本發(fā)明涉及化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置。
背景技術(shù)：
亞硝酸甲酯氣體是O2氣相氧化偶聯(lián)合成草酸二甲酯反應(yīng)的原料氣，在研究該工藝或評價催化劑時，由于亞硝酸甲酯氣體的性質(zhì)不穩(wěn)定性，在市場上無法買到，需要自行制備。
現(xiàn)有的方法都是通過液相化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)亞硝酸甲酯氣體，收集存儲后用各種方法慢慢釋放出來使用。
在CN106278900A中公開了一種制備亞硝酸甲酯并連續(xù)供應(yīng)的方法，亞硝酸溶液和甲醇硫酸混合溶液在反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)式如下：
2NaNO2+2CH3OH+H2SO4→2CH3ONO+Na2SO4+2H2O
除了主反應(yīng)外，還有亞硝酸的分解、歧化形成的硝酸及氮氧化物等，合成的亞硝酸甲酯在冰點(diǎn)以下溶解在甲醇中，使用時通過加熱反應(yīng)釜至30-100℃來將亞硝酸甲酯氣體釋放到緩沖罐中，顯然此時放出的是亞硝酸甲酯和甲醇的混和氣體，其中亞硝酸甲酯的含量受原有濃度、釋放溫度和壓力等因素影響，而該專利中并未提及這一點(diǎn)。
由于在催化劑評價和工藝研究中，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精密度要求較高，因此需要有穩(wěn)定的恒定且可知含量的亞硝酸甲酯原料。
而現(xiàn)有的專利技術(shù)的生成亞硝酸甲酯的反應(yīng)都是間歇的，對提供的亞硝酸甲酯的純度也沒有進(jìn)行有效控制手段，因此存在以下缺陷：
1.反應(yīng)復(fù)雜，副產(chǎn)物多；
2.有儲存亞硝酸甲酯的容器或裝置，存在安全隱患；
3.亞硝酸甲酯放置引起分解及其它復(fù)雜副反應(yīng)導(dǎo)致原料雜質(zhì)含量高；
4.不能提供恒定且已知含量的亞硝酸甲酯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的提供一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置，解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題中的一個或者多個。
根據(jù)本發(fā)明的一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置，包括管式反應(yīng)器、設(shè)于所述管式反應(yīng)器管壁的加熱裝置、設(shè)于所述管式反應(yīng)器底部的液體罐、設(shè)于所述管式反應(yīng)器上端的冷卻盤管、甲醇罐、NO罐和O2罐，所述甲醇罐通過管道連通于所述管式反應(yīng)器上部，所述NO罐和所述O2罐通過管道連通于所述管式反應(yīng)器底部，所述管式反應(yīng)器上部通過管道連通于四通閥，所述四通閥分別連通于反應(yīng)裝置、氣體分析儀和N2吹掃裝置。
本發(fā)明所提供的一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)方便；
在一根管式反應(yīng)器的上、中、下三段實(shí)現(xiàn)不同功能，之間無連接件，減少了泄露的風(fēng)險，反應(yīng)前后進(jìn)行氮?dú)獾拇祾?，消除安全隱患，柱塞計(jì)量泵、質(zhì)量流量計(jì)都由通過計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的調(diào)節(jié)并準(zhǔn)確記錄；
實(shí)現(xiàn)了亞硝酸甲酯氣體即時產(chǎn)生即時消耗，避免了儲存帶來的質(zhì)量不確定性和安全隱患；
液體進(jìn)料通過柱塞計(jì)量泵、氣體通過質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確控制，在管式反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)溫度控制精確，實(shí)現(xiàn)氣體供應(yīng)的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；
可以根據(jù)實(shí)際需求，提供濃度準(zhǔn)確穩(wěn)定的亞硝酸甲酯氣體用于CO合成草酸二甲酯的催化劑的開發(fā)研究，取得非常好的效果。
在一些實(shí)施方式中，所述NO罐和所述O2罐與所述管式反應(yīng)器連通的管道上設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)，所述質(zhì)量流量計(jì)與所述NO罐和所述O2罐之間分別設(shè)有N吹掃裝置。通過質(zhì)量流量計(jì)能很好的計(jì)算NO和O2的質(zhì)量比，N吹掃裝置能對整個裝置進(jìn)行吹掃并進(jìn)行保壓檢漏。
在一些實(shí)施方式中，所述甲醇罐與所述管式反應(yīng)器連通的管道上設(shè)有柱塞計(jì)量泵，所述加熱裝置為加熱爐。柱塞計(jì)量泵能更好的計(jì)算甲醇流速，加熱爐的加熱效果更好。
在一些實(shí)施方式中，所述管式反應(yīng)器底部設(shè)有排液閥。突發(fā)情況下可通過排液閥快速排空管式反應(yīng)器中的反應(yīng)物。
在一些實(shí)施方式中，采用氣相合成法，反應(yīng)式如下：
4NO+O2+4CH3OH→4CH3ONO+2H2O
反應(yīng)中用的NO和O2物質(zhì)的量為4比1，甲醇過量，確保氣體完全反應(yīng)，甲醇除了作為反應(yīng)物外，還作為亞硝酸甲酯的稀釋劑。
采用氣相合成法，反應(yīng)簡單，副產(chǎn)物少，亞硝酸甲酯即產(chǎn)即用，無安全隱患，得到的亞硝酸甲酯純度高，且能提供恒定含量的亞硝酸甲酯。
在一些實(shí)施方式中，如以下步驟：反應(yīng)前先開啟N2吹掃裝置，對管式反應(yīng)器、及甲醇罐、NO罐、O2罐及整個管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?，并進(jìn)行保壓檢測，確保體系的安全可靠；用柱塞計(jì)量泵設(shè)定甲醇流速，在加熱爐上方進(jìn)入管式反應(yīng)器中，NO和O2用質(zhì)量流量計(jì)設(shè)定流量后混和后從管式反應(yīng)器底部進(jìn)入，通過底部的液體罐進(jìn)入管式反應(yīng)器中并向上與甲醇接觸反應(yīng)，在管式反應(yīng)器中部氣化的甲醇與混合氣體反應(yīng)生成亞硝酸甲酯和水，再通過冷卻盤管進(jìn)行冷卻得到產(chǎn)品。生產(chǎn)過程簡單方便，無污染。
在一些實(shí)施方式中，所述柱塞計(jì)量泵的甲醇設(shè)定流速為0.5-2mL/min，所述質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)定NO：40-160mL/min、O2:10-40mL/min；所述加熱爐的加熱溫度：30-120℃，所述冷卻盤管的冷卻溫度：0-10℃。方便生產(chǎn)恒定且可知含量的亞硝酸甲酯原料。
在一些實(shí)施方式中，在經(jīng)管式反應(yīng)器上部的冷卻盤管冷卻的氣體從管道進(jìn)入四通閥，再進(jìn)入氣體分析儀，待濃度達(dá)到指定濃度且保持穩(wěn)定后切換至“使用”狀態(tài)，供給反應(yīng)裝置使用；用N2吹掃裝置氮?dú)獯祾叱怏w分析儀中殘留的亞硝酸甲酯，水和其它高沸點(diǎn)副產(chǎn)物流入液體罐，并對液體罐進(jìn)行定期排放；停止運(yùn)行時閥門切換至“檢測”狀態(tài)，停泵及關(guān)閉氣路總閥，開啟氣管路上的N2吹掃裝置進(jìn)行吹掃通過氣體分析儀。四通閥的狀態(tài)有“檢測”和“使用”兩種位置，對應(yīng)檢測亞硝酸甲酯濃度以及正常供應(yīng)亞硝酸甲酯，停機(jī)時四通閥保持在“檢測”位置。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1中所示，一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置，包括管式反應(yīng)器1、設(shè)于管式反應(yīng)器1管壁的加熱裝置11、設(shè)于管式反應(yīng)器1底部的液體罐12、設(shè)于管式反應(yīng)器1上端的冷卻盤管13、甲醇罐2、NO罐3和O2罐4，液體罐12通冷卻水或冷凍液進(jìn)行冷卻，加熱裝置11為加熱爐，加熱爐包裹于管式反應(yīng)器1中部的管壁上，甲醇罐2通過管道連通于管式反應(yīng)器1上部，甲醇罐2與管式反應(yīng)器1連通的管道上設(shè)有柱塞計(jì)量泵92，柱塞計(jì)量泵92能計(jì)算甲醇流速，便于控制甲醇的流速；NO罐3和O2罐4通過管道連通于管式反應(yīng)器1底部，NO罐3和O2罐4與管式反應(yīng)器1連通的管道上設(shè)有質(zhì)量流量計(jì)91，質(zhì)量流量計(jì)91與NO罐3和O2罐4之間分別設(shè)有N2吹掃裝置8，通過質(zhì)量流量計(jì)91能計(jì)算NO和O2的質(zhì)量比，反應(yīng)的物質(zhì)的量比為4:1，N2吹掃裝置8能對整個裝置進(jìn)行吹掃并進(jìn)行保壓檢漏。
管式反應(yīng)器1上部通過管道連通于四通閥5，四通閥5分別連通于反應(yīng)裝置6、氣體分析儀7和N2吹掃裝置8，在經(jīng)管式反應(yīng)器1上部的冷卻盤管13冷卻的氣體從管道進(jìn)入四通閥5，再進(jìn)入氣體分析儀7，待濃度達(dá)到指定濃度且保持穩(wěn)定后切換至“使用”狀態(tài)，供給反應(yīng)裝置6使用；用N2吹掃裝置8氮?dú)獯祾叱怏w分析儀7中殘留的亞硝酸甲酯，水和其它高沸點(diǎn)副產(chǎn)物流入液體罐12，并對液體罐12進(jìn)行定期排放；停止運(yùn)行時閥門切換至“檢測”狀態(tài)，停泵及關(guān)閉氣路總閥，開啟氣管路上的N2吹掃裝置8進(jìn)行吹掃通過氣體分析儀7，四通閥5的狀態(tài)有“檢測”和“使用”兩種位置，對應(yīng)檢測亞硝酸甲酯濃度以及正常供應(yīng)亞硝酸甲酯，停機(jī)時四通閥5保持在“檢測”位置。
管式反應(yīng)器1底部設(shè)有排液閥10，突發(fā)情況下可通過排液閥快速排空管式反應(yīng)器中的反應(yīng)物。
采用氣相合成法合成亞硝酸甲酯，其反應(yīng)式如下：
4NO+O2+4CH3OH→4CH3ONO+2H2O
反應(yīng)中用的NO和O2物質(zhì)的量為4比1，甲醇過量，確保氣體完全反應(yīng)，甲醇除了作為反應(yīng)物外，還作為亞硝酸甲酯的稀釋劑。
采用氣相合成法，反應(yīng)簡單，副產(chǎn)物少，亞硝酸甲酯即產(chǎn)即用，無安全隱患，得到的亞硝酸甲酯純度高，且能提供恒定含量的亞硝酸甲酯。
上述中，柱塞計(jì)量泵92的甲醇設(shè)定流速為0.5-2mL/min，質(zhì)量流量計(jì)91的設(shè)定為NO：40-160mL/min、O2:10-40mL/min；加熱爐的加熱溫度：30-120℃，冷卻盤管13的冷卻溫度：0-10℃，方便生產(chǎn)恒定且可知含量的亞硝酸甲酯原料。
亞硝酸甲酯的生產(chǎn)如以下步驟：反應(yīng)前先開啟N2吹掃裝置8，對管式反應(yīng)器1、及甲醇罐2、NO罐3、O2罐4及整個管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?，并進(jìn)行保壓檢測，確保體系的安全可靠；用柱塞計(jì)量泵92設(shè)定甲醇流速，在加熱爐上方進(jìn)入管式反應(yīng)器1中，NO和O2用質(zhì)量流量計(jì)91設(shè)定流量后混和后從管式反應(yīng)器1底部進(jìn)入，通過底部的液體罐12進(jìn)入管式反應(yīng)器1中并向上與甲醇接觸反應(yīng)，在管式反應(yīng)器1中部氣化的甲醇與混合氣體反應(yīng)生成亞硝酸甲酯和水，再通過冷卻盤管13進(jìn)行冷卻得到產(chǎn)品。生產(chǎn)過程簡單方便，無污染。
實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4的表格對比：
由實(shí)施例1和實(shí)施例2對比可知，在甲醇、NO和O2的流量相同的情況下，反應(yīng)溫度越高、冷卻溫度越小，亞硝酸甲酯的濃度越高；
由實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4對比可知，在NO和O2的流量相同，反應(yīng)溫度相同的情況下，甲醇流量越小、冷卻溫度控制在5℃時亞硝酸甲酯的濃度＞冷卻溫度在10℃的亞硝酸甲酯的濃度＞冷卻溫度在0℃的亞硝酸甲酯的濃度；
由實(shí)施例1和實(shí)施例4對比可知，NO和O2的流量相同，冷卻溫度相同的情況下，甲醇流量越低，反應(yīng)溫度越高，亞硝酸甲酯的濃度越高。
由此可知，甲醇流量在0.6mL/min，NO流量在100mL/min，O2流量在25mL/min，反應(yīng)溫度在100℃，冷卻溫度在5℃時，亞硝酸甲酯的濃度最高，達(dá)到30％。
本發(fā)明所提供的一種連續(xù)生成亞硝酸甲酯的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)方便；
在一根管式反應(yīng)器的上、中、下三段實(shí)現(xiàn)不同功能，之間無連接件，減少了泄露的風(fēng)險，反應(yīng)前后進(jìn)行氮?dú)獾拇祾?，消除安全隱患，柱塞計(jì)量泵、質(zhì)量流量計(jì)都由通過計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的調(diào)節(jié)并準(zhǔn)確記錄；
實(shí)現(xiàn)了亞硝酸甲酯氣體即時產(chǎn)生即時消耗，避免了儲存帶來的質(zhì)量不確定性和安全隱患；
液體進(jìn)料通過柱塞計(jì)量泵、氣體通過質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確控制，在管式反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)溫度控制精確，實(shí)現(xiàn)氣體供應(yīng)的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性；
可以根據(jù)實(shí)際需求，提供濃度準(zhǔn)確穩(wěn)定的亞硝酸甲酯氣體用于CO合成草酸二甲酯的催化劑的開發(fā)研究，取得非常好的效果。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干相似的變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。