一种新式己二酸反应装置的制作方法

本实用新型属于化工生产设备技术领域，具体涉及一种新式己二酸反应装置。

背景技术：

目前利用硝酸与环己醇或ka油（环己醇、酮混合物）生产己二酸的过程中，常利用4~6个反应器串联的方式进行：过量硝酸从第一个反应器进入，环己醇则依次加入各个反应器，各个反应器之间通过溢流管道连接，前一个反应器溢流进入后一个反应器。由于环己醇和硝酸氧化反应是放热反应，低温有利于提高反应收率；但是若反应温度低于60℃，反应引发剂亚硝酸就很难充分发挥作用，容易积累，存在生产隐患。另外，由于每个反应器的己二酸浓度随着反应进行逐步提高，为了控制己二酸结晶速率，每个反应器的温度要保证控制在该反应器内己二酸结晶点高2℃以上范围内，需要分开调控，导致实际生产的控制步骤繁琐易出错。

cn102417662a公开了一种液体酸型三聚甲醛生产工艺方法及萃取反应塔，通过在塔体下端设置萃取剂进口，在塔体上部设置甲醛溶液进口和液体酸进口，并在塔体内从下至上以此设置多级萃取反应腔室，从而将现有技术中需要经过多级反应釜回流的装置改进为对向流动的多级分层反应，在提高甲醛转化率的同时将三聚甲醛的聚合和萃取分离步骤合二为一。所述装置提供了将多级反应整合至一个反应器中的思路，但是该装置对于己二酸生产并不适用，如己二酸生产中副产物亚硝气的回收利用、结晶温度的控制等问题，利用上述装置均不能解决。

技术实现要素：

为了解决现有技术中己二酸生产工艺操作复杂、控制难度高，以及亚硝气积累的问题，本实用新型的目的是提出一种新型己二酸生产装置，利用该装置生产己二酸操作简单、反应均匀、副产物少，且设备投资小。基于一个总的发明构思，本实用新型还包括利用该装置进行己二酸合成的工艺。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型己二酸反应装置，所述装置包括塔式反应器和冷凝液循环系统；

所述塔式反应器的顶部设有气相管线，气相管线与冷凝液循环系统连通；所述塔式反应器的底部设有出料口，出料口处连接有总出料管；总出料管上设有料液回流管线，料液回流管线远离总出料管的端部伸入塔式反应器内；料液回流管线与塔式反应器之间的总出料管上设有出料水泵，为料液输出提供动力；

塔式反应器内从上至下依次分为反应区、熟化区和储液区；

所述反应区内固设有若干塔盘；塔盘的一端设有受液盘，塔盘的另一端设有向下延伸的降液板；塔盘将反应区内分成若干反应腔室，相邻反应腔室内的降液板相对设置；每个反应腔室内均设有第一进料管和第一冷凝管；第一进料管与设于塔式反应器外部的总进料管连通；第一冷凝管与设于塔式反应器外部的水循环系统连通；反应区顶部的反应腔室内还设有第二进料管；

熟化区位于反应区的下方；熟化区内也设有若干塔盘，熟化区的塔盘结构与反应区相同；塔盘将熟化区分成若干熟化腔室，每个熟化腔室内均设有第一加热管，所述第一加热管与设于塔式反应器外部的供热管道连通；

储液区位于塔式反应器底部；储液区内设有第二加热管；第二加热管与设于塔式反应器外部的加热装置连通；所述储液区内还设有进气管；进气管位于第二加热管的下方；

所述冷凝液循环系统包括真空泵、冷凝器、冷凝储液罐和连接管线；塔式反应器顶部的气相管线经过冷凝器与真空泵连通，塔式反应器内气体经冷凝器冷却后进入真空泵；冷凝器与冷凝储液罐之间通过排液管连通，冷凝器内的冷凝液经排液管进入冷凝储液罐；冷凝储液罐底部设有总出液管，总出液管上设有出液水泵；总出液管上设有回液管，回液管远离总出液管的端部伸入塔式反应器内；

上述塔式反应器和冷凝液循环系统上设有若干在线检测装置；所述在线监测装置包括压力表、温度计、流量计和液位计。

优选的，所述总出料管上设有第一料液回流管线和第二料液回流管线；第一料液回流管线远离总出料管的端部伸入塔式反应器的储液区；第二料液回流管线远离总出料管的端部伸入塔式反应器的反应区顶部。

优选的，所述塔式反应器上设有结晶点测量支路；所述结晶点测量支路的一端与第一料液回流管线或第二料液回流管线连通；结晶点测量支路的另一端伸入塔式反应器的储液区内；所述结晶点测量支路上设有测定结晶点的检测装置。

优选的，所述第一进料管和第二进料管的侧壁开设有若干进料孔。

优选的，所述受液盘的水平位置低于塔盘，从而在受液盘上方形成容纳反应液的受液槽；位于上一塔盘的降液板底端伸入受液槽内，保证反应过程中降液板底部位于反应液面以下；所述降液板与塔盘的连接处设有向上延伸的溢流板。

进一步优选的，所述塔盘上开设有筛孔。

优选的，所述冷凝储液罐内装有一定体积的液体；排液管的端部伸入冷凝储液罐内并伸入液位面以下，通过液封保证冷凝器工作时的负压环境。

优选的，所述冷凝储液罐底部设有竖直隔板，竖直隔板将冷凝储液罐内分为左腔室和右腔室，且左腔室和右腔室的顶部相连通；所述排液管的端部伸入左腔室的液面以下；所述总出液管位于右腔室的底部。

本实用新型与现有己二酸反应装置相比，其有益效果为：

1）占地面积小，操作过程简单，且塔式反应器与多个反应器串联的设备相比，料液混合更均匀，反应效率更高；

2）在塔式反应器底部设置进气管，一方面可以对反应器底部溶液进行搅拌，使充分混匀；另一方面在气体上升过程中带走反应液中的亚硝气，当亚硝气上升至塔式反应器顶部时，受冷、氧化成硝酸重新落入下方反应液中参与反应，减少反应液中亚硝气的含量；

3）通过设置冷凝液循环系统，将塔式反应器内抽出的气体冷凝、液化重新送回塔式反应器，避免水分和硝酸挥发造成的物料损失，在反应装置形成闭合循环；同时，冷凝液回流使塔式反应器顶部温度较低，保证亚硝气冷凝、落入下方反应液中。

附图说明

图1本实用新型己二酸反应装置的结构示意图；

图2为图1中反应腔室内第一进料管与第一冷凝盘管的分布示意图；

图3为图1中熟化腔室内第一加热盘管的分布示意图；

图4第一进料管上进料孔的排布示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型做进一步的详细描述。所述实施例中的具体技术方案仅为本实用新型的最优实施方式，并非对本实用新型可实施范围的限定；对实施例中相对关系的改变或调整，在无实质技术内容改变的前提下，当亦视为本实用新型可保护的范畴。

实施例1

一种新型己二酸反应装置，如图1-4所示，包括塔式反应器和冷凝液循环系统。

所述塔式反应器为圆筒型反应塔；塔式反应器内从上至下依次分为反应区1、熟化区2和储液区3；

反应区1位于塔式反应器的上部。反应区1内设有若干塔盘4，塔盘4将反应区1内分成若干反应腔室。塔盘4上开设有若干8-20mm的通气筛孔，且塔盘4的外周形状与塔式反应器内壁形状适配，塔盘4通过固定架或螺栓与塔式反应器内壁固定连接。塔盘4的左、右两侧分别设有受液盘41和降液板42。所述受液盘41为半弧形，受液盘41的弧形边缘与塔式反应器内壁固定连接，受液盘41的直边与塔盘固定连接；受液盘41的水平位置低于塔盘4，从而使受液盘41上形成容纳反应液的受液槽。所述降液板42沿竖直方向设置；降液板42的顶部与塔盘4固定连接；降液板42的两侧壁与塔式反应器内壁固定连接；降液板42的底部与塔式反应器内壁不相接，从而在降液板42与塔式反应器内壁之间形成反应液落下的通道。降液板42与塔盘4的连接处设有竖直向上的溢流板（图中未标出）。相邻反应腔室的降液板42相对设置，且上一级降液板42的底部伸入下一级塔盘的受液槽内，保证反应过程中降液板42底部位于反应液面以下；

为了保证进料均匀，每个反应腔室内水平设置四根第一进料管11；第一进料管11的左右两侧沿轴向开设有若干孔径为2mm的进料孔111。第一进料管11位于塔式反应器外的端部经连接管连接并与设于外部的总进料管12连通；总进料管12连接环己醇储料装置5。位于塔式反应器顶部的反应腔室内设有第二进料管13；第二进料管13与第一进料管11平行设置，且第二进料管13位于第一进料管11的上方。第二进料管13的左右两侧也开设有若干进液孔。第二进料管13远离塔式反应器的端部与设于外部的硝酸储液装置6连接。第一进料管11的连接管和第二进料管上均设有调节阀和流量计，通过手动或控制器的反馈信号控制环己醇和硝酸的进料流量；

每个反应腔室内设有一组第一冷凝盘管14。第一冷凝盘管14的进水端与冷凝水进水总管15连接，第一冷凝盘管14的出水端与冷凝水出水总管16连接；所述冷凝水进水总管15与冷凝水出水总管16之间可设置回水管线，保证冷凝水循环冷却。每个反应腔室内设置两个温度计，当2个温度显示不一致时通过信号反馈自动或手动停止本层反应。设置双温度点控制，可防止反应腔室内温度控制失效导致的生产事故。在本实施例中，塔盘4上溢流板的顶部高于第一冷凝盘管14和第一进料管11的水平位置，保证环己醇经第一进料管11进入塔式反应器后，直接进入反应液内与硝酸反应。反应区1内的温度控制范围为70～88℃，且反应区1的各反应腔室温度控制从上至下逐渐升高。

熟化区2位于反应区1的下方。熟化区2内设有若干塔盘，熟化区2的塔盘结构与反应区1相同。塔盘将熟化区2分成若干熟化腔室，每个熟化腔室内设有一组第一加热盘管21；第一加热盘管21与设于塔式反应器外部的供热管道连通。第一加热盘管21的入口端与供热管道的总供热管22连通；第一加热盘管21的出口端与蒸汽冷凝液回水总管23连通，通过供热管道内的低压蒸汽将熟化区2内温度控制在90～110℃范围。

储液区3位于塔式反应器底部。储液区3内设有第二加热管31；第二加热管31与设于塔式反应器外部的低压蒸汽发生器连通，从而将储液区3内的温度控制在90～130℃范围。第二加热管31的下方设有进气管32；进气管32远离塔式反应器的端部与空气压缩机连接，进气管32侧壁周向开设有若干进气孔，空气由进气孔进入塔式反应器；在进气过程中，气体对料液进行混匀，同时带走料液中的亚硝气，空气中携带的氧气在塔式反应器顶部与气相亚硝气反应，受冷凝结生成硝酸重新落入下方反应液中参与反应，减少了反应液中亚硝气的含量。己二酸生产过程中调节设于进气管32上的流量计，保证空气进气流量在500～1500nm³之间。

储液区3底部的塔式反应器上设有出料口，出料口处连接有总出料管7。总出料管7上设有出料水泵71，通过出料水泵71将己二酸料液送至下游的己二酸结晶系统101进行结晶；总出料管7也可与己二酸储料罐相连，用于料液的储藏。总出料管7上设有第一料液回流管线72和第二料液回流管线73；第一料液回流管线72远离总出料管7的端部伸入塔式反应器的储液区3内；第二料液回流管线73远离总出料管7的端部伸入塔式反应器顶部。设置第一料液回流管线72和第二料液回流管线73，可以在生产初期塔底物料浓度不满足需求时较快提升物料浓度，也可以在生产过程中将底部高温料液送至反应器顶部，快速提高上部塔盘4的温度。为了动态监测塔式反应器内的结晶点，在储液区3侧壁设置结晶点测量支路33，结晶点测量支路33上设有结晶点检测装置34，通过结晶点检测装置34确定储液区内反应液的结晶点，保证储液区内温度控制在结晶点高2℃左右，避免料液结晶。总出料管7和第二料液回流管线73上还设置有排料管75；设置排料管75可以在生产结束后用于放料，避免管道阻塞。

所述塔式反应器顶部设有压力表，塔式反应器底部设有液位计和温度计，实时监测反应器内的压力、料液高度和温度。

塔式反应器通过设于顶部的气相管线与冷凝液循环系统连通；

所述冷凝液循环系统包括真空泵10、冷凝器8、冷凝储液罐和连接管线；塔式反应器与冷凝器8、冷凝器8与真空泵10之间均通过气相管线连通，塔式反应器内气体经冷凝器8冷却后由真空泵10抽出；冷凝器8与真空泵10之间的气相管线上设有调节阀和压力表，保证己二酸生产中塔式反应器内压力控制范围在50～150kpa；真空泵的出线与后续尾气处理系统连通，从而将抽出的亚硝气彻底吸收处理；

冷凝器8与冷凝储液罐之间通过排液管81连通，冷凝器8内的冷凝液经排液管81进入冷凝储液罐。冷凝储液罐底部设有竖直隔板91，竖直隔板91将冷凝储液罐内分为左腔室92和右腔室93，且左腔室92和右腔室93的顶部相连通。左腔室92内装有一定高度的液体；排液管81的端部伸入左腔室92的液位面以下，利用液封保证冷凝器8内的封闭环境。为了保证液封效果，排液管81顶端至底端的高度差不小于10m。当左腔室92内冷凝液的高度超过竖直隔板91顶部后，冷凝液流入右腔室93，最后经右腔室93底部的总出液管17排出；总出液管17上设有出液水泵18，为冷凝液输送提供动力。为了保证左腔室92内液位高度满足液封要求，在右腔室93内设有液位计，通过检测右腔室93内液位，保证左腔室92内液位始终处于竖直隔板91的高度。冷凝储液罐内设置底部分隔的左、右腔室，可以利用较少的液体满足液封效果。总出液管17上设有回液管19，回液管19远离总出液管17的端部伸入塔式反应器内。回液管19与冷凝储液罐之间还设有旁通支管191，从而将多余的冷凝液回流至冷凝储液罐内回收利用。

通过设置冷凝液循环系统将塔式反应器内抽出的气体冷凝、液化重新送回塔式反应器，避免水分和硝酸挥发造成的物料损失，在反应装置形成闭合循环；同时，冷凝液回流使塔式反应器顶部温度较低，保证塔式反应器顶部的亚硝气氧化成硝酸后冷凝并落入下方反应液中。

利用上述装置进行己二酸生产时，首先打开设于第二进料管13上的流量调节阀，使过量的硝酸从顶部进入塔式反应器，控制硝酸进料量60t/h。待塔式反应器底部硝酸液位达到30%左右时，启动出料水泵71，并打开设于第二料液回流管线73上的阀门，建立塔式反应器物料大循环，加快上部塔盘4升温。在冷凝储液罐内补充高纯水，至液位计检测位点，关闭水源94，开启冷凝器8。启动真空泵10并打开气管32上的阀门，将塔式反应器内压力控制在50～150kpa（绝压）。开启熟化区2供热管道上的阀门和储液区3的低压蒸汽发生器，开始升温加热；待反应区的塔盘温度达到60℃以上后，打开设于总进料管12上的阀门，并从下至上依次打开第一进料管13连接管上的阀门，自下而上流入环己醇；环己醇总进料量控制在7.3t/h。流加环己醇的同时，开启冷凝水进水总管15与冷凝水出水总管16上的阀门，通过调节第一冷凝盘管14进水端的调节阀，将各反应腔室内塔盘温度控制在70～88℃范围内，并保证反应腔室内塔盘控制温度从上至下逐渐升高。控制熟化区2内温度90～110℃，并控制储液区3内温度90～130℃。物料循环一段时间后，关闭第二料液回流管线73，同时打开排液管，利用置换母液对第二料液回流管线73进行反向冲洗置换，避免残余料液结晶造成的管道堵塞。第一料液回流管线72与第二料液回流管线73同时开启，从而建立塔式反应器底部料液的循环，保证物料浓度均匀；料液在循环过程中，通过进气将反应料液中的亚硝气带出，亚硝气与空气中携带的氧气在塔式反应器顶部反应，生成硝酸重新落入塔板，从而减少己二酸料液中亚硝气的含量。当储液区3料液中的己二酸浓度达到后续结晶分离工序要求后，打开总出料管上的控制阀门，将浓度符合要求的料液送至己二酸结晶系统101；送料过程中第一进料管和第二进料管保持连续进料，保证生产连续进行。