提高丙烯水合反应效果的反应器的制作方法

1.本发明涉及一种丙烯水合反应制备异丙醇的技术领域，具体涉及一种提高丙烯水合反应效果的反应器。


背景技术：

2.异丙醇是一种有机化合物，分子式是c3h8o，是正丙醇的同分异构体，别名二甲基甲醇、2
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丙醇，行业中也作ipa。是无色透明液体，易燃，有似乙醇和丙酮混合物的气味。 溶于水，也溶于醇、醚、苯、氯仿等多数有机溶剂。 异丙醇是重要的化工产品和原料。
3.异丙醇的制备方法一般有三种：间接水合法、直接水合法和丙酮加氢法。这三种方法中，其中直接水合法是相对而言最环保的，工艺流程也是最为简单。通过丙烯和水混合之后在一定压力和一定温度下，在催化剂的作用下直接水合产生丙醇。直接水合法的缺点就是丙烯的转化率相对较低，丙烯循环量较大，目前通过一些工艺条件的改进能够改进丙烯的转化率。但是不管采用什么工艺通过丙烯进行直接水合法产异丙醇，要想保证丙烯在对应工艺的转化率，都需要保证，在反应过程中丙烯与水的混合效果，丙烯与水的混合效果越好，丙烯的转化率就越高，异丙醇的得率也就相对越高。而本领域技术人员在对于丙烯与水混合效果的技术问题上目前仍然有很大的技术改进空间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种提高丙烯水合反应效果的反应器，通过微界面发生器与环形催化剂隔层、中心催化剂隔层的结构设置，从而便于通过微界面发生器产生的微米级丙烯气泡与反应器内纯水混合后形成的乳化液先经过环形催化剂隔层的时候反应产生异丙醇、再通过中心催化剂隔层的时候反应产生异丙醇，从而提高了丙烯水合反应的效果，提高了异丙醇的得率；通过纯水进液支管与反应器连接，从而可以使得反应器内的气液混合物能够在进液支管的进液作用下自行起到搅拌混合的作用，提高了气液混合物的混合效果；通过纯水进液支管的结构，从而使进入反应器的为直接预先混合的气液混合物，进一步提高反应器内的丙烯气体的水合反应的反应效率；反应器通过多个催化剂隔层形成多级混合区，使反应器内的丙烯气体有更多机会发生水合反应，进而进一步提高了丙烯水合反应的效果，提高异丙醇的得率；纯水进液支管所进的气液混合物能够将残留在环形催化剂隔层内的微米级丙烯气泡及其与水混合形成乳化物带走并与混合区内的气液混合物混合后与中心催化剂隔层反应，同时还便于使微界面发生器继续产生更多的微米级丙烯气泡及其与水混合形成的乳化物能够与环形催化剂隔层反应。
5.本发明所采取的技术方案是：提高丙烯水合反应效果的反应器，包括反应器，所述反应器内固定连接有催化剂隔层a，所述催化剂隔层a将反应器内分隔成位于催化剂隔层a下方的混合区a和位于催化剂隔层a上方的逸出区，所述催化剂隔层a包括固定于反应器内侧壁的环形催化剂隔层和通过密封板a固定于环形催化剂隔层内侧的中心催化剂隔层，所述环形催化剂隔层与中心催化
剂隔层之间通过密封板a密封隔断，所述反应器的内侧壁、对应位于环形催化剂隔层顶面对应固定连接有微界面发生器，所述微界面发生器包括多个沿着环形催化剂隔层依次均匀分布的微界面发生器单元，所述微界面发生器单元依次拼接、形成与环形催化剂隔层匹配的环形结构，每个微界面发生器单元均通过穿过反应器侧壁的丙烯进气支管分别与丙烯供气装置连通，所述微界面发生器单元的顶面、面向反应器轴心的一侧端面、以及相邻两个微界面发生器单元之间的端面均固定连接有密封板b，所述反应器侧壁、位于混合区a内还分别连通有多个纯水进液支管，所述纯水进液支管以反应器的轴心为中心均匀分布，所述纯水进液支管进入反应器的进液方向为反应器对应位置处的切线方向，通过纯水进液支管进入反应器时的进水角速度方向相同，所述纯水进液支管分别与纯水供水装置连通，所述反应器的顶部还设有出气管。
6.本发明进一步改进方案是，所述反应器内、位于催化剂隔层a的下方还固定连接有催化剂隔层b，所述催化剂隔层b将反应器内的混合区a分隔出位于催化剂隔层a和催化剂隔层b之间的混合区b，所述催化剂隔层b与催化剂隔层a结构相同，也包括固定于反应器内侧壁的环形催化剂隔层和通过密封板a固定于环形催化剂隔层内侧的中心催化剂隔层，所述环形催化剂隔层与中心催化剂隔层之间通过密封板a密封隔断，并且所述反应器的内侧壁、对应位于催化剂隔层b的环形催化剂隔层顶面也对应固定连接有微界面发生器，所述微界面发生器包括多个沿着环形催化剂隔层依次均匀分布的微界面发生器单元，所述微界面发生器单元依次拼接、形成与环形催化剂隔层匹配的环形结构，每个微界面发生器单元均通过穿过反应器侧壁的丙烯进气支管分别与丙烯供气装置连通，所述微界面发生器单元的顶面、面向反应器轴心的一侧端面、以及相邻两个微界面发生器单元之间的端面均固定连接有密封板b，所述反应器侧壁、位于混合区b内还分别连通有多个纯水进液支管，所述纯水进液支管以反应器的轴心为中心均匀分布，所述纯水进液支管进入反应器的进液方向为反应器对应位置处的切线方向，通过纯水进液支管进入反应器时的进水角速度方向相同，所述纯水进液支管分别与纯水供水装置连通。
7.本发明更进一步改进方案是，所述丙烯进气支管的丙烯气体通过微界面发生器单元所产生的微米级的气泡垂直于环形催化剂隔层的方向、向下穿过环形催化剂隔层，然后再向上穿过中心催化剂隔层，所述环形催化剂隔层和中心催化剂隔层均包括多层丝网a，并且相邻两层丝网a之间假设固定有催化剂层。
8.本发明更进一步改进方案是，所述环形催化剂隔层沿着由外向内的方向向上倾斜。
9.本发明更进一步改进方案是，固定于催化剂隔层a的微界面发生器单元所对应的丙烯进气支管和固定于催化剂隔层b的微界面发生器单元所对应的丙烯进气支管分别通过各自的进气环管与丙烯供气装置连通。
10.本发明更进一步改进方案是，对应位于混合区a位置处的纯水进液支管和对应位于混合区b位置处的纯水进液支管分别通过各自的进液环管与纯水供水装置连通。
11.本发明更进一步改进方案是，所述纯水进液支管的外侧壁、位于与反应器连接的位置处分别同轴心包覆固定有密闭管套，所述密闭管套分别通过通气管与该纯水进液支管所在混合区上方相邻的进气环管连通，并且纯水进液支管的管壁、对应于密闭管套位置处设有进气孔，所述进气孔还设有能够是管套内的丙烯气体进入纯水进液支管内的单向阀。
12.本发明更进一步改进方案是，所述进气孔沿着纯水进液支管的长度方向设有多组，每组进气孔设有多个、并以纯水进液支管的轴心为中心均匀分布，相邻两组进气孔交错设置。
13.本发明更进一步改进方案是，所述纯水进液支管的内壁均匀分布有多根沿着纯水进液支管轴向螺旋设置的筋板，相邻两根筋板形成一个螺旋通道，所述进气孔分别对应位于螺旋通道内。
14.本发明更进一步改进方案是，所述纯水进液支管的轴心沿着纯水进液方向向下倾斜，所述纯水进液支管与反应器的侧壁连接处形成进液口，所述进液口还分别固定连接有丝网b。
15.本发明更进一步改进方案是，对应位于混合区a的纯水进液支管的进水方向与对应位于混合区b的纯水进液支管的进水方向相同或相反。
16.本发明更进一步改进方案是，所述进气环管之间通过连接管a固定连接，所述进气环管同轴心设置于反应器的外侧，所述连接管a设有多个、并以反应器的轴心为中心均匀分布。
17.本发明更进一步改进方案是，所述进气环管之间通过连接管a连通。
18.本发明更进一步改进方案是，所述进液环管之间通过连接管b固定连接，所述进液环管同轴心设置于反应器的外侧，所述连接管b设有多个、并以反应器的轴心为中心均匀分布。
19.本发明更进一步改进方案是，所述进液环管之间通过连接管b连通。
20.本发明的有益效果在于：第一、本发明的提高丙烯水合反应效果的反应器，通过微界面发生器与环形催化剂隔层、中心催化剂隔层的结构设置，从而便于通过微界面发生器产生的微米级丙烯气泡与反应器内纯水混合后形成的乳化液先经过环形催化剂隔层的时候反应产生异丙醇、再通过中心催化剂隔层的时候反应产生异丙醇，从而提高了丙烯水合反应的效果，提高了异丙醇的得率。
21.第二、本发明的提高丙烯水合反应效果的反应器，通过纯水进液支管与反应器连接，从而可以使得反应器内的气液混合物能够在进液支管的进液作用下自行起到搅拌混合的作用，提高了气液混合物的混合效果。
22.第三、本发明的提高丙烯水合反应效果的反应器，通过纯水进液支管的结构，从而使进入反应器的为直接预先混合的气液混合物，进一步提高反应器内的丙烯气体的水合反应的反应效率。
23.第四、本发明的提高丙烯水合反应效果的反应器，反应器通过多个催化剂隔层形成多级混合区，使反应器内的丙烯气体有更多机会发生水合反应，进而进一步提高了丙烯水合反应的效果，提高异丙醇的得率。
24.第五、本发明的提高丙烯水合反应效果的反应器，纯水进液支管所进的气液混合物能够将残留在环形催化剂隔层内的微米级丙烯气泡及其与水混合形成乳化物带走并与混合区内的气液混合物混合后与中心催化剂隔层反应，同时还便于使微界面发生器继续产生更多的微米级丙烯气泡及其与水混合形成的乳化物能够与环形催化剂隔层反应。
25.附图说明：
图1为本发明反应器的主视剖视示意图。
26.图2为本发明的纯水进水管与反应器连接处的剖视放大示意图。
27.具体实施方式：结合图1和图2可知，提高丙烯水合反应效果的反应器，包括反应器1，所述反应器1内固定连接有催化剂隔层a2，所述催化剂隔层a2将反应器1内分隔成位于催化剂隔层a2下方的混合区a3和位于催化剂隔层a2上方的逸出区4，所述催化剂隔层a2包括固定于反应器1内侧壁的环形催化剂隔层16和通过密封板a15固定于环形催化剂隔层16内侧的中心催化剂隔层17，所述环形催化剂隔层16与中心催化剂隔层17之间通过密封板a15密封隔断，所述反应器1的内侧壁、对应位于环形催化剂隔层16顶面对应固定连接有微界面发生器，所述微界面发生器包括多个沿着环形催化剂隔层16依次均匀分布的微界面发生器单元5，所述微界面发生器单元5依次拼接、形成与环形催化剂隔层16匹配的环形结构，每个微界面发生器单元5均通过穿过反应器1侧壁的丙烯进气支管6分别与丙烯供气装置连通，所述微界面发生器单元5的顶面、面向反应器1轴心的一侧端面、以及相邻两个微界面发生器单元5之间的端面均固定连接有密封板b18，所述反应器1侧壁、位于混合区a3内还分别连通有多个纯水进液支管7，所述纯水进液支管7以反应器1的轴心为中心均匀分布，所述纯水进液支管7进入反应器1的进液方向为反应器1对应位置处的切线方向，通过纯水进液支管7进入反应器1时的进水角速度方向相同，所述纯水进液支管7分别与纯水供水装置连通，所述反应器1的顶部还设有出气管8。
28.所述反应器1内、位于催化剂隔层a2的下方还固定连接有催化剂隔层b2’，所述催化剂隔层b2’将反应器1内的混合区a3分隔出位于催化剂隔层a2和催化剂隔层b2’之间的混合区b3’，所述催化剂隔层b2’与催化剂隔层a2结构相同，也包括固定于反应器1内侧壁的环形催化剂隔层16和通过密封板a15固定于环形催化剂隔层16内侧的中心催化剂隔层17，所述环形催化剂隔层16与中心催化剂隔层17之间通过密封板a15密封隔断，并且所述反应器1的内侧壁、对应位于催化剂隔层b2’的环形催化剂隔层16顶面也对应固定连接有微界面发生器，所述微界面发生器包括多个沿着环形催化剂隔层16依次均匀分布的微界面发生器单元5，所述微界面发生器单元5依次拼接、形成与环形催化剂隔层16匹配的环形结构，每个微界面发生器单元5均通过穿过反应器1侧壁的丙烯进气支管6分别与丙烯供气装置连通，所述微界面发生器单元5的顶面、面向反应器1轴心的一侧端面、以及相邻两个微界面发生器单元5之间的端面均固定连接有密封板b18，所述反应器1侧壁、位于混合区b3’内还分别连通有多个纯水进液支管7，所述纯水进液支管7以反应器1的轴心为中心均匀分布，所述纯水进液支管7进入反应器1的进液方向为反应器1对应位置处的切线方向，通过纯水进液支管7进入反应器1时的进水角速度方向相同，所述纯水进液支管7分别与纯水供水装置连通。
29.所述丙烯进气支管6的丙烯气体通过微界面发生器单元5所产生的微米级的气泡垂直于环形催化剂隔层16的方向、向下穿过环形催化剂隔层16，然后再向上穿过中心催化剂隔层17，所述环形催化剂隔层16和中心催化剂隔层17均包括多层丝网a，并且相邻两层丝网a之间假设固定有催化剂层。
30.所述环形催化剂隔层16沿着由外向内的方向向上倾斜。
31.固定于催化剂隔层a2的微界面发生器单元5所对应的丙烯进气支管6和固定于催化剂隔层b2’的微界面发生器单元5所对应的丙烯进气支管6分别通过各自的进气环管10与
丙烯供气装置连通。
32.对应位于混合区a3位置处的纯水进液支管7和对应位于混合区b3’位置处的纯水进液支管7分别通过各自的进液环管11与纯水供水装置连通。
33.所述纯水进液支管7的外侧壁、位于与反应器1连接的位置处分别同轴心包覆固定有密闭管套12，所述密闭管套12分别通过通气管13与该纯水进液支管7所在混合区上方相邻的进气环管10连通，并且纯水进液支管7的管壁、对应于密闭管套12位置处设有进气孔21，所述进气孔21还设有能够是管套12内的丙烯气体进入纯水进液支管7内的单向阀。
34.所述进气孔21沿着纯水进液支管7的长度方向设有多组，每组进气孔21设有多个、并以纯水进液支管7的轴心为中心均匀分布，相邻两组进气孔21交错设置。
35.所述纯水进液支管7的内壁均匀分布有多根沿着纯水进液支管7轴向螺旋设置的筋板22，相邻两根筋板22形成一个螺旋通道，所述进气孔21分别对应位于螺旋通道内。
36.所述纯水进液支管7的轴心沿着纯水进液方向向下倾斜，所述纯水进液支管7与反应器1的侧壁连接处形成进液口9，所述进液口9还分别固定连接有丝网b14。
37.对应位于混合区a3的纯水进液支管7的进水方向与对应位于混合区b3’的纯水进液支管7的进水方向相同或相反。进水方向相同的话，便于混合区a3的纯水进液支管7和混合区b3’的纯水进液支管7的连接固定；进水方向相反的话，便于进一步提高混合区b3’内丙烯和纯水的混合效果。
38.所述进气环管10之间通过连接管a19固定连接，所述进气环管10同轴心设置于反应器1的外侧，所述连接管a19设有多个、并以反应器1的轴心为中心均匀分布。
39.所述进气环管10之间通过连接管a19连通。
40.所述进液环管11之间通过连接管b20固定连接，所述进液环管11同轴心设置于反应器1的外侧，所述连接管b20设有多个、并以反应器1的轴心为中心均匀分布。
41.所述进液环管11之间通过连接管b20连通。
42.本发明使用的时候，通过纯水管路阀门的控制，使纯水供水装置所供应的纯水先加热到反应温度后，仅向对应于混合区a3的进液环管11供水，并使该进液环管11通过对应的进液支管7供水；同时通过丙烯管路阀门的控制，使丙烯供气装置所供应的丙烯气体先加热到反应温度后，仅通过对应于混合区a3的进气环管10供丙烯气体，并使该进气环管10通过通气管13向对应的进液支管7外侧壁所设的密闭套管12内供丙烯气体；丙烯气体在气压作用下通过进气孔21进入进液支管7后、与进液支管7内的纯水迅速混合、并在丙烯气体喷入进液支管7内的动力作用以及螺旋通道的作用下、使丙烯气体和纯水在进液支管7的径向和周向有更多相对运动的机会、进而更有效混合丙烯气体和纯水的同时，还能沿着螺旋通道共同向前、并使丙烯气体和纯水的气液混合物在沿着进液支管7的轴向方向加速向反应器1内移动；当进液支管7内的丙烯气体和纯水的气液混合物经过进液支管7与反应器1连接处形成的进液口9位置处时，高速移动的丙烯气体和纯水的气液混合物撞击到进液口9处的丝网b14，从而使纯水和丙烯气体的混合物撞碎成更小颗粒的液滴和气泡，便于丙烯气体和纯水的进一步混合；通过进液口9进入反应器1内的气液混合物，由于进液口9的进液方向而使混合区a3内的气液混合物沿着进液方向旋转形成漩涡，进一步提高了丙烯气体与纯水的混合效果；进液支管7持续向反应器1内输入丙烯气体和纯水的气液混合物，反应器1内的气液混合物的液面逐渐升高，当气液混合物的液面上升至与反应器1内的催化剂隔层b2’接触
时，气液混合物便能开始反应产生异丙醇，异丙醇和气液混合物中逸出的丙烯气体便继续向上依次穿过催化剂隔层b2’和催化剂隔层a2各自的中心催化剂隔层17后从反应器1顶部的出气管8离开反应器1并进行后续分离丙烯气体和异丙醇的工序。
43.在上述过程的基础上，当反应器1内的丙烯气体和纯水的气液混合物液面继续向上漫过催化剂隔层b2’；然后另外通过丙烯管路阀门的控制，使加热到反应温度的丙烯气体通过对应于混合区a3的丙烯进气支管6向催化剂隔层b2’对应的微界面发生器单元5供丙烯气体；然后在微界面发生器单元5的作用下，使丙烯气体在反应器1内的丙烯气体和纯水的气液混合物中产生大量微米级气泡、并与丙烯气体和纯水的气液混合物中的纯水形成乳化液，而包含乳化液、微米级丙烯气泡的丙烯和纯水的气液混合物向下经过环形催化剂隔层16发生反应产生异丙醇后，再在混合区a3内转动的气液混合物的漩涡作用下将残留在环形催化剂隔层16的乳化液和微米级气泡离开环形催化剂隔层16，便于微界面发生器单元5进一步产生微米级气泡并与丙烯和纯水的气液混合物形成乳化液；由于产生的异丙醇为气态、乳化液中和微米级气泡中的气体含量相比于混合区a3内大部分的气液混合物中的气体含量较高，所以异丙醇、乳化液和微米级气泡的密度相对于气液混合物的密度较小、惯性较小，会位于混合区a3内气液混合物的上层，再由于催化剂隔层b2’的环形催化剂隔层16是沿着由外向内的顺序向上倾斜的，所以垂直环形催化剂隔层16向下的乳化液和微米级气泡在向下的同时也向反应器1的中心移动，而且由于混合区a3顶面为催化剂隔层b2’，所以混合区a3内的异丙醇、乳化液和微米级气泡就会集中于气液混合物的上层中间位置处，即正好对应于催化剂隔层b2’的中心催化剂隔层17，而且乳化液和微米级气泡会被中心催化剂隔层17挡住而聚集在中心催化剂隔层17内，从而进一步便于丙烯气体和纯水充分混合形成的乳化液和微米级气泡和纯水混合物有效地与中心催化剂隔层17接触并提高了反应效率，也便于产生的异丙醇穿过中心催化剂隔层17向上逸出；向上穿过催化剂隔层b2’的异丙醇和气液混合物中逸出的丙烯气体继续向上穿过催化剂隔层a2各自的中心催化剂隔层17后从反应器1顶部的出气管8离开反应器1并进行后续分离丙烯气体和异丙醇的工序。
44.在上述过程的基础上，当需要提高异丙醇产率的时候，另外通过纯水管路阀门的控制和丙烯管路阀门的控制，使纯水供水装置所供应的纯水先加热到反应温度后，也向对应于混合区b3’的进液环管11供水，并使该进液环管11通过对应的进液支管7供水；同时通过丙烯管路阀门的控制，使丙烯供气装置所供应的丙烯气体先加热到反应温度后，也通过对应于混合区b3’的进气环管10供丙烯气体，并使该进气环管10通过通气管13向对应的进液支管7外侧壁所设的密闭套管12内供丙烯气体；丙烯气体在气压作用下通过进气孔21进入进液支管7后、与进液支管7内的纯水迅速混合、并在丙烯气体喷入进液支管7内的动力作用以及螺旋通道的作用下、使丙烯气体和纯水在进液支管7的径向和周向有更多相对运动的机会、进而更有效混合丙烯气体和纯水的同时，还能沿着螺旋通道共同向前、并使丙烯气体和纯水的气液混合物在沿着进液支管7的轴向方向加速向反应器1内移动；当进液支管7内的丙烯气体和纯水的气液混合物经过进液支管7与反应器1连接处形成的进液口9位置处时，高速移动的丙烯气体和纯水的气液混合物撞击到进液口9处的丝网b14，从而使纯水和丙烯气体的混合物撞碎成更小颗粒的液滴和气泡，便于丙烯气体和纯水的进一步混合；通过进液口9进入反应器1内的气液混合物，由于进液口9的进液方向而使混合区b3’内的气液混合物沿着进液方向旋转形成漩涡，进一步提高了丙烯气体与纯水的混合效果；进液支管7
持续向反应器1的混合区b3’内输入丙烯气体和纯水的气液混合物，再加上持续向混合区a3进行进液和进气，使得混合区b3’内的气液混合物的液面快速升高，当气液混合物的液面上升至与反应器1内的催化剂隔层a2接触时，混合区a3内的气液混合物便能再次反应产生异丙醇，异丙醇和气液混合物中逸出的丙烯气体便继续向上穿过催化剂隔层a2各自的中心催化剂隔层17后从反应器1顶部的出气管8离开反应器1并进行后续分离丙烯气体和异丙醇的工序。
45.在上述过程的基础上，当反应器1内的丙烯气体和纯水的气液混合物液面继续向上漫过催化剂隔层a2；然后另外通过丙烯管路阀门的控制，使加热到反应温度的丙烯气体通过对应于混合区b3’的丙烯进气支管6向催化剂隔层a2对应的微界面发生器单元5供丙烯气体；然后在微界面发生器单元5的作用下，使丙烯气体在反应器1内的丙烯气体和纯水的气液混合物中产生大量微米级气泡、并与丙烯气体和纯水的气液混合物中的纯水形成乳化液，而包含乳化液、微米级丙烯气泡的丙烯和纯水的气液混合物向下经过环形催化剂隔层16发生反应产生异丙醇后，再在混合区a3内转动的气液混合物的漩涡作用下将残留在环形催化剂隔层16的乳化液和微米级气泡离开环形催化剂隔层16，便于微界面发生器单元5进一步产生微米级气泡并与丙烯和纯水的气液混合物形成乳化液；由于产生的异丙醇为气态、乳化液中和微米级气泡中的气体含量相比于混合区b3’内大部分的气液混合物中的气体含量较高，所以异丙醇、乳化液和微米级气泡的密度相对于气液混合物的密度较小、惯性较小，会位于混合区b3’内气液混合物的上层，再由于催化剂隔层a2的环形催化剂隔层16是沿着由外向内的顺序向上倾斜的，所以垂直环形催化剂隔层16向下的乳化液和微米级气泡在向下的同时也向反应器1的中心移动，而且由于混合区b3’顶面为催化剂隔层a2，所以混合区b3’内的异丙醇、乳化液和微米级气泡就会集中于气液混合物的上层中间位置处，即正好对应于催化剂隔层a2的中心催化剂隔层17，而且乳化液和微米级气泡会被中心催化剂隔层17挡住而聚集在中心催化剂隔层17内，从而进一步便于丙烯气体和纯水充分混合形成的乳化液和微米级气泡和纯水混合物有效地与中心催化剂隔层17接触并提高了反应效率，也便于产生的异丙醇穿过中心催化剂隔层17向上逸出；向上穿过催化剂隔层a2的异丙醇和气液混合物中逸出的丙烯气体继续向上从反应器1顶部的出气管8离开反应器1并进行后续分离丙烯气体和异丙醇的工序。