CN220610315U - 环状碳酸酯微反合成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种环状碳酸酯微反合成装置。其技术方案是：环氧丙烷储罐和催化剂储罐分别通过管线连接到预热混合罐的上端，下端通过管线和输料泵连接到微通道反应器的进口，另一进口通过管线连接二氧化碳缓冲罐，所述微通道反应器的出口通过管线连接到冷凝器的管程进口，冷凝器的管程出口通过管线连接缓冲罐连接环状碳酸酯储料罐。有益效果是：二氧化碳和环氧丙烷先进行预加热，然后被送到微通道反应器，反应初期需要通过加热丝来进行加热到80摄氏度开始进行反应，随着反应的进行，放出大量的热，再送入循环水，控制微通道反应器的温度，实现连续性的反应；可有效地解决传统工艺存在的生产安全性差、过程难以控制、产品质量差等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳酸酯合成装置，特别涉及一种环状碳酸酯微反合成装置。
背景技术
近年来，二氧化碳平均浓度日益升高，引起严重的温室效应和气候变化等问题已经严重影响生态环境的平衡。因此，出于环保和能源的双重需求，二氧化碳的捕集/转化技术已经当今研究热点。CO2作为一种廉价的C1资源，能够通过环加成反应等多种化学方法得到高值化学品。其中，二氧化碳与环氧化物经加成反应可生成重要的化工原料环碳酸酯。
环碳酸酯具有强极性、高沸点、高闪点、低挥发速度、低毒性和生物可降解等优点，不仅可作为聚碳酸酯的原料，还可充当锂离子电池中的电解液，用途非常广泛。环碳酸酯作为重要的化工产品，其本身是一种优良的极性非质子性溶剂和药物中间体，它也可作为单体用于聚氨酯材料的合成。而且，二氧化碳和环氧化合物合成环碳酸酯具有100％的原子经济性，符合绿色化学原则，因而具有很重要的研究意义。因此研究如何将二氧化碳转化为环碳酸酯具有重要的应用价值。但目前环状碳酸酯合成多数采用间歇搅拌式反应器工艺，存在以下问题：1）生产安全性差；2）过程难以控制；3）产品质量差等问题；其中，二氧化碳和环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的反应过程中会产生大量的热，需要有效控制。
另外，微流场反应技术是指反应和分散特征尺度在微米级别的一种高效的过程强化反应技术，可实现反应传质传热及速率数量级的提升，并借助反应场微型化提升过程安全性。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种环状碳酸酯微反合成装置，本实用新型可有效地解决传统工艺存在的生产安全性差、过程难以控制、产品质量差等问题，实现产品的连续高效制备。
本实用新型提到的一种环状碳酸酯微反合成装置，其技术方案是：包括环氧丙烷储罐（1）、催化剂储罐（2）、预热混合罐（3）、输料泵（4）、微通道反应器（5）、二氧化碳缓冲罐（6）、冷凝器（7）、缓冲罐（8）、环状碳酸酯储料罐（9），所述环氧丙烷储罐（1）和催化剂储罐（2）分别通过管线连接到预热混合罐（3）的上端，所述的预热混合罐（3）的下端通过管线和输料泵（4）连接到微通道反应器（5）的进口，所述微通道反应器（5）的另一进口通过管线连接二氧化碳缓冲罐（6），所述微通道反应器（5）的出口通过管线连接到冷凝器（7）的管程进口，所述冷凝器（7）的管程出口通过管线连接缓冲罐（8），所述缓冲罐（8）的下端连接环状碳酸酯储料罐（9）。
优选的，上述微通道反应器（5）包括微通道上盖体（5.1）、微通道主体（5.2）、微通道下盖体（5.3），所述微通道主体（5.2）内安装有微通道盘管（5.2.3），在微通道盘管（5.2.3）的一端设有第一进口（5.2.1）和第二进口（5.2.2），在微通道盘管（5.2.3）的另一端设有微通道出口（5.2.4），在微通道主体（5.2）的上部安设有微通道上盖体（5.1），在微通道主体（5.2）的下部安装微通道下盖体（5.3）。
优选的，上述微通道上盖体（5.1）为中空结构，在一侧设有循环水进口（5.1.1），另一侧设有循环水出口（5.1.2），循环水沿着循环水进口（5.1.1）进入微通道上盖体（5.1）的内腔，通过循环水出口（5.1.2）排出。
优选的，上述微通道下盖体（5.3）的上表面设有加热丝（5.3.1）和温度传感器（5.3.2），在微通道下盖体（5.3）的一侧设有温控开关（5.3.3）。
优选的，上述预热混合罐（3）的外侧设有夹层，在夹层的下侧设有蒸汽进口（3.1），在夹层的上侧设有蒸汽出口（3.2）。
优选的，上述冷凝器（7）的壳程入口设有冷凝水进水管（7.1），在冷凝器（7）的壳程出口设有冷凝水出水管（7.2）。
本实用新型的有益效果是：二氧化碳和环氧丙烷先进行预加热，然后被送到微通道反应器，反应初期需要通过加热丝来进行加热到80摄氏度开始进行反应，随着反应的进行，放出大量的热，再送入循环水，控制微通道反应器的温度，实现连续性的反应；可有效地解决传统工艺存在的生产安全性差、过程难以控制、产品质量差等问题，实现产品的连续高效制备。
附图说明
图1是本实用新型的实施例1的结构示意图；
图2是微通道反应器的散开示意图；
图3是本实用新型的实施例2的结构示意图；
上图中：环氧丙烷储罐1、催化剂储罐2、预热混合罐3、输料泵4、微通道反应器5、二氧化碳缓冲罐6、冷凝器7、缓冲罐8、环状碳酸酯储料罐9，
微通道上盖体5.1、微通道主体5.2、微通道下盖体5.3，循环水进口5.1.1、循环水出口5.1.2、第一进口5.2.1、第二进口5.2.2、微通道盘管5.2.3、微通道出口5.2.4、加热丝5.3.1、温度传感器5.3.2、温控开关5.3.3。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1，参照图1-图2，本实用新型提到的一种环状碳酸酯微反合成装置，包括环氧丙烷储罐1、催化剂储罐2、预热混合罐3、输料泵4、微通道反应器5、二氧化碳缓冲罐6、冷凝器7、缓冲罐8、环状碳酸酯储料罐9，所述环氧丙烷储罐1和催化剂储罐2分别通过管线连接到预热混合罐3的上端，所述的预热混合罐3的下端通过管线和输料泵4连接到微通道反应器5的进口，所述微通道反应器5的另一进口通过管线连接二氧化碳缓冲罐6，所述微通道反应器5的出口通过管线连接到冷凝器7的管程进口，所述冷凝器7的管程出口通过管线连接缓冲罐8，所述缓冲罐8的下端连接环状碳酸酯储料罐9。
参照图2，本实用新型提到的微通道反应器5包括微通道上盖体5.1、微通道主体5.2、微通道下盖体5.3，所述微通道主体5.2内安装有微通道盘管5.2.3，在微通道盘管5.2.3的一端设有第一进口5.2.1和第二进口5.2.2，在微通道盘管5.2.3的另一端设有微通道出口5.2.4，在微通道主体5.2的上部安设有微通道上盖体5.1，在微通道主体5.2的下部安装微通道下盖体5.3。
其中，上述微通道上盖体5.1为中空结构，在一侧设有循环水进口5.1.1，另一侧设有循环水出口5.1.2，循环水沿着循环水进口5.1.1进入微通道上盖体5.1的内腔，通过循环水出口5.1.2排出，由于二氧化碳和环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的反应过程中会产生大量的热，所以通过循环水可以温度的调控，从而使反应可控、安全，反应产品的质量大幅提高。
另外，上述微通道下盖体5.3的上表面设有加热丝5.3.1和温度传感器5.3.2，在微通道下盖体5.3的一侧设有温控开关5.3.3，预加热的二氧化碳和环氧丙烷在反应初期被送到微通道反应器5，需要通过加热丝5.3.1来进行加热到80摄氏度开始进行反应，随着反应的进行，放出大量的热，再送入循环水，控制温度，实现连续性的反应。
上述预热混合罐3的外侧设有夹层，在夹层的下侧设有蒸汽进口3.1，在夹层的上侧设有蒸汽出口3.2，通过蒸汽进口3.1通入蒸汽来对预热混合罐3内的反应物料进行预加热，然后送入到微通道反应器5进行反应。
参照图1，本实用新型提到的冷凝器7的壳程入口设有冷凝水进水管7.1，在冷凝器7的壳程出口设有冷凝水出水管7.2，通过冷凝水进水管7.1持续的送入冷凝水，从而对冷凝器7流过的产品进行降温冷凝处理。
本实用新型的使用过程如下：
本实用新型反应用的二氧化碳与环氧丙烷的摩尔比为2：1，以及环氧丙烷与催化剂1-羧乙基 3-甲基咪唑溴盐的质量比为10：1，预加热的二氧化碳和环氧丙烷在反应初期被送到微通道反应器5，需要通过加热丝5.3.1来进行加热到80摄氏度开始进行反应，随着反应的进行，放出大量的热，再送入循环水，控制温度，实现连续性的反应；其中，在微通道反应器5中停留的反应时间为100秒，反应压力2.5MPa，在温度80℃条件下合成环状碳酸酯，该产物环状碳酸酯的纯度99.9%，收率98.7%。
实施例2，参照图1，本实用新型提到的一种环状碳酸酯微反合成装置，包括环氧丙烷储罐1、催化剂储罐2、预热混合罐3、输料泵4、微通道反应器5、二氧化碳缓冲罐6、冷凝器7、缓冲罐8、环状碳酸酯储料罐9，所述环氧丙烷储罐1和催化剂储罐2分别通过管线连接到预热混合罐3的上端，所述的预热混合罐3的下端通过管线和输料泵4连接到两组微通道反应器5的进口，所述微通道反应器5的另一进口通过管线连接二氧化碳缓冲罐6，所述微通道反应器5的出口通过管线连接到冷凝器7的管程进口，所述冷凝器7的管程出口通过管线连接缓冲罐8，所述缓冲罐8的下端连接环状碳酸酯储料罐9。
本实施例与实施例1不同之处是：可以采用两组微通道反应器5，从而提高了反应的效率，增大了产能。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本实用新型加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本实用新型的技术方案所进行的任何简单修改或等同变换，尽属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种环状碳酸酯微反合成装置，其特征是：包括环氧丙烷储罐（1）、催化剂储罐（2）、预热混合罐（3）、输料泵（4）、微通道反应器（5）、二氧化碳缓冲罐（6）、冷凝器（7）、缓冲罐（8）、环状碳酸酯储料罐（9），所述环氧丙烷储罐（1）和催化剂储罐（2）分别通过管线连接到预热混合罐（3）的上端，所述的预热混合罐（3）的下端通过管线和输料泵（4）连接到微通道反应器（5）的进口，所述微通道反应器（5）的另一进口通过管线连接二氧化碳缓冲罐（6），所述微通道反应器（5）的出口通过管线连接到冷凝器（7）的管程进口，所述冷凝器（7）的管程出口通过管线连接缓冲罐（8），所述缓冲罐（8）的下端连接环状碳酸酯储料罐（9）。
2.根据权利要求1所述的环状碳酸酯微反合成装置，其特征是：所述微通道反应器（5）包括微通道上盖体（5.1）、微通道主体（5.2）、微通道下盖体（5.3），所述微通道主体（5.2）内安装有微通道盘管（5.2.3），在微通道盘管（5.2.3）的一端设有第一进口（5.2.1）和第二进口（5.2.2），在微通道盘管（5.2.3）的另一端设有微通道出口（5.2.4），在微通道主体（5.2）的上部安设有微通道上盖体（5.1），在微通道主体（5.2）的下部安装微通道下盖体（5.3）。
3.根据权利要求2所述的环状碳酸酯微反合成装置，其特征是：所述微通道上盖体（5.1）为中空结构，在一侧设有循环水进口（5.1.1），另一侧设有循环水出口（5.1.2），循环水沿着循环水进口（5.1.1）进入微通道上盖体（5.1）的内腔，通过循环水出口（5.1.2）排出。
4.根据权利要求3所述的环状碳酸酯微反合成装置，其特征是：所述微通道下盖体（5.3）的上表面设有加热丝（5.3.1）和温度传感器（5.3.2），在微通道下盖体（5.3）的一侧设有温控开关（5.3.3）。
5.根据权利要求1所述的环状碳酸酯微反合成装置，其特征是：所述预热混合罐（3）的外侧设有夹层，在夹层的下侧设有蒸汽进口（3.1），在夹层的上侧设有蒸汽出口（3.2）。
6.根据权利要求5所述的环状碳酸酯微反合成装置，其特征是：所述冷凝器（7）的壳程入口设有冷凝水进水管（7.1），在冷凝器（7）的壳程出口设有冷凝水出水管（7.2）。
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