一种设有文丘里管的过氧化氢烷基苯分解反应器及分解反应方法

摘要

一种设有文丘里管的过氧化氢烷基苯分解反应器及分解反应方法，属于过氧化氢烷基苯分解技术领域。包括筒体和筒体内作为管程的管子，筒体上两端分别开有壳程流体进口和壳程流体出口，筒体两端有封头，封头上分别开有管程流体进口和出口，文丘里管包括圆管入口部分、渐缩部分、圆筒形喉部、渐扩部分。含有过氧化氢烷基苯的氧化液、丙酮、催化剂混合后进入分解反应器的管程流体进口，流经文丘里管，由管程流体进口排出，在壳程内循环水由口进入，由口返回循环水储罐，分解反应的温度为50-60℃、常压，混合物在分解反应器内循环，控制反应时间为25-45min。本发明能减小物料在反应器内的能量损耗，减少副反应的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及过氧化烷基苯分解反应的工艺及分解反应装置，特别是文丘里 管在分解反应器中的应用，亦涉及了流体力学在分解反应中的应用，属于过氧 化氢烷基苯分解技术领域。

背景技术

苯酚或间苯二酚、丙酮是十分重要的有机化工原料，其合成工艺方法众多， 其中异丙苯或者二异丙苯法最具竞争力。其工艺为：异丙苯或二异丙苯经空气 氧化成过氧化氢异丙苯或者二过氧化氢二异丙苯，经过酸分解后得到苯酚或者 间苯二酚、丙酮。目前工业用的分解反应器主要有带搅拌和导流筒的釜式反应 器，气-液-固三相循环流化床反应器以及列管式反应器等。管式反应器内的物料 在循环泵的动力推动下在管内呈活塞流状态，减少了物料的返混，在达到相同 转化率的情况下成活塞流状态的物料的停留时间短，减少了副产物的生成。 WO2009042245公开了一种硫酸催化分解异丙苯过氧化氢的工艺，该反应采用两 级分解反应器,分解反应温度控制在60℃，常压下停留时间为60min,采用75%硫 酸和苯酚混合物作为催化剂。US3271457公开了一种在反应物上部装有气相分 布器的分解反应器，在反应放热过程中挥发的过氧化氢异丙苯和丙酮经过冷凝 器冷凝后与物料一起稀释后回到反应器中，从而撤去了反应放出的热量并且稀 释了过氧化氢异丙苯，提高了过程的安全性。USSR851851公开了一种多段的分 解反应器，每段反应器都加入冷的丙酮来维持分解温度稳定。上述专利均是采 用釜式分解反应器进行分解反应，釜式反应器物料的返混较管式反应器严重， 造成物料的停留时间较长，副产物较多。

管式反应器由于在泵的动力作用下使物料接近于活塞流状态，物料之间的 返混较釜式反应器小，物料的停留时间短，反应器的体积较小，在过氧化氢烷 基苯分解工艺中有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于缩短分解物料在分解反应器内的停留时间，实现物料在 湍流状态下流动，并且减小物料在反应器内的能量损耗，减少副反应的发生,进 一步优化过氧化烷基苯分解过程的工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种设有文丘里管的过氧化氢烷基苯分解反应器，包括筒体和筒体内作为 管程的管子，筒体上两端分别开有壳程流体进口和壳程流体出口，筒体两端有 封头，封头上分别开有管程流体进口和出口，其特征在于，对传统的管式反应 器内的直管进行改进，将直管改为文丘里管，包括圆管入口部分、渐缩部分、 圆筒形喉部、和渐扩部分。

上述优选文氏管渐缩部分中心角β设计值为25°，渐扩部分中心角α设计值 为7°；文氏管缩小管段水平距离L1与喉管段距离L之比为0.57，渐缩部分轴向 长度L1与渐扩部分轴向长度L2的比值为0.28；渐缩部分入口或者渐扩部分出 口直径D与文氏管喉部管的直径d的比值为1.5。喉部管的长度L与喉部管直径 d之比为2。

采用上述参数的文丘里管作为分解反应器的管层能够取得比单一直管段更 好的效果，反应物料在喉管处由于截面突然缩小使得该截面上的流速增大，径 向的动量与质量传递使得反应物料在喉管的混合更均匀，这是该设计的分解反 应器与其他分解反应器的明显不同之处。反应器内文丘里管的设计如附图2。

采用本发明设有文丘里管的过氧化氢烷基苯分解反应器进行分解反应方 法，其特征在于，

由含有过氧化氢烷基苯的氧化液、丙酮、催化剂三股进料在泵的动力作用 下经过一个静态的混合器后进入分解反应器的管程流体进口f，接着进入反应器 的管层内，流经文丘里管，由分解反应器的管程流体进口e排出，在壳程内循 环水由a口进入，由b口返回循环水储罐，分解反应的温度为50-60℃、常压， 混合物在泵动力作用下在分解反应器内循环，控制反应时间为25-45min，优选 30min。

优选分解反应的温度由反应器上部封头以及下部封头的两处远传温度系统 监控，以防止反应的超温或飞温。

上述所述的催化剂为硫酸、磷酸或三氟化硼-乙醚络合物。

混合物料在管内文丘里效应的的作用下湍动，在管部渐缩部分速度突然变 大，动量在径向的传递更显著，使混合物料在此位置的混合更加均匀，传质效 果增强，在渐扩部分速度逐渐减小，由于渐扩角度较小，流体在此段因边界层 分离产生漩涡而损耗的能量少，使得泵不需要额外提供太多的动力。

附图说明

图1为本发明所用分解反应器的构造图；

图2为反应器内部文丘里管的构造参数图。

具体实施方式

实施例1

在常压下，将质量流率之比为0.2∶1的丙酮以及含有DHP（二过氧化氢二异 丙苯）摩尔分数为17.7%的DIPB（二异丙苯）经过双氧水氧化后的二次氧化液 由分解循环泵经过静态混合器和反应器物料进口f进入附图1所示反应器内（包 括筒体和筒体内作为管程的管子，筒体上两端分别开有壳程流体进口b和壳程 流体出口a，筒体两端有封头，封头上分别开有管程流体进口f和出口e），反应 器内设有文丘里管，文氏管渐缩部分中心角β设计值为25°，渐扩部分中心角α 设计值为7°，文氏管缩小管段水平距离L1与喉管段距离L之比为0.57，缩小管 段水平距离L1与扩大管段水平距离L2之比为0.28，缩小管段入口或者扩大管 段出口直径D与文氏管喉管的直径d的比值为1.5，喉管的长度L与喉管直径d 之比为2，具体见附图2。反应物料由反应器物料出口e排出后在分解循环泵作 用下进行外循环，当DHP与丙酮混合均匀后加入硫酸（硫酸质量流率与丙酮质 量流率之比为0.01），三股物料在泵动力作用下在反应器内循环，混合液在缩小 管段水平距离L1与颈管水平距离L比值为0.57处的平均流速增加为原直管段 平均流速的2.25倍，物料在反应器内的停留时间缩短为30min，反应器管层外 部的壳层走循环冷却水，反应采用不同的反应温度，反应器上部温度由c口处 远传温控装置监测，下部温度由d口处温控装置监测，检测出口e处DHP摩尔 转化率及间苯二酚的收率如下表1所示：

表1

实施例2

操作方式与反应器尺寸与实施例1相同，将质量流率之比为0.2∶1的丙酮以 及含有DHP摩尔分数为16.9%的DIPB(二异丙苯)二次氧化液与丙酮混合均匀后 加入硫酸（硫酸质量流率与丙酮质量流率之比为0.01），物料在泵作用下加入到 附图1所示反应器入口f，反应温度稳定为60℃，反应采用不同的反应时间，检 测到出口处e处DHP(二过氧化氢二异丙苯)的摩尔转化率与出口产品间苯二酚 收率如下表2所示：

表2

实施例3

操作方式与反应器尺寸与实施例2相同，将质量流率为2∶1的丙酮与IPB(异 丙苯)氧化产物CHP(过氧化氢异丙苯)其含量为19.1%的氧化液用进料泵加入到 附图1所示的反应器入口f，物料的平均停留时间为25min，加入BF₃·OEt₂络合 物作为分解反应催化剂(BF₃·OEt₂络合物与丙酮的质量流率之比为0.01)在不同的 反应温度下出口e处过氧化氢异丙苯CHP的摩尔转化率和苯酚的收率如表3所 示：

表3

实施例4

操作方式与反应器尺寸与实施例1相同，将质量流率为2∶1的丙酮与IPB(异 丙苯)氧化产物CHP(过氧化氢异丙苯)其含量为19.1%的氧化液用进料泵加入到 附图1所示的反应器入口f，加入BF₃·OEt₂络合物作为分解反应催化剂(BF₃·OEt₂络合物与丙酮质量流率比为0.01)分解反应温度稳定为60℃，分解反应在不同 的反应时间下反应器出口e处的CHP转化率和苯酚的收率如下表4所示：

表4

实施例5

操作方式与反应器尺寸与实施例2相同，将质量流率0.2∶1的丙酮与含有 DHP(二过氧化氢二异丙苯)摩尔含量为17.7%的二次氧化液用进料泵加入到如附 图1所示反应器的入口f处，加入磷酸为分解反应催化剂(磷酸与丙酮质量流率 之比为0.01)，反应在不同的温度下进行，物料在反应器内反应时间为30min在 反应器出口e处DHP的摩尔转化率与间苯二酚收率如下表5所示：

表5

实施例6

操作方式与反应器尺寸与实施例1相同，将质量流率为0.2∶1的丙酮与含有 DHP摩尔分数为17.7%的二次氧化液用进料泵加入到如附图1所示反应器的入 口f处，加入磷酸为分解反应催化剂(磷酸与丙酮质量流率之比为0.01)，反应温 度控制为60℃，物料在不同的反应时间下出口处e的DHP(二过氧化氢二异丙苯) 转化率与间苯二酚收率如下表6所示：

表6