|
一、选题的依据及课题的意义
氯苯通常指一氯化苯，是化工生产中的一种基本原料，是染料、医药、农药和橡胶的重要中间体[1]。以一氯化苯为原料可以生产硝基氯苯(其氯苯消费量在国内约占氯苯总量的70%以上)、二硝基氯苯等，另外还可以直接用作溶剂；氯苯是氯碱厂进行氯平衡的重要产品[1]。目前我国氯化苯等主要氯产品产能均居世界第一位，约占世界总产能的30%-70%，我国已成为世界氯产品生产和消费大国[2]。
气液搅拌反应器是常用的气液相反应设备之一。它适用于气体与粘性液体或悬浮榕液的反应系统,由于气体分散依赖于搅拌,而搅拌又易于控制,因而反应器操作可靠,放大也容易 [4]。此外，搅拌可以强化传热、促进气体分散良好，从而增大相界面和传质系数，并能使具有固体催化剂粒子的体系保持均匀悬浮。因为通气搅拌釜的结构参数可以各异，所以其比鼓泡塔具有更宽广的适应能力[8]。
由于纯苯氯化反应生成一氯化苯属于放热反应[1]，且反应放出的热量会使物料温度不断升高，物料温度升高不仅影响产品的转化率，同时也影响副反应的发生，因此，为了保持物料的恒定反应温度，尽可能的减少副反应，纯苯氯化时必须及时移走反应热，而反应热被移走的速度决定氯化反应设备的生产能力。目前工艺中移走反应热的方式主要是：利用原料苯的气化移走热量，使反应器内保持80℃左右反应温度(纯苯的气化温度)[1]。
在反应过程中若提高反应温度,可以提高产物的转化率,使氯化液中的氯化苯含量增降低生产成本。但氯化温度的提高也加剧了生成二氯苯的副反应,导致在氯化液中二氯苯的含量也相应增加,这样既增加了苯耗量,也增加了产品后处理的能耗,显然生产成本就会增高。由此可知,在氯化苯的生产过程中一定存在一个优化反应温度,在这个温度下反应,产率最高而副产物最低,因而使生产成本最低而经济效益最高[3]。
纯苯氯化反应器主要采用通气搅拌釜反应器，这是纯苯氯化的反应核心，本设计的目的是利用气液相的流体力学来确定液相反应发生的地方（相界面、液膜、液相主体)[5],以完成反应器设计及研究纯苯氯化生产一氯化苯工艺提高氯化反应热的移走速度，即在已知反应器设备尺寸大小的前提下，在最大化控制二氯化苯等副反应生成的同时，提高设备生产一氯化苯的生产能力，达到反应所需转化率。
二、研究概况及发展趋势综述
目前工业上苯的氯化大致包括液相法,气相法与光氯化等三种方法[6]。氯化过程可为间歇或连续式[6]。
1）、液相法；目前用得最多也最有工业化价值的是苯的液相催化氯化法。液相氯化通常是将不含石腊烃与侧链芳烃等高沸点杂质的干燥苯液预先置于氯化反应器,氯气从反应器顶部通入。选择最适宜的氯化催化剂溶于苯液后加入反应器进行反应[6]。
2）、气相法；连续法操作最适合于苯的气相氯化。最早由拉希格发展起来的苯的氧氯化工艺是将苯蒸气、空气、水蒸汽和氯化氢混合物先行预热并在220-260℃和常压下与催化剂接触。催化剂由载在硅胶上的氧化铜和助催化剂组成[6]。
与液相法比较,气相法的反应温度高,能耗大,设备材质与制造要求高,如果规模不大的话是不经济的。但是在苯的氧氯化工艺中,用氯化氢和空气的混合物代替氯,反应后的HCI可作为原料再返回到氯化工序中去,所以此法基本无副产盐酸[6]。
3）、光氮化法；光氯化法是在有紫外光的活性分子存在时,苯的光氯化反应,因其不易控制氯化深度,故仅能用于六氯化苯的生产[6]。
随着科学的不断进步，目前针对苯的液相催化氯化法这一主要的生产方法正在不断改进并有显著改进。安徽八一化工股份有限公司氯化苯生产装置自 1989 年开车运行以来，经过 23 年的发展，现产能已达到 15 万 t/a[7]。但是与国际先进水平相比，我国氯产品生产仍存在较大差距，此外，目前国内氯产品生产企业间技术水平差距很大，生产工艺先进与落后并存，落后工艺技术在总产能中占有较大比例，生产技术的差距主要体现在环境保护、产品品种和产品质量等方面[2]。我国氯产品的发展正逐步与国际水平接轨，部分企业的装置与技术达到国际先进水平。但同时，国内还存在大批技术水平较低的氯产品装置[2]。我国的一氯化苯的需求自五十年代以来就一直不断增加，由于市场需求迫切,给其生产工艺的改进和创新带来了巨大的发展潜力和前景。
|
