[发明专利]一种叠层式电化学反应器及其在电解合成丁二酸中的应用

说明书

本发明公开了一种叠层式电化学反应器及其在电解合成丁二酸中的应用。本发明的叠层式电化学反应器解决了电解合成丁二酸使用的板框槽以及固定床电化学反应器存在的体积利用率低、能耗高、容易因结晶而短路等问题。

技术领域

本发明涉及一种叠层式电化学反应器及其在电解合成丁二酸中的应用。

技术背景

丁二酸(Succinic acid)，又名琥珀酸，分子式为C₄H₆O₄，是一种重要的有机合成原料，被广泛用于医药合成、食品加工、日化、高分子合成、涂料染料改性、表面活性剂生产等行业。随着聚丁二酸丁二醇酯(PBS)产量的不断提高，使得其原料丁二酸的需求量不断攀升。

电化学反应器作为有机电化学合成装置的核心，按照反应器结构可分为三类：箱式电化学反应器、压滤机式电化学反应器、特殊结构的电化学反应器。其中箱式和压滤机式电化学反应器是结构最简单应用范围最为广泛的电化学反应器，但是这两种反应器都存在各自的缺点。箱式电化学反应器和压滤机式电化学反应器时间-空间产率都比较低，无法适应大规模连续生产，而且箱式电化学反应器无法适用于要求严格控制传质过程的生产。因此为了适用不同的电化学合成的工艺要求，电化学工作者设计了一系列的特殊结构的电化学反应器，如毛细间隙、旋转电极、固定床、流化床、SPE电化学反应器等来满足不同的反应要求。三维电化学反应器具有比电极面积大的特点，可以在不提高电流密度的前提下获得较高的时空产率，被广泛用于污水处理(如CN111661985A和CN111517428A)和一些电化学电解(如 CN111115924A)。

目前为止，应用电化学法生产丁二酸最广泛的方法是以顺丁烯二酸酐为原料进行阴极还原加氢法，且已开发出了多种电化学合成丁二酸的技术(如CN2158409Y和CN2651267Y)。相较于目前普遍使用的无隔膜板框电化学反应器。虽然固定床与流化床电化学反应器的时间- 空间产率较高，但是其填充物多为金属球或者纤维材料，容易造成槽压过高或者短路，体积利用率低，并且进行母液套用时容易因结晶而短路。因此开发一种新型的电化学反应器对工业生产尤为重要。

发明内容

本发明为了解决板框槽以及固定床电化学反应器存在的体积利用率低、能耗高、容易因结晶而短路等问题，提供了一种叠层式电化学反应器。

本发明要解决的第二个技术问题是提供所述叠层式电化学反应器在电解合成丁二酸中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种叠层式电化学反应器，所述反应器包括：带阴极接线口以及温度计孔的顶盖、带有进液口以及阳极连接口的底盖、位于顶盖和底盖之间的带有出液口的反应器主体、阴极和阳极板；

所述顶盖和底盖与反应器主体之间通过螺纹或者法兰连接；

所述的阳极板为内侧有孔的金属板，并由反应器主体与底盖之间的螺纹挤压固定或者螺钉固定，所述阳极导线通过底盖上的阳极连接口引出；所述阳极板上孔径为1-5mm，孔隙率 30％-80％；

所述的阴极由阴极串联器和1-30片阴极网组成，所述的阴极串联器由阴极连接杆与塑料孔板组成，所述阴极连接杆的一端与塑料孔板连接，所述阴极连接杆穿过各阴极网使各阴极网呈堆叠式排列，并且相邻两片阴极网通过由阴极材料所做的垫片隔开一定间距，并由最后一片阴极网外部的螺母进行压紧，通过接触进行阴极网之间的导电；所述阴极导线通过阴极连接杆经由顶盖上的阴极接线口引出；所述阴极网的孔径1-5mm，孔隙率为30％-80％，相邻两片阴极网的间距为0.1-5mm；

所述阴极位于阳极板上方并且所述阴极与阳极板之间由阴极连接杆一端的塑料孔板隔开，所述塑料孔板的厚度为0.5-2mm。该塑料孔板能降低槽压，塑料孔板越薄槽压降低越多。