CN204816457U - 一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器，分为上部和下部，下部为反应段，上部是直径大于反应段的扩大段；扩大段的顶部设有气相物料出口和冷凝回流液进口；在反应段的底部设有气相原料进口以及反应物出口；反应段的侧壁上设有液相原料进口；反应段内设有搅拌器，搅拌器的搅拌轴安装在反应段的底部，与反应器同轴，搅拌轴上安装有下层搅拌桨和上层搅拌桨两层桨叶。采用该反应器可提高气-液相的有效分散和溶氧量，增强传质，提高原料转化率和ε-己内酯的选择性，同时还可提高仿生催化环己酮氧化制备ε-己内酯装置的操作灵活性。

Description

一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器

技术领域

本实用新型涉及一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器，属于化工、环境、能源等技术领域，适用于涉及多相流反应或气体吸收操作等各种生产过程。

背景技术

ε-己内酯是一种无毒的新型聚酯单体，在高分子材料的合成和改性方面具有不可替代的作用，其聚合产物为生物可降解聚己内酯(PCL)，也可用于制备ε-己内酰胺、胶粘剂、弹性体等。近年来随己内酯用途的不断扩大，其市场需求量逐渐加大，有关ε-己内酯的工业化生产也日益受到重视。由于合成己内酯涉及强氧化等苛刻工艺操作，迄今为止只有美国、英国、日本等国家的几家公司能够生产ε-己内酯，而我国主要依赖进口。因此国内对此工艺的反应器也极少报道。

仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯工艺的核心装置是氧化反应器。用于该工艺的反应器的设计至少需要满足气液相间的动量与质量传递，相界面与液相内部的反应过程，反应气体在反应器内分散程度，反应过程的热交换等四个方面的要求。

液相氧化反应在工业上多采用鼓泡塔作为氧化反应器，鼓泡塔反应器主要是通过加强气液分散效果来增加塔的生产效率。塔内的气-液分散主要是依靠气体进入塔内的浮力形成湍流动能，其能量较小，导致塔内气泡尺寸大，单位体积内相接触面积小，严重影响了鼓泡塔的生产效率。尤其在塔底部，进入塔内的气速高，气体难以分散。因此，开发一种能使气-液相能够达到有效分散、提高溶氧量、增强传质的反应器用于制备ε-己内酯具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于仿生催化环己酮气液氧化制备ε-己内酯的反应器，通过在鼓泡塔内安装双层搅拌器，使气-液相能够达到有效分散、提高溶氧量、增强传质，提高反应器的生产效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器，分为上部和下部，下部为反应段，上部是直径大于反应段的扩大段；扩大段的顶部设有气相物料出口和冷凝回流液进口；在反应段的底部设有气相原料进口以及反应物出口；反应段的侧壁上设有液相原料进口；反应段内设有搅拌器，搅拌器的搅拌轴安装在反应段的底部，与反应器同轴，搅拌轴上安装有下层搅拌桨和上层搅拌桨两层桨叶。

在上述的反应器中，反应器底部还设有环形多孔气体分布器。

在上述的反应器中，所述搅拌器的上层搅拌桨是轴向流桨，下层搅拌桨是径向流桨，桨径与塔径之比均为0.33～0.6。

在上述的反应器中，所述上层搅拌桨为三宽叶翼形下压式搅拌桨，其叶片直径与釜径比d/D为0.2～0.5。

在上述的反应器中，所述下层搅拌桨为六片弧叶圆盘涡轮式搅拌桨，其叶片直径与釜径比d/D为0.17～0.5。

在上述的反应器中，所述上下两层搅拌桨中心线距离为叶片直径的1.0～1.5倍，下层桨距塔底距离为叶片直径的1.0～1.5倍。

在上述的反应器中，所述环形多孔气体分布器的环形圆管中心线圆直径ds＝(0.67～0.8)d，分布器位于搅拌器正下方，其环管中心线距塔底距离为1/8D，开孔总面积为进气管圆截面积的1.0～1.2倍，开孔直径φ＝(10～60)mm。

在上述的反应器中，所述反应段侧壁垂直安装周向均匀分布的4块导流挡板，挡板宽与塔径之比为1/12～1/10。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型在传统鼓泡塔反应器和气-液搅拌釜的基础上，在鼓泡塔内安装双层搅拌器，使气液相在鼓泡塔内能够得到有效分散，提高气-液相的有效分散和溶氧量，增强传质，提高原料转化率和ε-己内酯的选择性。

2、本实用新型提供的反应器易于实施，操作灵活，容易实现ε-己内酯制备工艺中产物的分离。

附图说明

图1是用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器的结构示意图；

图2是反应器中上层三宽叶翼形下压式搅拌桨结构示意图；

图3是反应器中下层六片弧叶圆盘涡轮式叶轮搅拌桨结构示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器，分为上部和下部，下部为反应段2，上部是直径大于反应段的扩大段1；扩大段的顶部设有气相物料出口3和冷凝回流液进口4；在反应段的底部设有气相原料进口5以及反应物出口7；反应段的侧壁上设有液相原料进口8；反应段内设有搅拌器10，搅拌器的搅拌轴安装在反应段的底部，与反应器同轴，搅拌轴上安装有下层搅拌桨11和上层搅拌桨12两层桨叶；反应器底部还设有环形多孔气体分布器6。

进一步的，搅拌器10的上层搅拌桨12是轴向流桨，下层搅拌桨11是径向流桨，桨径与塔径之比均为0.33～0.6。上层搅拌桨12为三宽叶翼形下压式搅拌桨，其叶片直径与釜径比d/D为0.2～0.5。下层搅拌桨11为六片弧叶圆盘涡轮式搅拌桨，其叶片直径与釜径比d/D为0.17～0.5。所述上下两层搅拌桨中心线距离为叶片直径的1.0～1.5倍，下层桨距塔底距离为叶片直径的1.0～1.5倍。

进一步的，所述环形多孔气体分布器6的环形圆管中心线圆直径ds＝(0.67～0.8)d，分布器位于搅拌器正下方，其环管中心线距塔底距离为1/8D，开孔总面积为进气管圆截面积的1.0～1.2倍，开孔直径φ＝(10～60)mm。

进一步的，反应段侧壁垂直安装周向均匀分布的4块导流挡板9，挡板宽与塔径之比为1/12～1/10。

液相原料从进料口8进入，进料流为环己酮与苯甲醛、及溶有仿生催化剂的溶剂混合物，与体系中的循环物料合并。气相原料氧气或空气从进料口5喷入，通过环形分布器6进行分散，启动搅拌，控制搅拌速度为300～800转/分钟，在333K下连续搅拌反应，得到小气泡，气液相进行混合对流。反应器底部的搅拌器10，下层桨六片弧叶圆盘涡轮式搅拌桨12对气液相进行剪切，使气泡破碎成更小的气泡，相界面积增加，有利于气液传质；上层桨三宽叶翼形下压式搅拌桨11加强气液相的循环能力强，同时下压桨的作用是加速苯甲酸固体的析出。由于苯甲酸过量的存在会促进产物己内酯生成己二酸等副产物，及时移除多余的苯甲酸可抑制副产物的生成。固体苯甲酸析出积累到一定量可通过产物出口7进行移出反应器。由于液体进料是从上而下的进入，可冲刷塔底的固体，使其在塔底不会沉积。产物混合物中含有ε-己内酯和苯甲酸，进入后续分离单元。

上层的三宽叶翼形下压式搅拌桨，这种桨为轴向流桨，使气泡在全塔内循环，避免气-液分区现象，使气-液在全塔内分散均匀，叶轮区的面积率很大，延长了气体的停留时间；下层的六片弧叶圆盘涡轮式桨为径向流桨，其剪切作用强，可将从气体分布器中进入的气体进行有效的破碎，且这种桨半管叶片的弯曲抑制了气穴的形成，载气能力提高，泛点转速提高，改善了分散和传质性能。

Claims (8)

1.一种用于仿生催化环己酮气液相氧化制备ε-己内酯的反应器，其特征在于分为上部和下部，下部为反应段(2)，上部是直径大于反应段的扩大段(1)；扩大段的顶部设有气相物料出口(3)和冷凝回流液进口(4)；在反应段的底部设有气相原料进口(5)以及反应物出口(7)；反应段的侧壁上设有液相原料进口(8)；反应段内设有搅拌器(10)，搅拌器的搅拌轴安装在反应段的底部，与反应器同轴，搅拌轴上安装有下层搅拌桨(11)和上层搅拌桨(12)两层桨叶。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于反应器底部还设有环形多孔气体分布器(6)。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述搅拌器(10)的上层搅拌桨(12)是轴向流桨，下层搅拌桨(11)是径向流桨，桨径与塔径之比均为0.33～0.6。

4.根据权利要求1或3所述的反应器，其特征在于所述上层搅拌桨(12)为三宽叶翼形下压式搅拌桨，其叶片直径与釜径比d/D为0.2～0.5。

5.根据权利要求1或3所述的反应器，其特征在于所述下层搅拌桨(11)为六片弧叶圆盘涡轮式搅拌桨，其叶片直径与釜径比d/D为0.17～0.5。

6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述上下两层搅拌桨中心线距离为叶片直径的1.0～1.5倍，下层桨距塔底距离为叶片直径的1.0～1.5倍。

7.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述环形多孔气体分布器(6)的环形圆管中心线圆直径ds＝(0.67～0.8)d，分布器位于搅拌器正下方，其环管中心线距塔底距离为1/8D，开孔总面积为进气管圆截面积的1.0～1.2倍，开孔直径φ＝(10～60)mm。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述反应段侧壁垂直安装周向均匀分布的4块导流挡板(9)，挡板宽与塔径之比为1/12～1/10。