用管式反应器生产乙二醇苯醚

石油化工990410石油化工资源系统 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY数字化期刊 WANFANG DATA(CHINAINFO)1999年第8卷第4期Vol.28no.4 DIGITIZED PERIODICAL1999用管式反应器生产乙二醇苯醚范存良杨忠保单根林奚军摘要采用带夹套的静态混合器作为苯酚加成环氧乙烷的管式反应器,在无机碱或有机碱的作用下连续生产乙二醇苯醚。所得产品为无色透明液体,主组份质量分数大于97%,无需精制就可使用,极大地降低了成本。36Ma的反应压力使环氧乙烷处于液相中反应,静态混合器的使用解决了反应过程中物料的混合与反应热的传递的问题。关键词静态混合器环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环氧乙烷的加成产物外观为无色或淡黄色带芳香气味的透明液体。其应用领域较广。在洗涤剂中是一种优良的渗透剂兼杀菌剂;在化妆品中是一种柔性杀菌剂,对皮肤的刺激性很小而对一些特殊菌种有特别的防止效果;在水性涂料中可作效果极佳的成膜助剂;添加到圆珠笔油墨中,可改善圆珠笔冒油、漏油、凝结、塞笔等不良情况。乙二醇苯醚的工业生产一般用釜式反应器。产品的色泽深,副产物较多,需精制后方可正常使用。产品的成本很高。为此,应用推广受到很大限制。为此我们采用静态混合器作为反应器,开发了连续化生产工艺[12],所得产品无色透明,主组份质量分数达98%,无需后处理就可直接使用,极大地降低了成本,受到广大用户的好评。石油化工9904101试验部分1.1加成原理[3]在碱性催化剂的作用下,由苯酚与环氧乙烷合成乙二醇苯醚:反应生成的乙二醇苯醚,进一步与环氧乙烷反应生成主要副产物:此外,环氧乙烷自聚还可以生成乙二醇副产物。1.2原苯酚,工业级;环氧乙烷,上海石化股份公司产品;氢氧化钾,分析纯。1.3试验装置及流程起始剂和催化剂配好后加热到一定温度,经计量泵与环氧乙烷混合后进入反应器进行反应。反应压力控制在3.6MPa,反应起始温度控制在200以下。反应物料经冷却、中和后装桶,即得成品。流程如图1所示。测搅拌温点冷却水出口中剂配口料反应器冷却冷却水进口氮气口原料泵导熱油釜↓8导热油泵EO钢瓶EO泵图1反应流程图1.4分析方法产品中主组份含量测定:常规色谱分析;产品羟值测定:采用IS4326-乙酐分析法。2结果与讨论2.1反应器的选型苯酚和环氧乙烷的加成反应是快速强放热反应。为了强化反应过程,开发连续合成的新技术,及时导出反应热。我们选用上海威宇公司生产的带夹套静态混合器作为反应器。静态混合器良好的混合效果和高效的传热效率,很好地解决了反应过程中两石油化工990410股物料的充分混合和反应热的及时导出,而且采用管道作反应器可以承受很高的反应压力,使得环氧乙烷和苯酚在液相中反应,反应更加容易控制。2.2反应器压降和停留时间的测试3选用的静态混合器,定型产品,其压降为: Ap=2L 2 D式中,△p为压力降,中为摩擦系数,p为流体密度,w为流体线速度,L为混合器长度,D为管道内径。在设定流量90kg/h下,物料(水、乙二醇)通过反应器的压降小于0.05MPa,不影响反应及操作。在反应器进口处,以饱和食盐水为示踪剂,采用脉冲应答法,用电导率仪测得出口处示踪剂的应答曲线。由此确定物料流过反应器的停留时间分布。测定结果表明:示踪剂出峰时间几乎都正好在物料的平均停留时间VV处,并且峰形属于标准的脉冲讯号,在它的前后没有发现任何痕迹的早出峰或拖尾现象。流体通过反应器的停留时间可以作理想的活塞流处理。2.3反应器的传热特性由于静态混合器中混合元件的存在,管内流体与管壁的碰撞加剧,有利于热量的传递。为了解所选的静态混合器的传热特性,研究了夹套和管内冷热流体对总传热系数的影响。研究时管内介质为水,夹套内介质为导热油。用导热油冷却管内热水。热量计算时以水为基准。结果如图2600500400日300u0.21m3/b200=0.17m3/h10000.10.20.3 u/m.s图2管内流速对传热系数的影响2.4反应条件的变化对产品质量的影响催化剂浓度及反应区域的最高温度对产品的质量有很大的影响。表1显示的是反应压力为3.6MPa、反应流量为0.130m3/h时反应条件对产品质量的影响。表1反应条件变化对苯酚加成反应的影响石油化工990410催化剂质量分数反应温度产品色泽质量分数/%/℃羟值/%主产物苯酚无机强碱0.5250黄色透明93<0.53900.3230黄色透明94<0.33950.2220淡黄透明94<0.23980.1220淡黄透明96<0.24000.6(有机碱)220无色透明98无403从表1可以看出,无机强碱作催化剂时,若浓度过高,会引起反应加快,温度升高,不易控制。且由于局部高浓度的环氧乙烷的快速反应,造成副产物含量增加,产品中还有少量苯酚存在;浓度降低后,反应比较平稳,局部最高温度有所下降,副产物含量降低,苯酚含量也下降。而用有机碱作催化剂时,由于催化剂活性比较低,反应比较平稳,副产物含量更低,苯酚全部转化,温度控制容易,产品无需精制处理即可使用。由于采用连续管式反应技术,反应器既要进行反应又要当换热器使用,使得反应器沿其长度必然存在一个温度分布。由于物料在最高温度点的停留时间很短,正常反应时对产品质量的影响小于釜式反应器内温度对产品质量的影响。图3是一个典型的温度分布图。3502501505026810反应区域图3反应器内温度的变化3结论(1)本工艺将乙二醇苯醚的传统釜式间歇反应改为连续化生产,极大地提高了反应器的空时产率,环氧乙烷的空时产率可达1.67kg/(m3s),比传统釜式高近20倍,并获得了质量稳定可靠的产品。(2)本工艺采用静态混合器作反应器,使流体在反应器中流动可看作理想活塞流。带夹套的混合器(具备良好的混合效果)解决了两股物料的混合,并提供了较大的换热面积,使反应温度的控制变得更加容易。较高的操作压力使反应物处于液相反应,反应更加均匀完全。产品质量更易控制,操作更加安全方便。石油化工990410(3)由于静态混合器的引入,使传统乙氧基化的间歇和半连续的操作变成连续化生产。同时也扩展了静态混合器的应用领域,使乙氧基化反应技术的设备及工艺得到了发展第一作者:范存良,男,1968年生,工程师,电话021-57941919-329作者单位:上海石化股份公司化工研究所,上海200540参考文献1马德成,马保东译静态混合器基础和应用,北京:纺织工业出版社,1985:2 2 Bor T. Brit Chem Eng, 1971 16 (7): 6103三枝武夫开环重合(Ⅱ),京都:化学同人,1971:1134杨忠保,范存良化学反应工程与工艺,199713(4):298收稿日期:1998-05-16