本發(fā)明涉及一種由戊糖溶液生產(chǎn)糠醛的方法，特別是一種采用高效混合反應(yīng)器生產(chǎn)糠醛并同時(shí)副產(chǎn)甲酸和醋酸的方法。

背景技術(shù)：

糠醛，又名呋喃甲醛。由于糠醛分子結(jié)構(gòu)中存在醛基、雙烯、環(huán)醚等官能團(tuán)，所以它兼具醛、醚、二烯和芳香烴化合物的性質(zhì)，可參與多種不同類型的反應(yīng)，合成多種化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、合成樹脂、鑄造等多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

目前生產(chǎn)糠醛的原料是以富含戊聚糖的植物纖維，如玉米芯、甘蔗渣、玉米稈、稻殼等。其原理是戊聚糖首先被水解為戊糖，然后戊糖脫水環(huán)化生成糠醛。

根據(jù)戊聚糖水解和戊糖脫水這兩步反應(yīng)是否在同一個(gè)反應(yīng)器中，可將糠醛生產(chǎn)方法分為一步法和兩步法。一步法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作簡單，但其主要缺點(diǎn)是蒸汽消耗量大，生產(chǎn)1噸糠醛消耗18～24噸的蒸汽，糠醛收率低，只有45%左右，產(chǎn)生大量廢水廢渣，生產(chǎn)1噸糠醛產(chǎn)生24噸高污染廢水，原料利用率低，生產(chǎn)1噸糠醛，消耗玉米芯11噸，廢渣發(fā)黑，纖維素和木質(zhì)素破壞嚴(yán)重。兩步法生產(chǎn)糠醛技術(shù)由于戊聚糖水解和戊糖脫水在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，能夠解決現(xiàn)有糠醛生產(chǎn)的原料利用率低、原料來源窄、糠醛收率低、工藝廢水難處理、糠醛渣難以繼續(xù)利用等難題，該法被認(rèn)為是最具前景的糠醛生產(chǎn)新方法。

目前“兩步法”生產(chǎn)糠醛技術(shù)中的第一步，即生物質(zhì)原料水解制取戊糖技術(shù)已經(jīng)成熟，在較溫和的反應(yīng)條件下，生物質(zhì)中的半纖維素即可水解主要生成戊糖，同時(shí)半纖維分子側(cè)鏈上的乙?；图柞；谎趸纱姿岷图姿?，因此戊糖溶液中也含有一定量的甲酸和醋酸。然而由戊糖制取糠醛過程，由于糠醛容易與其前體物發(fā)生副反應(yīng)從而導(dǎo)致糠醛收率很低，這也成為“兩步法”生成糠醛技術(shù)未能工業(yè)應(yīng)用的根本原因。

只有在戊糖反應(yīng)生成糠醛的同時(shí)快速把反應(yīng)生成的糠醛快速轉(zhuǎn)移出反應(yīng)體系才能從根本上降低副反應(yīng)提高糠醛收率。反應(yīng)萃取制取糠醛技術(shù)被認(rèn)為是最具工業(yè)前景的戊糖制取糠醛技術(shù)。反應(yīng)萃取制取糠醛技術(shù)是指在戊糖反應(yīng)生成糠醛過程加入一種與水不互溶而對(duì)糠醛具有高選擇性的溶劑，靠溶劑不斷把糠醛從水相反應(yīng)體系萃取到溶劑相，從而大大降低副反應(yīng)提高糠醛收率。

CN101486695A公開了一種反應(yīng)萃取制備糠醛的方法和裝置。該發(fā)明以超臨界二氧化碳為萃取劑，以固體酸為催化劑，超臨界二氧化碳與戊糖溶液在填料萃取塔中逆流接觸反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為200 ℃、木糖濃度30%(wt)、超臨界二氧化碳?jí)毫? MPa時(shí)，糠醛收率為70%。

CN102627618A公開了一種反應(yīng)萃取制取糠醛的方法。該發(fā)明利用有機(jī)溶劑與戊糖溶液在填料萃取塔內(nèi)逆流接觸反應(yīng)，在反應(yīng)溫度為200 ℃、戊糖濃度1.56%(wt)、溶劑比3:1時(shí)，糠醛收率為70%。

采用反應(yīng)萃取工藝制備糠醛的過程中，戊糖溶液與萃取劑能否高效的混合接觸以促使反應(yīng)生成的糠醛足夠快速的傳質(zhì)到萃取相是制約糠醛收率高低的最關(guān)鍵因素。上述專利中萃取劑和戊糖溶液均是在填料萃取塔內(nèi)逆流接觸反應(yīng)，但填料塔混合效果較差，副反應(yīng)嚴(yán)重導(dǎo)致糠醛收率較低，最高只有70%；副反應(yīng)生成的縮合產(chǎn)物還會(huì)累積在填料的表面引起填料堵塞，使得生產(chǎn)過程無法長時(shí)間進(jìn)行；另外上述發(fā)明方法無法同時(shí)回收戊糖溶液的醋酸和甲酸，反應(yīng)完的水溶液如果直接排放不僅會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還會(huì)造成寶貴資源的浪費(fèi)。

撞擊流是實(shí)現(xiàn)快速混合的一種十分有效的方法。它利用兩股高速流體相向撞擊，在反應(yīng)器中形成一個(gè)高度湍動(dòng)的撞擊區(qū)，能夠有效降低傳遞過程中的外部阻力，促進(jìn)混合，強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱。撞擊流反應(yīng)器已經(jīng)廣泛用于吸收、混合、傳熱、結(jié)晶等化工過程。開發(fā)高效的適用于反應(yīng)萃取工藝制備糠醛過程的撞擊流反應(yīng)器是提高糠醛收率的有效手段。

20世紀(jì)90年代以來，撞擊流領(lǐng)域的研究明顯轉(zhuǎn)向以液體連續(xù)相撞擊流（Liquid-continuous Impinging Streams，LIS）為重點(diǎn)。專利CN 100364656C在反應(yīng)器殼體中設(shè)置兩個(gè)正對(duì)的導(dǎo)流筒，液體通過泵的驅(qū)動(dòng)作用分別流經(jīng)兩側(cè)導(dǎo)流筒后，在中心處發(fā)生相向撞擊。這種反應(yīng)器雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是只注重了兩端導(dǎo)流筒流體的撞擊效果，未考慮液體撞擊后在反應(yīng)器中的流動(dòng)狀況，容易造成反應(yīng)器兩側(cè)存在死區(qū)。如果兩撞擊流體中存在固相催化劑，則容易造成催化劑沉降、滯留，直接影響反應(yīng)深度和產(chǎn)品質(zhì)量。

專利CN 102989404 A在導(dǎo)流筒中設(shè)置螺旋槳，利用兩螺旋槳的驅(qū)動(dòng)作用使得反應(yīng)器中液體在中心處發(fā)生撞擊，同時(shí)利用導(dǎo)流筒和導(dǎo)流片的作用，解決了撞擊區(qū)外的混合的問題。但螺旋槳需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)，因此需要外設(shè)電機(jī)，增加了反應(yīng)器的整體造價(jià)；另外，安裝螺旋槳的電機(jī)軸在反應(yīng)器壁上需要安裝軸封結(jié)構(gòu)，長期運(yùn)轉(zhuǎn)易造成損壞，影響反應(yīng)器的長周期運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高效生產(chǎn)糠醛并同時(shí)回收副產(chǎn)物甲酸和醋酸的新方法，以及一種特別適用于該工藝的撞擊流反應(yīng)器，它不僅能夠強(qiáng)化撞擊流的撞擊效果，而且可以實(shí)現(xiàn)撞擊區(qū)外液體的高效、充分混合，并克服了帶螺旋槳撞擊流反應(yīng)器的軸封問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明提供了一種高效生產(chǎn)糠醛并同時(shí)回收副產(chǎn)物甲酸和醋酸的新方法，包括以下內(nèi)容：

（1）提供一種撞擊流液相反應(yīng)器，其包括反應(yīng)器殼體，在反應(yīng)器殼體內(nèi)沿水平方向設(shè)置兩個(gè)正對(duì)的導(dǎo)流筒，每個(gè)所述的導(dǎo)流筒均包括內(nèi)筒和外筒，在外筒靠近碰撞面的一端固定連接有自旋葉輪；所述的自旋葉輪為一體式結(jié)構(gòu)，其包括罩筒、環(huán)板、葉片和中心板四個(gè)部分；罩筒和環(huán)板相連，兩者用于導(dǎo)流液體，環(huán)板與外筒相連；葉片固定于環(huán)板上，與導(dǎo)流筒軸向成夾角；

（2）以戊糖溶液為原料，將戊糖溶液與萃取劑通過輸送設(shè)備分別通入步驟（1）的撞擊流反應(yīng)器，反應(yīng)所用催化劑為甲酸和/或醋酸，在戊糖脫水生成糠醛的反應(yīng)條件下進(jìn)行混合接觸反應(yīng)；

（3）步驟（2）得到的反應(yīng)流出物進(jìn)行冷卻靜置分層，上層為水相，含有微量的糠醛、醋酸、甲酸及微量的未反應(yīng)的戊糖，下層為萃取相，主要含有糠醛、醋酸、甲酸以及微量的水分；

（4）步驟（3）得到的萃取相進(jìn)入萃取劑再生塔進(jìn)行分離，塔頂產(chǎn)物經(jīng)分相得到再生的萃取劑和少量的水，塔釜得到不含水的糠醛、醋酸和甲酸的混合物；

（5）步驟（4）中塔釜所得糠醛、醋酸和甲酸的混合物進(jìn)入糠醛成品塔進(jìn)行分離，塔釜得到糠醛，塔頂?shù)玫酱姿岷图姿峄旌衔铮?/p>

（6）步驟（5）中塔頂?shù)玫降拇姿岷图姿峄旌衔镞M(jìn)入醋酸精制塔，塔頂?shù)玫郊姿幔玫酱姿帷?/p>

本發(fā)明的方法中，步驟（1）所述的撞擊流反應(yīng)器，在靠近反應(yīng)器兩端的位置設(shè)置有一對(duì)螺旋槳。所述的螺旋槳分成兩個(gè)部分：靠近外筒的部分，又稱垂直部分；遠(yuǎn)離外筒的部分，又稱彎曲部分。垂直部分與外筒垂直，用于驅(qū)動(dòng)水流沿軸向流動(dòng)；彎曲部分與垂線方向有一定夾角，驅(qū)動(dòng)水流向斜上方流動(dòng)，以便與來自第一撞擊面的水流形成二次撞擊；螺旋槳可對(duì)反應(yīng)器兩側(cè)產(chǎn)生擾動(dòng)，避免死區(qū)的形成。所述螺旋槳通過固定軸承與外筒連接。螺旋槳的槳葉（槳片）為向前彎曲結(jié)構(gòu)，傾斜角為15°～60°，可朝前彎方向轉(zhuǎn)動(dòng)也可向后轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋槳葉片設(shè)計(jì)成向液體流入側(cè)彎曲的結(jié)構(gòu)，其傾斜角為5°～60°。

本發(fā)明的方法中，步驟（1）所述撞擊流反應(yīng)器的殼體的頂部與底部空間內(nèi)還設(shè)置有分配筒，用來對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的液體進(jìn)行分配和導(dǎo)流。所述分配筒的兩端、中間以及撞擊面對(duì)應(yīng)處均開孔。液體可以由撞擊面處開孔進(jìn)入分配筒，而由分配筒兩端以及中間的開孔流出，從而實(shí)現(xiàn)液體在反應(yīng)器的導(dǎo)流和分配。

本發(fā)明的方法中，步驟（1）所述反應(yīng)器可以為立式或臥式。反應(yīng)器的形狀一般可以為圓筒形、方形或管型，優(yōu)選圓筒形。所述反應(yīng)器左側(cè)與右側(cè)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的方法中，所述撞擊流反應(yīng)器的反應(yīng)器殼體上設(shè)有進(jìn)料口和卸料口。出料口優(yōu)選位于撞擊平面正下方位置。可以只在中間設(shè)立出料口，或者在三個(gè)撞擊面下方均設(shè)立出料口。

本發(fā)明的方法中，步驟（1）所述的撞擊流反應(yīng)器中，所述導(dǎo)流筒分布于反應(yīng)器兩側(cè)呈橫向?qū)ΨQ分布，或分布于上下兩端呈縱向?qū)ΨQ分布，并處于中央位置。如選擇臥式反應(yīng)器殼體，導(dǎo)流筒宜與反應(yīng)器的軸線重合。

所述的導(dǎo)流筒中，所述的自旋葉輪和外筒為固定連接。如自旋葉輪可以通過螺紋連接、卡扣聯(lián)接、法蘭連接或其他的固定連接方式固定在外筒上。其中外筒的直徑一般約為反應(yīng)器或撞擊面直徑的1/10～2/3，優(yōu)選1/4～1/2。外筒與自旋葉輪直徑的比例一般為1/5～1/1，優(yōu)選1/3～1/1。所述的兩個(gè)自旋葉輪實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可設(shè)計(jì)成同向或異向轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述的自旋葉輪與外筒構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)。外筒通過旋轉(zhuǎn)軸承與內(nèi)筒連接。

本發(fā)明的方法中，進(jìn)一步，所述的撞擊流反應(yīng)器中，分配筒（上分配筒，下分配筒）在撞擊面處開孔方向與液體流動(dòng)方向相同，設(shè)計(jì)為水平方向開孔，中間開孔設(shè)計(jì)為垂直方向開孔。

根據(jù)本發(fā)明的方法，其中戊糖脫水生成糠醛反應(yīng)溫度一般為150～280℃,優(yōu)選為180～220℃；反應(yīng)停留時(shí)間為0.1～2 h。

本發(fā)明的方法中，撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)壓力應(yīng)大于反應(yīng)溫度下水相泡點(diǎn)壓力以保證反應(yīng)在液相狀態(tài)下進(jìn)行。所述反應(yīng)壓力范圍一般為2～10 MPa，優(yōu)選為2～6 MPa。

本發(fā)明的方法中，進(jìn)一步地，所用萃取劑優(yōu)選為復(fù)合萃取劑。復(fù)合萃取劑包括苯、醋酸乙酯和沸點(diǎn)小于甲酸沸點(diǎn)的氯代烴，以復(fù)合萃取劑的重量為基準(zhǔn)，其中各組分的含量為：苯10wt%～60wt%，醋酸乙酯10wt%～30wt%，氯代烴10wt%～60wt%。優(yōu)選組成為：苯20～40wt%，醋酸乙酯15～25wt%，氯代烴20～40wt%。所述的氯代烴為三氯甲烷、三氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷中的一種或幾種的混合物。

本發(fā)明的方法中，其中使用的復(fù)合萃取劑同時(shí)還可以起到共沸劑的作用，在萃取劑再生塔中萃取劑與水形成共沸物把糠醛和羧酸混合物中的水分帶到塔頂。

本發(fā)明的方法中，所述戊糖溶液中還可以添加一定量的無機(jī)鹽。無機(jī)鹽具體可以選自是硫酸鈉、硫酸鈣、氯化鈉和硝酸鈉中的一種或幾種，優(yōu)選為硫酸鈉和/或氯化鈉。所述無機(jī)鹽用量為戊糖溶液的1wt%～5wt%。

本發(fā)明的方法中，戊糖脫水反應(yīng)的催化劑為本技術(shù)領(lǐng)域中的常規(guī)催化劑，優(yōu)選為醋酸和甲酸。所述催化劑用量為戊糖溶液的1wt%～5wt%。

本發(fā)明的方法中，可以根據(jù)裝置的規(guī)模和操作條件確定撞擊流反應(yīng)器的規(guī)模。為提高撞擊流反應(yīng)器的混合效果，可以在撞擊流反應(yīng)器出口與入口之間建立物料循環(huán)。將所得到反應(yīng)流出物的一部分與戊糖溶液原料混合后，循環(huán)回撞擊流反應(yīng)器，其中循環(huán)物料量為新鮮進(jìn)料量的5%~500%。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的方法具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用的撞擊流液相反應(yīng)器中，液體從自旋葉輪流出后發(fā)生首次撞擊，撞擊后的液體流動(dòng)方向發(fā)生改變后與螺旋槳驅(qū)動(dòng)的液體發(fā)生二次撞擊，因此在反應(yīng)器中形成了一個(gè)一次撞擊面和兩個(gè)二次撞擊面，這種設(shè)計(jì)大大增強(qiáng)了液體的微觀混合效果；內(nèi)筒中液體驅(qū)動(dòng)自旋葉輪旋轉(zhuǎn)，并通過外筒帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，取消了電機(jī)驅(qū)動(dòng)，消除了軸承密封帶來的一系列問題（如裝置長時(shí)間運(yùn)行易造成軸承密封損毀，影響到裝置操作的連續(xù)性和長周期性）；在反應(yīng)器兩端設(shè)置螺旋槳，消除了反應(yīng)器兩端形成死區(qū)的可能性，使得反應(yīng)器中液體的混合更加均勻，更加充分；螺旋槳葉片設(shè)計(jì)為向前彎曲結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了反應(yīng)器兩端的擾動(dòng)效果，并使得反應(yīng)器中液體有整體逆時(shí)針或順勢針旋轉(zhuǎn)的趨勢，強(qiáng)化了撞擊區(qū)外的液體混合；分配筒起導(dǎo)流液體的作用，可對(duì)反應(yīng)器頂部和底部的液體進(jìn)行再分配，選擇在兩端、二次撞擊面和中間開孔有利于增強(qiáng)反應(yīng)器中液體的循環(huán)流動(dòng)性。本發(fā)明的撞擊流強(qiáng)化了液液撞擊流反應(yīng)器的撞擊效果，使反應(yīng)器的微觀混合效果大大增強(qiáng)，混合的時(shí)間大大縮短，提高了生產(chǎn)效率，強(qiáng)化了撞擊區(qū)外的混合，避免了死區(qū)的存在，使得化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)器空間各位置的同步性提高，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量；取消了常規(guī)螺旋槳反應(yīng)器的外用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，消除了軸封帶來的許多問題，大大降低了設(shè)備投資，保證了設(shè)備的長周期運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2、本發(fā)明采用所述的撞擊流反應(yīng)器作為反應(yīng)萃取制取糠醛工藝的反應(yīng)器，極大的強(qiáng)化了微觀混合和微觀傳質(zhì)，使糠醛在萃取劑和水兩相瞬間達(dá)到分配平衡，提高了生產(chǎn)效率，降低了副反應(yīng)，提高了糠醛收率。解決了因萃取劑和戊糖溶液混合效果差，反應(yīng)體系呈兩相，糠醛在水相反應(yīng)體系濃度遠(yuǎn)高于兩相平衡時(shí)糠醛濃度而造成的副反應(yīng)嚴(yán)重、糠醛收率低及反應(yīng)器堵塞等問題。

3、本發(fā)明方法中采用了復(fù)合溶劑作為萃取劑，其中，醋酸乙酯對(duì)甲酸、醋酸和糠醛均具有很高的選擇性，苯和氯代烴對(duì)糠醛都具有很高的選擇性，苯和氯代烴幾乎不溶于水且對(duì)醋酸乙酯具有很高的選擇性，能夠使醋酸乙酯幾乎不溶于水，解決了醋酸乙酯因在水中溶解度大而不能作為萃取劑的問題；氯代烴同時(shí)還能起到調(diào)節(jié)復(fù)合萃取劑密度和粘度的作用；該復(fù)合萃取劑對(duì)糠醛、醋酸和甲酸均具有很高的選擇性，能夠在反應(yīng)萃取制取糠醛的同時(shí)回收副產(chǎn)物甲酸和醋酸，糠醛收率大于80%，醋酸和甲酸回收率大于90%，反應(yīng)完的水相可作為系統(tǒng)回用水。

4、本發(fā)明方法中所采用的復(fù)合萃取劑中苯和醋酸乙酯能夠均與水形成共沸物，因此復(fù)合萃取劑還可以起到脫水的共沸劑作用，這使得本發(fā)明脫水過程不必添加其他的共沸劑，所以本發(fā)明工藝流程簡單，而且分離得到的糠醛和醋酸產(chǎn)品純度高。

5、本發(fā)明方法中通過在水相中添加一定量的無機(jī)鹽，大大降低了高溫下萃取劑與水相的互溶度，解決了在高溫下因萃取劑與水互溶度大而導(dǎo)致萃取劑損失嚴(yán)重，最終導(dǎo)致反應(yīng)萃取工藝無法在工業(yè)上應(yīng)用這一關(guān)鍵技術(shù)問題；另外無機(jī)鹽既對(duì)戊糖脫水反應(yīng)有較強(qiáng)的催化活性，又大大提高了萃取劑對(duì)糠醛、甲酸和醋酸的選擇性，有助于降低副反應(yīng)提高糠醛收率。

6、本發(fā)明方法與設(shè)備，大大提高了戊糖制取糠醛的收率和生產(chǎn)效率，簡化了工藝流程、降低了生產(chǎn)成本和設(shè)備投資，保證了設(shè)備的長周期運(yùn)行。生產(chǎn)過程中無廢液排放，是一項(xiàng)綠色環(huán)保工藝方法。

附圖說明

圖1為反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為反應(yīng)器導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為自旋葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為螺旋槳的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明的液相撞擊流反應(yīng)器做更詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種液相撞擊流反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體11。反應(yīng)器殼體11的兩端設(shè)置進(jìn)料口15和進(jìn)料口9，在反應(yīng)器殼體11 的底部設(shè)置有卸料口12。在反應(yīng)器殼體11內(nèi)設(shè)置兩個(gè)正對(duì)的導(dǎo)流筒17。導(dǎo)流筒17由內(nèi)筒8和外筒6組成。所述的內(nèi)筒8用于導(dǎo)流液體，外筒6通過兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸承與內(nèi)筒8相連。在外筒6靠近碰撞面的一端設(shè)置有自旋葉輪3和4。自旋葉輪3、4和外筒6構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)，二者可采用焊接或鑄造方式制備。

如圖2所示，以自旋葉輪4為例，其中自旋葉輪4由罩筒20、環(huán)板21、葉片18和中心板19構(gòu)成，罩筒20與環(huán)板21連接，環(huán)板21與外筒6連接，中心板19置于罩筒20的中心，若干葉片18均布在中心板與罩筒、以及環(huán)板之間的環(huán)形空間內(nèi)，葉片的一側(cè)與環(huán)板連接。葉片18與內(nèi)筒8軸線成一定夾角，該夾角一般為5°～85°，當(dāng)流體流過時(shí)，流體對(duì)其做功，在推力作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。中心板19用于減小液體流通截面積，增強(qiáng)自旋動(dòng)力。液體由內(nèi)筒8導(dǎo)入后，流經(jīng)自旋葉輪4驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，流出葉輪后在中心區(qū)域發(fā)生撞擊，形成撞擊面13。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)器還包括螺旋槳7。所述的螺旋槳7通過固定軸承（連接）與外筒6相連。當(dāng)自旋葉輪4在水力驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，將帶動(dòng)外筒6旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳7旋轉(zhuǎn)。

如圖1、2和4所示，螺旋槳7包括兩個(gè)部分，垂直部分和彎曲部分。垂直部分與外筒垂直，用于驅(qū)動(dòng)水流沿軸向流動(dòng)；彎曲部分與垂線方向有一定夾角，驅(qū)動(dòng)水流向斜上方流動(dòng)，與來自撞擊面13的水流形成二次撞擊，形成另外兩個(gè)撞擊面5和14。螺旋槳7設(shè)計(jì)成在導(dǎo)流筒軸向垂面內(nèi)彎曲的一種結(jié)構(gòu)，用于攪動(dòng)反應(yīng)器兩端易于形成死區(qū)的地方。

如圖1所示，在反應(yīng)器中還可以設(shè)置兩個(gè)用于導(dǎo)流液體的分配筒—上分配筒1和下分配筒10。分配筒1和分配筒10分別通過焊接或鉚接2固定在反應(yīng)器殼體的內(nèi)部。分配筒1和分配筒10可以在兩側(cè)、中間以及撞擊面5和撞擊面14處開孔，撞擊后的液體由撞擊面開孔處流入，由兩側(cè)和中間開孔流出。撞擊混合、反應(yīng)后的流體經(jīng)出料口12排出。

根據(jù)本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)器，所述反應(yīng)器11殼體為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其可以采用立式或臥式結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器殼體11的形狀可以為圓柱體形或長方體形，優(yōu)選圓柱體形。所述導(dǎo)流筒17分布于反應(yīng)器兩側(cè)或上下兩端，并處于中央位置。外筒6的直徑一般約為反應(yīng)器或撞擊面直徑的1/10～2/3，優(yōu)選1/4～1/2。外筒6與自旋葉輪4直徑的比例一般為1/5～1/1，優(yōu)選1/3～1/1。所述的自旋葉輪3和自旋葉輪4實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可設(shè)計(jì)成同向或異向轉(zhuǎn)動(dòng)。所述螺旋槳直徑一般可以為反應(yīng)器或撞擊面直徑的1/8～1/1，螺旋槳為向前彎曲結(jié)構(gòu)，其傾斜角一般為15°～60°，可朝前彎方向轉(zhuǎn)動(dòng)也可向后轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋槳葉片設(shè)計(jì)成向液體流入側(cè)彎曲的結(jié)構(gòu)，傾斜角一般可以為5°～60°。所述分配筒（上分配筒，下分配筒）撞擊面處開孔方向與液體流動(dòng)方向相同，設(shè)計(jì)為水平方向開孔，中間開孔設(shè)計(jì)為垂直方向開孔。所述的出料口12位于撞擊平面正下方位置，可以只在中間設(shè)立或在三個(gè)撞擊面下方同時(shí)設(shè)立。

結(jié)合圖1，本發(fā)明提供的液相撞擊流反應(yīng)器的工作原理或工作過程為：兩股液體分別經(jīng)進(jìn)料口15和9進(jìn)入反應(yīng)器，并流經(jīng)導(dǎo)流筒中的內(nèi)筒8。液體經(jīng)內(nèi)筒8末端流出，驅(qū)動(dòng)自旋葉輪3和4旋轉(zhuǎn)。自旋葉輪3和4噴出的液體發(fā)生撞擊，撞擊后的液體向上下兩端或者向反應(yīng)器的兩端流動(dòng)，部分循環(huán)的液體進(jìn)入反應(yīng)器上下設(shè)置的分配筒1，經(jīng)過分配筒1的重新分配后，流向反應(yīng)器的兩端。而自旋葉輪3和4的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)外筒6也進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)固定在外筒6一端的螺旋槳7隨之旋轉(zhuǎn)。螺旋槳7的旋轉(zhuǎn)，一方面對(duì)反應(yīng)器殼體內(nèi)部兩端的區(qū)域進(jìn)行攪拌，不致形成死區(qū)；另一方面，螺旋槳7也同時(shí)推動(dòng)位于反應(yīng)器兩端的液體向反應(yīng)器的中心流動(dòng)，并與碰撞后流向兩端的液體流再次發(fā)生碰撞，并形成新的碰撞面，從而進(jìn)一步增加了反應(yīng)器的液相混合效果。而反應(yīng)后的液體可以經(jīng)由放料口12排出。

以下結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明工藝做更詳細(xì)的說明。

如圖5所示，按照化學(xué)計(jì)量比將參加反應(yīng)的物料萃取劑22和戊糖溶液23，分別用泵或其他液體輸送設(shè)備把物料輸入到中間罐24中，進(jìn)行預(yù)混合，然后通過泵或其他液體輸送設(shè)備，輸入到撞擊流反應(yīng)器11的進(jìn)料口9、15，原料物流在壓力作用下高速經(jīng)導(dǎo)流筒流向容器中心，并在中心處相向撞擊，經(jīng)過撞擊后的物料從出口12流向中間罐24，再通過泵輸入到撞擊流反應(yīng)器的進(jìn)料口9、15，進(jìn)行再次撞擊，通過壓力調(diào)節(jié)器37來控制反應(yīng)器壓力。從壓力調(diào)節(jié)器37排出的反應(yīng)物料直接進(jìn)入分相罐25進(jìn)行冷卻靜置分層，上層為反應(yīng)完的水相26，水相26可作為半纖維素水解用水，下層為富含糠醛、醋酸和甲酸的萃取相27，下層萃取相27直接進(jìn)入萃取劑再生塔28進(jìn)行分離，塔頂產(chǎn)物29為再生的萃取劑和少量的水，萃取劑可循環(huán)使用，塔底產(chǎn)物30為不含水的糠醛和羧酸混合物，塔底產(chǎn)物30然后直接進(jìn)入糠醛成品塔31進(jìn)行分離，塔底得到糠醛產(chǎn)品32，純度大于99.5%，塔頂產(chǎn)物33為甲酸和醋酸混合物，塔頂產(chǎn)物33進(jìn)入醋酸精制塔34進(jìn)行分離，塔頂?shù)玫郊姿岙a(chǎn)品35，其純度大于99.5%，塔底得到醋酸產(chǎn)品36，其純度大于99.5%。

下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法和效果。涉及的百分含量為質(zhì)量百分含量。

實(shí)施例中戊糖轉(zhuǎn)化率、糠醛收率以及酸回收率通過下式進(jìn)行計(jì)算。

。

實(shí)施例1

原料戊糖溶液中，糠醛、醋酸、甲酸濃度分別為4.9wt%、3.1wt%、0.6wt%，硫酸鈉濃度3wt%。

萃取劑為苯、醋酸乙酯、1,1,1-三氯乙烷混合溶劑，其中，苯占40wt%，醋酸乙酯占20wt%，1,1,1-三氯乙烷占40wt%。

萃取劑與戊糖溶液進(jìn)料比為3:1(體積比)，萃取劑與戊糖溶液的進(jìn)料速率等于撞擊流反應(yīng)器體積（即進(jìn)料體積空速為1 h^-1，也即反應(yīng)時(shí)間為1 h），將萃取劑和戊糖溶液分別用泵打入撞擊流反應(yīng)器內(nèi)，與循環(huán)物料在撞擊流反應(yīng)器中快速混合發(fā)生反應(yīng)－萃取過程，循環(huán)物料速率為進(jìn)料量的200%?？刂品磻?yīng)溫度為200 ℃，反應(yīng)壓力為3 MPa。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.4％，糠醛收率為82.6％，醋酸回收率為91.3%，甲酸回收率為90.5%。

實(shí)施例2

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為進(jìn)料速率為撞擊流反應(yīng)器容積的2倍，即反應(yīng)時(shí)間為0.5 h。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為78.1％，糠醛收率為61.9％，醋酸回收率為94.5%，甲酸回收率為91.8%。

實(shí)施例3

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為進(jìn)料速率為撞擊流反應(yīng)器容積的0.67倍，即反應(yīng)時(shí)間為1.5 h。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為99％，糠醛收率為83.5％，醋酸回收率為94.3%，甲酸回收率為91.5%。

實(shí)施例4

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為循環(huán)物流為進(jìn)料量的100％。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為96.8％，糠醛收率為82.9％，醋酸回收率為92.8%，甲酸回收率為91.5%。

實(shí)施例5

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為循環(huán)物流為進(jìn)料量的300％。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為96.1％，糠醛收率為81.8％，醋酸回收率為93.9%，甲酸回收率為91.9%。

實(shí)施例6

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為反應(yīng)溫度變?yōu)?80℃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為45.5％，糠醛收率為39.4％，醋酸回收率為95.3%，甲酸回收率為93.1%。

實(shí)施例7

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為反應(yīng)溫度變?yōu)?20℃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為99.5％，糠醛收率為84.8％，醋酸回收率為94.2%，甲酸回收率為91.9%。

實(shí)施例8

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為硫酸鈉濃度變?yōu)榱恪?/p>

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為94.1％，糠醛收率為76.9％，醋酸回收率為83.1%，甲酸回收率為81.9%。

實(shí)施例9

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為硫酸鈉濃度變?yōu)?%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.8％，糠醛收率為84.1％，醋酸回收率為94.6%，甲酸回收率為93.7%。

實(shí)施例13

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為萃取劑與戊糖溶液進(jìn)料比變?yōu)?:1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.9％，糠醛收率為78.1.3％，醋酸回收率為84.1%，甲酸回收率為80.5%。

實(shí)施例14

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為萃取劑與戊糖溶液進(jìn)料比變?yōu)?:1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.5％，糠醛收率為85.9％，醋酸回收率為94.8%，甲酸回收率為93.3%。

實(shí)施例15

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕?、醋酸乙酯?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比3:1:1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.7％，糠醛收率為77.9％，醋酸回收率為86.2%，甲酸回收率為83.3%。

實(shí)施例16

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕?、醋酸乙酯?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比1:1:3。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.8％，糠醛收率為83.5％，醋酸回收率為82.2%，甲酸回收率為80.3%。

實(shí)施例17

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕?、醋酸乙酯?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比1:0:1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.8％，糠醛收率為83.9％，醋酸回收率為72.8%，甲酸回收率為71.8%。

實(shí)施例18

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕?、醋酸乙酯?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比0:1:1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.7％，糠醛收率為74.5％，醋酸回收率為93.2%，甲酸回收率為90.4%。

實(shí)施例19

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕?、醋酸乙酯?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比1:1:0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.8％，糠醛收率為76.9％，醋酸回收率為89.9%，甲酸回收率為86.7%。

實(shí)施例20

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕健⒋姿嵋阴ァ?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比1:0:0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.8％，糠醛收率為56.9％，醋酸回收率為39.9%，甲酸回收率為36.7%。

實(shí)施例21

按照實(shí)施例1的方法，不同之處為復(fù)合萃取劑組成變?yōu)椋罕?、醋酸乙酯?,1,1-三氯乙烷質(zhì)量比0:1:0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.8％，糠醛收率為58.2％，醋酸回收率為91.2%，甲酸回收率為88.9%。

比較例1

使用常規(guī)的撞擊流反應(yīng)器，如CN 102989404 A中介紹的撞擊流反應(yīng)器，其他同實(shí)施例1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明戊糖轉(zhuǎn)化率為97.4％，糠醛收率為80.9％，醋酸回收率為88.6%，甲酸回收率為87.9%。