一种制备三羟甲基丙烷的高效合成系统及方法与流程

本发明属于三羟甲基丙烷生产，具体而言属于一种三羟甲基丙烷的高效合成系统及方法。

背景技术：

1、三羟甲基丙烷是重要的精细化工产品和有机化工原料，目前市面上大部分的三羟甲基丙烷生产厂家主要采用康尼扎罗法进行生产，生产技术日益成熟，但仍然存在着很多问题。在康尼扎罗法中大多采用氢氧化钙作为催化剂，但氢氧化钙在水中溶解度较小，在精馏过程中塔釜会沉淀出一大部分影响正常运行；采用氢氧化钠作为催化剂时会因为与甲酸结合产生甲酸钠，其在精馏时在塔釜不断富集从而使得釜液黏度增大，影响正常运行。目前传统工艺中该法的反应仍然存在着温度高、压强大、反应所产生的副产物多、产物纯度低、产物收率不高等问题，因此在降低能耗的同时提高三羟甲基丙烷的收率是设计合成三羟甲基丙烷系统的关键。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种三羟甲基丙烷的高效合成系统，本发明的高效合成系统通过多个强化反应器的设置与强化机组的应用使得缩合反应能最大限度的完成，通过强化机组增加原料之间的接触面积，从而提高反应速率以及产物收率，并且通过引用外循环系统可以及时的将反应热移出从而精准地控制反应温度，减少反应副产物的产生，便于后续的提纯分离。

2、本发明的第二目的在于提供一种三羟甲基丙烷的高效合成系统所进行反应的方法，该方法操作简单，操作条件温和，产物收率高，纯度高。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、一种制备三羟甲基丙烷的高效合成系统，包括多级反应器，所述多级反应器内部竖直设置有多个强化反应器，所述多个强化反应器由上至下依次均匀排列，所述多级反应器顶部设置有正丁醛进料口，所述正丁醛进料口通入到所述强化反应器中，所述多级反应器顶部两侧分别设置有混合液体进料口与氢氧化钠进料口，所述多级反应器底部设置有第一出料口。

5、优选地，作为进一步可实施的方案，所述强化反应器的个数为两个，所述多级反应器底部设置有第一强化反应器，所述多级反应器中心处设置有第二强化反应器。

6、优选地，作为进一步可实施的方案，所述第一强化反应器内设置有用于增大两相间的相界面积的第一强化机组和第一隔板，所述第一隔板设置在所述第一强化机组的正下方。

7、优选地，作为进一步可实施的方案，所述第一强化机组上方设置有第一循环泵进料口，所述第一循环泵进料口通入到所述第一强化机组中，第一循环泵通过所述第一循环泵进料口与所述第一强化机组相连。

8、现如今制备三羟甲基丙烷所采用的原料大多为正丁醛和甲醇，但在如何合成三羟甲基丙烷的技术中大多存在着收率低、生产能耗高、产物纯度低的问题，因此为了解决上述所提到的问题，本发明通过设置多个强化反应器，通过设置强化机组，利用在强化反应器中的强化机组从而增加两相间的湍流与混流，同时在多级反应器中段和底部都设置强化反应器的方式，使得反应进行的更加彻底充分，从而使得产物收率更高。

9、本发明通过在多级反应器的中心处设置第二强化反应器从而提升原料之间的相界面积，使得原料分散的更为均匀，由于所使用的原料中正丁醛和甲醛水溶液是两相之间互不相溶的体系，因此在传统的三羟甲基丙烷中由于二者之间的互不相容从而使得反应不完全，因此本发明通过在多级反应器的中心处设置第二强化反应器，从而提高正丁醛与甲醛之间的相界面积，从而使得甲醛和正丁醛能够更长时间的混合，增大二者之间的反应时间，从而提高反应过程中的进度和反应的收率，并且通过在多级反应器内部设置多个强化反应器的方式，能够保证正丁醛与甲醛能够更大程度的缩合，提高正丁醛的转化率的同时也能减少副产物的产生，便于后续的分离，而在多级反应器的底部设置第一强化反应器的方式则使得反应能够进一步的反应完全，这是因为在经过第二强化反应器的缩合反应后此时原料发生反应所得到的并非最终的产物，而是一个产物之间的中间体，而为了能够加强中间体转化为三羟甲基丙烷的反应，本发明通过在多级反应器底部设置第一强化反应器的方式进一步加强原料之间的缩合反应，使得中间体能够更加充分彻底的转化为产物三羟甲基丙烷，且当本发明后续的装置对多级反应器中所产出的产物进行分离时，未反应完全的原料则会通过外循环体系，经由强化机组加强与多级反应器内的物质之间的相界面积，使得分离后的进入多级反应器内部的原料能够更加充分的参与反应。

10、优选地，作为进一步可实施的方案，所述第二强化反应器内设置有第二强化机组和第二隔板，所述第二强化机组设置在所述第二隔板的正下方。

11、优选地，作为进一步可实施的方案，所述第二强化机组上方设置有甲醛进料口，所述甲醛进料口通入到所述第二强化机组中，第二循环泵通过所述甲醛进料口与所述第二强化机组相连，所述第二循环泵与所述第二强化机组之间还设置有依次连接的换热器和混合器，所述换热器和所述混合器中间还设置有计量泵进料口，计量泵通过所述计量泵进料口与所述混合器相连。

12、本发明通过在第二强化反应器内部设置第二强化机组，当通过正丁醛进料口进入多级反应器内部的正丁醛和氢氧化钠水溶液催化剂通入第二强化反应器后，与通过计量泵计量后通入第二强化反应器内部的甲醛进行混合，而后通过第二强化机组将三者破碎形成小液滴的形态，使得原本互不相溶的正丁醛和甲醛之间的相界面积增大，提高其反应速率，使得二者进行充分反应，而后通过位于第二强化反应器中的第二隔板使得已经形成小液滴的物料能够分散均匀，使得物料之间的反应进一步加快。而在反应过程中为了使得多级反应器内部的温度降低，从而避免副产物的产生，本发明通过设置外循环体系，通过循环泵、换热器和混合器之间的循环往复，从而使得多级反应器内部的温度被极大的降低，减少了副产物的产生。在第二强化反应器反应的过程中，本发明通过外循环体系将反应液的30％利用第二循环泵抽出，通过与第二循环泵相连的换热器进行换热，极大地降低了多级反应器内部的反应温度，减少了副产物的产生，换热完成后与通过计量泵定量加入的甲醛在经由混合器进行混合后通过第二强化机组上方的甲醛进料口进入第二强化反应器中，并与位于多级反应器上方的正丁醛进料口进入的正丁醛和氢氧化钠水溶液进行充分混合，经由这样的外循环体系可以使得多级反应器内部的温度始终保持在40℃-50℃。

13、而后经由第二强化反应器的初步反应处理后的反应液下降至多级反应器底部所设置的第一强化反应器中，由多级反应器底部的第一强化反应器增强缩合反应，使得中间体转化为最终产物，并经由第一强化反应器内设置的第一强化机组加强缩合反应，且本发明的第一强化反应器中所设置的第一隔板也可以使得形成小液滴的物料能够分散的更为均匀，从而提高反应效率和收率，使得中间体转化为最终产物，并且经过与第一强化反应器相连的第一循环泵、换热器将反应液进行抽出换热后，降低多级反应器内部的温度，减少了副产物的产生，提高产物纯度，而后将换热后的反应液由第一循环泵进料口进入第一强化反应器内部，再次经由第一强化反应器增强缩合反应，使得产物转化率进一步提升。

14、本发明的强化机组属于现有技术，虽然有的属于气动式类型，有的属于液动式类型，还有的属于气液联动式类型，但是类型之间的差别主要是根据具体工况的不同进行选择，另外关于强化反应器和反应器、以及其他设备的连接，包括连接结构、连接位置，根据强化反应器的结构而定，此不作限定。

15、优选地，作为进一步可实施的方案，还包括依次连接的闪蒸罐、粗精馏塔、三羟甲基丙烷精制塔、重结晶装置和过滤器，所述闪蒸罐与所述多级反应器相连。

16、在经由多级反应器第一出料口采出的反应液经过第一循环泵泵出，而后经过换热器换热后由多级反应器中段与闪蒸罐相连的双向通道从而通入闪蒸罐中，所述双向通道连接在第一循环泵进料口上，经过闪蒸罐分离掉反应液中所存在的大部分的正丁醛、甲醛以及水，分离出的正丁醛、甲醛和水由闪蒸罐的上方流出，通过与闪蒸罐相连的分流器除去大部分的水后由多级反应器上方的混合液体进料口后进入多级反应器内循环利用，剩余的反应液则会从闪蒸罐底部的出料口流出，与通过惰性介质进料口进入的惰性介质混合均匀后直接由粗精馏塔中段的进料口进入粗精馏塔进行精馏，混合物经由粗精馏塔进行精馏后，将由粗精馏塔的塔顶采出产物三羟甲基丙烷和副产物双三羟甲基丙烷，将产物和副产物的混合通入三羟甲基丙烷精制塔中进行再次精馏，经过三羟甲基丙烷精制塔精馏后，由三羟甲基丙烷精制塔的塔顶采出产物三羟甲基丙烷，由三羟甲基丙烷精制塔塔顶将产物通入位于三羟甲基丙烷精制塔上方的三羟甲基丙烷储罐中存储，三羟甲基丙烷精制塔塔釜则采出副产物双三羟甲基丙烷，通入位于三羟甲基丙烷精制塔下方的双三羟甲基丙烷储罐中存储。而后粗精馏塔塔釜采出的则是惰性介质、水和氢氧化钠的混合物，将该混合物经由粗精馏塔的塔釜的出料口通入重结晶装置中，通过重结晶装置将惰性介质进行提纯，而后将重结晶后得到的固液混合物通入过滤器中进行过滤，滤渣即为惰性介质，经过清洗后可以再次经由惰性介质进料口进入粗精馏塔中进行循环使用，此时滤液则为氢氧化钠水溶液以及副产物甲酸钠，将滤液进行纯化脱盐后得到的氢氧化钠水溶液经由多级反应器上方与过滤器相连的氢氧化钠进料口进入多级反应器中进行循环利用。

17、本发明还提供了一种所述的制备三羟甲基丙烷的高效合成系统所进行反应的方法，包括以下步骤：

18、将正丁醛、催化剂与计量后通入的甲醛进行多级反应，通过多级反应增强缩合反应后即得。

19、优选地，作为进一步可实施的方案，所述多级反应的温度为40℃-50℃，反应时间1-3h。

20、本发明所提供的制备三羟甲基丙烷的高效合成系统所进行的反应，通过采用多级反应器提高反应效率，提高产物收率，并且通过外循环体系极大地降低了多级反应器中的温度，降低副产物的产生，提高产物纯度。由于正丁醛与甲醛水溶液是两相互不相容体系，利用强化机组增大两相间的相界面积，从而提高反应过程的进度也提高了反应的收率，两级强化反应器的采用也能确保正丁醛与甲醛的更大程度的缩合，提高正丁醛的转化率的同时减少副产物的产生，便于后续分离。而后反应完全的反应液经由多级反应器的外循环体系进行降温，由于该缩合反应是放热反应以及甲醛的过量使用，在反应过程中会产生大量的热，为了使反应能进行得彻底，采用了外循环系统，通过外循环的方式充分利用了过量的甲醛以及及时移除了多余的热量，同时也使得该反应体系充分混合；在不断循环的过程中通过计量泵不断定量补充甲醛，维持反应稳定进行的同时确保得到正丁醛的高转化率，而由于在反应中会不断产生甲酸盐从而在精馏时导致其浓度不断增大致使粘度增大，不便于后续的分离，因此将反应液引入闪蒸罐进行初步分离，将过量得甲醛以及水蒸出进入循环，随后在粗精馏塔中引入惰性介质，由于惰性介质具备高沸点的特性使得副产物甲酸盐在粗精馏塔塔釜被分离，同时当温度达到甲酸盐熔点后流动性大大增强，黏度降低从而使粗精馏塔釜釜液的黏度较低，保证了粗精馏塔地正常运行，而在重结晶装置中，本发明通过加入水作为溶剂，利用惰性介质，氢氧化钠在其中随温度变化溶解度变化的不同特点，将其提纯分离，分离后的氢氧化钠经清洗后亦可循环利用。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、(1)本发明的高效合成系统通过多级强化反应器的设置与强化机组的应用使得缩合反应能最大限度的完成，通过强化机组增加原料之间的接触面积，从而提高反应速率以及产物收率，并且通过引用外循环系统可以及时的将反应热移出从而精准地控制反应温度，减少反应副产物的产生，便于后续的提纯分离。

23、(2)本发明所提供的一种三羟甲基丙烷的高效合成方法，该方法操作简单，操作条件温和，产物收率高。