一種適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其包括帶攪拌器的反應釜，用于向反應釜內補充催化劑的高位槽，用于向反應釜內導入空氣的空氣導入系統(tǒng)，用于使反應釜中的低沸點副產物排出反應釜的蒸餾系統(tǒng)以及用于除去反應釜內的固體副產物的固液分離循環(huán)系統(tǒng)。本實用新型裝置能提高以甲基丙烯酸甲酯和高級醇為原料的酯交換反應的平衡轉化率，減少副反應的發(fā)生，從而提高甲基丙烯酸高級酯的產品收率和品質。利用本實用新型進一步設置的中控分析系統(tǒng)可以隨時監(jiān)測共沸蒸出物和釜內反應混合的組分情況，無論對實驗室課題研究，還是工業(yè)化放大生產具有非常重要意義。此外，本實用新型結構簡單、操作方便。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種化工設備，具體涉及一種中試反應裝置，特別是適于制備甲 基丙烯酸高級酯的中試反應裝置。 一種適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置
【背景技術】
[0002] 甲基丙烯酸高級酯是一類重要的單體，以該類單體為原料所生產的聚合物，已經 被廣泛應用與皮革、印刷、涂料、紡織、造紙、水處理等行業(yè)上。
[0003] 目前甲基丙烯酸高級酯主要采用酯交換法的合成路線，即由甲基丙烯酸低級酯和 高級醇通過酯交換反應，不斷蒸出低沸點產物，從而使反應平衡向產物方向移動的方法來 獲得所需的高級酯。該反應的關鍵是催化劑和阻聚劑的選擇。
[0004] 近年來，文獻報道較多，并且容易實現工業(yè)化的是有機錫催化劑和堿金屬烷氧化 物催化劑兩種催化體系。有機錫催化劑具有用量少，催化效率高，聚合物副產物少等優(yōu)點， 但是這類催化劑對反應體系水分要求非常苛刻，加上催化劑本身價格昂貴，回收困難，加上 最近幾年環(huán)保要求，其實際使用也收到了限制；于是人們的研究重點又轉向了堿金屬烷氧 化物等催化劑。然而，堿金屬烷氧化物作為酯交換催化劑，也有其不利的因素：第一，催化劑 在反應過程中活性會不斷降低，因此需要不斷的補加催化劑來維持反應活性，從而使操作 的復雜性大大增加；第二，堿性催化劑的存在，會促使一些副產物的生成，比如說皂化副 產物、聚合物副產物等，這些副產物的存在，會影響催化劑的活性，不利于低沸點共沸產物 的蒸出；第三、反應過程中，雖然加了阻聚劑，但還有是大量的聚合副產物的生成，這些聚合 物的存在，會使反應轉化不完全，影響產品最終的得率。
[0005] 現有技術中用于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應釜為普通的化工反應釜，存在 操作復雜，反應副產物不能不斷排出，阻聚劑的作用不能充分發(fā)揮、收率低等不足。
【發(fā)明內容】
[0006] 本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足提供一種適于制備甲基 丙烯酸高級酯的中試反應裝置。
[0007] 為解決以上技術問題，本實用新型采取如下技術方案：
[0008] -種適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，包括帶攪拌器的反應釜，特別 是，所述中試反應裝置還包括：
[0009] 高位槽，其位于反應釜的上方，用于向反應釜內補充催化劑；
[0010] 空氣導入系統(tǒng)，其用于向反應釜內導入空氣，該空氣導入系統(tǒng)包括空氣泵、干燥 器、設置在反應釜中下部的圓環(huán)式氣體分布器以及連接管道；
[0011] 蒸餾系統(tǒng)，其用于使反應釜中的低沸點副產物排出反應釜；
[0012] 固液分離循環(huán)系統(tǒng)，其用于除去反應釜內的固體副產物，該固液分離循環(huán)系統(tǒng)包 括兩端分別與所述的反應釜的底部和中上部連通的循環(huán)管道、依次設置在循環(huán)管道上的過 濾裝置和循環(huán)泵。
[0013] 優(yōu)選地，所述高位槽上連接有導管，該導管能夠伸入到反應釜中部以下的位置，如 此，可將催化劑液體通過導管注入到反應釜內液面以下。
[0014] 優(yōu)選地，所述高位槽能夠計量地加入催化劑。
[0015] 優(yōu)選地，所述空氣導入系統(tǒng)還包括流量調節(jié)裝置，以滿足釜內對空氣的所需流量 的要求。
[0016] 根據本實用新型的進一步實施方案：所述蒸餾系統(tǒng)包括設置在反應釜頂部的分餾 柱、設置在分餾柱頂部的塔頂冷凝器、回流罐、回流泵、回流比控制器和餾分接收罐。優(yōu)選 地，分餾柱的理論塔板數為12~18。塔頂冷凝器裝有氣液分離裝置，可減少被氣體夾帶而 引起的組分損失。回流罐上設有冷凝恒溫裝置，使得回流罐恒定在一個較低的溫度，優(yōu)選 9~11°C。在回流罐上設置冷凝恒溫裝置，一是為了共沸蒸出的組分能夠充分的冷凝，從而 減少組分的損失，二是為了在塔頂回流的組分能夠與分餾柱內上升的組分進行更充分的交 換，從而增加分離效果，也在一定程度上減少了原料的消耗。
[0017] 優(yōu)選地，所述中式反應裝置還包括能夠對蒸餾系統(tǒng)蒸出的副產物、反應釜內混合 物組分進行相對含量分析，從而判定反應進程的中控分析系統(tǒng)。具體地，中控分析系統(tǒng)包括 位于循環(huán)泵與所述反應釜之間的循環(huán)管道上的第一取樣口、位于蒸餾系統(tǒng)的回流管道上的 第二取樣口以及與第一取樣口和第二取樣口連通的氣相色譜儀。
[0018] 優(yōu)選地，所述反應釜優(yōu)選使用不銹鋼材質，避免使用搪玻璃等不耐堿腐蝕的材質。
[0019] 由于以上技術方案的實施，本實用新型與現有技術相比具有如下優(yōu)點：
[0020] 本實用新型裝置能提高以甲基丙烯酸甲酯和高級醇為原料的酯交換反應的平衡 轉化率，減少副反應的發(fā)生，從而提高甲基丙烯酸高級酯的產品收率和品質。利用本實用新 型所設的中控分析系統(tǒng)可以隨時監(jiān)測共沸蒸出物和釜內反應混合的組分情況，無論對實驗 室課題研究，還是工業(yè)化放大生產具有非常重要意義。此外，本實用新型結構簡單、操作方 便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步詳細的說明：
[0022] 圖1為根據本實用新型的中試反應裝置的結構示意圖；
[0023] 其中：1、反應釜；2、攪拌器；3、圓環(huán)式氣體分布器；4、高位槽；5、空氣泵；6、干燥 器；7、分餾柱；8、塔頂冷凝器；9、回流罐；10、回流泵；11、固液分離裝置；12、循環(huán)泵；13、第 一取樣口；14、第二取樣口；15、回流比控制器；16、餾分接收罐；17、氣相色譜儀。
【具體實施方式】
[0024] 參見圖1，本實用新型的中試反應裝置主要包括帶攪拌器2的反應釜1、高位槽4、 空氣導入系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)、固液分離循環(huán)系統(tǒng)、中控分析系統(tǒng)。
[0025] 為了維持反應的活性，需要不斷補充新的催化劑，因而設一用于補加催化劑的高 位槽4。高位槽4通過導管與反應釜1連接，并且能計量地將催化劑通入反應釜1液面以 下。為了維持反應活性，同時降低副產物的生成，每次加入催化劑的量需要定量計算。
[0026] 空氣導入系統(tǒng)用于向反應釜1內通入空氣，可以起到二方面的作用：第一，使進入 反應釜液相內的空氣分布均勻，氣液接觸更充分，從而使阻聚劑發(fā)揮最大的作用，最大限度 地減少聚合副產物的生成；第二，液相內空氣的存在，可以最大程度地減少反應混合物中副 產物甲醇的含量，從而使反應平衡向產物甲基丙烯酸高級酯的方向移動，從而提高反應轉 化率?？諝鈱胂到y(tǒng)具體包括空氣泵5、干燥器6、圓環(huán)式氣體分布器3和流量調節(jié)裝置（圖 中未顯示)。
[0027] 蒸餾系統(tǒng)用于將低沸點副產物排出反應釜1。蒸餾系統(tǒng)包括分餾柱7、塔頂冷凝器 8、回流罐9、回流泵10、回流比控制器15、餾分接收罐16。分餾柱7的理論塔板數為12-18 之間?；亓鞴?上設有冷凝恒溫裝置，使得回流罐9恒定在一個較低的溫度，優(yōu)選溫度為10 攝氏度；在回流罐9上設置冷凝恒溫裝置，一是為了共沸蒸出的組分能夠充分的冷凝，從而 減少組分的損失，二是為了在塔頂回流的組分能夠與分餾柱7內上升的組分進行更充分的 交換，從而增加分離效果，也在一定程度上減少了原料的消耗。塔頂冷凝器8裝有氣液分離 裝置，可減少被氣體夾帶而引起的組分損失
[0028] 固液分離循環(huán)系統(tǒng)用于將反應過程中生產的固體副產物及時移出反應體系外。固 液分離循環(huán)系統(tǒng)包括循環(huán)管道、固液分離裝置11和循環(huán)泵12。循環(huán)管道和循環(huán)泵12能夠 將反應混合物從反應釜的底部出口經過固液分離裝置11分離除去固體后再從反應釜的頂 部循環(huán)回反應荃。
[0029] 中控分析系統(tǒng)，用于對共沸蒸出的產物、反應釜內混合物組分進行相對含量分析， 從而判定反應的進程。中控分析系統(tǒng)包括位于循環(huán)泵12與反應釜1之間的循環(huán)管道上的 第一取樣口 13、位于蒸餾系統(tǒng)的回流管道上的第二取樣口 14以及與第一取樣口 13和第二 取樣口 14連通的氣相色譜儀17。
[0030] 本實用新型裝置能提高以甲基丙烯酸甲酯和高級醇為原料的酯交換反應的平衡 轉化率，減少副反應的發(fā)生，從而提商甲基丙稀酸商級醋的廣品收率和品質。反應過程中， 可以隨時監(jiān)測共沸蒸出物和釜內反應混合的組分情況，無論對實驗室課題研究，還是工業(yè) 化放大生產具有非常重要意義。
[0031] 應用實例1 :在100L的不銹鋼反應釜中，投入57. 5Kg甲基丙烯酸甲酯，13. 3Kg 羥乙烯基脲，0. 25Kg吩噻嗪；將0. 25Kg甲醇鈉固體溶解于2Kg甲醇，并打入高位槽備用；開 啟反應釜攪拌，并升溫，同時打開空氣泵，調節(jié)空氣流量在80ml/min左右；當反應釜內的混 合物被加熱到回流狀態(tài)時，開始滴加催化劑甲醇鈉/甲醇溶液；整個滴加過程約2小時；反 應溫度控制在ΚΚΓ130攝氏度之間，收集反應過程中共沸蒸出55-70攝氏度的餾分；當塔頂 溫度不能維持在共沸溫度范圍內時，繼續(xù)反應一段時間，用氣相色譜儀分析塔頂蒸出物和 釜內反應混合物的含量；當檢測到共沸蒸出物當中甲醇含量和反應混合物中醇的含量非常 小的時候，停止加熱，并冷卻到室溫，反應過程結束。反應釜內的混合物經蒸餾回收過量原 料、精制后得成品，收率96. 5%。
[0032] 應用實例2 :在100L不銹鋼反應釜中，投入26. 3Kg十八醇，10L正己烷和15g氫 醌單甲醚；0. 5g -水合氫氧化鋰溶解于2Kg甲醇溶液中，并打入高位槽中備用；往反應釜中 投入11. 5Kg甲基丙烯酸甲酯，開啟攪拌混合均勻并升溫，同時打開空氣泵，調節(jié)空氣流量 在70ml/min左右；當反應釜內混合物被加熱到回流狀態(tài)時，開始滴加催化劑溶液；整個滴 加過程約2. 5小時；收集反應過程中60攝氏度以下的餾分；用氣相色譜儀分析塔頂蒸出物 和釜內反應混合物的含量；當檢測到共沸蒸出物當中甲醇含量和反應混合物中醇的含量非 常小的時候，停止加熱，并冷卻到室溫，反應過程結束。反應釜內的混合物經蒸餾回收溶劑 后，重結晶得成品，收率96. 9%。
[0033] 以上對本實用新型做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領域技術的人士能夠了 解本實用新型的內容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍，凡根據本實用 新型的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，包括帶攪拌器的反應釜，其特征 在于，所述中試反應裝置還包括： 高位槽，其位于所述反應釜的上方，用于向所述反應釜內補充催化劑； 空氣導入系統(tǒng)，其用于向所述反應釜內導入空氣，該空氣導入系統(tǒng)包括空氣泵、干燥 器、設置在所述反應釜中下部的圓環(huán)式氣體分布器以及連接管道； 蒸餾系統(tǒng)，其用于使所述反應釜中的低沸點副產物排出所述反應釜； 固液分離循環(huán)系統(tǒng)，其用于除去所述反應釜內的固體副產物，該固液分離循環(huán)系統(tǒng)包 括兩端分別與所述的反應釜的底部和中上部連通的循環(huán)管道、依次設置在所述循環(huán)管道上 的過濾裝置和循環(huán)泵。
2. 根據權利要求1所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述高位槽上連接有導管，所述導管能夠伸入到所述反應釜中部以下的位置。
3. 根據權利要求1或2所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在 于：所述高位槽能夠計量地加入催化劑。
4. 根據權利要求1所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述空氣導入系統(tǒng)還包括流量調節(jié)裝置。
5. 根據權利要求1所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述蒸餾系統(tǒng)包括設置在所述反應釜頂部的分餾柱、設置在所述分餾柱頂部的塔頂冷凝 器、回流罐、回流泵、回流比控制器和餾分接收罐。
6. 根據權利要求5所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述分餾柱的理論塔板數為12~18。
7. 根據權利要求5所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述塔頂冷凝器裝有氣液分離裝置。
8. 根據權利要求5所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述回流罐上設有冷凝恒溫裝置，使得回流罐恒定在9~11°C。
9. 根據權利要求1所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在于： 所述中式反應裝置還包括能夠對蒸餾系統(tǒng)蒸出的副產物、反應釜內混合物組分進行相對含 量分析，從而判定反應進程的中控分析系統(tǒng)。
10. 根據權利要求9所述的適于制備甲基丙烯酸高級酯的中試反應裝置，其特征在 于：所述中控分析系統(tǒng)包括位于所述循環(huán)泵與所述反應釜之間的循環(huán)管道上的第一取樣 口、位于所述蒸餾系統(tǒng)的回流管道上的第二取樣口以及與所述第一取樣口和第二取樣口連 通的氣相色譜儀。
【文檔編號】C07C69/54GK203890273SQ201420338110
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權日:2014年6月23日
【發(fā)明者】余建新, 唐彬海 申請人:杭州百事特實業(yè)有限公司