本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)乙酰丙酮鋅的工藝及裝置，特別涉及一種固相法生產(chǎn)乙酰丙酮鋅的工藝及裝置。
背景技術(shù)：
：以聚氯乙烯（pvc）為主要原料可以生產(chǎn)出各類塑料制品，包括板材、管材、管件、異型材料等硬制品和膜、管、鞋、玩具、電纜料、人造革等軟制品，在日常用品、工農(nóng)業(yè)等方面應(yīng)用廣泛。然而，由于pvc材料在加工和使用過程中容易產(chǎn)生熱降解，導(dǎo)致顏色加深，各項(xiàng)性能也隨之降低，因此必須加入穩(wěn)定劑以防止或緩解其在加工和使用過程中的熱降解。熱穩(wěn)定劑種類繁多，主要包括鉛鹽類、金屬皂、有機(jī)錫化合物、有機(jī)穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑五大類。隨著歐盟及中國(guó)等多項(xiàng)法規(guī)的相繼出臺(tái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)熱穩(wěn)定劑的環(huán)保要求越來(lái)越高，鉛等含重金屬的熱穩(wěn)定劑逐漸被禁止使用，無(wú)毒、環(huán)保類熱穩(wěn)定劑的開發(fā)和應(yīng)用成為主要的發(fā)展方向。β-二酮類物質(zhì)毒性低，能顯著提高pvc的初期著色性能，延長(zhǎng)其熱穩(wěn)定時(shí)間，是一種級(jí)具發(fā)展前景的輔助熱穩(wěn)定劑。然而由于β-二酮類物質(zhì)具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，容易使pvc發(fā)紅，因此，通常將β-二酮與鋅絡(luò)合，降低其絡(luò)合能力，從而減弱其對(duì)pvc制品的著色。乙酰丙酮就是最簡(jiǎn)單的β-二酮，與鋅的絡(luò)合產(chǎn)品—乙酰丙酮鋅，就是一種性能優(yōu)良，環(huán)保高效的熱穩(wěn)定劑，被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，特別是pvc塑料的穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑和抗氧劑。目前，乙酰丙酮鋅的制備方法主要有兩步液相法、一步液相法和固相法。兩步液相法是最為傳統(tǒng)的乙酰丙酮鋅合成方法，是將金屬鋅鹽與堿溶液反應(yīng)，得到氫氧化鋅溶液，然后再將氫氧化鋅與乙酰丙酮反應(yīng)得到乙酰丙酮鋅。先將金屬鋅可溶性鹽加水制成溶液，再加入一定濃度的氫氧化鈉溶液，發(fā)生苛化反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鋅沉淀，過濾得到氫氧化鋅。再將氫氧化鋅和乙酰丙酮在水中反應(yīng)一段時(shí)間，過濾得到乙酰丙酮鋅沉淀，提純得到產(chǎn)品。這一工藝顯著特點(diǎn)是需要兩次用到大量的水作為反應(yīng)介質(zhì)，是乙酰丙酮添加量的15-20倍，會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，還使用到堿溶液，這種液相法具有能耗高，效率低，污染重，產(chǎn)能低的缺點(diǎn)。一步液相法是目前經(jīng)典使用的乙酰丙酮鋅合成方法，是直接使用氫氧化鋅與乙酰丙酮在水介質(zhì)中反應(yīng)得到乙酰丙酮鋅。將氫氧化鋅加入到水中攪拌，逐步加入乙酰丙酮反應(yīng)，氫氧化鋅與乙酰丙酮在水介質(zhì)中直接反應(yīng)，過濾得到乙酰丙酮鋅，干燥得到產(chǎn)品。這一工藝在兩步液相法上有所提高，不再使用堿溶液，但仍需要大量的水作為反應(yīng)介質(zhì)，是乙酰丙酮添加量的10-15倍，會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這種液相法同樣具有能耗高，效率低，污染重，產(chǎn)能低的缺點(diǎn)。還有一些公司，使用甲醇作為反應(yīng)介質(zhì)，甲醇在反應(yīng)過程中起到分散的作用，使乙酰丙酮和氫氧化鋅充分的接觸反應(yīng)，可提高純度。但甲醇是一種易揮發(fā)液體，高度易燃，其蒸氣與空氣混合，能形成爆炸性混合物，危險(xiǎn)性極大。甲醇還具有毒性，跟皮膚接觸有毒，吸入有毒，對(duì)人體危害極大。固相法是近幾年研究的乙酰丙酮鋅新型生產(chǎn)方法。該方法具有不需要溶劑，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，能耗低，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。乙酰丙酮是一元弱酸，使用固體堿與乙酰丙酮反應(yīng)，生產(chǎn)乙酰丙酮的簡(jiǎn)單金屬鹽類，然后再與金屬鋅鹽絡(luò)合反應(yīng)生成乙酰丙酮鋅。將固體堿和乙酰丙酮按照一定的比例加到研磨器中研磨，再加入一定量的的金屬鋅鹽研磨成糊狀，繼續(xù)研磨反應(yīng)成固體粉末，固相反應(yīng)一段時(shí)間后，用水浸泡溶解未反應(yīng)物，過濾得到乙酰丙酮鋅，提純后得到產(chǎn)品。這固相法工藝相比液相法有所提高，工藝用水減少，能耗低，但仍需要堿作為原料，最后還需要用水溶解未反應(yīng)物，可見還會(huì)產(chǎn)生一定的廢水，殘留的未反應(yīng)物導(dǎo)致產(chǎn)品純度不高。研磨器還可能會(huì)用到研磨介質(zhì)，最后還需要將研磨介質(zhì)與產(chǎn)品分離，操作繁瑣，不能高效生產(chǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)目前的乙酰丙酮鋅的生產(chǎn)工藝中存在的水用量大，能耗高，效率低，污染重，產(chǎn)能低的問題，提供了一種在高剪切力下固相法生產(chǎn)乙酰丙酮鋅的工藝及其生產(chǎn)設(shè)備。。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種固相法生產(chǎn)乙酰丙酮鋅的工藝，乙酰丙酮、鋅的化合物和水以質(zhì)量比為38-42%:16-24%:38-42%的比例添加到自制的高剪切反應(yīng)裝置中，剪切攪拌反應(yīng)1.5-2小時(shí)，在負(fù)壓強(qiáng)0-0.1mpa下，溫度30-60℃，真空干燥，即得到乙酰丙酮鋅。所述的鋅的化合物為氫氧化鋅、氧化鋅或碳酸鋅。所述的水為去離子水。所述的去離子水包括離子交換水、電滲析水和重蒸餾水。所述的高剪切力反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)容器和其外襯的夾套，反應(yīng)容器內(nèi)部安裝有兩根∑型攪拌槳，∑型攪拌槳和反應(yīng)容器外部的電機(jī)通過減速器與連軸器連接。所述的夾套側(cè)面設(shè)置蒸汽和冷卻水進(jìn)口和蒸汽和冷卻水出口。所述的兩根∑型攪拌槳反向剪切旋轉(zhuǎn)。所述的∑型攪拌槳為∑型高剪切差速攪拌槳，變頻調(diào)速。所述的反應(yīng)容器上方設(shè)置測(cè)溫口。所述的反應(yīng)容器為耐腐蝕、耐壓反應(yīng)容器。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明生產(chǎn)乙酰丙酮鋅，是一種液-固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變成固相的反應(yīng)，通過機(jī)械攪拌混合，反應(yīng)物乙酰丙酮和氫氧化鋅會(huì)在水的催化下接觸發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，反應(yīng)過程中最先生成的乙酰丙酮鋅會(huì)包裹住未反應(yīng)的物料，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)緩慢甚至反應(yīng)不完全。通過本發(fā)明自制的高剪切反應(yīng)釜的強(qiáng)力剪切攪拌，反應(yīng)物料間產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦和擠壓，不斷對(duì)包覆顆粒進(jìn)行破碎擴(kuò)散，新的反應(yīng)物料就能不斷接觸，產(chǎn)生新的反應(yīng)區(qū)，生成新的目標(biāo)產(chǎn)物。生成的目標(biāo)產(chǎn)物不斷擴(kuò)大成核，最終形成完全的反應(yīng)產(chǎn)物——乙酰丙酮鋅。反應(yīng)機(jī)理如下：攪拌混合→剪切擴(kuò)散→絡(luò)合反應(yīng)→擴(kuò)大成核→生成產(chǎn)物。具體的，乙酰丙酮和金屬鋅鹽在少量水的催化下產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，產(chǎn)生的乙酰丙酮鋅會(huì)包裹住未反應(yīng)的反應(yīng)物料，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)緩慢甚至反應(yīng)不完全。為了使乙酰丙酮和金屬鋅鹽充分完全接觸反應(yīng)，機(jī)械攪拌的控制很重要，是整個(gè)項(xiàng)目技術(shù)是否能夠成功的關(guān)鍵。通過反復(fù)改進(jìn)，本發(fā)明創(chuàng)新了一種臥式差速σ型雙軸攪拌反應(yīng)裝置，在差速σ型雙軸攪拌高剪切作用下，反應(yīng)物料產(chǎn)生了強(qiáng)大的摩擦和擠壓，不斷對(duì)包覆顆粒進(jìn)行破碎擴(kuò)散，新的反應(yīng)物料不斷接觸，不斷產(chǎn)生新的反應(yīng)區(qū)，更在水的催化作用下促使完全反應(yīng)，不存在結(jié)塊和死角。故采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的高剪切反應(yīng)裝置，很好的解決了產(chǎn)品反應(yīng)過程中的困難，加快乙酰丙酮鋅的完全反應(yīng)，所得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)品中作為催化劑的少量水經(jīng)過加熱真空干燥，以水蒸氣的方式排出，這樣在反應(yīng)完全的同時(shí)，將產(chǎn)品進(jìn)行了干燥。在高剪切力的攪拌作用下，物料初步細(xì)化成粗粉，最后通過粉碎機(jī)粉碎篩分，即可得到成品，收率接近理論值。工藝用水只為乙酰丙酮添加量的1-1.5倍，是液相法用水量的1/10。上述生產(chǎn)工藝，不僅簡(jiǎn)化了操作步驟，提高了收率，降低了能耗和成本，減少了廢水處理費(fèi)用，更避免了廢水對(duì)環(huán)境的污染問題。整個(gè)工藝過程沒有廢水排放，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝一體化，組合后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。符合國(guó)家綠色環(huán)保先進(jìn)產(chǎn)業(yè)的政策導(dǎo)向。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明反應(yīng)裝置正向結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明俯向結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式如圖1和圖2所示，該反應(yīng)裝置包括反應(yīng)容器4、加料口6和夾套8，電機(jī)1與減速器2連接，減速器2與連軸器3連接，連軸器3與反應(yīng)容器4內(nèi)安裝的∑型攪拌槳9連接，∑型攪拌槳9為2個(gè)，并反向剪切旋轉(zhuǎn)，可變頻調(diào)速；反應(yīng)容器4為耐酸容器，反應(yīng)容器4上方設(shè)置加料口6、氣體進(jìn)出管道口7和測(cè)溫口5，反應(yīng)容器4外設(shè)置夾套8，反應(yīng)容器4下方設(shè)置出料口10，夾套8側(cè)面設(shè)置蒸汽和冷卻水進(jìn)口11和蒸汽和冷卻水出口12，可通過蒸汽或冷卻水進(jìn)行加溫或冷卻。通過測(cè)溫口5可以方便測(cè)得反應(yīng)容器4的反應(yīng)溫度；反應(yīng)原料通過加料口6加入反應(yīng)容器4內(nèi)，同時(shí)加料口6也可以用作維修口，當(dāng)裝置出現(xiàn)故障后，維修人員可以通過加料口6進(jìn)入裝置內(nèi)進(jìn)行檢修。實(shí)施例1：反應(yīng)原料：乙酰丙酮1500g（含量99.8%），氧化鋅630g（含量99.8%），去離子水1800g。首先將氧化鋅和去離子水從加料口（6）加入到反應(yīng)容器（4）中，開啟攪拌槳（9），待氧化鋅與水充分混合成稀糊狀，緩慢加入乙酰丙酮，繼續(xù)攪拌，充分剪切攪拌反應(yīng)2小時(shí)后。關(guān)閉反應(yīng)容器，開啟蒸汽閥門和抽真空閥門，在負(fù)壓強(qiáng)0-0.1mpa下，溫度30-60℃持續(xù)攪拌干燥2小時(shí)。水蒸氣從氣體出口管道（7）排出，待干燥結(jié)束后，關(guān)閉蒸汽閥門和抽真空閥門。反應(yīng)干燥結(jié)束得到粗粉，通過粉碎機(jī)粉碎即得到乙酰丙酮鋅（以干品計(jì)）成品1931.15g，理論計(jì)算應(yīng)得1968.56g，實(shí)際得率98.1%以上得到的乙酰丙酮鋅的質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)如表1所示：表1本發(fā)明的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果外觀白色粉末符合要求鋅含量23.0-26.025.2%干燥失重（70±2℃）≤5.0%3.8%細(xì)度0.25mm試驗(yàn)篩通過≥95.099.3%熔點(diǎn)129-133℃132.2℃重金屬≤0.0020%＜0.0020%實(shí)施例2：反應(yīng)原料：乙酰丙酮2000g（含量99.7%），氧化鋅780g（含量99.7%），去離子水2000g。首先將氫氧化鋅和去離子水從加料口（6）加入到反應(yīng)容器（4）中，開啟攪拌槳（9），待氧化鋅與水充分混合成稀糊狀，緩慢加入乙酰丙酮，繼續(xù)攪拌，充分剪切攪拌反應(yīng)2小時(shí)后。關(guān)閉反應(yīng)容器，開啟蒸汽閥門和抽真空閥門，在負(fù)壓強(qiáng)0-0.1mpa下，溫度30-60℃持續(xù)攪拌干燥2.5小時(shí)。水蒸氣從氣體出口管道（7）排出，待干燥結(jié)束后，關(guān)閉蒸汽閥門和抽真空閥門。反應(yīng)干燥結(jié)束得到粗粉，通過粉碎機(jī)粉碎即得到乙酰丙酮鋅（以干品計(jì)）成品2574.90g，理論計(jì)算應(yīng)得2622.11g，實(shí)際得率98.2%以上得到的乙酰丙酮鋅的質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)如表2所示：表2本發(fā)明的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)要求產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果外觀白色粉末符合要求鋅含量23.0-26.0%23.8%干燥失重（70±2℃）≤5.0%4.2%細(xì)度0.25mm試驗(yàn)篩通過≥95.099.4%熔點(diǎn)129-133℃131.3℃重金屬≤0.0020%＜0.0020%通過本發(fā)明的一種固相法生產(chǎn)乙酰丙酮鋅的工藝和裝置，簡(jiǎn)化了操作步驟，提高了收率，還能降低能耗和成本，減少?gòu)U水處理費(fèi)用，更避免了廢水對(duì)環(huán)境的污染問題。整個(gè)工藝過程沒有廢水排放，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝一體化，組合后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，符合國(guó)家綠色環(huán)保先進(jìn)產(chǎn)業(yè)的政策導(dǎo)向，對(duì)保護(hù)我國(guó)環(huán)境資源具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。生產(chǎn)的乙酰丙酮鋅質(zhì)量穩(wěn)定可靠，不僅可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，還能拓展國(guó)際市場(chǎng)?？偟膩?lái)說(shuō)，該項(xiàng)目的研發(fā)實(shí)施，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前第1頁(yè)12