一种高剪切混合反应器及二苯基甲烷系列胺的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高剪切混合反应器及二苯基甲烷系列胺的制备方法，所述高剪切混合反应器包括：壳体、转动轴、至少两级的定转子装置、第一进料通道、第二进料通道和出料通道；通过至少两级齿阵咬合型的定转子装置和进料通道的设计，使物料快速充分地完成分子尺度的分散和混匀，解决了物料局部过量的情况，抑制副反应发生。所述高剪切混合反应器用于二苯基甲烷系列胺DAM的制备，针对苯胺盐与甲醛的快速、易堵的液液反应体系进行改进，解决了管线和设备堵塞问题，使DAM的制备方法具有无能量浪费、操作简单、运行平稳、反应热利用率高的特点，并使N

【技术实现步骤摘要】
一种高剪切混合反应器及二苯基甲烷系列胺的制备方法


[0001]本专利技术属于化学品制备
，具体涉及一种高剪切混合反应器及二苯基甲烷系列胺的制备方法。

技术介绍

[0002]二苯基甲烷系列胺(DAM)包括二苯基甲烷系列二胺和多胺的混合物，其结构为其中n为≥0的整数；当n为0时，即为二氨基二苯基甲烷(二胺，MDA)；当n≥1时，即为多亚甲基多苯基多胺(多胺)，DAM为上述二胺和多胺的混合物。DAM被广泛应用于生产二苯基甲烷系列异氰酸酯(MDI，二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯)，是聚氨酯行业中重要的原料之一。
[0003]通过苯胺与甲醛在酸性催化剂存在下反应来生产DAM的方法是行业内已知的，该反应在连续、半连续或不连续的体系中进行。在大规模工业化装置生产DAM的过程中，极易出现甲醛分散不均的情况，体系中会出现较多的甲醛局部过量区域，由此导致局部过热及甲醛配比过高，产生副产物N
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甲基杂质及高聚物。N
‑
甲基杂质含量增加，会严重影响DAM及后续MDI的质量；高聚物则会导致设备及管线堵塞，影响MDI整体生产的稳定运行，较严重时或运行一段时间需停车清理。
[0004]针对该问题，国内外研究人员进行了多方面的研究工作，例如EP1270544A1公开了通过半连续的方式将苯胺、甲醛和酸催化剂分阶段多次加入，控制DAM中的N
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甲基MDA含量，可以降低粗MDI的色号；但该方法为半连续的生产方式，难以实现DAM和MDI的大规模工业化生产。USP3260751A公开了一种连续缩合制备多胺的工艺，其采用了“L”型的混合装置，苯胺和盐酸反应制备的苯胺盐酸盐在反应器与甲醛进行反应，使流体处于湍流状态，避免高分子量聚合物的生成而导致的设备堵塞；但是，该方法仅能调整物料的流动状态，并不能很好实现甲醛与苯胺的快速充分混合，尤其在大规模工业化生产时，会导致更加严重的问题。CN101279923A公开了一种制备多亚甲基多苯基多胺DAM的方法，其采用超重力旋转床作为甲醛和苯胺盐酸盐的混合反应器，将苯胺盐酸盐与循环液的混合液以及甲醛分别按比例送入超重力旋转床反应器，在超重力条件下进行混合并发生缩合反应，离开超重力旋转床反应器的物料可进入搅拌釜继续进行预缩合反应，得到缩合液，再经升温、分子重排反应、中和、水洗以及多胺精制等步骤后，得到精制DAM。但是，工业化应用过程中，该方法出现了喷射至旋转床的甲醛与苯胺盐酸盐的反应产物会粘附在旋转床的转子上的现象，导致床层孔道堵塞及搅拌电流急剧升高，运行稳定性较差。此外，CN102527312A和CN103084134A分别提及了两种混合强化设备及用于生产DAM的方法，虽然有助于实现物料的快速混合，但在实际大规模工业化生产应用过程中，充分的微观混合效果欠佳，由此导致N
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甲基MDA杂质含量仍然较高，高聚物带来的堵塞问题并未彻底解决。
[0005]目前，MDI单套装置生产规模越来越大，对DAM的品质和产能也提出了更高的要求，制备DAM过程中产生N
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甲基MDA杂质和高度聚合堵塞物的问题日益突显，为此，亟需寻找和开发一种能满足物料充分分散的设备以及高品质DAM的制备工艺。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高剪切混合反应器及二苯基甲烷系列胺的制备方法，通过高剪切混合反应器的特殊设计，尤其是定转子装置和进料通道的设计，能够满足甲醛等物料的快速充分的分散和混匀，有效抑制了副反应。采用高剪切混合反应器的二苯基甲烷系列胺的制备方法具有无能量浪费、操作简单、运行平稳的特点，且杂质含量低，使目标产物的品质优异且稳定。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高剪切混合反应器，所述高剪切混合反应器包括：壳体、转动轴、至少两级的定转子装置、第一进料通道、第二进料通道和出料通道；所述定转子装置中的定子和转子咬合；以所述转动轴的方向为第一方向，与所述第一方向垂直的方向为第二方向；所述至少两级的定转子装置沿第一方向包括依次设置的第一级定转子装置和第二级定转子装置；所述第一进料通道设置于第一方向，其延伸至壳体内的一端为盲端；所述第一进料通道的近盲端处的侧壁上设有出料孔；所述第二进料通道设置于第二方向，其包括一级进料子通道和二级进料子通道；所述一级进料子通道与第一级定转子装置相邻设置，所述二级进料子通道与第二级定转子装置相邻设置。
[0009]本专利技术提供的高剪切混合反应器中，包括至少两级(例如2级、3级、4级等)齿阵咬合型的定转子装置，所述定转子装置提供了极大的剪切速率，使物料在高剪切混合反应器中完成高效、快速、充分地微观尺度的混合和分散，从而有效抑制了因物料局部过量而带来的副反应。同时，所述高剪切混合反应器包括设置方向相互垂直的第一进料通道和第二进料通道，使不同的物料分别从两个通道中进入反应器；而且，所述第二进料通道包括两级进料子通道，分别与两级定转子装置相邻设置，从第一进料通道进入的物料和从一级进料子通道(第二进料通道)进入的物料在第一级定转子装置所在的高速剪切区混合，在巨大的能量耗散速率下使物料快速分散、达到分子级的混匀，进而与从二级进料子通道(第二进料通道)进入的物料在第二级定转子装置所在的高速剪切区发生混合，并在高速剪切速率下完成物料在微观尺度下的均匀分散。所述高剪切混合反应器中，通过至少两级齿阵咬合型的定转子装置以及进料通道的特殊设计，使物料完成快速充分的分子尺度的分散混匀，从而有效抑制了副反应的发生。
[0010]示例性地，所述高剪切混合反应器用于二苯基甲烷系列胺的制备，苯胺盐从第一进料通道进入，甲醛通过具有两级设计的第二进料通道进入，在转子与定子的高速剪切区域混合，巨大的能量耗散速率下，使甲醛在不足10
‑3s下快速分散、达到分子级的混匀，使因甲醛局部过量造成的N
‑
甲基MDA降至业内最低，同时多级(至少2级)的定转子装置的极大剪切速率下极大的抑制了高聚物的生成，所述高剪切混合反应器自身通过剪切、咬合，即使在较大通量、超过100℃的反应温度下仍具有极强的抗堵和稳定运行能力，后续的反应及分离系统经过长周期运转也未再出现各环节设备与管线堵塞的问题。
[0011]需要说明的是，本专利技术中，每一级所述定转子装置包括相对设置的两个定转子装
置。相应地，所述第二进料通道中，一级进料子通道和二级进料子通道均包括相对设置的两个子通道；即所述第二进料通道包括四个子通道。
[0012]优选地，所述高剪切混合反应器包括三级齿阵咬合型的定转子装置。
[0013]本专利技术中，所述定转子装置包括定子和转子；所述定子包括定子基座和设置于所述定子基座上的定子齿，定子齿呈圈状排布的阵列，即形成“齿圈”；相应地，所述转子包括转子基座和设置于所述转子基座上的转子齿，转子齿呈圈状排布的阵列，形成“齿圈”。所述定子齿与转子齿相互咬合，构成齿阵咬合型的定转子装置。所述定子基座固定于高剪切混合反应器(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高剪切混合反应器，其特征在于，所述高剪切混合反应器包括：壳体、转动轴、至少两级的定转子装置、第一进料通道、第二进料通道和出料通道；所述定转子装置中的定子和转子咬合；以所述转动轴的方向为第一方向，与所述第一方向垂直的方向为第二方向；所述至少两级的定转子装置沿第一方向包括依次设置的第一级定转子装置和第二级定转子装置；所述第一进料通道设置于第一方向，其延伸至壳体内的一端为盲端；所述第一进料通道的近盲端处的侧壁上设有出料孔；所述第二进料通道设置于第二方向，其包括一级进料子通道和二级进料子通道；所述一级进料子通道与第一级定转子装置相邻设置，所述二级进料子通道与第二级定转子装置相邻设置。2.根据权利要求1所述的高剪切混合反应器，其特征在于，所述定子中的齿圈数和转子中的齿圈数相同，所述定子中的齿圈数为2
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4圈；优选地，所述定子中的最内侧齿圈与最外侧齿圈的间距为60
‑
100mm；优选地，所述定子中的最外侧齿圈的直径为280
‑
360mm；优选地，所述定子中的定子齿与转子中的转子齿的齿长相同；所述齿长为80
‑
120mm；优选地，所述定子中的定子齿、转子中的转子齿的齿厚各自独立地为1
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6mm；优选地，所述定转子装置中任意相邻的定子齿与转子齿的间距为5
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15mm。3.根据权利要求1或2所述的高剪切混合反应器，其特征在于，所述第二进料通道的出料端设有多孔喷头，所述多孔喷头包括喷射环管和设置于所述喷射环管上的至少两个喷射柱；每个所述喷射柱上各自独立地设有2
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6个喷孔；优选地，所述喷射环管上设置的喷射柱的数目为4
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8个；优选地，所述喷孔的直径为3
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7mm。4.一种如权利要求1
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3任一项所述的高剪切混合反应器在制备胺类化合物或异氰酸酯类化合物中的应用。5.一种二苯基甲烷系列胺的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)苯胺与酸性化合物进行反应，得到苯胺盐；(2)步骤(1)得到的苯胺盐与甲醛进行预缩合反应，得到反应液；(3)步骤(2)得到的反应液进行反应，得到所述二苯基甲烷系列胺；步骤(2)在如权利要求1
‑
3任一项所述的高剪切混合反应器中进行，所述苯胺盐从第一进料通道入料，所述甲醛从第二进料通道入料，得到的所述反应液从出料通道中排出并进入步骤(3)。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述酸性化合物包括盐酸、硫酸、磷酸、甲磺酸中的任意一种或至少两种的组合，优选盐酸；优选地，所述盐酸中HCl的质量百分含量为25
‑
37％；优选地，所述盐酸中的HCl与苯胺的摩尔比为(0.04
‑
0.5):1；优选地，步骤(1)所述反应的时间为1
‑
30s。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述苯胺盐的入料流速为0.5
‑
3m/s；
优选地，步骤(2)所述甲醛与苯胺的摩尔比为(0.3
‑
0.6):1；优选地，步骤(2)所述甲醛以甲醛水溶液的形式从第二进料通道入料；优选地，所述甲醛水溶液中甲醛的质量百分含量为30
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50％；优选地，步骤(2)所述甲醛水溶液的入料压力为6
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10bar A；优选地，步骤(2)所述甲醛水溶液的入料流速为3
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8m/s；优选地，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永锋，章靓，张宏科，吴雪峰，张严，林飞腾，陈杨，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：