CN115779463A

CN115779463A - 一种缩酮合成反应装置及生产方法

Info

Publication number: CN115779463A
Application number: CN202111049790.9A
Authority: CN
Inventors: 丁辉; 黄声骏; 张大治; 邹明明; 焦雨桐
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本发明公开了一种缩酮合成反应装置及生产方法，所述装置包括反应单元、液相分离单元、气相处理单元；所述反应单元包括具有腔体的反应器，所述反应器的腔体内部设有鼓泡装置；所述反应器还设有加热部件；所述液相分离单元包括分离器；所述气相处理单元包括汽提塔、冷凝器、回流装置、倾析器，该装置采用“反应‑精馏‑倾析‑分离”联合操作，并通入氮气充分搅拌物料，可以提升酮醇缩合总体反应收率，并通过连续生产缩小设备规格，本方法可以用于缩酮化合物的连续生产，从而缩小设备规格，并降低原料损失，提升产品收率。

Description

一种缩酮合成反应装置及生产方法

技术领域

本申请涉及一种缩酮合成反应装置及生产方法，属于反应工艺领域。

背景技术

缩酮是一类具有特殊花果香气的精细化工产品，因此被广泛应用于化妆品、酒类、食品等生活必需品的定香调香和香料合成。同时缩酮化合物由于具备合成可逆性，也常被用作羰基保护剂和药物中间体。

现有缩酮生产工艺以酮醇为原料发生脱水缩合反应，采用共沸蒸发方法将水和带水剂共同蒸出，提升原料转化率。整个流程采用间歇操作，设备规格大，能耗高，废水中带走较多原料醇，导致原料浪费，降低了产物总体收率，限制了生产规模放大。同时传统反应器采用大型电动搅拌器对原料进行搅拌，设备过大，因此有必要对酮醇缩合反应工艺过程进行改进，开发连续生产方法，提高产品收率，同时缩小设备规模，降低投资。

发明内容

本申请提供了一种酮醇合成连续反应装置，该装置可以连续操作，并提升产品收率。以氮气替代传统的插入式大型电动搅拌器，使反应器内使用内盘管传热成为可能，从而增大反应釜有效空间和传热效率。

所述装置包括反应单元、液相分离单元、气相处理单元；

所述反应单元包括具有腔体的反应器，所述反应器的腔体内部设有鼓泡装置；所述反应器还设有加热部件；

所述液相分离单元包括分离器；

所述气相处理单元包括汽提塔、冷凝器、回流装置、倾析器；

所述反应单元分别与液相分离单元、气相处理单元连通；

所述反应器的气相出口与汽提塔的气相进口通过管道及法兰连接，所述汽提塔气相出口通过冷凝器与回流装置的进口连接；回流装置液相出口经过管路I、管路II，分别与汽提塔液相进口、倾析器液相进口连接，所述回流装置的气相出口与所述反应器的气相进口连接；所述倾析器的油相出口与所述反应器的油相进口连接。

可选地，所述倾析器还包括水相出口；所述回流装置液相出口通过泵I分别与管路I、管路II连通。

所述回流装置的气相出口通过加压装置与所述反应器的气相进口连接。

可选地，所述反应器的液相出口与所述分离器的液相进口连接，所述分离器的出口I与所述反应器的进口I连接；

优选地，所述分离器的出口I通过泵II与所述反应器的进口I连接；所述分离器还包括产物出口。

可选地，所述汽提塔为板式塔，所述板式塔的理论板数为8～25块；塔板数量理论上影响副产物水的分离效果，理论板数过低将无法最大程度分离出水组分，理论板数过多影响设备投资。

可选地，所述加热部件选自夹套、内/外盘管中的至少一种；

所述反应器还包括原料进口。

本申请所述的装置的一种方案，包括反应单元、液相分离单元、气相处理单元；

所述反应单元包括具有腔体的反应器，所述反应器的腔体内部设有鼓泡装置；所述反应器还设有加热部件；所述加热部件选自夹套、内/外盘管中的至少一种；

所述液相分离单元包括分离器；

所述气相处理单元包括汽提塔、冷凝器、回流装置、倾析器，所述汽提塔为板式塔，所述板式塔的理论板数为8～25块；

所述反应单元分别与液相分离单元、气相处理单元连通；

所述反应器的气相出口与汽提塔的气相进口通过管道及法兰连接，所述汽提塔气相出口通过冷凝器与回流装置的进口连接；回流装置液相出口经过管路I、管路II，分别与汽提塔液相进口、倾析器液相进口连接，所述回流装置的气相出口与所述反应器的气相进口连接；所述倾析器的油相出口与所述反应器的油相进口连接；所述倾析器还包括水相出口；所述回流装置液相出口通过泵I分别与管路I、管路II连通；

所述反应器的液相出口与所述分离器的液相进口连接，所述分离器的出口I与所述反应器的进口I连接；所述分离器的出口I通过泵II与所述反应器的进口I连接；所述分离器还包括产物出口。

根据本申请的另一个方面，提供一种缩酮连续合成的方法，将含有酮、醇及带水剂的原料通入所述缩酮合成连续反应装置的反应器中，反应合成缩酮。

可选地，所述酮选自环己酮、环己二酮、环戊酮、丁酮中的至少一种；

所述醇为双羟基醇类化合物；

所述双羟基醇类化合物选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇中的至少一种；

所述带水剂为与水能够形成共沸体系化合物，选自环己烷、苯、二氯甲烷、四氯化碳、石油醚中的至少一种。

可选地，所述反应在非活性气氛条件下进行；

所述非活性气氛选自氮气、二氧化碳、惰性气体中的至少一种；

可选地，所述方法具体包括以下步骤：

(a)从所述反应器原料进口向装有催化剂的反应器中通入原料，从气体进口、经由所述鼓泡装置通入非活性气氛；原料在所述反应器中被所述加热部件加热至反应温度，生成气相产物和液相产物；

(b)步骤(a)所述的气相产物通过所述汽提塔，与经所述回流装置回流的液相传质交换，含水和带水剂的气相与缩酮产物分离；所述含水和带水剂的气相在冷凝器中冷凝后进入所述回流装置发生汽液相分离，冷凝后的气相经所述回流装置返回所述反应器，冷凝后的液相经管路I、管路II返回所述汽提塔以及送入倾析器；所述进入倾析器中的液相分层为油相和水相，油相作为带水剂返回反应器，水相作为废水排出；

步骤(a)中的液相产物进入所述分离器中通过重力作用沉降分离得到浆料和反应产物，分离后的浆料返回所述反应器，反应产物由所述分离器的产物出口排出。

可选地，步骤(a)中，所述非活性气氛与醇酮总量的摩尔比为0.01～1。

优选的，所述非活性气氛与醇酮总量的摩尔比上限可独立选自0.6、0.7、0.8、0.9、1；所述非活性气氛与醇酮总量的摩尔比下限可独立选自0.011、0.02、0.03、0.04、0.05；

所述反应温度为80～150℃；

优选的，所述反应温度可独立选自80℃、90℃、100℃、105℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃；

可选地，步骤(b)中，所述汽提塔的压力为101.3～110kPaA；

优选地，所述汽提塔的压力为101.3～105kPaA；

所述汽提塔塔顶的温度为10～50℃；

优选地，所述汽提塔塔顶的温度为10～45℃；

所述汽提塔的回流比为0.1～30。

优选的，所述汽提塔的回流比为1～15。

所述油相包括带水剂和酮。

可选地，所述浆料包括催化剂、未分离出的产物混合物。

本申请能产生的有益效果包括：

1)连续生产，缩小设备规格；

2)稳定操作，保证产品质量；

3)回收气相中含有的未反应的原料醇，经由汽提塔汽提回收到反应器重，降低了分离过程中的损失，提高产品收率。

4)本申请采用氮气鼓泡搅拌，节省电力消耗，以氮气替代传统的插入式大型电动搅拌器，使反应器内使用内盘管传热成为可能，从而增大反应釜有效空间和传热效率。

附图说明

图1为本申请实施例1制备的含有鼓泡装置的缩酮合成反应装置示意图。

1、反应釜；2、汽提塔；3、冷凝器；4、回流罐；5、循环泵；6、倾析器；7、分离器；8、浆料泵；9、鼓风机；10、盘管；11鼓泡装置。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种缩酮合成反应装置，包括反应釜1、汽提塔2、冷凝器3、回流罐4、循环泵5、倾析器6、分离器7、浆料泵8、鼓风机9，其中反应釜1中底部设置鼓泡装置11，以及盘管10；反应釜1的顶部气相出口与汽提塔2底部气相进口连通，汽提塔2塔顶气相出口与冷凝器3进口连接、冷凝器3出口与回流罐4的进口连接，回流罐4气相出口与鼓风机9连接，鼓风机9的气相出口与反应釜1的气相进口连接，回流罐4液相出口与循环泵5连接，循环泵5出口管路分两支分别与汽提塔2液相进口和倾析器6液相进口连接，倾析器6的油相出口与反应釜1油相进口连接，水相作为废水从水相出口排出，反应釜1底部液相出口与分离器7液相进口连接，分离器7的浆料出口通过浆料泵8反应釜1原料进口连接，分离器7上部设有产物出口。

实施例2

本实施例还提供了一种缩酮连续合成的方法，应用图1所示的装置，具体包括以下步骤：

环己酮、乙二醇及带水剂环己烷作为反应物料送入反应釜1中，反应釜1中填装一种负载型磷钼钨酸催化剂，氮气经鼓泡装置进入反应釜1，氮气与醇酮原料总量摩尔比为0.02。物料被夹套内蒸汽加热至105℃，发生脱水缩合反应，生成环己酮乙二醇缩酮及大量的水。反应后得到的水、环己烷及少量反应原料和产品以及搅拌氮气的混合气通过连接点进入汽提塔2，与塔顶流下来的回流液逐级传质交换，汽提塔2的回流比为20，塔顶压力为102kPaA，理论板数为25块，塔顶温度10℃。最后从汽提塔2顶部流出的气相经冷凝器3冷凝，得到10℃的气液混合物，并送至回流罐4中实现气液分离，气相经鼓风机9加压后返回反应釜1作为循环氮气使用。液相经循环泵5加压后部分返回汽提塔2顶部作为回流，部分送去倾析器6稳定分层。倾析器6中的油相为摩尔分率大于99.1％的环己烷，返回反应釜作为脱水剂使用，水相为摩尔分率大于99.1％的废水。反应釜1底部混合物送去分离器7分离，底部的催化剂及部分产物混合物经浆料泵8加压后返回反应釜1，上部产物送出反应装置，送至系统外部其他分离单元。

该流程产物总体收率92％，高于单程收率90％，并可用于连续的环己酮乙二醇缩酮生产。

实施例3

丁酮、乙二醇及带水剂环己烷作为反应物料送入反应釜1中，反应釜1中填装一种负载铜金属的SBA-15催化剂，氮气经鼓泡装置进去反应釜1，氮气与醇酮原料总量摩尔比为0.011。被夹套内蒸汽加热至110℃，发生脱水缩合反应，生成丁酮乙二醇缩酮及大量的水。反应后得到的水、环己烷及少量反应原料和产品以及搅拌氮气的混合气通过连接点进入汽提塔2，与塔顶流下来的回流液逐级传质交换，汽提塔2的回流比为1.36，塔顶压力为102kPaA，理论板数为20块，塔顶温度20℃。最后从汽提塔2顶部流出的气相经冷凝器3冷凝，得到20℃的气液混合物，并送至回流罐4中实现气液分离，气相经鼓风机9加压后返回反应釜1作为循环氮气使用。液相经循环泵5加压后部分返回汽提塔2顶部作为回流，部分送去倾析器6稳定分层。倾析器6中的油相组成为摩尔分率84.8％的环己烷和13.9％的丁酮，返回反应釜作为脱水剂和循环原料使用，水相为摩尔分率大于98.3％的废水。反应釜1底部混合物送去分离器7分离，底部的催化剂及部分产物混合物经浆料泵8加压后返回反应釜1，上部产物送出反应装置去分离单元。

该流程产物总体收率96.5％，高于单程收率85％，并可用于连续的丁酮乙二醇缩酮生产。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种缩酮合成连续反应装置，其特征在于，

所述装置包括反应单元、液相分离单元、气相处理单元；

所述液相分离单元包括分离器；

所述反应单元分别与液相分离单元、气相处理单元连通；

所述反应器的气相出口与汽提塔的气相进口连接，所述汽提塔气相出口通过冷凝器与回流装置的进口连接；回流装置液相出口经过管路I、管路II，分别与汽提塔液相进口、倾析器液相进口连接，所述回流装置的气相出口与所述反应器的气相进口连接；所述倾析器的油相出口与所述反应器的油相进口连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述倾析器还包括水相出口；所述回流装置液相出口通过泵I分别与管路I、管路II连通；

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述反应器的液相出口与所述分离器的液相进口连接，所述分离器的出口I与所述反应器的进口I连接；

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述汽提塔为板式塔，所述板式塔的理论板数为8～25块。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述加热部件选自夹套、内/外盘管中的至少一种。

6.一种缩酮连续合成的方法，其特征在于，将含有酮、醇及带水剂的原料通入权利要求1～5任一项所述反应装置的反应器中，反应合成缩酮。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述酮选自环己酮、环己二酮、环戊酮、丁酮中的至少一种；

所述醇为双羟基醇类化合物；

优选地，所述双羟基醇类化合物选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇中的至少一种；

所述带水剂选自环己烷、苯、二氯甲烷、四氯化碳、石油醚中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述反应在非活性气氛条件下进行；

所述非活性气氛选自氮气、二氧化碳、惰性气体中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

(a)从所述反应器原料进口向装有催化剂的反应器中通入原料，从气相进口、经由所述鼓泡装置通入非活性气氛；原料在所述反应器中被所述加热部件加热至反应温度，生成气相产物和液相产物；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

步骤(a)中，所述非活性气氛与醇酮总量的摩尔比为0.01～1；

所述反应温度为80～150℃；

优选地，步骤(b)中，所述汽提塔的压力为101.3～110kPaA；

所述汽提塔塔顶的温度为10～50℃；

所述汽提塔的回流比为0.1～30。