[發(fā)明專利]塔內(nèi)反應(yīng)精餾與膜耦合的方法與裝置

有效

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• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112250574B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高鑫;韓文韜;李洪;顧學(xué)紅;高雪超;吳凱;李鑫鋼;孟瑩;韓振為
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: C07C69/14
• 分類號: C07C69/14;C07C67/08;C07C67/48;C07C67/54;C07C51/09;C07C51/42;C07C51/43;C07C59/08;C07C69/06;C07C69/24;B01D3/14;B01D3/32
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

本發(fā)明涉及一種塔內(nèi)反應(yīng)精餾與膜耦合的方法與裝置；將膜組件耦合于反應(yīng)精餾塔內(nèi)反應(yīng)段，通過膜分離及時脫除反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物，推動反應(yīng)不斷正向進行的方法；原料由進料口進入塔內(nèi)，塔內(nèi)氣相經(jīng)過提餾段之后進入反應(yīng)段發(fā)生反應(yīng)，再經(jīng)過膜分離段脫除目標(biāo)組分，由此促進反應(yīng)的正向進行，而后再經(jīng)由反應(yīng)段繼續(xù)反應(yīng)，通過精餾段冷凝器部分回流，部分成為塔頂產(chǎn)物；液相通過精餾段、反應(yīng)段、膜分離段和提餾段，部分成為塔底產(chǎn)物，部分通過再沸器汽化回流。及時脫除反應(yīng)產(chǎn)生的難以分離的共沸產(chǎn)物，推動反應(yīng)不斷正向進行的設(shè)備。能及時有效地分離產(chǎn)物，打破了反應(yīng)原本的平衡，從而為提高多種受限于平衡或形成共沸的有機反應(yīng)的反應(yīng)精餾轉(zhuǎn)化率開辟了新的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工生產(chǎn)工藝及設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可用于受限于平衡或形成共沸的有機反應(yīng)，如部分酯化反應(yīng)及水解反應(yīng)的塔內(nèi)反應(yīng)精餾與膜耦合的工藝方法及裝置。

背景技術(shù)

在化工生產(chǎn)過程中，精餾是常用的傳統(tǒng)分離手段，其原理是根據(jù)混合物中各組分的沸點不同達(dá)到分離的目的；反應(yīng)精餾是近年來十分熱門的新興技術(shù)，其原理在于將可逆反應(yīng)過程與精餾相結(jié)合，在反應(yīng)的同時利用精餾不斷的分離產(chǎn)物和反應(yīng)物，從而推動反應(yīng)正向進行，提高轉(zhuǎn)化率。

然而，常規(guī)的精餾手段在處理共沸體系時效果很差，需要很高的能耗才能勉強分離，因此，如果可逆反應(yīng)的產(chǎn)物與反應(yīng)物之間存在共沸，精餾往往不能很好的分離產(chǎn)物，反應(yīng)精餾的優(yōu)勢也就大打折扣；此外，其在處理嚴(yán)重受限于反應(yīng)平衡的有機反應(yīng)體系(例如精細(xì)化工領(lǐng)域)時效果也不理想。相比較而言，膜分離技術(shù)在這些領(lǐng)域更有優(yōu)勢。正因如此，近年來涌現(xiàn)了很多將膜分離和精餾，甚至反應(yīng)精餾相結(jié)合的工藝。

膜以及其支撐結(jié)構(gòu)一同構(gòu)成了膜組件，膜的材質(zhì)有分子篩膜、無定形二氧化硅膜、殼聚糖膜、PVA膜或海藻酸鈉膜，膜組件按照膜的形式或排列方式可以歸類為管式、中空纖維式、板框式或螺旋卷式等，按照分離氣相體系或者液相體系又可以分為蒸汽滲透膜組件或者滲透汽化膜組件，單個膜組件或多個相同形式或不同形式的膜組件以串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等方式組成的集合可以統(tǒng)稱為膜分離簇，或稱為膜分離段，或者膜分離機組、膜分離裝置等。

膜分離與精餾或者反應(yīng)精餾相結(jié)合的具體實施方式實則為合適的膜組件或者多個膜組件形成的膜分離段與精餾塔或反應(yīng)精餾塔以一定的方式構(gòu)成的連接，文章中通常將組件二字省去或者不指名具體形式的膜組件，是因為膜組件的形式有多種，指定一種特定的膜組件會限制專利的應(yīng)用范圍，本專利適用于多種種類的膜以及不同形式的膜組件。

CN110078598A公開了一種多段反應(yīng)精餾合成工藝裝置，工藝裝置包括多段反應(yīng)精餾塔和蒸汽滲透膜組件，但其蒸汽滲透組件是安裝在塔外冷凝器之前，并不能及時在反應(yīng)之后脫水以推動反應(yīng)正向進行。CN109776314A公開了一種酯的制備方法，在包含滲透汽化裝置和精餾塔的反應(yīng)精餾設(shè)備中酯化體系在二元催化劑作用下發(fā)生酯化反應(yīng)。其中滲透汽化膜組件被安裝在塔外，用于進一步脫水，同樣未能有效推動反應(yīng)正向進行。CN202289520U公開了一種含有催化與滲透汽化膜組件的精餾耦合過程，將催化劑負(fù)載在了膜的表面，讓膜兼具分離和催化的作用，也能在反應(yīng)過程中脫水。但其仍存在以下缺陷：首先，其對反應(yīng)精餾塔的設(shè)計過于粗陋，在反應(yīng)精餾塔中，反應(yīng)并不發(fā)生在全塔，而是主要發(fā)生在反應(yīng)段中，其將膜管分布在全塔實際上是一種浪費；其次，其可行性存在很大問題，目前為止還很少有能負(fù)載催化劑又同時具有很好分離效果的膜，并且在反應(yīng)精餾塔中高密度的裝載膜管很容易造成液泛，而塔內(nèi)的流體流動也容易損壞膜；最后，其成本會非常高，很難放大，像這種結(jié)構(gòu)，會需要消耗大量的膜，成本極高。目前大部分工藝中，膜組件基本都耦合在反應(yīng)精餾塔之外，大部分只是通過膜組件分離共沸物，并不能充分發(fā)揮反應(yīng)精餾塔的優(yōu)勢，偶有側(cè)線采出膜分離后回流的，也由于采出量無法規(guī)定而缺乏實際價值。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種將膜組件有效耦合于反應(yīng)精餾塔內(nèi)，在反應(yīng)的同時不斷脫除產(chǎn)物以打破原有化學(xué)平衡，推動反應(yīng)正向進行的方法和裝置。