本实用新型涉及ε-己内酯的制备与浓缩装置，具体涉及ε-己内酯合成与浓缩的一体化装置。
背景技术：
ε-己内酯是一种性能优越的化工合成中间体和具有反应性的极性溶剂，作为单体可以用来合成可生物降解的热塑性聚己内酯、聚己内酯多元醇、己内酯-丙交酯共聚物、可降解的己内酯型聚氨酯等材料；其作为溶剂时可以溶解多种聚合物，并具有反应性。所以，ε-己内酯被广泛应用于生产生物降解塑料、医用高分子材料、合成革、胶黏剂、涂料等。
目前，国内外ε-己内酯的工业化生产方法主要是过氧酸氧化环己酮法。该方法的技术难点之一在于无水过氧酸的制备，根据过氧酸制备方法的不同，可以分为乙醛空气/氧气氧化法、乙酸酐/双氧水氧化法和丙酸/丙酸乙酯/双氧水氧化法，这些生产工艺中，生成的无水过氧酸溶液中会含有大量的乙酸、乙酸乙酯、丙酸、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酮、乙酸酐、丙酸酐等溶剂中的一种或多种。工业化制备无水过氧酸溶液的方法虽然不同，但是用无水过氧酸溶液氧化环己酮合成ε-己内酯粗液并分离提纯制备纯ε-己内酯产品的工艺路线和设备却是大同小异，都是采用釜式反应器合成ε-己内酯粗液、多塔连续精馏分离提纯ε-己内酯产品的工艺，在釜式反应器中氧化生成的ε-己内酯粗液经过不同的精馏塔分离除去不同的轻组分，最后得到纯度99.9％(质量分数)以上的ε-己内酯产品，反应器和各分离设备串联，物料依次在其中经过，所以反应放出的热量无法合理的加以收集利用，而且精馏还需要大量额外的热量和冷却水，存在严重的能源浪费，大大增加了设备投资和运行成本。
现有技术工业化生产ε-己内酯的装置多采用反应釜合成粗液、多塔连续精馏分离提纯ε-己内酯产品的工艺，设备复杂、占地面积大、能耗高、生产成本高，且制备与分离过程离散、反应放出的热量无法合理利用，存在严重能源浪。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种ε-己内酯合成与浓缩的一体化装置。
本实用新型的技术方案是：一种ε-己内酯合成与浓缩的一体化装置，包括管式反应器1、浓缩塔2、合成粗液缓存罐3、液体输送泵4、冷凝器5、溶剂接收罐6、真空系统7，其中管式反应器1的进料口接有三通8，三通8另外两个接口分别用于连接过氧酸和环己酮的输送管路，管式反应器1置于浓缩塔2下半部，管式反应器1的盘管盘旋高度不高于浓缩塔2高度的1/2处，管式反应器1的盘管顶端通过管路从管式反应器1的中空部位引至管式反应器盘管入口端以下延伸出浓缩塔作为出料口10，出料口10连接于合成粗液缓存罐3的顶部，合成粗液缓存罐3底部通过液体输送泵4与合成粗液返料口11相连，合成粗液返料口11位于浓缩塔2的中部位置并高于管式反应器1，浓缩塔2顶端连接于冷凝器5的进料口，冷凝器5底部接有溶剂接收罐6，冷凝器5顶部与真空系统7连接。为便于浓缩液放出，浓缩塔2底端设置有浓缩液出料口9。
为了辅助浓缩塔与合成粗液缓存罐控温，浓缩塔2与合成粗液缓存罐3设计带有夹套，可以通冷、热媒调节釜体或罐体温度。
本实用新型所述装置中储罐、泵、管式反应器与浓缩塔等宜采用玻璃、316L不锈钢或钛合金材料，液体输送泵宜选用耐腐蚀、耐氧化、大流量的离心泵或隔膜泵。
本实用新型所述一体化装置的特征在于集反应装置与浓缩装置于一体，利用反应放热对合成粗液进行加热浓缩，合理利用反应放出的热量，实现能量集成，降低能耗。
本实用新型所述一体化装置，不仅适用于所有过氧酸氧化环己酮生成ε-己内酯的体系，也可以适用于其他类似的放热反应体系。
本实用新型的使用方法是：由过氧酸合成装置中生产的无水过氧酸溶液与环己酮按比例通入到管式反应器中，在管式反应器中不断向前流动并反应放出热量，当过氧酸将环己酮氧化完毕后，合成粗液通过管式反应器出口进入到合成粗液缓存罐中，然后通过通过液体输送泵打入到浓缩塔中，并使液位淹没管式反应器，利用管式反应器内反应放出的热量对合成粗液进行加热，轻组分汽化进入冷凝器冷凝收集，合成粗液被浓缩，通过浓缩液出口放出。通过真空系统调节系统压力，从而控制浓缩塔中轻组分的气化速度和分离程度。
在现有技术合成工艺中，制备出来的过氧酸溶液中过氧酸的质量分数约为28％--30％，其余约70％为乙酸、乙酸乙酯、丙酸、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酮等溶剂中的一种或多种，如日本大赛璐专利JP 2002-197667A中：过氧乙酸溶液中含过氧乙酸的质量分数为30％，氧化反应后所得粗液的质量分数组成为ε-己内酯28.78％、未反应的环己酮0.52％、未反应的过氧乙酸1.31％、己二酸0.59％、己内酯低聚物0.30％、乙酸21.16％、乙酸乙酯47.34％，专利文献CN 106543132 A中：过氧丙酸溶液中含过氧丙酸的质量分数为26.2％，氧化反应后所得粗液的质量分数组成为ε-己内酯25.1％、未反应的环己酮1.7％、未反应的过氧丙酸0.2％、己内酯低聚物0.20％、丙酸43.6％、丙酸乙酯29.2％。由此可见，一般在合成粗液中含有近30％的己内酯，还有近70％的溶剂、过氧酸、环己酮、低聚物等其他成分需要脱除，以溶剂为主要成分。
过氧酸氧化环己酮的反应过程热量变化如下：
其他组分(l)→其他组分(g) 360～420kJ/kg (蒸发潜热) (2)
本实用新型装置用于ε-己内酯合成，在负压下，反应热足以使其他成分汽化从反应液只能够分离出，以下按氧化1mol环己酮进行计算说明：理论上氧化1mol环己酮需要1mol过氧酸，但是，工业生产中投料比一般控制在过氧酸与环己酮的摩尔比为1.1-1.2∶1，而在过氧酸溶液中过氧酸的质量分数约为28％--30％，所以氧化1mol环己酮大约需要300g无水过氧酸溶液、反应生成114gε-己内酯，考虑到环己酮未必完全转化，按生成100gε-己内酯计算，ε-己内酯在合成粗液中的质量分数为25％-28％，约有300g其他成分需要蒸发除去；1mol过氧酸氧化1mol环己酮放出182.15kJ热量(反应式1)，该反应体系中，其他成分的蒸发潜热在360-420kJ/kg范围内，按420kJ/kg计算(反应式2)，300g其他成分蒸发汽化约需126kJ热量，其他成分的比热容在2-2.5kJ/(kg·K)，按2.5kJ/(kg·K)计算，那么除去蒸发汽化所需热量，剩余反应热还可以将其他成分加热升温约74℃，在负压辅助下，其他成分从室温升高74℃之后，所有其他成分都可以达到沸点，实现蒸发汽化的过程。由此可见，利用该一体化合成与浓缩装置同时实现ε-己内酯的合成与浓缩是完全可行的。
而本实用新型的优点在于：
1.本装置中采用管式反应器，反应器持液量小，大大缩短了反应原料在反应器内的停留时间，反应放出的热量可及时通过其他成分汽化带走，避免了安全隐患。
2.本装置中将合成装置与浓缩装置集于一体，利用合成反应放出的热量对合成粗液进行加热浓缩，实现热量的回收利用，大大降低了能耗，减少了能源浪费，降低了生产成本。
3.本装置可以同时实现ε-己内酯粗液的合成与浓缩，大大减少了设备投资，更适宜工业化放大生产。
4.本装置中浓缩塔上部可以根据分离要求，合理设计填料层高度或塔板数，实现其他成分的分离提纯，回收利用，进步一提升装置的集成程度，降低设备投资。
附图说明
图1为本实用新型ε-己内酯合成与浓缩一体化装置的结构示意图。
其中1是管式反应器，2是浓缩塔，3是合成粗液缓存罐，4是液体输送泵，5是冷凝器，6是溶剂接收罐，7是真空系统，8是三通，9是浓缩液出口，10是管式反应器出料口，11是合成粗液返料口。
具体实施方式
如图1所示，一种ε-己内酯合成与浓缩的一体化装置，包括管式反应器1、浓缩塔2、合成粗液缓存罐3、液体输送泵4、冷凝器5、溶剂接收罐6、真空系统7，其中管式反应器1的进料口接有三通8，三通8另外两个接口分别用于连接过氧酸和环己酮的输送管路，管式反应器1置于浓缩塔2下半部，管式反应器1的盘管盘旋至浓缩塔2高度的1/2处，管式反应器盘管顶端通过管路从管式反应器1的中空部位引至管式反应器盘管盘入口端以下延伸出浓缩塔作为出料口10，出料口10连接于合成粗液缓存罐3的顶部，合成粗液缓存罐3底部通过液体输送泵4与合成粗液返料口11相连，合成粗液返料口11位于浓缩塔2的中部位置，并高于管式反应器1，浓缩塔2底端设置有浓缩液出料口9，浓缩塔2顶端连接于冷凝器5的进料口，冷凝器5底部接有溶剂接收罐6，冷凝器5顶部与真空系统7连接。装置中浓缩塔2和合成粗液缓存罐3带夹套，可以实现温度调控。
过程说明
由过氧酸合成装置中生产的无水过氧酸溶液与环己酮按一定比例通过三通8加入到管式反应器1中，在管式反应器中不断向前流动，并反应放出热量，随着反应的进行过氧酸和环己酮浓度不断降低，ε-己内酯不断生成，当过氧酸将环己酮氧化完毕后，合成粗液通过管式反应器1的出口10进入到合成粗液缓存罐3中，然后通过液体输送泵4打入到浓缩塔2下部，并使其淹没管式反应1，利用管式反应器1内反应放出的热量对其进行加热，在一定负压状态下，反应粗液中的溶剂和未反应完的环己酮等轻组分被蒸发汽化，反应粗液被浓缩，从浓缩液出料口9排出后，进入分离系统进行进一步的分离提纯，而汽化了的溶剂和未反应完的环己酮等轻组分蒸汽进入到冷凝器5中被冷凝收集。