专利名称：反应精馏无动力循环装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于反应精馏的技术领域，具体涉及一种反应精馏无动力循环装置。
背景技术：
传统反应精馏工艺为，物料进入反应釜反应，再由蒸发器循环泵送入反应釜顶部的降膜再沸器，从降膜再沸器出来被加热的液态物回到反应釜，在反应釜中发生平衡反应， 反应釜中的液体通过蒸发器循环泵被不断的从反应釜底抽出送到降膜再沸器进行加热，出口气相物料从反应釜上部进入精馏塔；来自反应釜的气态物料从底部进入精馏塔，未反应的物料积聚在精馏塔塔底，由反应釜循环泵送回反应釜；整套工艺需要两台动力设备实现溶液循环。该工艺流程图见附图1。上述传统合成精馏工艺实现溶液循环主要依靠蒸发器循环泵和反应釜循环泵两套动力设备。按照装置负荷18万吨计算，蒸发器循环泵所需流量应大于650Nm3/h，反应釜循环泵最小流量为60Nm3/h，因此所需两套动力设备功率最少分别为140KW和15KW，按每年正常运行8000小时，每度电按0. 56元计算，所需电耗为IM万kwh，电费为69. 44万元。总之，存在的缺陷为能耗大，且装置规模较大，密封点较多，设备复杂，维修费用高，操作难度较大。
发明内容本实用新型的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种反应精馏无动力循环装置，把反应和分离集中于一个塔内，通过热力学原理、虹吸作用和位能差异，达到无动力循环的目的，有效解决目前存在的缺陷。本实用新型的反应精馏无动力循环装置，包括精馏塔塔釜、精馏塔塔盘、再沸器， 其特征在于该精馏塔塔釜的上端连接精馏塔塔盘，所述精馏塔塔盘的底部设置溢流堰； 该溢流堰连接强制对流管，所述的强制对流管与由精馏塔塔釜底部伸出的自然对流管合并后连接再沸器；所述再沸器高度低于溢流堰，该再沸器上端出口与精馏塔塔釜上端入口连接。所述的溢流堰环精馏塔塔盘底部一周，用以收集精馏塔塔盘内被冷凝下来的重组分物料，收集下来的冷凝液一部分通过强制对流管进入再沸器中加热，一部分通过溢过溢流堰流入精馏塔塔釜内，与原料混合后再进入再沸器，加热后物料部分以汽体形式进入上部精馏塔塔盘进行精馏提纯，部分循环回精馏塔塔釜。所述的再沸器为2个，对称设置。所述的精馏塔塔釜与精馏塔塔盘采用焊接的方式连接，精馏塔塔盘直接焊接在精馏塔塔釜之上。应用本实用新型的反应精馏无动力循环装置的反应精馏工艺如下，其技术方案如下精馏塔塔盘中的气相冷凝液从塔板处落入溢流堰中，在位差、自身重力和虹吸力的作用下，通过强制对流管与精馏塔塔釜底部自然对流管中的物料混合后进入再沸器中，经再沸
3器加热达到反应温度后，混合液送入精馏塔塔釜，反应后气相升至于精馏塔塔釜上端连接的精馏塔塔盘内，从而实现无动力循环。本工艺其详细步骤为在精馏塔塔盘回流作用下，气化物料中绝大部分中组分和重组分物料被冷凝下来，落入精馏塔塔盘底溢流堰中，溢流堰中的混合液一部分通过强制对流管在位差和虹吸力作用下流入再沸器中，另一部分溢过溢流堰从其上方落入精馏塔塔釜内；在虹吸力和自身重力的作用下，精馏塔塔盘气相冷凝液通过强制对流管和精馏塔塔釜底部自然对流管中的物料混合进入再沸器中，在再沸器中，物料被加热由下而上移动，达到反应温度后物料从再沸器上部进入精馏塔塔釜中，进行反应，而由于物料上移，产生虹吸力；在精馏塔塔釜内，混合液物料发生反应，反应后其中绝大部分轻组分与少量中组分和重组分被气化升至精馏塔塔盘内，整个流程完全依靠蒸汽加热产生的虹吸力和自身高低位能进行物料循环，无需任何动力设备，从而实现无动力循环。本实用新型的设备主要应用于反应物与生产物同为液相的化学反应，如酯化反应、水解反应及醚化反应。其中的酯化反应，是由醇和酸反应生成酯类产品，由于该反应过程中，含有多个共沸物，普通精馏分离过程较为复杂，如果采用反应精馏实用新型，即可代替传统复杂的精馏工艺，而且生产出的产品纯度可达99. 8%以上。应用于水解反应，如环氧化物的水解(由1，2-环氧丙烷水解成1，2-环氧丙醇)，烯烃的水解(由2-甲基-2- 丁烯水解成2-甲基-2- 丁醇，由异丁烯水解成2-甲基-2- 丁醇寸J。应用于醚化反应，先后应用于叔烷基甲醚、乙基叔丁基醚等化工生产中。该过程与传统流程相比具有无反应器的外部循环和冷却，充分利用反应放出的热量，具有反应物转化率高以及产品纯度高等特点。符合下述应用条件的均可以应用本实用新型的工艺及装置( 1)化学反应必须在液相中进行；(2)在操作系统压力下，主反应的反应温度和目的产物的泡点温度接近，以使反应产物可以及时的从反应系统中移出；(3)主反应不能是强吸热反应，否则精馏操作的传质传热会受到影响，使塔板分离效率降低；(4)主反应时间与精馏时间相比较，主反应时间不能过长，否则精馏塔塔盘的分离能力不能得到充分利用。本实用新型的有益效果为本实用新型的装置利用热力学原理、流体动力学原理等，通过设备结构的调整使用自然对流、强制对流的形式进行精馏塔塔釜内物料加热及精馏段物料的传质传热，达到无装置动力循环的目的，减少了动力设备的使用，可节约电耗； 通过强制对流管的增加，完善加强了塔内溶液的循环，一方面降低了因气相组分上升而对冷凝液下降产生阻力的影响，另一方面强化了再沸器中溶液的虹吸作用，利于装置内的热平衡和物料分布。另外，首先由于精馏塔塔釜与精馏塔塔盘的合并，大幅度的降低了设备的制造成本和节约了场地空间；而且精馏塔塔釜与精馏塔塔盘的合并，反应热被直接用于精馏操作过程，故可以降低塔釜的热负荷，而使得精馏塔塔釜所需的热量大幅度将少，降低了系统整个的蒸汽消耗；反应和精馏在同一塔设备内进行，可以减少加热次数与冷凝、冷却次数，可节省较多的能量。总之，本实用新型的反应精馏无动力循环装置，实现了无动力循环，对企业效益起到积极的作用，为社会节约能源起到很好的作用，取得了突出的实质性特点和显著的进步。
图1为背景技术记载的现有技术的结构示意图；图2为本实用新型的装置结构示意图；图3为工艺流程示意图，并包含了精馏塔之后的常规工艺流程；图4为醋酸丁酯生产的工艺流程图；其中，1为降膜再沸器，2为精馏塔塔釜，3为精馏塔塔盘，4为反应釜循环泵，5为蒸发器循环泵，6为溢流堰，7为强制对流管，8为自然对流管，9为再沸器，10为精馏塔塔釜上端入口，11为精馏塔冷却器，12为集液槽，13为精馏塔回流泵，14为分层器，15为精馏塔部分冷凝器，16为原料预热器，17为反应釜，18为精馏塔。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案进行详细的说明。以醋酸丁酯生产为例。在精馏塔系统，按照反应方程式配比的丁醇和醋酸经过原料预热器16 (E3105), 从精馏塔塔釜(T3101)的上部加入，包含催化剂和原料的液态反应液在精馏塔塔釜2中发生酯化反应。最终的醋酸丁酯产品物料给原料预热器16 (E3105)提供热源，将混合原料加热，以节省能量。在位差、自身重力和虹吸力的作用下，精馏塔塔釜2底部自然对流管中的物料和溢流堰6中的冷凝液混合后进入再沸器9。在被加热过程中，混合物料的密度随之降低，达到反应温度后，物料从再沸器9上部进入精馏塔塔釜2中，进行反应。在这个过程中由于物料移动，产生虹吸力，使循环得以延续。加热后出再沸器9的混合物料闪蒸成气液两相，气相进入精馏塔塔盘3段进行精馏，液相回到精馏塔塔釜2继续反应，整个流程完全依靠蒸汽加热产生的虹吸力和自身高低位能进行物料循环，无需任何动力设备。反应精馏塔塔盘3段的目的是将醋酸丁酯和水分离出来，而重组分醋酸则从精馏塔塔盘3的最底层塔盘落到精馏塔塔盘底部溢流堰6中，随后通过溢流和强制对流两种形式分别进入精馏塔塔釜2和再沸器9 (E3101A、B)中再次参与反应。醋酸丁酯与水的共沸物及部分丁醇从精馏塔塔盘3的塔顶馏出。塔顶馏分在精馏塔部分冷凝器15 (E3102)中进行部分冷凝，再在精馏塔冷凝器11 (E3103)中完全冷凝。精馏塔冷凝器11 (E3103)出来的冷凝液进入集液槽12 (V3102)后，通过精馏塔回流泵13 (P3102A/B)压送到分层器14 (S3101)中进行分相。分层后的有机相部分回流到精馏塔塔盘3，其余作为成品塔(T3102)进料。水相部分回流到反应精馏塔塔盘(T3101)， 其它进入成品塔分层器(3102)。分层器14 (S3101)出来的有机相中除了醋酸丁酯、少量丁醇和少量水外，还包括所有从进料物料或其反应产物中来的轻组份。生产醋酸丁酯产品时无中组份采出。[0036]本实用新型的反应精馏无动力循环装置，包括精馏塔塔釜2、精馏塔塔盘3、再沸器9，该精馏塔塔釜2的上端连接精馏塔塔盘9，所述精馏塔塔盘的底部设置溢流堰6 ；该溢流堰连接强制对流管7，所述的强制对流管7与由精馏塔塔釜底部伸出的自然对流管8合并后连接再沸器9 ；所述再沸器9高度低于溢流堰6，该再沸器上端出口与精馏塔塔釜上端入口 10连接。所述的溢流堰6环精馏塔塔盘3底部一周，用以收集精馏塔塔盘3内被冷凝下来的重组分物料，收集下来的冷凝液一部分通过强制对流管7进入再沸器9中加热，一部分通过溢过溢流堰6流入精馏塔塔釜2内，与原料混合后再进入再沸器9，加热后物料部分以汽体形式进入上部精馏塔塔盘3进行精馏提纯，部分循环回精馏塔塔釜2。所述的再沸器9为2个，对称设置。所述的精馏塔塔釜与精馏塔塔盘采用焊接的方式连接，精馏塔塔盘直接焊接在精馏塔塔釜之上。
权利要求1.一种反应精馏无动力循环装置，包括精馏塔塔釜、精馏塔塔盘、再沸器，其特征在于 该精馏塔塔釜的上端连接精馏塔塔盘，所述精馏塔塔盘的底部设置溢流堰；该溢流堰连接强制对流管，所述的强制对流管与由精馏塔塔釜底部伸出的自然对流管合并后连接再沸器；所述再沸器高度低于溢流堰，该再沸器上端出口与精馏塔塔釜上端入口连接。
2.如权利要求1所述的反应精馏无动力循环装置，其特征在于，所述的溢流堰环精馏塔塔盘底部一周。
3.如权利要求1所述的反应精馏无动力循环装置，其特征在于，所述的再沸器为2个， 对称设置。
4.如权利要求1所述的反应精馏无动力循环装置，其特征在于，所述的精馏塔塔釜与精馏塔塔盘采用焊接的方式连接。
专利摘要本实用新型属于反应精馏的技术领域，具体涉及一种反应精馏无动力循环装置。其技术方案如下包括精馏塔塔釜、精馏塔塔盘、再沸器，该精馏塔塔釜的上端连接精馏塔塔盘，所述精馏塔塔盘的底部设置溢流堰；该溢流堰连接强制对流管，所述的强制对流管与由精馏塔塔釜底部伸出的自然对流管合并后连接再沸器；所述再沸器高度低于溢流堰，该再沸器上端出口与精馏塔塔釜上端入口连接。把反应和分离集中于一个塔内，通过热力学原理、虹吸作用和位能差异，达到无动力循环的目的，将该装置用于反应精馏工艺，可以实现无动力循环，有效解决目前存在的缺陷。
文档编号C07C67/08GK202237323SQ201120369388
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者何培根, 孙西英, 张玉娟, 裴学成, 陈荔, 马廷卫 申请人:兖矿国泰乙酰化工有限公司, 兖矿国泰化工有限公司