新型乙氧基化 反应器技术进展
□ 江苏天音化工有限公司 秦怡生 陈永福 张学君
醇或酚与环氧乙烷（EO）发生乙氧基化反应生成醇醚或酚醚，产物是一系列聚合度不同的混合物。目前，工业上采用的乙氧基化反应器有传统的釜式搅拌反应器，新型的Press反应器、管式反应器和Buss反应器，由于新型乙氧基化反应器具有许多优点，正在不断地取代传统的乙氧基化反应装置。
一、管式反应器
管式反应器多用于聚醚的连续化生产，因接近于理想活塞流，停留时间短，物料接触时间相同，得到的乙氧基物分子量分布窄，色泽较好，副产物含量低。另外，由于管子细长，散热好，所以不会产生反应器局部过热。图1为管式乙氧基化工艺流程。
早期的乙氧基化管式反应器工艺存在如下缺点：①每段反应器的EO加成量不大，难以生成高分子量产品，需要多段进料才能得到高分子量产品，从而使反应器进料系统复杂化；②反应器截面小，产能不大，若要增大产能，需要加长反应器，增加了成本投资和消耗；③仅适用于批量生产，对于多品种的生产不适应。
二、Press反应器
1962年，意大利Press工业公司推出了全新的乙氧基化反应器，完全改变了釜式反应器传质过程，即不采用EO的气相向引发剂和催化剂液相中分布的原则，而是采用起始剂和催化剂液相作为分散相，以细小喷雾状态向作为连续相的EO气相扩散的方式。在反应器内部装一根具有不同开孔度的喷嘴管，用来喷射液体物料，这种操作思维和设计上的创新极大地推动了聚醚的工业化生产。为了不断改进和完善乙氧基化反应器工艺，Press公司推出了三代工业化反应器。
1. 第一代反应器
第一代乙氧基化反应器只有一个气液接触反应器，起始剂和EO的重量比为1∶7，适合生产EO分子量小的产品。该反应器适用于生产分子量较低的产品，EO与乙氧基化产物的体积增长比为1∶7，增长比较小。
2. 第二代反应器
第二代反应器对改善分子量分布作出了进一步的贡献。它是由气液反应器和接受器两部分组成，在反应器中每批反应都在相同的几何条件下进行，而接受器中的液体总是处于静止状态，这样有助于使更均质的液体再循环通过EO再次作用。该代反应器EO与乙氧基化产物的体积增长比较第一代有所增加，增长比一般为1∶12，只适合于中低粘度产品的大规模生产。
3. 第三代反应器
第三代反应器为一个卧式和一个立式串联，实现了二段反应器，其中立式混合反应器下面有一个长脖，为存放少量起始剂。有两个大小循环，当小循环结束后再开大循环，使产品的分子量变大。该反应器适用于生产高分子量的产品，EO与乙氧基化产物的体积增长比为1∶40~70，其反应器如图2所示。
Press反应器具有以下优点：
（1）反应速率高，产品质量好
由于液相喷雾状接触EO的面积很大，显著地增加了气液接触面，从而大大提高了反应速度，减少了催化剂的用量，一般为成品量的0.1%，反应压力低。由于反应过程液滴下降途径相同，反应分子增长速率相同，因而最终产品分子量分布较窄。由于生产周期短，反应快，产品的色泽较好。
（2）系统安全性高，过程控制完全自动化
由于液相分散到气相中，气液接触充分，反应速度快，EO很少在液相中残留，并且气相部分没有与任何旋转或运动部件接触，减小了爆炸的可能，防止了静电的产生，减少了EO泄露的可能性。整个过程可采用DCS自动化控制。
（3）适应性强，副产物少
Press软件库中有200多个乙氧基化产品配方技术，如原料烷基酚、合成脂肪醇、天然脂肪醇、脂肪酸、酯、胺等作为起始剂与EO加成有非常好的适应性，也可用于制备聚乙二醇和其它聚醚。由于含催化剂的起始剂与EO接触充分，反应速度快，催化剂用量少，避免了EO与催化剂的长时间接触，使得EO的自聚副产物含量减少。
（4）生产能耗低，装置占地面小
Press反应器不管从消耗的电能、水、蒸汽，还是氮气，每吨产品的各项消耗都远远低于传统反应器所消耗的。由于该类反应器布置合理，设计精巧，所以装置占地面积小。
尽管如此，Press反应器存在如下一些不足：该装置不适用于熔点较高的固体为起始剂与EO发生乙氧基化反应；同Buss反应器工艺相比，其反应速率相对慢一些。
三、Buss反应器
瑞士Buss公司开发了乙氧基化回路反应器，其核心是高效气液反应混合器，整个过程在气相和液相两个回路不断循环运动的状态下进行。其核心部分结构图如图3所示。
虽然Buss反应器气液传质好，反应速率高，产品质量好，安全性高，环境污染小，容积利用率高等优点，但是目前其工业化装置较少，且产品配方掌握得较少，应用没有Press反应器的广泛。
四、环路反应器
德纳国际江苏天音化工有限公司（简称德纳化工）的乙氧基化反应器技术从采用釜式反应到开发应用多套环路（外循环）反应器，并开发成功连续化管道反应乙（丙）氧基化反应装置；采用乙（丙）氧基化技术生产的产品从单一品种发展为生产乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚以及聚羧酸聚醚等多系列产品。
德纳化工初期应用搅拌釜乙（丙）氧基化反应器生产配制化纤油剂用表面活性剂，但搅拌釜乙氧基化反应生产存在环氧乙烷原料损耗大、能耗高、易产生安全事故等缺点，在了解国外press反应器用于乙（丙）氧基化反应的优越性后，通过消化吸收国外技术，开始开发应用环路（外循环）反应器。环路反应器的核心技术是将循环物料充分分散的喷嘴的设计。经研究，已自主设计并成功应用于环路反应器制造。目前德纳化工已建有7套环路反应器，其中有用于中试的60升环路反应器1套，2立方米和8立方米反应器各1套，15立方米和20立方米反应器各2套。