一種偶相催化反應(yīng)-非均相共沸精餾系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偶相催化反應(yīng)-非均相共沸精餾系統(tǒng)及方法，屬于化工領(lǐng)域的反應(yīng)強化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]化工生產(chǎn)中，可逆反應(yīng)和共沸物分離過程并不鮮見，如醚化、酯化、水合等過程，由于化學平衡和相平衡限制，這些過程普遍存在反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低、產(chǎn)品分離精制流程復雜、能耗高、設(shè)備投資大的問題。催化精餾將化學反應(yīng)與產(chǎn)物分離耦合在一個催化精餾塔中，一邊進行化學反應(yīng)，一邊進行產(chǎn)物分離，使可逆反應(yīng)始終向生成產(chǎn)物的方向進行，大幅度地提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，目前，這種方法已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。然而，目前的催化精餾方法，合成粗產(chǎn)品仍然是一個產(chǎn)物和大量未轉(zhuǎn)化的原料組成的體系，例如乙酸與低級脂肪醇催化精餾合成系列乙酸酯，合成產(chǎn)物中含有乙酸酯、水和未轉(zhuǎn)化的醇等組分，眾所周知，乙酸酯分別與水和醇形成共沸物，而且大多數(shù)醇能與水形成共沸物，這些共沸體系的存在，使乙酸酯產(chǎn)品的分離精制變得十分復雜，是造成分離工藝流程長，設(shè)備投資大，能耗高的主要問題。所以，目前的催化精餾方法，從有利于產(chǎn)品分離精制方面還需要進一步改進。
[0003]CN1446791發(fā)明了一種帶預反應(yīng)的反應(yīng)精餾方法，該方法以濃硫酸為催化劑，異丙醇加入到預反應(yīng)區(qū)，乙酸加入到反應(yīng)精餾柱中部，通過將預反應(yīng)區(qū)攜帶催化劑的物料抽出再加入到反應(yīng)精餾柱中部并不斷循環(huán)的方法增加異丙醇的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。該方法雖然理論上能夠使異丙醇轉(zhuǎn)化率達到100%，從而改變物系的共沸體系，但該法的操作比較復雜，而且將反應(yīng)精餾柱底部預反應(yīng)區(qū)的高溫流體抽出再加入到反應(yīng)精餾塔的中部，不利于塔內(nèi)汽、液相的穩(wěn)定流動，影響塔的穩(wěn)定操作，而且?guī)е鴿饬蛩岬母邷亓黧w進行循環(huán)，對傳動設(shè)備要求比較高，泄露處理和設(shè)備維護很危險。
[0004]現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)合成的粗產(chǎn)品是含有多對共沸組分的混合物，產(chǎn)品分離精制流程長，設(shè)備投資大，能耗高。
[0005]現(xiàn)有發(fā)明方法工藝復雜，操作穩(wěn)定性差，設(shè)備事故處理和維護危險性大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種偶相催化反應(yīng)-非均相共沸精餾系統(tǒng)及方法，本發(fā)明提供的偶相催化反應(yīng)-非均相共沸精餾系統(tǒng)針對乙酸系列酯生產(chǎn)中可逆反應(yīng)與多組分共沸體系，著重解決由于相平衡限制造成的產(chǎn)品分離精制流程長，能耗高，設(shè)備投資大的問題。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種偶相催化反應(yīng)-非均相共沸精餾系統(tǒng)，包括:
[0008]第一儲罐、第一加料泵、第一計量罐、第一計量泵、第二計量泵、第二儲罐、第二加料泵、第二計量罐、第三計量泵、第四計量泵、精餾塔、第一冷凝器、分層器、第三計量罐、第一回流泵、第二回流泵、第四計量罐、第五計量罐、倒料泵、中間罐和第二冷凝器，其中，
[0009]精餾塔由塔釜和塔柱組成，在塔柱的一側(cè)從上至下依次設(shè)有第一進料口、第二進料口和第三進料口，另一側(cè)從上至下依次設(shè)有第四進料口、第五進料口和第六進料口，在塔柱的頂部設(shè)有一個出口管路，
[0010]第一加料泵的進口管路與第一儲罐相連，在第一加料泵的進口管路上設(shè)有第一單向閥，在第一單向閥與第一加料泵之間的進口管路上開有一個支路，為第一支路，在第一支路上設(shè)有第二單向閥，
[0011 ] 第一加料泵的出口管路與第一計量罐相連，在第一加料泵的出口管路上設(shè)有第五單向閥，在第一加料泵與第五單向閥之間的出口管路上開有一個與第三進料口相連的第二支路，在第二支路上設(shè)有第三單向閥，
[0012]第一計量罐的出口管路與第一進料口相連，在第一計量罐的出口管路上并聯(lián)有兩個計量泵，分別為第一計量泵和第二計量泵，在第一計量泵的進口管路上設(shè)有第六單向閥，出口管路上設(shè)有第八單向閥，第六單向閥、第一計量泵和第八單向閥為串聯(lián)連接，在第二計量泵的進口管路上設(shè)有第七單向閥，出口管路上設(shè)有第九單向閥，第七單向閥、第二計量泵和第九單向閥為串聯(lián)連接，
[0013]第二儲罐的出口管路與第二加料泵相連，第二加料泵的出口管路與第二計量罐相連，在第二加料泵的出口管路上設(shè)有第十單向閥，在第二加料泵與第十單向閥之間的出口管路上開有一個與第二支路相連的第三支路，第三支路上設(shè)有第四單向閥，
[0014]第二計量罐的出口管路與第二進料口相連，第一冷凝器設(shè)在第二計量罐的出口管路上，在第二計量罐與第一冷凝器之間的出口管路上并聯(lián)有兩個計量泵，分別為第三計量泵和第四計量泵，在第三計量泵的進口管路上設(shè)有第十一單向閥，出口管路上設(shè)有第十三單向閥，第十一單向閥、第三計量泵和第十三單向閥串聯(lián)連接，在第四計量泵的進口管路上設(shè)有第十二單向閥，出口管路上設(shè)有第十四單向閥，第十二單向閥、第四計量泵和第十四單向閥串聯(lián)連接，
[0015]塔柱頂部的出口管路分成兩條支路:第四支路和第五支路，第四支路上設(shè)有第十九單向閥，第四支路與第二冷凝器相連，第二冷凝器的出口管路與分層器相連，第五支路上設(shè)有第二十三單向閥，第五支路與第一冷凝器相連，第一冷凝器的出口管路與第二冷凝器的出口管路相連，
[0016]分層器有兩個出口，一個設(shè)在分層器的底部，為水相出口，水相出口管路與第三計量罐相連，另一個設(shè)在分層器上部罐體的側(cè)壁上，為油相出口，油相出口管路與第四進料口相連，從與分層器相連的一端到與第四進料口相連的另一端，油相出口管路上依次設(shè)有第二十單向閥、第六支路、兩個并聯(lián)的回流泵、第七支路、第八支路、第九支路、第十支路和第二十四單向閥，其中，第六支路上設(shè)有第十五單向閥，兩個并聯(lián)的回流泵分別為第一回流泵和第二回流泵，第一回流泵的進口管路上設(shè)有第十六單向閥，第十六單向閥與第一回流泵串聯(lián)連接，第二回流泵的進口管路上設(shè)有第十七單向閥，第十七單向閥與第二回流泵串聯(lián)連接，第七支路與導料泵相連，在第七支路上設(shè)有兩個并聯(lián)的計量罐，分別為第四計量罐和第五計量罐，第四計量罐的進口管路設(shè)有第二十五單向閥，出口管路設(shè)有第二十七單向閥，第二十五單向閥、第四計量罐和第二十七單向閥串聯(lián)連接，第五計量罐的進口管路設(shè)有第二十六單向閥，出口管路設(shè)有第二十八單向閥，第二十六單向閥、第五計量罐和第二十八單向閥串聯(lián)連接，導料泵的出口管路與中間罐相連，第八支路與第六進料口相連，在第八支路上設(shè)有第二十一單向閥，第九支路與第五進料口相連，在第九支路上設(shè)有第二十二單向閥，第十支路與第二冷凝器的出口管路相連，在第十支路上設(shè)有第十八單向閥。
[0017]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0018]進一步，所述塔釜為均相反應(yīng)器，為搪瓷蒸餾釜，內(nèi)有加熱盤管；
[0019]進一步，所述塔柱分成三段，從上至下依次為精餾段、反應(yīng)段和提餾段，塔釜上端與提餾段相連，提餾段的上端與反應(yīng)段相連，反應(yīng)段的上端連接精餾段，提餾段內(nèi)填裝分離填料或分離塔板，反應(yīng)段作為非均相反應(yīng)器，為固定床絕熱反應(yīng)器，內(nèi)裝結(jié)構(gòu)型或填料型催化劑，精餾段內(nèi)填裝分離填料或分離塔板，
[0020]進一步，所述第一進料口位于精餾段的下部，所述第二進料口和第五進料口位于反應(yīng)段的下部，所述第三進料口和第六進料口位于提餾段的下部，所述第四進料口位于精餾段的上部。
[0021]進一步，所述第二冷凝器為列管換熱器，使用冷卻水換熱，第一冷凝器為列管換熱器，預熱原料醇。
[0022]進一步，所述第一計量泵和第二計量泵一開一備，所述第三計量泵和第四計量泵一開一備，所述第一回流泵和第二回流泵一開一備，所述第四計量罐和第五計量罐切換使用。
[0023]在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案:一種偶相催化反應(yīng)-非均相共沸精餾方法，包括:
[0024]開車投料:
[0025]I)打開第一單向閥和第三單向閥，第一儲罐中的乙酸經(jīng)第一單向閥、第一加料泵、第三單向閥和第三進料口進入塔釜，當乙酸加至塔釜液位的50%時，關(guān)閉第一單向閥，停止加入乙酸，
[0026]2)打開第二單向閥，濃硫酸從第一支路進入，經(jīng)第二單向閥、第一加料泵、第三單向閥和第三進料口進入塔釜，當濃硫酸的加入體積達到乙酸加入體積的2 %時，關(guān)閉第二單向閥和第三單向閥，停止加入濃硫酸，
[0027]3)打開第四單向閥，第二儲罐中的醇經(jīng)第二加料泵、第四單向閥和第三進料口進入塔釜，當乙酸、濃硫酸和醇三者的總體積達到塔釜液位的70%時，關(guān)閉第四單向閥，停止加入醇，
[0028]4)第一儲罐中的乙酸經(jīng)開啟的第一單向閥、第一加料泵、開啟的第五單向閥進入第一計量罐中，當乙酸加至第一計量罐液位的100%時，關(guān)閉第一單向閥，停止加入乙酸，
[0029]5)第二儲罐中的醇經(jīng)第二加料泵和開啟的第十單向閥進入到第二計量罐中，當醇加至第二計量罐液位的100%時，關(guān)閉第十單向閥，停止加入醇，
[0030]開車:
[0031]I)打開第十五單向閥、第十六單向閥和第十八單向閥，乙酸酯從第六支路進入，經(jīng)第十五單向閥、第十六單向閥、第一回流泵和第十八單向閥進入分層器中，當乙酸酯加到分層器油相出口所在位置時，關(guān)閉第十五單向閥、第十六單向閥和第十八單向閥，
[0032]2)塔釜加熱升溫至釜液沸騰，開車投料時已經(jīng)加到塔釜中的醇、乙酸和濃硫酸，反應(yīng)生成乙酸酯和水，乙酸酯、水、乙酸酯-水共沸物、未反應(yīng)的醇和未反應(yīng)的乙酸組成的蒸汽從塔釜上升到塔柱，沿提餾段、反應(yīng)段和精餾段邊反應(yīng)、邊分離，離開精餾段的蒸汽沿塔柱頂部的出口管路和第四支路，經(jīng)開啟的第十九單向閥進入到第二冷凝器中冷卻，冷凝液經(jīng)分層器分層，當冷凝液累積到分層器油相出口位置上1/2液位時，油相通過分層器油相出口管路，經(jīng)開啟的第二十單向閥、開啟的第十六單向閥和第一回流泵，進入第八支路或第九支路，若進入第八支路，則油相經(jīng)開啟的第二十一單向閥從第六進料口進入塔柱中，若進入第九支路，則油相經(jīng)開啟的第二十二單向閥從第五進料口進入塔柱中，水相在分層器中累計；