CN101790508A - 用于乙酸酐生产的高剪切体系和工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了将高剪切机械装置并入到用于生产乙酸酐的工艺中作为反应器装置的体系和方法，其能够减少传质限制，从而加强了所述工艺。用于生产乙酸酐的体系，其包括催化剂和乙酸经由高剪切装置的混合过程。

Description

用于乙酸酐生产的高剪切体系和工艺
与联邦政府资助的研究或开发有关的声明
不适用。
技术领域
本发明一般性地涉及乙酸酐的生产，并且更特别地，涉及增强乙酸酐生产的装置和方法。更具体地，本发明涉及用于乙酸酐生产的装置和方法的传质限制的降低。
背景技术
乙酸酐是一种广泛地用于有机合成的工业化学试剂。另外，其大量地例如在制造醋酸纤维素以及其他商业上重要的乙酰化过程中使用。在工业规模上，其通常已经通过乙烯酮和乙酸的反应生产。用于制备乙酸酐的常规工艺已经公开在美国专利4,115,444；4,252,983；4,333,885；4,519,956；4,563,309和5,488,143中。
美国专利7,199,263描述了用于乙酸酐和乙酸酯共同生产的共同生产工艺。通过乙烯酮工艺生产乙酸酐是公知的。该方法包括在高温下利用例如磷酸三乙酯脱水催化剂热分解乙酸以产生乙烯酮(1)，乙烯酮随后与过量的乙酸反应以获得乙酸酐(2)：
CH3COOH→H2C＝C＝O+H2O           (1)
H2C＝C＝O+CH3COOH→O＝CCH3OCH3C＝O      (2)
反应(1)在低压和高温，通常超过700℃下进行。在产品流中的催化剂可以用氨中和。虽然该工艺被广泛使用，然而它是高成本的。为了高效的乙酸酐生产，将在反应(1)中产生的水移除，并回收乙酸。由于水的数量，每摩尔乙烯酮1摩尔的水，弱酸回收不利地影响了操作能源成本。
因此，在该工业中存在用于生产乙酸酐的改进工艺的需要，通过该工艺增加水的移除和酸的回收，使得乙酸酐的生产在商业上更加可行。
发明内容
本发明公开了促进乙酸酐生产的高剪切体系和方法。所公开的高剪切方法降低了传质限制，从而改进了反应器中的反应条件，例如反应速率、温度、压力、时间和/或产物产率。根据本发明的一些具体实施方式，提供了如下方法：其通过提供比常规使用的方法更加优化的时间、温度和压力条件，使得增加乙酸酐生产的速率成为可能。
所述方法使用高剪切装置以提供增强的时间、温度和压力条件，导致反应物之间加速的化学反应。
在下面的详细说明和附图中，这些和其它具体实施方式、特点和优点将变得显而易见。
附图说明
为了更详细地说明本发明的优选实施方式，下面将参照附图，其中：
图1是用于生产乙酸酐的高剪切装置的截面图。
图2是根据本发明具体实施方式，用于生产乙酸酐的高剪切体系的工艺流程图。
具体实施方式
概述
一种体系和方法使用外部高剪切机械装置以提供在反应器/混合装置中在受控环境中化学成分的快速接触和混合。该高剪切装置降低了在反应上的传质限制，并因此增加了总体反应速率。
涉及液体、气体和固体的化学反应依靠涉及时间、温度和压力的动力学规则以限定反应速度。如果期望将不同相(例如固体和液体；液体和气体；固体、液体和气体)的两种或更多种原材料进行反应，控制反应速度的限制因素之一涉及反应物的接触时间。在非均相催化反应的情况下，存在另外的速率限制因素：将反应产物从催化剂表面移除以使催化剂能够催化另外的反应物。
在常规的反应器中，常常通过混合控制反应物和/或催化剂的接触时间，所述混合提供了在化学反应中涉及的两种或更多种反应物之间的接触。包含外部高剪切混合器的反应器组件使得降低传质限制是可能的，并且因而使得反应更加接近动力学极限。当提高反应速率时，可以降低停留时间，从而增加可获得的生产能力。或者，如果目前的产率是可接受的，则减少所需的停留时间使得可以使用比常规工艺更低的温度和/或压力。
高剪切装置
高剪切装置(HSD)，例如高剪切混合器或高剪切碾磨机，通常基于它们混合流体的能力被分成很多类。混合是在流体内降低非均质物质或颗粒的尺寸的过程。对于混合的程度或彻底性的一个量度是每单位体积的能量密度，混合装置产生所述能量密度以使流体颗粒分裂。基于所传递的能量密度划分所述种类。存在三类的工业混合器，其具有足够的能量密度以持续地产生具有颗粒或气泡尺寸在0至50μm范围内的混合物或乳液。
均质化阀门系统通常被归类为高能量装置。将待处理的流体在超高压下通过狭窄空隙的阀门泵入到较低的压力环境中。跨越所述阀门的压力梯度和形成的湍流以及空化使得流体中的任何颗粒分裂。这些阀门系统最通常用于牛奶均质化并且可以产生范围从约0.01μm至约1μm的平均颗粒尺寸。在该系列的另一方向是分类为低能量装置的高剪切混合器体系。这些体系通常具有在待处理的流体储存器中以高速旋转的桨或流体转子，所述待处理的流体在许多更普通的应用中是食物产品。当可接受工艺流体中颗粒、小球或气泡的尺寸大于20微米时，通常使用这些体系。
根据传递给流体的混合能量密度，在低能量高剪切混合器和均质化阀门系统之间的是胶体研磨机，其被归类为中间能量装置。典型的胶体研磨机构造包括圆锥形或圆盘形转子，其通过严格控制的转子-定子空隙与补充的、液体冷却的定子相分离，所述空隙可能在0.025毫米和10.0毫米之间。转子通常通过直接驱动或皮带机构由电动机驱动。许多具有适当调整的胶体研磨机可以在所处理的流体中获得约0.01μm至约25μm的平均颗粒或气泡尺寸。这些能力使得胶体研磨机适合于包括胶体和油/水基乳化法的多种应用，例如对于化妆品、蛋黄酱、硅橡胶/银汞合金形成或屋顶焦油混合所需要的应用。
下面参考图1，显示了高剪切装置200的示意图。高剪切装置200包含至少一个转子-定子组合。该转子-定子组合也可以被称为发生器220、230、240或者不限于此的多个阶段。高剪切装置200包含至少两个发生器，和最优选该高剪切装置包含至少三个发生器。
第一发生器220包含转子222和定子227。第二发生器230包含转子223和定子228；第三发生器包含转子224和定子229。对于每个发生器220、230、240，转子可以通过输入物250旋转驱动。发生器220、230、240围绕轴260以旋转方向265旋转。定子227固定性地结合于高剪切装置壁255。
所述发生器包括转子和定子之间的空隙。第一发生器220包含第一空隙225；第二发生器230包含第二空隙235；和第三发生器240包含第三空隙245。空隙225、235、245在约0.025毫米(0.01英寸)和10.0毫米(0.4英寸)宽之间。或者，所述工艺包含利用高剪切装置200，其中空隙225、235、245在约0.5毫米(0.02英寸)和约2.5毫米(0.1英寸)之间。在某些情况下，所述空隙维持在约1.5毫米(0.06英寸)。或者，在发生器220、230、240之间的空隙225、235、245是不同的。在某些情况下，第一发生器220的空隙225约大于第二发生器230的空隙235，第二发生器230的空隙235约大于第三发生器240的空隙245。
另外，空隙225、235、245的宽度可以包含粗的、中等的、精细的和超精细的特性。转子222、223和224以及定子227、228和229可以是齿状设计的。每个发生器可以包含两组或更多组转子-定子齿，如现有领域中已知的那样。转子222、223和224可以包含围绕每个转子圆周的圆周间隔的许多转子齿。定子227、228和229可以包含围绕每个定子圆周的圆周间隔的许多定子齿。在具体实施方式中，所述转子的内径为约11.8厘米。在具体实施方式中，所述定子的外径为约15.4厘米。在其它具体实施方式中，所述转子和定子可以具有对于转子约60毫米的外径以及对于定子约64毫米的外径。或者，所述转子和定子可以具有为了改变周缘速度和剪切压力的交替直径。在某些具体实施方式中，用超精细发生器操作三个阶段的每个，该超精细发生器包含约0.025毫米和约3毫米之间的空隙。当包括固体颗粒的进料流205被传送通过高剪切装置200时，首先选择适当的空隙宽度以适当减小颗粒尺寸和增加颗粒表面积。在具体实施方式中，通过剪切和分散所述颗粒增加催化剂表面积是有益处的。
向高剪切装置200中进料包含进料流205的反应混合物。进料流205包含可分散相和连续相的乳液。乳液是指含有不易于混合和溶解在一起的两种可分开的物质(或相)的液化混合物。大多数乳液具有连续相(或基质)，其含有其中不连续的其它相或物质的液滴、气泡和/或颗粒。乳液可以是高粘度的，例如浆料或糊料，或者可以是泡沫，其具有悬浮在液体中的微小气泡。如本文中使用的，术语“乳液”包括含有气泡的连续相，含有颗粒(例如固体催化剂)的连续相，含有基本上不溶于连续相中的流体液滴的连续相，及其组合。
进料流205可以包括颗粒状固体催化剂组分。将进料流205泵送通过发生器220、230、240，使得形成产物分散体210。在每个发生器中，转子222、223、224相对于固定的定子227、228、229以高速旋转。转子的旋转将流体，例如进料流205，泵送在转子222的外表面与定子227的内表面之间，产生局部化的高剪切条件。空隙225、235、245产生处理进料流205的高剪切力。在所述转子与定子之间的高剪切力起到处理进料流205的作用以产生产物分散体210。如果进料流205包含气体或小球尺寸，如果进料流205包含液体的话，高剪切装置200的每个产生器220、230、240具有用于在产物分散体210中产生期望的气泡尺寸狭窄分布的可互换转子-定子组合。
气体颗粒或气泡在液体中的产物分散体210包含乳液。在具体实施方式中，产物分散体210可以包含在连续相中预先不混溶或不可溶的气体、液体或固体的分散体。产物分散体210具有小于约1.5μm的平均气体颗粒或气泡尺寸，优选气泡是亚微米直径。在某些情况下，平均气泡尺寸的范围从约1.0μm到约0.1μm。或者，平均气泡尺寸小于约400nm(0.4μm)且最优选小于约100nm(0.1μm)。
周缘速度是与一个或多个旋转的元件末端有关的速度(米/秒)，所述元件将能量传递给反应物。对于旋转元件，周缘速度是每单位时间转子周缘移动的圆周距离，并且通常由等式V(米/秒)＝π·D·n定义，其中V是周缘速度，D是转子的直径，单位是米，和n是转子的角速度，单位是转/秒。因此周缘速度是转子直径和角速度的函数。周缘速度也可以通过如下方式计算：将由转子周缘转换的圆周距离，2πR，其中R是转子的半径(例如，米)乘以旋转的频率(例如转数(例如米)乘以旋转的频率(例如每分钟转数，rpm)。
对于胶体研磨机，典型的周缘速度超过23米/秒(4500英尺/分)，并且可以超过40米/秒(7900英尺/分)。为了本发明的目的，术语“高剪切”是指机械转子-定子装置，诸如碾磨机或混合器，能够具有超过5米/秒(1000英尺/分)的周缘速度，并且需要外部的机械传动动力装置将能量传动至待反应的产物流中。高剪切装置结合了高的周缘速度与非常小的剪切空隙，以在正被处理的材料上产生显著的摩擦力。因此，在操作过程中，在剪切搅拌机的周缘处产生在约1000MPa(约145,000psi)至约1050MPa(152,300psi)范围内的局部压力和高温。在某些具体实施方式中，所述局部压力为最低约1034MPa(约150,000psi)。所述局部压力还取决于操作过程中的周缘速度、流体粘度和转子-定子空隙。
通过测量发动机能量(kW)和流体产量(L/分)，可以得到输入到流体中的能量近似值(kW/L/min)。在具体实施方式中，高剪切装置的能量消耗大于1000W/m3。在具体实施方式中，能量消耗在从约3000W/m3至约7500W/m3的范围内。高剪切装置200结合了高的周缘速度与非常小的剪切空隙，以在材料上产生显著的剪切。剪切的量通常取决于流体的粘度。在高剪切装置200中产生的剪切速率可以大于20,000s-1。在具体实施方式中，产生的剪切速率范围为从20,000s-1到100,000s-1。
高剪切装置200产生能够在大气压下保持分散至少约15分钟的气体乳液。为了本发明的目的，在产物分散体210中的分散相中，直径小于1.5μm的气体颗粒或气泡的乳液可以包含微泡沫。不受具体理论的限制，在乳液化学中已知分散在液体中的亚微米颗粒或气泡主要通过布朗运动效应进行运动。通过高剪切装置200产生的产物分散体210在乳液中的气泡可以具有通过固体催化剂颗粒边界层的较大迁移性，从而通过增强的反应物的传输有利于和促进催化反应。
将转子设置为以与如上所述的转子的直径以及期望的周缘速度相匹配的速度旋转。通过并入高剪切装置200降低了传输抗性，使得反应速度增加至少约5％。或者，高剪切装置200包含用作促进速率反应器(ARR)的高剪切胶体研磨机。所述促进速率反应器包含单一阶段分散室。所述促进速率反应器包含多阶段内嵌式分散器，该分散器包含至少2个阶段。
高剪切装置200的选择取决于生产能力要求以及在输出分散体210中期望的颗粒或气泡尺寸。在某些情况下，高剪切装置200包含
Figure G2008800166137D00081
Works，Inc.Wilmington，NC以及APV North America Inc.Wilmington，MA的Dispax模型DR 2000/4，例如包含皮带传动，4M发生器，PTFE密封环，入口法兰1″清洁夹持器(sanitaryclamp)，出口法兰3/4″清洁夹持器，2HP电源，7900转/分的输出速度，大约300l/小时至大约700l/小时的流量(水)(取决于发生器)，从9.4m/s至约41m/s的周缘速度(约1850英尺/分到约8070英尺/分)。具有多种入口/出口接头、马力、标称周缘速度、输出转/分和标称流量的几个备选模型是可利用的。
不希望局限于特定的理论，据信高剪切混合的水平或程度足以提高传质速率并且还可以产生局部非理想条件，该局部非理想条件使基于吉布斯自由能预测预计不能发生的那些反应能够发生。局部非理想条件被认为发生在高剪切装置内，导致上升的温度和压力，其中最显著的上升被认为是在局部压力中。高剪切装置内压力和温度的增加是瞬时和局部的，并且一旦离开该高剪切装置，会快速恢复到本体或平均体系条件。在一些情况下，所述高剪切混合装置诱导了足够强度的空化以将一种或多种反应物分裂为自由基，这可以加强化学反应，或者使得反应在与否则可能需要的条件相比，较不苛刻的条件下进行。通过产生局部湍流和液体微循环(声流)，空化还可以提高传输过程的速率。空化现象在化学/物理方法应用领域中的应用综述由Gogate等人提供，“Cavitation：A technology on the horizon”，Current Science 91(No.1)：35-46(2006)。本发明的体系和方法的某些具体实施方式的高剪切混合装置在被认为是空化状态的条件下运行，所述空化状态足以将乙酸分裂为暴露于用于形成乙烯酮的催化剂的自由基，所述乙烯酮然后形成对应的乙酸酐产物。
用于乙酸酐生产的高剪切体系和工艺的说明
现在参考图2描述本发明的高剪切乙酸酐生产工艺和体系，图2是包含高剪切装置40的代表性高剪切体系100的流程图。图2说明了高剪切体系100的基本部件，其包括泵5，高剪切装置(HSD)40，以及乙烯酮生产反应器10。高剪切装置40位于泵5和反应器10之间。高剪切体系100可以进一步包含冷却器序列50和乙酸酐生产反应器60。
泵5用来提供贯穿高剪切装置40和高剪切乙酸酐产生式系统100的受控制流体。泵入口流21是引入泵5的包含乙酸的液体。泵5将泵入口流21的压力增加至大于约203kPa(约2个大气压)；或者，将所述入口流21加压到大于约304kPa(约3个大气压)。另外，泵5可以建立贯穿HSS 100的压力。用这种方式，HSS 100结合了高剪切与压力，从而增强了反应物的充分混合。优选地，泵5的所有接触部件是不锈钢，例如316不锈钢。泵5可以是任何适当的泵，例如DaytonPressure Booster Pump Model 2P372E，Dayton Electric Co(Niles，IL)。
加压的液体乙酸经由泵出口流12离开泵5。泵出口流12流体连接于HSD入口流13。在某些情况下，将包含液体催化剂的可分散液流22引到HSD入口流13。可分散反应物流22包含液体脱水催化剂。可以使用本领域普通技术人员已知的任何适当的脱水催化剂。在某些情况下，在可分散反应物流22中的催化剂包含磷酸三乙酯脱水催化剂。在备选的实施方式中，液体催化剂可分散反应物流22包含磷酸氢二铵脱水催化剂。
包含如下混合物的HSD入口流13可以开始反应(1)，所述混合物为可分散液流22与加压的泵出口流12的混合物。在其它情况下，将泵出口流12和可分散液流22单独引入到HSD入口流13中。HSD入口流13将可分散反应物流22与泵出口流12进料到HSD 40。
高剪切装置40用来充分混合包含加压液体乙酸溶液的泵出口流12与包含液体催化剂的可分散反应物流22。如本领域普通技术人员已知的，可能存在串联或者并联使用的多个高剪切装置40。如前文详细讨论的，高剪切装置40是机械装置，该机械装置利用例如在定子和转子之间有固定的空隙的定子转子混合头。HSD 40结合了高的周缘速度与非常小的剪切空隙，以在正处理的材料上产生显著的剪切。剪切的量将取决于流体的粘度。
在高剪切装置40中形成催化剂和乙酸的乳液。如前所述，术语“乳液”包括含有气泡的连续相，含有颗粒(例如固体催化剂)的连续相，含有基本上不溶于连续相中的流体液滴的连续相，及其组合。在某些情况下，所述乳液包含作为连续相的液体乙酸和作为可分散相的催化剂。
形成的乳液包含微小球，或者亚微米尺寸的小球。在具体实施方式中，形成的乳液具有小于约1.5μm的平均小球直径，优选平均小球直径从约0.4μm(400nm)到约1.5μm。在某些情况下，所述高剪切混合产生能够在大气压下保持分散约15分钟的水小球。在乳液中催化剂和乙酸的高剪切处理可以引发反应(1)。在某些具体实施方式中，反应的大部分发生在HSD 40内。
HSD 40流体连接于反应器10。如上文所讨论的，高剪切装置(HSD)出口流18包含微米和/或亚微米尺寸小球的乳液。HSD出口流18流体连接于反应器入口流19。HSD出口流和反应器入口流19可以是相同的流。在某些情况下，在进入反应器入口流19之前，可以进一步处理HSD出口流18。或者，在引到反应器入口流19之前，HSD出口流18可以再循环通过HSD 40。
反应器入口流19流体连接于反应器10。反应器入口流19进入反应器10，其中根据反应(1)进一步发生乙烯酮生产。反应器10是适合于在高温下热解乙酸以产生乙烯酮的任何反应器。反应器10在接近大气压下操作。而且，反应器10可以被用来冷却流体，其中反应(1)在高剪切装置40中发生。
反应器10的乙酸热解管包含无镍合金，例如铁铬合金，铬铝钢，因为镍促进烟炱和焦炭的形成，并且与一氧化碳反应产生高毒性的金属羰基化物。焦炭产量代表效率损失。常规的操作条件提供约85至约88％的转化率，其中对乙烯酮的选择性在约90mol％与约95mol％之间。而且，在较低温度利用使用磷酸衍生物和磷酸酯的固定或浆料催化剂床的非均相工艺，以避免催化剂失活和催化剂与反应器结焦。在具体实施方式中，通过HSS 100的工艺和体系改进转化率、产量和/或这两者。
反应(1)的热量为大约147kJ/mol。乙烯酮优化的产率通常需要约680℃到约750℃的温度。低压增加产率，但不增加乙酸高温分解的效率。在具体实施方式中，包含用于反应物混合的高剪切装置40的工艺允许在热解期间在反应器10中使用较低的温度。包含在反应器10中的反应产生乙烯酮，并在乙烯酮产物流16中从该反应器移除。
在形成乙酸酐之前通过冷凝移除水是在所述工艺中重要的步骤。处理乙烯酮产品流16用于转化为乙酸酐。包含水的乙烯酮产物流16进入冷却器序列50。冷却器序列50从在乙烯酮产品流16中的热炉气中将水和乙酸冷凝。在乙烯酮产品流16的气体中，用氨中和例如磷酸三乙酯的催化剂。来自冷却器序列50的工艺冷凝物51主要包含乙酸、水、乙酸酐和不挥发物质，该不挥发物质包括含磷催化剂(例如磷酸铵)和来自炉结焦和乙烯酮分解的碳。工艺冷凝物51可以再循环通过HSS 100。另外，塔顶流出物可以被进一步纯化、再循环，或者否则被使用。
来自冷却器序列50的未冷凝出口流52被进料到酸酐反应器60。在反应器60中，按照反应(2)，乙烯酮与另外的乙酸流61反应以生成粗的液体乙酸酐流62。在具体实施方式中，使用包含通过高剪切装置40混合的反应物的HSS 100，允许在反应器10中使用比以前能够使用的更低的温度和/或压力。该方法包含将高剪切装置40并入到已确立的工艺中。与不使用高剪切装置40操作的工艺或体系相比，HSD 40的并入改进了HSS 100的操作条件，例如温度、压力、速率和生产。
在所述工艺的一些具体实施方式中，通过高剪切装置40增强反应物混合的应用有效地导致乙酸转化为乙烯酮的更大转化率。而且，反应物增强的混合加强了高剪切体系100的工艺物流生产能力的增加。在某些情况中，将高剪切装置40并入到已确立的工艺中，从而能够使生产上升(即更大的生产能力)。
在具体实施方式中，本发明的方法和体系使得设计较小和/或较少成本的工艺成为可能，该工艺比起以前可能未并入高剪切装置40的工艺，允许选择具有较低操作温度和/或压力容量的反应器10。在具体实施方式中，从已有方法来看，本发明公开的方法降低了操作成本/提高了生产。或者，本发明公开的方法可以降低用于设计新工艺的成本。由于设计较小反应器的可能性、在较低温度和/或压力下更有效的利用催化剂和/或操作乙烯酮反应器，本发明潜在的益处包括但不限于更快的循环时间，增加的生产能力，降低的操作成本和/或降低的资本消耗。
虽然已经说明和描述了本发明的优选实施方式，本领域普通技术人员可对其做出修改，而不背离本发明的主旨和教导。本文中描述的实施方式仅仅是示例性的，其并不意图限制本发明。本文中公开的本发明的许多变体和修改是可能的，并且落入本发明的范围。如果明确说明了数值范围或极限，这些表达的范围或极限应该被理解为包括数量落入明确说明的范围或极限的迭代区间或极限(例如，从约1到约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。对于权利要求的任何元素，术语“任选”的使用意味着需要该主题元素，或者作为选择，不需要。两种选择方案都意欲包含在权利要求的范围内。非限制性术语的使用，例如包含、包括、具有等等应该理解为提供对于限制性术语的支持，所述限制性术语例如由...组成，基本上由...组成，基本上包含等。
因此，保护范围并不被上面陈述的说明书所限制，其仅仅由所附的权利要求所限制，其范围包括权利要求主题的所有等价物。每个权利要求并入说明书作为本发明的实施方式。因而，权利要求是进一步的说明书，并且是对本发明优选实施方式的增加。不允许讨论在说明书所涉及技术的参考文献在现有技术至本发明之间，尤其是具有本申请优先权日后的出版日期的任何参考文献。本文中引用的所有专利、专利申请和出版物的公开内容引入此处作为参考，至它们对此处陈述的那些提供示例性、程序上或其他详细补充的程度。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种形成乙酸酐的方法，该方法包括
获得至少一个高剪切装置，该装置具有至少一个转子/定子组，配置该转子/定子组以产生至少5m/s的标称周缘速度；
将乙酸溶液泵至高于大气压的压力；
形成在加压的乙酸溶液中包含催化剂小球的乳液，其中所述小球具有小于约5μm的平均直径；
将所述乳液在适于生产乙烯酮的条件下引入炉反应器；
在冷却器中冷凝乙酸、水和氨中和的催化剂，其中从所述冷却器中移除包含乙烯酮的气体；
将来自所述冷却器的包含乙烯酮的气体引入到如下反应器中，其中通过使所述包含乙烯酮的气体与乙酸接触生产乙酸酐。
2.根据权利要求1的方法，其中所述高剪切装置具有至少约23m/s的标称周缘速度。
3.根据权利要求1的方法，其中所述高剪切装置在所述周缘处产生至少约1000MPa的局部压力。
4.根据权利要求1的方法，将所述加压的水溶液加压到最低约203kPa。
5.根据权利要求1的方法，其中形成所述乳液包括将所述催化剂小球和加压的水溶液引到所述至少一个高剪切装置。
6.根据权利要求1的方法，其中形成所述乳液包括使所述氧化剂气泡和加压的水溶液经历大于约20,000s-1的剪切速率。
7.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂小球具有小于约1.5μm的平均直径。
8.根据权利要求1的方法，其中配置所述反应器以热解乙酸。
9.根据权利要求8的方法，其中配置所述反应器以在至多750℃的温度下操作。
10.根据权利要求8的方法，其中配置所述反应器以在约环境压力的压力下操作。
11.根据权利要求1的方法，其中将所述乳液在引到所述反应器之前进行冷却。
12.根据权利要求1的方法，其中通过所述至少一个高剪切装置再循环未使用的反应物。
13.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂包含在乙酸中不混溶的液体。
14.生产乙酸酐的体系，该体系包含：
泵，其位于可分散液体催化剂入口的上游；
至少一个高剪切装置，其流体连接于所述泵的出口，对其进行配置以生产在乙酸中液体催化剂的乳液，该乳液具有小于约5μm的平均催化剂小球直径；以及
热解反应器，其流体连接于所述至少一个高剪切装置的出口，其中通过乙酸的热分解生产乙烯酮。
15.根据权利要求14的体系，其中所述至少一个高剪切装置包含至少一个剪切发生器，其被配置用于产生至少5m/s的周缘速度。
16.根据权利要求15的体系，其中所述至少一个高剪切装置具有至少约23m/s的标称周缘速度。
17.根据权利要求15的体系，其中所述至少一个高剪切装置在所述周缘处产生至少约1000MPa的局部压力。
18.根据权利要求15的体系，其中配置所述至少一个高剪切装置以产生大于约20,000s-1的剪切速率。
19.根据权利要求15的体系，其中将所述至少一个高剪切装置配置为能量消耗为至少1000W/m3。
20.根据权利要求14的体系，其中配置所述至少一个高剪切装置以生产具有小于约1.5μm平均小球直径的乳液。
21.根据权利要求14的体系，其进一步包含至少一个流体连接于所述反应器的传热元件。
22.根据权利要求20的体系，其中所述传热元件包含冷却器，对该冷却器进行配置以从包含乙烯酮的气体中冷凝乙酸、水和氨中和的。

Claims (21)

1.一种形成乙酸酐的方法，该方法包括：
获得至少一个高剪切装置，该装置具有至少一个转子/定子组，配置该转子/定子组以产生至少5m/s的标称周缘速度；
将乙酸溶液泵至高于大气压的压力；
形成在加压的乙酸溶液中包含催化剂小球的乳液，其中所述小球具有小于约5μm的平均直径；
将所述乳液在适于生产乙烯酮的条件下引入炉反应器；
在冷却器中冷凝乙酸、水和氨中和的催化剂，其中从所述冷却器中移除包含乙烯酮的气体；
将来自所述冷却器的包含乙烯酮的气体引入到如下反应器中，其中通过使所述包含乙烯酮的气体与乙酸接触生产乙酸酐。
2.根据权利要求1的方法，其中所述高剪切装置具有至少约23m/s的标称周缘速度。
3.根据权利要求1的方法，其中所述高剪切装置在所述周缘处产生至少约1000MPa的局部压力。
4.根据权利要求1的方法，将所述加压的水溶液加压到最低约203kPa。
5.根据权利要求1的方法，其中形成所述乳液包括将所述催化剂小球和加压的水溶液引入到所述至少一个高剪切装置。
6.根据权利要求1的方法，其中形成所述乳液包括使所述氧化剂气泡和加压的水溶液经历大于约20,000s-1的剪切速率。
7.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂小球具有小于约1.5μm的平均直径。
8.根据权利要求1的方法，其中配置所述反应器以热解乙酸。
9.根据权利要求8的方法，其中配置所述反应器以在至多750℃的温度下操作。
10.根据权利要求8的方法，其中配置所述反应器以在约环境压力的压力下操作。
11.根据权利要求1的方法，其中将所述乳液在引到所述反应器之前进行冷却。
12.根据权利要求1的方法，其中通过所述至少一个高剪切装置再循环未使用的反应物。
13.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂包含在乙酸中不混溶的液体。
14.生产乙酸酐的体系，该体系包含：
泵，其位于可分散液体催化剂入口的上游；
至少一个高剪切装置，其流体连接于所述泵的出口，对其进行配置以生产在乙酸中液体催化剂的乳液，该乳液具有小于约5μm的平均催化剂小球直径；以及
热解反应器，其流体连接于所述至少一个高剪切装置的出口，其中通过乙酸的热分解生产乙烯酮。
15.根据权利要求14的体系，其中所述至少一个高剪切装置包含至少一个剪切发生器，其被配置用于产生至少5m/s的周缘速度。
16.根据权利要求15的体系，其中所述至少一个高剪切装置具有至少约23m/s的标称周缘速度。
16.根据权利要求15的体系，其中所述至少一个高剪切装置在所述周缘处产生至少约1000MPa的局部压力。
17.根据权利要求15的体系，其中配置所述至少一个高剪切装置以产生大于约20,000s-1的剪切速率。
18.根据权利要求15的体系，其中将所述至少一个高剪切装置配置为能量消耗为至少1000W/m3。
19.根据权利要求14的体系，其中配置所述至少一个高剪切装置以生产具有小于约1.5μm平均小球直径的乳液。
20.根据权利要求14的体系，其进一步包含至少一个流体连接于所述反应器的传热元件。
21.根据权利要求20的体系，其中所述传热元件包含冷却器，对该冷却器进行配置以从包含乙烯酮的气体中冷凝乙酸、水和氨中和的。
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