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討論陶瓷波紋填料在氯化芐生產中的應用
2019-07-12 閱讀：
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近年來隨著氯化芐下游產品種類的不斷增加 ,氯化芐已成為當今合成工業的一種重要化工原料,可用于合成多種中間體, 廣泛應用于農藥 、醫藥、染料、香料、表面活性劑、紡織、塑料助劑、高檔絕緣油等的生產 ,具有很高的經濟和應用價值 。
1 反應機理及產物組成
氯化芐的合成方法雖多, 但具有工業生產價值的甲苯氯化法。目前國內大多采用甲苯光照氯化工藝,少采用過氧化物催化氯化。工藝雖不同 ,但機理相同 ,都是一個三級自由基連鎖反應,其反應歷程可表示為 :
根據實驗結果, 三級反應的速率比大約為 10 1 0 .1, 不同氯化的產物組成曲線見圖 1 。而實際工業化生產過程中除上述三級連鎖反應可能產生的雜質外,一般還存在著較多的苯環氯化物雜質 :
1 反應機理及產物組成
氯化芐的合成方法雖多, 但具有工業生產價值的甲苯氯化法。目前國內大多采用甲苯光照氯化工藝,少采用過氧化物催化氯化。工藝雖不同 ,但機理相同 ,都是一個三級自由基連鎖反應,其反應歷程可表示為 :
根據實驗結果, 三級反應的速率比大約為 10 1 0 .1, 不同氯化的產物組成曲線見圖 1 。而實際工業化生產過程中除上述三級連鎖反應可能產生的雜質外,一般還存在著較多的苯環氯化物雜質 :
因此, 氯化液實際由一氯芐 、鄰及對 -氯甲苯、芐叉二氯組成, 其沸點分別為:179 .3 、159 .2 、162 .4、205 .2℃,且都具有一定的揮發性, 給氯芐的分離帶來了一定的難度。
2 生產工藝介紹
2 .1 工業生產現狀
國內氯化芐的生產已有多年的歷史 ,隨著技術水平的不斷提高 ,生產工藝有了較快的發展, 已由原來的間歇氯化逐步發展到現在的連續式氯化及塔式反應精餾氯化法,各種工藝的生產特點 , 文獻資料作了大量的介紹,但大部分內容基本停留在對老工藝的重復敘述上 ,缺乏新意 ,且多局限于氯化部分,對精制部分的說明很少, 而對新技術的關鍵部分更是避而不談 ,因此, 對實際工業生產缺乏指導意義 。
這幾年雖然氯化芐生產技術有了較大的發展 ,但技術的革新基本都限于氯化部分?；诼然S產品特殊的理化性能 , 對設備材質要求高。到目前為止,其分離部分仍然用搪瓷塔內裝散裝填料進行間歇精餾, 先蒸出甲苯、氯化物, 再收集成品 ,塔內件除填料外,為簡單四氟柵板 , 氣 、液兩相的初始分布較差 ,很難避免溝流、壁流的形成 ,也難以保證填料層表面的均勻潤濕, 壓降大,分離效率低 ,往往是大部分時間用在前餾分上 ,造成設備投資大 ,能耗高,產量低,質量也難以提高 ,已成為氯化芐生產的一大難點。
2 .2 新填料的試用
由于規整填料單位理論級壓降非常小,分離效率高,處理能力大 , 尤其在真空操作時點更為突出。因此, 我廠在 1999 年氯化芐擴產技改中 ,通過咨詢、調研, 與填料生產廠合作 ,在分離部分率先使用高效陶瓷波紋填料，為氯化芐自聚引起柵孔堵塞，除制作填料的原料要求采用低含鐵量的陶土成品填料表面進行化學處理外 , 同時對原填料 材質配伍及傳統規格參數都作了較大的調整 ,使之滿足氯化芐生產需求，經過數月的生產證明，較好的效果,隨機考查釜次運行結果見表 1 。
從上述可看出, 使用波紋填料后 , 分離過程中從低沸物到高沸物的溫度突變明顯,分離狀況有了較大改變。但實際生產中分離效果和能耗未能達到設計要求, 經分析,筆者認為可能由以下幾方面原因造成 :
從上述可看出, 使用波紋填料后 , 分離過程中從低沸物到高沸物的溫度突變明顯,分離狀況有了較大改變。但實際生產中分離效果和能耗未能達到設計要求, 經分析,筆者認為可能由以下幾方面原因造成 :
①對于填料塔,其佳分離效率時的塔氣速一般為液泛氣速的 80 %左右, 而本廠填料塔的裝備為5 000 t/a 的釜(大換熱面積 13 m2),DN 700 的塔 ,經核算嚴重不匹配。過大的塔徑不增加了設備投資 ,也使分離效率大幅下降 ,能耗。
②由于受設備材質的限制 ,在技改時除更新填料外 ,未增設新的塔內件 ,回流由搪瓷內膽冷凝器形成噴淋密度小且集中, 液體的初始分布差, 部分填料無法達到必要的潤濕而不能進行充分氣、液傳質 , 從而影響了分離效果。
③陶瓷波紋板填料的徑向擴散系數較小, 加上不良的液體初始分布,塔內又無液體再分布器 ,實際存在嚴重的溝流現象 ,這可能是分離效率下降的主要原因。
3 幾點設想
國內氯化芐生產的氯化工藝進展較快,新出現的反應精餾工藝可使氯化液中氯化芐含量達 90 %以上 ,已具有一定的科技含量 。但分離部分的設備投資大，能耗高，裝置龐雜，工藝十分落后，國外采用特種金屬塔內件使氯化芐的分離環境得了大的改善,為此筆者對國內工業裝置精制部分的改造提出以下設想,供同行參考 。
①貴金屬制作的高效填料 , 既可減少投資, 又可提高分離效率。
②塔內改用金屬支承板,并在其下固定帶有圓形或矩形升氣管的盤式液體分布器,分布器底均布圓形漏液孔，升氣管及盤周上均布V 型溢流槽,如因長時間運行造成漏液孔堵塞,它可起液體分布作用(見圖3)。
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