[发明专利]一种可连续制备5-HMF的装置及方法

说明书

本发明涉及生物质高值化利用技术领域，尤其涉及一种可连续制备5‑HMF的装置及方法。通过智能化的全程控制和实时监测调控5‑HMF的生产情况，并及时对突发紧急状况进行简单处理，避免了损失扩大，节约了5‑HMF的综合成本。通过串、并联式反应釜相结合，解决了实际生产过程中5‑HMF副产物可能引发的管道堵塞，减少了设备损耗，同时多个反应釜相对独立的工作，降低反应能耗同时还能极大提高生产效率，可随时调控任一反应釜的生产状况，而且可根据反应底物的特点对反应工艺灵活切换，保证了较高的5‑HMF产率，保证反应平稳进行。调控体系内催化剂、助催化剂的比例和种类以及反应条件，可以从源头减少的生成，对于5‑HMF的工业化大量生产以及打通后续产品的生产线有着重大意义。

技术领域

本发明涉及生物质高值化利用技术领域，尤其涉及一种可连续制备5-HMF的装置及方法。

背景技术

近300年来，储存在化石内的碳元素不断以CO₂形式进入大气层，不仅造成短期内不可再生化石能源的大量消耗，同时打破自然界的碳循环平衡。因此，为合理利用碳资源，来源于生物质、尤其是可作为供能物质的糖类及其衍生物逐渐成为关注的重点。12个关键生物质衍生的关键平台分子之一的高附加值化学品5-HMF(5-羟甲基糠醛)更是其中的代表。

5-HMF分子单体有多种官能团，可以通过加氢、聚合和酯化等方式生成高附加值的精细化学品、聚合物生产单体、清洁燃料以及工业化学品材料等。然而在5-HMF的常规工业生产过程中，常常围绕着设备、人力和效率等因素而引起的高生产成本等问题。首先，现有装置设备经常无法完全满足5-HMF的生产条件，如在传统连续式流动床上进行的5-HMF生产时常会生成类似焦炭的黑色副产物，该类物质通常由产物和原料之间在高温条件下分子缩聚而产生，根据聚合程度和反应体系不同而呈软垢状、渣块状甚至致密硬块状，而副产物在设备中大量沉积后极易造成连续式生产设备的管道阻塞。一方面导致设备损耗率较高，降低生产效率，另一方面增加不必要的维护成本；同时，在使用间歇式和部分连续的传统反应釜反应时，升温降温过程不仅使反应整体能耗较大、生产效率低下，增加人力成本；另外，产物5-HMF极易水解，需要对反应进度实时检测判断，否则可能会发生浪费反应原料或反应过度的情况；上述因素直接和间接增加了5-HMF综合生产成本，掣肘其应用领域和范围的扩大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的是5-HMF生成过程中能耗损失较大、生产效率低下、综合成本较高的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种可连续制备5-HMF的装置，包括反应系统、物料投放系统、加热系统、清洗系统、冷却系统、反应物实时检测系统、物料收集系统以及集成处理系统；所述反应系统包括一组或多组反应釜，所述反应釜内设置有温度传感模块和压力传感模块，通过所述反应釜为催化反应提供场所，并通过所述温度传感模块和所述压力传感模块对所述反应釜内的反应条件进行实时检测；所述物料投放系统与所述反应系统的进料口连接，用于为所述反应系统提供原料供应，所述物料投放系统包括储料罐、物料泵以及信号检测接收反馈线路；所述加热系统与所述反应系统连接，所述加热系统包括热源和换热器模块，用于为所述反应系统的催化反应提供热量；所述清洗系统包括流量检测模块和设置在所述反应釜内的清理模块和外接所述反应釜的冲洗泵；所述冷却系统与所述反应系统的末端连接，用于冷却并收集反应后的反应物；所述反应物实时检测系统设置在所述反应系统的末端，用于对反应进行实时监测；所述物料收集系统与所述反应系统的出料口连接，用于为所述反应系统收集反应物，所述物料收集系统为萃取罐或分液罐；所述集成处理系统分别与所述反应系统、物料储存及投放系统、加热系统、清洗系统、冷却系统、反应物实时检测系统以及物料收集系统连接，以控制物料投放、调节反应过程中的温度压力、进料流量流速、反应后的设备清洗以及生产急停。

进一步地，所述反应系统中的多组反应釜通过并联方式设置，多组所述反应釜的进料口分别连接所述物料投放系统，多组所述反应釜的出料口分别连接所述物料收集系统。