反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于气液化学反应的反应装置，该反应装置能制备目标反应产物。本发明专利技术是使用膜式催化剂进行使液体成连续相的气液化学反应的反应装置，该反应装置的反应器内部具备用于分散反应原料气体或运载气体的剪切式搅拌叶片。并且，本发明专利技术还涉及使用该反应装置使伯胺或仲胺与醇反应的叔胺制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用膜式催化剂进行使液体成连续相的气液化学反应的反应装置，特别涉及适于以醇和伯胺或仲胺作为原料制备对应的叔胺的反应装置。
技术介绍
多数工业反应使用淤浆化固体催化剂在混合槽型反应器中进行。淤浆化催化剂是微细粉体，使反应性气体如氢气或氨气与液体在催化剂存在的条件下接触并进行反应，反应结束后，一般通过过滤除去催化剂，回收反应产物。但是，淤浆化催化剂在安全性、废物增加、操作性、生产率等方面存在问题。例如，其一是，多数催化剂具有自燃性，因此存在安全隐患，另一方面，为了回收反应产物，通常需要通过过滤除去催化剂，因此存在设备以及运转复杂化的问题。作为利用搅拌及气体鼓泡等的混合操作并非必需、且也无需过滤分离催化剂的工艺，可举出固定床方式。以固定床方式使用的催化剂形态，为人熟知的有颗粒状、面条状、或小片状成型催化剂。通过压缩或挤出等方法将具有催化活性的粉末状物质成型加工为上述形态，形成其中具有无数细孔的结构，并兼具容积形态和大表面积。例如日本特开平6-211754号公报所述。作为固定催化剂的其它方法，已知的还有在反应场内形成薄膜状催化剂层的方法。例如，在日本特开2003-176255号公报中，说明了在单片表面上使催化金属附着的反应器。其中指出了在反应剂气体与反应剂液体之间的氢化反应中，由于能减小反应器的压力下降、提高气体和液体的速度，因此，与现有的固定床填充反应器相比，能进一步促进物质的移动。另外，日本特开2003-275577号公报中揭示了使用了单片催化剂的其它反应器。其中，为提高反应物气体在反应物液体中的溶解度，通过设在含催化剂的壳体上的涡轮叶轮的旋转，将气体细微分散，为控制反应物液体的对流状态而使用挡板。由此提高了用硝基苯制造苯胺时的氢化反应的选择性。
技术实现思路
本专利技术是使用膜式催化剂进行使液体成连续相的气液化学反应的反应装置，提供反应器内部具备用于分散反应原料气体或运载气体的剪切式搅拌叶片的反应装置。本专利技术提供使用该反应装置使伯胺或仲胺与醇反应的叔胺制备方法。本专利技术还提供反应装置的用途，其中反应装置在液体形成连续相、反应原料气体或运载气体被分散的状态下进行气液化学反应。附图说明图1为本专利技术所用的剪切式搅拌叶片的凹板涡轮(concave turbine)例的立体图。图2为本专利技术所用的剪切式搅拌叶片加边涡轮(edged turbine)例的立体图。图3是实施例1所用的反应装置的正面图。图4是图3所示反应装置挡板部分的放大图。图5是实施例1中使用的加边涡轮的示意图，(a)是正面图，(b)是平面图。图6是比较例1中使用的螺旋桨叶片的立体示意图。图7是比较例1中使用的螺旋桨叶片的正面图。图8是比较例1中使用的反应装置的正面图。符号说明1凹板涡轮(concave turbine)，11加边涡轮(edged turbine)，2反应器(可拆式烧瓶(separable flask))，3膜式催化剂，4外壳(casing)，5挡板(baffle)，6玻璃管，7螺旋桨叶片。具体实施例方式如日本特开平6-211754号公报所示反应方式虽能解决与催化剂处理以及废弃物相关的许多问题，但不能适用于许多反应的技术性问题。一方面，在伴有发热的反应中，在控制整体温度上升及温度梯度时存在问题。此外，在反应器内部的液体-气体分配方面存在问题，常常发生转化率不充分以及浓度梯度局部化，促进了副反应。在日本特开2003-176255号公报中，为了进行气体分配，使用了静止混合器，难以直接转用淤浆化催化体系反应中使用的混合槽型反应器。在日本特开2003-275577号公报中，由于积极地进行了液体对流，所以存在催化剂层中气体滞留时间减少、气体向液体溶解的时间缩短的问题。本专利技术提供气液化学反应中使用的反应装置，它是可通过简易工艺以高产率制备的目标反应产物的反应装置。根据本专利技术的反应装置，可通过不需要催化剂分离操作的简易工艺以高产率得到目标物质。本专利技术的气液化学反应是指，使液体成连续相时吹入反应原料气体、运载气体进行的加成反应、氢化反应、脱氢反应等化学反应。本专利技术中使用的膜式催化剂与现有的数mm程度大小的不规则填充物类型不同，是指厚度1mm以下的薄膜状形态的催化剂。反应原料和产物在催化剂内部的移动过程受扩散控制，通过将该距离缩短至1mm以下，能促进催化剂与其外部之间的物质移动，并能控制催化剂内部的中间反应原料的过度反应。特别优选100μm以下的厚度，更优选50μm以下的厚度。为了确保催化剂层的强度并得到强度面的耐久性，厚度下限优选0.01μm以上，更优选1μm以上。膜式催化剂的结构需要是易于向催化剂供给反应原料并易于从催化剂回收产物的结构。另外，为能以更好的反应效率进行反应，希望将实施反应原料的供给以及产物回收的催化剂表面设置得尽可能宽。为达到上述条件，适于使用在内径数mm～数十mm的管束集合体或单元密度为每1平方英寸数十～数百单元的蜂窝构造体内壁面上设置膜式催化剂的装置。为使膜式催化剂形成上述各种结构，可考虑例如使催化活性物质成型为蜂窝状构造体的方法等，但为兼具薄催化剂层和高机械强度，优选在载体表面固定膜式催化剂。例如可举出在金属或其它具备刚性的管状、平板状或蜂窝状等载体表面形成含催化活性物质的涂层，把它作为膜式催化剂的方法。此时的涂布方法可使用现有的公知方法，例如可举出喷镀等物理蒸镀法、化学蒸镀法、来自溶液体系的浸渍法、使用粘合剂的刮涂法、喷涂法、浸涂法、旋涂法、凹板印刷、口模式涂布法等各种涂敷工艺。膜式催化剂的内部结构较大地依赖于构成催化剂的活性物质的种类、催化剂的制备方法等，可形成致密的连续相，也可以是多孔质结构。例如，用喷镀、化学蒸镀法等在载体表面上形成薄膜时，可形成致密的连续相；使用粉末状活性物质用湿式或干式涂布工艺在载体表面上形成薄膜时，可能形成多孔质结构。膜式催化剂内部可含有单其本身不作为活性物质起作用、用于固定活性物质形成膜式催化剂的粘合剂。作为粘合剂，可举出除在活性物质之间或与载体表面具有粘结性之外、还具有耐反应环境、且对反应体系无恶劣影响的耐药品性、耐热性等性质的高分子或无机化合物。例如，可举出羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等纤维素系树脂，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等氟树脂，聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、密胺树脂、有机硅树脂等高分子化合物，或二氧化硅、氧化铝等无机化合物溶胶等。装填了膜式催化剂的反应器的形式，只要能通过搅拌叶片实施搅拌，就可采用包括现有的公知的各种形式。气体向膜式催化剂层的分配供给通过搅拌叶片产生微细气泡进行。此时，为延长气体的滞留时间，控制搅拌叶片产生的液体对流，为此，希望搅拌时不出现沿轴向、径向的挤出。因此，在本专利技术中，使用通过剪切力制作微细气泡、增加气液界面面积促进扩散或延缓气泡上升速度，能延长气泡滞留时间的剪切式搅拌叶片。在本专利技术中，剪切式搅拌叶片是指相对于吐出能力，剪切能力较高的搅拌叶片。作为剪切式搅拌叶片可举出平板涡轮、凹板涡轮、加边涡轮等，优选凹板涡轮、加边涡轮。凹板涡轮是美国专利第5791780号说明书等中所定义的如图1所示的搅拌叶片1；加边涡轮是圆盘上以近似垂直的角度安装有叶片，并且相对于圆周方向保持0°～30°角度的形状，具体而言，即如图2、图5所示的搅拌叶片11。且为有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进行液体成连续相的气液化学反应的反应装置，其特征在于，在反应器内部，设有用于分散反应原料气体或运载气体的剪切式搅拌叶片和膜式催化剂。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：广田敦史，西村徹，
申请(专利权)人：花王株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]