CN107540683B - 一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法 - Google Patents

一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法，该方法以C5‑C6糖醇为原料，利用背包反应精馏装置生产高纯度脱水糖醇。所述背包反应精馏装置包括原料预热器，背包反应器和精馏塔,背包反应器内装填催化剂，起到反应作用；精馏塔塔内为高效规整填料或塔板，起到精馏分离作用。该技术采用精馏段中部采出产品的方式，直接得到高纯度脱水糖醇产品。该方法通用性强，适用于C5‑C6糖醇脱水反应制备高纯度脱水糖醇。与传统的脱水糖醇制备技术相比，本发明将反应移至精馏塔外，具有流程简单，副产物少，运行成本低，产物颜色浅，产品纯度高等优点。

Description

一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法
技术领域
本发明涉及化学化工领域，具体地说是一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法。
背景技术
糖醇共同指的是通过加入氢原子，以还原末端基团的糖类而得到的化合物(图1)仅自身应用广泛，它们的脱水产物，单脱水或二脱水糖醇也有着广泛的应用。单脱水和二脱水糖醇通常是通过糖醇的环化脱水而得到的具有一个或两个环的化合物。例如，异山梨醇具有两个通过山梨糖醇的环化脱水制备的环并且可以用作药物，食品，化妆品以及聚酯的单体等。传统的脱水糖醇的制备方法主要是以酸为催化剂进行的间歇釜式反应，存在设备腐蚀不能连续生产、副反应多、后处理复杂、所得产物色泽深、环境污染严重等问题。CN103649095A提出了一种间歇釜式两段催化剂催化制备脱水糖醇的方法，最终用蒸馏的方法进行提纯，但是为了得到较高纯度的产品，产物需要用碱中和，活性炭脱色，后处理复杂。最近几年围绕着糖醇脱水工艺的改进已经成为研究的新方向。例如专利美国专利US6407266提出了一种异山梨醇连续生产的工艺：使用70％的山梨醇为原料，浓硫酸为催化剂，以氮气代替以往的有机溶剂，脱水产物异山梨醇(二脱水糖醇)从反应器底部导出。但是该方法得到的异山梨醇浓度仅有70-80％，后续还需要脱水，提纯异山梨醇。因此设计新的糖醇脱水生产工艺，尤其是高纯度脱水糖醇的生产工艺，简化流程步骤，提高反应收率，是重要的研究方向。
常见的糖醇
发明内容
本发明的目的是针对现有脱水糖醇生产技术的不足，提供了一种背包催化精馏装置生产脱水糖醇的方法，该方法以固体酸为催化剂，以反应精馏的方式一次性得到较高纯度的脱水糖醇。
本发明所采用的技术方案:
一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法，以C5-C6糖醇为原料，利用背包反应精馏装置生产高纯度脱水糖醇。(所述高纯度为大于95％)
所述的C5-C6糖醇选自山梨醇，甘露醇或木糖醇中的一种。
所述背包反应精馏装置包括原料预热器，背包反应器和精馏塔,所述原料预热器，背包反应器和精馏塔之间用管道连接,精馏塔外部设置原料预热器和背包反应器，所述背包反应器内装填固体酸催化剂。
所述精馏塔为填料塔或板式塔,填料塔包括塔壁和填料，填料塔内所用的填料为拉西环、鲍尔环、矩鞍环或共轭环中的一种或两种以上，所述板式塔包括塔壁和塔板，理论塔板数为9-30，优选理论塔板数为15-20。
背包反应器由塔壁和催化剂填料组成，催化剂以乱堆填料的形式填装于塔内,所述固体酸催化剂优选为Al2O3，TiO2，SO4 2-/MxOy，固体磷酸，酸性分子筛中的一种或两种以上。
背包反应精馏生产脱水糖醇的方法具体为:C5-C6糖醇经过原料预热器加热至60-120℃，预热后的糖醇从精馏塔的中部进入精馏塔，在循环泵的作用下，糖醇由背包反应器下部进入背包反应器内与固体酸催化剂接触反应,反应后的物料从背包反应器上部输出再进入精馏塔内进行精馏分离，背包反应器和精馏塔之间为循环、动态平衡的过程，原料和产物脱水糖醇的混合液反复在精馏塔与背包反应器之间循环，从精馏塔中部采出产物脱水糖醇，精馏塔顶部组分为反应生成的水以及部分反应副产物的轻组分，由精馏塔顶部蒸出冷凝后进行处理；精馏塔塔底部分为高沸物，定期通过泵送出。
精馏塔塔底部设置的温度为180-260℃，精馏塔顶部设置的温度为100-160℃，糖醇进入精馏塔的流速为80-200kg/h；回流比为1-20：1。
糖醇进入精馏塔段的流速优选为100-120kg/h；回流比优选为6：1-12：1。
背包反应器温度为100-400℃，优选为180-300℃。
本发明的有益效果为：
1、利用固体酸做催化剂，使用反应精馏装置一步反应分离得到较高纯度的脱水糖醇产品，与传统的间歇反应相比，流程简单，无中和步骤，精馏塔少，成本较低。
2、利用背包式反应精馏塔实现高纯度脱水糖醇的生产，将反应移至精馏塔外进行，既有反应精馏过程集中、节省投资费用和操作费用的优势，又能自由地调节分离条件和反应条件，使其能够利用不同的催化剂实现不同糖醇的脱水反应。
3、背包反应器工艺实现闭路循环，未完全反应的原料回流重复利用，提高了总转化率，并实现了单塔分离。
附图说明
图1糖醇背包催化精馏生产脱水糖醇示意图。
图2为实施例1所得产品的HPLC谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的方法进行详述，但不以任何形式限制本发明。
实施例1：山梨醇背包催化精馏生产异山梨醇技术
山梨醇脱水生产异山梨醇的背包反应精馏装置如图1所示，精馏塔外径为1800mm，其中精馏塔内为拉西环填料，填料高度为8000mm，经计算理论塔板数为20；背包反应器填充Al2O3催化剂捆扎包，装填高度为3000mm。
山梨醇原料进入原料预热器预热至60-120℃,预热后的糖醇通过管道从精馏塔的中部进入精馏塔，流量为100kg/h，在循环泵的作用下，糖醇由背包反应器下部进入背包反应器内与Al2O3催化剂接触反应,反应器反应温度为200℃。反应后的物料从背包反应器上部输出再进入精馏塔内进行分离(循环流量为85kg/h)，精馏塔回流比为12：1，精馏塔底部温度为200℃，顶部出口温度为140℃。精馏塔顶部组分为水和副反应产生的低沸物，由精馏塔顶部蒸出后经过冷凝，进入污水处理工段，精馏塔中部采出异山梨醇(产率为67％)，纯度大于97％，精馏塔塔底部分为高沸物，定期通过泵送出。
本发明中精馏塔与背包反应器之间是个循环、动态平衡的过程，并不是简单的单程流向，原料和产品的混合液反复在精馏塔与背包反应器之间循环，生成的产品也不停地蒸发进入精馏塔。所给出的产率为累积产率，即每进入1Kg原料所能得到的产品。
实施例2-3：甘露醇与木糖醇背包催化精馏生产脱水糖醇技术
实施例2和3与实施例1的反应步骤相同，不同的地方在于反应物，所用催化剂以及反应条件的差异，见表1。
表1

Claims (6)

1.一种背包反应精馏装置生产脱水糖醇的方法，其特征在于：以C5-C6糖醇为原料，利用背包反应精馏装置生产高纯度脱水糖醇；
具体为：C5-C6糖醇经过原料预热器加热至60-120℃，预热后的糖醇从精馏塔的中部进入精馏塔，在循环泵的作用下，糖醇由背包反应器下部进入背包反应器内与固体酸催化剂接触反应,反应后的物料从背包反应器上部输出再进入精馏塔内进行精馏分离，背包反应器和精馏塔之间为循环、动态平衡的过程，原料和产物脱水糖醇的混合液反复在精馏塔与背包反应器之间循环，最后从精馏塔中部采出产物脱水糖醇，精馏塔顶部组分为反应生成的水以及部分反应副产物的轻组分，由精馏塔顶部蒸出冷凝后进行处理；精馏塔塔底部分为高沸物，定期通过泵送出；
所述的C5-C6糖醇选自山梨醇，甘露醇或木糖醇中的一种；所述背包反应精馏装置包括原料预热器，背包反应器和精馏塔,所述原料预热器，背包反应器和精馏塔之间用管道连接,精馏塔外部设置原料预热器和背包反应器，所述背包反应器内装填固体酸催化剂；
所述精馏塔为填料塔或板式塔,填料塔包括塔壁和填料，填料塔内所用的填料为拉西环、鲍尔环、矩鞍环或共轭环中的一种或两种以上，所述板式塔包括塔壁和塔板，理论塔板数为9-30；
背包反应器由塔壁和催化剂填料组成，催化剂以乱堆填料的形式填装于塔内,所述固体酸催化剂为Al2O3，TiO2，SO4 2-/MxOy，固体磷酸，酸性分子筛中的一种或两种以上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述理论塔板数为15-20。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：精馏塔塔底部设置的温度为180-260℃，精馏塔顶部设置的温度为100-160℃，糖醇进入精馏塔的流速为80-200kg/h；回流比为1-20：1。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：糖醇进入精馏塔段的流速为100-120kg/h；回流比为6：1-12：1。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：背包反应器温度为100-400℃。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：背包反应器温度为180-300℃。
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