[实用新型]一种电催化合成酰胺类有机小分子的装置

说明书

本实用新型公开一种电催化合成酰胺类有机小分子的装置，原料罐的出口通过管路与反应装置的进口相连，pH传感器、温度传感器和压力传感器分别与反应装置相连，在反应装置内设置阳极组件、阴极组件和参比电极组件，在阳极组件和阴极组件之间设置膜组件，阳极组件、阴极组件和参比电极组件组成三电极体系，与设置在反应装置外的外接电控设备相连，在反应装置内设置搅拌部件，反应装置的第一出口通过管路与气体产物储罐相连，以收集气体产物，如伴随反应进行而生产的氢气、氧气；反应装置的第二出口通过管路与分离精馏塔相连，分离精馏塔通过管路与第一收集塔和第二收集塔相连。本实用新型使用三电极体系对原料进行恒电位反应，以电化学工艺合成酰胺类化合物，实现了原料利用的最大化，极大降低了原料成本。

技术领域

本实用新型涉及电催化酰胺类有机小分子合成装置，更加具体地说，涉及一种以甲酸以及氮氧化物为原料通过共还原反应合成有机小分子(甲酰胺)，提供一种的电催化装置。

背景技术

甲酰胺作为一种重要的基础化工原料，广泛应用于药业、工业、生物等领域。目前，甲酰胺的工业合成方法主要有两种。其一，将一氧化碳与氨气混合，以甲醇钠为催化剂，在高温高压(0.8～1.7MPa，348～353K)条件下，通过一锅法直接合成甲酰胺；其二，以一氧化碳和甲醇为原料，在甲醇钠存在下，高温、高压(10～30MPa，353～373K)下首先得到甲酸甲酯，与氨气进一步反应制得甲酰胺。后者，被广泛应用于目前甲酰胺合成的工业领域。然而，该工艺存在一系列重大问题难以突破：(1)一氧化碳的使用带来安全隐患；(2)甲酸钠作为腐蚀性强碱，使用过程中会给设备带来损害； (3)高温、高压的反应条件对设备要求极高(设备造价高昂、后期维护修理复杂)，并且存在安全隐患；(4)高温、高压的反应条件能耗极高，并且伴随产生的污染性物质产生环境污染。这些生产方式不仅原料上不可持续，而且产生大量温室气体进一步导致环境的恶化。

因此，开发绿色、温和的合成工艺来制备酰胺类化合物成为了目前研究的焦点。近期研究发现，电化学合成过程中一般以H₂O分子为氢源、常温、常压下即可发生，不需要提供危险性物质、不需要高温高压等严苛的反应条件。同时，电化学合成过程中，电子转移可实现剧烈的氧化以及还原过程，不需要强烈氧化剂、还原剂的使用，降低了反应的危险性。另外，电合成工艺可以实现小规模、分散性作业，可以节省大量运输费用和人力成本。因此，通过电化学工艺合成酰胺类化合物具有很大的研究价值和应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电催化合成酰胺类有机小分子的装置，旨在以电化学工艺合成酰胺类化合物。

本实用新型的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种电催化合成酰胺类有机小分子的装置，包括反应装置、原料罐、三电极体系以及分离精馏塔，其中：

原料罐的出口通过管路与反应装置的进口相连，并在管路上设置输送泵，以控制原料的流速和/或流量；

pH传感器、温度传感器和压力传感器分别与反应装置相连，以监测反应装置内的pH、温度和压力；

在反应装置内设置阳极组件、阴极组件和参比电极组件，在阳极组件和阴极组件之间设置膜组件；阳极组件、阴极组件和参比电极组件组成三电极体系，与设置在反应装置外的外接电控设备相连；

在反应装置内设置搅拌部件；反应装置的第一出口通过管路与气体产物储罐相连；

反应装置的第二出口通过管路与分离精馏塔相连，分离精馏塔通过管路与第一收集塔和第二收集塔相连，以实现对反应物质的精馏分离，将目标产物酰胺类物质汇聚到第一收集塔，将副产品汇聚到第二收集塔。

在上述技术方案中，输送泵为蠕动泵。

在上述技术方案中，膜组件为Nafion膜组件。

在上述技术方案中，外接电控设备为恒电位仪。