CN204724160U - 一种用于生产ε-己内酯的自动化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于生产ε-己内酯的自动化设备，属于化工设备领域。所述自动化设备的主体构造包括：酸进料罐、酮进料罐、反应器、固体催化柱、过滤器、萃取塔、精馏塔、收料罐，所述酸进料罐和酮进料罐分别连接反应器，所述反应器后连接固体催化柱，所述固体催化柱后依次连接过滤器、萃取塔、精馏塔和收料罐；所述设备还包括连接主体构造的输送泵，及输送泵所连接的管路。本实用新型设备中采用了固体催化柱，能够减少过氧酸的用量，设备中酸含量降低，最中简化后处理，提高产品纯度。本系统设备自动化程度高，温度精准，分布在各部位的控制模块可精确调控，各反应部件的操作由工程师在操控室内进行。

Description

一种用于生产ε-己内酯的自动化设备

技术领域

本实用新型属于化工设备领域，具体涉及一种用于ε-己内酯自动化生产的设备。

背景技术

ε-己内酯(ε-CL)是一种重要的有机中间体，主要用于合成聚己内酯，也可与其他酯类共聚或共混改性。共聚或共混改性得到的聚合物具有良好的热塑性、成型加工性、生物相容性、无毒性、药物透过性和生物降解性，在材料、环保和医用等方面具有广泛的应用前景，使ε-CL的合成研究愈加重要。

ε-CL的合成对原料的质量要求比较高,涉及到强氧化等苟刻工艺操作,产品的纯度要求也很高。截止目前,只有美、英、日等国的很少几家公司能够工业化生产ε-CL,我国完全依赖于进口,使得可完全生物降解的高分子材料聚己内酯的广泛应用受限。尽管有文献报道采用空气、分子氧或者过氧化氧直接氧化环己酮制得己内酯,但是反应温度相对较高,而且环己酮的转化率和己内酯的产率较低,但目前所取得的结果还远远不能满足现代化工生产和社会发展的需要，在未来十年或者二十年内该研究方向也不可能取得突破性进展。根据文献调研结果预测，采用有机过酸氧化环己酮制备ε-CL仍将是ε-CL制备的主流技术。还可预测，基于有机过氧酸氧化技术的基础上提高工艺流程的安全性和降低己内酯的生产成本，是环己酮氧化制备己内酯技术未来的发展趋势。其中采用催化技术将是提高工艺流程安全性和降低己内酯成本的重要技术手段。

国内外有关ε-CL合成方法的报道很多，包括过氧酸氧化法、H₂O₂氧化法、O₂/空气氧化法及生物氧化法等，其中以有机酸为介质、H₂O₂为氧化剂催化氧化环己酮合成ε-CL的方法最为人们所关注。目前ε-CL产业化方法为过氧酸氧化工艺，主要是用过氧酸作氧化剂氧化环己酮合成ε-CL，其反应机理是环己酮与过氧酸反应生成含有过氧基团的中间体，由于过氧基团不稳定，容易异裂成正负氧离子，异裂所得到的正氧离子经过重排，便得到ε-CL。常用的有机过氧酸包括过氧甲酸、过氧乙酸、过氧丙酸、单过氧邻苯二甲酸和间氯过氧苯甲酸等。而ε-CL的产品质量主要取决于其纯度、酸值和含水量。ε-CL产品纯度越高，酸值和含水量越低，产品质量越好。

在环己酮氧化合成ε-CL的现行工艺中，间接氧化法有诸多优点，如所釆用的脱水剂和溶剂都能循环使用，绿色无污染而且降低了成本，但目前也存在着一些缺点，如过程难以控制、收率低、反应时间长以及分离困难等。从化学角度而言，传统工艺催化装置存在以下缺陷：1.副反应多(如碳化、ε-CL聚合、重排等)；2.副反应多导致ε-CL收率和选择性低；3.因工艺流程不可视化，体系对过量氧无法监测，发生碳化导致产品颜色较深，后处理过程困难；4.大量挥发性酸对生产设备腐烛严重；5.和产品呈均相状态，无法对催化剂进行回收和再利用，增加工业生产成本；6.排放物呈酸性，对环境存在污染。尤其高纯度有机过酸类氧化剂成本昂贵，操作危险性高，不利于人工操作。该方法存在催化剂活性低、ε-CL的收率和选择性差、后续过程产品不易分离及催化剂难以回收等问题。

发明内容

为了解决现有技术中ε-己内酯制备工艺中含有大量酸性物质使得设备易被腐蚀、后处理困难、环境污染严重，本实用新型提供了一种用于生产ε-CL的自动化设备，该设备中使用固体催化柱，能够减少过氧酸的用量，设备中酸含量降低，最中简化后处理，提高产品纯度。

本实用新型公开了一种用于生产ε-CL的自动化设备的主体构造包括：酸进料罐、酮进料罐、反应器、固体催化柱、过滤器、萃取塔、精馏塔、收料罐，所述酸进料罐和酮进料罐分别连接反应器，所述反应器后连接固体催化柱，所述固体催化柱后依次连接过滤器、萃取塔、精馏塔和收料罐；所述设备还包括连接主体构造的输送泵，及输送泵所连接的管路。本实用新型所述的输送泵连接形式可由本领域技术人员以自己的理解实现。

优选地，所述设备还包括覆盖主体构造自动化控制系统，以及调节所述自动化控制系统的控制面板。

优选地，所述固体催化柱具体为固体酸催化剂树脂柱，所述反应器出料口设置孔槽，所述孔槽与所述固体催化柱的孔洞匹配。所述固体酸催化剂树脂柱中填充的固体酸为二氧化锆、六氟锑酸、氧化镉、氧化铝、氧化硼中的一种或几种。所述树脂的填料方法及安装手段可由本领域技术人员以自己的理解实现。

进一步，所述反应器包括：釜体外壳、反应釜，所述反应釜分为上中下三层，上层为原料处理区，中层为固体酸催化剂插入区，下层为氧化反应；所述反应器还包括：位于反应釜中轴的搅拌器、覆盖于反应釜内壁的油保温网管、覆盖于油保温网管外的电阻丝加热网管、位于反应釜下层底部的电动阀与电磁阀、位于反应釜上层顶部的流量计、位于反应釜下层内壁的热敏电偶与温度传感器。具体的，所述的反应器本体为封闭式结构，反应釜本体上设有压力表和泄压阀。所述反应器安装有压力调节装置，该装置还包括PLC控制装置，所述的泄压阀为电磁泄压阀，该电磁泄压阀和压力表受PLC控制装置控制。

进一步，所述萃取塔塔径0.6m，塔板高度4m，总高度为7.5-8m，流量1000-3000L/h，动静环间距25mm。更进一步，所述萃取塔具有一个保温夹层，夹层材料为聚氨酯。所述的精馏塔，总塔板数为36–42，塔径为0.45m，塔高为0.8m，回流比为3.75-4.95，操作压力为101.325kPa，降液管面积与塔面积比为0.1，溢流堰高为0.05h_w/m，降液速度为0.0043–0.0065米/秒。

所述自动化控制系统是基于RadFrac模块模拟的可编程控制器。所描述的可视化操控面板，包含有过程变量名称、当前设定值、当前过程值、外部或内部设定模式、手动或自动模式、阀或泵打开或关闭和报警消息显示、用于对标准化布局中的过程值进行统一的操作员控制和监视模板。

操作员可以通过操作面板中的柱状图更直观地监视工艺过程中参数变化，面板中还显示了改测量点的报警值，报警值也会在柱状图旁用报警颜色的小三角指出，如果有足够的用户权限,还能对报警值进行直接修改。开关阀匹配CFC逻辑块中相应的HVFC或HVFO控制功能块链接以完成组态，开关阀的面板内容与马达较为相近。操作员可以通过开或关手动或自动按钮进行操作，当开关阀打开时，阀体显示为绿色，关闭时，阀体为白色，如果开关阀出现故障，则会显示为红色开关阀同样拥有/Runtime0设置选项，保证控制系统的完善及现场的生产安全。

本实用新型中出料及产品收集方法，甚至直接进行后续加工，可以由本领域技术人员通过自己的理解而实现。

有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

本实用新型设备中采用了固体催化柱，能够减少过氧酸的用量，设备中酸含量降低，最终简化后处理，提高产品纯度。

本系统设备自动化程度高，温度精准，分布在各部位的控制模块可精确调控，各反应部件的操作由工程师在操控室内进行。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的所述反应器的结构示意图。附图标记说明：101为所述控制面板；102为反应器；103为酮进料罐，104为酸进料罐，105为固体酸催化剂树脂柱，106为过滤器，107为萃取塔，108为精馏塔，109为收料罐，110为输送泵。

其中201为釜体外壳，202为反应釜，203为反应釜上层，204为反应釜中层，205为反应釜下层，206为搅拌器，207为油保温网管，208为电阻丝加热网管，209为电动阀，210为电磁阀，211为流量计，212为热敏电偶，213为温度传感器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。

实施例

如图1所示，一种用于生产ε-CL的自动化设备，主体构造包括：酸进料罐104、酮进料罐103、反应器102、固体酸催化剂树脂柱105、过滤器106、萃取塔107、精馏塔108、收料罐109，所述酸进料罐104和酮进料罐103分别通过管路与反应器102连接，所述反应器102后连接固体催化柱，所述固体催化柱后依次连接过滤器106、萃取塔107、精馏塔108和收料罐；所述设备还包括连接主体构造的输送泵110，及输送泵110所连接的管路。所述设备还包括覆盖主体构造自动化控制系统，以及调节所述自动化控制系统的控制面板101。

所述反应器102包括釜体外壳201、反应釜202，所述反应釜202分为上中下三层，上层为原料处理区，中层为固体酸催化剂插入区，下层为氧化反应；所述反应器102还包括位于反应釜中轴的搅拌器206、覆盖于反应釜内壁的油保温网管207、覆盖于油保温网管207外的电阻丝加热网管208、位于反应釜下层205底部的电动阀209与电磁阀210、位于反应釜上层203顶部的流量计211、位于反应釜下层205内壁的热敏电偶212与温度传感器213。

所述反应器102中层为固体酸催化剂插入区设置孔槽，所述孔槽与所述固体催化柱的孔洞匹配。所述固体酸催化剂树脂柱105中填充的固体酸为氧化铝。

所述的反应器102本体为封闭式结构，反应釜202本体上设有压力表和泄压阀。所述反应器102安装有压力调节装置，该装置还包括PLC控制装置，所述的泄压阀为电磁泄压阀，该电磁泄压阀和压力表受PLC控制装置控制。

所述萃取塔107塔径0.6m，塔板高度4m，总高度为7.5-8m，流量1000-3000L/h，动静环间距25mm。所述萃取塔107具有一个保温夹层，夹层材料为聚氨酯。所述的精馏塔108，总塔板数为36–42，塔径为0.45m，塔高为0.8m，回流比为3.75-4.95，操作压力为101.325kPa，降液管面积与塔面积比为0.1，溢流堰高为0.05h_w/m，降液速度为0.0043–0.0065米/秒。

所述自动化控制系统是基于RadFrac模块模拟的可编程控制器。输送泵110，起到连接管路、压力范围可受控制面板101调节。所描述的可视化操控面板，包含有过程变量名称、当前设定值、当前过程值、外部或内部设定模式、手动或自动模式、阀或泵打开或关闭和报警消息显示、用于对标准化布局中的过程值进行统一的操作员控制和监视模板。

具体的使用情况实验如下：

在控制面板101调控下，将环己酮、乙酸乙酯(作为溶剂)、30％的过氧乙酸通过酮进料罐103与酸进料罐104输送到流动式反应器102，固体催化剂为氧化铝。由调节管上的截止阀控制过氧酸的进料量而维持反应体系温度在50℃左右，得到的产物为混合物。取样测试，结果包括：28.78％ε-CL，0.52％未反应的环己酮，0.31％未反应的过氧乙酸，0.59％副产物己二酸，0.30％己内酯低聚物，21.16％的乙酸，47.34％的乙酸乙酯。过滤后，经过106过滤絮状物，再进入107，然后混合物通过输送泵110进入精馏塔108进行分离提纯。塔顶温度35℃，低沸物被分离，塔釜温度为，160℃，馏出口最高压力为60mmHg，回流比为4.0。分离出乙酸乙酯及乙酸后，最后分离出纯度为99.2％(GC-MS)的ε-CL产品。

Claims (8)

1.一种用于生产ε-己内酯的自动化设备，所述自动化设备的主体构造包括酸进料罐(104)、酮进料罐(103)、反应器(102)、过滤器(106)、萃取塔(107)、精馏塔(108)、收料罐(109)，所述酸进料罐(104)和酮进料罐(103)分别与反应器(102)，所述设备还包括连接主体构造的输送泵，及输送泵所连接的管路，其特征在于，所述自动化设备还包括固体催化柱(105)，所述反应器(102)连接固体催化柱(105)，所述固体催化柱(105)依次与过滤器(106)、萃取塔(107)、精馏塔(108)和收料罐(109)连接。

2.根据权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，所述设备还包括覆盖主体构造自动化控制系统，以及调节所述自动化控制系统的控制面板。

3.根据权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，所述固体催化柱(105)为固体酸催化剂树脂柱，所述反应器出料口设置孔槽，所述孔槽与所述固体催化柱的孔洞匹配。

4.根据权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，所述反应器(102)包括釜体外壳(201)、反应釜(202)，所述反应釜(202)分为上中下三层，上层为原料处理区，中层为固体酸催化剂插入区，下层为氧化反应；所述反应器还包括位于反应釜中轴的搅拌器(206)、覆盖于反应釜内壁的油保温网管(207)、覆盖于油保温网管(207)外的电阻丝加热网管(208)、位于反应釜下层(205)底部的电动阀(209)与电磁阀(210)、位于反应釜上层(203)顶部的流量计(211)、位于反应釜下层(205)内壁的热敏电偶(212)与温度传感器(213)。

5.根据权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，所述的反应器为封闭式结构，反应器上设有压力表和泄压阀；所述反应器安装有PLC控制的压力调节装置，所述压力调节装置控制压力表和泄压阀。

6.根据权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，所述萃取塔塔径0.6-1m，塔板高度2-4m，总高度为7.5-8m，流量1000-3000L/h，动静环间距15-25mm。

7.根据权利要求1或6所述的自动化设备，其特征在于，所述萃取塔设有保温夹层。

8.根据权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，所述精馏塔总塔板数为36–42，塔径为0.3-0.45m，塔高为0.4-0.8m，降液管面积与塔面积比为0.1-0.18，溢流堰高为0.01-0.05h_w/m。