] 图5是卤代硅烷环路进口一个位置的示意图。

[0024] 图6是卤代硅烷环路进口另一个位置的示意图。

[0025] 图中标记为，1-管道混合器，2-强制循环装置，3-换热器，4-分散装置，5-连接管道，6-卤代硅烷环路进口，7-泵腔，11-卤代硅烷供给口，12-反应介质供给口，13-环路出口，20-进口，21-出口。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图、实施例和实验对本发明进一步说明。

[0027] 图1所示为现有混合反应装置，其包括由管道混合器1、强制循环装置2、提供冷量的换热器3及连接其间的连接管道5组成的环路，管道混合器1上设置有卤代硅烷供给口11和反应介质供给口12，进入管道混合器1的卤代硅烷和反应介质混合后随即发生水解反应并生成水解物，在强制循环装置2作用下在环路内循环，并在换热器3作用下加热，水解物经设置在管道混合器1和换热器3之间的连接管道5上的环路出口13去到下一化工单元进行处理。

[0028] 如图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置包括由强制循环装置2的进口20与出口21经连接管道5连接组成的环路，在所述环路上设置有卤代硅烷供给口11、反应介质供给口12及环路出口13，环路出口13在强制循环装置2的出口21后，反应介质供给口12设置在强制循环装置2的进口20之前，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口6处混合，所述卤代硅烷环路进口6设置在反应介质供给口12与强制循环装置2之间的连接管道5上或强制循环装置2的进口20处，在所述卤代硅烷供给口11与卤代硅烷环路进口6之间还设置有分散装置4。通过改变水解过程中卤代硅烷的进料位置和进料方式，运用分散装置4细化卤代硅烷液滴后再进入因反应介质的强制循环而形成的湍流区域，促进了卤代硅烷与反应介质的完全混合和充分接触，水解过程的质量传递速度快，分散和混合效果好，极快的加速了水解进程，在极短的停留时间内，水解产物粘度较低，同时降低水解产物的卤素残余量。

[0029] 更好的方案是中，所述强制循环装置2为泵，所述环路进口6设置在其泵腔7内，即分布后的卤代硅烷直接进入泵腔7内，则卤代硅烷经初步分散后，在泵腔7内与反应介质进行初步反应，极快的混合两相和破碎两相小液滴，从而达到混合并改善反应的效果。

[0030] 所述分散装置4可采用已知常规的化工用液相分布器，如折流板等。

[0031] 所述分散装置4优选为喷头，分散效果更好。

[0032] 一般地，宜在所述环路内设置有换热器3，所述换热器3设置在强制循环装置2的出口21与环路出口13之间，以便于控制反应温度。

[0033] 若在原管道混合器式反应装置基础上进行改进，所述管道混合器1一般设置在强制循环装置2的进口20与环路出口13之间，仍可保留环路的反应介质供给口12在管道混合器1上。

[0034] 利用本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置的卤代硅烷与反应介质混合反应方法，反应介质由反应介质供给口12进入环路，所述环路由强制循环装置2的进口20与出口21经连接管道5连接组成，并在强制循环装置2作用下循环流动，卤代硅烷经分散装置4后，在反应介质供给口12与强制循环装置2之间的连接管道5内，或在强制循环装置2的进口20与反应介质混合并发生反应。

[0035] 本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置可适用的卤代硅烷可以为二甲基二氯硅烷、一甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、二苯基二氯硅烷等，反应介质可为水、不同浓度的盐酸水溶液、甲醇水溶液、碳酸钠水溶液、氯化钠水溶液、氢氧化钠水溶液等。

[0036] 卤代硅烷结构式为：RySiX4-y，

[0037] 其中：R为CnHm，n为≥0的整数；m为≥1的整数，y＝1、2或3，X为卤素原子；

[0038] 反应介质为水、盐酸水溶液、甲醇水溶液、碳酸钠水溶液、氯化钠水溶液或氢氧化钠水溶液时，均可应用本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置。

[0039] 本发明的混合反应方法中，反应原料比例及反应温度控制与现有方法相同，其与现有方法的主要区别在于卤代硅烷混合前先利用分散装置细化液滴，并且，卤代硅烷与反应介质的混合点发生了改变。

[0040] 实施例一：

[0041] 如图2和图5所示，本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置包括由强制循环装置2的进口20与出口21经连接管道5连接组成的环路，在所述环路上设置有卤代硅烷供给口11、反应介质供给口12及环路出口13，环路出口13在强制循环装置2的出口21后，反应介质供给口12设置在强制循环装置2的进口20之前，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口6处混合，卤代硅烷环路进口6设置在反应介质供给口12与强制循环装置2的进口20之间的连接管道5上，在所述卤代硅烷供给口11与卤代硅烷环路进口6之间还设置有分散装置4，生成物经强制循环装置2、换热器3、环路出口13流出。

[0042] 实施例二：

[0043] 如图3所示，本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置包括由强制循环装置2的进口20与出口21经连接管道5连接组成的环路，在所述环路上设置有卤代硅烷供给口11、反应介质供给口12及环路出口13，环路出口13在强制循环装置2的出口21后，反应介质供给口12设置在强制循环装置2的进口20之前，卤代硅烷与反应介质在卤代硅烷环路进口6处混合，卤代硅烷环路进口6设置在作为强制循环装置2的泵的泵腔7内，在所述卤代硅烷供给口11与卤代硅烷环路进口6之间还设置有分散装置4。

[0044] 实施例三：

[0045] 本实施例由现有设置了管道混合器4的混合反应装置改造而成。如图4和图6所示，本发明的卤代硅烷与反应介质混合反应装置包括由管道混合器4、强制循环装置2、换热器3及连接管道5组成的环路，反应介质供给口12仍设置在管道混合器4上，卤代硅烷经卤代硅烷供给口11、分散装置4到达设置在强制循环装置2上的卤代硅烷环路进口6处并与反应介质混合。

[0046] 实验一：

[0047] 以二甲基二氯硅烷与恒沸盐酸的水解法工艺采用原混合反应装置和本发明实施例一的混合反应装置作对比实验，反应介质为恒沸盐酸。

[0048] 采用原混合反应装置，分别以2m3/h和8m3/h的流量将二甲基二氯硅烷和恒沸盐酸连续进入到由管道混合器1、强制循环装置2、提供冷量的换热器3及连接管道5组成的环路体系中，水解温度控制在0℃～40℃。水解产物通过物理分层，上层油相经中和除酸、水洗除盐或除碱，得到成品水解物。

[0049] 采用本发明实施例一的混合反应装置，将2m3/h的二甲基二氯硅烷经作为分散装置4的喷头分布后进入到强制循环装置2与管道混合器1之间的连接管道5中，将恒沸盐酸3
以8m/h流量进入到管道混合器1，水解温度控制在0℃～40℃。水解产物通过物理分层，上层油相经中和除酸、水洗除盐或除碱，得到成品水解物。

[0050] 两种装置产生的成品水解物分析结果如下表一。

[0051] 表一

[0052]反应装置 酸含量(ppm) 黏度(mPa·s)
原混合反应装置 316 12.44
本发明的混合反应装置 7.02 6.35

[0053] 采用本发明的混合反应装置时，水解产物酸含量可以控制在10ppm以下。该水解产物经简单的处理可用于合成107胶，如此可节省原有工艺需要的裂解及环体精馏两道工序，极大地节约了生产成本。

[0054] 实验二：

[0055] 以一甲基二氯硅烷与三甲基氯硅烷预混物与水的水解法工艺采用原混合反应装置和本发明施例三的混合反应装置作对比实验，反应介质为水。

[0056] 采用原混合反应装置，将一甲基二氯硅烷与三甲基氯硅烷预混后，预混物与水分别按100L/h和1000L/h的流量直接进入到反应装置内，控制水解温度0℃～40℃。水解产物经物理分离，油相经中和，过滤后得到含氢硅油。含氢硅油分析结果见下表二。

[0057] 采用本发明实施例三的混合反应装置，将一甲基二氯硅烷与三甲基氯硅烷预混后，预混物经喷头分布后按100L/h进入到环路的强制循环泵的泵腔7中，水按1000L/h的流量进入到反应装置内，控制水解温度0℃～40℃。水解产物经物理分离，油相经中和，过滤后得到含氢硅油。含氢硅油分析结果见下表二。

[0058] 表二

[0059]反应装置 酸含量(ppm) 氢含量(％)
原混合反应装置 303 1.39
本发明的混合反应装置 11 1.58