苯酚连续氯化的方法及环流喷雾连续气液反应器

摘要

本发明公开一种苯酚连续氯化的方法。以苯酚和氯气为原料，在环流喷雾连续气液反应器中进行反应，其中所述环流喷雾连续气液反应器包括壳体和设于所述壳体内的多块具有气液混合通道的第一隔板和多块具有气相通道和液相溢流通道的第二隔板，多块所述第一隔板和多块所述第二隔板交替分布并与所述壳体围合形成交替排列且相连通的第一单级反应器和第二单级反应器；在所述第一单级反应器内，气相物流和液相物流呈顺流流动，在所述第二单级反应器内，气相物流和液相物流呈逆流流动。本发明提供的苯酚连续氯化的方法，气相利用率高、目标产物收率高。本发明还提供一种环流喷雾连续气液反应器。

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种苯酚连续氯化的方法及环流喷雾连续气液反应器。

背景技术

化工反应中，气液反应是指反应物系中存在气相和液相的一种多相反应过程，通常是气相反应物溶解于液相后，再与液相中另外的反应物进行反应。气液反应属于非均相反应，反应的快慢和气体的被吸收程度主要取决于气体在液体中的溶解程度，气体在液体中的溶解度高，则气液反应程度大，反应充分。

相关技术中，用于气液反应的反应器按照气液相接触的形态来分，可分为：(1)气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；(2)液体以液滴装分散在气相中的喷雾、喷射和文丘反应器；(3)液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器。上述气液反应器结构较简单，应用于苯酚连续氯化工艺中，气液反应时间长，气相利用率低，设备利用率低，且气液反应时间较长。

因此，有必要提供一种新的工艺解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种反应充分、反应时间缩短、气相利用率提高，且目标产物收率提高的苯酚连续氯化的方法。

本发明的技术方案是：

一种苯酚连续氯化的方法，将反应原料苯酚和氯气连续引入环流喷雾连续气液反应器进行反应；

其中所述环流喷雾连续气液反应器包括壳体和设于所述壳体内的多块具有气液混合通道的第一隔板和多块具有气相通道和液相溢流通道的第二隔板，多块所述第一隔板和多块所述第二隔板交替分布并与所述壳体围合形成交替排列且相连通的第一单级反应器和第二单级反应器；

气相物流和液相物流在所述第一单级反应器内呈顺流流动，气液混合相通过所述气液混合通道进入所述第二单级反应器，并在所述第二单级反应器内呈逆流流动，气相物流由所述气相通道进入下一级所述第一单级反应器，液相物流由所述液相溢流通道进入下一级所述第一单级反应器，由此呈顺流与逆流的交替流动逐级反应得到目标产物。

优选的，控制反应温度为50-70℃，反应压力为微负压到1.5标准大气压。

优选的，苯酚与氯气的摩尔比例为1:2-2.05。

优选的，首级所述第一单级反应器的氯气引入量为氯气总量的60-100％，剩余0-40％的氯气由余下级所述第一单级反应器或/和所述第二单级反应器引入。

优选的，所述第一单级反应器包括第一反应腔室和第一循环输送装置，所述第一循环输送装置包括与所述第一反应腔室连通的第一循环泵及与所述第一循环泵出口连接且设于所述第一反应腔室内的第一喷射器；所述第二单级反应器包括第二反应腔室和第二循环输送装置，所述第二循环输送装置包括与所述第二反应腔室连通的第二循环泵及与所述第二循环泵出口连接且设于所述第二反应腔室内的第二喷射器。

优选的，所述第一单级反应器还包括设于所述第一反应腔室内且与所述第一隔板平行间隔设置的第一挡板；所述第二单级反应器还包括设于所述第二反应腔室内与所述第二隔板平行间隔设置的第二挡板。

优选的，所述第一输送装置还包括连接于所述第一循环泵和所述第一喷射器之间的第一换热器；所述第二输送装置还包括连接于所述第二循环泵和所述第二喷射器之间的第二换热器。

优选的，所述流喷雾连续气液反应器为卧式反应器，沿物料的流动方向，所述气液混合通道与所述壳体底壁的间距逐级缩小。

本发明还提供一种环流喷雾连续气液反应器，包括具有收容空间的壳体、设于所述收容空间内的多块具有气液混合通道的第一隔板和多块具有气相通道和液相溢流通道的第二隔板，多块所述第一隔板和多块所述第二隔板交替分布并与所述壳体围合形成交替排列且相连通的第一单级反应器和第二单级反应器。

优选的，所述第一单级反应器包括第一反应腔室和第一循环输送装置，所述第一循环输送装置包括与所述第一反应腔室连通的第一循环泵及与所述第一循环泵出口连接且设于所述第一反应腔室内的第一喷射器；所述第二单级反应器包括第二反应腔室和第二循环输送装置，所述第二循环输送装置包括与所述第二反应腔室连通的第二循环泵及与所述第二循环泵出口连接且设于所述第二反应腔室内的第二喷射器。

与相关技术相比，本发明提供的苯酚连续氯化的方法，具有如下有益效果：

一、以苯酚和氯气为原料，在所述环流喷雾连续气液反应器中进行反应生成目标产物2，4-二氯苯酚，所述环流喷雾连续气液反应器由所述第一隔板和所述第二隔板分隔形成多级交替排列且相连通的第一单级反应器和第二单级反应器，所述第一隔板具有气液混合通道，使在所述第一单级反应器内气相物料和液相物料呈顺流流动，所述第二隔板具有气相通道和液相溢流通道，使在所述第二单级反应器内气相物料和液相物料呈逆流流动。因此，在所述环流喷雾连续气液反应器内气相物料与液相物料呈顺流与逆流交替流动，从而增加气相物料与液相物料的接触时间及接触面积，可有效提高气相的溶解度，提高气相利用率。

二、所述第一单级反应器和所述第二单级反应器交替排列，使所述气相通道交替分布，增加了气相物料的流通路径；每级反应器内的物料循环流动，并通过喷射器将液相物料喷成雾状，从而可使气相能够与喷成雾状的液相进行充分混合与反应，进一步提高气相利用率。

三、所述第一单级反应器还包括设于所述第一反应腔室内且与所述第一隔板平行间隔设置的第一挡板；每级所述第二单级反应器还包括设于所述第二反应腔室内与所述第二隔板平行间隔设置的第二挡板。通过所述第一挡板和所述第二挡板的设置，以保持所述第一反应腔室和所述第二反应腔室内的物料液位，进而保持物料的停留时间。

四、所述环流喷雾连续气液反应器中，沿物料的流动方向，所述第一隔板的气液混合通道与所述壳体底壁的间距逐级缩小，使物料在较短的时间内快速填充各单级反应器，有效提高各单级反应器的利用效率，且缩短了产物的产出时间，提高了其生产能力。

五、首级所述第一单级反应器的氯气引入量为氯气总量的60-100％，剩余0-40％的氯气由余下级所述第一单级反应器或/和所述第二单级反应器引入。当氯气通过多级引入反应器时，可进一步提高反应效率。

附图说明

图1为本发明提供的环流喷雾连续气液反应器的结构示意图；

图2为图1所示环流喷雾连续气液反应器的首级第一单级反应器的结构示意图；

图3为图1所示环流喷雾连续气液反应器的中间级第一单级反应器的结构示意图；

图4为图1所示环流喷雾连续气液反应器的末级第二单级反应器的结构示意图；

图5为图1所示环流喷雾连续气液反应器的中间级第二单级反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请参阅图1，为本发明提供的环流喷雾连续气液反应器的结构示意图。所述环流喷雾连续气液反应器100为卧式反应器，包括具有收容空间的壳体1、设于所述收容空间内的多块第一隔板2和多块第二隔板3，多块所述第一隔板2和多块所述第二隔板3交替分布并与所述壳体1围合形成交替排列且相连通的第一单级反应器4和第二单级反应器5，其中所述第一单级反应器4的级数与所述第一隔板2的数量对应，所述第二单级反应器5的级数为所述第二隔板3的数量加一。

所述壳体1包括气相原料进口11、液相原料进口12、气相排放口13、产物液相出口14及气相补给口(未图示)。且所述气相原料进口11、液相原料进口12、气相排放口13、产物液相出口14及气相补给口均与所述环流喷雾连续气液反应器100的反应腔室连通。

所述第一隔板2包括第一本体21和贯穿所述第一本体21的气液混合通道22，所述气液混合通道22用于连通相邻的第一单级反应器4和第二单级反应器5。

所述第二隔板3包括第二本体31和分布于所述第二本体31两端部的气相通道32和液相溢流通道33，且所述气相通道32位于所述第二隔板3的顶部，使未反应的气体从所述第二隔板3的顶部进入下一级反应器，所述液相溢流通道33位于所述第二隔板3的底部，使液相物料从所述第二隔板3的底部进入下一级反应器。所述气相通道32和所述液相溢流通道33可以采用将所述第二本体31的顶部和底部钻孔的方式形成，也可以采用将所述第二本体31的顶部和底部分别以缺省的方式，使其与所述壳体1的顶部和顶壁间隔设置形成。其中顶部和底部是指反应器内物料深度方向的两端。

所述第一隔板2、第二隔板3的形状与所述壳体1的形状相匹配，即所述第一隔板2、第二隔板3的形状与所述壳体1的横截面形状相同，且大小与所述壳体1的内壁围合形成的空间大小一致。

为方便描述所述环流喷雾连续气液反应器100的结构，以下引出名词：首级第一级单级反应器4a、中间级第一单级反应器4b、末级第二级单级反应器5a和中间级第二单级反应器5b。

其中，沿物料的流动方向，定义反应原料首先流入的一级为首级第一级单级反应器4a，产物物料流出的一级为末级第二单级反应器5a；位于所述首级第一单级反应器4a和所述末级第二单级反应器5a之间的第一单级反应器为中间级第一单级反应器4b；位于所述首级第一单级反应器4a和所述末级第二单级反应器5a之间的第二单级反应器为中间级第二单级反应器5b。

请结合参阅图2，为图1所示环流喷雾连续气液反应器的首级第一单级反应器的结构示意图。所述首级第一单级反应器4a包括第一反应腔室41a、第一循环输送装置42a及第一挡板43a。所述第一反应腔室41a由第一块所述第一隔板2与所述壳体1的顶壁、侧壁和底壁围合形成。

所述第一循环输送装置42a包括与所述第一反应腔室41a连通的第一循环泵421a、与所述第一循环泵421a的出口连接的第一换热器422a及与所述第一换热器422a的出口连接的第一喷射器423a，其中所述第一循环泵421a、第一换热器422a设于所述第一反应腔室41a外，所述第一喷射器423a设于所述第一反应腔室41a内，用于将液相物流喷成雾状，提高气液相的反应程度。

反应物料的加热除上述实施方式中采用第一换热器422a加热外，还可以采用将所述环流喷雾连续气液反应器100设置为夹套加热的方式。

所述气相原料进口11、液相原料进口12对应设于所述首级第一单级反应器4a，其中由所述气相原料进口11输送的气相物料占气相物料总量的60-100％，也就是说气相物料可以全部由所述首级第一单级反应器4a输送，也可以部分由所述首级第一单级反应器4a输送，余下的0-40％通过所述气相补给口输送至所述中间级第一单级反应器4b和中间级第二单级反应器5b，与液相物料混合反应。

请结合参阅图3，为图1所示环流喷雾连续气液反应器的中间级第一单级反应器的结构示意图。所述中间级第一单级反应器4b由所述壳体1的顶壁、底壁、侧壁、第一隔板2和第二隔板3围合形成，其包括第一反应腔室41b、第一循环输送装置42b及第一挡板43b，结构分别与所述首级第一单级反应器4a中对应的部件相同。所述中间级第一单级反应器4b中的气相物流由上一级的所述第二单级反应器5的气相通道32进入，液相物流由上一级的所述第二单级反应器5的液相溢流通道33进入。

沿物料的流动方向，多块所述第一隔板2对应的所述气液混合通道22与所述壳体1底壁的间距逐级缩小，使物料在较短的时间内快速填充各单级反应器，有效提高各单级反应器的利用效率，且缩短了产物的产出时间，提高了其生产能力。

请结合参阅图4，为图1所示环流喷雾连续气液反应器的末级第二单级反应器的结构示意图。所述末级第二单级反应器5a位于所述环流喷雾连续气液反应器100的末端，通过该级反应后生成目标产物。所述末级第二单级反应器5a包括第二反应腔室51a、第二循环输送装置52a及第二挡板53a。所述第二反应腔室51a由最后一块所述第二隔板3与所述壳体1的顶壁、侧壁和底壁围合形成。

所述第二循环输送装置52a包括与所述第二反应腔室51a连通的第二循环泵521a、与所述第二循环泵521a的出口连接的第二换热器522a及与所述第二换热器522a的出口连接的第二喷射器523a，其中所述第二循环泵521a、第二换热器522a设于所述第二反应腔室51a外，所述第二喷射器523a设于所述第二反应腔室51a内，用于将液相物流喷成雾状，提高气液相的反应程度。

同理，反应物料的加热除上述实施方式中采用第二换热器522a加热外，还可以采用将所述环流喷雾连续气液反应器100设置为夹套加热的方式。

所述气相排放口13和所述产物液相出口14设于末级所述第二单级反应器5a。

请结合参阅图5，为图1所示环流喷雾连续气液反应器的中间级第二单级反应器的结构示意图。所述中间级第二单级反应器5b由所述壳体1的顶壁、底壁、侧壁、第一隔板2和第二隔板3围合形成，包括第二反应腔室51b、第二循环输送装置52b及第二挡板53b，结构分别与所述末级第二单级反应器5a中对应部件相同。

进入所述中间级第二单级反应器5b中反应原料为上一级反应的气液混合相，由上一级反应器对应的所述第一隔板2的气液混合通道22进入。

所述第一单级反应器4和所述第二单级反应器5交错排列，使所述环流喷雾连续气液反应器100为2-12级。

本发明提供的环流喷雾连续气液反应器100工作原理如下：

气相原料和液相原料分别由所述气相原料进口11和液相原料进口12进入所述首级第一单级反应器4a内进行气液反应；反应中通过所述第一循环泵421a将反应液循环输送，并通过所述第一喷射器423a将反应液喷射形成雾状，使气相物流与雾滴充分接触并下落；反应液达到一定高度后翻越所述第一挡板43a；在所述首级第一单级反应器4a内，气相物流与液相物流呈顺流流动并通过所述第一隔板2的气液混合通道进入下一级反应器；

气液混合物流进入所述中间级第二单级反应器5b内进行气液反应；反应中通过所述第二循环泵521b将反应液循环输送，并通过所述第二喷射器523b将反应液喷射形成雾状，使气相物流与雾滴充分接触并下落；反应液达到一定高度后翻越所述第二挡板53b；在所述中间级第二单级反应器5b内，气相物流与液相物流呈逆流流动，其中气相物流由位于顶部的气相通道32进入下一级反应器，液相物流由位于底部的液相溢流通道33进入下一级反应器；

气相物流和液相物流进入所述中间级第一单级反应器4b内进行气液反应，其反应原理与所述首级第一单级反应器4a内的工作原理相同；然后依次在所述中间级第一单级反应器5b、中间级第一单级反应器4b内交替进行气液反应；其中，可以通过所述气相补给口向所述中间级第一单级反应器5b、中间级第一单级反应器4b输送作为反应原料的气相物料，使气相物料分级进入反应器内，分级与液相物料接触，以提高反应效率；

气液混合物通过最后一块所述第一隔板2的所述气液混合通道22进入所述末级第二单级反应器5a内进行气液反应，其反应原理与所述中间级第二单级反应器5b的反应原理相同，反应后生成目标产物，由所述产物液相出口14排出，反应剩余气体或反应中生成的气体由所述气相排放口13排出，由此完成了在所述环流喷雾连续气液反应器100内的气液反应。

基于所述环流喷雾连续气液反应器，本发明还提供一种苯酚连续氯化的方法。以下通过具体的实施方式详细阐述将所述环流喷雾连续气液反应器应用于苯酚连续氯化工艺，生产目标产物2，4-二氯苯酚。

实施例1

一种苯酚连续氯化的方法，将苯酚和氯气按摩尔比1:2连续引入所述环流连续气液反应器100中，控制反应温度为50℃，反应压力为微负压；微负压是指反应压力略低于标准大气压，如-50Pa、-20Pa、-10Pa；

其中，所述环流连续气液反应器100由5级第一单级反应器和5级第二单级反应器交错排列形成，即所述第一隔板2的数量为5块，第二隔板3的数量为4块。苯酚和氯气均从所述首级第一单级反应器4a引入，并通过所述第一循环输送装置实现液相循环输送，气液混合相经所述气液混合通道22进入相邻的中间级所述第二单级反应器5b，在所述第二单级反应器中，液相物流和气相物流逆向流动，使气相物流由所述气相通道32进入下一级所述第一单级反应器，液相物流由所述液相溢流通道33进入下一级所述第一单级反应器，以此呈顺流与逆流的交替流动逐级反应得到产物2，4-二氯苯酚。

实施例2

一种苯酚连续氯化的方法，将苯酚和氯气按摩尔比1:2.02连续引入所述环流连续气液反应器100中，控制反应温度为60℃，反应压力为1个标准大气压；

其中，所述环流连续气液反应器100由3级第一单级反应器和3级第二单级反应器交错排列形成，即所述第一隔板2的数量为3块，第二隔板3的数量为2块。

苯酚从所述首级第一单级反应器4a引入，氯气从所述首级第一单级反应器4a引入量占氯气总量的60％，另40％从余下级引入；

在所述首级第一单级反应器4a内，通过所述第一循环输送装置实现液相循环输送，气液混合相经所述气液混合通道22进入相邻的中间级所述第二单级反应器5b，在所述第二单级反应器中，液相物流和气相物流逆向流动，使气相物流由所述气相通道32进入下一级所述第一单级反应器，液相物流由所述液相溢流通道33进入下一级所述第一单级反应器，以此呈顺流与逆流的交替流动逐级反应得到产物2，4-二氯苯酚。

实施例3

一种苯酚连续氯化的方法，将苯酚和氯气按摩尔比1:2.05连续引入所述环流连续气液反应器100中，控制反应温度为70℃，反应压力为1.5个标准大气压；

其中，所述环流连续气液反应器100由4级第一单级反应器和4级第二单级反应器交错排列形成，即所述第一隔板2的数量为4块，第二隔板3的数量为3块。

苯酚从所述首级第一单级反应器4a引入，氯气从所述首级第一单级反应器4a引入量占氯气总量的80％，另20％从余下级引入；

在所述首级第一单级反应器4a内，通过所述第一循环输送装置实现液相循环输送，气液混合相经所述气液混合通道22进入相邻的中间级所述第二单级反应器5b，在所述第二单级反应器中，液相物流和气相物流逆向流动，使气相物流由所述气相通道32进入下一级所述第一单级反应器，液相物流由所述液相溢流通道33进入下一级所述第一单级反应器，以此呈顺流与逆流的交替流动逐级反应得到产物2，4-二氯苯酚。

分别按实施例1-3所述苯酚连续氯化的方法，在所述环流连续气液反应器100中连续运行1个月，对目标产物含量进行统计，统计结果如下：

检测项目实施例1实施例2实施例3氯气利用率(％)100100100目标产物含量(％)97.894.696.3

通过上述数据可以看出，采用本发明提供的环流连续气液反应器100进行苯酚连续氯化的方法，目标产物的含量大于94％，且氯气利用率为100％。

与相关技术相比，本发明提供的苯酚连续氯化的方法，具有如下有益效果：

一、以苯酚和氯气为原料，在所述环流喷雾连续气液反应器中进行反应生成目标产物2，4-二氯苯酚，所述环流喷雾连续气液反应器由所述第一隔板和所述第二隔板分隔形成多级交替排列且相连通的第一单级反应器和第二单级反应器，所述第一隔板具有气液混合通道，使在所述第一单级反应器内气相物料和液相物料呈顺流流动，所述第二隔板具有气相通道和液相溢流通道，使在所述第二单级反应器内气相物料和液相物料呈逆流流动。因此，在所述环流喷雾连续气液反应器内气相物料与液相物料呈顺流与逆流交替流动，从而增加气相物料与液相物料的接触时间及接触面积，可有效提高气相的溶解度，提高气相利用率。

二、所述第一单级反应器和所述第二单级反应器交替排列，使所述气相通道交替分布，增加了气相物料的流通路径；每级反应器内的物料循环流动，并通过喷射器将液相物料喷成雾状，从而可使气相能够与喷成雾状的液相进行充分混合与反应，进一步提高气相利用率。

三、所述第一单级反应器还包括设于所述第一反应腔室内且与所述第一隔板平行间隔设置的第一挡板；每级所述第二单级反应器还包括设于所述第二反应腔室内与所述第二隔板平行间隔设置的第二挡板。通过所述第一挡板和所述第二挡板的设置，以保持所述第一反应腔室和所述第二反应腔室内的物料液位，进而保持物料的停留时间。

四、所述环流喷雾连续气液反应器中，沿物料的流动方向，所述第一隔板的气液混合通道与所述壳体底壁的间距逐级缩小，使物料在较短的时间内快速填充各单级反应器，有效提高各单级反应器的利用效率，且缩短了产物的产出时间，提高了其生产能力。

五、首级所述第一单级反应器的氯气引入量为氯气总量的60-100％，剩余0-40％的氯气由余下级所述第一单级反应器或/和所述第二单级反应器引入。当氯气通过多级引入反应器时，可进一步提高反应效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。