一种连续合成乙酰丙酸的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续合成乙酰丙酸的方法及装置，该方法为：向填充有酸性催化剂颗粒的封闭容器中加入质量浓度为0.1％～50％的化合物水溶液，在50～200℃、0～3MPa条件下，反应10s

【技术实现步骤摘要】
一种连续合成乙酰丙酸的方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种连续合成乙酰丙酸的方法及装置，属于生物质催化转化领域。

技术介绍

[0002]乙酰丙酸是高附加值生物质衍生平台化学品，也被美国能源部门选为12大最具价值的平台化合物之一。乙酰丙酸主要用于生产γ
‑
戊内酯(GVL)、氨基乙酰丙酸(DALA)、二酚酸(DPA)、甲基四氢呋喃、各种酯类化学品和树脂等，可广泛应用于医药、食品、能源和化工等领域。乙酰丙酸主要源于单糖(葡萄糖、果糖、木糖等)的酸催化反应，对于葡萄糖和木糖，首先通过催化剂的Lewis酸位点将其异构化，然后基于酸位点催化并经历脱水和水合反应最终产生乙酰丙酸。相比于葡萄糖和木糖，果糖转化为乙酰丙酸因其反应路径短(果糖
→5‑
羟甲基糠醛
→
乙酰丙酸)且收率高，被认为是一种更易实现的反应方式。
[0003]基于传统搅拌釜反应器在硫酸、盐酸、磷酸、过渡金属氯化物等催化剂作用下，可获得较高的乙酰丙酸收率(高达80％)。但使用均相酸催化剂的缺点众所周知：严重腐蚀设备、大量均相催化剂使用引发的产物难于分离、同时造成环境污染等。固体酸催化剂的使用可有效降低对反应设备的腐蚀，并具有易回收可循环等特点，同时有利于反应物和产物的分离及精炼。此外，间歇反应器(如反应釜)流体返混较大，反应器内流体扩散距离长，传质传热速率慢，造成反应物转化率和目标产物收率低、反应时间长，特别在使用绿色溶剂纯水的情况下。此外，果糖转化乙酰丙酸反应温度和压力较高(70～220℃，0～3MPa)，大型间歇搅拌釜反应器存在安全隐患。近些年来，填充式微反应器受到广泛关注，其固载催化剂颗粒尺寸小、具有快速混合和优异的液固传递特性、同时保持原有固定床平推流特性(返混接近0)，易于连续和放大生产。填充式微反应器应用在果糖转化乙酰丙酸，可有效强化液固反应过程，显著缩短反应时间，易于工业连续生产及放大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决传统间歇乙酰丙酸合成过程反应效率低、反应时间长、难以连续生产和安全性低等问题，提出一种连续合成乙酰丙酸的方法及装置。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术的一种连续合成乙酰丙酸方法，具体合成步骤如下：
[0007]向填充有酸性催化剂颗粒的封闭容器中加入质量浓度为0.1％～50％的化合物水溶液，在50～200℃、0～3MPa条件下，反应10s
‑
30min后，得到乙酰丙酸；化合物水溶液的加入流量为0.01ml/min～20ml/min；
[0008]所述化合物水溶液为果糖水溶液或5
‑
羟甲基糠醛水溶液；
[0009]所述的酸性催化剂颗粒为离子交换树脂催化剂；优选为Amberlyst 15颗粒、Amberlyst 70颗粒、HND
‑
8颗粒、HND
‑
12颗粒或HND
‑
580颗粒；
[0010]所述酸性催化剂颗粒的直径为50μm
‑
2000μm，优选为100μm
‑
500μm。
[0011]所述化合物水溶液的质量浓度，优选为1％
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10wt％。
[0012]所述化合物水溶液的加入流量，优选为0.05
‑
3ml/min。
[0013]所述的反应温度和压力，优选为100
‑
150℃，1
‑
2MPa。
[0014]本专利技术的一种连续合成乙酰丙酸的装置，包括原料罐、原料泵、填充式微反应器、背压阀；
[0015]所述填充式微反应器为内部填充有酸性催化剂颗粒的密闭容器，所述填充式微反应器的上端开有进液口、下端开有出液口；所述酸性催化剂颗粒为离子交换树脂催化剂；优选为Amberlyst 15颗粒、Amberlyst 70颗粒、HND
‑
8颗粒、HND
‑
12颗粒、HND
‑
580颗粒；
[0016]所述酸性催化剂颗粒的直径为50μm
‑
2000μm，优选为100μm
‑
500μm；
[0017]所述原料罐内装有质量浓度为0.1％～50％的化合物水溶液，所述化合物为果糖水溶液或5
‑
羟甲基糠醛水溶液；
[0018]所述原料罐的出液口与所述填充式微反应器的进液口相连，所述原料罐与填充式微反应器的连接管路上设有原料泵，所述填充式微反应器的出口管路上设有背压阀。
[0019]所述填充式微反应器优选采用竖直放置的长筒形结构，且所述填充式微反应器的长径比大于30。
[0020]所述填充式微反应器的外壁套接有加热管线。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术装置和方法提高了乙酰丙酸合成过程的反应效率，反应时间短，实现了连续生产，并且安全性高。本专利技术利用了填充式微反应器持液量高和平推流特性，强化了反应过程相间传递速率，有效减少中间产物与副反应发生，催化剂易于固定分离和重复使用，通过精确控制停留时间控制反应进度，并提高乙酰丙酸连续合成过程绿色性和安全性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的合成装置的结构示意图；
[0024]图中：1
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原料罐，2
‑
原料泵，3
‑
填充式微反应器，4
‑
背压阀。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术的内容作进一步描述
[0026]实施例1
[0027]一种连续合成乙酰丙酸方法，采用专用合成装置实现的，该装置包括：如图1所示，原料罐1、原料泵2、填充式微反应器3、背压阀4；
[0028]所述填充式微反应器3为内部填充有球状酸性催化剂颗粒的密闭容器，该密闭容器为长径比为36的长筒形结构，所述填充式微反应器3的上端开有进液口，所述充式微反应器3的外壁套接有加热管线，所述填充式微反应器3的下端开有出液口；所述的酸性催化剂颗粒为HND
‑
580颗粒；所述酸性催化剂颗粒的直径为500μm；
[0029]所述原料罐1内装有8％质量浓度的果糖水溶液，原料罐1通过管路与填充式微反应器3的进液口相连，原料罐1与填充式微反应器3的连接管路上设有原料泵3，填充式微反应器3的出口管路上设有背压阀4。
[0030]填充式微反应器连续合成乙酰丙酸的具体步骤为：
[0031]采用所述原料泵2将所述原料罐1内8％质量浓度的果糖水溶液，以0.1ml/min的流
量泵入所述填充床微反应器3内，加热所述填充式微反应器3内的温度达到150℃，调节背压阀4操作压力为1.5MPa，反应8min后，所述填充式微反应器3从出口管路排出乙酰丙酸，经计算乙酰丙酸的转化率和收率分别为99％和65％。
[0032]实施例2
[0033]一种连续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续合成乙酰丙酸方法，其特征是具体合成步骤如下：向填充有酸性催化剂颗粒的封闭容器中加入质量浓度为0.1％～50％的化合物水溶液，在50～200℃、0～3MPa条件下，反应10s
‑
30min后，得到乙酰丙酸；化合物水溶液的加入流量为0.01ml/min～20ml/min；所述化合物水溶液为果糖水溶液或5
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羟甲基糠醛水溶液；所述的酸性催化剂颗粒为离子交换树脂催化剂，所述酸性催化剂颗粒的直径为50μm
‑
2000μm。2.如权利要求1所述的一种连续合成乙酰丙酸方法，其特征是：所述的酸性催化剂颗粒为Amberlyst 15颗粒、Amberlyst 70颗粒、HND
‑
8颗粒、HND
‑
12颗粒或HND
‑
580颗粒。3.如权利要求1或2所述的一种连续合成乙酰丙酸方法，其特征是：所述酸性催化剂颗粒的直径为100μm
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500μm。4.如权利要求1所述的一种连续合成乙酰丙酸方法，其特征是：所述化合物水溶液的质量浓度为1％
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10wt％。5.如权利要求1所述的一种连续合成乙酰丙酸方法，其特征是：所述化合物水溶液的加入流量为0.05
‑
3ml/min。6.一种连续合成乙酰丙酸的装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑乐，杨炜尧，赵之平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：