CN103880622B - 一种布洛芬生产装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种布洛芬生产的装置及工艺。针对目前布洛芬生产中存在的问题，开发一种在布洛芬生产中高效换热的外循环工艺技术，使傅克反应后的物料能够进行高效水解，提高中间体的纯度及收率，并降低水解过程中对设备的腐蚀，从而降低生产成本。本发明的工艺过程如下：傅克反应结束，物料从傅克反应罐放入傅克水解罐，通过调整放料调节阀的开度，控制傅克水解罐内的反应温度，傅克水解罐内的水解反应液通过打料泵打进外循环冷凝器，通过控制冷冻水进水调节阀和冷冻水出水调节阀的开度在外部控制水解反应温度。水解反应完成后，物料进入氯酮水洗罐，并通过氯酮回收罐回收其中的溶剂。

Description

一种布洛芬生产装置及工艺

技术领域

本发明属于化学领域，特别涉及一种布洛芬生产装置及工艺。

背景技术

傅克反应为布洛芬生产中的第一步反应，主要由异丁苯跟氯代丙酰氯在三氯化铝的催化下进行的化学反应，反应产生物为氯酮，同时含有过量的氯代丙酰氯及三氯化铝，因此第二步需要将三氯化铝及氯代丙酰氯水解掉。傅克反应一般需要严格控制温度，因为温度过高会导致副产物的产生，温度过低则导致反应不完全，且容易产生结晶而堵塞管道。现有工艺傅克反应液进行水解过程中，采用在水解罐中内置钛盘管换热器进行水解过程中的温度控制，该工艺存在以下缺陷：1、由于反应液的强腐蚀性，经常出现反应液对换热器的列管的腐蚀，使物料与冷冻盐水进行混合，从而污染了整个工厂的冷冻盐水，同时使傅克反应液也遭到污染；2、所采用的钛管换热器费用昂贵，频繁更换会给车间造成很大的负担；3、采用内置钛盘管进行换热的总传热效率较低，限制了生产能力；4、间歇式放料，物料存在连续的升温降温的过程，造成物料质量差，杂质含量高，中间体收率低。因此，亟需开发一种能够解决上述问题实现在布洛芬生产中高效换热的工艺技术。

发明内容

本发明就是针对上述布洛芬生产中存在的问题，开发一种在布洛芬生产中高效换热的外循环工艺技术，使傅克反应后的物料能够进行高效水解，提高中间体的纯度及收率，并降低水解过程中对设备的腐蚀，从而降低生产成本。

一种布洛芬生产装置，傅克反应罐连接傅克水解罐，傅克水解罐与外循环冷凝器连接成循环通路，傅克水解罐与外循环冷凝器之间连接打料泵，傅克水解罐还连接氯酮水洗罐，氯酮水解罐与氯酮回收罐连接；傅克反应罐与傅克水解罐之间设置放料调节阀，外循环冷凝器的进出口处设置有冷冻水进水调节阀和冷冻水出水调节阀。

所述傅克水解罐上有温度显示器，实现傅克水解罐中水解反应液的温度测定与实时显示。

所述傅克水解罐中设置有搅拌装置，使傅克反应液可以充分混合均匀。

所述外循环冷凝器由两台换热器串联组成，优选石墨或聚四氟乙烯换热器。

一种布洛芬生产工艺，傅克反应液进行水解采用外循环式换热工艺，过程如下：傅克反应结束，物料从傅克反应罐放入傅克水解罐，通过调整放料调节阀的开度，控制傅克水解罐内的反应温度，傅克水解罐内的水解反应液通过打料泵打进外循环冷凝器，通过控制冷冻水进水调节阀和冷冻水出水调节阀的开度在外部控制水解反应温度。

所述傅克反应液进傅克水解罐前，将傅克水解罐中水解液温度控制在8～10℃。

所述傅克水解罐内的反应温度为12～18℃。

通过放料调节阀控制傅克反应液放料速度为15m³/h。

在外循环冷凝器中流道的选择为：傅克水解罐中流出的水解反应液走管程，流速为36.5t/h；冷冻盐水走壳程，流速为43t/h。

管程中水解反应液温度为12～18℃。

壳程中冷冻水入口温度为-5℃，冷冻水出口温度为0℃，即冷冻水进出水温差恒定为5℃。

水解反应完成后，物料进入氯酮水洗罐，并通过氯酮回收罐回收其中的溶剂。

本发明工艺的设计原理如下：

1、傅克水解罐中及外循环冷凝器管程中水解反应温度的确定：

如背景技术中所述，现有工艺均通过内置换热器完成对水解反应的温度控制，没有利用外部循环的报道。经研究发现导致外部循环不能有效进行的主要原因是傅克反应后的水解反应液在一定的温度下结晶，从而堵塞换热器的列管，导致换热无法进行。因此准确测定水解反应液的结晶温度，是进行外部循环换热器设计的关键点之一。

试验方法：将傅克反应液滴入水解液中后温度迅速上升，停止滴加后温度降至12℃左右，降低滴加速度继续滴加并维持在15℃左右；在滴加过程中，逐渐出现了油水分层的现象，上层出现浑浊液体，下层呈橘黄色油状，在反应完全后静置，上层清澈略带黄色下层则为明显的橘黄色油状。

将水解反应液至于冷冻盐水中，烧瓶内反应液温度随外部环境逐渐降低，在温度低于12℃时，液体表面出现少量结晶覆盖，11℃时底部黄色油状液体***有结晶出现，低于9℃时底部油状液体完全冻结成固体。

将冷冻的水解反应液取出，置于15℃左右的环境当中，观察到在8.7℃时底部结晶的***开始融化出现油状，超过10℃后大量黄色油状物出现，至12.5℃时固体全部融化。

当温度超过18℃时，副反应发生，产生部分副产物。

根据上述实验结果，水解反应液的结晶点为12℃，为了有效的防止水解反应液在换热器内结晶导致换热器堵塞，水解反应液与换热器相接触的管壁温度应该大于水解液结晶点12℃，且小于15℃，因此需要对换热器进行严格设计，采用2台40㎡石墨或聚四氟乙烯换热器串联使用。

2、冷冻水温度及流量的确定

经过多次验证，分别采用-17℃的深冷盐水及-5℃的普盐水作为冷冻水，根据沿管子半径方向上的温度分布，以及水解反应液一侧的温度高于结晶点12℃且低于18℃，从而能使换热顺利进行。第一次试验过程中，采用-17℃的低温盐水，根据沿管子半径方向上的温度分布，水解反应液一侧的温度很容易降低到结晶点以下，从而导致水解反应液在管子内侧结晶，进而堵塞管程。第二次试验过程中，采用-5℃的低温盐水，根据沿管子半径方向上的温度分布，水解反应液一侧的温度可以控制在结晶点以上，从而使换热顺利进行。同时冷冻水的流量与入口温度对工艺过程的运行有着非常明显的影响。如果冷冻盐水温度过低，则水解反应液一侧的温度很容易降低到结晶点以下，进而堵塞管程；如果循环水流量过大，根据传热过程原理，水解反应液出口温度降低，还是导致结晶堵塞。根据规定的冷冻水与入口温度设计的换热器，在使用过程中，如果冷冻水的流量增大，则水解反应液的出口温度降低，很容易导致低于水解反应液的结晶点，从而造成换热器堵塞；如果冷冻水的流量减少，则水解反应液的出口温度增大，很容易导致完不成水解罐的降温任务，从而造成产品质量不合格。同理，冷冻水的入口温度也存在如此的影响。

所以，冷冻水的流量与入口温度应该得到严格的控制，因此对水解反应液的出口温度进行了自动控制，控制冷冻水入口温度为-5℃，冷冻水出口温度为0℃，即冷冻水进出水温差恒定为5℃，水解反应液温度为12～18℃，傅克反应液放料速度为15m³/h。根据傅克水解罐内的温度控制其它各参数，冷冻水进出水阀门自动调节。

外循环过程的换热计算:

根据试验结果，一批物料如果在3小时内完成水解过程，则水解过程的热负荷为：

$Q=\mathrm{WcCpc}(t_2-t_1)$

$=1230\×\frac{35}{3600}\×2.85\×{10}^3\×(-12-(-17))W$

$=170.4\mathrm{kW}$

其中：Q—换热器热负荷，W

W_c—冷冻水的质量流量，kg/h

C_pc-冷冻水的比热容，kJ/kg℃

t₁—冷冻水入口温度，℃

t₂-冷冻水出口温度，℃

根据生产经验，反应器内水解反应液的温度不能超过18℃，故以下公式中T1<18℃，同时为了防止物料的结晶，换热器出口处的物料温度必须大于12℃，即图中T2>12℃。设计计算中，规定T1=17℃，T2=13℃，则水解反应液外循环的循环量至少为：

其中：Q—换热器热负荷，W

W_h—水解反应液的质量流量，kg/s

C_ph—水解反应液的比热容，kJ/kg℃

T1—水解反应液入口温度，℃

T2—水解反应液出口温度，℃

根据试验结果，冷冻水的进口温度为-5℃，规定出口温度为0℃，则冷冻水的用量为：

换热器模拟计算:

根据水解工艺过程的特点，外循环换热工艺的水解反应液走管程，冷冻盐水走壳程比较合理。

采用聚四氟乙烯的换热器，对工艺过程的换热进行模拟计算，设计的主要要求是保证水解反应液的进出口温度的条件下，确保与水解反应液相接触的管壁温度大于12℃。计算结果如下：

表1外循环冷凝器各项参数计算结果

采用上述外循环冷凝器后，可以计算出沿着管子半径方向上的热阻分布为：

表2外循环冷凝器热阻分布

项目	热阻百分数
		壳程	8.89%
管壁	83.35%
		管程	7.76%

根据热阻分布进而计算出外循环冷凝器管内壁与管外壁温度如下：

表3外循环冷凝器管内外温度

项目	入口	出口
			热流体温度	17℃	13℃
冷流体温度	-5℃	0℃
			管内壁温度	15.3℃	12.0℃
管外壁温度	-3.04℃	1.16℃

通过进一步核算与分析，与水解反应液相接触的管壁温度均大于12.0℃，不会导致水解反应液在管内结晶，满足工艺要求。

本发明的水解外循环工艺，拆除了水解罐内的钛盘管，增加了1台循环氟塑泵（将水解反应液从傅克水解罐打入外循环冷凝器）及2台40m²石墨或聚四氟乙烯换热器串联使用，在恒定的温度下，通过对放料速度的精细控制，使物料均匀持续反应，冷冻水采用较便宜的普盐水代替深冷盐水，对进出冷凝器的物料温度进行监控，自动调节放料速度及进出盐水阀门开度，确保物料不结冷凝器内壁并能在较低温度下快速完全反应。项目实施过程中，为了获得稳定高效的换热，重点解决的关键问题有：

（1）傅克水解罐内水解反应液的充分混合。

（2）傅克水解罐内水解反应液的温度测试与实时显示。

（3）换热器的材质、规格设计。

冷冻水进出口温度与流量的自动精密控制问题。

本发明的有益效果是：

（1）突破了传统布洛芬生产工艺过程中傅克反应产物水解只能通过内置换热器控温的局限，开发了一种全新的高效外循环换热工艺。

（2）该工艺传热效率高、控温效果好，能够促使水解反应完全，产生的中间产物纯度高、收率高。

（3）减轻了水解反应液对换热器的腐蚀，避免因设备腐蚀而造成的傅克反应液和冷冻水的相互污染，降低了生产成本。

（4）适合大规模生产。

附图说明

图1本发明布洛芬生产中的傅克反应液水解外循环装置图

①傅克反应罐、②傅克水解罐、③打料泵、④外循环冷凝器a、⑤外循环冷凝器b、⑥氯酮水洗罐、⑦氯酮回收罐、⑧放料调节阀、⑨温度显示器、⑩冷冻水进水调节阀、冷冻水出水调节阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行进一步说明，但不限制本发明。

采用如图1所示的连接方式：傅克反应罐①连接傅克水解罐②，傅克水解罐②与外循环冷凝器b⑤和外循环冷凝器a④连接成循环通路，傅克水解罐②与外循环冷凝器b⑤之间连接打料泵，傅克水解罐②还连接氯酮水洗罐⑥，氯酮水解罐⑥与氯酮回收罐⑦连接；傅克反应罐①与傅克水解罐②之间设置放料调节阀⑧，外循环冷凝器的进出口处设置有冷冻水进水调节阀⑩和冷冻水出水调节阀

傅克水解罐②采用外循环的方式水解傅克反应液，提前开傅克水解罐②搅拌及外循环冷凝器a④、外循环冷凝器b⑤、冷冻水出、进水调节阀，开打料泵③将傅克水解罐②内备好的水解液降温至8～10℃。开傅克反应罐①罐底阀，开傅克水解罐②进料调节阀⑧阀门开度100％，加入傅克反应液后调整傅克水解罐②进料阀阀门开度30％。保证外循环冷凝器物料进出温差2℃以上根据温度变化趋势调整冷冻水阀门开度。傅克水解罐②内控制温度12～18℃，根据傅克水解罐②内物料温度变化趋势在30％～50％范围内调整傅克水解罐②进料阀阀门开度。将傅克反应液尽快放完，待水解反应完成后，关④外循环冷凝器a、⑤外循环冷凝器b冷冻水出、进水调节阀，将外循环冷凝器及管路内物料放至⑥氯酮水洗罐，②傅克水解罐内物料静止30分钟，放至同一台⑥氯酮水洗罐。

实施例1

向傅克水解罐中加入8吨水解液，将傅克反应罐中10吨傅克反应液加入到傅克水解罐中，控制冷冻水入口温度为-5℃，出口温度为0℃，冷冻水流量为43.0t/h，水解反应液流量为36.5t/h。该过程水解反应完全，产生的中间产物纯度高、收率高。整个运行过程良好，未出现设备的腐蚀、损毁、堵塞等问题。

实施例2

向傅克水解罐中加入10吨水解液，将傅克反应罐中13吨傅克反应液加入到傅克水解罐中，控制冷冻水入口温度为-5℃，出口温度为0℃，冷冻水流量为43.0t/h，水解反应液流量为36.5t/h。该过程水解反应完全，产生的中间产物纯度高、收率高。整个运行过程良好，未出现设备的腐蚀、损毁、堵塞等问题。

实施例4

向傅克水解罐中加入15吨水解液，将傅克反应罐中19.5吨傅克反应液加入到傅克水解罐中，控制冷冻水入口温度为-5℃，出口温度为0℃，冷冻水流量为43.0t/h，水解反应液流量为36.5t/h。该过程水解反应完全，产生的中间产物纯度高、收率高。整个运行过程良好，未出现设备的腐蚀、损毁、堵塞等问题。

实施例5

向傅克水解罐中加入20吨水解液，将傅克反应罐中26吨傅克反应液加入到傅克水解罐中，控制冷冻水入口温度为-5℃，出口温度为0℃，冷冻水流量为43.0t/h，水解反应液流量为36.5t/h。该过程水解反应完全，产生的中间产物纯度高、收率高。整个运行过程良好，未出现设备的腐蚀、损毁、堵塞等问题。

Claims (5)

1.一种布洛芬生产工艺，其特征在于傅克反应液进行水解采用外循环式换热工艺，过程如下：傅克反应结束，物料从傅克反应罐放入傅克水解罐，通过调整放料调节阀的开度，控制傅克水解罐内的反应温度，傅克水解罐内的水解反应液通过打料泵打进外循环冷凝器，通过控制冷冻水进水调节阀和冷冻水出水调节阀的开度在外部控制水解反应温度，当水解反应完成后，物料进入氯酮水洗罐，并通过氯酮回收罐回收其中的溶剂，其中所述傅克水解罐内的反应温度为12～18℃。

2.根据权利要求1所述的布洛芬生产工艺，其特征在于所述傅克反应液进傅克水解罐前，将傅克水解罐中水解液温度控制在8～10℃。

3.根据权利要求1所述的布洛芬生产工艺，其特征在于所述傅克反应液放料速度为15m³/h。

4.根据权利要求1所述的布洛芬生产工艺，其特征在于所述外循环冷凝器中流道的选择为：傅克水解罐中流出的水解反应液走管程，流速为36.5t/h；冷冻盐水走壳程，流速为43t/h。

5.根据权利要求4所述的布洛芬生产工艺，其特征在于所述管程中水解反应液温度为12～18℃；壳程中冷冻水入口温度为-5℃，冷冻水出口温度为0℃，即冷冻水进出水温差恒定为5℃。