一种喷嘴撞击流重排反应器

摘要

本发明涉及一种喷嘴撞击流重排反应器，主要包括反应釜，反应釜内设有搅拌器和水平对称设置的喷嘴，喷嘴以切线进料方式安装。喷嘴出口处设有向上开口的浸没撞击室，浸没撞击室的上方设有除雾罩。反应釜内设置1～5层进料组件，每层为1～5对，各层进料组件轴向平行设置。本发明利用多相流体中的湍流动能，强化流体液团间的微观混合，提高己内酰胺重排反应的转化率和选择性，减少反应副产物八的生成。用于己内酰胺生产的重排过程和多相液体快速反应的化工生产过程。

权利要求

1.一种喷嘴撞击流重排反应器，主要包括反应釜（1），反应釜内设有搅拌器（5）和水平对称设置的喷嘴（4），喷嘴以切线进料方式安装，其特征是：所述喷嘴出口处设有向上开口的浸没撞击室（3），浸没撞击室的上方设有除雾罩（2）；所述反应釜内设置1～5层进料组件（6），每层为1～5对进料组件，所述进料组件包括喷嘴、浸没撞击室和除雾罩；所述各层进料组件（6）轴向平行设置；所述搅拌器（5）安装在反应釜的底部设置。

说明书

一种喷嘴撞击流重排反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备己内酰胺的设备，具体涉及一种利用撞击流技术进行液相重排反应制备己内酰胺的反应器。

背景技术

[0002] 苯法生产己内酰胺以发烟硫酸或含自由SO3料液为催化剂，对中间产品环己酮肟进行重排转化成己内酰胺。重排反应是毫秒级的液-液快速反应，反应液体的微观混合对重排反应极为重要，微观混合的效果直接影响重排反应的转化率和选择性。微观混合的效果由混合方法和混合设备所决定。

[0003] 现有的重排反应器由喷嘴反应釜、搅拌器、静态混合器和导管构成，利用搅拌器的搅拌作用增强液相间的微观混合，促进重排反应加快进行。随着生产负荷的增大，微观混合效果降低，并产生八氢吩嗪等副产物。反应器喷嘴出口液切向进入反应器，容易在反应器壁面凝聚成液膜，严重腐蚀设备内壁。喷嘴后部连接静态混合器会阻碍喷嘴出口液体的流动，液相的湍流程度和接触面积下降，两液相会以分相的状态进入反应器下部的搅拌区，影响搅拌区液相间的重排反应。

[0004] 撞击流（Impinging Streams，IS）是将两股或多股流体以一定的方式进行高速撞击，是实现快速混合的一种重要方法。由于相向撞击产生的特殊流动结构，撞击流促进微观混合非常有效。中国专利CN200510031091.6公开了一种利用撞击流技术制备多孔性超细碳酸钙的方法。CN200610146027.7 公开了一种利用撞击流技术进行柴油氧化脱硫的方法。CN200710069281.6 公开了一种利用撞击流技术进行高温离子液体催化生物质快速热裂解的工艺。美国专利US20060041166A1公开了一种利用撞击流技术制备异氰酸酯的方法。中国专利CN 200720083842.3 公开了一种无旋撞击流真空结晶器。CN200910228977.8 公开了一种用于液液快速混合与反应的撞击流高剪切反应器。尚未发现己内酰胺生产中使用撞击流反应器进行重排反应的专利和非专利文献报导。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种利用撞击流技术进行液相重排反应生产己内酰胺的反应器，减少反应副产物的生成，提高重排反应的转化率和选择性。

[0006] 本发明喷嘴撞击流重排反应器，主要包括反应釜主要包括反应釜，反应釜内设有搅拌器和水平对称设置的喷嘴，喷嘴以切线进料方式安装。喷嘴出口处设有向上开口的浸没撞击室，浸没撞击室的上方设有除雾罩。

[0007] 反应釜内设置1～5层进料组件，每层为1～5对进料组件，各层组合轴向平行设置。进料组件包括喷嘴、浸没撞击室和除雾罩。搅拌器安装在反应釜的底部。

[0008] 本发明用于己内酰胺生产的环己酮肟贝克曼重排过程，也可用于多相液体快速反应的化工生产过程。

[0009] 本发明在切向安装的喷嘴出口处设置浸没撞击室，浸没撞击室的上方设置除雾罩，利用单股流体撞击壁面形成湍流。将成对的进料组件同轴并且对称水平设置在反应釜上，利用两流体对撞形成高速湍动的撞击区域。高速的撞击流技术能充分利用多相流体中的湍流动能，强化流体液团间的微观混合，反应物瞬时快速反应，提高环己酮肟重排反应的转化率和选择性，减少八氢吩嗪等副反应产物的生成。由于两股流体的混合液在撞击流反应器的中心区域发生高速对撞，避免混合液流体进入反应器后在反应器壁面凝聚成液膜的流体力学现象，有效解决了传统重排反应器中设备腐蚀严重的问题。

[0010] 反应流体经过高速撞击混合发生重排反应后，反应液体溢出或直接落入撞击流反应器的底部，在高速搅拌的作用下进一步完成重排反应，使在喷嘴部分及撞击过程中未能充分完成重排反应的残余的环己酮肟，在反应器底部的搅拌作用下继续发生重排反应，维持重排反应器下部良好的液液分散与混合。

附图说明

[0011] 图1为本发明喷嘴撞击流重排反应器的结构示意图；

[0012] 图2为图的A-A图；

[0013] 图3为本发明进料喷射效果图。

[0014] 其中：

[0015] 1—反应釜、2—除雾罩、3—浸没撞击室、4—喷嘴、5—搅拌器、6—进料组件、7—高速湍动的撞击区域。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。

[0017] 实施例1

[0018] 本发明喷嘴撞击流重排反应器如图1、图2所示，主要包括反应釜2，反应釜内设有搅拌器5和水平对称设置的喷嘴4，喷嘴以切线进料方式安装，搅拌器安装在反应釜的底部。喷嘴出口处设有向上开口的浸没撞击室3，浸没撞击室的上方设有除雾罩2。喷嘴的外部与进料管路连接。

[0019] 为充分利用撞击流技术多相流体中的湍流动能，强化流体液团间的微观混合，强化反应物瞬时快速反应，如图2所示，反应釜内设置2层进料组件6，每层为2对进料组件，两层进料组件轴向平行设置，利用两流体对撞形成高速湍动的撞击区域7。进料组件包括即为喷嘴、浸没撞击室和除雾罩。

[0020] 利用撞击流产生的强大的湍流动能，大大强化流体液团间的微观混合，提高反应的转化率和选择性，减少反应副产物八氢吩嗪等的生成。实施例2～5结合实验室试验和工业实施情况说明本发明的应用效果。

[0021] 实施例2

[0022] 实验室实施。采用α-萘酚（A）与对氨基苯磺酸重氮盐（B，简称重氮盐）的偶合竞争串联二级反应体系，对本发明喷嘴撞击流重排反应器和传统的搅拌槽反应器微观混合时间进行测量，其原理是通过慢反应产物选择性测定反应时间常数 来界定微观混合特征时间常数 。

[0023] 本发明与搅拌槽反应器的实验设备均由透明有机玻璃制成，内径为320 mm，约为实际重排反应器直径的1/10。其中，搅拌槽反应器内侧壁设置四块挡板，每块挡板的宽度为槽径的1/10，搅拌桨为标准六叶Rushton涡轮桨。

[0024] 在保持初始摩尔比 ，pH=10，表观浓度 的条件下，对本发明和搅拌槽反应器进行了实验测量。在反应器出口处取样，静置10min以后再用津岛UV2401记录型分光光度仪测出水相中偶合产物在440 nm～620 nm的15个点的光吸收值，然后回归分析出单偶氮 和双偶氮 的浓度。利用公式 计算分隔指
数，画出分隔指数与撞击速度的关系图，从图中确定临界速度 ，根据公式 以确定微观混合时间。其中， 与反应器的结构尺寸有关，对于撞击流反应器，其值约为0.01。

[0025] 通过上述实验及计算，在喷嘴出口速度大于1 m/s时，本发明的微观混合时间小于1 ms。而搅拌槽反应器在转速大于600 r/min时的微观混合时间仍然大于50 ms。表明本发明的微观混合效果远好于传统的搅拌槽反应器。

[0026] 实施例3

[0027] 己内酰胺重排工艺中工业实施。操作过程如下：将环己酮肟溶解于正己烷，然后，将酰胺化反应液与环己酮肟溶液按所需的质量比例（优选为0.46:1）混合引入至重排反应器中，进行重排反应。其中，进入重排反应器的酰胺化反应液优选流量为23 t/h左右，进料温度优选为71℃；环己酮肟溶液的优选流量为50 t/h左右，进料温度优选为61℃。重排反应器的压力控制在微正压，压力控制在5 kPa左右，搅拌器的转速控制在80～180 rpm。

[0028] 利用传统的重排反应器进行重排反应时，在生产能力为70 kt/a时，环己酮肟转化率达99.78%，己内酰胺选择性达98.9%；但随着新增负荷的增大，己内酰胺的选择性会下降至94%以下，而且还会有副产物八氢吩嗪等的出现。利用本发明进行重排反应时，环己酮肟转化率为100%、选择性大于99%，并且没有检出副产物八氢吩嗪。

[0029] 由此表明，本发明与传统重排反应器相比提高反应的转化率和选择性，并且能有效降低重排反应有害副产物的生成。

[0030] 实施例4

[0031] 己内酰胺重排工艺中工业实施。具体操作过程如下：将环己酮肟溶解于正己烷，然后和酰胺化反应液一起混合通过喷嘴引入到本发明中，进行重排反应。其中，进入本发明的酰胺化反应液体积流率为14.86 L/s，进料温度为71℃；正己烷的体积流率为8.811 L/s，进料温度为65℃；环己酮肟的体积流率为1.043 L/s。本发明的压力控制在微正压，压力控制在5 kPa左右，搅拌器的转速控制在80～180 rpm。

[0032] 利用本发明进行重排反应时，环己酮肟转化率为99%、选择性大于98%，并且没有检出副产物八氢吩嗪。与原重排反应器相比，本发明能提高反应的转化率和选择性，减少重排反应的副产物，缩短了工艺路线，简化工艺流程，减少生产设备。

[0033] 实施例5

[0034] 在己内酰胺重排工艺中工业实施。操作过程如下：将正己烷（含200ppm硫酸）以8.811 L/s的体积流率与14.86 L/s体积流率的酰胺化液先混合，正己烷温度优选为65℃，酰胺化液进料温度优选为71℃。然后，与1.043 L/s体积流率的环己酮肟一起引入本发明。
本发明的压力控制在微正压，压力控制在5 kPa左右，搅拌器的转速控制在80～180 rpm。

[0035] 利用本发明进行重排反应时，环己酮肟转化率为100%、选择性大于99.5%，并且没有检出副产物八氢吩嗪的出现。与原重排反应器相比，本发明能提高反应的转化率和选择性，减少重排反应的副产物，缩短了工艺路线，简化工艺流程，减少生产设备。