一种正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统及制备方法与流程

1.本发明涉及正丁醛缩合技术领域，具体而言，涉及一种正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统及制备方法。


背景技术：

2.丁辛醇是合成精细化工产品的重要原料，目前我国丁辛醇产量巨大，约占世界总量的21％，丁辛醇主要用于生产增塑剂、溶剂、脱水剂、消泡剂、分散剂、浮选剂、石油添加剂及合成香料等。由于其广泛的用途，丁辛醇的产量和用量也逐年提高。
3.丁辛醇可以通过正丁醛缩合进行制备，具体为：
4.(1)正丁醛缩合反应生成2
‑
乙基
‑3‑
丙基丙烯醛(epa):
5.2ch3ch2ch3cho
→
ch3ch2ch2ch＝c(c2h5)cho h2o
6.(2)2
‑
乙基
‑3‑
丙基丙烯醛加氢生成辛醇：
7.ch3ch2ch2ch＝c(c2h5)cho 2h2→
ch3ch2ch2ch(ch2ch3)ch2oh
8.目前，正丁醛缩合工艺有以下缺陷：
9.(1)碱液与正丁醛以液
‑
液两相直接进入搅拌釜缩合反应器，两相分布均匀度有限，液滴形状不规则且直径较大，液液相界面积小，影响相间传质和反应效率；
10.(2)为了保证缩合反应器内有预期的丁醛缩合反应速度，目前反应釜中操作温度偏高，碱液naoh浓度较高，反应产物停留时间过长，会导致重组分增多，影响正丁醛收率；
11.(3)缩合反应全程收率有待提高，塔底丁醛含量偏高；
12.(4)缩合循环塔的塔底再沸器持液量大，产物停留时间过长，带来局部超温，可能导致重组分含量增多。
13.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

14.本发明的第一目的在于提供一种正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统，该反应系统通过将反应器分为上下两个反应区，使原料经过两次反应，原料反应更加充分，提高了原料的转化率；通过在第一反应区内设置第一微界面发生器，利用第一微界面发生器将碱液分散破碎成为微米级别的微液滴后分散到正丁醛溶液中，提高了两相分布的均匀度，液滴形状均匀，直径小，大幅度提高传质速率，降低了反应需要的温度，提高了产物收率。
15.本发明的第二目的在于提供一种采用上述系统制辛烯醛的制备方法，该制备方法操作简便，丁醛转化率高，产品品质高，有利于减少能耗，达到比现有工艺更佳的反应效果。
16.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
17.本发明提供了一种正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统，包括：反应器；所述反应器内设置有分隔板，所述反应器内部空间沿所述分隔板分成两个相互独立的空间；位于所述分隔板下方的空间为第一反应区；
18.所述第一反应区的侧壁上设置有正丁醛进口和碱液进口，所述第一反应区内部设
置有第一微界面发生器，所述第一微界面发生器与所述正丁醛进口和所述碱液进口相连，碱液经所述第一微界面发生器分散破碎成微米级别的微液滴后，进入所述第一反应区内催化所述正丁醛进行缩合反应。
19.现有技术中，正丁醛缩合制备辛烯醛是丁辛醇制备工艺中的重要环节。然而，目前的正丁醛缩合工艺中，碱液与正丁醛以液
‑
液两相直接进入搅拌釜缩合反应器，两相分布均匀度有限，液滴形状不规则且直径较大，液液相界面积小，影响相间传质和反应效率；且由于反应釜中操作温度偏高，碱液naoh浓度较高，反应产物停留时间过长，会导致重组分增多，影响正丁醛收率。
20.为解决上述技术问题，本发明提供了一种正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统，该系统通过将反应器分为上下两个反应区，使原料经过两次反应，原料反应更加充分，提高了原料的转化率；通过在第一反应区内设置第一微界面发生器，利用第一微界面发生器将碱液分散破碎成为微米级别的微液滴后分散到正丁醛溶液中，提高了两相分布的均匀度，液滴形状均匀，直径小，大幅度提高传质速率，降低了反应需要的温度，提高了产物收率，且该系统无需使用精馏塔，占地面积小。
21.优选的，位于所述分隔板上方的为第二反应区；所述第二反应区内设置有第二微界面发生器，所述第一反应区连接有第一循环管路，所述第一循环管路的进口与所述第一反应区相连，所述第一循环管路的出口分别与所述第一微界面发生器和所述第二微界面发生器相连。
22.优选的，还包括第二冷凝器和层析器；所述第二反应区的侧壁上设置有产物出口，所述产物出口连接有第二循环管路，所述第二循环管路上设置有第一冷凝器；所述第二循环管路循环的物料一部分经所述第一冷凝器冷凝后流回所述第二微界面发生器中，另一部分经所述第二冷凝器冷凝后流入所述层析器中。
23.优选的，所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器的出口处均设置有分布盘。
24.优选的，所述分布盘呈锥形，所述分布盘上竖直设置有多个通孔。
25.本发明通过将反应器分成第一反应区和第二反应区，使反应物料经过两次反应，物料反应更加充分，原料反应更加充分；第一反应区与第二反应区内均设置有微界面发生器，能够将碱液分散成为微米级别的微气泡后，均匀分散到正丁醛中，提高了两者的混合均匀度，提高了催化效果。反应时，碱液经第一微界面发生器分散破碎成为微米级别的微液滴后，分散到正丁醛中，催化正丁醛进行缩合反应，反应物流随第一循环管路一部分流回第一反应区并在第一微界面发生器的分散破碎下继续反应，另一部分流入第二反应区中；流入第二反应区的物流通入到第二微界面发生器中，其中的碱液经第二微界面发生器分散为微液滴后分散到第二反应区中催化未反应的正丁醛继续反应。正丁醛与碱液两相混合均匀度高，提高了催化效果，增大了相界传质面积，降低了反应所需的温度。
26.需要注意的是，在本发明中，微界面发生器分散破碎的两相均为液相，这是由于虽然碱液和正丁醛均为液相，但这两种液相互不混合，碱液为水相，正丁醛为油相，碱液在正丁醛缩合反应中起到催化剂的作用，且在本发明中，碱液为分散相，正丁醛为连续相，为提高两个液相间的接触面积，使两者均匀混合，达到最优的催化效果，通过微界面发生器对分散相碱液进行微界面破碎，使其分散为微米级别的微液滴，同时通入正丁醛既是为了提供
动力，也是为了使碱液微液滴均匀分布在正丁醛中，提高了两相混合均匀度，提高了碱液对缩合反应的催化效果和反应速率。
27.在本发明中，第一微界面发生器与第二微界面发生器的数量可以仅为一个，也可以为相互串联或并联的多个，当为并联的多个时，相邻两个微界面发生器的出口相对，这样能够利用两股相对的微液滴流形成对冲流，提高碱液微液滴在正丁醛中的分散均匀度，提高催化效果。
28.在本发明中，第一微界面发生器和第二微界面发生器的出口处均设置有分布盘，这是为了通过分布盘促进微液滴在正丁醛中均匀分布，提高两相混合的均匀度。反应时，一部分微液滴沿分布盘表面向四周流动分散，另一部分经分布盘上的通孔向不同方向分布。
29.本发明的正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统在使用时，无需设置精馏塔，这是因为经过反应器中的两次反应后物料转化率基本已经达到要求，无需再次精馏。也因此，本发明的系统整体占地面积小，使用方便。
30.本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号cn201610641119.6、cn201610641251.7、cn201710766435.0、cn106187660、cn105903425a、cn109437390a、cn205833127u及cn207581700u的专利。在先专利cn201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。
31.另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利cn106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第31.‑
[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器s
‑
2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比
下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。
[0032]
由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(cn201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本发明中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本发明的微界面发生器属于现有技术。
[0033]
优选的，所述正丁醛进口连接有正丁醛管路，所述碱液进口连接有碱液管路。
[0034]
优选的，所述层析器底部设置有碱液出口，所述碱液出口与所述碱液管路相连。
[0035]
优选的，所述层析器的底部设置有采出口，所述采出口与所述第二冷凝器相连；所述层析器分离出的产物经采出口采出，与从所述第二循环管路流出的物流在所述第二冷凝器中换热后采出。
[0036]
优选的，所述层析器顶部设置有不凝气出口。
[0037]
本发明还提供了一种采用上述的正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统的制备方法，包括如下步骤：
[0038]
碱液经微界面破碎成微米级别的微液滴后，催化正丁醛进行缩合反应，得到产物辛烯醛。
[0039]
优选的，所述缩合反应温度为110
‑
120℃，压力为0.1
‑
0.8mpa。进一步的，所述缩合反应温度为114
‑
117℃，压力为0.2
‑
0.4mpa。
[0040]
采用本发明的反应方法得到的辛烯醛产品品质好、收率高。且该制备方法本身反应能耗低，成本显著降低。
41.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0042]
本发明的正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统通过将反应器分为上下两个反应区，使原料经过两次反应，原料反应更加充分，提高了原料的转化率；通过在第一反应区和第二反应区内分别设置第一微界面发生器和第二微界面发生器，利用微界面发生器将碱液分散破碎成为微米级别的微液滴后分散到正丁醛溶液中，提高了两相分布的均匀度，液滴形状均匀，直径小，大幅度提高传质速率，降低了反应需要的温度，提高了产物收率。
附图说明
[0043]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0044]
图1为本发明实施例提供的正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统的结构示意图；
[0045]
图2为本发明实施例提供的反应器的结构示意图；
[0046]
图3为本发明实施例提供的分布盘的结构示意图；
[0047]
图4为本发明比较例2提供的正丁醛缩合制辛烯醛的反应系统的结构示意图。
[0048]
附图说明：
[0049]
10
‑
反应器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
‑
第一反应区；
[0050]
201
‑
碱液进口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
202
‑
正丁醛进口；
[0051]
203
‑
第一微界面发生器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
204
‑
分布盘；
[0052]
205
‑
通孔；
[0053]
30
‑
第二反应区；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
301
‑
第二微界面发生器；
[0054]
302
‑
产物出口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
40
‑
碱液管路；
[0055]
50
‑
正丁醛管路；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
60
‑
第一循环管路；
[0056]
70
‑
第二循环管路；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
80
‑
第一冷凝器；
[0057]
90
‑
第二冷凝器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100
‑
层析器；
[0058]
1001
‑
碱液出口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1002
‑
采出口；
[0059]
1003
‑
不凝气出口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
110
‑
分隔板。
具体实施方式
[0060]
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0061]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0062]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0063]
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
[0064]
实施例
[0065]
参阅图1
‑
3所示，本实施例提供了一种正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统，包括：反应器10；反应器10内设置有分隔板110，反应器10内部空间沿分隔板110分成两个相互独立的空间；位于分隔板110下方的为第一反应区20，位于分隔板上方的为第二反应区30；反应器10可以为反应釜、反应塔或反应罐。
[0066]
如图2所示，第一反应区20的侧壁上设置有正丁醛进口202和碱液进口201，正丁醛进口202连接有正丁醛管路50，碱液进口201连接有碱液管路40。第一反应区20内部设置有第一微界面发生器203，第一微界面发生器203与正丁醛进口202和碱液进口201相连，碱液经第一微界面发生器203分散破碎成微米级别的微液滴后，进入第一反应区20内催化正丁醛进行缩合反应。
[0067]
继续参阅图2，第二反应区30内设置有第二微界面发生器301，第一反应区20连接
有第一循环管路60，第一循环管路60的进口与第一反应区20相连，第一循环管路60的出口分别与第一微界面发生器203和第二微界面发生器301相连。
[0068]
本实施例的微界面强化系统还包括第二冷凝器90和层析器100；第二反应区30的侧壁上设置有产物出口302，产物出口302连接有第二循环管路70，第二循环管路70上设置有第一冷凝器80；第二循环管路70循环的物料一部分经第一冷凝器80冷凝后流回第二微界面发生器301中，另一部分经第二冷凝器90冷凝后流入层析器100中。
[0069]
如图3所示，第一微界面发生器203与第二微界面发生器301的出口处均设置有分布盘204。分布盘204呈锥形，分布盘204上竖直设置有多个通孔205。
[0070]
在本实施例中，层析器100底部设置有碱液出口1001，碱液出口1001与碱液管路40相连。层析器100的底部设置有采出口1002，采出口1002与第二冷凝器90相连；层析器100分离出的产物经采出口1002采出，与从第二循环管路70流出的物流在第二冷凝器90中换热后采出。层析器100顶部设置有不凝气出口1003以用于将不凝气排出。
[0071]
反应时，正丁醛和碱液分别进入第一微界面发生器203中，碱液在第一微界面发生器203中分散破碎成微米级别的微液滴后与正丁醛混合，催化正丁醛缩合生成辛烯醛；反应后的物料经第一循环管路60流入第二反应区30中，并在第二微界面发生器301中进一步分散破碎，未反应完的正丁醛继续反应，生成的产物经第二冷凝器90冷凝后进入层析器100中，层析分离出的辛烯醛从采出口1002采出，混杂的碱液一部分直接排出，另一部分流回碱液管路40中继续参与反应。
[0072]
比较例1
[0073]
本例与实施例的区别仅在于本例中不设置第一微界面发生器和第二微界面发生器。
[0074]
比较例2
[0075]
如图4所示，本例与实施例的区别在于本例中反应器10内部无分隔板，反应器10内为一个整体的反应空间，第一微界面发生器203与第二微界面发生器301均设置在其中，且第一微界面发生器203与第二微界面发生器301均与正丁醛管路和碱液管路相连，反应产物经第二冷凝器冷凝后进入层析器中提纯分离后得到dmc。
[0076]
将实施例和比较例的系统在不同的温度和压力下进行辛烯醛的制备，其中，实验例1的温度为110℃，压力为0.1mpa；
[0077]
实验例2的温度为114℃，压力为0.2mpa；
[0078]
实验例3的温度为115℃，压力为0.3mpa；
[0079]
实验例4的温度为117℃，压力为0.4mpa；
[0080]
实验例5的温度为120℃，压力为0.8mpa。
[0081]
具体工艺参数如下表：
[0082]
实验例1参数表
[0083][0084]
实验例2参数表
[0085][0086]
实验例3参数表
[0087][0088]
实验例4参数表
[0089]
[0090][0091]
实验例5参数表
[0092][0093]
可见，本发明的正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统能够在降低操作温度和反应空时的情况下，提高反应时空产率、提高辛烯醛收率和提高能效物效。
[0094]
总之，与现有技术的正丁醛缩合制辛烯醛的反应系统相比，本发明的正丁醛缩合制辛烯醛的微界面强化系统能耗低、成本低、安全性高、所需反应温度低、正丁醛转化率高，值得广泛推广应用。
[0095]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。