CN111545134A - 一种用于山梨醇生产的列管式反应器及工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及葡萄糖加氢生成山梨醇的工艺及其反应器，具体涉及一种用于葡萄糖连续加氢生成山梨醇的列管式反应器及其相配套的工艺设备，包括壳体，壳体内部包括上封段、反应段和下封段，所述上封段与反应段之间通过上封板隔开，下封段与反应段之间通过下封板隔开，上封段的壳体上设有气体进口和若干液体进口，所述液体进口上设有雾化喷枪；所述反应段内设有若干反应管，所述反应管一端穿过上封板伸入上封段，另一端与下封段连通，反应段的壳体上部设有冷却水进口，反应段的壳体下部设有冷却水出口；下封段壳体设有出料口。本发明有效解决了现有技术中的气液两相的分配均匀的问题、加氢反应放热移走的问题、反应连续化的问题。

Description

一种用于山梨醇生产的列管式反应器及工艺设备

技术领域

本发明涉及葡萄糖加氢生成山梨醇的工艺及其反应器，具体涉及一种用于葡萄糖连续加氢生成山梨醇的列管式反应器及其相配套的工艺设备。

背景技术

山梨糖醇，别名山梨醇。英文名Sorbitol、D-Glucitol、Sorbol、D-Sorbitol。分子式是C6H14O6，分子量为182.17。为白色吸湿性粉末或晶状粉末、片状或颗粒，无臭。依结晶条件不同，熔点在88～102℃范围内变化，相对密度约1.49。易溶于水(1g溶于约0.45mL水中)，微溶于乙醇和乙酸。有清凉的甜味，甜度约为蔗糖的一半，热值与蔗糖相近。食品工业中多为69～71％含量的山梨糖醇液。其合成方法是以食用葡萄糖为原料，在镍催化剂存在下，经加氢反应而得。

山梨醇主要用途：1、可用于生产维生素C的原料，山梨醇经发酵和化学合成可制得维生素C；2.营养性甜味剂、湿润剂、螯合剂和稳定剂；3、也可用于工业表面活性剂的原料，用它生产斯盘和吐温类的表面活性剂等多种用途。

目前国内国外合成方法主要分为两种，一种是釜式加氢工艺(间歇法)。另一种是固定床加氢工艺(连续法)。釜式加氢工艺(间歇法)需要在每釜生产时都必须进行氮气置换，需要消耗大量氮气，并且置换不彻底会存在极大的安全隐患。固定床加氢工艺(连续法)采用连续加氢工艺，将过量氢气循环使用，是一种安全节能的新工艺。

文献1：葡萄糖加氢制备山梨醇的方法(申请号：97119116.6)介绍一种新型含镍、铁、钼、磷及铝的催化剂配方及其使用工艺。该催化剂可在釜式加氢工艺(间歇法)和固定床加氢工艺(连续法)使用。并且介绍了在间歇法和连续法使用时的温度、压力、使用量、氢气与葡萄糖溶液体积比等参数。但是对山梨糖醇合成工艺中气液分布、反应流程等均未涉及。

文献2：负载型催化剂、其制备方法与山梨醇的制备方法(申请号：201710571359.8)介绍一种负载型催化剂，由镍颗粒与Y70分子筛组成，所述镍颗粒负载与所述Y70分子筛表面的制备方法。同时该专利公开了一种由氢气、葡萄糖、水和其催化剂合成山梨醇的方法，包括使用温度、压力及催化剂用量。但是该方法对催化剂的装载方式、氢气、葡萄糖、水等分布方式、反应热移除方式等均为做公开。

文献3：一种连续加氢还原反应系统(申请号：201710155781.5)介绍一种连续加氢还原反应系统。包括氢气循环装置、反应装置和气液分离装置及其附属管路。该专利公开了这种连续加氢工艺的设备组成、催化剂装填方式等。该专利对氢气与加氢液体的分布方式、加氢反应热如何移除等均未作说明。

文献4：一种葡萄糖连续加氢制备山梨醇的方法及装置(申请号：201811135852.6)介绍一种葡萄糖连续加氢制备山梨醇的方法及装置。该装置包括固定床反应器、浆料床反应器。该装置的缺点是加氢反应器需要两台，增加了设备投资。并且由于反应热从设备夹套通水移走，该方式存在效率低下，导致整个系统产能无法提高生产效率不高。

文献5：一种C3N4-Mt-SO3H复合材料及其制备和应用(申请号： 201711495264.9)介绍了一种C3N4-Mt-SO3H复合材料及其制备和应用。 C3N4-Mt-SO3H复合材料是在蒙脱石层间插层氮化碳，并在蒙脱石表面接枝磺酸基团，作为催化剂在纤维素一锅法水解加氢制备山梨醇的反应中的应用，该催化剂可以同时催化纤维素水解得到葡萄糖以及葡萄糖加氢转化为山梨醇的反应，且催化剂可再生利用。该发明只是公开了催化剂的的制备及应用，该应用采用釜式加氢(间歇法)。

文献6：一种镍基葡萄糖加氢催化剂及其制备方法(申请号：201910715837.7) 介绍了一种种镍基葡萄糖加氢催化剂及其制备方法。该催化剂由主活性组分镍和氧化镍、助剂以及氧化硅和氧化锆组成；主活性组分镍的含量为3-40wt％，氧化镍含量为35-72％；助剂含量0.1-10wt％；氧化硅含量10-39wt％，其余为氧化锆；其中助剂为钴、铁中的一种或两种。该发明只是公开了催化剂的的制备，对于催化剂应用工况未做介绍。

以上文献都对山梨醇加氢合成过程中工艺、催化剂、设备等方面做了公开。但是针对整个气、固、液三相均存在的加氢反应体系，最关键的气液两相的分配均匀的问题、加氢反应放热移走的问题、反应连续化等方面均没有得到有效解决。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于葡萄糖加氢生成山梨醇的列管式反应器及其配套的连续生产工艺设备，目的是解决现有技术中的气液两相的分配均匀的问题、加氢反应放热移走的问题、反应连续化的问题。本发明所提供的方案如下：

一种列管式反应器，包括壳体，壳体内部包括上封段、反应段和下封段，所述上封段与反应段之间通过上封板隔开，下封段与反应段之间通过下封板隔开，上封段的壳体上设有气体进口和若干液体进口，一般可选择1-10个，液体进口上设有雾化喷枪，葡萄糖溶液经过气力雾化喷枪后在上封段内形成细小液体，与气体进口进入的氢气充分均匀混合，有效解决了反应的气液两相的分配均匀的问题，其中，雾化喷枪选择气力式雾化喷枪，雾化用的气体一般选择氢气，也可以选择氮气、氦气等惰性气体，雾化用气体与气体进口进入的氢气的摩尔比为1:5-1:20；同时还设置了若干液体出口，未能进入反应段的葡萄糖液体从液体出口流出，进入相连接的收集罐进行收集后，重新打入液体进口进行混合，液体出口的数量一般为1-4个，管口公称直径为DN10-DN100mm。

所述反应段内设有若干反应管，一般数量为3-5000根，所述反应管一端穿过上封板伸入上封段防止部分液体沿着反应管内壁直流至反应器下部不参与反应，造成反应单程转化率低，另一端与下封段连通，反应管的长度为 4000-8000mm，反应管伸入上封段的长度为500-2000mm，反应管的公称直径为 DN25-DN40，反应管内中间装填催化剂，两端使用用氧化铝瓷球压实固定，催化剂根据市场上催化剂不同形式选择不同的装填方式，如果是负载型催化剂就要求厂家加工成球形催化剂，如果是镍基合金就要求厂家加工成丝网填料形式装填。反应段的壳体上部设有冷却水进口，反应段的壳体下部设有冷却水出口，冷却水进口和冷却水出口之间通过冷却水循环管理连接，氢气和葡萄糖在反应管内固体催化剂上发生反应，反应热由管外反应段壳程的循环脱盐水带出，并可通过换热器最终将反应热带出。在反应段的壳体内还可进行设置折流板，延长冷却水的滞留时间，更好的将反应热带出。

反应管的下端通过下封板与下封段连通，下封段壳体设有出料口，经反应管反应完成后的物料进入下封段并由出料口打出。

本发明配合上述列管式反应器，还提供了一种应用所述列管式反应器的山梨醇制备工艺设备，包括液体原料管路和气体原料管路，液体原料管路用于提供葡萄糖溶液原料，气体管路用于提供氢气(如果雾化喷枪采用其他惰性气体，则需要添加一条惰性气体管路)，液体原料管路与所述液体进口连接，气体原料管路分别与所述气体进口和雾化喷枪连接，用于提供雾化喷枪的雾化气体和用作于反应原料的氢气(如果采用惰性气体作为雾化气体的话，则惰性气体管路单独连接至雾化喷枪即可)，其中用作雾化喷枪的雾化气体的氢气和作为反应原料的氢气的气体摩尔比为1:5-1:20，可以通过阀门进行控制。

出料口通过管路连接至第一高压分离器，出料口打出的物料包括目标产物山梨醇溶液和未参加反应的氢气，在高压分离器内进行氢气和山梨醇溶液两相分离，气相的氢气经冷却后进入第二高压分离器再次进行分离，液相的山梨醇溶液经过低压分离器释放出微量溶解氢后，通入山梨醇精制装置生产合格的山梨醇；第二高压分离器的气相出口连接至压缩机，所分离出的气相氢气经过压缩机后，重新连接至列管式反应器的气体进口和雾化喷枪，重新作为原料进行利用，液相山梨醇与第一高压分离器的液相山梨醇经同一管路，经低压分离器后通入山梨醇精制装置。通过本发明所提供的工艺装置，可以实现山梨醇的连续化生产。

与现有技术相比，本发明优点是：

1、反应器结构简单，可适用多种不同形式的催化剂，气液两相混合均匀，反应充分；

2、通过循环水进行冷却，有效解决反应热移出问题；

3、工艺可安全平稳连续化生产，减少物料及催化剂浪费。

附图说明

图1是列管式反应器机构图。

图2是本发明工艺设备流程图。

图中，1、液体进口，2、冷却水进口，3、壳体，4、液体出口，5、冷却水出口，6、气体进口，7、反应管，8、氧化铝陶瓷球，9、折流板，10、催化剂， 11、出料口，12、氢气压缩机，13、氢气管路，14、葡萄糖溶液管路，15、葡萄糖加热器，16、冷却水循环泵，17、冷却器，18、山梨醇精制装置，19、抵押分离器，20、第二高压分离器，21、列管式反应器，22、葡萄糖回收罐，23、换热器，24、氢气冷却器，25、第一高压分离器，26、气力式雾化喷枪，27、上封板，28、下封板。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，列管式反应器21包括长条装的管式壳体3，壳体3内空间通过相互平行的上封板27和下封板28分为相互隔离的三个空间，上封板27上部为上封段，上封板27与下封板28之间为反应段，下封板28下部为下封段。上封段的壳体3顶部开设有气体进口，壳体侧面设有液体进口1，液体进口1的内部安装气力式雾化喷枪26，壳体3的另一个侧面设有液体出口4，液体出口4的水平位置紧贴上封板27，利于液体排出。

反应段的壳体内部垂直放置反应管7(反应管7的数量可以为3-5000根，本实施例以1根作为说明)，反应管7为两端开口的条状管，反应管7内装填催化剂 10，两端使用氧化铝陶瓷球8压实固定，反应管7的上端垂直穿过上封板27并伸入上封段，上端开口与气体进口1对齐且上端开口的水平位置高于液体出口4，防止部分液体沿着反应管内壁直流至反应器下部不参与反应，造成反应单程转化率低；下端穿过下封板28并与下封板28对齐，反应后的物料可以从下端开口流入下封段。反应段的壳体3侧面上部靠近上封板27的位置开设冷却水进口2，相对侧面的壳体下部靠近下封板28的位置开设冷却水出口5，冷却水进口2与冷却水出口5之间设置折流板9，延长冷却水的滞留时间，提高散热效率。

下封段的底部开设出料口11，出料口11对齐反应管7的下端开口，便于物料流出。

如图2所示，使用上述列管式反应器的工艺设备，葡萄糖溶液管路14连接至液体进口1，管路上设有葡萄糖加热器15，氢气管路13分别连接至气体进口6和气力式雾化喷枪26，出料口11先通过冷却器17后连接至第一高压分离器25，第一高压分离器25的上部气相出口经氢气冷却器24后连接至第二高压分离器20，第二高压分离器20的上部气相出口经氢气压缩机12后连接至与氢气管路13汇合，重新作为原料氢气进行使用；第一高压分离器25和第二高压分离器20的底部液相出口经管路汇合后连接至低压分离器19，反应后的物料经低压分离器19 分离出小部分溶解氢后，通入山梨醇精制装置18，精制后制备符合标准的山梨醇。

液体出口4连接至葡萄糖回收罐22，葡萄糖回收罐22重新连接至液体进口1，将未反应的葡萄糖重新作为原料使用，循环后仍未反应的葡萄糖溶液可通过葡萄糖回收罐底22部打出进行收集。

冷却水出口5连接至换热器23，经换热器23换热后连接至葡萄糖加热器15，冷却水的热量在葡萄糖加热器15内与葡萄糖溶液原料进行换热，换热后连接至冷却水循环泵16，由冷却水循环泵16连接至冷却水进口2，重新作为冷却水使用，可以达到冷却水循环使用，冷却水所带出的反应管7的反应热用于加热葡萄糖原料，节省能源。

Claims (10)

1.一种列管式反应器，包括壳体，壳体内部包括上封段、反应段和下封段，其特征在于，所述上封段与反应段之间通过上封板隔开，下封段与反应段之间通过下封板隔开，上封段的壳体上设有气体进口和若干液体进口，所述液体进口上设有雾化喷枪；

所述反应段内设有若干反应管，所述反应管一端穿过上封板伸入上封段，另一端与下封段连通，反应段的壳体上部设有冷却水进口，反应段的壳体下部设有冷却水出口；

下封段壳体设有出料口。

2.根据权利要求1所述一种列管式反应器，其特征在于，所述雾化喷枪为气力式雾化喷枪，所用气体为氢气或惰性气体。

3.根据权利要求2所述一种列管式反应器，其特征在于，所述气力式雾化喷枪的所用气体与气体进口的气体摩尔比为1:5-1:20。

4.根据权利要求1所述一种列管式反应器，其特征在于，所述液体进口的数量为1-10个。

5.根据权利要求1所述一种列管式反应器，其特征在于，所述上封段的壳体上还设有若干液体出口，所述液体出口的数量为1-4个，管口公称直径为DN10-DN100。

6.根据权利要求5所述一种列管式反应器，其特征在于，所述液体出口与收集罐连接，所述收集罐重新连接至所述液体进口。

7.根据权利要求1所述一种列管式反应器，其特征在于，所述反应段的壳体内设有若干折流板。

8.根据权利要求1所述一种列管式反应器，其特征在于，所述反应管的数量为3-5000根。

9.根据权利要求1或7所述一种列管式反应器，其特征在于，所述反应管的长度为4000-8000mm，反应管伸入上封段的长度为500-2000mm，反应管的公称直径为DN25-DN40。

10.一种使用权利要求1所述列管式反应器的山梨醇生产工艺设备，其特征在于，包括液体原料管路和气体原料管路，液体原料管路与所述液体进口连接，气体原料管路分别与所述气体进口和雾化喷枪连接，所述出料口连接至第一高压分离器，第一高压分离器的气相出口连接至第二高压分离器，第一高压分离器的液相出口连接至山梨醇精制装置，第二高压分离器的气相出口经压缩机后与列管式反应器的气体进口和雾化喷枪连接，第二高压分离器的液相出口连接至山梨醇精制装置；

所述冷却水进口与冷却水出口通过冷却水循环管路连接。

Images