CN203890273U - 一种适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其包括带搅拌器的反应釜，用于向反应釜内补充催化剂的高位槽，用于向反应釜内导入空气的空气导入系统，用于使反应釜中的低沸点副产物排出反应釜的蒸馏系统以及用于除去反应釜内的固体副产物的固液分离循环系统。本实用新型装置能提高以甲基丙烯酸甲酯和高级醇为原料的酯交换反应的平衡转化率，减少副反应的发生，从而提高甲基丙烯酸高级酯的产品收率和品质。利用本实用新型进一步设置的中控分析系统可以随时监测共沸蒸出物和釜内反应混合的组分情况，无论对实验室课题研究，还是工业化放大生产具有非常重要意义。此外，本实用新型结构简单、操作方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种化工设备，具体涉及一种中试反应装置，特别是适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置。
背景技术
甲基丙烯酸高级酯是一类重要的单体，以该类单体为原料所生产的聚合物，已经被广泛应用与皮革、印刷、涂料、纺织、造纸、水处理等行业上。
目前甲基丙烯酸高级酯主要采用酯交换法的合成路线，即由甲基丙烯酸低级酯和 高级醇通过酯交换反应，不断蒸出低沸点产物，从而使反应平衡向产物方向移动的方法来获得所需的高级酯。该反应的关键是催化剂和阻聚剂的选择。
近年来，文献报道较多，并且容易实现工业化的是有机锡催化剂和碱金属烷氧化物催化剂两种催化体系。有机锡催化剂具有用量少，催化效率高，聚合物副产物少等优点，但是这类催化剂对反应体系水分要求非常苛刻，加上催化剂本身价格昂贵，回收困难，加上最近几年环保要求，其实际使用也收到了限制；于是人们的研究重点又转向了碱金属烷氧化物等催化剂。然而，碱金属烷氧化物作为酯交换催化剂，也有其不利的因素：第一，催化剂在反应过程中活性会不断降低，因此需要不断的补加催化剂来维持反应活性，从而使操作的复杂性大大增加； 第二，碱性催化剂的存在，会促使一些副产物的生成，比如说皂化副产物、聚合物副产物等，这些副产物的存在，会影响催化剂的活性，不利于低沸点共沸产物的蒸出；第三、反应过程中，虽然加了阻聚剂，但还有是大量的聚合副产物的生成，这些聚合物的存在，会使反应转化不完全，影响产品最终的得率。
现有技术中用于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应釜为普通的化工反应釜，存在操作复杂，反应副产物不能不断排出，阻聚剂的作用不能充分发挥、收率低等不足。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足提供一种适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置。
为解决以上技术问题，本实用新型采取如下技术方案：
一种适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，包括带搅拌器的反应釜，特别是，所述中试反应装置还包括：
高位槽，其位于反应釜的上方，用于向反应釜内补充催化剂；
空气导入系统，其用于向反应釜内导入空气，该空气导入系统包括空气泵、干燥器、设置在反应釜中下部的圆环式气体分布器以及连接管道；
蒸馏系统，其用于使反应釜中的低沸点副产物排出反应釜；
固液分离循环系统，其用于除去反应釜内的固体副产物，该固液分离循环系统包括两端分别与所述的反应釜的底部和中上部连通的循环管道、依次设置在循环管道上的过滤装置和循环泵。
优选地，所述高位槽上连接有导管，该导管能够伸入到反应釜中部以下的位置，如此，可将催化剂液体通过导管注入到反应釜内液面以下。
优选地，所述高位槽能够计量地加入催化剂。
优选地，所述空气导入系统还包括流量调节装置，以满足釜内对空气的所需流量的要求。
根据本实用新型的进一步实施方案：所述蒸馏系统包括设置在反应釜顶部的分馏柱、设置在分馏柱顶部的塔顶冷凝器、回流罐、回流泵、回流比控制器和馏分接收罐。优选地，分馏柱的理论塔板数为12~18。塔顶冷凝器装有气液分离装置，可减少被气体夹带而引起的组分损失。回流罐上设有冷凝恒温装置，使得回流罐恒定在一个较低的温度，优选9~11℃。在回流罐上设置冷凝恒温装置，一是为了共沸蒸出的组分能够充分的冷凝，从而减少组分的损失，二是为了在塔顶回流的组分能够与分馏柱内上升的组分进行更充分的交换，从而增加分离效果，也在一定程度上减少了原料的消耗。
优选地，所述中式反应装置还包括能够对蒸馏系统蒸出的副产物、反应釜内混合物组分进行相对含量分析，从而判定反应进程的中控分析系统。具体地，中控分析系统包括位于循环泵与所述反应釜之间的循环管道上的第一取样口、位于蒸馏系统的回流管道上的第二取样口以及与第一取样口和第二取样口连通的气相色谱仪。
优选地，所述反应釜优选使用不锈钢材质，避免使用搪玻璃等不耐碱腐蚀的材质。
由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
本实用新型装置能提高以甲基丙烯酸甲酯和高级醇为原料的酯交换反应的平衡转化率，减少副反应的发生，从而提高甲基丙烯酸高级酯的产品收率和品质。利用本实用新型所设的中控分析系统可以随时监测共沸蒸出物和釜内反应混合的组分情况，无论对实验室课题研究，还是工业化放大生产具有非常重要意义。此外，本实用新型结构简单、操作方便。
附图说明
下面结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步详细的说明：
图1为根据本实用新型的中试反应装置的结构示意图；
其中：1、反应釜；2、搅拌器；3、圆环式气体分布器；4、高位槽；5、空气泵；6、干燥器；7、分馏柱；8、塔顶冷凝器；9、回流罐；10、回流泵；11、固液分离装置；12、循环泵；13、第一取样口；14、第二取样口；15、回流比控制器；16、馏分接收罐；17、气相色谱仪。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的中试反应装置主要包括带搅拌器2的反应釜1、高位槽4、空气导入系统、蒸馏系统、固液分离循环系统、中控分析系统。
为了维持反应的活性，需要不断补充新的催化剂，因而设一用于补加催化剂的高位槽4。高位槽4通过导管与反应釜1连接，并且能计量地将催化剂通入反应釜1液面以下。为了维持反应活性，同时降低副产物的生成，每次加入催化剂的量需要定量计算。
空气导入系统用于向反应釜1内通入空气，可以起到二方面的作用：第一，使进入反应釜液相内的空气分布均匀，气液接触更充分，从而使阻聚剂发挥最大的作用，最大限度地减少聚合副产物的生成；第二，液相内空气的存在，可以最大程度地减少反应混合物中副产物甲醇的含量，从而使反应平衡向产物甲基丙烯酸高级酯的方向移动，从而提高反应转化率。空气导入系统具体包括空气泵5、干燥器6、圆环式气体分布器3和流量调节装置（图中未显示）。
蒸馏系统用于将低沸点副产物排出反应釜1。蒸馏系统包括分馏柱7、塔顶冷凝器8、回流罐9、回流泵10、回流比控制器15、馏分接收罐16。分馏柱7的理论塔板数为12-18之间。回流罐9上设有冷凝恒温装置，使得回流罐9恒定在一个较低的温度，优选温度为10摄氏度；在回流罐9上设置冷凝恒温装置，一是为了共沸蒸出的组分能够充分的冷凝，从而减少组分的损失，二是为了在塔顶回流的组分能够与分馏柱7内上升的组分进行更充分的交换，从而增加分离效果，也在一定程度上减少了原料的消耗。塔顶冷凝器8装有气液分离装置，可减少被气体夹带而引起的组分损失
固液分离循环系统用于将反应过程中生产的固体副产物及时移出反应体系外。固液分离循环系统包括循环管道、固液分离装置11和循环泵12。循环管道和循环泵12能够将反应混合物从反应釜的底部出口经过固液分离装置11分离除去固体后再从反应釜的顶部循环回反应釜。
中控分析系统，用于对共沸蒸出的产物、反应釜内混合物组分进行相对含量分析，从而判定反应的进程。中控分析系统包括位于循环泵12与反应釜1之间的循环管道上的第一取样口13、位于蒸馏系统的回流管道上的第二取样口14以及与第一取样口13和第二取样口14连通的气相色谱仪17。
本实用新型装置能提高以甲基丙烯酸甲酯和高级醇为原料的酯交换反应的平衡转化率，减少副反应的发生，从而提高甲基丙烯酸高级酯的产品收率和品质。反应过程中，可以随时监测共沸蒸出物和釜内反应混合的组分情况，无论对实验室课题研究，还是工业化放大生产具有非常重要意义。
应用实例1： 在100L的不锈钢反应釜中，投入57.5Kg甲基丙烯酸甲酯，13.3Kg羟乙烯基脲，0.25Kg吩噻嗪；将0.25Kg甲醇钠固体溶解于2Kg甲醇，并打入高位槽备用；开启反应釜搅拌，并升温，同时打开空气泵，调节空气流量在80ml/min左右；当反应釜内的混合物被加热到回流状态时，开始滴加催化剂甲醇钠/甲醇溶液；整个滴加过程约2小时；反应温度控制在100~130摄氏度之间，收集反应过程中共沸蒸出55-70摄氏度的馏分；当塔顶温度不能维持在共沸温度范围内时，继续反应一段时间，用气相色谱仪分析塔顶蒸出物和釜内反应混合物的含量；当检测到共沸蒸出物当中甲醇含量和反应混合物中醇的含量非常小的时候，停止加热，并冷却到室温，反应过程结束。反应釜内的混合物经蒸馏回收过量原料、精制后得成品，收率96.5%。
应用实例2：在100L不锈钢反应釜中，投入26.3Kg 十八醇，10L正己烷和15g氢醌单甲醚；0.5g一水合氢氧化锂溶解于2Kg甲醇溶液中，并打入高位槽中备用；往反应釜中投入11.5Kg 甲基丙烯酸甲酯，开启搅拌混合均匀并升温，同时打开空气泵，调节空气流量在70ml/min左右；当反应釜内混合物被加热到回流状态时，开始滴加催化剂溶液；整个滴加过程约2.5小时；收集反应过程中60摄氏度以下的馏分；用气相色谱仪分析塔顶蒸出物和釜内反应混合物的含量；当检测到共沸蒸出物当中甲醇含量和反应混合物中醇的含量非常小的时候，停止加热，并冷却到室温，反应过程结束。反应釜内的混合物经蒸馏回收溶剂后，重结晶得成品，收率96.9%。
以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1. 一种适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，包括带搅拌器的反应釜，其特征在于，所述中试反应装置还包括：
高位槽，其位于所述反应釜的上方，用于向所述反应釜内补充催化剂；
空气导入系统，其用于向所述反应釜内导入空气，该空气导入系统包括空气泵、干燥器、设置在所述反应釜中下部的圆环式气体分布器以及连接管道；
蒸馏系统，其用于使所述反应釜中的低沸点副产物排出所述反应釜；
固液分离循环系统，其用于除去所述反应釜内的固体副产物，该固液分离循环系统包括两端分别与所述的反应釜的底部和中上部连通的循环管道、依次设置在所述循环管道上的过滤装置和循环泵。
2. 根据权利要求1所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述高位槽上连接有导管，所述导管能够伸入到所述反应釜中部以下的位置。
3. 根据权利要求1或2所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述高位槽能够计量地加入催化剂。
4. 根据权利要求1所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述空气导入系统还包括流量调节装置。
5. 根据权利要求1所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述蒸馏系统包括设置在所述反应釜顶部的分馏柱、设置在所述分馏柱顶部的塔顶冷凝器、回流罐、回流泵、回流比控制器和馏分接收罐。
6. 根据权利要求5所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述分馏柱的理论塔板数为12~18。
7. 根据权利要求5所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述塔顶冷凝器装有气液分离装置。
8. 根据权利要求5所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述回流罐上设有冷凝恒温装置，使得回流罐恒定在9~11℃。
9. 根据权利要求1所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述中式反应装置还包括能够对蒸馏系统蒸出的副产物、反应釜内混合物组分进行相对含量分析，从而判定反应进程的中控分析系统。
10. 根据权利要求9所述的适于制备甲基丙烯酸高级酯的中试反应装置，其特征在于：所述中控分析系统包括位于所述循环泵与所述反应釜之间的循环管道上的第一取样口、位于所述蒸馏系统的回流管道上的第二取样口以及与所述第一取样口和第二取样口连通的气相色谱仪。
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