一种用于糖醇生产的固定床反应器的制作方法

本发明涉及固定床反应器技术领域，具体为一种用于糖醇生产的固定床反应器。

背景技术：

糖醇是指糖类的醛、酮羰基被还原为羟基后生成的一类多元醇。糖醇的甜度适中，热值低，是绿色健康的新型甜味剂；具有较高的耐热性，在高温时不会产生美拉德反应，可以用作烘焙食品的添加剂。糖醇在体内的代谢不影响胰岛素分泌，不会引起血糖的波动，并具有护肝降脂的作用，可用作糖尿病人等患者的辅助治疗剂与特殊营养剂；不适宜作为口腔微生物的营养源，可作为防龋齿的添加剂。另外，糖醇具有一定的吸湿性，对肌肤无刺激，可作为水分调整剂，在化妆品中有广泛应用。

糖醇的主要生产方法是利用镍、钯、钌等过渡金属催化剂，在高温、高压的条件下对糖进行加氢还原制备。目前，糖醇制备采用的反应釜分批加氢过程，将催化剂分散到溶液中并不断搅拌，容易造成催化剂流失，催化剂回收困难，不利于产物提纯。专利cn207576354u公布了一种可固定催化剂的固定床，该方法通过在出气口设置过滤器，从而起到了固定催化剂的作用。但是该方法容易造成过滤器堵塞，并且催化剂在固定床反应器内分布不均，催化效率不高。专利cn108467374a公开了一种在固定床反应器中进行糠醛加氢反应制备生物吠喃的方法，糠醛加氢转化率可达99％，选择性大于99％，但氢气、催化剂与底物摩尔比均达3000，用量过大，不具备工业应用的潜力。

综上所述，用于糖醇的制备过程存在催化剂容易流失、回收过程繁琐，产物分离工艺复杂，产品质量不高。

针对以上问题，故，有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种结构简单、操作简便，采用连续加氢的方式，使得气液固三相能够充分接触，催化效率高，并且能够有效延长催化剂使用寿命用于糖醇生产的固定床反应器。

为了达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种用于糖醇生产的固定床反应器，包括反应器主体和安装于反应器主体上的反应器顶盖，反应器主体和反应器顶盖通过法兰连接，反应器主体内壁设有支撑架，支撑架上装配有催化剂框架；反应器顶盖设有液体物料出口和气体物料出口；反应器主体的两侧壁分别安装有液体物料进口和气体物料进口，液体物料进口和气体物料进口位于支撑架下端，气机物料进口另一端连接有气体进料分布器；反应器主体底部设有排空口。

反应器催化剂框架的准备与安装：(1)功能化的碳纳米管载体的制备：称取多壁碳纳米管(平均内径5-10nm，外径20-40nm，长度10-30μm)50克置于1000ml的圆底烧瓶中，加入浓硝酸(65-68％)600ml，装上回流冷凝管，以油浴加热至120℃，搅拌条件下恒温回流12h，冷却后过滤，以蒸馏水洗涤至滤液ph值为中性，然后在真空烘箱中60℃干燥12h，得到功能化的多壁碳纳米管载体。(2)液相还原法制备钌颗粒：称取5.00g的三氯化钌、60ml月桂醇聚氧乙烯醚和250ml乙醇置于在500ml单口烧瓶中，磁力搅拌0.5h，滴加10ml浓度为2mol/l的硼氢化钠溶液，继续磁力搅拌2h后。将单口烧瓶中溶液在8000rpm条件下离心3min。用丙酮离心洗涤3次后，制得钌颗粒。(3)湿法浸渍制备ru/mwcnts：将制得的钌颗粒转移到500ml单口烧瓶中，加入50g功能化多壁碳纳米管载体，加入200ml乙醇，通入适量氮气，在60℃下连续磁力搅拌12h，冷却至室温，在8000rpm条件下离心3min，然后在60℃真空条件干燥12h，得到负载型ru/mwcnts催化剂，其中ru金属粒径范围在1.0～3.5nm之间，平均粒径为1.8nm，ru负载量达5％。将ru/mwcnts催化剂转移到至金属框架中。松开反应器顶盖和反应器主体之间的连接法兰后，并移走打开反应器顶盖，然后依次将催化剂框架装到反应器内相应位置，然后将反应器顶盖与反应器主体复位，上紧反应器顶盖和反应器主体之间的连接法兰。

进一步，将反应器应用于木糖、阿拉伯糖、葡萄糖的加氢过程，具体操作方式为：打开反应器的气体物料进口和气体物料出口，用一定流速的氮气置换反应器30min，排除反应釜内的空气。将预热至120℃的20％木糖溶液通过液体物料进口加入到反应器内，同时将预热至120℃的氢气通过分布器加之反应器内。液体物料充满反应器，氢气在液体物料中鼓泡，逐步和原料反应，反应后的物料通过出料口出料。

作为本发明的一种优选方案，所述催化剂框架由金属侧壁和底部金属网组成。

作为本发明的一种优选方案，所述底部金属网的孔径为80-100μm。

作为本发明的一种优选方案，所述催化剂框架直径与反应器主体的内径相适配。

作为本发明的一种优选方案，所述催化剂框架设置有四个，沿着反应器主体长度方向等距布设。

作为本发明的一种优选方案，所述催化剂框架内填充有加氢催化剂。

作为本发明的一种优选方案，所述加氢催化剂为多壁碳纳米管负载钌催化剂。

作为本发明的一种优选方案，所述气体进料分布器为排管式结构，喷嘴朝下。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于糖醇生产的固定床反应器。加氢催化剂可以通过金属框架固定，减少了催化剂的机械消耗，防止重金属离子泄漏，减少副反应发生，利于糖醇的分离纯化，降低生产成本。催化剂固载于反应器内部，无需额外分离回收，操作工艺简单。该反应釜该结构简单、操作简便，采用连续加氢的方式，使得气液固三相能够充分接触，催化效率高，并且能够有效延长催化剂使用寿命，重复使用20次，木糖的转化率在92％以上，木糖醇的选择性在94％以上。其次，本反应器可是适用于多种糖的加氢过程，实用性强，易于推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中附图标记：排空口1；气体进料分布器2；液体物料进口3；反应器主体4；反应器顶盖5；液体物料出口6；法兰7；气体物料出口8；催化剂框架9；支撑架10；气机物料进口11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1所示，一种用于糖醇生产的固定床反应器，包括反应器主体4和安装于反应器主体4上的反应器顶盖5，反应器主体4和反应器顶盖5通过法兰7连接，反应器主体4内壁设有支撑架10，支撑架10上装配有催化剂框架9；催化剂固载于反应器内部，无需额外分离回收，操作工艺简单。

催化剂框架9可拆式连接于支撑架10上，方便催化剂框架9的拆卸，清理；催化剂框架9由金属侧壁和底部金属网组成，加氢催化剂可以通过金属框架固定，减少了催化剂的机械消耗，防止重金属离子泄漏，减少副反应发生，利于糖醇的分离纯化，降低生产成本。

底部金属网的孔径为80-100μm；催化剂框架9直径与反应器主体4的内径相适配，催化剂框架9设置有四个，沿着反应器主体4长度方向等距布设，催化剂框架9内填充有加氢催化剂，加氢催化剂为多壁碳纳米管负载钌ru/mwcnts催化剂；反应器顶盖5设有液体物料出口6和气体物料出口8；反应器主体4的两侧壁分别安装有液体物料进口3和气体物料进口11，液体物料进口3和气体物料进口11位于支撑架10下端，气机物料进口11另一端连接有气体进料分布器2；气体进料分布器2为排管式结构，喷嘴朝下；反应器主体4底部设有排空口1。

该反应釜该结构简单、操作简便，采用连续加氢的方式，使得气液固三相能够充分接触，催化效率高，并且能够有效延长催化剂使用寿命，重复使用20次，木糖的转化率在92％以上，木糖醇的选择性在94％以上。其次，本反应器可是适用于多种糖的加氢过程，实用性强，易于推广。

实施例1：催化剂框架准备与安装；

(1)功能化的碳纳米管载体的制备：称取多壁碳纳米管(平均内径5-10nm，外径20-40nm，长度10-30μm)50克置于1000ml的圆底烧瓶中，加入浓硝酸(65-68％)600ml，装上回流冷凝管，以油浴加热至120℃，搅拌条件下恒温回流12h，冷却后过滤，以蒸馏水洗涤至滤液ph值为中性，然后在真空烘箱中60℃干燥12h，得到功能化的多壁碳纳米管载体。

(2)液相还原法制备钌颗粒：称取5.00g的三氯化钌、60ml月桂醇聚氧乙烯醚和250ml乙醇置于在500ml单口烧瓶中，磁力搅拌0.5h，滴加10ml浓度为2mol/l的硼氢化钠溶液，继续磁力搅拌2h后。将单口烧瓶中溶液在8000rpm条件下离心3min。用丙酮离心洗涤3次后，制得钌颗粒。

(3)湿法浸渍制备ru/mwcnts：将制得的钌颗粒转移到500ml单口烧瓶中，加入50g功能化多壁碳纳米管载体，加入200ml乙醇，通入适量氮气，在60℃下连续磁力搅拌12h，冷却至室温，在8000rpm条件下离心3min，然后在60℃真空条件干燥12h，得到负载型ru/mwcnts催化剂，其中ru金属粒径范围在1.0～3.5nm之间，平均粒径为1.8nm，ru负载量达5％。

将ru/mwcnts催化剂转移到至金属框架中。松开反应器顶盖和反应器主体之间的连接法兰后，并移走打开反应器顶盖，然后依次将催化剂框架装到反应器内相应位置，然后将反应器顶盖与反应器主体复位，上紧反应器顶盖和反应器主体之间的连接法兰。

实施例2：木糖加氢制备木糖醇

打开反应器的气体物料进口和气体物料出口，用10ml/min的氮气置换反应器30min，排除反应釜内的空气。将预热至120℃的20％木糖溶液以10ml/min的流速加入到反应器内，同时将预热至120℃的氢气以10ml/min的流速加到反应器内。液体物料充满反应器，氢气在液体物料中鼓泡，逐步和原料反应，反应后的物料通过出料口出料。

采用高校液相色谱法进行检测，木糖的转化率为97.5％，木糖醇的选择性为96.3％。

实施例3：阿拉伯糖加氢制备阿拉伯醇

打开反应器的气体物料进口和气体物料出口，用10ml/min的氮气置换反应器30min，排除反应釜内的空气。将预热至120℃的20％阿拉伯糖溶液以10ml/min的流速加入到反应器内，同时将预热至120℃的氢气以10ml/min的流速加之反应器内。液体物料充满反应器，氢气在液体物料中鼓泡，逐步和原料反应，反应后的物料通过出料口出料。

采用高校液相色谱法进行检测，阿拉伯糖的转化率为96.1％，阿拉伯醇的选择性为95.2％。

实施例4：葡萄糖加氢制备山梨醇

打开反应器的气体物料进口和气体物料出口，用10ml/min的氮气置换反应器30min，排除反应釜内的空气。将预热至120℃的20％葡萄糖溶液以10ml/min的流速加入到反应器内，同时将预热至120℃的氢气以10ml/min的流速加之反应器内。液体物料充满反应器，氢气在液体物料中鼓泡，逐步和原料反应，反应后的物料通过出料口出料。

采用高校液相色谱法进行检测，葡萄糖的转化率为93.7％，山梨醇的选择性为92.4％。

实施例5：催化剂片层的重复利用

按照实施例2的方法连续反应12h，重复操作20次后，木糖的转化率为92.1％，木糖醇的选择性为94.7％。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：排空口1；气体进料分布器2；液体物料进口3；反应器主体4；反应器顶盖5；液体物料出口6；法兰7；气体物料出口8；催化剂框架9；支撑架10；气机物料进口11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。