CN105013417A - 一种连续酯化微反应装置及其组成的微反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续酯化微反应装置及其组成的微反应系统，该连续酯化微反应装置设置有反应腔体、原料进口、产物出口、出水口和透水膜，所述的透水膜将反应腔体分隔为两个部分，其中第一部分反应腔体连通至原料进口和产物出口，第二部分反应腔体连通至出水口，所述的透水膜与连通至原料进口和产物出口的第一部分反应腔体内壁之间的间距为50μm～2mm。本发明的连续酯化微反应装置运用于生成水的反应器，可以将反应中的水移除处反应体系，促使反应进一步进行，从而增加产率，提高产物纯度，减少废弃物的排放和后处理费用。

Description

一种连续酯化微反应装置及其组成的微反应系统

技术领域

本发明涉及一种连续酯化微反应装置及其组成的微反应系统，属于化工设备技术领域。

背景技术

膜化学反应器，即膜与化学反应过程相结合构成的反应设备或系统，旨在通过膜的特殊功能，实现产物的原位分离、反应物的控制输入、反应与反应的耦合、相间传递的强化、反应分离过程集成等，达到提高反应转化率、改善反应选择性、反应速率

目前，膜化学反应器的相关研究主要集中在提高膜材料性能、分离系数、热渗透率、结构稳定性、等方面的改进。因为为了使得反应的充分进行，目前常规的膜化学反应器对透水膜的技术性能要求都很高。这样增加了反应器使用的成本和技术难度，极大地限制了该反应器的应用范围。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种对透水膜透水性能要求不高，却可以使得反应充分进行的连续酯化微反应装置及其组成的连续化微反应系统。

技术方案：本发明所述的连续酯化微反应装置，该连续酯化微反应装置设置有反应腔体、原料进口、产物出口、出水口和透水膜，所述的透水膜将反应腔体分隔为两个部分，其中第一部分反应腔体连通至原料进口和产物出口，第二部分反应腔体连通至出水口，所述的透水膜与连通至原料进口和产物出口的第一部分反应腔体内壁之间的间距为50μm～2mm。

进一步地，具体反应腔体的形成方法包括两种方案：

(1)连续酯化微反应装置还包括管壳、第一封盖和第二封盖以形成所述的反应腔体，所述第一封盖和第二封盖分别密封管壳的两端以形成所述的反应腔体。

(2)连续酯化微反应装置还包括上密封板和下密封板，所述的上密封板和/或下密封板相对的一侧设置有反应槽，所述的上密封板和下密封板相对紧固贴合以形成所述的反应腔体。

进一步地，对于方案(1)和(2)，连续酯化微反应装置通过控制膜管长度控制酯化反应的程度。如通过控制膜管长度来控制酯化反应的程度；或在膜管长度不变的条件下，通过改变物料进给速度，进而来控制酯化反应的进程。

进一步地，对于方案(1)和(2)，连续酯化微反应装置还包括若干试剂入口，所述的试剂入口连通至与原料进口和产物出口连通的第一部分反应腔体。

进一步地，对于方案(1)和(2)，连续酯化微反应装置还包括热交换层，所述的热交换层设置于连通至原料进口和产物出口的第一部分反应腔体的内壁上。

进一步地，对于方案(1)和(2)，热交换层为电加热层、热辐射带、微波加热层。

进一步地，对于方案(1)和(2)，连续酯化微反应装置还包括油浴或水浴装置，所述的热交换层与油浴或水浴装置相连通。

进一步地，对于方案(1)，管壳为金属制管壳、陶瓷制管壳或工程塑料制管壳。

此外，由若干上述方案(1)或方案(2)的连续酯化微反应装置组成的连续化微反应系统，其特征在于，所述的若干连续酯化微反应装置的原料进口和产物出口依次串联组成连续化微反应系统。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明的连续酯化微反应装置运用于生成水的反应器，可以将反应中的水移除处反应体系，促使反应进一步进行，从而增加产率，提高产物纯度，比如对传统的酯化反应而言，不管是连续式还是间隙式的反应而言，都存在着当酯化所产生的水相没有及时移除反应体系时，随着反应的进行，出现可逆现象，酯类重新分解成酸和醇，使得产率下降，产物纯度下降。本发明介于此原因，设计了一套微型酯化反应装置可完美的解决以上问题，使得酯化具有选择性的推进，并减小了逆向反应的可能。此外，由于透水膜的透过能力正比于透水膜的面积正比于透水膜的透水性能，而反应腔中为达到一定反应平衡所必须排除体系内的水正比于反应腔的容积，本发明通过透水膜的反应器与微反应器技术的融合，降低反应体系内排除水分的需求，从而降低对透水膜性能的苛刻要求，降低成本。结合本发明具体结构来说，由于单位面积内的透水膜大致只需要选择性渗透单位面积乘以透水膜与第一部分空腔内壁间距(约为50μm～2mm)内的反应液生成的水即可使得反应平衡进行的较为充分，减少了反应器对透水膜性能的要求，极大地降低了成本。并且，透水膜作为柔性材料，其结构稳定性并不高

附图说明

图1为本发明实施例1的连续酯化微反应装置示意图；

图2为本发明实施例2的连续酯化微反应装置示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1所示，实施例1的连续酯化微反应装置主体由一个管状的管壳(4)加上两端密封管壳的第一封盖1和第二封盖8在管壳4内部形成一个密闭的反应腔体15。在本实施例中，为了达到更好地密封固定效果，在第一封盖1与管壳4接合处还设置有第一端口密封件2，在第二封盖8与管壳4接合处还设置有第二端口密封件9。在本实施例中的透水膜3为管状，该管状透水膜3的两端分别接合至第一密封件2和第二密封件9处，从而将该密闭的反应腔体15分隔成了管状透水膜3和管壳4之间的第一部分反应腔体15和管状透水膜内部的第二部分反应腔体16。这种分隔方式只是优选的分隔方式之一，本领域技术人员很容易想到，比如将透水膜3设置在管壳的纵截面处，或者管壳4的横截面处，等替代的设置方式，只要不改变相关接口与两部分腔体分别的连接关系，都不会影响到本发明的实现。此外，透水膜3与第一部分反应腔体15内壁之间的间距为2mm，该距离指的是自透水膜表面上一点到自该点沿垂直于透水膜3表面方向向外延伸的射线与第一部分反应腔体的管壳4内壁相交的另一点之间的距离。本实施例在管壳4的内管壁上还设置有一层热交换层5，在本实施例中，该热交换层5为电加热层，用来提供需要加热的化学反应所需要的热量。本实施例中，在管壳4的两端壁上分别有原料进口6和产品出口10连通至第一部分反应腔体15，并且原料进口6和产品出口10安装的位置为对角180度，这样可以有利于避免出现设备上的反应死区，从而降低产品纯度。此外，在管壳4的侧壁上还开有若干试剂入口61。本实施例的连续化为反应器还设置有排水口8，该排水口8穿过第二封盖7和第二端口密封件2，从而连通第二部分反应腔体16。

实施例2：

如图2所示，实施例2的连续酯化微反应装置包括上密封板12和下密封板11，本实施例中，上密封板12与下密封板11相对的一侧设置有反应槽13，下密封板11与上密封板12相对的一侧设置有反应槽13，上密封板12与下密封板11相对贴合，上密封板12和下密封板11相对紧固贴合，在上密封板12和下密封板11上设置的反应槽13拼合构成了一个密闭的反应腔体14，在反应腔体14内沿平行于下密封板11方向设置透水膜3，该透水膜3将反应腔体14分隔成了第一部分反应腔体15和第二部分反应腔体16。此外，透水膜3与第一部分反应腔体15内壁之间的间距为50μm，该距离指的是自透水膜表面上一点到自该点沿垂直于透水膜3表面方向向外延伸的射线与第一部分反应腔体的上密封板12内壁相交的另一点之间的距离。本实施例中，第一部分反应腔体15位于透水膜3的上密封板12一侧，第二部分反应腔体16位于透水膜3的下密封板11一侧。在下密封板11上开有出水口8并连通至第二部分反应腔体16，在上密封板12上开有原料进口6和产物出口10，两者均连通至第一部分反应腔体15。在上密封板12反应槽13的内壁上还设置有热交换层5，该热交换层5连通至水浴装置以保持反应温度。此外，在上密封板12和下密封板11接合处还设置有密封件17。

实施例3：

由实施例1的连续酯化微反应装置组成的连续化微反应系统，三个连续酯化微反应装置的原料进口和产物出口依次串联组成连续化微反应系统。

实施例4：

柠檬酸三丁酯(TBC)的酯化合成反应

使用实施例1所述的反应装置，该反应装置PV透水膜。70℃预置0.25mol一水合柠檬酸、1.5mol正丁醇完全溶解的混合溶液，由原料进口6，通过注射泵注入，同样在试剂入口61，由注射泵注入0.5g甲基磺酸，在110℃条件下，出水口8接真空泵，进行负压操作，将反应生成的水，由出水口8排出，反应经过30-50min完成，TBC酯化率≥95％。

实施例5：

使用实施例1所述的反应装置，该反应装置PV透水膜。0.34mol 1，6-己二醇(HDD)和0.9的丙烯酸(AA)，阻聚剂3.5g充分预先混合后由注射泵经原料进口6注入反应器，2g对甲苯磺酸和亚硫酸作为催化剂由注射泵经试剂入口61注入反应器，经微反应器在80℃～90℃条件下进行酯化反应，出水口8接真空泵，进行负压操作，将反应生成的水，由出水口8排出，产物酯化率≥96％。经后处理得1，6-己二醇二丙烯酸酯成品，纯度≥98.1％，酸值≤0.01mgNaOH/g，水分≤0.01％。

实施例6：

使用实施例1所述的反应装置，该反应装置PV透水膜。0.05mol己二酸和0.3mol的正丁醇充分预先混合后，由注射泵经原料进口6注入反应器，1g NaHSO4作为催化剂由注射泵经试剂入口61注入反应器，经微反应器在100℃～110℃条件下进行酯化反应，出水口8接真空泵，进行负压操作，将反应生成的水，由出口8排出，产物酯化率≥96.3％。经后处理得己二酸二丁酯纯度≥98.4％，酸值≤0.01mgNaOH/g，水分≤0.01％。

实施例7：

使用实施例3所述的反应系统，该反应装置PV透水膜。0.18kg冰醋酸、0.1kg甘油和100mL苯混合物由注射泵经原料进口6注入反应器。5g浓硫酸作为催化剂由注射泵经试剂入口61注入反应器，进行酯化反应。出水口8接真空泵，进行负压操作，将反应生成的水，由出水口8排出，当出水口不再有水分出时停止加热。测定最终酸值，酯化率≥96.1％。经后处理成品产率为92.2％。所制得的成品纯度≥99.0％，酸值≤0.01mgNaOH/g，水分≤0.01％。

实施例8

使用实施例2所述的反应装置，该反应装置PV透水膜。原料经混合后进入6，酯化反应过程中所产生的水由8口排出，产品脂类有10排出。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置包括有反应腔体(14)、原料进口(6)、产物出口(10)、出水口(8)和透水膜(3)，所述的透水膜(3)将反应腔体(14)分隔为两个部分，其中第一部分反应腔体(15)连通至原料进口(6)和产物出口(10)，第二部分反应腔体(16)连通至出水口(8)，所述的透水膜(3)与第一部分反应腔体(15)内壁之间的间距为50μm～2mm。

2.根据权利要求1所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置还包括管壳(4)、第一封盖(1)和第二封盖(7)，所述第一封盖(1)和第二封盖(7)分别密封管壳(4)的两端以形成所述的反应腔体(14)。

3.根据权利要求1所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置还包括上密封板(12)和下密封板(11)，所述的上密封板(12)和/或下密封板(11)相对的一侧设置有反应槽(13)，所述的上密封板(12)和下密封板(11)相对紧固贴合以形成所述的反应腔体(14)。

4.根据权利要求2或3所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置在物料进给速度不变的条件下，通过控制膜管长度来控制酯化反应的程度；或在膜管长度不变的条件下，通过改变物料进给速度，进而来控制酯化反应的进程。

5.根据权利要求2或3所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置还包括若干试剂入口(61)，所述的试剂入口(61)连通至第一部分反应腔体(15)。

6.根据权利要求2或3所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置还包括热交换层(5)，所述的热交换层(5)设置于连通至原料进口(6)和产物出口(10)的第一部分反应腔体(15)的内壁上。

7.根据权利要求6所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的热交换层(5)为电加热层、热辐射带或微波加热层。

8.根据权利要求6所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的连续酯化微反应装置还包括油浴或水浴装置，所述的热交换层(5)与油浴或水浴装置相连通。

9.根据权利要求2所述的连续酯化微反应装置，其特征在于，所述的管壳(4)为金属制管壳、陶瓷制管壳或工程塑料制管壳。

10.由若干权利要求1～9所述的连续酯化微反应装置组成的连续化微反应系统，其特征在于，所述的若干连续酯化微反应装置的原料进口(6)和产物出口(10)依次串联组成连续化微反应系统。