CN220126173U - 一种采用固体催化剂的催化酯化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种采用固体催化剂的催化酯化装置，包括罐体、若干固体催化剂填充柱和若干吸水分子筛填充柱；若干固体催化剂填充柱和若干吸水分子筛填充柱相间可拆卸固定在罐体内。本实用新型催化酯化装置采用固体催化剂，并采用吸水分子筛在线脱除酯化反应副产物H2O，固体催化剂、吸水分子筛可重复使用，反应副产物H2O在线脱除，本实用新型催化酯化装置反应转化率高、污染低、生产效率高、绿色环保。
Description
技术领域
本实用新型涉及化学反应装置技术领域，具体涉及一种采用固体催化剂的催化酯化装置。
背景技术
酯化反应作为一类重要的有机合成反应，在医药、食品、精细化工以及石油化工等领域具有举足轻重的地位，应用较为广泛。
传统的酯化反应催化剂，如浓硫酸、磷酸、对甲苯磺酸等，虽然催化活性较高、价廉易得，但存在副反应多、对设备腐蚀严重、能耗大、污染环境、反应废液处理复杂等缺点。寻找可代替传统酯化催化剂的新型酯化催化剂是产业发展的必然趋势。
随着化学理论和试验不断发展，用于酯化反应的催化剂越来越多。其中，固体催化剂，如固定化离子液体、固体杂多酸、固体酸等，因其具有产业化容易实现、可重复使用、易与产品分离、腐蚀性小、使用寿命长、成本低等优点，越来越受到重视。但目前还没有专门的采用固体催化剂的催化酯化装置，一定程度上限制了其发展。
此外，传统的酯化反应中副产物H2O如不能及时去除，反应体系不利于反应向酯化的方向进行，转化效率不高，导致整个工艺原料消耗大、能耗高、效率低下。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种采用固体催化剂的催化酯化装置，以解决现有技术的不足。
本实用新型采用以下技术方案：
一种采用固体催化剂的催化酯化装置，包括罐体、若干固体催化剂填充柱和若干吸水分子筛填充柱；
固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱包括外层筒状套管和内层筒状筛网，外层筒状套管的管壁呈栅栏状，由若干轴向栅栏和若干周向栅栏组成，若干轴向栅栏在周向上均匀分布，若干周向栅栏在轴向上均匀分布，外层筒状套管的下端封底，上端法兰板封顶，法兰板上端设有吊装环；内层筒状筛网的筒壁为筛网，上端敞口，下端筛网封底，内层筒状筛网设在外层筒状套管内；固体催化剂填充柱的内层筒状筛网内装填颗粒状固体催化剂，颗粒状固体催化剂粒径大于固体催化剂填充柱的内层筒状筛网的筛网孔径；吸水分子筛填充柱的内层筒状筛网内装填颗粒状吸水分子筛，颗粒状吸水分子筛粒径大于吸水分子筛填充柱的内层筒状筛网的筛网孔径；
若干固体催化剂填充柱和若干吸水分子筛填充柱相间可拆卸固定在罐体内。
进一步地，罐体内设若干放置固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱的底座，所述底座设有和固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱的下端匹配的凹槽，所述底座一侧固定在罐体内壁上，固体催化剂填充柱和吸水分子筛填充柱的下端放于相应底座凹槽内；罐体内设若干卡箍，卡箍一侧固定在罐体内壁上，卡箍卡在对应固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱的周向栅栏上，以固定对应固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱。
进一步地，罐体内设5个固体催化剂填充柱和5个吸水分子筛填充柱，相间可拆卸固定在罐体内。
进一步地，外层筒状套管的管壁呈栅栏状，由4-6个轴向栅栏和2-3个周向栅栏组成。
进一步地，固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱为不锈钢材质。
进一步地，所述底座、卡箍为不锈钢材质。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型催化酯化装置采用固体催化剂，并采用吸水分子筛在线脱除酯化反应副产物H2O，固体催化剂、吸水分子筛可重复使用，反应副产物H2O在线脱除，本实用新型催化酯化装置反应转化率高、污染低、生产效率高、绿色环保。
2、本实用新型催化酯化装置将反应催化剂和脱除副产物H2O的吸水分子筛设计成填充柱，集成在反应罐里面，极大减少了装置的空间占有体积、减少管道连接、降低能耗；传统催化酯化装置的除水设备是一个独立在反应罐之外的罐体，用管道彼此连接，设备复杂、管道物料残留明显，热利用效率低，且连接管道需要定时清洗避免杂质影响。
3、本实用新型催化酯化装置的固体催化剂和吸水分子筛都固定在容易拆卸的填充柱中，拆卸更换方便，固体催化剂和吸水分子筛失效后，可以很方便地取出再生，重新填充；反应结束后放出反应料液，直接进入后续纯化过程，操作十分便捷，整个酯化过程没有固废和废水产生；传统催化酯化装置的除水设备为一个独立的大体积罐体，管道连接要求密封性高，拆卸再生非常麻烦，非固体催化剂的酯化产物的后续处理需要先将反应体系的催化酸去除，操作步骤多，产生大量废水和固废，对酯化转化率、生产连续性和环保带来负面影响，传统固体催化剂的酯化产物也需要将反应产物和固体催化剂分离后再进入后续纯化过程。
4、由于本实用新型催化酯化装置将催化酯化和除水集成于一体使得反应中的副产物水可以及时被脱除掉，使得体系中的含水量始终保持在极低水平，有利于化学反应平衡向酯化的方向移动，加快酯化过程和提高转化率，减少杂质产生；而传统催化酯化装置需要通过体系回流除水，反应要求温度高，回流时间长，体系水分含量明显偏高，导致反应效率低，而且过高温度容易产生杂质。
5、本实用新型催化酯化装置通过罐体内设底座和卡箍固定固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱，结构简单、可靠，操作方便、易实现。
6、本实用新型可直接在现有反应罐上进行改装，无需改动反应罐本体结构，适用范围大，利于推广。
附图说明
图1为现有反应罐结构示意图。
图2为固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱结构示意图。
图3为5个固体催化剂填充柱和5个吸水分子筛填充柱在反应罐体内分布示意图。
图4为固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱可拆卸固定在反应罐体内示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本实用新型，但并不用来限定本实用新型的实施范围。
实施例1
本实施例提供的采用固体催化剂的催化酯化装置，可直接在现有反应罐上进行改装，如淄博太极工业搪瓷有限公司的F5000L反应罐。如图1所示，F5000L反应罐包括外层罐体1(外层罐体1上设保温用的进出口2，放气口)，内层罐体3(内层罐体3上设人孔4、温度计口5、搅拌轴口6、视镜、出料口7、4个备用口)，搅拌部件(电机8、搅拌轴9、搅拌桨10)，温度计11。
本实施例采用固体催化剂的催化酯化装置在现有反应罐基础上设若干固体催化剂填充柱12和若干吸水分子筛填充柱13，可选地，设五个固体催化剂填充柱12和五个吸水分子筛填充柱13。
如图2所示，固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13包括外层筒状套管14和内层筒状筛网15，外层筒状套管14的管壁呈栅栏状，由若干轴向栅栏16和若干周向栅栏17组成，可选地，由四到六个轴向栅栏16和两到三个周向栅栏17组成，若干轴向栅栏16在周向上均匀分布，若干周向栅栏17在轴向上均匀分布，外层筒状套管14的下端封底，上端法兰板18封顶，法兰板18上端设有吊装环19，方便吊装；内层筒状筛网15的筒壁为筛网，上端敞口，下端筛网封底，内层筒状筛网15设在外层筒状套管14内；固体催化剂填充柱12的内层筒状筛网15内装填颗粒状固体催化剂，颗粒状固体催化剂粒径大于固体催化剂填充柱12的内层筒状筛网15的筛网孔径；吸水分子筛填充柱13的内层筒状筛网15内装填颗粒状吸水分子筛，颗粒状吸水分子筛粒径大于吸水分子筛填充柱13的内层筒状筛网15的筛网孔径。
如图3所示，若干固体催化剂填充柱12和若干吸水分子筛填充柱13相间可拆卸固定在内层罐体3内。如4所示，可通过如下方式实现：内层罐体3内设若干放置固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13的底座20，所述底座20设有和固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13的下端匹配的凹槽21，所述底座20一侧固定在内层罐体3内壁上，固体催化剂填充柱12和吸水分子筛填充柱13的下端放于相应底座20凹槽21内；内层罐体3内设若干卡箍22，卡箍22一侧固定在内层罐体3内壁上，卡箍22卡在对应固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13的周向栅栏17上，以固定对应固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13。固体催化剂填充柱12和吸水分子筛填充柱13相间可拆卸固定在内层罐体3内，注意不要影响反应罐现有的人孔4、温度计11、搅拌轴9及搅拌桨10。
本实施例固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13、底座20、卡箍22均为不锈钢材质。
本实施例采用固体催化剂的催化酯化装置的工作过程如下：
颗粒状固体催化剂填充于固体催化剂填充柱12的内层筒状筛网15内，通过法兰板18封顶。颗粒状吸水分子筛填充于吸水分子筛填充柱13的内层筒状筛网15内，通过法兰板18封顶。固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13由内层罐体3上的人孔4相间可拆卸固定在内层罐体3内。
催化酯化反应的反应原料(通常为有机酸和用于酯化的醇)溶解于溶剂中(通常是酯化反应的醇)，然后将反应料液泵入反应罐，固体催化剂填充柱12、吸水分子筛填充柱13浸没在反应料液中。酯化反应时，反应料液与固体催化剂填充柱12中的固体催化剂充分接触，在固体催化剂的作用下形成酯化产物和副产物H2O，副产物H2O被吸水分子筛填充柱13中的吸水分子筛吸附，使得反应体系有利于化学反应平衡向酯化的方向移动，酯化反应高效进行。反应结束后，放出反应料液，反应料液直接进入后续纯化过程，催化酯化装置即可进行下一批催化酯化反应。
固体催化剂失效后，取出固体催化剂填充柱12，将法兰板18打开，取出固体催化剂，再生后再次填柱使用。
吸水分子筛失效后，取出吸水分子筛填充柱13，将法兰板18打开，取出吸水分子筛，再生后再次填柱使用。
Claims (6)
1.一种采用固体催化剂的催化酯化装置，其特征在于，包括罐体、若干固体催化剂填充柱和若干吸水分子筛填充柱；
固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱包括外层筒状套管和内层筒状筛网，外层筒状套管的管壁呈栅栏状，由若干轴向栅栏和若干周向栅栏组成，若干轴向栅栏在周向上均匀分布，若干周向栅栏在轴向上均匀分布，外层筒状套管的下端封底，上端法兰板封顶，法兰板上端设有吊装环；内层筒状筛网的筒壁为筛网，上端敞口，下端筛网封底，内层筒状筛网设在外层筒状套管内；固体催化剂填充柱的内层筒状筛网内装填颗粒状固体催化剂，颗粒状固体催化剂粒径大于固体催化剂填充柱的内层筒状筛网的筛网孔径；吸水分子筛填充柱的内层筒状筛网内装填颗粒状吸水分子筛，颗粒状吸水分子筛粒径大于吸水分子筛填充柱的内层筒状筛网的筛网孔径；
若干固体催化剂填充柱和若干吸水分子筛填充柱相间可拆卸固定在罐体内。
2.根据权利要求1所述的一种采用固体催化剂的催化酯化装置，其特征在于，罐体内设若干放置固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱的底座，所述底座设有和固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱的下端匹配的凹槽，所述底座一侧固定在罐体内壁上，固体催化剂填充柱和吸水分子筛填充柱的下端放于相应底座凹槽内；罐体内设若干卡箍，卡箍一侧固定在罐体内壁上，卡箍卡在对应固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱的周向栅栏上，以固定对应固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用固体催化剂的催化酯化装置，其特征在于，罐体内设5个固体催化剂填充柱和5个吸水分子筛填充柱，相间可拆卸固定在罐体内。
4.根据权利要求1或2所述的一种采用固体催化剂的催化酯化装置，其特征在于，外层筒状套管的管壁呈栅栏状，由4-6个轴向栅栏和2-3个周向栅栏组成。
5.根据权利要求1或2所述的一种采用固体催化剂的催化酯化装置，其特征在于，固体催化剂填充柱、吸水分子筛填充柱为不锈钢材质。
6.根据权利要求2所述的一种采用固体催化剂的催化酯化装置，其特征在于，所述底座、卡箍为不锈钢材质。
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