一種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε-己內酯的反應器的制造方法
【專利說明】一種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε-己內酯的反
l-k— □□
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε -己內酯的反應器，屬于化工、環境、能源等技術領域，適用于涉及多相流反應或氣體吸收操作等各種生產過程。
【背景技術】
[0002]ε -己內酯是一種無毒的新型聚酯單體，在高分子材料的合成和改性方面具有不可替代的作用，其聚合產物為生物可降解聚己內酯(PCL)，也可用于制備己內酰胺、膠粘劑、彈性體等。近年來隨己內酯用途的不斷擴大，其市場需求量逐漸加大，有關ε-己內酯的工業化生產也日益受到重視。由于合成己內酯涉及強氧化等苛刻工藝操作，迄今為止只有美國、英國、日本等國家的幾家公司能夠生產己內酯，而我國主要依賴進口。因此國內對此工藝的反應器也極少報道。
[0003]仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε -己內酯工藝的核心裝置是氧化反應器。用于該工藝的反應器的設計至少需要滿足氣液相間的動量與質量傳遞，相界面與液相內部的反應過程，反應氣體在反應器內分散程度，反應過程的熱交換等四個方面的要求。
[0004]液相氧化反應在工業上多采用鼓泡塔作為氧化反應器，鼓泡塔反應器主要是通過加強氣液分散效果來增加塔的生產效率。塔內的氣-液分散主要是依靠氣體進入塔內的浮力形成湍流動能，其能量較小，導致塔內氣泡尺寸大，單位體積內相接觸面積小，嚴重影響了鼓泡塔的生產效率。尤其在塔底部，進入塔內的氣速高，氣體難以分散。因此，開發一種能使氣-液相能夠達到有效分散、提高溶氧量、增強傳質的反應器用于制備ε-己內酯具有重要的意義。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種用于仿生催化環己酮氣液氧化制備ε -己內酯的反應器，通過在鼓泡塔內安裝雙層攪拌器，使氣-液相能夠達到有效分散、提高溶氧量、增強傳質，提高反應器的生產效率。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]—種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε -己內酯的反應器，分為上部和下部，下部為反應段，上部是直徑大于反應段的擴大段；擴大段的頂部設有氣相物料出口和冷凝回流液進口 ；在反應段的底部設有氣相原料進口以及反應物出口 ；反應段的側壁上設有液相原料進口 ；反應段內設有攪拌器，攪拌器的攪拌軸安裝在反應段的底部，與反應器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳和上層攪拌槳兩層槳葉。
[0008]在上述的反應器中，反應器底部還設有環形多孔氣體分布器。
[0009]在上述的反應器中，所述攪拌器的上層攪拌槳是軸向流槳，下層攪拌槳是徑向流槳，槳徑與塔徑之比均為0.33?0.6。
[0010]在上述的反應器中，所述上層攪拌槳為三寬葉翼形下壓式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.2?0.5。
[0011 ] 在上述的反應器中，所述下層攪拌槳為六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.17?0.5。
[0012]在上述的反應器中，所述上下兩層攪拌槳中心線距離為葉片直徑的1.0?1.5倍，下層槳距塔底距離為葉片直徑的1.0?1.5倍。
[0013]在上述的反應器中，所述環形多孔氣體分布器的環形圓管中心線圓直徑ds =(0.67?0.8) d，分布器位于攪拌器正下方，其環管中心線距塔底距離為1/8D，開孔總面積為進氣管圓截面積的1.0?1.2倍，開孔直徑Φ = (10?60)mm。
[0014]在上述的反應器中，所述反應段側壁垂直安裝周向均勻分布的4塊導流擋板，擋板寬與塔徑之比為1/12?1/10。
[0015]與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0016]1、本實用新型在傳統鼓泡塔反應器和氣-液攪拌釜的基礎上，在鼓泡塔內安裝雙層攪拌器，使氣液相在鼓泡塔內能夠得到有效分散，提高氣-液相的有效分散和溶氧量，增強傳質，提高原料轉化率和ε-己內酯的選擇性。
[0017]2、本實用新型提供的反應器易于實施，操作靈活，容易實現ε_己內酯制備工藝中產物的分離。
【附圖說明】
[0018]圖1是用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε -己內酯的反應器的結構示意圖；
[0019]圖2是反應器中上層三寬葉翼形下壓式攪拌槳結構示意圖；
[0020]圖3是反應器中下層六片弧葉圓盤渦輪式葉輪攪拌槳結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1-3所示，一種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε -己內酯的反應器，分為上部和下部，下部為反應段2，上部是直徑大于反應段的擴大段I ;擴大段的頂部設有氣相物料出口 3和冷凝回流液進口 4 ;在反應段的底部設有氣相原料進口 5以及反應物出口7 ;反應段的側壁上設有液相原料進口 8 ;反應段內設有攪拌器10，攪拌器的攪拌軸安裝在反應段的底部，與反應器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳11和上層攪拌槳12兩層槳葉；反應器底部還設有環形多孔氣體分布器6。
[0022]進一步的，攪拌器10的上層攪拌槳12是軸向流槳，下層攪拌槳11是徑向流槳，槳徑與塔徑之比均為0.33?0.6。上層攪拌槳12為三寬葉翼形下壓式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.2?0.5。下層攪拌槳11為六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.17?0.5。所述上下兩層攪拌槳中心線距離為葉片直徑的1.0?1.5倍，下層槳距塔底距離為葉片直徑的1.0?1.5倍。
[0023]進一步的，所述環形多孔氣體分布器6的環形圓管中心線圓直徑ds = (0.67?0.8) d，分布器位于攪拌器正下方，其環管中心線距塔底距離為1/8D，開孔總面積為進氣管圓截面積的1.0?1.2倍，開孔直徑Φ = (10?60)mm。
[0024]進一步的，反應段側壁垂直安裝周向均勻分布的4塊導流擋板9，擋板寬與塔徑之比為1/12?1/10。
[0025]液相原料從進料口 8進入，進料流為環己酮與苯甲醛、及溶有仿生催化劑的溶劑混合物，與體系中的循環物料合并。氣相原料氧氣或空氣從進料口 5噴入，通過環形分布器6進行分散，啟動攪拌，控制攪拌速度為300?800轉/分鐘，在333K下連續攪拌反應，得到小氣泡，氣液相進行混合對流。反應器底部的攪拌器10，下層槳六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳12對氣液相進行剪切，使氣泡破碎成更小的氣泡，相界面積增加，有利于氣液傳質；上層槳三寬葉翼形下壓式攪拌槳11加強氣液相的循環能力強，同時下壓槳的作用是加速苯甲酸固體的析出。由于苯甲酸過量的存在會促進產物己內酯生成己二酸等副產物，及時移除多余的苯甲酸可抑制副產物的生成。固體苯甲酸析出積累到一定量可通過產物出口 7進行移出反應器。由于液體進料是從上而下的進入，可沖刷塔底的固體，使其在塔底不會沉積。產物混合物中含有ε -己內酯和苯甲酸，進入后續分離單元。
[0026]上層的三寬葉翼形下壓式攪拌槳，這種槳為軸向流槳，使氣泡在全塔內循環，避免氣-液分區現象，使氣-液在全塔內分散均勻，葉輪區的面積率很大，延長了氣體的停留時間；下層的六片弧葉圓盤渦輪式槳為徑向流槳，其剪切作用強，可將從氣體分布器中進入的氣體進行有效的破碎，且這種槳半管葉片的彎曲抑制了氣穴的形成，載氣能力提高，泛點轉速提高，改善了分散和傳質性能。
【主權項】
1.一種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε -己內酯的反應器，其特征在于分為上部和下部，下部為反應段(2)，上部是直徑大于反應段的擴大段(I);擴大段的頂部設有氣相物料出口(3)和冷凝回流液進口(4);在反應段的底部設有氣相原料進口(5)以及反應物出口(7);反應段的側壁上設有液相原料進口(8);反應段內設有攪拌器(10)，攪拌器的攪拌軸安裝在反應段的底部，與反應器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳(11)和上層攪拌槳(12)兩層槳葉。2.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于反應器底部還設有環形多孔氣體分布器(6) ο3.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于所述攪拌器(10)的上層攪拌槳(12)是軸向流槳，下層攪拌槳(11)是徑向流槳，槳徑與塔徑之比均為0.33?0.6。4.根據權利要求1或3所述的反應器，其特征在于所述上層攪拌槳(12)為三寬葉翼形下壓式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.2?0.5。5.根據權利要求1或3所述的反應器，其特征在于所述下層攪拌槳(11)為六片弧葉圓盤渦輪式攪拌槳，其葉片直徑與釜徑比d/D為0.17?0.5。6.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于所述上下兩層攪拌槳中心線距離為葉片直徑的1.0?1.5倍，下層槳距塔底距離為葉片直徑的1.0?1.5倍。7.根據權利要求2所述的反應器，其特征在于，所述環形多孔氣體分布器(6)的環形圓管中心線圓直徑ds= (0.67?0.8) d，分布器位于攪拌器正下方，其環管中心線距塔底距離為1/8D，開孔總面積為進氣管圓截面積的1.0?1.2倍，開孔直徑φ = (10?60)mm。8.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于所述反應段側壁垂直安裝周向均勻分布的4塊導流擋板(9)，擋板寬與塔徑之比為1/12?1/10。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于仿生催化環己酮氣液相氧化制備ε-己內酯的反應器，分為上部和下部，下部為反應段，上部是直徑大于反應段的擴大段；擴大段的頂部設有氣相物料出口和冷凝回流液進口；在反應段的底部設有氣相原料進口以及反應物出口；反應段的側壁上設有液相原料進口；反應段內設有攪拌器，攪拌器的攪拌軸安裝在反應段的底部，與反應器同軸，攪拌軸上安裝有下層攪拌槳和上層攪拌槳兩層槳葉。采用該反應器可提高氣-液相的有效分散和溶氧量，增強傳質，提高原料轉化率和ε-己內酯的選擇性，同時還可提高仿生催化環己酮氧化制備ε-己內酯裝置的操作靈活性。
【IPC分類】C07D313/04, B01J8/00
【公開號】CN204816457
【申請號】CN201520564461
【發明人】紀紅兵, 周賢太, 陳小玲, 王結祥
【申請人】中山大學惠州研究院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月29日