專(zhuān)利名稱(chēng)：一種懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，用于使用細(xì)小或超細(xì)催化劑顆粒的多 相催化反應(yīng)，含有懸浮態(tài)物料的化學(xué)反應(yīng)及固液分離過(guò)程，屬化工設(shè)備。
背景技術(shù)：
懸浮床反應(yīng)器是化工生產(chǎn)中一種常見(jiàn)的反應(yīng)設(shè)備，適用于液固反應(yīng)、液液固 反應(yīng)、氣液固反應(yīng)中固相反應(yīng)物或催化劑為細(xì)小的懸浮顆?；蚍磻?yīng)生成細(xì)小懸浮 顆粒物的場(chǎng)合，例如懸浮態(tài)的固體催化劑的催化反應(yīng)、鈦化合物水解生成二氧化 鈦細(xì)微懸浮顆粒等反應(yīng)均屬懸浮床反應(yīng)。這些反應(yīng)過(guò)程結(jié)束后往往需要緊接著物 料的固液分離過(guò)程，以分離出催化劑微粒繼續(xù)參與下次反應(yīng)或分離出二氧化鈦納 米微粒產(chǎn)品等。現(xiàn)有的懸浮床反應(yīng)器只能解決對(duì)懸浮物料的攪拌及提供化學(xué)反應(yīng) 必要的工藝條件，而無(wú)固液分離功能，其后續(xù)的分離過(guò)程需另設(shè)分離裝置。傳統(tǒng) 的分離裝置如板框過(guò)濾或離心分離器工藝落后，需間歇操作，對(duì)微細(xì)懸浮顆粒分 離效果差，難以達(dá)到完全分離，回收率低，影響目標(biāo)產(chǎn)品的性能；目前較先進(jìn)的 膜分離裝置通過(guò)使懸浮物料在反應(yīng)器與膜分離裝置之間連續(xù)多次循環(huán)增濃達(dá)到 對(duì)固相物料的分離和回收的目的，能實(shí)現(xiàn)物料分離過(guò)程連續(xù)流態(tài)化進(jìn)行。但這種 膜分離必須建在反應(yīng)器外，裝置投資大，并存在著流程長(zhǎng)、占地面積廣、循環(huán)量 大、浪費(fèi)料液等缺點(diǎn)。專(zhuān)利ZL02138439.8禾卩200410041687.X中公開(kāi)的一體式 懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器將懸浮床反應(yīng)器與無(wú)機(jī)膜分離有機(jī)結(jié)合在同一設(shè)備中，使懸 浮態(tài)物料的反應(yīng)過(guò)程與膜分離過(guò)程在同一反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行，有效地解決了這個(gè) 問(wèn)題。但是上述專(zhuān)利中，膜管在反應(yīng)釜中僅起過(guò)濾作用，膜管本身不作為反應(yīng)器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)裝置投資大，并存在著流程長(zhǎng)、占地面積 廣、循環(huán)量大、浪費(fèi)料液等缺點(diǎn)而提供一種新的懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器；無(wú)機(jī)膜同 時(shí)起反應(yīng)器和過(guò)濾作用，在進(jìn)行多相催化連續(xù)皮應(yīng)時(shí)，反應(yīng)和分離同時(shí)進(jìn)行'反 應(yīng)流程短，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)更加緊湊，反應(yīng)有效體積比例更大。3本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征在于用無(wú)機(jī)膜膜管 管做反應(yīng)釜，反應(yīng)過(guò)程中液相物料連續(xù)透過(guò)無(wú)機(jī)膜從懸浮態(tài)物料中分離出來(lái)，通 入分餾塔提純，催化劑顆粒則被截留在反應(yīng)器中繼續(xù)參與反應(yīng)，過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器根據(jù)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特征和物料流動(dòng)方式的差別可分為一 體式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器和循環(huán)式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器。一體式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器包括作反應(yīng)釜用無(wú)機(jī)膜管5、密封圈12、進(jìn)料恒 流泵3與9、出料真空抽吸泵7、無(wú)機(jī)膜管外封閉夾套6、磁力攪拌轉(zhuǎn)子4和冷 凝器ll;膜反應(yīng)器由一個(gè)或多個(gè)無(wú)機(jī)膜管組成，膜管的下端封閉，另一端(上端) 接冷凝器11，用密封圈12將膜管上端的外側(cè)與膜管外封閉夾套6相應(yīng)位置的內(nèi) 側(cè)密封，兩者間環(huán)隙與濾液輸出管相通，濾液輸出管接真空抽吸泵7。多相催化 反應(yīng)所用的細(xì)小或超細(xì)催化劑顆粒以及磁力攪拌轉(zhuǎn)子預(yù)先放在膜管內(nèi)，通過(guò)物料 衡算以及反應(yīng)停留時(shí)間的要求確定進(jìn)出的物料流量， 一邊反應(yīng)一邊分離，催化劑 顆粒被原位截留于膜管內(nèi)，可減少催化劑的用量以及分離的費(fèi)用。所說(shuō)的無(wú)機(jī)膜 管材料可選取陶瓷、金屬材料，或者是陶瓷和金屬的復(fù)合材料，無(wú)機(jī)膜的平均孔 徑為2nm-10nm。循環(huán)式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器包括作反應(yīng)釜用的無(wú)機(jī)膜管5、密封圈12、進(jìn)料 恒流泵3與9、耐腐蝕的蠕動(dòng)泵或離心泵13、無(wú)機(jī)膜管外封閉夾套6、出料真空 抽吸泵7和冷凝器11。膜反應(yīng)器由一個(gè)或多個(gè)無(wú)機(jī)膜管組成，膜管兩端不封口， 其上端接冷凝器11，下端接耐腐蝕的蠕動(dòng)泵或離心泵13，用密封圈12將膜管兩 端的外側(cè)與膜管外封閉夾套6相應(yīng)位置的內(nèi)側(cè)密封，兩者間環(huán)隙與濾液輸出管相 通，濾液輸出管接真空抽吸泵7。進(jìn)行多相催化反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)物料從無(wú)機(jī)膜管一 端進(jìn)入，另一端出去，使用耐腐蝕的蠕動(dòng)泵或離心泵13提供動(dòng)力將預(yù)先放入的 催化劑顆粒與反應(yīng)液在無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器內(nèi)形成一內(nèi)循環(huán)。通過(guò)物料衡算以及反應(yīng)停 留時(shí)間的要求確定進(jìn)出的物料流量， 一邊反應(yīng)一邊分離，催化劑顆粒不出反應(yīng)體 系。所說(shuō)的無(wú)機(jī)膜管材料可選取陶瓷、金屬材料，或者是陶瓷和金屬的復(fù)合材料， 無(wú)機(jī)膜的平均孔徑為2nm-10pm。上述無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器中膜管頂端的冷凝器出口設(shè)有液封槽，反應(yīng)器內(nèi)壓力為常 壓或比常壓略高。為了防止反應(yīng)體系中的酸性、堿性物質(zhì)及有機(jī)溶劑的腐蝕，采用耐腐蝕的材 料如聚四氟乙烯、三元異丙膠來(lái)密封無(wú)機(jī)膜管與無(wú)機(jī)膜管外封閉夾套間的環(huán)隙， 避免出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。上述所用的無(wú)機(jī)膜管是直管或盤(pán)管，可以是單根，也可以是多根，根據(jù)反應(yīng) 處理量而定。本發(fā)明所發(fā)明的反應(yīng)器適用于使用細(xì)小或超細(xì)催化劑顆粒的多相催化反應(yīng)， 也可用于反應(yīng)物或生成物中含有細(xì)小的懸浮顆粒的多相物料的反應(yīng)及固液分離。 有益效果綜上所述，本發(fā)明是將無(wú)機(jī)膜管本身作為反應(yīng)器，使懸浮態(tài)物料的反應(yīng)與懸 浮物料的固液分離同時(shí)在無(wú)機(jī)膜管內(nèi)完成，即一邊向反應(yīng)器中連續(xù)進(jìn)料進(jìn)行反 應(yīng)， 一邊通過(guò)無(wú)機(jī)膜的篩分作用，將液相物料分離排出。其中，懸浮的固體催化 劑被膜截留在反應(yīng)器內(nèi)并繼續(xù)參與反應(yīng)，液相物料則透過(guò)無(wú)機(jī)膜并通過(guò)高壓或負(fù) 壓流出反應(yīng)器。提供攪拌動(dòng)力的是磁力攪拌轉(zhuǎn)子和使反應(yīng)體系內(nèi)物質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的 耐腐蝕的蠕動(dòng)泵或離心泵，可以使反應(yīng)器中的懸浮物料一直處于攪動(dòng)的狀態(tài)，既 能使反應(yīng)物料均勻混合，充分反應(yīng)，又可避免無(wú)機(jī)膜管的表面形成濃差極化層， 有效地防止固體催化劑在膜的表面沉積，使無(wú)機(jī)膜能保持較高的滲透通量，從而 使所需的膜面積減小、增加系統(tǒng)的可行性。與現(xiàn)有的膜反應(yīng)器相比，大大減少了 設(shè)備投資與操作費(fèi)用。


圖1是采用一個(gè)無(wú)機(jī)膜管作為反應(yīng)釜的一體式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器示意圖。圖2是采用多個(gè)無(wú)機(jī)膜管作為反應(yīng)釜的一體式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器示意圖。 圖3是采用一個(gè)無(wú)機(jī)膜管作為反應(yīng)釜的循環(huán)式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器示意圖。 圖4是采用多個(gè)無(wú)機(jī)膜管作為反應(yīng)釜的循環(huán)式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器示意圖。 其中1為液封槽；2、 10為原料貯槽；3、 9為恒流泵；4為磁力攪拌轉(zhuǎn)子；5為 無(wú)機(jī)膜管；6為封閉夾套；7為真空抽吸泵；8為產(chǎn)品貯槽；11為冷凝器；12為 密封圈；13為耐腐蝕的蠕動(dòng)泵或離心泵；A為冷凝水進(jìn)口， B為冷凝水出口。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示，反應(yīng)器由一個(gè)平均孔徑為200nm不銹鋼膜管構(gòu)成，無(wú)機(jī)膜管5 內(nèi)的空間為反應(yīng)空間。以TS-1催化丙酮氨氧化生成丙酮肟的反應(yīng)為例，反應(yīng)前 將丙酮、溶劑與9，其中恒流泵3向反應(yīng)體系內(nèi)加入氨，恒流泵9向反應(yīng)體系內(nèi)加入丙酮、過(guò) 氧化氫和溶劑叔丁醇混合液，總進(jìn)料速率為0.43mL/min，同時(shí)打開(kāi)出料的真空 抽吸泵7開(kāi)始連續(xù)出料，出料速率為0.43mL/min。反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的，每隔一 小時(shí)取樣分析，催化劑被原位截留于反應(yīng)釜中。反應(yīng)器內(nèi)的不凝性氣體可通過(guò)冷 凝器ll排出，其中有害氣體氨會(huì)被液封槽l中的水吸收，丙酮?jiǎng)t會(huì)被冷凝后返 回反應(yīng)器?？刂瓢蓖葹?.5，氧酮比為1.5，催化劑用量為10g/mol丙酮的條件 下，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于91%，反應(yīng)選擇性大于95%。 實(shí)施例2如圖3所示，反應(yīng)器由一個(gè)平均孔徑為200nm氧化鋯膜管構(gòu)成，無(wú)機(jī)膜管5 內(nèi)的空間為反應(yīng)空間。以TS-1催化丙酮氨氧化生成丙酮肟的反應(yīng)為例，反應(yīng)前 將丙酮、溶劑叔丁醇、催化劑TS-1放入反應(yīng)器5中，開(kāi)啟冷凝水，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵 13打循環(huán)，同時(shí)升溫，當(dāng)達(dá)到反應(yīng)溫度7(TC時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)恒流泵3與9，其中 恒流泵3向反應(yīng)體系內(nèi)加入氨，恒流泵9向反應(yīng)體系內(nèi)加入丙酮、過(guò)氧化氫和溶 劑叔丁醇混合液，總進(jìn)料速率為0.43mL/min，同時(shí)打開(kāi)出料的真空抽吸泵7連 續(xù)出料，出料速率為0.43mL/min。反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的，每隔1小時(shí)取樣分析， 催化劑在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，但不出反應(yīng)體系。反應(yīng)器內(nèi)的不凝性氣體可通過(guò)冷凝器 11排出，其中有害氣體氨會(huì)被液封槽1中的水吸收，丙酮?jiǎng)t會(huì)被冷凝后返回反 應(yīng)器?？刂瓢蓖葹?.6，氧酮比為1.6，催化劑用量為11g/mol丙酮的條件下， 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于91%，反應(yīng)選擇性大于95%。'實(shí)施例3如圖4所示，反應(yīng)器由三個(gè)平均孔徑為50nm氧化鋯膜管構(gòu)成，無(wú)機(jī)膜管5 內(nèi)的空間為反應(yīng)空間。以TS-1催化丙酮氨氧化生成丙酮肟的反應(yīng)為例，反應(yīng)前 將丙酮、溶劑叔丁醇、催化劑TS-1放入反應(yīng)器5中，開(kāi)啟冷凝水，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵 13打循環(huán)，同時(shí)升溫，當(dāng)達(dá)到反應(yīng)溫度7(TC時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)恒流泵3與9，其中 恒流泵3向反應(yīng)體系內(nèi)加入氨，恒流泵9向反應(yīng)體系內(nèi)加入丙酮、過(guò)氧化氫和溶 劑叔丁醇混合液，總進(jìn)料速率為1.29mL/min，同時(shí)打開(kāi)出料的真空抽吸泵7連 續(xù)出料，出料速率為1.29mL/min。反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的，每隔1小時(shí)取樣分析， 催化劑在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，但不出反應(yīng)體系。反應(yīng)器內(nèi)的不凝性氣體可通過(guò)冷凝器 11排出，其中有害氣體氨會(huì)被液封槽1中的水吸收，丙酮?jiǎng)t會(huì)被冷凝后返回反 應(yīng)器。控制氨酮比為1.6，氧酮比為1.6，催化劑用量為11g/mol丙酮的條件下， 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率大于91%，反應(yīng)選擇性大于95%。
權(quán)利要求
1.一種懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征在于用無(wú)機(jī)膜膜管做反應(yīng)釜，反應(yīng)過(guò)程中液相物料連續(xù)透過(guò)無(wú)機(jī)膜從懸浮態(tài)物料中分離出來(lái)，催化劑則被截留在反應(yīng)器中繼續(xù)參與反應(yīng)，過(guò)程連續(xù)進(jìn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征在于所述的無(wú)機(jī)膜的 材料為陶瓷、金屬材料，或者是陶瓷和金屬的復(fù)合材料；無(wú)機(jī)膜的平均孔徑為 2nm-10(am。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征在于所述的無(wú)機(jī)膜反 應(yīng)器為一體式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器或循環(huán)式懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征在于所述的一體式懸 浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器包括無(wú)機(jī)膜管5、密封圈12、進(jìn)料恒流泵3與9、出料真空抽 吸泵7、無(wú)機(jī)膜管外封閉夾套6、磁力攪拌轉(zhuǎn)子4和冷凝器11;膜管的下端封閉， 上端接冷凝器11，用密封圈12將無(wú)機(jī)膜管上端外側(cè)與外封閉夾套6頂端內(nèi)側(cè)密 封，兩者間環(huán)隙與濾液輸出管相通，濾液輸出管接真空抽吸泵7。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征在于所述的循環(huán)式懸 浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器包括無(wú)機(jī)膜管5、密封圈12、進(jìn)料恒流泵3與9、耐腐蝕的蠕 動(dòng)泵或離心泵13、無(wú)機(jī)膜管外封閉夾套6、出料真空抽吸泵7和冷凝器11;膜 管是不封口的，其上端接冷凝器ll，下端接耐腐蝕的蠕動(dòng)泵或離心泵13，用密 封圈12將膜管兩個(gè)頂端的外側(cè)與膜管外封閉夾套6相應(yīng)位置的內(nèi)側(cè)密封，兩者 間環(huán)隙與濾液輸出管相通，濾液輸出管接真空抽吸泵7。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，其特征是所用的無(wú)機(jī)膜管 是直管或盤(pán)管。 '
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的懸浮床無(wú)機(jī)膜反應(yīng)器，適用于使用細(xì)小或超細(xì)催化劑顆粒的多相催化反應(yīng)，也可用于反應(yīng)物或生成物中含有細(xì)小的懸浮顆粒的多相物料的反應(yīng)及固液分離。反應(yīng)器最明顯的特征是用無(wú)機(jī)膜膜管本身做反應(yīng)釜，可以由單個(gè)或多個(gè)無(wú)機(jī)膜管組成，并且膜管有一端封閉和不封閉兩種使用狀態(tài)。反應(yīng)器使物料反應(yīng)和懸浮物料的固液分離均在無(wú)機(jī)膜中完成，邊進(jìn)料反應(yīng)，邊分離輸出濾液，催化劑保持在膜管腔體內(nèi)，且反應(yīng)器外使用抽吸泵使無(wú)機(jī)膜能保持恒定的滲透通量，具有設(shè)備簡(jiǎn)化，占地面積小，流程短，能耗小，投資省的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J8/08GK101322930SQ200810022438
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月21日
發(fā)明者徐南平, 李朝輝, 邢衛(wèi)紅, 陳日志 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)