專利名稱：應(yīng)用外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)工藝，特別是采用一種頂部/底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的工藝，屬于化工過程的反應(yīng)工藝。
背景技術(shù)：
根據(jù)反應(yīng)混合物的相對揮發(fā)度的不同，反應(yīng)蒸餾塔可以被分為六種類型。一是反應(yīng)物分別是較輕和較重的組分，產(chǎn)物分別是最輕和最重的組分；二是反應(yīng)物是較輕和最重的組分，產(chǎn)物是較重和最輕的組分；三是反應(yīng)物是最輕和較重的組分，產(chǎn)物是較輕和最重的組分；四是反應(yīng)物是較輕和最輕的組分，產(chǎn)物是較重和最重的組分；五是反應(yīng)物是較重和最重的組分，產(chǎn)物是較輕和最輕的組分；六是反應(yīng)物是最輕和最重的組分，產(chǎn)物是較輕和較重的組分。無論反應(yīng)混合物屬于哪一種類型，反應(yīng)蒸餾塔都具有比常規(guī)的反應(yīng)器加上分離器的結(jié)構(gòu)具有更高的熱力學(xué)效率。然而，由于反應(yīng)混合物的不同，其相應(yīng)的反應(yīng)蒸餾塔的穩(wěn)態(tài)性能也大大不同。當(dāng)反應(yīng)混合物為第一種類型時(shí)，其相應(yīng)的反應(yīng)蒸餾塔的能耗最低。當(dāng)反應(yīng)混合物為第六種類型時(shí)，其相應(yīng)的反應(yīng)蒸餾塔的能耗最高。當(dāng)反應(yīng)混合物為第二到第五種類型時(shí)，其相應(yīng)的反應(yīng)蒸餾塔的能耗處于上述兩種反應(yīng)蒸餾塔的能耗之間。為了充分挖掘第六種類型的反應(yīng)蒸餾塔的節(jié)能潛力，臺(tái)灣的余政靖等人提出了一種反應(yīng)蒸餾塔兩端是反應(yīng)段，中間是分離段的結(jié)構(gòu)，但它沒有充分挖掘系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合和能量耦合作用，因而能耗很大。印度的Mahajani等人提出了一種上部是反應(yīng)段，下部是分離段的結(jié)構(gòu)，但它同樣沒有充分挖掘系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合和能量耦合作用，也沒有考慮到反應(yīng)類型對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。中國的李宏等人也提出了一種上部是反應(yīng)段，下部是分離段的結(jié)構(gòu)，但它同樣沒有充分挖掘系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合和能量耦合作用，也沒有考慮到反應(yīng)類型對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了充分挖掘反應(yīng)蒸餾塔的節(jié)能潛力，本發(fā)明提供一種采用頂部/底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)的反應(yīng)工藝，它在反應(yīng)蒸餾塔外增加了一股外部環(huán)流，增強(qiáng)了系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合與能量耦合的作用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)工藝，其特征在于對于反應(yīng)類型為放熱反應(yīng)的A+BeC+D進(jìn)行反應(yīng)和混合物分離，反應(yīng)物A和B是最輕和最重的組分，產(chǎn)物C和D
是較輕和較重的組分，應(yīng)用頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔進(jìn)行反應(yīng)和分離，頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔為一個(gè)單塔，包括反應(yīng)段、分離段、冷凝器、再沸器和可以發(fā)生反應(yīng)的緩沖罐，其上部為分離段，下部為反應(yīng)段；塔頂端安裝有一個(gè)冷凝器，底端安裝有一個(gè)再沸器，緩沖罐分別與再沸器和塔的底部相連接；在冷凝器和緩沖罐之間連接有管道，使外部環(huán)流從反應(yīng)蒸餾塔頂端引入到底端，實(shí)現(xiàn)外部環(huán)流的傳輸。應(yīng)用底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)工藝，其特征在于對于反應(yīng)類型為吸熱反應(yīng)的A+BeC+D進(jìn)行反應(yīng)和混合物分離，在此四種物質(zhì)中反應(yīng)物A和B是最輕和最重的組分，產(chǎn)物C和D是較輕和較重的組分，底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔為一個(gè)單塔，包括反應(yīng)段、分離段、冷凝器、再沸器、泵和可以發(fā)生反應(yīng)的回流罐，其上部為反應(yīng)段，下部為分離段，反應(yīng)蒸餾塔的頂端安裝有一個(gè)回一個(gè)冷凝器，冷凝器和回流管連接，底端安裝有一個(gè)再沸器，在反應(yīng)蒸餾塔的回流罐和再沸器之間通過管道連接一個(gè)泵，使外部環(huán)流從塔底端到頂端的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)外部環(huán)流。該結(jié)構(gòu)由一個(gè)反應(yīng)蒸餾塔構(gòu)成，并依靠一股外部環(huán)流加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合和能量耦合。該結(jié)構(gòu)中反應(yīng)段與外部環(huán)流的位置與其涉及的具體的反應(yīng)類型有關(guān)。當(dāng)反應(yīng)類型為放熱反應(yīng)時(shí)，該反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)段應(yīng)放置在蒸餾塔的底部，以此加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部能量耦合；其外部環(huán)流應(yīng)從蒸餾塔的頂部引出并引入蒸餾塔的底部，以此加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部能量耦合和物質(zhì)耦合。當(dāng)反應(yīng)類型為吸熱反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)段應(yīng)放置在蒸餾塔的頂部，以此加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部能量耦合；其外部環(huán)流應(yīng)從蒸餾塔的底部引出并引回到蒸餾塔的頂部，以此加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部能量耦合和物質(zhì)耦合。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下的有益效果。(I)利用本發(fā)明，可以充分利用反應(yīng)熱(可以是熱量或冷量)，加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的；(2)利用本發(fā)明，可以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)一步降低能耗；(3)利用本發(fā)明，可以增加頂部/底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔設(shè)計(jì)的自由度(即外部環(huán)流的流量)。


圖I為本發(fā)明提供的頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)；圖中I為分離段；2為反應(yīng)段；3為冷凝器；4為再沸器；5為緩沖罐；圖2為本發(fā)明提供的底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)；圖中6為泵；7為回流罐；8為冷凝器；9為反應(yīng)段；10為分離段；11為再沸器；圖3為實(shí)施例I頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離理想放熱反應(yīng)時(shí)的能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線；圖4為實(shí)施例2底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離理想吸熱反應(yīng)時(shí)的能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線；圖5為實(shí)施例3頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離乳酸的酯化反應(yīng)時(shí)的能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線；圖6為實(shí)施例4底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離棕櫚酸的酯化反應(yīng)時(shí)的能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)中心思想是提供一種具有外部環(huán)流的頂部/底部反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例子，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
以下所使 用的頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔為一個(gè)單塔，包括反應(yīng)段2、分離段I、冷凝器3、再沸器4和可以發(fā)生反應(yīng)的緩沖罐5，其上部為分離段，下部為反應(yīng)段；塔頂端安裝有一個(gè)冷凝器，底端安裝有一個(gè)再沸器，緩沖罐分別與再沸器和塔的底部相連接；在冷凝器和緩沖罐之間連接有管道，使外部環(huán)流從反應(yīng)蒸餾塔頂端引入到底端，實(shí)現(xiàn)外部環(huán)流的傳輸。底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔為一個(gè)單塔，包括反應(yīng)段9、分離段10、冷凝器8、再沸器
11、泵6和可以發(fā)生反應(yīng)的回流罐7，其上部為反應(yīng)段，下部為分離段，反應(yīng)蒸餾塔的頂端安裝有一個(gè)回一個(gè)冷凝器，冷凝器和回流管連接，底端安裝有一個(gè)再沸器，在反應(yīng)蒸餾塔的回流罐和再沸器之間通過管道連接一個(gè)泵，使外部環(huán)流從塔底端到頂端的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)外部環(huán)流。實(shí)施例I :利用本發(fā)明的頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)對理想放熱反應(yīng)混合物A+B^C+D進(jìn)行分離。頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的初始數(shù)據(jù)是分離段共有19塊塔板，反應(yīng)段共有是11塊塔板，反應(yīng)物A的進(jìn)料位置是第32塊塔板；反應(yīng)物B的進(jìn)料位置是第21塊塔板；產(chǎn)物抽出的位置是第14塊塔板。整個(gè)頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的進(jìn)料分別是反應(yīng)物A的流量為O. 0126kmol/s,反應(yīng)物B的流量為O. 0126kmol/s。出料流量為O. 0252kmol/s。反應(yīng)蒸餾塔的操作壓力為12bar。A、B、C、D的相對揮發(fā)度為A :B:C:D = 8: 1:4:2。圖3為利用本發(fā)明的頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離理想放熱反應(yīng)混合物A+B^C+D時(shí)反應(yīng)蒸餾塔能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線圖。由圖3可以看出，當(dāng)外部環(huán)流的流量為O. 0086kmol/s時(shí)，頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的能耗最低，為5. 121MW,比常規(guī)反應(yīng)蒸餾塔的能耗(7. 405MW)降低了 30.84%。實(shí)施例2 :利用本發(fā)明的底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)對理想吸熱反應(yīng)混合物A+BeC+D進(jìn)行分離。底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的初始數(shù)據(jù)是分離段共有18塊塔板，反應(yīng)段共有12塊板，反應(yīng)物A的進(jìn)料位置是第13塊塔板；反應(yīng)物B的進(jìn)料位置是第I塊塔板；產(chǎn)物抽出的位置是第22塊塔板。整個(gè)頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的進(jìn)料分別是反應(yīng)物A的流量為O. 0126kmol/s,反應(yīng)物 B 的流量為 O. 0126kmol/s。出料流量為 O. 0252kmol/s。A、B、C、D 的相對揮發(fā)度為A:B:C:D = 8: 1:4:2。圖4為利用本發(fā)明的底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離理想放熱反應(yīng)混合物A+B^C+D時(shí)反應(yīng)蒸餾塔能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線圖。由圖4可以看出，當(dāng)外部環(huán)流的流量為O. 0022kmol/s時(shí)，底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的能耗最低，為3. 195MW,比常規(guī)反應(yīng)蒸餾塔的能耗(7. 709MW)降低了 58. 56%。實(shí)施例3 :利用本發(fā)明的頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)對實(shí)際放熱反應(yīng)混合物乳酸+甲醇e乳酸甲酯+水進(jìn)行分離。頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的初始數(shù)據(jù)是分離段共有5塊塔板，反應(yīng)段共有8塊塔板，反應(yīng)物乳酸的進(jìn)料位置是第7塊塔板；反應(yīng)物甲醇的進(jìn)料位置是第15塊塔板；產(chǎn)物抽出的位置是第4塊塔板。整個(gè)頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的進(jìn)料分別是反應(yīng)物乳酸的流量為O. 0125kmol/s，反應(yīng)物甲醇的流量為O. 0125kmol/s。出料流量為O. 025kmol/s。
圖5為利用本發(fā)明的頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離實(shí)際放熱反應(yīng)混合物時(shí)反應(yīng)蒸餾塔能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線圖。由圖5可以看出，當(dāng)外部環(huán)流的流量為O. 0033kmol/s時(shí)，頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的能耗最低，為I. 161MW,比常規(guī)反應(yīng)蒸餾塔的能耗(I. 754MW)降低了 33.81%。實(shí)施例4 :利用本發(fā)明的底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的結(jié)構(gòu)對實(shí)際吸熱反應(yīng)混合棕櫚酸+異丙醇e棕櫚酸異丙酯+水進(jìn)行分離。
底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的初始數(shù)據(jù)是分離段共有5塊塔板，反應(yīng)段共有8塊塔板，反應(yīng)物異丙醇的進(jìn)料位置是第9塊塔板；反應(yīng)物棕櫚酸的進(jìn)料位置是第I塊塔板；產(chǎn)物抽出的位置是第12塊塔板。整個(gè)底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的進(jìn)料分別是反應(yīng)物異丙醇的流量為O. 0125kmol/s,反應(yīng)物棕櫚酸的流量為O. 0125kmol/s。出料流量為O. 025kmol/s。圖6為利用本發(fā)明的底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔分離實(shí)際吸熱反應(yīng)混合物時(shí)反應(yīng)蒸餾塔能耗與外部環(huán)流流量的關(guān)系曲線圖。由圖6可以看出，當(dāng)外部環(huán)流的流量為O. 0049kmol/s時(shí)，底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的能耗最低，為5. 109MW,比常規(guī)反應(yīng)蒸餾塔的能耗(5. 929MW)降低了 13.83%。通過以上所述的四個(gè)具體實(shí)施例子，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果作了進(jìn)一步的說明。應(yīng)當(dāng)指出的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例子而已，它們并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.應(yīng)用頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)工藝，其特征在于對于反應(yīng)類型為放熱反應(yīng)的A+BeC+D進(jìn)行反應(yīng)和混合物分離，反應(yīng)物A和B是最輕和最重的組分，產(chǎn)物C和D是較輕和較重的組分，應(yīng)用頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔進(jìn)行反應(yīng)和分離，頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔為一個(gè)單塔，包括反應(yīng)段、分離段、冷凝器、再沸器和可以發(fā)生反應(yīng)的緩沖罐，其上部為分離段，下部為反應(yīng)段；塔頂端安裝有一個(gè)冷凝器，底端安裝有一個(gè)再沸器，緩沖罐分別與再沸器和塔的底部相連接；在冷凝器和緩沖罐之間連接有管道，使外部環(huán)流從反應(yīng)蒸餾塔頂端引入到底端，實(shí)現(xiàn)外部環(huán)流的傳輸。
2.應(yīng)用底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)工藝，其特征在于對于反應(yīng)類型為吸熱反應(yīng)的A+BeC+D進(jìn)行反應(yīng)和混合物分離，在此四種物質(zhì)中反應(yīng)物A和B是最輕和最重的組分，產(chǎn)物C和D是較輕和較重的組分，采用底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔進(jìn)行反應(yīng)和分離，底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔為一個(gè)單塔，包括反應(yīng)段、分離段、冷凝器、再沸器、泵和可以發(fā)生反應(yīng)的回流罐，其上部為反應(yīng)段，下部為分離段，反應(yīng)蒸餾塔的頂端安裝有一個(gè)回一個(gè)冷凝器，冷凝器和回流管連接，底端安裝有一個(gè)再沸器，在反應(yīng)蒸餾塔的回流罐和再沸器之間通過管道連接一個(gè)泵，使外部環(huán)流從塔底端到頂端的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)外部環(huán)流。
全文摘要
應(yīng)用外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)工藝，屬于化工過程的反應(yīng)工藝。對于反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)和混合物分離，反應(yīng)物A和B是最輕和最重的組分，產(chǎn)物C和D是較輕和較重的組分，若為放熱反應(yīng)，則應(yīng)用頂部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔進(jìn)行反應(yīng)和分離，反應(yīng)段放置在蒸餾塔的底部；若為吸熱反應(yīng)，采用底部外部環(huán)流反應(yīng)蒸餾塔進(jìn)行反應(yīng)和分離，反應(yīng)段放置在蒸餾塔的頂部。利用本發(fā)明，可以充分利用反應(yīng)熱(可以是熱量或冷量)，加強(qiáng)系統(tǒng)的內(nèi)部物質(zhì)耦合，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的。
文檔編號(hào)B01D3/14GK102614676SQ201210045970
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者張亮, 王韶鋒, 陳海勝, 黃克謹(jǐn) 申請人:北京化工大學(xué)