CN109261114A - 一种叠加式催化-分离膜反应器 - Google Patents

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孙德
岳东敏
李冰冰
于晶彤
姜寅初
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Abstract

本发明公开了一种叠加式催化分离膜反应器，实现了原料催化过程和产物分离过程在膜反应器内同时进行。该反应器由三种不同的基础组件构成。组件可根据需要灵活拆卸，可通过叠加组件调节催化‑分离膜的使用面积。相邻组件间顺序放置多孔PP支撑板、催化‑分离膜及聚四氟乙烯密封垫片，以增加膜的使用寿命和组件密封性。本发明公开的叠加式催化‑分离膜反应器，结构简单，能耗少，节约投资成本。

Description

一种叠加式催化-分离膜反应器
技术领域
本发明涉及一种叠加式催化-分离膜反应器，尤其涉及酯类化合物合成的催化-分离过程。
背景技术
传统的催化反应是将催化剂加入料液中，受热力学平衡的限制，使得反应的时间较长，原料转化率和产物收率较低。并且后期处理程序复杂，产物分离又会增加投资费用。因此，提高反应转化率，简化程序，减少投资是工业中优化生产方向。将催化过程与分离过程一体化逐渐成为一种新兴趋势。
目前大多数研究是将膜催化与分离过程耦合，而不是将其一体化在一个操作单元内，仍面临着结构复杂等缺点。催化-分离膜反应器是采用催化-分离膜，催化反应和分离过程整合到一个操作单元，原料催化反应的同时分离副产物或产物，提高反应转化率，减少反应时间，降低投资成本。随着催化-分离膜技术的进步，膜反应器的设计成为制约催化-分离技术工业化的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，公开了一种叠加式催化-分离膜反应器，原料催化反应的同时分离副产物或产物，提高反应转化率，减少反应时间。
本发明的叠加式催化-分离膜反应器，可根据实验及生产所需的催化-分离膜面积用量要求，对组件进行组装。
在催化-分离膜反应器中，料液通过进料管进入组件与膜接触发生催化反应，产物或副产物与膜接触渗透到催化-分离膜的另一侧，通过渗透管引出产物或副产物。
本发明设计了三种不同的组件，组件1、组件2和组件3。见附图1。三种组件相互叠加咬合，将催化-分离膜片放在组件之间，调整组件叠加数量可调节膜面积。
本发明组件组装方式：组件1、组件2和组件3叠加组装。该方式需要若干个组件1和组件2，2个组件3。将组件3的凸出部分卡入组件1一端的凹槽处，将组件2的凸出部分卡入组件1另一端的凹槽处，然后放入组件1，再放入组件2，以此类推，最后放入组件3。组装过程中，组件与组件间顺序放入多孔PP支撑层、催化-分离膜、聚四氟乙烯垫圈。最后，用螺栓固定。见附图2。
附图说明
附图1为本发明的组件1、组件2和组件3结构示意图。
附图2为本发明的组件1、组件2和组件3叠加结构剖面示意图。
附图3为本发明的组件1和组件3叠加结构剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，在没有其他创新的基础上所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种叠加式催化-分离膜反应器，通过图1和图2所示，本发明的元件包括组件1，组件2，组件3，PP多孔支撑层、聚四氟乙烯垫片以及固定螺栓。
本发明组件组装方式：组件1、组件2和组件3叠加组装。该方式需要若干个组件1和组件2，2个组件3。将组件3的凸出部分卡入组件1一端的凹槽处，将组件2的凸出部分卡入组件1另一端的凹槽处，然后放入组件1，再放入组件2，以此类推，最后放入组件3。组装过程中，组件与组件间顺序放入多孔PP支撑层、催化-分离膜、聚四氟乙烯垫圈。最后，用螺栓固定。见附图2。
实施例1：
以磺化PVA催化-渗透汽化膜在叠加式催化-分离膜反应器中催化乙酸和乙醇反应生成乙酸乙酯为应用实例。
用1个组件2和2个组件3进行反应器组装。将两个组件3的凸出部分分别卡入组件1两端的凹槽处。组装过程中，组件与组件间顺序放入多孔PP支撑层、磺化PVA催化-渗透汽化膜、聚四氟乙烯垫圈。最后，用螺栓固定。见附图2
乙醇和乙酸的摩尔比3:1，料液体积约为120mL，膜面积为6.28cm2，70℃下在叠加式催化-分离膜反应器中合成乙酸乙酯，反应达到平衡时，乙酸的转化率可达到93.12%。
实施例2：
以磺化PVA催化-渗透汽化膜在叠加式催化-分离膜反应器中催化乙酸和乙醇反应生成乙酸乙酯为应用实例。通过增加叠加组件的数量增大膜面积，进而可增大料液处理量。
用2个组件1、1个组件2和2个组件3进行反应器组装。将组件3的凸出部分卡入组件1一端的凹槽处，将组件2的凸出部分卡入组件1另一端的凹槽处，将组件2的另一端凸出部分卡入另一个组件1的凹槽部分，最后放入组件3。组装过程中，组件与组件间顺序放入多孔PP支撑层、磺化PVA催化-渗透汽化膜、聚四氟乙烯垫圈。最后，用螺栓固定。见附图3。
乙醇和乙酸的摩尔比3:1，料液体积约为240mL，膜面积为12.56cm2，70℃下在叠加式催化-分离膜反应器中合成乙酸乙酯，反应达到平衡时，乙酸的转化率可达到92.53%。
对比例：
在传统的间歇反应器中用浓硫酸催化合成乙酸乙酯，乙醇和乙酸的摩尔比3:1，料液体积约为240mL，70℃下，反应达到平衡时，乙酸的转化率仅为67.12%。

Claims (7)

1.一种叠加式催化-分离膜反应器，用于酯类化合物催化-分离过程，包括：组件1、组件2、组件3、PP多孔支撑板和聚四氟乙烯垫片，其特征在于，可有效地实现膜的催化过程和分离过程在反应器内同时进行。
2.如权利要求1中所述的叠加式催化-分离膜反应器，其特征在于，通过组件1、组件2和组件3之间相互叠加咬合，将催化-分离膜片放在组件之间，调整组件叠加数量调节膜使用面积。
3.如权利要求2中所述的叠加式催化-分离膜反应器，其特征在于，组件1中的凹槽部分与组件2或者组件3的凸起部分进行叠加，组件与组件之间放置催化-分离膜，通过多孔PP支撑层增加其强度，通过聚四氟乙烯垫圈使系统密封，通过螺栓对组件之间进行固定。
4.如权利要求2中所述的叠加式催化-分离膜反应器，其特征在于，将催化-分离膜装入组件后，组件1内的通道连接膜渗透侧。
5.如权利要求2中所述的叠加式催化-分离膜反应器，其特征在于，将催化-分离膜装入组件后，组件2内的通道连接膜料液侧。
6.如权利要求2中所述的叠加式催化-分离膜反应器，其特征在于，将催化-分离膜装入组件后，组件3内的通道连接膜料液侧。
7.如权利要求2和权利要求3中所述叠加式催化-分离膜反应器，其特征在于，叠加数量不限，不仅局限于图例中所示数量。
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