本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，具體而言，涉及用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
芳香醛一般指苯環(huán)上直接連有醛基的化合物，它們在醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是重要的中間體、合成香味劑原料和食品添加劑。苯甲醛是最簡單和應(yīng)用最廣泛的芳香醛，而苯環(huán)上有取代基（如-CH3、-OCH3、-NO2等）的芳香醛價格通常較苯甲醛高1.5倍以上，生產(chǎn)經(jīng)濟效益頗高。目前國內(nèi)由于環(huán)保要求提高，淘汰了許多工藝落后的芳香醛生產(chǎn)企業(yè)，故高品質(zhì)芳香醛需求量逐年增長而供不應(yīng)求。
傳統(tǒng)的芳香醛制備工藝為氯化水解法，甲苯類芳烴先氯化得到氯化芐混合物，而后水解或酸堿聯(lián)合水解獲得芳香醛和芳香酸。該法產(chǎn)生大量廢鹽酸，環(huán)境污染嚴(yán)重，同時所得產(chǎn)品含氯，不適用于食品、藥品等領(lǐng)域，因此氯化水解法正在被淘汰，亟需開發(fā)綠色高效的芳香醛生產(chǎn)工藝，以滿足國內(nèi)市場的需求。甲苯類芳烴的液相氧化受制于氣液傳質(zhì)，由于氧氣在反應(yīng)物系中的溶解度不高，以空氣為氧化劑時，須加壓2～5atm以保證氧氣在液相中的濃度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能夠有效地抑制芳香醛產(chǎn)品的深度氧化的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器包括：本體，所述本體內(nèi)具有相連通的下反應(yīng)腔和上反應(yīng)腔，所述下反應(yīng)腔的壁上設(shè)有進料口和循環(huán)液出口，所述上反應(yīng)腔的壁上設(shè)有尾氣排出口和出料口，所述本體還具有與所述下反應(yīng)腔連通的循環(huán)液進口和進氣口，所述循環(huán)液進口與所述循環(huán)液出口連通；以及第一折流板和第二折流板，所述第一折流板和所述第二折流板在上下方向上交替地設(shè)在所述上反應(yīng)腔內(nèi)，所述第一折流板為環(huán)形，所述第一折流板的內(nèi)沿位于所述第二折流板的邊沿的內(nèi)側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器具有反應(yīng)效率高、選擇性好等優(yōu)點，能夠有效地抑制芳香醛產(chǎn)品的深度氧化。
另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二折流板為圓形，所述第二折流板的中心軸線與所述上反應(yīng)腔的中心軸線重合，優(yōu)選地，所述第一折流板為圓環(huán)形，所述第一折流板的外沿密封地與所述上反應(yīng)腔的壁相連，所述第一折流板的中心軸線與所述上反應(yīng)腔的中心軸線重合。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一折流板為多個，所述第二折流板為多個，相鄰兩個所述第一折流板之間設(shè)有所述第二折流板，相鄰兩個所述第二折流板之間設(shè)有所述第一折流板。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，多個所述第一折流板和多個所述第二折流板中的位于最下方的一個為所述第一折流板，多個所述第一折流板和多個所述第二折流板中的位于最上方的一個為所述第一折流板。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述本體包括：殼體，所述殼體內(nèi)具有所述下反應(yīng)腔和所述上反應(yīng)腔；和微氣泡發(fā)生器，所述微氣泡發(fā)生器具有所述循環(huán)液進口、所述進氣口和出口，所述微氣泡發(fā)生器設(shè)在所述殼體上，所述微氣泡發(fā)生器的出口與所述下反應(yīng)腔連通。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器進一步包括氣液分離罐，所述氣液分離罐具有進口、分離料口和出氣口，所述氣液分離罐的進口與所述本體的出料口連通。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器進一步包括分水器，所述分水器具有新鮮氣體進口、出水口、油相出口、循環(huán)氣出口和循環(huán)氣進口，所述分水器的循環(huán)氣進口與所述氣液分離罐的出氣口連通，所述分水器的循環(huán)氣出口與所述本體的進氣口連通。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器進一步包括：氣相平衡管，所述氣相平衡管的第一端與所述氣液分離罐的出氣口相連，所述氣相平衡管的第二端與所述分水器的循環(huán)氣進口相連，其中所述本體的尾氣排出口與所述氣相平衡管連通；和冷凝器，所述冷凝器設(shè)在所述氣相平衡管上。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器進一步包括配料罐，所述配料罐具有新鮮料進口、混合料出口和油相進口，所述配料罐的油相進口與所述分水器的油相出口連通，所述配料罐的混合料出口與所述本體的進料口連通。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器進一步包括換熱器，所述換熱器具有進料口和出料口，所述換熱器的進料口與所述本體的循環(huán)液出口連通，所述換熱器的出料口與所述本體的循環(huán)液進口連通。
附圖說明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100包括本體10、第一折流板203和第二折流板204。
本體10內(nèi)具有相連通的下反應(yīng)腔1和上反應(yīng)腔2，下反應(yīng)腔1的壁上設(shè)有進料口101和循環(huán)液出口102，上反應(yīng)腔2的壁上設(shè)有尾氣排出口201和出料口202，本體10還具有與下反應(yīng)腔1連通的循環(huán)液進口103和進氣口，循環(huán)液進口103與循環(huán)液出口102連通。第一折流板203和第二折流板204在上下方向上交替地設(shè)在上反應(yīng)腔2內(nèi)，第一折流板203為環(huán)形，第一折流板203的內(nèi)沿位于第二折流板204的邊沿的內(nèi)側(cè)。
其中，第一折流板203和第二折流板204在上下方向上交替地設(shè)在上反應(yīng)腔2內(nèi)是指：在上反應(yīng)腔2內(nèi)，由下向上依次設(shè)置有第一折流板203、第二折流板204、第一折流板203、第二折流板204……，或者由下向上依次設(shè)置有第二折流板204、第一折流板203、第二折流板204、第一折流板203……。
進入用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100的下反應(yīng)腔1內(nèi)的反應(yīng)物料（例如甲苯，醋酸和鈷催化劑）在下反應(yīng)腔1內(nèi)實現(xiàn)全混流反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100通過在上反應(yīng)腔2內(nèi)在上下方向上交替地設(shè)置第一折流板203和第二折流板204，從而可以使上反應(yīng)腔2內(nèi)的反應(yīng)物料實現(xiàn)擬活塞流反應(yīng)。
活塞流反應(yīng)由于其在流動方向上沒有返混，因此流場均勻平穩(wěn)，反應(yīng)過程沿著流動方向不斷進行，反應(yīng)過程較容易調(diào)控，有限地抑制所得芳香醛產(chǎn)品的深度氧化。由此在保障高反應(yīng)效率的同時，可以有效地抑制反應(yīng)體系已生成的芳香醛產(chǎn)品被深度氧化為酸類，從而提高了芳香醛類產(chǎn)品的選擇性和產(chǎn)品收率。
根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100具有全混流反應(yīng)和活塞流反應(yīng)的綜合特征，具有反應(yīng)效率高、選擇性好等優(yōu)點，能夠有效地抑制芳香醛產(chǎn)品的深度氧化。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100包括本體10、分水器3、氣液分離罐4、配料罐5、換熱器E1、冷凝器E2、循環(huán)泵P1和氣相平衡管402。
配料罐5具有新鮮料進口501、混合料出口502和油相進口，配料罐5的油相進口與分水器3的油相出口303連通，配料罐5的混合料出口502與本體10的進料口101連通。新鮮的物料與來自分水器3的油相在配料罐5內(nèi)混合，以便得到反應(yīng)初始物料，該反應(yīng)初始物料依次通過配料罐5的混合料出口502和本體10的進料口101進入到下反應(yīng)腔1內(nèi)。
如圖1所示，本體10包括殼體11和微氣泡發(fā)生器6。殼體11內(nèi)具有相連通的下反應(yīng)腔1和上反應(yīng)腔2，下反應(yīng)腔1的壁上設(shè)有進料口101和循環(huán)液出口102，上反應(yīng)腔2的壁上設(shè)有尾氣排出口201和出料口202。微氣泡發(fā)生器6具有循環(huán)液進口103、進氣口和出口，其中，微氣泡發(fā)生器6設(shè)在殼體11上，微氣泡發(fā)生器6的出口與下反應(yīng)腔1連通。由此可以使本體10的結(jié)構(gòu)更加合理。
也就是說，微氣泡發(fā)生器6為氣泡破碎器。具體而言，外界的含氧氣體以及來自下反應(yīng)腔1的循環(huán)液體進入到微氣泡發(fā)生器6內(nèi)，在微氣泡發(fā)生器6內(nèi)，該循環(huán)液體切割該含氧氣體以便將原本毫米-厘米級直徑（在5mm-20mm之間）的氣泡破碎成絕大多數(shù)具有微米級直徑的氣泡，從而大幅度提高氣液相界面積，強化反應(yīng)傳質(zhì)過程。該循環(huán)液體和具有微米級直徑的氣泡進入到下反應(yīng)腔1內(nèi)，以便在下反應(yīng)腔1內(nèi)進行全混流反應(yīng)。
現(xiàn)有的甲苯類芳烴液相氧化生成芳香醛的反應(yīng)基本都是在加壓及高溫條件下的釜式間歇反應(yīng)。甲苯類芳烴氧化反應(yīng)機理為自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，高壓反應(yīng)使得自由基之間結(jié)合更為迅速，但是這樣會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，副產(chǎn)物增多，不僅浪費了原料，而且給反應(yīng)產(chǎn)物的分離增加了成本。而且，現(xiàn)有的甲苯類芳烴液相氧化生成芳香醛的反應(yīng)在傳統(tǒng)的間歇式攪拌釜或塔式鼓泡反應(yīng)器中進行，間歇式攪拌釜和塔式鼓泡反應(yīng)器的共性缺點是：氣泡直徑大、反應(yīng)速度慢、氧氣利用率低、能耗高。其中，當(dāng)氣泡的直徑大于2mm后，氣相傳質(zhì)速率將急劇降低，從而反應(yīng)速率也受影響。此外，反應(yīng)器頂部的尾氣放空也會導(dǎo)致嚴(yán)重的物料和能量損失以及污染環(huán)境問題。
根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100通過設(shè)置微氣泡發(fā)生器6，從而可以利用氣、液反復(fù)和高速的循環(huán)作用，在微氣泡發(fā)生器6內(nèi)將原本毫米-厘米級直徑的氣泡破碎成絕大多數(shù)處在微米級直徑的氣泡，從而大幅度地提高氣液相界面積，提高氣液傳質(zhì)速度，加快反應(yīng)進程，提高氧利用率，進而可相對降低用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100的操作壓力和溫度，其結(jié)果是減少了尾氣排放量和造成的能量和物料損失，大幅降低環(huán)境污染。
有利地，殼體11還具有排渣口104。
上反應(yīng)腔2內(nèi)設(shè)有第一折流板203第二折流板204。在本發(fā)明的一個實施例中，第二折流板204為圓形，第二折流板204的中心軸線與上反應(yīng)腔2的中心軸線重合，第一折流板203為圓環(huán)形，第一折流板203的外沿密封地與上反應(yīng)腔2的壁相連，第一折流板203的中心軸線與上反應(yīng)腔2的中心軸線重合。由此可以使上反應(yīng)腔2內(nèi)的反應(yīng)物料更好地實現(xiàn)擬活塞流反應(yīng)，從而在保障高反應(yīng)效率的同時，進一步有效地抑制反應(yīng)體系已生成的芳香醛產(chǎn)品被深度氧化為酸類，以便提高芳香醛類產(chǎn)品的選擇性和產(chǎn)品收率。
如圖1所示，在本發(fā)明的一個具體示例中，第一折流板203為多個，第二折流板204為多個，相鄰兩個第一折流板203之間設(shè)有第二折流板204，相鄰兩個第二折流板204之間設(shè)有第一折流板203。由此可以使上反應(yīng)腔2內(nèi)的反應(yīng)物料更好地實現(xiàn)擬活塞流反應(yīng)，從而在保障高反應(yīng)效率的同時，進一步有效地抑制反應(yīng)體系已生成的芳香醛產(chǎn)品被深度氧化為酸類，以便提高芳香醛類產(chǎn)品的選擇性和產(chǎn)品收率。
有利地，如圖1所示，多個第一折流板203和多個第二折流板204中的位于最下方的一個為第一折流板203，多個第一折流板203和多個第二折流板204中的位于最上方的一個為第一折流板203。由此可以使上反應(yīng)腔2內(nèi)的反應(yīng)物料更好地實現(xiàn)擬活塞流反應(yīng)，從而在保障高反應(yīng)效率的同時，進一步有效地抑制反應(yīng)體系已生成的芳香醛產(chǎn)品被深度氧化為酸類，以便提高芳香醛類產(chǎn)品的選擇性和產(chǎn)品收率。
氣液分離罐4具有進口、分離料口401和出氣口。如圖1所示，氣液分離罐4的進口與本體10的出料口202連通。氣液分離罐4的出氣口通過氣相平衡管402與分水器3的循環(huán)氣進口305相連。換言之，氣相平衡管402的第一端與氣液分離罐4的出氣口相連，氣相平衡管402的第二端與分水器3的循環(huán)氣進口305相連。其中，本體10的尾氣排出口與氣相平衡管402連通
反應(yīng)后的料液依次通過本體10的出料口202和氣液分離罐4的進口進入到氣液分離罐4內(nèi)，以便在氣液分離罐4內(nèi)進行氣液分離，分離后的氣體通過氣相平衡管402進入到分水器3內(nèi)。
有利地，用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100進一步包括冷凝器E2，冷凝器E2設(shè)在氣相平衡管402上以便冷卻通過氣相平衡管402進入到其內(nèi)的氣體。
如圖1所示，分水器3具有新鮮氣體進口301、出水口302、油相出口303、循環(huán)氣出口304和循環(huán)氣進口305，分水器3的循環(huán)氣進口305與氣液分離罐4的出氣口連通，分水器3的循環(huán)氣出口304與本體10的進氣口連通。具體而言，分水器3的循環(huán)氣出口304與微氣泡發(fā)生器6的進氣口連通。
外界的含氧氣體可以通過分水器3的新鮮氣體進口301進入到用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100。具體而言，初始的含氧氣體可以通過分水器3的新鮮氣體進口301進入到用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100，隨著反應(yīng)的進行，還可以通過分水器3的新鮮氣體進口301向用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100內(nèi)補充新鮮的含氧氣體。
如圖1所示，在本發(fā)明的一個示例中，用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100進一步包括換熱器E1，換熱器E1具有進料口和出料口，換熱器E1的進料口與本體10的循環(huán)液出口102連通，換熱器E1的出料口與本體10的循環(huán)液進口103連通。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100還可以包括循環(huán)泵P1，以便利用循環(huán)泵P1實現(xiàn)液體循環(huán)。如圖1所示，循環(huán)液出口102與循環(huán)液進口103通過循環(huán)管路相連，換熱器E1和循環(huán)泵P1設(shè)在該循環(huán)管路上。因此，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100可以是連續(xù)反應(yīng)器。
下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于甲苯類物質(zhì)氧化生產(chǎn)芳香醛的反應(yīng)器100的工作過程。
20kg/h含甲苯60wt%，醋酸39wt%和鈷催化劑1wt%的新鮮料，從配料罐5的新鮮料進口501進入配料罐5，并與來自分水器3的油相混合，通過進料口101進入下反應(yīng)腔1內(nèi)進行反應(yīng)，其中下反應(yīng)腔1的反應(yīng)溫度為100℃，下反應(yīng)腔1的體積為100L，下反應(yīng)腔1的直徑為400mm。
下反應(yīng)腔1內(nèi)的液體經(jīng)循環(huán)液出口102由循環(huán)泵P1輸送至換熱器E1，循環(huán)液體的流量為4m3/h，經(jīng)過換熱器E1后，循環(huán)液的溫度降至90℃。該循環(huán)液體在微氣泡發(fā)生器6內(nèi)與來自分水器3的循環(huán)氣體劇烈混合，形成微氣泡群，并進入下反應(yīng)腔1內(nèi)。下反應(yīng)腔1內(nèi)未反應(yīng)的氣泡與液體一并上升至上反應(yīng)腔2，分別通過圓形的第二折流板204和環(huán)形的第一折流板203。其中，上反應(yīng)腔2的直徑為600mm，上反應(yīng)腔的高為1000mm，圓形的第二折流板204的直徑為500mm，環(huán)形的第一折流板203的內(nèi)徑為400mm，第一折流板203與第二折流板204的間距為200mm。整個反應(yīng)過程的甲苯轉(zhuǎn)化率為60%，苯甲醛選擇性為50%，苯甲酸選擇性為44%。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。