本發(fā)明屬于硝酸異辛酯的制備，具體涉及一種連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置和工藝。

背景技術(shù)：

1、硝酸異辛酯(2-乙基己基硝酸酯)是一種重要的十六烷值改進(jìn)劑，可顯著提升柴油燃燒效率。其傳統(tǒng)制備方法采用釜式反應(yīng)的混酸酯化法，以異辛醇與濃硝酸在過量濃硫酸存在下酯化反應(yīng)生成[高洪順等，zl?90105260.4；廖維林等，cn201610694917.5。]，存在以下缺陷：1.傳質(zhì)傳熱效率低。釜式反應(yīng)依賴機(jī)械攪拌，混合不均勻，易導(dǎo)致局部過熱，引發(fā)副反應(yīng)(如氧化、分解)，降低產(chǎn)物純度；2.安全性差。該反應(yīng)放熱劇烈，間歇操作難以精準(zhǔn)控溫，存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。為避免過量濃硫酸的使用，也出現(xiàn)了強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂作為固體酸代替濃硫酸的合成技術(shù)[付海明，cn?201611179098.7；張磊等，cn201810033847.8]，但固體酸需要分離、再生、循環(huán)使用，限制了其應(yīng)用。近些年，微通道反應(yīng)器應(yīng)用于混酸酯化法制備硝酸異辛酯得到廣泛的重視[朱紅偉孫冰趙磊劉聿嘉王世強(qiáng)徐偉,cn?116283589?a；陳光文沈佳妮焦鳳軍趙玉潮袁權(quán)。cn?101462962b；李斌棟劉建華胡永柯陳磊常婷，cn?105330549a；馬兵沈衛(wèi)王艷華張沫，cn?113105333?a。]。微通道制備法安全、高效，但其反應(yīng)器的制造復(fù)雜，要求高，成本高。甚至需要使用98％的濃硝酸[尹芳華楊彥徐冉李曉芳，cn?103980125a]。因此，開發(fā)一種安全、高效、適于連續(xù)化生產(chǎn)的工藝及裝置，仍然具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種本發(fā)明提出一種連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置及工藝，該工藝用于混酸法制備硝酸異辛酯，無需另外添加有機(jī)溶劑，對(duì)硫酸和硝酸濃度沒有過高要求，65％硝酸和90％硫酸即可使用，反應(yīng)高效，安全，后續(xù)處理簡單，適于連續(xù)化生產(chǎn)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，包括連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)，螺旋靜態(tài)混合器，管式反應(yīng)器，中和與分離系統(tǒng)，所述螺旋靜態(tài)混合器的前端與連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)相連，螺旋靜態(tài)混合器的后端與管式反應(yīng)器的進(jìn)料口連接，管式反應(yīng)器的出料口連接中和與分離系統(tǒng)。

4、進(jìn)一步，所述管式反應(yīng)器的主體為dn25×70m雙層316l不銹鋼管，內(nèi)裝型靜態(tài)混合元件。

5、進(jìn)一步，所述管式反應(yīng)器的前50m內(nèi)裝sk型靜態(tài)混合元件，管式反應(yīng)器的后20m內(nèi)裝sv型靜態(tài)混合元件，以形成反應(yīng)液流經(jīng)并進(jìn)行反應(yīng)的微通道，通過微結(jié)構(gòu)混合單元實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)傳熱強(qiáng)化，反應(yīng)速率提升40％以上；夾層通循環(huán)水系統(tǒng)用于控溫。

6、進(jìn)一步，管式反應(yīng)器前端與螺旋靜態(tài)混合器相連，后端與中和與分離系統(tǒng)相連。管式反應(yīng)器的內(nèi)徑長度根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量可以有所調(diào)整，設(shè)計(jì)產(chǎn)量越大，則相應(yīng)內(nèi)徑長度越大。

7、進(jìn)一步，所述靜態(tài)混合元件為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)，通用型號(hào)，優(yōu)選不銹鋼x型不銹鋼。

8、進(jìn)一步，所述連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)由異辛醇計(jì)量罐、硝酸計(jì)量罐、硫酸計(jì)量罐以及三臺(tái)高精度計(jì)量泵組成，高精度計(jì)量泵分別按比例計(jì)量將異辛醇、硝酸和硫酸輸送進(jìn)入螺旋靜態(tài)混合器。

9、進(jìn)一步，所述中和與分離系統(tǒng)包括冷卻罐、中和水洗罐、脫水器，冷卻罐與中和水洗罐連接，中和水洗罐與脫水器連接，脫水器與成品罐連接；流經(jīng)管式反應(yīng)器并完成反應(yīng)的反應(yīng)液進(jìn)入中和與分離系統(tǒng)，進(jìn)行分層除酸、堿液中和、水洗、冷凍提純工段操作，得到產(chǎn)品。

10、進(jìn)一步，冷卻罐中分層后的廢酸進(jìn)入廢酸接收中轉(zhuǎn)罐儲(chǔ)存。

11、本發(fā)明還提供利用所述的裝置連續(xù)化制備硝酸異辛酯的工藝，具體步驟為：

12、原料異辛醇、硝酸和硫酸分別經(jīng)三臺(tái)高精度計(jì)量泵泵入螺旋靜態(tài)混合器，經(jīng)螺旋靜態(tài)混合器混合后進(jìn)入管式反應(yīng)器，使異辛醇與硝酸在硫酸存在下連續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)在線中和、分離純化得產(chǎn)物硝酸異辛酯。

13、進(jìn)一步，所述連續(xù)反應(yīng)的溫度30-60℃，優(yōu)選35℃。反應(yīng)液在管式反應(yīng)器的保留時(shí)間為三種原料經(jīng)靜態(tài)混合器后進(jìn)入管式反應(yīng)器的停留時(shí)間，為1-30分鐘。

14、進(jìn)一步，所述原料異辛醇、硝酸和硫酸均為市售化工產(chǎn)品，異辛醇純度為＞99％，硝酸濃度為65-98％，硫酸濃度為90-98％。

15、進(jìn)一步，所述原料異辛醇、硝酸和硫酸的摩爾比為1:1:1.5～1:1.1:2.3。

16、本發(fā)明中合成反應(yīng)結(jié)束后，后處理工藝過程沒有特別限定，產(chǎn)物分離提純可以通過以下方法進(jìn)行：反應(yīng)結(jié)束后，放置冷卻分層分出廢酸，堿液中和除去殘留的酸，再經(jīng)水洗，得到產(chǎn)物。

17、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出一種連續(xù)化制備硝酸異辛酯裝置及工藝，該工藝用于混酸法制備硝酸異辛酯，無需另外添加有機(jī)溶劑，對(duì)硫酸和硝酸濃度沒有過高要求，65％硝酸和90％硫酸即可使用；本發(fā)明的基于管式反應(yīng)器的連續(xù)化生產(chǎn)裝置的管式反應(yīng)器主體為dn25×70m的雙層316l不銹鋼管，其前50m內(nèi)裝sk型靜態(tài)混合元件，后20m內(nèi)裝sv型靜態(tài)混合元件，以形成反應(yīng)液流經(jīng)并進(jìn)行反應(yīng)的微通道，通過微結(jié)構(gòu)混合單元實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)傳熱強(qiáng)化，反應(yīng)速率提升40％以上；夾層通循環(huán)水系統(tǒng)用于控溫。管式反應(yīng)器的內(nèi)徑長度根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量可以有所調(diào)整，設(shè)計(jì)產(chǎn)量越大，則相應(yīng)內(nèi)徑長度越大。本發(fā)明裝置及工藝反應(yīng)高效，安全，后續(xù)處理簡單，適于連續(xù)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，其特征在于：包括連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)，螺旋靜態(tài)混合器，管式反應(yīng)器，中和與分離系統(tǒng)，所述螺旋靜態(tài)混合器的前端與連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)相連，螺旋靜態(tài)混合器的后端與管式反應(yīng)器的進(jìn)料口連接，管式反應(yīng)器的出料口連接中和與分離系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，其特征在于：所述管式反應(yīng)器的主體為dn25×70m雙層316l不銹鋼管，內(nèi)裝型靜態(tài)混合元件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，其特征在于：所述管式反應(yīng)器的前50m內(nèi)裝sk型靜態(tài)混合元件，管式反應(yīng)器的后20m內(nèi)裝sv型靜態(tài)混合元件，以形成反應(yīng)液流經(jīng)并進(jìn)行反應(yīng)的微通道。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，其特征在于：所述靜態(tài)混合元件為陶瓷或不銹鋼材質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，其特征在于：所述連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)由異辛醇計(jì)量罐、硝酸計(jì)量罐、硫酸計(jì)量罐以及三臺(tái)高精度計(jì)量泵組成，高精度計(jì)量泵分別按比例計(jì)量將異辛醇、硝酸和硫酸輸送進(jìn)入螺旋靜態(tài)混合器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置，其特征在于：所述中和與分離系統(tǒng)包括冷卻罐、中和水洗罐、脫水器。

7.利用權(quán)利要求1-6任一所述的裝置連續(xù)化制備硝酸異辛酯的工藝，其特征在于：原料異辛醇、硝酸和硫酸分別經(jīng)三臺(tái)高精度計(jì)量泵泵入螺旋靜態(tài)混合器，經(jīng)螺旋靜態(tài)混合器混合后進(jìn)入管式反應(yīng)器，使異辛醇與硝酸在硫酸存在下連續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)在線中和、分離純化得產(chǎn)物。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的工藝，其特征在于：所述

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的工藝，其特征在于：所述原料異辛醇、硝酸和硫酸均為市售化工產(chǎn)品，異辛醇純度為＞99%，硝酸濃度為65-98%，硫酸濃度為90-98%。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)化制備硝酸異辛酯的工藝，其特征在于：所述原料異辛醇、硝酸和硫酸的摩爾比為1:1:1.5～1:1.1:2.3。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種連續(xù)化制備硝酸異辛酯的裝置和工藝，包括連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)，螺旋靜態(tài)混合器，管式反應(yīng)器，中和與分離系統(tǒng)，所述螺旋靜態(tài)混合器的前端與連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)相連，螺旋靜態(tài)混合器的后端與管式反應(yīng)器的進(jìn)料口連接，管式反應(yīng)器的出料口連接中和與分離系統(tǒng)。所述管式反應(yīng)器的前50m內(nèi)裝SK型靜態(tài)混合元件，管式反應(yīng)器的后20m內(nèi)裝SV型靜態(tài)混合元件，以形成反應(yīng)液流經(jīng)并進(jìn)行反應(yīng)的微通道。該工藝用于混酸法制備硝酸異辛酯，無需另外添加有機(jī)溶劑，對(duì)硫酸和硝酸濃度沒有過高要求，65%硝酸和90%硫酸即可使用，反應(yīng)高效，安全，后續(xù)處理簡單，適于連續(xù)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：孫廣軍,劉芳芳,于海軍,孫禹,宋大操,王兆闖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：孫廣軍
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22