[发明专利]一种环型多层套管膜反应器及使用其生产(甲基)丙烯酸酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环型多层套管膜反应器以及采用该反应器进行(甲基)丙烯酸与C1-C4醇的酯化反应生产(甲基)丙烯酸酯的方法。

背景技术

(甲基)丙烯酸酯是一种大宗化工原料，其自聚或共聚形成的(甲基)丙烯酸酯类树脂被广泛用于涂料、胶黏剂、有机玻璃、纺织等的生产。(甲基)丙烯酸酯类可以由(甲基)丙烯酸和醇通过酸类催化剂催化进行酯化反应得到。

酯化反应是一个可逆反应，因此转化率只能在一个平衡值以下，这取决于平衡常数。为提高转化率，一种方法可以使一种原料醇或酸大大过量的方法。这种方法往往导致副产物增多，选择性下降，对后续精制也带来一定困难；另一种方法是移除生成的水(例如专利200910012161.1的方法)，这种方法较为有效。

通常酯化反应除水的方法有直接蒸馏除水和加共沸剂脱水(如甲苯、环己烷等)。这些方法能耗较高，脱水效果不理想，共沸剂对环境污染较大。利用膜技术渗透汽化脱水是近些年新兴的脱水技术，这一技术已经在溶剂脱水方面有了很大的进展，但应用于酯化反应鲜有报道。

生产(甲基)丙烯酸酯的主流工艺有无机酸催化(例如埃勒夫阿托化学专利95109453.X)、有机酸催化(例如巴斯夫专利200610073923.5)，固体酸催化(例如中石化专利201110255431.9)及阳离子树脂催化剂催化酯化反应(例如触媒专利200710112480)。

无机酸(如浓硫酸)及有机酸(如对甲苯磺酸)都属于均相催化剂，均相催化具有传质效果好、反应快等优点，但是强酸对设备具有很强的腐蚀。固体催化剂可以避免强酸与设备的直接接触，能大大降低催化剂对设备的腐蚀。采用固体催化剂生产制备(甲基)丙烯酸酯类的设备有几个问题，第一，采用固定床设备无法实现连续脱水，从而造成酯化反应的转化率低；第二，固体催化剂不流动使物料易形成沟流，导致催化剂利用效率低，传质效果较差；第三，(甲基)丙烯酸含有不饱和双键，容易产生聚合物，一般酯化设备的阻聚空气是从单点或几点加入，阻聚空气在反应体系中分布不均匀；第四，采用固体催化剂的酯化反应，醇类在催化剂表面吸附生成醚类杂质。

针对以上问题，需要寻求一种新的制备(甲基)丙烯酸酯反应器，既能实现连续脱水，又能使固体催化剂与物料进行有效接触，且能够尽力避免副反应的发生。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种环型多层套管膜反应器，以克服现有酯化反应设备的种种不足。该反应器能够实现在酯化反应过程中连续脱水，降低了除水的能耗，并能提高原料与催化剂的传质效果，减少了醚类杂质的生成。

本发明的另一个目的在于提供采用上述反应器生产(甲基)丙烯酸酯的方法，可有效提高酯化反应转化率，较少醚类副产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种环型多层套管膜反应器，主体是环型三层套管结构，包括由内而外同轴设置的内膜套管、中膜套管、外套管，内膜套管和中膜套管外部通过支撑网固定支撑，内膜套管上开设有一个水蒸汽出口，中膜套管上开设有一个进料口和一个出料口，外套管上开设有一个空气入口，中膜套管内腔设置有混合构件，在中膜套管出料口处安装有分离网，分离网固定在膜套管内壁上，在进料口和出料口之间(优选中间)安装单向阀，单向阀作用为保证流体从进料口沿环型反应器流动至出料口，且其允许固体催化剂通过。

本发明的反应器中，所述的中膜套管内腔的混合构件包含推进式翅片和螺旋轨道，螺旋轨道围绕在内膜套管外侧，螺旋轨道在内膜套管轴截面上的投影与内膜套管轴线的夹角为α，α＝15-30°，推进式翅片绕螺旋轨道运动。

本发明的反应器中，所述的混合构件的推进式翅片由中心圈和位于中心圈圆周上的6～12片翅片构成，翅片在中心圈圆周上均匀或不均匀分布，优选均匀分布，所述的螺旋轨道穿过翅片中心圈，且螺旋轨道的外边缘与翅片中心圈内周贴合，使得中心圈紧扣在螺旋轨道上滑行推进，绕螺旋轨道运动。

所述的混合构件的翅片推进结构，在流体推动下，双轴旋转推进。首先推进翅片沿螺旋轨道旋转推进，推进翅片本身也沿中心圈中轴自旋转推进。双旋转模式能有效混合催化剂和反应物料，防止催化剂沉降，有效提高反应的转化率，并且在应用在酯化反应时降低了醚类杂质的生成，其主要由于良好的混合效果，改变了醇类在固体催化剂表面的原有扩散和吸附过程，使化学反应选择性更偏向于酯化反应。

本发明的反应器中，推进式翅片和螺旋轨道材质为碳钢、304、316或316L中的一种。