阅读说明：本技术 一种连续生产靛红酸酐的工艺及装置 (Process and device for continuously producing isatoic anhydride ) 是由 岳涛 郭鹏 张智慧 唐晓婵 杨松 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种以苯酐为原料连续化生产靛红酸酐的工艺及装置。一种以苯酐为原料连续化生产靛红酸酐的工艺,包括以下步骤：(1)苯酐水溶液、氨水溶液各自按照一定流量进入管道反应器、消气过滤器中,之后与氢氧化钠溶液进入二级管道反应器混合反应后进入暂存罐；(2)暂存罐的溶液通过聚丙烯中空纤维膜装置分离出过量的氨气和溶液,氨气通过水环真空泵、膜压机、干燥吸收塔进入氨气储罐,溶液进入暂存罐；(3)暂存罐溶液、次氯酸钠溶液各自按照一定流量进入反应釜发生霍夫曼重排反应,再缓慢加入盐酸溶液发生关环反应,得到靛红酸酐溶液；(4)溶液经过板框压滤机,滤液返回第一步重复套用,滤饼干燥得到靛红酸酐,纯度高达99％以上。本发明解决了目前苯酐生成靛红酸酐耗能高、有机溶剂难以处理的问题,具有耗能减少90％、生产设备操作简单、运行稳定、生产效率高、产品纯度低、废水量减少60％的特点。(The invention discloses a process and a device for continuously producing isatoic anhydride by taking phthalic anhydride as a raw material. A process for continuously producing isatoic anhydride by taking phthalic anhydride as a raw material comprises the following steps: (1) the phthalic anhydride aqueous solution and the ammonia aqueous solution respectively enter a pipeline reactor and a degassing filter according to certain flow, then enter a secondary pipeline reactor with a sodium hydroxide solution for mixing reaction, and then enter a temporary storage tank; (2) the solution in the temporary storage tank is separated into excessive ammonia gas and solution through a polypropylene hollow fiber membrane device, the ammonia gas enters an ammonia gas storage tank through a water ring vacuum pump, a membrane press and a drying absorption tower, and the solution enters the temporary storage tank; (3) respectively feeding the temporary storage tank solution and the sodium hypochlorite solution into a reaction kettle according to a certain flow rate to perform Hofmann rearrangement reaction, and slowly adding a hydrochloric acid solution to perform ring closing reaction to obtain an isatoic anhydride solution; (4) the solution passes through a plate-and-frame filter press, the filtrate returns to the first step for repeated use, and the filter cake is dried to obtain the isatoic anhydride with the purity of more than 99 percent. The method solves the problems of high energy consumption and difficult treatment of organic solvent in the prior method for generating the isatoic anhydride from the phthalic anhydride, and has the characteristics of energy consumption reduction of 90 percent, simple operation of production equipment, stable operation, high production efficiency, low product purity and waste water amount reduction of 60 percent.)

一种连续生产靛红酸酐的工艺及装置

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种连续生产靛红酸酐的工艺及装置。

技术背景

靛红酸酐或称依托酸酐，化学名：2H-3，1-苯并噁嗪-2，4(1H)-二酮。靛红酸酐及其同系物和衍生物被广泛用于合成农用化学品、染料、颜料、香料、香精、医药、紫外线吸收剂、发泡剂、阻燃剂、防腐剂、漂白剂、杀菌剂和卫生消毒剂等精细化工产品，是一种用途非常广泛的化工中间体。

现有的苯酐合成靛红酸酐采用的一种方法是苯酐与氨水反应后高温脱水，继续加次氯酸钠反应得到靛红酸酐，另一种是苯酐与尿素在有机溶剂或高温熔融反应，继续加次氯酸钠反应的得到靛红酸酐。两种方法都存在大量的废液产生，并且高温脱水和熔融反应，都会消耗大量的能量。

CN104402840A公开了一种靛红酸酐的合成工艺，该方法中提到第一步便是苯酐与尿素熔融反应(邻苯二甲酰亚胺的熔点：238℃)，然后降温到10～20℃，这使得反应过程需要消耗大量的能量，极大的增加了生产的成本。

发明内容

本发明主要针对现有生产存在能耗高、废液多的问题，提供一种能实现连续生产、产品质量、性能稳定、能耗低、废液少的连续生产靛红酸酐的工艺及装置。

为了实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：

一种连续生产靛红酸酐的装置，所述的氨水储槽底部通过管道a与一级管道反应器的上部连接，苯酐搅拌槽的底部通过管道b与一级管道反应器的上部连接，所述的一级管道反应器的底部通过管道c与二级管道反应器的上部连接，所述的二级管道反应器的上部通过管道d与氢氧化钠储槽的底部连接，所述的二级管道反应器底部通过管道e与暂存槽顶部连接，暂存槽a的底部通过管道f与聚丙烯中空纤维膜分离装置上部相连，所述的聚丙烯中空纤维膜分离装置的顶部通过管道g暂存槽b的顶部相连，所述的暂存槽b底部通过管道k与反应釜顶部相连，反应釜底部n与滤液储槽顶部相连，滤液储槽底部通过管道o与氨水储槽顶部相连；所述的聚丙烯中空纤维膜分离装置下部通过管道h与氨气缓冲罐的顶部连接，所述的氨气缓冲罐的上部通过管道i与膜压机上部相连，所述的膜压机的上部通过管道j与氨气储罐相连，氨气储罐通过管道p与氨气储槽相连；所述的次氯酸钠储槽和稀盐酸储槽底部分别通过管道和m与反应罐顶部相连。所述的管道c上设置有消气过滤器；所述的管道h上设置有水环真空泵；所述的管道n上设置有板框过滤机；所述的管道j上设置有干燥塔；所述的各管道上均设置有阀门和泵。

采用所述的连续生产靛红酸酐的装置，进行连续生产靛红酸酐的工艺，具体步骤如下：

(1)将苯酐、纯水加入到苯酐搅拌槽，开启搅拌，调节电机转速使物料达到湍流状态，固液混合均匀；

(2)氨水储槽、苯酐搅拌槽打开对应的泵，通过流量计与阀门的联锁控制，分别按照一定流量进入一级管道反应器，再由一级管道反应器进入到二级管道反应器，管道反应之间连接着消气过滤器，消除产生的气体，防止形成气囊，造成管道水击、气阻的现象；

(3)氢氧化钠储槽打开对应的泵，通过pH计与阀门的联锁控制，进入二级管道反应器，维持二级管道反应器溶液pH＝10.0-10.5之间，产生的溶液进入暂存槽a待用；

(4)暂存槽a溶液加压后进入聚丙烯中空纤维膜装置，利用疏水微孔膜为隔离层，将氨水及吸收液分隔在两侧，从水中逸出的过量的氨能轻易的穿过膜，水及其它离子型物质则不能通过，氨气通过水环真空泵、膜压机、干燥塔后，进入氨气储罐备用，溶液则进入暂存槽b待用；

(5)打开暂存槽b的阀门，溶液进入反应釜，开启搅拌，并打开反应釜的冷媒进出口阀门，控制溶液的温度为-20～-5℃；

(7)打开次氯酸钠的阀门，利用流量计和阀门的联锁，控制滴加速度，滴加结束之后，继续反应5-10min，打开稀盐酸储存槽的阀门，缓慢滴加32％盐酸溶液，滴定至pH＝1-5之间，滴加完毕之后继续反应10-20min；

(8)关闭冷媒阀门，升温至20-50℃，搅拌2～3h；

(9)打开反应釜底部阀门，经过板框过滤机的过滤及耙式干燥机18的干燥，固体为靛红酸酐，液体溶液返回套用。

所述的步骤(7)中次氯酸钠与苯酐的摩尔比为1-1.2:1；

所述的步骤(7)中次氯酸钠的滴加速度为2-4.5kg/min；

所述的步骤(1)苯酐：纯水质量比＝1:4～1:6，搅拌级别6～8。

所述的步骤(2)氨水、苯酐水溶液进料管对应设置，使所述氨水进料方向与苯酐水溶液的进料方向形成90～180℃夹角，且氨水和苯酐水以氨：苯酐摩尔比2.2～2.5:1进料。保证苯酐充分反应完全。

所述的步骤(2)氨水浓度为20％～30％。

所述的步骤(3)氢氧化钠溶液浓度为15％～30％。

所述的步骤(4)使用聚丙烯中空纤维膜装置，氨气腔为微负压，-0.01～-0.03pa。

本发明的一种连续生产靛红酸酐的装置，包括苯酐搅拌槽、氨水储槽溶液按一定比例流量流入管道反应器，之后进入暂存槽，通过聚丙烯中空纤维膜装置，逸出氨气通过水环泵，再经膜压机压入干燥器，进入氨水储槽；滤除氨气的滤液流入暂存槽，进入反应釜，再进入板框压滤机，滤液通过泵压入氨水储槽或苯酐搅拌槽套用。

本发明所具有的有益效果是：

(1)苯酐到靛红酸酐的连续反应，避免了生产靛红酸酐的中间产物分离、干燥的技术问题，减少了工业化操作量，从而避免了分离、干燥过程的消耗，每吨产品节约了10％～15％的成本；

(2)苯酐水溶液、氨水反应器采用管道反应器，第一、得益于物料进口压力大，流速快，反应混合效果好，提高了反应的转换率；第二、保证了氨水浓度始终为20％～30％，提高了反应的转换率，降低了苯酐水解的副反应的发生；第三、物料在管道反应器的停留时间分布密度函数E(t)足够小，停留时间分布函数F(t)足够大，这样产生的热量利用空冷便达到设计要求，总体反应转换率从75％提高到了96％，生产一吨的能量消耗降低了3～5％。

(3)采用聚丙烯中空纤维膜装置分离回收氨气，一方面降低了次氯酸钠的消耗，另一方面减少了废液、废气的排放，大约每吨靛红酸酐节省60％废液消耗。

(4)自动化程度较高，减少了人员操作，降低了人员与物料的接触频率，既降低了人工成本，又提高了安全系数。

附图说明

图1是连续生产靛红酸酐的装置结构示意图；

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明是对上述内容的限定。

实施例1

结合图1

一种连续生产靛红酸酐的装置，所述的氨水储槽1底部通过管道a与一级管道反应器3的上部连接，苯酐搅拌槽2的底部通过管道b与一级管道反应器3的上部连接，所述的一级管道反应器3的底部通过管道c与二级管道反应器6的上部连接，所述的二级管道反应器6的上部通过管道d与氢氧化钠储槽5的底部连接，所述的二级管道反应器6底部通过管道e与暂存槽7顶部连接，暂存槽a7的底部通过管道f与聚丙烯中空纤维膜分离装置8上部相连，所述的聚丙烯中空纤维膜分离装置8的顶部通过管道g暂存槽b13的顶部相连，所述的暂存槽b13底部通过管道k与反应釜16顶部相连，反应釜16底部n与滤液储槽19顶部相连，滤液储槽19底部通过管道o与氨水储槽1顶部相连；所述的聚丙烯中空纤维膜分离装置8下部通过管道h与氨气缓冲罐10的顶部连接，所述的氨气缓冲罐10的上部通过管道i与膜压机11上部相连，所述的膜压机11的上部通过管道j与氨气储罐12相连，氨气储罐12通过管道p与氨气储槽1相连；所述的次氯酸钠储槽14和稀盐酸储槽15底部分别通过管道l和m与反应罐16顶部相连。

所述的管道c上设置有消气过滤器4；所述的管道h上设置有水环真空泵9；所述的管道n上设置有板框过滤机17；所述的管道j上设置有干燥塔；所述的各管道上均设置有阀门和泵。

实施例2

利用实施例1所述的装置进行连续生产靛红酸酐的工艺，其步骤如下：

(1)将苯酐、纯水加入到苯酐搅拌槽2，开启搅拌，调节电机转速使物料达到湍流状态，固液混合均匀；

(2)氨水储槽1、苯酐搅拌槽2打开对应的泵，通过流量计与阀门的联锁控制，分别按照一定流量进入一级管道反应器3，再由一级管道反应器3进入到二级管道反应器6，管道反应之间连接着消气过滤器4，消除产生的气体，防止形成气囊，造成管道水击、气阻的现象；

(3)氢氧化钠储槽5打开对应的泵，通过pH计与阀门的联锁控制，进入二级管道反应器6，维持二级管道反应器溶液pH＝10.0-10.5之间，产生的溶液进入暂存槽a7待用；

(4)暂存槽a7溶液加压后进入聚丙烯中空纤维膜装置8，利用疏水微孔膜为隔离层，将氨水及吸收液分隔在两侧，从水中逸出的过量的氨能轻易的穿过膜，水及其它离子型物质则不能通过，氨气通过水环真空泵9、膜压机11、干燥塔后，进入氨气储罐12备用，溶液则进入暂存槽b13待用；

(5)打开暂存槽b13的阀门，溶液进入反应釜16，开启搅拌，并打开反应釜16的冷媒进出口阀门，控制溶液的温度为-20℃；

(7)打开次氯酸钠14的阀门，利用流量计和阀门的联锁，控制滴加速度，滴加结束之后，继续反应5-10min，打开稀盐酸储存槽15的阀门，缓慢滴加32％盐酸溶液，滴定至pH＝1-5之间，滴加完毕之后继续反应10-20min；

(8)关闭冷媒阀门，升温至50℃，搅拌3h；

(9)打开反应釜16底部阀门，经过板框过滤机17的过滤及耙式干燥机18的干燥，固体为靛红酸酐，液体溶液返回套用。

所述的步骤(1)苯酐：纯水质量比＝1:4，搅拌级别6。

所述的步骤(2)氨水、苯酐水溶液进料管对应设置，使所述氨水进料方向与苯酐水溶液的进料方向形成90℃夹角，且氨水和苯酐水以氨：苯酐摩尔比2.2:1进料。保证苯酐充分反应完全。

所述的步骤(2)氨水浓度为20％。

所述的步骤(3)氢氧化钠溶液浓度为15％。

所述的步骤(4)使用聚丙烯中空纤维膜装置，氨气腔为微负压，-0.01pa。

所述的步骤(7)中次氯酸钠与苯酐的摩尔比为1-1.2；

所述的步骤(7)中次氯酸钠的滴加速度为2kg/min；

按照本装置及工艺运行后统计，靛红酸酐产品收率98.8％，产品节约能耗约2％，废液、废弃节省约50％。

实施例3

利用实施例1所述的装置进行连续生产靛红酸酐的工艺，其步骤如下：

(1)将苯酐、纯水加入到苯酐搅拌槽2，开启搅拌，调节电机转速使物料达到湍流状态，固液混合均匀；

(2)氨水储槽1、苯酐搅拌槽2打开对应的泵，通过流量计与阀门的联锁控制，分别按照一定流量进入一级管道反应器3，再由一级管道反应器3进入到二级管道反应器6，管道反应之间连接着消气过滤器4，消除产生的气体，防止形成气囊，造成管道水击、气阻的现象；

(3)氢氧化钠储槽5打开对应的泵，通过pH计与阀门的联锁控制，进入二级管道反应器6，维持二级管道反应器溶液pH＝10.0-10.5之间，产生的溶液进入暂存槽a7待用；

(4)暂存槽a7溶液加压后进入聚丙烯中空纤维膜装置8，利用疏水微孔膜为隔离层，将氨水及吸收液分隔在两侧，从水中逸出的过量的氨能轻易的穿过膜，水及其它离子型物质则不能通过，氨气通过水环真空泵9、膜压机11、干燥塔后，进入氨气储罐12备用，溶液则进入暂存槽b13待用；

(5)打开暂存槽b13的阀门，溶液进入反应釜16，开启搅拌，并打开反应釜16的冷媒进出口阀门，控制溶液的温度为-5℃；

(7)打开次氯酸钠14的阀门，利用流量计和阀门的联锁，控制滴加速度，滴加结束之后，继续反应5-10min，打开稀盐酸储存槽15的阀门，缓慢滴加32％盐酸溶液，滴定至pH＝1-5之间，滴加完毕之后继续反应10-20min；

(8)关闭冷媒阀门，升温至50℃，搅拌2h；

(9)打开反应釜16底部阀门，经过板框过滤机17的过滤及耙式干燥机18的干燥，固体为靛红酸酐，液体溶液返回套用。

所述的步骤(1)苯酐：纯水质量比＝1:6，搅拌级别8。

所述的步骤(2)氨水、苯酐水溶液进料管对应设置，使所述氨水进料方向与苯酐水溶液的进料方向形成180℃夹角，且氨水和苯酐水以氨：苯酐摩尔比2.5:1进料。保证苯酐充分反应完全。

所述的步骤(2)氨水浓度为30％。

所述的步骤(3)氢氧化钠溶液浓度为30％。

所述的步骤(4)使用聚丙烯中空纤维膜装置，氨气腔为微负压，-0.03pa。

所述的步骤(7)中次氯酸钠与苯酐的摩尔比为1:1；

所述的步骤(7)中次氯酸钠的滴加速度为4.5kg/min；

按照本装置及工艺运行后统计，靛红酸酐产品收率99.2％，产品节约能耗约3％，废液、废弃节省约40％。

实施例4

利用实施例1所述的装置进行连续生产靛红酸酐的工艺，其步骤如下：

(1)将苯酐、纯水加入到苯酐搅拌槽2，开启搅拌，调节电机转速使物料达到湍流状态，固液混合均匀；

(2)氨水储槽1、苯酐搅拌槽2打开对应的泵，通过流量计与阀门的联锁控制，分别按照一定流量进入一级管道反应器3，再由一级管道反应器3进入到二级管道反应器6，管道反应之间连接着消气过滤器4，消除产生的气体，防止形成气囊，造成管道水击、气阻的现象；

(3)氢氧化钠储槽5打开对应的泵，通过pH计与阀门的联锁控制，进入二级管道反应器6，维持二级管道反应器溶液pH＝10.0-10.5之间，产生的溶液进入暂存槽a7待用；

(4)暂存槽a7溶液加压后进入聚丙烯中空纤维膜装置8，利用疏水微孔膜为隔离层，将氨水及吸收液分隔在两侧，从水中逸出的过量的氨能轻易的穿过膜，水及其它离子型物质则不能通过，氨气通过水环真空泵9、膜压机11、干燥塔后，进入氨气储罐12备用，溶液则进入暂存槽b13待用；

(5)打开暂存槽b13的阀门，溶液进入反应釜16，开启搅拌，并打开反应釜16的冷媒进出口阀门，控制溶液的温度为-15℃；

(7)打开次氯酸钠14的阀门，利用流量计和阀门的联锁，控制滴加速度，滴加结束之后，继续反应5-10min，打开稀盐酸储存槽15的阀门，缓慢滴加32％盐酸溶液，滴定至pH＝1-5之间，滴加完毕之后继续反应10-20min；

(8)关闭冷媒阀门，升温至30℃，搅拌2.5h；

(9)打开反应釜16底部阀门，经过板框过滤机17的过滤及耙式干燥机18的干燥，固体为靛红酸酐，液体溶液返回套用。

所述的步骤(1)苯酐：纯水质量比＝1:5，搅拌级别7。

所述的步骤(2)氨水、苯酐水溶液进料管对应设置，使所述氨水进料方向与苯酐水溶液的进料方向形成120℃夹角，且氨水和苯酐水以氨：苯酐摩尔比2.4:1进料。保证苯酐充分反应完全。

所述的步骤(2)氨水浓度为25％。

所述的步骤(3)氢氧化钠溶液浓度为18％。

所述的步骤(4)使用聚丙烯中空纤维膜装置，氨气腔为微负压，-0.02pa。

所述的步骤(7)中次氯酸钠与苯酐的摩尔比为1-1.1；

所述的步骤(7)中次氯酸钠的滴加速度为3kg/min；

按照本装置及工艺运行后统计，靛红酸酐产品收率99.5％，产品节约能耗约3％，废液、废弃节省约45％。

实施例5

(1)通过泵将槽车里的料分别压入25％氨水储槽200kg，苯酐水搅拌槽加入苯酐100kg，水400kg，搅拌均匀，打开氨水储槽和苯酐水搅拌槽对于的泵和计量流量计，按照一定的比例和流量，缓慢连续不断的流入一级管道反应器；

(2)打开氢氧化钠储槽对于的泵和计量流量计，按照一定流量，缓慢连续不断的流入二级管道反应器，再进入暂存槽1；

(3)暂存槽1溶液通过泵压入聚丙烯中空纤维膜装置，过量的氨气通过水环泵负压抽至氨气缓冲罐，再通过膜压机、干燥过滤器进入氨气储槽；滤液进入暂存槽2；

(4)暂存槽2进入发应釜，打来冷媒降温至-20℃，打开次氯酸钠储槽对于的泵和计量流量计，按照一定流量，缓慢连续不断的流入反应釜，滴加结束之后，继续反应5min，打开盐酸储槽对于的泵和计量流量计缓慢滴加32％盐酸溶液，滴加完毕之后继续反应10min；

(5)关闭冷媒，升温至30℃,继续反应2h，板框压滤机过滤，烘干机烘干，得到靛红酸酐产物。

结果表明：产品纯度99％以上，且每吨产品节约成本12％，减少了65％的废液、废气的排放。