專利名稱：反應精餾無動力循環(huán)工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于反應精餾的技術領域，具體涉及一種反應精餾無動力循環(huán)工藝及裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)反應精餾工藝為，物料進入反應釜反應，再由蒸發(fā)器循環(huán)泵送入反應釜頂部的降膜再沸器，從降膜再沸器出來被加熱的液態(tài)物回到反應釜，在反應釜中發(fā)生平衡反應， 反應釜中的液體通過蒸發(fā)器循環(huán)泵被不斷的從反應釜底抽出送到降膜再沸器進行加熱，出口氣相物料從反應釜上部進入精餾塔；來自反應釜的氣態(tài)物料從底部進入精餾塔，未反應的物料積聚在精餾塔塔底，由反應釜循環(huán)泵送回反應釜；整套工藝需要兩臺動力設備實現(xiàn)溶液循環(huán)。該工藝流程圖見附圖1。上述傳統(tǒng)合成精餾工藝實現(xiàn)溶液循環(huán)主要依靠蒸發(fā)器循環(huán)泵和反應釜循環(huán)泵兩套動力設備。按照裝置負荷18萬噸計算，蒸發(fā)器循環(huán)泵所需流量應大于650Nm3/h，反應釜循環(huán)泵最小流量為60Nm3/h，因此所需兩套動力設備功率最少分別為140KW和15KW，按每年正常運行8000小時，每度電按0. 56元計算，所需電耗為IM萬kwh，電費為69. 44萬元?？傊嬖诘娜毕轂槟芎拇?，且裝置規(guī)模較大，密封點較多，設備復雜，維修費用高，操作難度較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是針對上述存在的缺陷而提供一種反應精餾無動力循環(huán)工藝及裝置，把反應和分離集中于一個塔內，通過熱力學原理、虹吸作用和位能差異，達到無動力循環(huán)的目的，有效解決目前存在的缺陷。本發(fā)明的反應精餾無動力循環(huán)工藝，其技術方案如下精餾塔塔盤中的氣相冷凝液從塔板處落入溢流堰中，在位差、自身重力和虹吸力的作用下，通過強制對流管與精餾塔塔釜底部自然對流管中的物料混合后進入再沸器中，經(jīng)再沸器加熱達到反應溫度后，混合液送入精餾塔塔釜，反應后氣相升至于精餾塔塔釜上端連接的精餾塔塔盤內，從而實現(xiàn)無動力循環(huán)。本發(fā)明的工藝其詳細步驟為在精餾塔塔盤回流作用下，氣化物料中絕大部分中組分和重組分物料被冷凝下來，落入精餾塔塔盤底溢流堰中，溢流堰中的混合液一部分通過強制對流管在位差和虹吸力作用下流入再沸器中，另一部分溢過溢流堰從其上方落入精餾塔塔釜內；在虹吸力和自身重力的作用下，精餾塔塔盤氣相冷凝液通過強制對流管和精餾塔塔釜底部自然對流管中的物料混合進入再沸器中，在再沸器中，物料被加熱由下而上移動，達到反應溫度后物料從再沸器上部進入精餾塔塔釜中，進行反應，而由于物料上移， 產(chǎn)生虹吸力；在精餾塔塔釜內，混合液物料發(fā)生反應，反應后其中絕大部分輕組分與少量中組分和重組分被氣化升至精餾塔塔盤內，整個流程完全依靠蒸汽加熱產(chǎn)生的虹吸力和自身高低位能進行物料循環(huán)，無需任何動力設備，從而實現(xiàn)無動力循環(huán)。
本發(fā)明的反應精餾無動力循環(huán)裝置，包括精餾塔塔釜、精餾塔塔盤、再沸器，其特征在于該精餾塔塔釜的上端連接精餾塔塔盤，所述精餾塔塔盤的底部設置溢流堰；該溢流堰連接強制對流管，所述的強制對流管與由精餾塔塔釜底部伸出的自然對流管合并后連接再沸器；所述再沸器高度低于溢流堰，該再沸器上端出口與精餾塔塔釜上端入口連接。所述的溢流堰環(huán)精餾塔塔盤底部一周，用以收集精餾塔塔盤內被冷凝下來的重組分物料，收集下來的冷凝液一部分通過強制對流管進入再沸器中加熱，一部分通過溢過溢流堰流入精餾塔塔釜內，與原料混合后再進入再沸器；加熱后物料部分以汽體形式進入上部精餾塔塔盤進行精餾提純，部分循環(huán)回精餾塔塔釜。所述的再沸器為2個，對稱設置。所述的精餾塔塔釜與精餾塔塔盤采用焊接的方式連接，精餾塔塔盤直接焊接在精餾塔塔釜之上。本發(fā)明的工藝以及設備主要應用于反應物與生產(chǎn)物同為液相的化學反應，如酯化反應、水解反應及醚化反應。其中的酯化反應，是由醇和酸反應生成酯類產(chǎn)品，由于該反應過程中，含有多個共沸物，普通精餾分離過程較為復雜，如果采用反應精餾發(fā)明，即可代替?zhèn)鹘y(tǒng)復雜的精餾工藝，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品純度可達99. 8%以上。應用于水解反應，如環(huán)氧化物的水解(由1，2-環(huán)氧丙烷水解成1，2-環(huán)氧丙醇)，烯烴的水解(由2-甲基-2- 丁烯水解成2-甲基-2- 丁醇，由異丁烯水解成2-甲基-2- 丁醇寸J。應用于醚化反應，先后應用于叔烷基甲醚、乙基叔丁基醚等化工生產(chǎn)中。該過程與傳統(tǒng)流程相比具有無反應器的外部循環(huán)和冷卻，充分利用反應放出的熱量，具有反應物轉化率高以及產(chǎn)品純度高等特點。符合下述應用條件的均可以應用本發(fā)明的工藝及裝置
(1)化學反應必須在液相中進行；
(2)在操作系統(tǒng)壓力下，主反應的反應溫度和目的產(chǎn)物的泡點溫度接近，以使反應產(chǎn)物可以及時的從反應系統(tǒng)中移出；
(3)主反應不能是強吸熱反應，否則精餾操作的傳質傳熱會受到影響，使塔板分離效率降低；
(4)主反應時間與精餾時間相比較，主反應時間不能過長，否則精餾塔塔盤的分離能力不能得到充分利用。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的工藝利用熱力學原理、流體動力學原理等，通過設備結構的調整使用自然對流、強制對流的形式進行精餾塔塔釜內物料加熱及精餾段物料的傳質傳熱，達到無裝置動力循環(huán)的目的，減少了動力設備的使用，可節(jié)約電耗；通過強制對流管的增加，完善加強了塔內溶液的循環(huán)，一方面降低了因氣相組分上升而對冷凝液下降產(chǎn)生阻力的影響，另一方面強化了再沸器中溶液的虹吸作用，利于裝置內的熱平衡和物料分布。另外，由于本發(fā)明工藝以反應精餾工藝為基礎，因此本工藝同時具有反應精餾工藝的幾大優(yōu)點首先由于精餾塔塔釜與精餾塔塔盤的合并，大幅度的降低了設備的制造成本和節(jié)約了場地空間；而且精餾塔塔釜與精餾塔塔盤的合并，反應熱被直接用于精餾操作過程， 故可以降低塔釜的熱負荷，而使得精餾塔塔釜所需的熱量大幅度將少，降低了系統(tǒng)整個的
4蒸汽消耗；反應和精餾在同一塔設備內進行，可以減少加熱次數(shù)與冷凝、冷卻次數(shù)，可節(jié)省較多的能量?？傊?，本發(fā)明的反應精餾無動力循環(huán)工藝和裝置，實現(xiàn)了無動力循環(huán)，對企業(yè)效益起到積極的作用，為社會節(jié)約能源起到很好的作用，取得了突出的實質性特點和顯著的進步。


圖1為背景技術記載的現(xiàn)有技術的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的裝置結構示意圖3為本發(fā)明工藝流程示意圖，并包含了精餾塔之后的常規(guī)工藝流程； 圖4為醋酸丁酯生產(chǎn)的工藝流程其中，1為降膜再沸器，2為精餾塔塔釜，3為精餾塔塔盤，4為反應釜循環(huán)泵，5為蒸發(fā)器循環(huán)泵，6為溢流堰，7為強制對流管，8為自然對流管，9為再沸器，10為精餾塔塔釜上端入口，11為精餾塔冷卻器，12為集液槽，13為精餾塔回流泵，14為分層器，15為精餾塔部分冷凝器，16為原料預熱器，17為反應釜，18為精餾塔。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。以醋酸丁酯生產(chǎn)為例。在精餾塔系統(tǒng)，按照反應方程式配比的丁醇和醋酸經(jīng)過原料預熱器16 (E3105), 從精餾塔塔釜(T3101)的上部加入，包含催化劑和原料的液態(tài)反應液在精餾塔塔釜2中發(fā)生酯化反應。最終的醋酸丁酯產(chǎn)品物料給原料預熱器16 (E3105)提供熱源，將混合原料加熱，以節(jié)省能量。在位差、自身重力和虹吸力的作用下，精餾塔塔釜2底部自然對流管中的物料和溢流堰6中的冷凝液混合后進入再沸器9。在被加熱過程中，混合物料的密度隨之降低，達到反應溫度后，物料從再沸器9上部進入精餾塔塔釜2中，進行反應。在這個過程中由于物料移動，產(chǎn)生虹吸力，使循環(huán)得以延續(xù)。加熱后出再沸器9的混合物料閃蒸成氣液兩相，氣相進入精餾塔塔盤3段進行精餾，液相回到精餾塔塔釜2繼續(xù)反應，整個流程完全依靠蒸汽加熱產(chǎn)生的虹吸力和自身高低位能進行物料循環(huán)，無需任何動力設備。反應精餾塔塔盤3段的目的是將醋酸丁酯和水分離出來，而重組分醋酸則從精餾塔塔盤3的最底層塔盤落到精餾塔塔盤底部溢流堰6中，隨后通過溢流和強制對流兩種形式分別進入精餾塔塔釜2和再沸器9 (E3101A、B)中再次參與反應。醋酸丁酯與水的共沸物及部分丁醇從精餾塔塔盤3的塔頂餾出。塔頂餾分在精餾塔部分冷凝器15 (E3102)中進行部分冷凝，再在精餾塔冷凝器11 (E3103)中完全冷凝。精餾塔冷凝器11 (E3103)出來的冷凝液進入集液槽12 (V3102)后，通過精餾塔回流泵13 (P3102A/B)壓送到分層器14 (S3101)中進行分相。分層后的有機相部分回流到精餾塔塔盤3，其余作為成品塔(T3102)進料。水相部分回流到反應精餾塔塔盤(T3101)， 其它進入成品塔分層器(3102)。分層器14 (S3101)出來的有機相中除了醋酸丁酯、少量丁醇和少量水外，還包括所有從進料物料或其反應產(chǎn)物中來的輕組份。
生產(chǎn)醋酸丁酯產(chǎn)品時無中組份采出。本發(fā)明的反應精餾無動力循環(huán)裝置，包括精餾塔塔釜2、精餾塔塔盤3、再沸器9， 該精餾塔塔釜2的上端連接精餾塔塔盤9，所述精餾塔塔盤的底部設置溢流堰6 ；該溢流堰連接強制對流管7，所述的強制對流管7與由精餾塔塔釜底部伸出的自然對流管6合并后連接再沸器9 ；所述再沸器9高度低于溢流堰6，該再沸器上端出口與精餾塔塔釜上端入口 10 連接。所述的溢流堰6環(huán)精餾塔塔盤3底部一周，用以收集精餾塔塔盤3內被冷凝下來的重組分物料，收集下來的冷凝液一部分通過強制對流管7進入再沸器9中加熱，一部分通過溢過溢流堰6流入精餾塔塔釜2內，與原料混合后再進入再沸器9，加熱后物料部分以汽體形式進入上部精餾塔塔盤3進行精餾提純，部分循環(huán)回精餾塔塔釜2。所述的再沸器9為2個，對稱設置。所述的精餾塔塔釜與精餾塔塔盤采用焊接的方式連接，精餾塔塔盤直接焊接在精餾塔塔釜之上。
權利要求
1.一種反應精餾無動力循環(huán)工藝，其技術方案如下精餾塔塔盤中的氣相冷凝液從塔板處落入溢流堰中，在位差、自身重力和虹吸力的作用下，通過強制對流管與精餾塔塔釜底部自然對流管中的物料混合后進入再沸器中，經(jīng)再沸器加熱達到反應溫度后，混合液送入精餾塔塔釜，反應后氣相升至于精餾塔塔釜上端連接的精餾塔塔盤內，從而實現(xiàn)無動力循環(huán)。
2.如權利要求1所述的反應精餾無動力循環(huán)工藝，其詳細步驟為在精餾塔塔盤回流作用下，氣化物料中絕大部分中組分和重組分物料被冷凝下來，落入精餾塔塔盤底溢流堰中，溢流堰中的混合液一部分通過強制對流管在位差和虹吸力作用下流入再沸器中，另一部分溢過溢流堰從其上方落入精餾塔塔釜內；在虹吸力和自身重力的作用下，精餾塔塔盤氣相冷凝液通過強制對流管和精餾塔塔釜底部自然對流管中的物料混合進入再沸器中，在再沸器中，物料被加熱由下而上移動，達到反應溫度后物料從再沸器上部進入精溜塔塔釜中，進行反應，而由于物料上移，產(chǎn)生虹吸力；在精餾塔塔釜內，混合液物料發(fā)生反應，反應后其中絕大部分輕組分與少量中組分和重組分被氣化升至精餾塔塔盤內，整個流程完全依靠蒸汽加熱產(chǎn)生的虹吸力和自身高低位能進行物料循環(huán)，從而實現(xiàn)無動力循環(huán)。
3.一種反應精餾無動力循環(huán)裝置，包括精餾塔塔釜、精餾塔塔盤、再沸器，其特征在于 該精餾塔塔釜的上端連接精餾塔塔盤，所述精餾塔塔盤的底部設置溢流堰；該溢流堰連接強制對流管，所述的強制對流管與由精餾塔塔釜底部伸出的自然對流管合并后連接再沸器；所述再沸器高度低于溢流堰，該再沸器上端出口與精餾塔塔釜上端入口連接。
4.如權利要求3所述的反應精餾無動力循環(huán)裝置，其特征在于，所述的溢流堰環(huán)精餾塔塔盤底部一周。
5.如權利要求3所述的反應精餾無動力循環(huán)裝置，其特征在于，所述的再沸器為2個， 對稱設置。
6.如權利要求3所述的反應精餾無動力循環(huán)裝置，其特征在于，所述的精餾塔塔釜與精餾塔塔盤采用焊接的方式連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于反應精餾的技術領域，具體涉及一種反應精餾無動力循環(huán)工藝及裝置。其技術方案如下精餾塔塔盤中的氣相冷凝液從塔板處落入溢流堰中，在位差、自身重力和虹吸力的作用下，通過強制對流管與精餾塔塔釜底部自然對流管中的物料混合后進入再沸器中，經(jīng)再沸器加熱達到反應溫度后，混合液送入精餾塔塔釜，反應后氣相升至于精餾塔塔釜上端連接的精餾塔塔盤內，從而實現(xiàn)無動力循環(huán)。把反應和分離集中于一個塔內，通過熱力學原理、虹吸作用和位能差異，達到無動力循環(huán)的目的，有效解決目前存在的缺陷。
文檔編號C07C69/14GK102441288SQ20111029311
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者何培根, 張志偉, 張玉娟, 裴學成, 陳荔, 馬廷衛(wèi) 申請人:兗礦國泰乙?；び邢薰? 兗礦國泰化工有限公司