[发明专利]连续膜反应装置及其应用

说明书

本发明提供了一种连续膜反应装置及其应用。该连续膜反应装置包括连续膜反应器，连续膜反应器包括：壳体和隔膜，隔膜设置在壳体的内部，用于将壳体分为第一腔室和第二腔室，第一腔室设置有第一原料液入口和第一原料液出口；第二腔室设置有第二原料液入口和第二原料液出口；第一原料液和第二原料为水相溶液或有机相溶液，隔膜为疏水亲油性膜。由于隔膜为疏水亲油性膜，该隔膜能够被有机相润湿而不能够被水相润湿，从而在水相和有机相形成一层液膜，有机相原料液以微滴的形式均匀地透过上述隔膜与水相原料液发生反应。液膜的存在能够抑制不互溶的两相主流反应物自由互溶，从而解决了膜反应器局部分布不均匀、分布后两相混合差及反应效率低的问题。

技术领域

本发明涉及连续化反应领域，具体而言，涉及一种连续膜反应装置及其应用。

背景技术

连续化反应作为一种新型且热门的反应形式，具有反应参数易控制、操作简单、可自动化、效率高、易放大、安全等特点，尤其对于易燃、易爆、易腐蚀、高毒性等特殊反应非常适用，因此人们逐步研究使用连续化反应来代替批次反应。目前最常用的连续反应进料混合方式是多股反应组分按比例泵入盘管反应器中，这种混合方式对于普通没有或很少有副反应产生的体系比较适合，但对于存在竞争反应且反应速率很快的体系并不适用，多股进料的直接混合很可能造成分布不均，从而使得副反应的生成导致产率下降。此外多股直接混合进料的方式对于反应速度很快的体系造成局部反应过快，反应参数很难在短时间内控制，甚至对于有危险存在的反应产生安全问题。

为了解决目前多股按比例直接加料方式存在的弊端，提高反应的效率，人们研究出一种新型的反应器—膜反应器。膜反应器具有分布均匀、反应面积高、反应条件易控制、操作安全等优点。目前，膜反应器成为了学者们研究液液、气液、气液固等多相化学反应的热点。现有文献报道了一种利用膜反应器对乙酰丙酸加氢制备戊内酯的方法。另一篇现有文献报道一种利用膜反应器对硝基苯进行加氢反应制备苯胺的方法；又一篇文献提供了一种采用膜反应器将甲基乙基酮进行氨氧化成功合成甲乙酮肟的方法，以及采用膜反应器将链霉素氢化合制备二氢链霉素的方法。虽然膜反应器的种类和结构较多，但管套管(tube-in-tube)结构的膜反应器是当前研究的主流。因为管套管(tube-in-tube)结构的膜反应器具有反应面积大、不存在反混、易放大等优点。尽管膜反应器的优点很多，但其同样存在不足，比如在低流速下液体的流动方式主要为层流，经透过膜进入另一反应物的物料只能以自由扩散的方式与另一反应物进行混合，且由于两反应物为不互溶的两相体系，造成混合更加困难，混合速率更慢。由于目标反应物不能及时接触，使得副反应的产生，从而导致对于快速且存在竞争反应的体系收率较低；此外传统的膜反应器需要在外部压力的作用下保持两主流反应物不互相混合，这种方式在供压不均或压差过小时很容易造成两主流反应物的混合，从而造成反应难以控制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种连续膜反应装置及其应用，以解决现有的膜反应器存在不互溶反应体系混合不均匀和反应难以控制的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种连续膜反应装置，包括连续膜反应器，连续膜反应器包括：壳体和隔膜，隔膜设置在壳体的内部，用于将壳体分为第一腔室和第二腔室，第一腔室设置有第一原料液入口和第一原料液出口；第二腔室设置有第二原料液入口和第二原料液出口；第一原料液和第二原料为水相溶液或有机相溶液，且隔膜为疏水亲油性膜。

进一步地，隔膜为至少一个中空管状结构隔膜，且各隔膜沿壳体的长度方向延伸，各中空管状结构隔膜均设置有第二原料液入口和第二原料液出口。

进一步地，疏水亲油性膜选自聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜或尼龙膜。

进一步地，连续膜反应器还包括填料，第一原料液为有机相溶液，填料设置在隔膜的内部，或者第二原料液为有机相溶液，连续膜反应装置还包括填料，填料设置在壳体与隔膜之间。

进一步地，上述填料选自金属填料、玻璃填料和陶瓷填料组成的组中的一种或多种。