[实用新型]一种连续制备甲苯二异氰酸酯的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于甲苯二异氰酸酯(TDI)生产的技术领域，具体涉及一种连续制备甲苯二异氰酸酯的装置。

背景技术

TDI是一种混合型的异氰酸酯，工业常用的是2,4-TDI和2,6-TDI两种异构体质量比为80:20的混合物。其生产方法主要有光气法和非光气法。但是，迄今为止，国内外工业生产TDI 的方法主要采用光气化法工艺，光气法生产TDI主要包括五个步骤：(1)一氧化碳和氯气反应生成光气；(2)甲苯与硝酸反应生成二硝基甲苯(DNT)；(3)DNT 与氢反应生成甲苯二胺(TDA)；(4)处理过的干燥TDA 与光气反应生成(TDI)；(5)TDI 的提纯。TDI生产光气化反应是指甲苯二胺(TDA)在惰性溶剂作用下与光气反应的过程，分为冷反应和热反应两个步骤进行。为描述问题方便，以甲苯二胺(TDA)为例给出反应过程。

      (1)

 (2)

  (3)                

 (4)

(5)

(6)

反应(1)，(2)为制备TDI的主反应，其他反应均为副反应。反应(1)称为冷光气化反应，自身放出大量热，使得反应物温度升高。反应过程分为两个步骤：TDA的一个氨基与光气结合，释放出一个HCl，生成氨基甲酰氯(-NHCOCl)；TDA的另一个氨基与游离HCl结合(一般捕获的是与同分子内刚生成的HCl)成氨基盐酸盐(-NH₂﹒HCl)。氨基甲酰氯和氨基盐酸盐的生成都极为迅速，所以反应1又称为快反应。

反应(2)称为热反应是冷反应的中间产物进一步反应生成目标产品TDI和副产物氯化氢的过程。也分两个步骤：氨基盐酸盐(-NH₂﹒HCl)先解离成氨基和游离HCl，氨基与光气反应生成氨基甲酰氯(-NHCOCl)和一个游离HCl。热反应过程涉及的两个步骤均是可逆的，所以及时分离出HCl成为提高反应速度的关键，且反应为吸热反应，所以应吸入热量，保持反应温度，保证反应的正常进行，故称之为热反应阶段。

反应(3)-(6)为副反应，主要发生在几个基团之间，但是其反应速率都低于反应(1)。具体为原料TDA中的氨基(-NH₂)、中间产物的氨基甲酰氯(-NHCOCl)、产品TDI中的异氰酸酯(-N=C=O)反应生成不溶物脲，经常堵塞管路、收率降低，严重影响TDI的正常生产。

按照在光气化过程中使用的惰性溶剂的不同，光气化过程可以分为重溶剂法和轻溶剂法。用重溶剂法如间苯二甲酸二乙酯(DEIP)作溶剂，在高压条件下进行光化反应，即通常所称的“重溶剂生产工艺”。以轻溶剂如邻二氯苯(ODCB)作溶剂，在低压条件下进行光化反应，即通常称的“轻溶剂生产工艺”。  采用重溶剂法生产时，溶剂在反应中起到了分散剂的作用，在分离中又起到了保护作用，它可以使 TDI 减少在塔底出现的机会。所以，采用重溶剂法生产TDI可以在一定程度上减少发生副反应(3)-(6)，但是在工业上主要采用溶剂不会与物料发生反应的轻溶剂法生产，这主要是重溶剂有其较大的缺点：首先，DEIP容易与光气反应生成m -乙酯基苯基甲酰氯的沸点介于TDI和DEI P之间，因此在溶剂中发生累积，并与TDA进一步反应生成酰胺类化合物(固体残渣)，从而使反应收率降低，堵塞反应器、管道、分离设备，影响开工率。副反应方程式为(7)-(8)。

  (7)

   (8)  

综上分析，采用轻溶剂法生产TDI过程中，由于溶剂不与产物发生反应，则发生的副反应主要为(3)-(6)；采用重溶剂法生产TDI过程中，虽然重溶剂在一定程度上能够保护目标产物，抑制副反应的发生，但是会有副反应(7)-(8)发生。通过理论分析和中试结果可知，这些副反应的发生主要是两股反应物料完成微观和宏观混合的时间大于反应(1)的特征反应时间所造成的。如果微观和宏观混合的时间小于反应(1)的特征反应时间则光气优先与甲苯二胺发生反应，甲苯二胺反应完全后没有氨基的存在则(3)-(6)，(8)的副反应就不会发生。这样就可以避免堵塞反应器、管道、分离设备，影响开功率的问题，并且反应(8)不会发生，则反应(7)的转化率降低，大大减小DEIP的损失。

为了方便描述，用以下方程来阐述宏观、微观混合时间对反应产物的影响：

A + C → D                         (9)

B + C → P                        (10)