[发明专利]一种用于副产物沸点低于产品和原料的产品制备分离系统及其处理方法和用途

说明书

本发明提供了一种用于副产物沸点低于产品和原料的产品制备分离系统及其处理方法和用途，所述系统包括脱轻单元、分离单元和精制单元；其中，所述脱轻单元包括原料混合装置和成膜式反应器，所述原料混合装置底部出料口与所述成膜式反应器的进料口相连，所述成膜式反应器的顶部出气口与所述分离单元相连，所述成膜式反应器的出料口与所述精制单元相连。本发明利用薄膜反应器内高效传质和传热的优势，在应用于山梨醇制备异山梨醇时，可实现水与异山梨醇溶液的快速分离，从而加快反应速率，缩短反应时间，降低异山梨醇高温分解及碳化的几率，采用分段式精馏实现高纯异山梨醇产品的连续制备，具有生产效率高、产品质量稳定和操作简便等优点。

技术领域

本发明属于新型生物基材料制备领域，涉及一种产品制备分离系统及其处理方法和用途，尤其涉及一种用于副产物沸点低于产品和原料的产品制备分离系统及其处理方法和用途。

背景技术

生物基材料是指利用可再生生物质，包括农作物、树木和其他植物及其内含物为原料，通过生物、化学以及物理等手段制造的一类新型材料，主要包括生物塑料、生物质功能高分子材料、功能糖产品和木基工程材料等产品，具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性，是国际新材料产业发展的重要方向。

聚碳酸酯是一种新型的生物基高分子材料，具有透明性高、光学性能优异、以及耐磨性好等特点，是五大工程塑料中唯一具有良好透光性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。传统聚碳酸酯是由碳酸二苯酯和双酚A在间歇釜内共聚生成，副产轻组分为苯酚，产品质量极易受副产物和催化剂残留的影响。近年来，以生物基多元糖水解制备出的葡萄糖为基础，逐渐形成了以异山梨醇合成聚碳酸酯为代表的新型高分子材料产业链。在新型产业链中，包括多元糖水解制备葡萄糖、山梨醇脱水合成异山梨醇、异山梨醇与碳酸二甲酯共聚得到聚碳酸酯等一系列反应过程中，涉及多种轻组分脱除分离工序，增加了工艺复杂度，极大的限制了新型生物基高分子材料产业的发展。

异山梨醇(C₆H₁₀O₄)是一种山梨醇的二次脱水产物，属于新型生物基材料，广泛应用于食品、化妆品、医药和塑料等领域。目前，将异山梨醇作为共聚单体用于聚醚、聚酯、聚氨酯和聚碳酸酯等聚合物的改性，可显著改善聚合物的高温性能和抗冲击性，因此成为当前研究热点之一。异山梨醇是唯一在工业上实现大批量生产的糖类二醇，被誉为仅次于聚乳酸的未来重要生物基化工材料。

异山梨醇的广泛应用也进一步推动了以山梨醇作为原料生产异山梨醇的研究，山梨醇是一种多羟基的六元醇，在酸性介质作用下，分子内容易失水环化生成异山梨醇。

通常，工业上的生产方法为在强酸介质作用下，山梨醇在间歇釜式反应器内发生脱水反应，生成异山梨醇，但普遍存在生产效率低、产品质量不稳定和规模化制备受限制等缺点。CN 102757445 A公开了一种间歇式山梨醇制备异山梨醇的方法，在氢气保压下进行山梨醇脱水反应，避免了异山梨醇高温过度碳化，但水分不能及时排除，导致转化率低，降低了生产效率。

目前，连续制备异山梨醇的研究也多有报道，CN 103980286 A公开了一种连续化生产异山梨醇的方法，在减压、高温条件下，异山梨醇和水会形成气态混合物，达到促进反应效率的目的，但持续高温易使得山梨醇过度失水甚至碳化，影响产品质量和收率。CN104788465 A公开了一种山梨醇连续制备异山梨醇的方法，在管式反应器内山梨醇逐渐失水制备异山梨醇，副产水分通过反应器后的气液分水器进行分离，过程中不能及时将水分离，反应缓慢，生产效率较低。CN 1430619 A提供了一种惰性气氛下催化山梨醇连续脱水制备异山梨醇的方法，通过惰性气体将水分快速带出反应体系，加快了反应速率，该方法通过引入工艺系统外的其他组分，有效实现了副产水分和产品异山梨醇快速分离，但操作工序较为复杂，给异山梨醇分离纯化和产品质量控制带来消极影响。

综上所述，如何协调解决异山梨醇制备过程中存在的转化速率慢、生产效率低、产品质量不稳定以及工艺过程复杂等问题，是本领域亟需解决的关键技术问题。