动态反应的在线监测装置及监测方法、应用

技术领域

本发明涉及反应监测的技术领域，尤其是涉及一种动态反应的在线监测装置及监测方法、应用。

背景技术

目前，苯胺加氢还原法是制备环己胺常用的方法，该还原反应为高温、高压的动态反应，其反应的工艺条件，例如反应物投料量、反应时间以及反应空速等，均会对苯胺转化率和环己胺收率产生较大的影响，常常会导致苯胺转化率较低和副产物二环己胺含量较高。因此，为提高苯胺转化率及环己胺收率，需要对反应的工艺条件进行调整，常用的调整工艺条件的方法为在运行结束反应釜冷却后，人工取样进分析仪器进行分析，再根据分析结果来调整工艺条件，然而，此方法的操作过程复杂，自动化程度较低，而且结果滞后，造成可能无法复原实验环境的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种动态反应的在线监测装置，能够自动引出样品以实现对反应物、副产物以及产物含量的实时在线监测，因此便于实时计算反应物转化率和产物产率，从而利于指导工作人员实时调整反应的工艺条件，避免反应的分析结果滞后。

本发明的目的之二在于提供一种监测方法，能够实时在线监测反应物、副产物以及产物含量，便于实时计算反应物转化率和产物产率，从而利于实时调整工艺、控制反应过程以提高生产效率。

本发明的目的之三在于提供一种动态反应的在线监测装置的应用，能够实时计算反应物转化率和产物产率，有利于指导工作人员实时调整反应的工艺参数，避免反应的分析结果滞后。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，一种动态反应的在线监测装置，包括反应釜、六通阀、泵送装置以及分析仪器；

所述六通阀设置在反应釜和分析仪器之间；

所述反应釜的下端通过第一管路与六通阀的样品进样阀口连接；

所述反应釜的上端通过第二管路与六通阀的样品出样阀口连接；

所述分析仪器通过第三管路与六通阀的流动相出样阀口连接；

所述泵送装置通过第四管路与六通阀的流动相进样阀口连接；

所述六通阀的剩余两个阀口之间设有定量环。

进一步的，所述反应釜包括高压反应釜；

进一步优选的，所述六通阀包括高压六通电磁阀；

进一步优选的，所述高压六通电磁阀的型号为罗丹尼7725i；

进一步优选的，所述泵送装置包括注射泵；

进一步优选的，所述注射泵的型号为润泽流体ZSB-SY01B-30-M01-3；

进一步优选的，所述分析仪器包括气相色谱分析仪。

进一步的，所述第一管路中设有冷却装置。

进一步的，所述第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路均独立地包括不锈钢材质的管路。

进一步的，所述定量环包括不锈钢材质的定量环。

根据本发明的第二个方面，提供了一种利用上述任一项所述的在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

六通阀切换至Load状态时，反应釜中的样品经第一管路进样至六通阀中，部分样品保存在定量环内，剩余样品经第二管路回流至反应釜中；

六通阀切换至Inject状态时，保存在定量环内的部分样品在泵送装置的推送下经第三管路进入分析仪器进行分析，得到反应转化率和产物产率。

进一步的，反应釜中的样品在进样至六通阀之前还包括经过冷却装置冷却的步骤。

根据本发明的第三个方面，提供了一种上述任一项所述的在线监测装置在实时指导调整反应工艺参数中的应用。

进一步的，所述反应包括苯胺加氢还原制备环己胺。

进一步的，实时指导调整苯胺加氢还原制备环己胺的反应工艺参数的方法包括以下步骤：

六通阀切换至Load状态时，反应釜中的样品经第一管路的冷却装置冷却为液体后再进样至六通阀中，部分样品保存在定量环内，剩余样品经第二管路回流至反应釜中；

六通阀切换至Inject状态时，保存在定量环内的部分样品在泵送装置的作用下经第三管路进入分析仪器进行分析，得到苯胺含量、二环己胺含量以及环己胺含量；

依据苯胺含量、二环己胺含量以及环己胺含量计算得到反应转化率和产物产率，根据得到的反应转化率和产物产率来指导调整苯胺加氢还原制备环己胺的反应工艺参数。

进一步的，所述调整苯胺加氢还原制备环己胺的反应工艺参数包括调整氢气投料量、氢胺摩尔比以及氨投料量中的至少一种。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的动态反应的在线监测装置，通过六通阀和泵送装置的配合，能够将反应釜中的样品自动引入到分析仪器中，因此能够实现在线实时监测反应物含量、副产物含量以及产物含量的目的，以便于实时计算反应物转化率和产物产率，从而指导工作人员实时调整反应的工艺条件以提高生产效率，能够避免反应的分析结果滞后的问题。

本发明提供的监测方法，能够实时在线监测反应物、副产物以及产物含量，便于实时计算反应物转化率和产物产率，从而利于实时调整工艺、控制反应过程以提高生产效率。

本发明提供的动态反应的在线监测装置的应用，能够实时计算得到反应转化率和产物产率，利于指导工作人员实时调整反应的工艺条件，能够避免反应分析结果滞后的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施方式提供的动态反应的在线监测装置的连接图；

图2为本发明一种实施方式提供的在线监测装置的高压六通电磁阀切换至Load状态时的示意图；

图3为本发明一种实施方式提供的在线监测装置的高压六通电磁阀切换至Inject状态时的示意图。

图标：100-反应釜；200-冷却装置；300-高压六通电磁阀；400-定量环；500-注射泵。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的第一个方面，提供了一种动态反应的在线监测装置，包括反应釜、六通阀、泵送装置以及分析仪器；

其中，六通阀设置在反应釜和分析仪器之间，反应釜的下端通过第一管路与六通阀的样品进样阀口连接，反应釜的上端通过第二管路与六通阀的样品出样阀口连接，分析仪器通过第三管路与六通阀的流动相出样阀口连接，泵送装置通过第四管路与六通阀的流动相进样阀口连接，六通阀的剩余两个阀口之间设有定量环。

本发明提供的动态反应的在线监测装置，通过六通阀和泵送装置的配合，能够将反应釜中的样品自动引入到分析仪器中，因此能够实现在线实时监测反应物含量、副产物含量以及产物含量的目的，以便于实时计算反应转化率和产物产率，从而指导工作人员实时调整反应的工艺条件以提高生产效率，能够避免反应的分析结果滞后的问题。

在本发明中，反应釜不做特别的限定，例如可以为高压反应釜，但不限于此。

在一种优选的实施方式中，本发明的六通阀包括但不限于高压六通电磁阀，例如型号可以为罗丹尼7725i，但不限于此，更有利于对高温、高压的动态反应进行实时在线的监测。

在一种优选的实施方式中，本发明的泵送装置包括但不限于注射泵，例如型号可以为润泽流体ZSB-SY01B-30-M01-3，但不限于此，更有利于推动定量环中的样品进入到分析仪器中。

在一种优选的实施方式中，本发明的分析仪器包括但不限于气相色谱分析仪，更有利于对反应物含量、副产物含量以及产物含量进行实时在线分析。

在一种优选的实施方式中，本发明的第一管路中可以设有冷却装置，有利于将样品由气态冷却为液态，以便于保存在定量环内。

在本发明中，第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路均独立地可以为不锈钢材质的管路，但不限于此，更有利于提高在线监测装置的安全性和稳定性；本发明中的定量环包括但不限于不锈钢材质的定量环，更有利于提高安全性和稳定性。

一种动态反应的在线监测装置的典型的装置连接图，如图1所示，包括反应釜100、冷却装置200、高压六通电磁阀300、定量环400、注射泵500，以及分析仪器；

高压六通电磁阀300的六个阀口可分别编号为阀口1(样品出样阀口)、阀口2、阀口3(流动相出样阀口)、阀口4(流动相进样阀口)、阀口5以及阀口6(样品进样阀口)，其中，阀口2和阀口5之间设有不锈钢材质的定量环400；

在本发明中，高压六通电磁阀300包含两种切换状态：装载位(Load)和分析位(Inject)，具体的，当阀口1-2两两相通，阀口3-4两两相通，阀口5-6两两相通时，为装载位(Load)，见图2；当阀口1-6两两相通，阀口2-3两两相通，阀口4-5两两相通时，为分析位(Inject)，见图3；

反应釜100的下端通过第一管路与高压六通电磁阀的样品进样阀口(阀口6)连接，并且第一管路上设有冷却装置200(在阀口6前设置冷却装置200)，反应釜100的上端通过第二管路与高压六通电磁阀的样品出样阀口(阀口1)连接；

分析仪器通过第三管路与高压六通电磁阀的流动相出样阀口(阀口3)连接，注射泵通过第四管路与高压六通电磁阀的流动相进样阀口(阀口4)连接；

其中，第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路均独立地可以为不锈钢材质的管路。

本发明提供的动态反应的在线监测装置，连接简单，易于操作，通过高压六通电磁阀和注射泵的配合，能够将反应釜中的样品自动引入到分析仪器中，以实现对反应物、副产物以及产物含量的实时在线监测，便于实时计算反应转化率和产物产率，从而指导工作人员实时调整反应的工艺条件、控制反应以提高生产效率，避免反应的分析结果滞后。

根据本发明的第二个方面，提供了一种利用上述任一项所述的在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

六通阀切换至Load状态时(装载位)，反应釜中的样品经第一管路进样至六通阀中，部分样品保存在定量环内，剩余样品经第二管路回流至反应釜中；

六通阀切换至Inject状态时(分析位)，保存在定量环内的部分样品在泵送装置的推送下经第三管路进入分析仪器进行分析，得到反应转化率和产物产率。

本发明提供的监测方法，能够实时在线监测反应物、副产物以及产物含量，便于实时计算反应物转化率和产物产率，从而利于实时调整工艺、控制反应过程以提高生产效率。

在一种优选的实施方式中，反应釜中的样品在进样至六通阀之前还包括经过冷却装置冷却的步骤，样品经过冷却装置(制冷模块)的冷却后，可由气态冷却为液态以保存在定量环内，利于后续的进入分析仪器进行分析。

一种利用上述任一项所述的在线监测装置的典型的监测方法，包括以下步骤：

样品装载流程：高压六通电磁阀切换至Load状态时(装载位)，如图2所示，反应釜中的样品经高压冲出，经第一管路并在冷却装置内冷却为液体后进样至高压六通电磁阀中，部分样品保存在定量环内，剩余样品则经第二管路回流至反应釜中；

样品分析流程：高压六通电磁阀切换至Inject状态时(分析位)，如图3所示，保存在定量环内的部分样品在注射泵的推送下经第三管路进入分析仪器(例如可以为气相色谱仪，但不限于此)进行分析，得到反应转化率和产物产率。

本发明的监测方法，易于操作，能够实时在线监测反应，便于实时计算反应转化率和产物产率，利于实时调整工艺、控制反应过程以提高生产效率，避免反应的分析结果滞后。

根据本发明的第三个方面，提供了一种上述任一项所述的在线监测装置在实时指导调整反应工艺参数中的应用。

本发明提供的动态反应的在线监测装置的应用，能够实时计算得到反应转化率和产物产率，利于指导工作人员实时调整反应的工艺条件，能够避免反应分析结果滞后的问题。

在本发明中，反应不作具体的限定，本领域中常见的动态反应均可，例如可以为苯胺加氢还原制备环己胺的反应，但不限于此。

在一种优选的实施方式中，实时指导调整苯胺加氢还原制备环己胺的反应工艺参数的方法包括以下步骤：

六通阀切换至Load状态时，反应釜中的样品经第一管路的冷却装置冷却为液体后再进样至六通阀中，部分样品保存在定量环内，剩余样品经第二管路回流至反应釜中；

六通阀切换至Inject状态时，保存在定量环内的部分样品在注射泵的推送下经第三管路进入分析仪器(例如可以为气相色谱仪，但不限于此)中进行分析，得到苯胺含量、二环己胺含量以及环己胺含量；

依据苯胺含量、二环己胺含量以及环己胺含量计算得到反应转化率和产物产率，根据得到的反应转化率和产物产率来指导调整苯胺加氢还原制备环己胺的反应工艺参数；

在本发明中，例如可以调整反应工艺中的氢气投料量、氢胺摩尔比以及氨投料量中的至少一种，但不限于此，以提高生产效率。

下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。

实施例1

一种动态反应的在线监测装置，见图1，包括反应釜100、冷却装置200、高压六通电磁阀300、定量环400、注射泵500，以及分析仪器；

高压六通电磁阀300的六个阀口可分别编号为阀口1(样品出样阀口)、阀口2、阀口3(流动相出样阀口)、阀口4(流动相进样阀口)、阀口5以及阀口6(样品进样阀口)，其中，阀口2和阀口5之间设有不锈钢材质的定量环400，高压六通电磁阀的型号为罗丹尼7725i；

在本发明中，高压六通电磁阀300包含两种切换状态：装载位(Load)和分析位(Inject)，具体的，当阀口1-2两两相通，阀口3-4两两相通，阀口5-6两两相通时，为装载位(Load)，见图2；当阀口1-6两两相通，阀口2-3两两相通，阀口4-5两两相通时，为分析位(Inject)，见图3；

反应釜100的下端通过第一管路与高压六通电磁阀的样品进样阀口(阀口6)连接，并且第一管路上设有冷却装置200(在阀口6前设置冷却装置200)，反应釜100的上端通过第二管路与高压六通电磁阀的样品出样阀口(阀口1)连接；

分析仪器(包括气相色谱仪)通过第三管路与高压六通电磁阀的流动相出样阀口(阀口3)连接，注射泵通过第四管路与高压六通电磁阀的流动相进样阀口(阀口4)连接，其中，注射泵型号为润泽流体ZSB-SY01B-30-M01-3；

其中，第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路均为不锈钢材质的管路；

定量环为不锈钢材质的定量环。

实施例2

一种利用实施例1的在线监测装置监测动态反应的方法，包括以下步骤：

样品装载流程：高压六通电磁阀切换至装载位时(阀口1-2两两相通，阀口3-4两两相通，阀口5-6两两相通)，反应釜中的样品经高压冲出，经第一管路并在冷却装置内冷却为液体后进样至高压六通电磁阀中，部分样品保存在定量环内，剩余样品则经第二管路回流至反应釜中；

样品分析流程：高压六通电磁阀切换至分析位(阀口1-6两两相通，阀口2-3两两相通，阀口4-5两两相通)，保存在定量环内的部分样品在注射泵的推送下经第三管路进入分析仪器中进行分析，得到反应物含量、副产物含量以及产物含量；

依据反应物含量、副产物含量以及产物含量计算得到反应转化率和产物产率，再根据得到的反应转化率和产物产率来实时指导调整反应的工艺参数以提高生产效率；

具体以苯胺加氢还原制备环己胺的反应为例：

反应釜内发生的反应主要为：

根据上述化学方程式，1mol苯胺和3mol H

加料计算过程：反应开始前在釜内投入一定量的原料苯胺，升温气化后慢慢投料H

(1)n

(2)n

(3)当n

综上所述，本发明的动态反应的在线监测装置，能够在反应过程中定时引出反应物，在线测定反应物含量、副产物含量以及产物含量，并且通过计算得到反应物参与前和参与反应的摩尔比、副产物和产物的摩尔比等，以实时指导调整反应工艺调件，从而提高反应物的转化率和产物产率，提高生产效率，避免反应的分析结果滞后。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。