一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε-己內(nèi)酯的反應(yīng)器的制造方法
【專利說明】一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε-己內(nèi)酯的反
l-k— □□
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε -己內(nèi)酯的反應(yīng)器，屬于化工、環(huán)境、能源等技術(shù)領(lǐng)域，適用于涉及多相流反應(yīng)或氣體吸收操作等各種生產(chǎn)過程。
【背景技術(shù)】
[0002]ε -己內(nèi)酯是一種無毒的新型聚酯單體，在高分子材料的合成和改性方面具有不可替代的作用，其聚合產(chǎn)物為生物可降解聚己內(nèi)酯(PCL)，也可用于制備己內(nèi)酰胺、膠粘劑、彈性體等。近年來隨己內(nèi)酯用途的不斷擴(kuò)大，其市場需求量逐漸加大，有關(guān)ε-己內(nèi)酯的工業(yè)化生產(chǎn)也日益受到重視。由于合成己內(nèi)酯涉及強氧化等苛刻工藝操作，迄今為止只有美國、英國、日本等國家的幾家公司能夠生產(chǎn)己內(nèi)酯，而我國主要依賴進(jìn)口。因此國內(nèi)對此工藝的反應(yīng)器也極少報道。
[0003]仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε -己內(nèi)酯工藝的核心裝置是氧化反應(yīng)器。用于該工藝的反應(yīng)器的設(shè)計至少需要滿足氣液相間的動量與質(zhì)量傳遞，相界面與液相內(nèi)部的反應(yīng)過程，反應(yīng)氣體在反應(yīng)器內(nèi)分散程度，反應(yīng)過程的熱交換等四個方面的要求。
[0004]液相氧化反應(yīng)在工業(yè)上多采用鼓泡塔作為氧化反應(yīng)器，鼓泡塔反應(yīng)器主要是通過加強氣液分散效果來增加塔的生產(chǎn)效率。塔內(nèi)的氣-液分散主要是依靠氣體進(jìn)入塔內(nèi)的浮力形成湍流動能，其能量較小，導(dǎo)致塔內(nèi)氣泡尺寸大，單位體積內(nèi)相接觸面積小，嚴(yán)重影響了鼓泡塔的生產(chǎn)效率。尤其在塔底部，進(jìn)入塔內(nèi)的氣速高，氣體難以分散。因此，開發(fā)一種能使氣-液相能夠達(dá)到有效分散、提高溶氧量、增強傳質(zhì)的反應(yīng)器用于制備ε-己內(nèi)酯具有重要的意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液氧化制備ε -己內(nèi)酯的反應(yīng)器，通過在鼓泡塔內(nèi)安裝雙層攪拌器，使氣-液相能夠達(dá)到有效分散、提高溶氧量、增強傳質(zhì)，提高反應(yīng)器的生產(chǎn)效率。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε -己內(nèi)酯的反應(yīng)器，分為上部和下部，下部為反應(yīng)段，上部是直徑大于反應(yīng)段的擴(kuò)大段；擴(kuò)大段的頂部設(shè)有氣相物料出口和冷凝回流液進(jìn)口 ；在反應(yīng)段的底部設(shè)有氣相原料進(jìn)口以及反應(yīng)物出口 ；反應(yīng)段的側(cè)壁上設(shè)有液相原料進(jìn)口 ；反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有攪拌器，攪拌器的攪拌軸安裝在反應(yīng)段的底部，與反應(yīng)器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳和上層攪拌槳兩層槳葉。
[0008]在上述的反應(yīng)器中，反應(yīng)器底部還設(shè)有環(huán)形多孔氣體分布器。
[0009]在上述的反應(yīng)器中，所述攪拌器的上層攪拌槳是軸向流槳，下層攪拌槳是徑向流槳，槳徑與塔徑之比均為0.33?0.6。
[0010]在上述的反應(yīng)器中，所述上層攪拌槳為三寬葉翼形下壓式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.2?0.5。
[0011 ] 在上述的反應(yīng)器中，所述下層攪拌槳為六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.17?0.5。
[0012]在上述的反應(yīng)器中，所述上下兩層攪拌槳中心線距離為葉片直徑的1.0?1.5倍，下層槳距塔底距離為葉片直徑的1.0?1.5倍。
[0013]在上述的反應(yīng)器中，所述環(huán)形多孔氣體分布器的環(huán)形圓管中心線圓直徑ds =(0.67?0.8) d，分布器位于攪拌器正下方，其環(huán)管中心線距塔底距離為1/8D，開孔總面積為進(jìn)氣管圓截面積的1.0?1.2倍，開孔直徑Φ = (10?60)mm。
[0014]在上述的反應(yīng)器中，所述反應(yīng)段側(cè)壁垂直安裝周向均勻分布的4塊導(dǎo)流擋板，擋板寬與塔徑之比為1/12?1/10。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0016]1、本實用新型在傳統(tǒng)鼓泡塔反應(yīng)器和氣-液攪拌釜的基礎(chǔ)上，在鼓泡塔內(nèi)安裝雙層攪拌器，使氣液相在鼓泡塔內(nèi)能夠得到有效分散，提高氣-液相的有效分散和溶氧量，增強傳質(zhì)，提高原料轉(zhuǎn)化率和ε-己內(nèi)酯的選擇性。
[0017]2、本實用新型提供的反應(yīng)器易于實施，操作靈活，容易實現(xiàn)ε_己內(nèi)酯制備工藝中產(chǎn)物的分離。
【附圖說明】
[0018]圖1是用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε -己內(nèi)酯的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是反應(yīng)器中上層三寬葉翼形下壓式攪拌槳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是反應(yīng)器中下層六片弧葉圓盤渦輪式葉輪攪拌槳結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1-3所示，一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε -己內(nèi)酯的反應(yīng)器，分為上部和下部，下部為反應(yīng)段2，上部是直徑大于反應(yīng)段的擴(kuò)大段I ;擴(kuò)大段的頂部設(shè)有氣相物料出口 3和冷凝回流液進(jìn)口 4 ;在反應(yīng)段的底部設(shè)有氣相原料進(jìn)口 5以及反應(yīng)物出口7 ;反應(yīng)段的側(cè)壁上設(shè)有液相原料進(jìn)口 8 ;反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有攪拌器10，攪拌器的攪拌軸安裝在反應(yīng)段的底部，與反應(yīng)器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳11和上層攪拌槳12兩層槳葉；反應(yīng)器底部還設(shè)有環(huán)形多孔氣體分布器6。
[0022]進(jìn)一步的，攪拌器10的上層攪拌槳12是軸向流槳，下層攪拌槳11是徑向流槳，槳徑與塔徑之比均為0.33?0.6。上層攪拌槳12為三寬葉翼形下壓式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.2?0.5。下層攪拌槳11為六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.17?0.5。所述上下兩層攪拌槳中心線距離為葉片直徑的1.0?1.5倍，下層槳距塔底距離為葉片直徑的1.0?1.5倍。
[0023]進(jìn)一步的，所述環(huán)形多孔氣體分布器6的環(huán)形圓管中心線圓直徑ds = (0.67?0.8) d，分布器位于攪拌器正下方，其環(huán)管中心線距塔底距離為1/8D，開孔總面積為進(jìn)氣管圓截面積的1.0?1.2倍，開孔直徑Φ = (10?60)mm。
[0024]進(jìn)一步的，反應(yīng)段側(cè)壁垂直安裝周向均勻分布的4塊導(dǎo)流擋板9，擋板寬與塔徑之比為1/12?1/10。
[0025]液相原料從進(jìn)料口 8進(jìn)入，進(jìn)料流為環(huán)己酮與苯甲醛、及溶有仿生催化劑的溶劑混合物，與體系中的循環(huán)物料合并。氣相原料氧氣或空氣從進(jìn)料口 5噴入，通過環(huán)形分布器6進(jìn)行分散，啟動攪拌，控制攪拌速度為300?800轉(zhuǎn)/分鐘，在333K下連續(xù)攪拌反應(yīng)，得到小氣泡，氣液相進(jìn)行混合對流。反應(yīng)器底部的攪拌器10，下層槳六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳12對氣液相進(jìn)行剪切，使氣泡破碎成更小的氣泡，相界面積增加，有利于氣液傳質(zhì)；上層槳三寬葉翼形下壓式攪拌槳11加強氣液相的循環(huán)能力強，同時下壓槳的作用是加速苯甲酸固體的析出。由于苯甲酸過量的存在會促進(jìn)產(chǎn)物己內(nèi)酯生成己二酸等副產(chǎn)物，及時移除多余的苯甲酸可抑制副產(chǎn)物的生成。固體苯甲酸析出積累到一定量可通過產(chǎn)物出口 7進(jìn)行移出反應(yīng)器。由于液體進(jìn)料是從上而下的進(jìn)入，可沖刷塔底的固體，使其在塔底不會沉積。產(chǎn)物混合物中含有ε -己內(nèi)酯和苯甲酸，進(jìn)入后續(xù)分離單元。
[0026]上層的三寬葉翼形下壓式攪拌槳，這種槳為軸向流槳，使氣泡在全塔內(nèi)循環(huán)，避免氣-液分區(qū)現(xiàn)象，使氣-液在全塔內(nèi)分散均勻，葉輪區(qū)的面積率很大，延長了氣體的停留時間；下層的六片弧葉圓盤渦輪式槳為徑向流槳，其剪切作用強，可將從氣體分布器中進(jìn)入的氣體進(jìn)行有效的破碎，且這種槳半管葉片的彎曲抑制了氣穴的形成，載氣能力提高，泛點轉(zhuǎn)速提高，改善了分散和傳質(zhì)性能。
【主權(quán)項】
1.一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε -己內(nèi)酯的反應(yīng)器，其特征在于分為上部和下部，下部為反應(yīng)段(2)，上部是直徑大于反應(yīng)段的擴(kuò)大段(I);擴(kuò)大段的頂部設(shè)有氣相物料出口(3)和冷凝回流液進(jìn)口(4);在反應(yīng)段的底部設(shè)有氣相原料進(jìn)口(5)以及反應(yīng)物出口(7);反應(yīng)段的側(cè)壁上設(shè)有液相原料進(jìn)口(8);反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有攪拌器(10)，攪拌器的攪拌軸安裝在反應(yīng)段的底部，與反應(yīng)器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳(11)和上層攪拌槳(12)兩層槳葉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器底部還設(shè)有環(huán)形多孔氣體分布器(6) ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述攪拌器(10)的上層攪拌槳(12)是軸向流槳，下層攪拌槳(11)是徑向流槳，槳徑與塔徑之比均為0.33?0.6。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的反應(yīng)器，其特征在于所述上層攪拌槳(12)為三寬葉翼形下壓式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.2?0.5。5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的反應(yīng)器，其特征在于所述下層攪拌槳(11)為六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.17?0.5。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述上下兩層攪拌槳中心線距離為葉片直徑的1.0?1.5倍，下層槳距塔底距離為葉片直徑的1.0?1.5倍。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述環(huán)形多孔氣體分布器(6)的環(huán)形圓管中心線圓直徑ds= (0.67?0.8) d，分布器位于攪拌器正下方，其環(huán)管中心線距塔底距離為1/8D，開孔總面積為進(jìn)氣管圓截面積的1.0?1.2倍，開孔直徑φ = (10?60)mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng)段側(cè)壁垂直安裝周向均勻分布的4塊導(dǎo)流擋板(9)，擋板寬與塔徑之比為1/12?1/10。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于仿生催化環(huán)己酮氣液相氧化制備ε-己內(nèi)酯的反應(yīng)器，分為上部和下部，下部為反應(yīng)段，上部是直徑大于反應(yīng)段的擴(kuò)大段；擴(kuò)大段的頂部設(shè)有氣相物料出口和冷凝回流液進(jìn)口；在反應(yīng)段的底部設(shè)有氣相原料進(jìn)口以及反應(yīng)物出口；反應(yīng)段的側(cè)壁上設(shè)有液相原料進(jìn)口；反應(yīng)段內(nèi)設(shè)有攪拌器，攪拌器的攪拌軸安裝在反應(yīng)段的底部，與反應(yīng)器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳和上層攪拌槳兩層槳葉。采用該反應(yīng)器可提高氣-液相的有效分散和溶氧量，增強傳質(zhì)，提高原料轉(zhuǎn)化率和ε-己內(nèi)酯的選擇性，同時還可提高仿生催化環(huán)己酮氧化制備ε-己內(nèi)酯裝置的操作靈活性。
【IPC分類】C07D313/04, B01J8/00
【公開號】CN204816457
【申請?zhí)枴緾N201520564461
【發(fā)明人】紀(jì)紅兵, 周賢太, 陳小玲, 王結(jié)祥
【申請人】中山大學(xué)惠州研究院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月29日