CN215196872U - 一种合成戊醛的微通道反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种合成戊醛的微通道反应装置，其包括微通道混合器，微通道混合器的一个进料口与催化剂溶液进料泵、丁烯进料泵，连接，微通道混合器的另一个进料口与氢气管路、一氧化碳管路连通，微通道混合器的出料口通过微通道反应器连接冷凝器，冷凝器内设有循环水管路，冷凝器的出料口连接分离罐，分离罐的气相管道放空，液相管道通过反应液输送泵连接收液罐，收液罐底部设有出料口。本实用新型使用微通道反应器，消除返混，反应时间从传统的数小时缩短到几十秒至几分钟，提高反应效率；原料在微通道中混合极佳，温度控制精确，消除局部过热，抑制副反应发生，提高反应选择性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种合成戊醛的微通道反应装置，属于有机化工技术领域。
背景技术
戊醛作为一种重要的中间体，有着广泛的使用途径，能合成多种重要的有机化合物，如戊醇、戊酸、双氢茉莉酮酸甲酯和2-PH(2-丙基庚醇)等，可以应用于医药、农药、溶剂、涂料以及添加剂等多个领域和行业。目前，戊醛的主要生产工艺有重铬酸盐氧化法、仿生合成法和丁烯氢甲酰化法。
重铬酸盐氧化法：以正戊醇为原料，利用重铬酸盐的强氧化性来实现醇氧化成醛。该方法使用戊醇为原料成本高，使用重金属盐和硫酸体系，有毒、有害、有腐蚀性，不符合工业生产的需求。
仿生合成法：该方法以邻苯二胺、甲酸和正丁基溴为原料，在苯并咪唑甲基碘盐与正丁基溴化镁的加成-水解反应下，通过生物酶的催化仿生合成正戊醛。该方法存在的主要缺点有：生物酶不稳定，工艺流程比较复杂，短期内难以实现工业化。
丁烯氢甲酰化法：该方法以丁烯和合成气为原料，利用第VIII族金属催化剂发生羰基化反应。该工艺得到了学者的广泛研究，并在国外实现了工业化生产。氢甲酰化反应的催化剂主要是第VIII族金属的羰基络合物。其中铑系催化剂的催化性能最好，钴的催化性能仅为铑的千分之一，但是耐高温并对毒物抵抗性较好，因此只有钴和铑的羰基络合物目前应用于工业生产，其他还处于实验室研究阶段。由于第VIII族元素可以催化很多其他的反应，导致氢甲酰化反应中的副反应较多，主要的副反应为加氢反应(烯烃加氢和醛加氢)、酯化反应(甲酸酯的生成)和酮的生成。此外，戊醛还可能通过缩合、三聚、醇醛缩合及格伯特反应等生成重组分，因此反应时间和温度的控制极为重要。
微化工技术是20世纪90年代兴起的多学科交叉的前沿领域，核心是微通道反应器。以微结构单元为核心，在微米或亚微米受限空间内进行化学反应。通过强化混合与传递，提高过程可控性和效率，在温度控制、时间控制和安全控制方面有极大优势。该技术以“数量放大”为基本准则，将实验室结果直接运用于工业过程，实现大规模生产。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：戊醛合成工艺中存在的能耗高、传热效果差、收率低等问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种合成戊醛的微通道反应装置，其包括微通道混合器，微通道混合器的一个进料口与催化剂溶液进料泵、丁烯进料泵，连接，微通道混合器的另一个进料口与氢气管路、一氧化碳管路连通，微通道混合器的出料口通过微通道反应器连接冷凝器，冷凝器内设有循环水管路，冷凝器的出料口连接分离罐，分离罐的气相管道放空，液相管道通过反应液输送泵连接收液罐，收液罐底部设有出料口。
优选地，所述氢气管路上设有氢气流量计。
优选地，所述一氧化碳管路上设有一氧化碳流量计。
本实用新型提供了一种通过微通道反应装置，使丁烯、合成气和催化剂溶液充分混合，通过微通道混合器、微通道反应器制备戊醛的方法。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、使用微通道反应器，消除返混；
2、采用微通道连续流反应装置，反应时间从传统的数小时缩短到几十秒至几分钟，提高反应效率；
3、原料在微通道中混合极佳，温度控制精确，消除局部过热，抑制副反应发生，提高反应选择性。
附图说明
图1为本实用新型提供的合成戊醛的微通道反应装置的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-5所采用的合成戊醛的微通道反应装置如图1所示，包括一种合成戊醛的微通道反应装置，其特征在于，包括微通道混合器5，微通道混合器5的一个进料口与催化剂溶液进料泵1、丁烯进料泵2，连接，微通道混合器5的另一个进料口与氢气管路、一氧化碳管路连通，微通道混合器5的出料口通过微通道反应器6连接冷凝器7，冷凝器7内设有循环水管路，冷凝器7的出料口连接分离罐8，分离罐的气相管道放空，液相管道通过反应液输送泵10连接收液罐11，收液罐11底部设有出料口。所述氢气管路上设有氢气流量计3。所述一氧化碳管路上设有一氧化碳流量计4。
实施例1-5提供了一种微通道反应装置合成戊醛的方法，包括如下步骤：
(1)将铑催化剂、有机膦配体溶于有机溶剂中，配成催化剂溶液；
(2)将丁烯、合成气、催化剂溶液同时泵入微通道混合器中；
(3)通过步骤(2)混合后，将混合液送入微通道反应器反应；
(4)反应产物经产物冷却器冷却后送入产物分离罐，分离后气相放空，液相进入收液罐。
上述步骤(1)中铑催化剂为金属铑化合物，包括但不限于三氯化铑、醋酸铑、羰基双(三苯膦基)氯化铑、二羰基乙酰丙酮铑、1,5-环辛二烯(乙酰丙酮)铑、(乙酰丙酮基)羰基(三苯基膦)铑，氢化羰基三(三苯基膦)铑，双(三苯基膦)合氯化羰基铑、三(三苯基膦)氯化铑、四(三苯基膦)氢化铑等。
上述步骤(1)中铑催化剂为金属铑化合物，包括但不限于三氯化铑、醋酸铑、羰基双(三苯膦基)氯化铑、二羰基乙酰丙酮铑、1,5-环辛二烯(乙酰丙酮)铑、(乙酰丙酮基)羰基(三苯基膦)铑，氢化羰基三(三苯基膦)铑，双(三苯基膦)合氯化羰基铑、三(三苯基膦)氯化铑、四(三苯基膦)氢化铑等。
上述步骤(1)中有机膦配体包括通式(1)表示的双齿膦配体中的至少一种；
其中，Y为C6-C28的取代或未取代的有机二价桥连亚芳基，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8为氢或各自独立的取代或未取代的取代或未取代的C1-C8的烷基或烷氧基。
上述步骤(1)中有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、丁醛、戊醛、二甲亚砜、二氯甲烷、二氯乙烷、乙腈、己烷、乙酸乙酯、二氧六环、四氢呋喃、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺以及其他酯类溶剂、醚类溶剂、缩醛类溶剂、醇类溶剂中的至少一种或几种混合；
上述步骤(1)中铑催化剂在有机溶剂中的浓度为100～250ppm；
上述步骤(1)中铑催化剂与膦配体的摩尔比为1：(1～10)；
上述步骤(2)中合成气中CO：H2摩尔比为：1：(1～3)；
上述步骤(2)中合成气与丁烯的的摩尔比为：(2～4):1；
上述步骤(2)中丁烯与催化剂溶液中铑的摩尔比为(1000～5000):1；
上述步骤(2)中反应温度为：40～60℃；
上述步骤(2)中反应压力为：0.3～1.0MPa；
上述步骤(2)中反应停留时间为：50s～300s。
实施例1
一种利用微通道反应装置合成戊醛的方法：
将二羰基乙酰丙酮铑、有机膦配体(式(1))和戊醛配制成催化剂溶液，其中二羰基乙酰丙酮铑在戊醛中的浓度为100ppm，二羰基乙酰丙酮铑与有机膦配体(式(1))的摩尔比为1:10；将催化剂溶液、合成气和丁烯同时通入微通道混合器中，控制丁烯与催化剂溶液中铑的摩尔比为5000:1，合成气与丁烯的摩尔比为2:1，合成气中CO与H2的摩尔比为1:1，混合后将气液混合液送入微通道反应器中，在反应温度60℃，反应压力0.6MPa下进行反应，保持停留时间50s。得到的产物经冷却器冷却后进入分离罐，分离后气相产物放空，液相产物进入产品收集罐。在得到的液相产物中加入内标物，进行气相色谱分析，结果为：正戊醛收率85％，正异比25。
上述有机磷配体的结构式如式(1)所示：
实施例2
一种利用微通道反应装置合成戊醛的方法：
将二羰基乙酰丙酮铑、有机膦配体(式(2))和戊醛配制成催化剂溶液，其中二羰基乙酰丙酮铑在戊醛中的浓度为130ppm，二羰基乙酰丙酮铑与有机膦配体(式(2))的摩尔比为1:4；将催化剂溶液、合成气和丁烯同时通入微通道混合器中，控制丁烯与催化剂溶液中铑的摩尔比为4000:1，合成气与丁烯的摩尔比为3:1，合成气中CO与H2的摩尔比为1:1，混合后将气液混合液送入微通道反应器中，在反应温度50℃，反应压力0.8MPa下进行反应，保持停留时间100s。得到的产物经冷却器冷却后进入分离罐，分离后气相产物放空，液相产物进入产品收集罐。在得到的液相产物中加入内标物，进行气相色谱分析，结果为：正戊醛收率89％，正异比29。
上述有机磷配体的结构式如式(2)所示：
实施例3
一种利用微通道反应装置合成戊醛的方法：
将二羰基乙酰丙酮铑、有机膦配体(式(1))和甲苯配制成催化剂溶液，其中二羰基乙酰丙酮铑在甲苯中的浓度为180ppm，二羰基乙酰丙酮铑与有机膦配体(式(1))的摩尔比为1:4；将催化剂溶液、合成气和丁烯同时通入微通道混合器中，控制丁烯与催化剂溶液1中铑的摩尔比为3000:1，合成气与丁烯的摩尔比为2:1，合成气中CO与H2的摩尔比为1:1，混合后将气液混合液送入微通道反应器中，在反应温度50℃，反应压力0.6MPa下进行反应，保持停留时间150s。得到的产物经冷却器冷却后进入分离罐，分离后气相产物放空，液相产物进入产品收集罐。在得到的液相产物中加入内标物，进行气相色谱分析，结果为：正戊醛收率99％，正异比40。
上述有机磷配体的结构式如式(3)所示：
实施例4
一种利用微通道反应装置合成戊醛的方法：
将二羰基乙酰丙酮铑、有机膦配体(式(4))和甲苯配制成催化剂溶液，其中二羰基乙酰丙酮铑在甲苯中的浓度为250ppm，二羰基乙酰丙酮铑与有机膦配体(式(4))的摩尔比为1:1；将催化剂溶液、合成气和丁烯同时通入微通道混合器中，控制丁烯与催化剂溶液中铑的摩尔比为1000:1，合成气与丁烯的摩尔比为3:1，合成气中CO与H2的摩尔比为1:2，混合后将气液混合液送入微通道反应器中，在反应温度40℃，反应压力0.3MPa下进行反应，保持停留时间240s。得到的产物经冷却器冷却后进入分离罐，分离后气相产物放空，液相产物进入产品收集罐。在得到的液相产物中加入内标物，进行气相色谱分析，结果为：正戊醛收率95％，正异比34。
上述有机磷配体的结构式如式(4)所示：
实施例5
一种利用微通道反应装置合成戊醛的方法：
将二羰基乙酰丙酮铑、有机膦配体(式(5))和甲苯配制成催化剂溶液，其中二羰基乙酰丙酮铑在甲苯中的浓度为200ppm，二羰基乙酰丙酮铑与有机膦配体(式(5))的摩尔比为1:8；将催化剂溶液、合成气和丁烯同时通入微通道混合器中，控制丁烯与催化剂溶液1中铑的摩尔比为3000:1，合成气与丁烯的摩尔比为4:1，合成气中CO与H2的摩尔比为1:3，混合后将气液混合液送入微通道反应器中，在反应温度50℃，反应压力1.0MPa下进行反应，保持停留时间300s。得到的产物经冷却器冷却后进入分离罐，分离后气相产物放空，液相产物进入产品收集罐8。在得到的液相产物中加入内标物，进行气相色谱分析，结果为：正戊醛收率92％，正异比32。
上述有机磷配体的结构式如式(5)所示：
对比例1
重复实施例3，采用釜式反应器进行氢甲酰化反应。将二羰基乙酰丙酮铑、有机膦配体(式(1))和甲苯配制成催化剂溶液，并将催化剂溶液转移至反应釜内，其中二羰基乙酰丙酮铑在甲苯中的浓度为180ppm，二羰基乙酰丙酮铑与有机膦配体(式(1))的摩尔比为1:4；将合成气和丁烯通入反应釜，在90℃、1.0MPa下进行氢甲酰化反应，控制丁烯与催化剂溶液中铑的摩尔比为3000:1，合成气与丁烯的摩尔比为2:1，合成气中CO与H2的摩尔比为1:1。2.5h后结束反应，将反应釜冷却至室温，在得到的液相产物中加入内标物，进行气相色谱分析，结果为：正戊醛收率85％，正异比22。
由此可见，釜式反应由于受传质、传热等因素的影响，反应温度和压力均高于采用微通道装置，反应时间也大大延长；从反应效果看，釜式反应的收率和正异比也低于微通道装置结果。因此，采用微通道装置合成戊醛与传统釜式反应相比具有成本低、能耗低、效率高等优势，具有广阔工业化应用前景。
Claims (3)
1.一种合成戊醛的微通道反应装置，其特征在于，包括微通道混合器(5)，微通道混合器(5)的一个进料口与催化剂溶液进料泵(1)、丁烯进料泵(2)，连接，微通道混合器(5)的另一个进料口与氢气管路、一氧化碳管路连通，微通道混合器(5)的出料口通过微通道反应器(6)连接冷凝器(7)，冷凝器(7)内设有循环水管路，冷凝器(7)的出料口连接分离罐(8)，分离罐的气相管道放空，液相管道通过反应液输送泵(10)连接收液罐(11)，收液罐(11)底部设有出料口。
2.如权利要求1所述的合成戊醛的微通道反应装置，其特征在于，所述氢气管路上设有氢气流量计(3)。
3.如权利要求1所述的合成戊醛的微通道反应装置，其特征在于，所述一氧化碳管路上设有一氧化碳流量计(4)。
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| CN202120952669.6U CN215196872U (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种合成戊醛的微通道反应装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4403563A1 (de) * | 2023-01-18 | 2024-07-24 | Evonik Oxeno GmbH & Co. KG | Diphosphit mit einem me-flügelbaustein und einem tbu-flügelbaustein |
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2021
- 2021-05-06 CN CN202120952669.6U patent/CN215196872U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP4403563A1 (de) * | 2023-01-18 | 2024-07-24 | Evonik Oxeno GmbH & Co. KG | Diphosphit mit einem me-flügelbaustein und einem tbu-flügelbaustein |
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