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(qiáng)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(guò)程并不鮮見(jiàn)，如醚化、酯化、水合等過(guò)程，由于化學(xué)平衡和相平衡限制，這些過(guò)程普遍存在反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低、產(chǎn)品分離精制流程復(fù)雜、能耗高、設(shè)備投資大的問(wèn)題。催化精餾將化學(xué)反應(yīng)與產(chǎn)物分離耦合在一個(gè)催化精餾塔中，一邊進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，一邊進(jìn)行產(chǎn)物分離，使可逆反應(yīng)始終向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)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(gè)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(jí)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(fù)雜，是造成分離工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備投資大，能耗高的主要問(wèn)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(jìn)一步改進(jìn)。
[0003]CN1446791發(fā)明了一種帶預(yù)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(yù)反應(yīng)區(qū)，乙酸加入到反應(yīng)精餾柱中部，通過(guò)將預(yù)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(dá)到100%，從而改變物系的共沸體系，但該法的操作比較復(fù)雜，而且將反應(yīng)精餾柱底部預(yù)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(dòng)，影響塔的穩(wěn)定操作，而且?guī)е鴿饬蛩岬母邷亓黧w進(jìn)行循環(huán)，對(duì)傳動(dòng)設(shè)備要求比較高，泄露處理和設(shè)備維護(hù)很危險(xiǎn)。
[0004]現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)合成的粗產(chǎn)品是含有多對(duì)共沸組分的混合物，產(chǎn)品分離精制流程長(zhǎng)，設(shè)備投資大，能耗高。
[0005]現(xiàn)有發(fā)明方法工藝復(fù)雜，操作穩(wěn)定性差，設(shè)備事故處理和維護(hù)危險(xiǎn)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(duì)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(zhǎng)，能耗高，設(shè)備投資大的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)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(chǔ)罐、第一加料泵、第一計(jì)量罐、第一計(jì)量泵、第二計(jì)量泵、第二儲(chǔ)罐、第二加料泵、第二計(jì)量罐、第三計(jì)量泵、第四計(jì)量泵、精餾塔、第一冷凝器、分層器、第三計(jì)量罐、第一回流泵、第二回流泵、第四計(jì)量罐、第五計(jì)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(jìn)料口、第二進(jìn)料口和第三進(jìn)料口，另一側(cè)從上至下依次設(shè)有第四進(jìn)料口、第五進(jìn)料口和第六進(jìn)料口，在塔柱的頂部設(shè)有一個(gè)出口管路，
[0010]第一加料泵的進(jìn)口管路與第一儲(chǔ)罐相連，在第一加料泵的進(jìn)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(jìn)口管路上開(kāi)有一個(gè)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(jì)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(kāi)有一個(gè)與第三進(jìn)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(jì)量罐的出口管路與第一進(jìn)料口相連，在第一計(jì)量罐的出口管路上并聯(lián)有兩個(gè)計(jì)量泵，分別為第一計(jì)量泵和第二計(jì)量泵，在第一計(jì)量泵的進(jìn)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(jì)量泵和第八單向閥為串聯(lián)連接，在第二計(jì)量泵的進(jìn)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(jì)量泵和第九單向閥為串聯(lián)連接，
[0013]第二儲(chǔ)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(jì)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(kāi)有一個(gè)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(jì)量罐的出口管路與第二進(jìn)料口相連，第一冷凝器設(shè)在第二計(jì)量罐的出口管路上，在第二計(jì)量罐與第一冷凝器之間的出口管路上并聯(lián)有兩個(gè)計(jì)量泵，分別為第三計(jì)量泵和第四計(jì)量泵，在第三計(jì)量泵的進(jìn)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(jì)量泵和第十三單向閥串聯(lián)連接，在第四計(jì)量泵的進(jìn)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(jì)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(gè)出口，一個(gè)設(shè)在分層器的底部，為水相出口，水相出口管路與第三計(jì)量罐相連，另一個(gè)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(jìn)料口相連，從與分層器相連的一端到與第四進(jìn)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(gè)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(gè)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)料泵相連，在第七支路上設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的計(jì)量罐，分別為第四計(jì)量罐和第五計(jì)量罐，第四計(jì)量罐的進(jìn)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(jì)量罐和第二十七單向閥串聯(lián)連接，第五計(jì)量罐的進(jìn)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(jì)量罐和第二十八單向閥串聯(lián)連接，導(dǎo)料泵的出口管路與中間罐相連，第八支路與第六進(jìn)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(jìn)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(jìn)。
[0018]進(jìn)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(pán)管；
[0019]進(jìn)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(jìn)一步，所述第一進(jìn)料口位于精餾段的下部，所述第二進(jìn)料口和第五進(jìn)料口位于反應(yīng)段的下部，所述第三進(jìn)料口和第六進(jìn)料口位于提餾段的下部，所述第四進(jìn)料口位于精餾段的上部。
[0021]進(jìn)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(yù)熱原料醇。
[0022]進(jìn)一步，所述第一計(jì)量泵和第二計(jì)量泵一開(kāi)一備，所述第三計(jì)量泵和第四計(jì)量泵一開(kāi)一備，所述第一回流泵和第二回流泵一開(kāi)一備，所述第四計(jì)量罐和第五計(jì)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(kāi)車(chē)投料:
[0025]I)打開(kāi)第一單向閥和第三單向閥，第一儲(chǔ)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(jìn)料口進(jìn)入塔釜，當(dāng)乙酸加至塔釜液位的50%時(shí)，關(guān)閉第一單向閥，停止加入乙酸，
[0026]2)打開(kāi)第二單向閥，濃硫酸從第一支路進(jìn)入，經(jīng)第二單向閥、第一加料泵、第三單向閥和第三進(jìn)料口進(jìn)入塔釜，當(dāng)濃硫酸的加入體積達(dá)到乙酸加入體積的2 %時(shí)，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(kāi)第四單向閥，第二儲(chǔ)罐中的醇經(jīng)第二加料泵、第四單向閥和第三進(jìn)料口進(jìn)入塔釜，當(dāng)乙酸、濃硫酸和醇三者的總體積達(dá)到塔釜液位的70%時(shí)，關(guān)閉第四單向閥，停止加入醇，
[0028]4)第一儲(chǔ)罐中的乙酸經(jīng)開(kāi)啟的第一單向閥、第一加料泵、開(kāi)啟的第五單向閥進(jìn)入第一計(jì)量罐中，當(dāng)乙酸加至第一計(jì)量罐液位的100%時(shí)，關(guān)閉第一單向閥，停止加入乙酸，
[0029]5)第二儲(chǔ)罐中的醇經(jīng)第二加料泵和開(kāi)啟的第十單向閥進(jìn)入到第二計(jì)量罐中，當(dāng)醇加至第二計(jì)量罐液位的100%時(shí)，關(guān)閉第十單向閥，停止加入醇，
[0030]開(kāi)車(chē):
[0031]I)打開(kāi)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(jìn)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(jìn)入分層器中，當(dāng)乙酸酯加到分層器油相出口所在位置時(shí)，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(kāi)車(chē)投料時(shí)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(kāi)精餾段的蒸汽沿塔柱頂部的出口管路和第四支路，經(jīng)開(kāi)啟的第十九單向閥進(jìn)入到第二冷凝器中冷卻，冷凝液經(jīng)分層器分層，當(dāng)冷凝液累積到分層器油相出口位置上1/2液位時(shí)，油相通過(guò)分層器油相出口管路，經(jīng)開(kāi)啟的第二十單向閥、開(kāi)啟的第十六單向閥和第一回流泵，進(jìn)入第八支路或第九支路，若進(jìn)入第八支路，則油相經(jīng)開(kāi)啟的第二十一單向閥從第六進(jìn)料口進(jìn)入塔柱中，若進(jìn)入第九支路，則油相經(jīng)開(kāi)啟的第二十二單向閥從第五進(jìn)料口進(jìn)入塔柱中，水相在分層器中累計(jì)；