一種催化水合反應器及利用該反應器生產丙烯酰胺的方法
【專利摘要】本發明涉及一種催化水合反應器及利用該反應器生產丙烯酰胺的方法，反應器包括緩沖反應釜、隔膜泵、加料分布器，緩沖反應釜內設有攪拌槳，緩沖反應釜內壁上設有降溫盤管，緩沖反應釜頂部設有進料口，緩沖反應釜底部通過管道與隔膜泵連接，隔膜泵通過管道與加料分布器連接，加料分布器通過管道與緩沖反應釜的頂部連接，加料分布器與緩沖反應釜之間的管道內設有多個攪拌片，攪拌片上開設有多個錐形孔，緩沖反應釜及管道外壁均設有夾套降溫裝置。利用加料分布器、隔膜泵、管道降溫、攪拌片的混合效果強化傳質傳熱，提高反應效率，縮短反應時間，減少副產物的產生，提高收率，降低成本，提高丙烯酰胺的產品品質，工藝簡單，傳質傳熱效果增強。
【專利說明】
一種催化水合反應器及利用該反應器生產丙烯酰胺的方法
技術領域
[0001]本發明屬于微生物法水合催化生產丙烯酰胺的技術領域，具體涉及一種催化水合反應器及利用該反應器生產丙烯酰胺的方法。
【背景技術】
[0002]丙烯酰胺(AM)是一種重要的化工中間體，由丙烯酰胺為單體的系列聚丙烯酰胺(PAM)產品近年來被廣泛應用于石油、化工、冶金、造紙、紡織、水處理等工業部門，需求量逐年增加，是使用最為廣泛的水溶性高分子聚合物產品。
[0003]—般丙烯酰胺是由丙烯腈(AN)水合催化反應得到的，生產方法主要有化學法和生物法兩種。微生物法生產丙烯酰胺因為微生物的高選擇性和高活性，具有非常大的優勢，成為現在丙烯酰胺主要的生產方法。采用的是菌體細胞腈水合酶作為反應催化劑，反應速度非常快，在10—3秒就完成，因此在短時間內迅速放出大量的熱，由于細胞酶對溫度敏感，傳質和傳熱的效率顯得尤為重要。
[0004]現階段生產AM方法:利用發酵好的發酵液，經處理獲得純凈的菌體細胞溶液。根據反應前菌體濃度或酶活要求，調制菌體溶液與去離子水比例，向反應體系中連續流加底物AN，底物AN與水在菌體細胞腈水合酶的生物催化作用下生成產物AM，同時放出一定熱量，當產物AM濃度積累至要求濃度，經出料膜系統過濾形成粗AM儲存于產品罐中，菌體細胞溶液進入下一循環反應過程。
[0005]在整個反應過程中要求體系溫度控制到18°C_22°C之間，反應底物AN濃度不能超過0.I % ο
[0006]目前微生物法生產丙烯酰胺存在兩個主要的問題:第一，用腈水合酶進行催化水合反應最適宜溫度在18-22°C之間，而丙烯腈水合反應放熱量大，普遍使用的帶攪拌的釜式反應器的傳熱效率較低，無法實現在短時間內迅速移走大量的熱量，限制反應速度。第二，生產丙烯酰胺的兩種原料丙烯腈和水分別是非極性溶劑和極性溶劑，互不相容，普通攪拌、流加AN的方式，傳質效果差，造成局部AN含量高、溫度高，而在腈水合反應過程中若局部腈濃度偏高會使腈水合酶中毒失活，溫度高導致副產物AA產量增加，降低生產效率，增加生產成本。目前行業中普遍采用的帶攪拌的釜式聚合，因為受以上傳熱、傳質兩個方面原因的限制，反應過程控制的較慢，降低了生產效率、增加副產物，降低AM的收率，增加成本，且由于長時間攪拌細胞破碎、蛋白溶解等問題的存在，降低了AM產品品質，給后續的聚合過程帶來不利的影響。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種催化水合反應器，并提供利用該反應器生產丙烯酰胺的方法，提高生物法生產丙烯酰胺生產過程的傳質傳熱效率，提高反應速度，提高腈水合酶利用率，降低成本，減少雜質含量，提高丙烯酰胺品質。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種催化水合反應器，包括緩沖反應釜、隔膜栗、加料分布器，所述緩沖反應釜內設有攪拌槳，緩沖反應釜內壁上設有降溫盤管，緩沖反應釜頂部設有進料口，緩沖反應釜底部通過管道與隔膜栗連接，隔膜栗通過管道與加料分布器連接，加料分布器通過管道與緩沖反應釜的頂部連接，加料分布器與緩沖反應釜之間的管道內設有多個攪拌片，攪拌片上開設有多個錐形孔，所述緩沖反應釜及管道外壁均設有夾套降溫裝置。
[0009]具體地，所述多個攪拌片沿管道軸向均勻分布。
[0010]具體地，所述錐形孔上小下大，開孔方向不限定于垂直方向。
[0011]具體地，所述攪拌槳為雙層三斜葉槳的攪拌槳。
[0012]利用上述催化水合反應器生產丙烯酰胺的方法包括以下步驟:
[0013]I)微生物細胞、脫鹽水從進料口進入緩沖反應釜，通過開啟降溫盤管和夾套降溫裝置進行降溫，攪拌槳攪拌混合；
[0014]2)溫度合適后，開啟隔膜栗開始循環，物料在經過加料分布器時，原材料丙烯腈從加料分布器的細孔中高速噴射，與物料混合前行；
[0015]3)經過攪拌片時，攪拌片上錐形孔相當于小的變徑形成小的湍流相互混合，完成傳質傳熱，水合反應完成，回到緩沖反應釜降溫后進行下一個循環，直到丙烯酰胺濃度合格停止反應，準備出料。
[0016]本發明具有以下有益效果:本發明利用加料分布器、隔膜栗、管道降溫、攪拌片的混合效果強化傳質傳熱，提高反應效率，縮短反應時間，減少副產物的產生，提高收率，降低成本，提高丙烯酰胺的產品品質，工藝簡單，傳質傳熱效果明顯增強。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明反應器的整體結構示意圖。
[0018]圖2是本發明攪拌片的結構示意圖。
[0019]圖3是本發明錐形孔結構示意圖。
[0020]圖中，1、攪拌槳，2、進料口，3、降溫盤管，4、夾套降溫裝置，5、緩沖反應釜，6、隔膜栗，7、加料分布器，8、攪拌片，9、錐形孔。
【具體實施方式】
[0021]以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案做進一步描述，但是本發明的保護范圍并不限于這些實施例。凡是不背離本發明構思的改變或等同替代均包括在本發明的保護范圍之內。
[0022]如圖1-3所示，一種催化水合反應器，包括緩沖反應釜5、隔膜栗6、加料分布器7，所述緩沖反應釜5內設有攪拌槳I，攪拌槳I為雙層三斜葉槳的攪拌槳，緩沖反應釜5內壁上設有降溫盤管3，緩沖反應釜5頂部設有進料口 2，緩沖反應釜5底部通過管道與隔膜栗6連接，隔膜栗6可以減少栗體對細胞的破壞；隔膜栗6通過管道與加料分布器7連接，加料分布器7通過管道與緩沖反應釜5的頂部連接，加料分布器7與緩沖反應釜5之間的管道內設有多個攪拌片8，多個攪拌片8沿管道軸向均勻分布，攪拌片8上開設有多個錐形孔9，錐形孔9上小下大，開孔方向不限定于垂直方向，能改變流體傳質，緩沖反應釜5及管道外壁均設有夾套降溫裝置4。
[0023]利用上述催化水合反應器生產丙烯酰胺的方法如下:
[0024]在緩沖反應釜5內按照比例投放處理過的微生物細胞、脫鹽水，開啟降溫盤管3和夾套降溫裝置4進行降溫，開啟攪拌槳I攪拌混合；
[0025]緩沖反應釜5內溫度在合適范圍時，開啟隔膜栗6開始循環，物料在經過加料分布器7時，原材料丙烯腈從加料分布器7的細孔中高速噴射，與物料混合前行；
[0026]經過攪拌片8時，攪拌片8上錐形孔9相當于小的變徑形成小的湍流相互混合，實現高效傳質傳熱過程，水合反應完成。回到緩沖反應釜5經攪拌混合均一，降溫后進行下一個循環，直到體系內丙烯酰胺達到一定濃度后停止加料分布器7加料，準備出料。
[0027]本發明不局限于上述實施方式，任何人應得知在本發明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護范圍之內。
[0028]本發明未詳細描述的技術、形狀、構造部分均為公知技術。
【主權項】
1.一種催化水合反應器，其特征在于，包括緩沖反應釜、隔膜栗、加料分布器，所述緩沖反應釜內設有攪拌槳，緩沖反應釜內壁上設有降溫盤管，緩沖反應釜頂部設有進料口，緩沖反應釜底部通過管道與隔膜栗連接，隔膜栗通過管道與加料分布器連接，加料分布器通過管道與緩沖反應釜的頂部連接，加料分布器與緩沖反應釜之間的管道內設有多個攪拌片，攪拌片上開設有多個錐形孔，所述緩沖反應釜及管道外壁均設有夾套降溫裝置。2.如權利要求1所述的催化水合反應器，其特征在于，所述多個攪拌片沿管道軸向均勻分布O3.如權利要求1所述的催化水合反應器，其特征在于，所述錐形孔上小下大，開孔方向不限定于垂直方向。4.如權利要求1所述的催化水合反應器，其特征在于，所述攪拌槳為雙層三斜葉槳的攪拌槳。5.利用權利要求1-4任一所述的催化水合反應器生產丙烯酰胺的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)微生物細胞、脫鹽水從進料口進入緩沖反應釜，通過開啟降溫盤管和夾套降溫裝置進行降溫，攪拌槳攪拌混合； 2)溫度合適后，開啟隔膜栗開始循環，物料在經過加料分布器時，原材料AN從加料分布器的細孔中高速噴射，與物料混合前行； 3)經過攪拌片時，攪拌片上錐形孔相當于小的變徑形成小的湍流相互混合，完成傳質傳熱，水合反應完成，回到緩沖反應釜降溫后進行下一個循環，直到丙烯酰胺濃度合格停止反應，準備出料。
【文檔編號】C12M1/00GK106010962SQ201610430717
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】胡奎玲, 王維, 李寧, 蔣永軍, 呂寧
【申請人】山東寶莫生物化工股份有限公司