一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5-呋喃二甲酸连续制备装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5

【技术实现步骤摘要】
一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备装置和方法


[0001]本专利技术属于化工行业的多釜串联全混流连续反应领域，具体涉及一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备装置和方法。

技术介绍

[0002]2,5
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呋喃二甲酸(2,5
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Furandicarboxylic acid，简称：2,5
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FDCA，CAS号：3238
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40
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2)是生物可降解塑料聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PolyEthylene Furanoate，PEF)的聚合单体，同时在医药、精细化学品、溶剂等领域有广泛应用前景，2004年被美国能源部列为十二种生物质基平台化合物之一，未来需求量巨大。2,5
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FDCA的结构式如下：目前，2,5
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FDCA制备的主流路线是从葡萄糖/果糖出发，先脱水环合生成5
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羟甲基糠醛(5
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HydroxyMethylFurfural,简称：5
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HMF)，再氧化制得。由于5
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HMF反应活性高、稳定性差，分离困难，因而制备成本高，进而严重制约了该路线的工业化进程。
[0003]2,5
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FDCA也可以从己糖出发，先氧化得到己糖二酸，再脱水环合制备。该路线的优点包括：工艺路线短；原料可以是己糖混合物水溶液、纯度要求低；中间产物己糖二酸非常稳定、分离相对容易。目前己糖二酸的制备不论在化学法、还是生物法上都已经取得了大的突破，己糖二酸的低成本制备已经成为可能，因此己糖二酸路线制备2,5
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FDCA发展前景广阔。
[0004]己糖二酸和/或己糖二酸盐催化脱水环合制备2,5
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FDCA的反应式如下(以葡萄糖二酸为例)：从前面的反应式可以看出每生成1摩尔2,5
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FDCA会产生3摩尔水，而实验表明水的含量对反应影响巨大，水含量的增加会大大减低产物2,5
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FDCA的选择性，从而影响收率。为此，本专利申请人课题组申请了脱水环合和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5
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呋喃二甲酸的装置和方法(吕秀阳、吕喜蕾、郑丽萍、徐海峰、陈旭杰、蒋雨希、徐玲、李彦辰。脱水环合和恒沸精馏除水耦合的己糖二酸(盐)制备2,5
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呋喃二甲酸的装置和方法，ZL 202010215086.5(授权日：2022年5月17日))，该方法通过加入能与水形成共沸物的夹带剂把水通过恒沸精馏及时馏出，降低副反应的发生，从而大幅度提高产物2,5
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FDCA的收率，但是该方法仍有以下问题亟待解决：
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底物浓度不能超过10％，即0.1kg己糖二酸(盐)/L催化剂
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反应溶剂溶液，超过这一浓度2,5
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FDCA的收率会大幅度下降，而10％底物浓度对于工业化生产是不够高的；
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间隙操作批与批之间有差异，影响了产品质量的均一性。
·
间隙操作需要长的辅助时间(升温、降温等)，空时产率(指单位体积的设备在单位时间内得到目的产物的量)低。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：采用间隙反应釜从己糖二酸(盐)催化脱水环合制备2,5
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呋喃二甲酸过程中存在的底物浓度低、空时收率低和产品均一性差。本专利所述的己糖二酸和/或己糖二酸盐包括葡萄糖二酸及其盐、半乳糖二酸(亦称：粘酸)及其盐、甘露糖二酸及其盐等，己糖二酸盐的种类包括钾盐、钠盐、钙盐等。
[0007]为了解决底物浓度低的问题，本专利技术采用连续加料技术在第一级间隙反应釜内边加料边反应，使釜内反应原料的实际浓度一直处于低位；通过耦合恒沸精馏技术把生成的水及时馏出，确保反应选择性和收率高；通过引入多釜串联全混流连续反应技术，实现过程的连续化，从而解决空时收率低和产品均一性差的问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备装置和方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备装置，所述连续制备装置是由多个间隙反应釜串联组成，其中间隙反应釜串联的数量为2
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6个；每个间隙反应釜包括脱水环合反应釜、精馏塔、冷凝器、分相器，其中脱水环合反应釜与精馏塔相连，精馏塔顶接冷凝器和分相器，分相器与精馏塔顶相连。
[0009]优选地，所述间隙反应釜串联的数量为3～4个。
[0010]一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备方法，所述方法包括以下步骤：1)单个间隙反应釜稳定运行：打开反应釜搅拌和反应釜夹套加热蒸汽，向脱水环合反应釜中依次加入反应溶剂和催化剂的混合液、夹带剂，含水、夹带剂、反应溶剂的汽相在精馏塔内与分相器上层回流的液相进行汽液传质，反应溶剂进入液相回到反应釜，夹带剂和水形成的共沸物汽相从塔顶馏出进入冷凝器冷凝，冷凝液在分相器中分层，上层夹带剂回流，下层水放出，其中反应溶剂和催化剂的混合液中反应溶剂和催化剂的质量比为20:1～100:15；2)多级串联反应釜稳定连续运行：向第一级间隙反应釜中连续加入反应溶剂和催化剂的混合液，釜底以相同的流量流向下一级，直至最后一级间隙反应釜，其中单个间隙反应釜的空时为20min
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2h；3)向第一级间隙反应釜中连续加入己糖二酸和/或己糖二酸盐，在反应温度100～140℃下反应，其中己糖二酸和/或己糖二酸盐与步骤2)中反应溶剂和催化剂的混合液的质量流量比为1:10～3:10；4)从最后一级间隙反应釜流出的反应产物经冷却、结晶、重结晶后得到2,5
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呋喃二甲酸产品，结晶母液经除杂后返回第一级间隙反应釜。
[0011]优选地，步骤1)中所述反应溶剂为环丁砜、3
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甲基环丁砜、3
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环丁烯砜、二甲砜、二
乙砜、正丁砜、甲基苯基砜、二苯砜，上述反应溶剂都是含有砜类化合物，它们的结构式、熔点和沸点如下所示。
[0012]优选地，步骤1)中所述催化剂为硫酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸。
[0013]优选地，步骤1)中所述夹带剂为环己烷、苯、甲苯、二甲苯、苯甲醚。这些夹带剂与水的共沸点和组成如下：环己烷与水的共沸点为68.95℃，共沸物组成:环己烷91.6％，水8.4％。
[0014]苯与水的共沸点是69.3℃，共沸物组成:苯91.1％,水8.9％。
[0015]甲苯与水的共沸点是84.1℃，共沸物组成:甲苯80.84％,水19.16％。
[0016]二甲苯与水的共沸点是92.0℃，共沸物组成:二甲苯62.5％,水37.5％。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备装置，其特征在于，所述连续制备装置是由多个间隙反应釜串联组成，其中间隙反应釜串联的数量为2
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6个；每个间隙反应釜包括脱水环合反应釜、精馏塔、冷凝器、分相器，其中脱水环合反应釜与精馏塔相连，精馏塔顶接冷凝器和分相器，分相器与精馏塔顶相连。2.一种采用如权利要求1所述多级串联反应和恒沸精馏除水耦合的2,5
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呋喃二甲酸连续制备装置进行连续制备的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）单个间隙反应釜稳定运行：打开反应釜搅拌和反应釜夹套加热蒸汽，向脱水环合反应釜中依次加入反应溶剂和催化剂的混合液、夹带剂，含水、夹带剂、反应溶剂的汽相在精馏塔内与分相器上层回流的液相进行汽液传质，反应溶剂进入液相回到反应釜，夹带剂和水形成的共沸物汽相从塔顶馏出进入冷凝器冷凝，冷凝液在分相器中分层，上层夹带剂回流，下层水放出，其中反应溶剂和催化剂的混合液中反应溶剂和催化剂的质量比为20:1~100:15；2）多级串联反应釜稳定连续运行：向第一级间隙反应釜中连续加入反应溶剂和催化剂的混合液，釜底以相同的流量流向下一级，直至最后一级间隙反应釜，其中单个间隙反应釜的空时为20 min
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2 h；3）向第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕秀阳，吕喜蕾，魏茜文，蒋雨希，任傲天，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：