回路反应器的应用介绍

1 烷氧基化反应

环氧乙烷（EO）或环氧丙烷（PO）等环氧化物与活泼氢的有机化合物发生开环加成反应称为烷氧基化反应。烷氧基化的是在100~180oC，一定的压力，催化剂存在的情况下进行反应，反应通常是强放热反应。反应物环氧乙烷（环氧丙烷）本身化学性质活泼，易燃、易爆，因此建立可靠的反应器条件非常重要。

该工艺最初使用的反应设备是带有机械搅拌的反应釜，至今仍有使用。操作方法是环氧乙烷通过釜底设计的鼓泡管进入反应器内和液相发生反应，然后通过机械搅拌不断更新相界面，加快反应速度。采用反应釜作为反应设备的主要优点在于生产工艺成熟、设备简单、操作灵活度大，缺点是反应速度慢、反应时间长、产品质量差，另外存在着比较大的安全隐患，这主要体现在两点，第一点是内置盘管的设计并不能完全移走由化学反应产生热量，操作不规范时非常容易导致环氧乙烷暴聚，热量无法及时撤出而发生危险；第二点是搅拌釜采用的机械密封属于动密封，非常容易因为泄漏而发生事故。

使用回路反应器作为反应设备时，首先通过外部的循环泵和换热器将液体引发剂加热至反应温度（160oC）；之后需要向系统充入一定量的氮气，确保环氧乙烷的浓度始终维持在40%以下（爆炸下限），这样便能维持系统的安全性；最后液体反应物通过喷嘴进入反应器，并在喷嘴的出口处形成负压，从而将气化的环氧乙烷吸入反应系统，两种反应物反应强烈的反应，液体不断循环，气体不断加入，直至反应完全。

从上述同一工艺在反应釜和回路反应器两种的反应器的比较中可以发现回路反应器在换热和安全方面有着传统反应釜不可比拟的优势。反应釜、外循环喷嘴反应器和回路反应器的产量比较可见于表2 。

表2  搅拌釜、喷雾反应器、回路反应器产品比较

3.2 2,6-二乙基苯胺合成

2,6-二乙基苯胺是非常重要的有机化工原料，可以用于制造染料、医药、香料、农药等，特别是用于制造氯代酰胺类除草剂。以苯胺和乙烯为原料，在高温、高压及催化剂的作用下合成2,6-二乙基苯胺的化学反应方程式如图3所示。

图3  使用苯胺和乙烯合成2,6二乙基苯胺

该反应的操作和上一个反应类似，首先将搅拌均匀的催化剂和苯胺的悬浊液在循环泵的带动下，通过换热器将物料升温至反应温度；当达到反应温度之后，开启乙烯压缩机，向反应系统内通入乙烯气体，通入的乙烯气体因为文丘里设备的引射作用和悬浊液均匀混合、反应；反应过程中放出大量的热，之前的热交换器在反应开始之后起到了冷却器的作用。

    相关的实验数据表明，在高压釜内需要7.2h才能完成的反应，在回路反应器中只需要4.5h即可，反应时间缩短了40%；若以3000吨/年的生产量来计算，需要16台1000L的反应釜，而回路反应器的全容积只需要5850L。另外通过工艺优化发现，回路反应器内的催化剂使用量可以降低30~40%，而且催化剂的寿命大大提高，使用时间大大加长。而以上的反应时间短、催化剂的使用较少、反应比较温和等特点，使得产品的副产物减少2~3%，产品收率提高3~4%。