阅读说明：本技术 连续合成羟基新戊醛的系统 (System for continuously synthesizing hydroxypivalaldehyde ) 是由 卢文新 张大洲 刘佳 肖敦峰 吴殊斌 张威 夏吴 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种连续合成羟基新戊醛的系统,包括依次连接的一级反应釜、增压泵、二级补充缩合反应器和精馏塔,所述一级反应釜为一级高传质反应釜,包括上段设有进料口、底部设有出料口的壳体,所述壳体内设有中心搅拌桨,所述中心搅拌桨的外周沿环形均匀设有多根下降管,所述下降管的上端进口与所述增压泵的出口连接,所述下降管的下段均匀设有多个喷射管口,所述喷射管口的开口水平朝向壳体径向中心,开口沿径向中心线的角度为-10°～+10°。本发明系统简单、反应条件温和、反应时间短、有效提高机胺催化过程中的传质、减少缩醛等副产物的生成,降低后续分离成本,产品质量高。(The invention discloses a system for continuously synthesizing hydroxypivalaldehyde, which comprises a primary reaction kettle, a booster pump, a secondary supplementary condensation reactor and a rectifying tower which are sequentially connected, wherein the primary reaction kettle is a primary high mass transfer reaction kettle and comprises a shell, the upper section of the shell is provided with a feed inlet, the bottom of the shell is provided with a discharge outlet, a central stirring paddle is arranged in the shell, a plurality of descending pipes are uniformly arranged on the periphery of the central stirring paddle along the ring shape, the upper end inlets of the descending pipes are connected with the outlet of the booster pump, the lower section of each descending pipe is uniformly provided with a plurality of spraying pipe orifices, the openings of the spraying pipe orifices horizontally face to the radial center of the shell, and the angle of the openings along the radial center line is-10. The method has the advantages of simple system, mild reaction condition and short reaction time, effectively improves mass transfer in the organic amine catalysis process, reduces the generation of acetal and other byproducts, reduces the subsequent separation cost and has high product quality.)

连续合成羟基新戊醛的系统

技术领域

本发明涉及精细化工领域，具体的说是一种连续合成羟基新戊醛的系统。

背景技术

新戊二醇(NPG)作为一种重要的二元醇产品，目前主要被用于生产粉末涂料用聚酯树脂和卷钢用的饱和聚酯树脂(占新戊二醇消耗量的70％左右)、不饱和聚酯树脂以及醇酸树脂的化工产品，另外在聚氨酯树脂、泡沫塑料、医药中间体等产品的生产中也有涉及。随着国家对VOCs排放管控的深化和人们环保意识的加强，粉末涂料、高固组分涂料等产品的需求有可能进入快速增长期，对高端产品的需求量将不断增长，致使新戊二醇的应用市场将日益扩大。

工业上新戊二醇的生产方法通常以异丁醛、甲醛为原料，经羟基新戊醛(2，2-二甲基3-羟基丙醛)中间体制备新戊二醇。根据羟基新戊醛转化为新戊二醇采用的催化工艺，可分为甲醛歧化法、催化加氢法两种，其中甲醛歧化法采用强碱催化剂，特点是工艺条件温和，操作简单，但原料消耗大，会形成大量副产物甲酸盐，分离困难，造成产品质量较差，且废水排放较多，环保压力大。目前，国内外新戊二醇生产技术已逐渐被催化加氢法所替代，该工艺原料消耗低，环保优势突出，产品质量高，适用于下游产品的深加工，缺点是操作相对复杂，采用中高压加氢设备，装置投资相对较高。

目前工业上合成羟基新戊醛大都采用液体碱催化剂，包括无机碱溶液催化剂、有机碱溶液催化剂，无机碱溶液催化剂包括氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾等水溶液或其混合水溶液，该催化剂价格低廉，反应温度低，但存在设备腐蚀严重，污染性强，产品中含有无机钠盐，难以分离的缺点。有机碱溶液包括三甲胺、三乙胺、三丁胺或其混合物，该催化剂活性和选择性高，设备腐蚀小，但在有机胺存在下羟基新戊醛易与甲醛、异丁醛发生坎尼扎罗反应生成难以分离的副产物。

合成羟基新戊醛过程中，不可避免的会发生副反应，如羟基新戊醛自身缩合成羟基新戊酸新戊二醇单酯、新戊二醇缩醛类化合物等，这类副产物较为稳定，不易分解，容易导致加氢不彻底，影响产物的收率及品质。CN108017510A公开了一种环氧异丁烷制备羟基新戊醛的方法，但催化剂体系较复杂，且需要与原料分离精制。CN105061167、CN105061170公开了一种管式反应器或传统釜式反应器合成羟基新戊醛，采用有机碱或固体碱催化剂，获得了较好的收率和选择性，但是停留时间较长，容易导致生成杂质副产物。CN201811221400.X公开了一种超临界条件下制备羟基新戊醛的方法，该方法无催化剂、无溶剂、反应时间短，产物易分离提出，但操作压力要达到15-25MPa，温度250-300℃，反应条件较为苛刻。此外，合成羟基新戊醛用反应釜大都仅采用搅拌桨，而采用甲醛溶液进料时，原料会分层，搅拌产生的涡流场影响反应传质，进而影响反应原料的转化率和产物选择性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种系统简单、反应条件温和、反应时间短、有效提高机胺催化过程中的传质、减少缩醛等副产物的生成，降低后续分离成本，产品质量高的连续合成羟基新戊醛的系统。

技术方案包括依次连接的一级反应釜、增压泵、二级补充缩合反应器和精馏塔，所述一级反应釜为一级高传质反应釜，包括上段设有进料口、底部设有出料口的壳体，所述壳体内设有中心搅拌桨，所述中心搅拌桨的外周沿环形均匀设有多根下降管，所述下降管的上端进口与所述增压泵的出口连接，所述下降管的下段均匀设有多个喷射管口，所述喷射管口的开口水平朝向壳体径向中心，开口沿径向中心线的角度为-10°～+10°。

所述下降管最上层的喷射管口位于液面以下50-350mm，所述下降管最下层喷射管口距离反应釜底部100-300mm。

所述下降管距离壳体内壁的间距为80-350mm；每根下降管上设有1～4个喷射管口。

控制所述喷射管口的喷射压力与壳体内物料的压差为0.3-2.0MPa。

控制所述一级高传质反应釜内的反应温度65～100℃，反应压力0.3～0.8MPa，物料停留时间为5～20min。

控制所述二级补充缩合反应器的反应温度为75～100℃，反应压力0.2～0.5MPa，停留时间为40～100min。

所述二级补充缩合反应器为搅拌反应釜或内装填料的管式反应器。

控制所述精馏塔的塔顶压力为50-90KPa。

针对背景技术中存在的问题，发明人对连续合成羟基新戊醛的过程进行了深入研究，发现在一级反应釜内甲醛溶液进料时存在原料会分层，搅拌产生的涡流场反而会影响反应传质的问题，由于原料的特性不能采用常规方法来解，为此，发明人在反应釜内设计下降管的基础上，对下降管的位置和开口进行改进：一方面使多根下降管沿中心搅拌桨的外周环形均匀布置一层，使下降管更加靠近壳体的内壁，弥补传统搅拌桨的不足，使釜内边缘物料在喷射管口喷射出的物料的带动下被不断搅动，强化传质效果，提高反应釜处理能力，避免死角的出现，优选下降管距离壳体内壁的间距为80-350mm，过大会影响喷射管管口物流对釜内物料的传质效果，过小会导致下降管与反应釜内壁间物料不规则扰动；另一方面，发明人发现，当喷射管口的开口水平朝向壳体径向中心时，喷射出的物料与搅拌带动的物料有协同传质效果，可以使上下层的物料混合更充分，从而解决原料分层问题带来的传质效果差，停留时间长，副产物多等问题，进一步的，严格控制开口角度为-10°～+10°，进一步配合喷射管口的喷射压力与壳体内物料的压差为0.3-2.0MPa，使喷出的液相物流能够形成均匀的流体场，搅动反应物料，有效消除搅拌产生的涡流场，提高反应效果，抑制副反应的发生；所述开口角度过大或过小均会影响物料的流动效果和传质作用，压差过大会导致设备功率加大，投资升高，压差过小，喷射物流效果有限，不能达到本发明的目的。

进一步，通过分析原料分层的特点，反应物料存在相界面，因此，使所述下降管最上层的喷射管口位于液面以下50-350mm，所述下降管最下层喷射管口距离反应釜底部100-300mm，以使反应釜呈现最优的传质效果。

通过对一级高传质反应釜结构上的改进，可使得一级高传质反应釜在用于羟基新戊醛的连续合成时，反应釜内温度浓度分布均匀，物流停留时间短，大大减少缩醛等副产物的生成，达到降低后续分离成本、提高产品质量的目的，控制一级高传质反应釜内的反应温度65～100℃，反应压力0.3～0.8MPa，物料停留时间为5～20min，实现了反应温度和压力条件温和、停留时间短的目的。

进一步的，由于一级高传质反应釜内传质效率高，因而二级补充缩合反应器的反应条件也能易于控制，较为温度，其反应温度为75～100℃，反应压力0.2～0.5MPa，停留时间为40～100min，通过二，使最后经精馏塔提纯的羟基新戊醛产物中，羟基新戊醛含量55-65wt％，水含量30～35wt％，副产杂质酯含量小于1.5wt％。

有益效果：

本发明系统简单、处理量大，用于羟基新戊醛的连续合成时，具有反应条件温和、反应时间短、有效提高机胺催化过程中的传质、减少缩醛等副产物的生成，降低后续分离成本，产品质量高的优点。

附图说明

图1为本发明系统图。

图2为下降管在壳体内的分布图。

图3为下降管的结构示意图。

其中，1-高传质反应釜；1.1-进料口；1.2-出料口、1.3-壳体、1.4-中心搅拌桨；2-二级补充缩合反应器；3-精馏塔；4-增压泵；5-下降管；5.1-上端进口；5.2-喷射管口；5.3-下段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1，一级高传质反应釜1、增压泵4、二级补充缩合反应器2和精馏塔3依次连接，所述一级高传质反应釜1包括设有进料口1.1、底部设有出料口1.2的壳体1.3，所述壳体1.3内设有中心搅拌桨1.4，所述中心搅拌桨1.4的外周沿环形均匀设有多根下降管5，所述下降管5的上端进口5.1与所述增压泵4的出口连接，所述下降管5的下段5.4均匀设有多个喷射管口5.2，所述喷射管口5.2的开口水平朝向壳体径向中心，开口沿径向中心线的角度a为-10°～+10°；优选的，所述下降管5最上层的喷射管口位于液面以下距离L1为50-350mm，所述下降管最下层喷射管口距离反应釜底部距离L2为100-300mm，；所述下降管5距离壳体内壁的间距L3为80-350mm米；

本实施例中一级高传质反应釜1中均匀布置10根下降管5，每根下降管5上设有1-4个喷射管口5.2，下降管5为不锈钢材料，DN25规格，所述二级补充缩合反应器2为内装填惰性瓷球的管式反应器。

工艺过程：

工艺流程如图1所示，原料异丁醛、甲醛溶液、有机胺催化剂混合(具体组成见表1)后由顶部进料口1.1进入一级高传质反应釜1，控制一级高传质反应釜1反应温度65～100℃，反应压力0.3～0.8MPa，物料停留时间为5～20min，出一级高传质反应釜1的出口中间产物组成见下表1所示。

出口中间产物经增压泵4增压后分成两股，一股回送反应一级高传质反应器1中的下降管5的上端进口5.1，另一股进入二级补充缩合反应器2，回送一级高传质反应釜1的物料与进二级补充缩合反应器2的物料质量比为(10～40):1；

物料在二级补充缩合反应器2中补充异丁醛、甲醛缩合反应，进一步提高原料转化率，控制所述二级补充缩合反应器的反应温度为75～100℃，反应压力0.2～0.5MPa，停留时间为40～100min。

表1反应器出口物料组成

出二级补充缩合反应器2的物料送入精馏塔3进一步除去未反应的甲醛、异丁醛及有机胺催化剂，控制精馏塔的塔顶压力为50-90Kpa，精馏后的物料由精馏塔3塔底送出，经精馏塔3蒸馏提纯后羟基新戊醛含量61.82wt％，水含量35.9wt％，副产杂质酯等物质含量为1.31wt％，余量为0.98wt％的轻组分。