專利名稱：用于甲縮醛分離提純的反應精餾裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于甲縮醛分離提純的反應精餾裝置和方法。具體講是以甲醇、 甲醛為原料反應合成甲縮醛并對其進行分離提純的新型間歇式反應精餾操作方式及實現(xiàn) 方法。甲縮醛產(chǎn)品采出結束后，精餾塔繼續(xù)用于甲醇的分離回收，供下一循環(huán)使用，提高了 原料利用率。甲醇一次性加入反應器，精餾塔頂進甲醛的操作方式可以解決由于甲醇與甲 縮醛共沸導致產(chǎn)品純度達不到要求的問題，反應器殘余液中甲醛濃度符合排放標準。反應 與分離分開進行的操作方式能夠克服由于反應與分離條件不一致帶來的難于控制、催化劑 裝填困難等不利影響，降低反應精餾的操作難度從而擴大其應用范圍。
背景技術：
反應精餾作為特殊精餾的一種，是將反應過程和精餾過程結合在一起，且在同一 個設備(蒸餾塔)內(nèi)進行的耦合過程，通過精餾的方法將反應物與產(chǎn)物分離開來，以破壞可 逆反應的平衡關系，使反應繼續(xù)向生成產(chǎn)物的方向進行，從而提高可逆反應的轉(zhuǎn)化率、縮短 反應時間，提高選擇性和強化設備的生產(chǎn)能力；并且利用放熱反應的熱量可以降低能耗，減 少操作費用和投資。依據(jù)反應體系及采用催化劑的不同，反應精餾可以分為均相反應精餾(包括催化 和非催化反應精餾)和非均相催化反應精餾。主要應用于成醚反應、酯化反應、水解反應、 加成反應、脫水反應、取代反應及聚合物的合成反應中。傳統(tǒng)的反應精餾工藝是將原料一次性加入反應器中，待反應完畢后將混合物一并 加入精餾塔中進行分離，由于反應平衡的限制，進入精餾塔的混合物中反應物的含量仍然 很高，造成分離后得不到較純的產(chǎn)物且需要對原料進行回收，從而增加了操作費用和投資 成本。改進的反應精餾工藝只利用一個塔就可以實現(xiàn)反應和分離兩個過程，整個塔由上 至下劃分為三個部分精餾段、反應段和提餾段。原料分別從反應段的下方和上方進入反應 蒸餾塔，在反應段充分接觸反應，產(chǎn)物和反應物得到及時分離，并且反應和分離相互促進， 提高轉(zhuǎn)化率和分離效率。背包式反應精餾是一種新型的催化精餾模式，主要特點是將反應從塔內(nèi)轉(zhuǎn)移到塔 外，這樣有利于催化劑的更換，同時又能充分的利用反應精餾轉(zhuǎn)化率高、選擇性好、能耗低、 產(chǎn)品純度高、易操作和投資省等一系列優(yōu)點。在國外，已經(jīng)有利用背包式反應精餾生產(chǎn)甲縮 醛的工業(yè)應用，適用于大型連續(xù)反應精餾過程，但是國內(nèi)還沒用該項技術。雖然不斷對反應精餾的工藝進行改進，但仍具有其自身局限性對反應體系要求 較高，反應和蒸餾分離必須在相同的溫度和壓力下進行，目標產(chǎn)物和反應物的揮發(fā)度不能 相近，在精餾溫度下會導致副反應的增加等不利影響；化學反應必須是液相反應，催化精 餾過程中所用的催化劑不能和反應系統(tǒng)各組分有互溶或相互作用，原料不能含有催化劑毒 物，對反應中容易在催化劑上結焦的石油化工過程不宜用；另外要求催化劑在精餾溫度范 圍內(nèi)必須有較高的活性和較長的壽命，其裝填方式也會對精餾產(chǎn)生很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于甲縮醛分離提純的反應精餾裝置和方法，它是反 應與分離提純相耦合的新型間歇式反應精餾操作方式和實現(xiàn)方法。反應原料甲醛從精餾塔 頂加入，在塔中形成甲醛過量的狀態(tài)，利于反應向正反應方向進行，并且能夠破壞甲醇與甲 縮醛的共沸，降低分離難度，提高產(chǎn)品中甲縮醛的濃度。塔底甲縮醛與甲醇、水一起循環(huán)回 反應器，提高原料甲醇轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明適用性強，可以提高反應精餾的應用范圍。本發(fā)明提供的一種用于甲縮醛分離提純的反應精餾裝置主要包括反應器及攪拌 器，精餾塔，冷凝器，回流比控制器，不銹鋼填料，溫度計、壓力計，產(chǎn)品收集儲存罐。連接方式如下裝有攪拌器的反應器與精餾塔之間通過輸送管線(兩股物流管 道)連接，反應器向精餾塔提供氣體進料，精餾塔底液體循環(huán)回反應器；精餾塔內(nèi)填裝 θ (3X3)不銹鋼填料，塔頂設置冷凝器、回流比控制器及產(chǎn)品收集儲存罐，冷卻介質(zhì)為水， 反應器、精餾塔塔底連有溫度計及壓力計。本發(fā)明反應過程采用在精餾塔外進行的方式，原料甲醇一次性全部加入反應釜 內(nèi)，甲醛從精餾塔頂加入，通過塔底進入反應器，提高了反應速率和原料利用率；精餾分離 過程采用塔底氣體進料的方式，同時塔底液體循環(huán)回反應器，操作中選擇合適的回流比，具 體操作過程與常規(guī)精餾無明顯區(qū)別。本發(fā)明提供的一種用于甲縮醛分離提純的方法的具體操作步驟包括(1)甲醇通過甲醇輸送管線一次性加入到反應器中，控制反應器內(nèi)溫度為20 70°C，壓力 0. 08 0. 12MPa ；(2)甲醛通過甲醛輸送管線以5 20ml/min的流率持續(xù)從精餾塔頂加入，流經(jīng)整 個塔后從塔底流出進入反應器；(3)反應產(chǎn)物甲縮醛以氣體的形式通過物流輸送管線從塔底進入精餾塔，上升過 程中與塔頂流下的甲醛接觸，破壞甲醇與甲縮醛共沸現(xiàn)象，設置回流比為2 5，開始甲縮 醛的分離提純過程；(4)打開閥門，塔頂采出純度為90 95%的甲縮醛，收集至塔頂產(chǎn)品儲罐，塔底液 體通過物流輸送管線循環(huán)回反應器，控制塔頂溫度在40 42°C ；(5)甲醛進料結束后(甲醛加入量由初始甲醇進料量按反應比決定，甲醇與甲醛 的體積比例約為2 4)，精餾塔進入甲醇回收階段，關閉第二閥門同時打開第三閥門，控制 塔頂溫度在63 66°C。塔頂產(chǎn)品進入甲醇回收罐，留作下次間歇進料；(6)反應器內(nèi)甲醇濃度降到10% 15%時，停止本次間歇過程，打開第一閥門將 反應器內(nèi)殘余液排出，殘余液中甲醛濃度低于0. 1%，符合排放標準；(7)重新進料，準備下一次間歇操作。本發(fā)明采用了在精餾分離塔外進行反應的操作方式。每一個間歇過程，反應在精 餾塔外進行，其中原料甲醇從反應器一次加入，甲醛從精餾塔頂以一定的速率加入，反應產(chǎn) 物甲縮醛以氣體形式從塔底進入精餾塔，實現(xiàn)分離，塔頂采出產(chǎn)品，塔底溶液循環(huán)回反應 器。結束甲醛進料后，甲縮醛產(chǎn)品采出結束，精餾塔繼續(xù)分離提純甲醇，供下一循環(huán)使用，從 而提高了原料利用率。塔頂進甲醛的操作方式可以解決由于甲醇與甲縮醛共沸導致產(chǎn)品純 度達不到要求的問題，反應器殘余液甲醛濃度符合排放標準，反應與分離分開進行的操作方式能夠克服由于反應與分離條件不一致帶來的難于控制、催化劑裝填困難等不利影響， 降低反應精餾的操作難度從而擴大其應用范圍?？傊?，本發(fā)明突破了現(xiàn)有反應精餾要求反應與精餾在同一塔中進行的局限性，反 應原料甲醛從精餾塔頂加入，在塔中形成甲醛過量的狀態(tài)，利于反應向正反應方向進行，并 且能夠破壞甲醇與甲縮醛的共沸，降低分離難度，提高產(chǎn)品中甲縮醛的濃度。塔底甲縮醛與 甲醇、水一起循環(huán)回反應器，提高原料甲醇轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明適用性強，可以提高反應精餾的 應用范圍。本發(fā)明可以在保證較高的反應收率及產(chǎn)品純度的前提下，降低能耗及操作控制 難度，節(jié)省設備投資及操作費用，帶來可觀的經(jīng)濟收益。


圖1為本說明書的實驗裝置圖。圖2為甲縮醛采出階段塔頂甲縮醛質(zhì)量分數(shù)隨時間變化曲線。圖3為甲醇回收階段塔頂甲醇質(zhì)量分數(shù)隨時間變化曲線。
具體實施例方式結合附圖中對本發(fā)明進行詳細說明。如圖所示，1-甲醇進料；2-甲醛進料；3-反應器；4-冷凝器；5-甲縮醛輸送管線； 6-塔底回流液體；7-精餾塔；第一閥門8，第二閥門9，第三閥門10為管路控制閥門；11-回 流泵。精餾塔中裝填θ (3X3)不銹鋼填料，理論塔板數(shù)約為30 40塊。實驗中采用的設備參數(shù)反應器及攪拌裝置(D2025W電動攪拌器)，精餾塔(玻璃 塔，塔高3000mm，塔徑30mm，理論塔板數(shù)約為30 40塊)，冷凝器，回流比控制器(XMTD-908 型)，溫度、壓力測量(U管壓差計)裝置，產(chǎn)品收集儲存罐(玻璃儲罐容積1000ml)。產(chǎn)品 組成采用氣相色譜儀(山東魯南化工有限公司SP6802型)進行測定分析。各裝置的連接方式如下裝有攪拌裝置的反應器3與精餾塔7之間通過兩股物流 管道5，6連接，反應器向精餾塔提供氣體進料5，精餾塔底液體6循環(huán)回反應器；精餾塔內(nèi) 填裝θ (3X3)不銹鋼填料，塔頂設置冷凝器4、回流比控制器及產(chǎn)品收集儲存罐12，13，冷 卻介質(zhì)為水，反應器、精餾塔塔底連有溫度及壓力測量裝置。具體的操作步驟包括(1) 1500ml甲醇通過甲醇輸送管線1 一次性加入到反應器中，控制反應器內(nèi)溫度 為 20 70°C，壓力 0. 08 0. 12MPa ；(2)甲醛通過甲醛輸送管線2以5 20ml/min的流率持續(xù)從精餾塔頂加入，流經(jīng) 整個塔后從塔底流出進入反應器；(3)反應產(chǎn)物甲縮醛以氣體的形式通過物料輸送管線5從塔底進入精餾塔，上升 過程中與塔頂流下的甲醛接觸，破壞甲醇與甲縮醛共沸現(xiàn)象，設置回流比為2 5，開始甲 縮醛的分離提純過程；(4)打開閥門9，塔頂采出純度為90 95%的甲縮醛，收集至塔頂產(chǎn)品儲罐12，塔 底液體經(jīng)物流輸送管線6循環(huán)回反應器，控制塔頂溫度維持在40 42°C ；(5)甲醛進料結束后(甲醛加入量由初始甲醇進料量按反應比決定，本實驗中約 為500ml)，精餾塔進入甲醇回收階段，關閉閥門9同時打開閥門10，控制塔頂溫度在63 66°C。塔頂產(chǎn)品進入甲醇回收罐13，留作下次間歇進料；(6)反應器內(nèi)甲醇濃度降到10% 15%時，停止本次間歇過程，打開閥門8將反應 器內(nèi)殘余液排出，殘余液中甲醛濃度低于0. 1%，符合排放標準；(7)重新進料，準備下一次間歇操作。產(chǎn)品組成采用氣相色譜儀進行分析，分析條件如下毛細管色譜柱柱長30m，內(nèi)徑0. 32um,外徑0. 5um ；燃氣氫氣；助燃氣空氣；載氣氮氣；氣化溫度150°C ；柱溫100°C ；檢測溫度150°C。結果與討論(1)反應在精餾塔外間歇進行，催化劑的裝填及拆卸比較容易、方便；甲醛從塔頂 進料，塔底循環(huán)液體提高原料的利用率；反應結束后反應器內(nèi)殘余液中甲醛濃度滿足排放 標準；(2)精餾塔僅需30塊塔板，塔中不需要傳統(tǒng)的反應段，完成產(chǎn)品分離提純后繼續(xù) 用作甲醇的回收，減小投資設備費用并能夠降低能耗；(3)甲醛從塔頂進料，破壞甲醇與甲縮醛的共沸，塔頂產(chǎn)品甲縮醛的純度可達到 96%以上，塔頂不斷采出產(chǎn)品甲縮醛，促進反應正向移動，提高了反應速率，甲醛的利用率 接近100% ；反應結束后，精餾塔用于分離提純甲醇，甲醇收率可達到97 98% ；甲縮醛產(chǎn) 品采出階段塔頂甲縮醛質(zhì)量分數(shù)隨時間變化曲線及甲醇回收階段塔頂甲醇隨時間變化曲 線分別如圖2和圖3所示；(4)采用該操作方式，反應過程與分離過程的相互制約性很小，易于控制；反應精 餾可以應用的反應類型得到擴展，操作難度也相應降低。
權利要求
1.一種用于甲縮醛分離提純的反應精餾裝置，其特征在于它主要包括反應器及攪拌 器，精餾塔，冷凝器，回流比控制器，不銹鋼填料，溫度計、壓力計，產(chǎn)品收集儲存罐；裝有攪 拌器的反應器與精餾塔之間通過輸送管線連接，反應器向精餾塔提供氣體進料，精餾塔底 液體循環(huán)回反應器；精餾塔內(nèi)填裝θ (3X3)不銹鋼填料，塔頂設置冷凝器、回流比控制器 及產(chǎn)品收集儲存罐，冷卻介質(zhì)為水，反應器、精餾塔塔底連有溫度計及壓力計。
2.一種利用權利要求1所述的裝置用于甲縮醛分離提純的方法，其特征在于它包括的 步驟(1)甲醇通過甲醇輸送管線一次性加入到反應器中，控制反應器內(nèi)溫度為20 70°C， 壓力 0. 08 0. 12MPa ；(2)甲醛通過甲醛輸送管線以5 20ml/min的流率持續(xù)從精餾塔頂加入，流經(jīng)整個塔 后從塔底流出進入反應器；(3)反應產(chǎn)物甲縮醛以氣體的形式通過物流輸送管線從塔底進入精餾塔，上升過程中 與塔頂流下的甲醛接觸，破壞甲醇與甲縮醛共沸現(xiàn)象，設置回流比為2 5，開始甲縮醛的 分離提純過程；(4)打開閥門，塔頂采出純度為90 95%的甲縮醛，收集至塔頂產(chǎn)品儲罐，塔底液體通 過物流輸送管線循環(huán)回反應器，控制塔頂溫度在40 42°C ；(5)甲醛進料結束后，精餾塔進入甲醇回收階段，關閉第二閥門同時打開第三閥門，控 制塔頂溫度在63 66°C，塔頂產(chǎn)品進入甲醇回收罐，留作下次間歇進料；(6)反應器內(nèi)甲醇濃度降到10% 15%時，停止本次間歇過程，打開第一閥門將反應 器內(nèi)殘余液排出，殘余液中甲醛濃度低于0. 1%，符合排放標準；(7)重新進料，準備下一次間歇操作。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于所述的甲醇與甲醛的體積比為2 4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于甲縮醛分離提純的反應精餾裝置和方法。主要包括反應器及攪拌器，精餾塔，冷凝器，回流比控制器，不銹鋼填料，溫度計、壓力計，產(chǎn)品收集儲存罐。以甲醇、甲醛為原料反應合成甲縮醛并對其進行分離提純。甲縮醛產(chǎn)品采出結束后，精餾塔繼續(xù)用于甲醇的分離回收，供下一循環(huán)使用，提高了原料利用率。甲醇一次性加入反應器，精餾塔頂進甲醛的操作方式可以解決由于甲醇與甲縮醛共沸導致產(chǎn)品純度達不到要求的問題，反應器殘余液中甲醛濃度符合排放標準。反應與分離分開進行的操作方式能夠克服由于反應與分離條件不一致帶來的難于控制、催化劑裝填困難等不利影響，降低反應精餾的操作難度從而擴大其應用范圍。
文檔編號C07C43/30GK102068945SQ201010589359
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2010年12月15日
發(fā)明者于洋, 張錦威, 白鵬, 肖穎 申請人:天津大學