一种偶相催化反应-非均相共沸精馏系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种偶相催化反应-非均相共沸精馏系统及方法，属于化工领域的反应强化技术。
【背景技术】
[0002]化工生产中，可逆反应和共沸物分离过程并不鲜见，如醚化、酯化、水合等过程，由于化学平衡和相平衡限制，这些过程普遍存在反应转化率低、产品分离精制流程复杂、能耗高、设备投资大的问题。催化精馏将化学反应与产物分离耦合在一个催化精馏塔中，一边进行化学反应，一边进行产物分离，使可逆反应始终向生成产物的方向进行，大幅度地提高了反应转化率，目前，这种方法已经得到了广泛关注。然而，目前的催化精馏方法，合成粗产品仍然是一个产物和大量未转化的原料组成的体系，例如乙酸与低级脂肪醇催化精馏合成系列乙酸酯，合成产物中含有乙酸酯、水和未转化的醇等组分，众所周知，乙酸酯分别与水和醇形成共沸物，而且大多数醇能与水形成共沸物，这些共沸体系的存在，使乙酸酯产品的分离精制变得十分复杂，是造成分离工艺流程长，设备投资大，能耗高的主要问题。所以，目前的催化精馏方法，从有利于产品分离精制方面还需要进一步改进。
[0003]CN1446791发明了一种带预反应的反应精馏方法，该方法以浓硫酸为催化剂，异丙醇加入到预反应区，乙酸加入到反应精馏柱中部，通过将预反应区携带催化剂的物料抽出再加入到反应精馏柱中部并不断循环的方法增加异丙醇的反应转化率。该方法虽然理论上能够使异丙醇转化率达到100%，从而改变物系的共沸体系，但该法的操作比较复杂，而且将反应精馏柱底部预反应区的高温流体抽出再加入到反应精馏塔的中部，不利于塔内汽、液相的稳定流动，影响塔的稳定操作，而且带着浓硫酸的高温流体进行循环，对传动设备要求比较高，泄露处理和设备维护很危险。
[0004]现有生产技术合成的粗产品是含有多对共沸组分的混合物，产品分离精制流程长，设备投资大，能耗高。
[0005]现有发明方法工艺复杂，操作稳定性差，设备事故处理和维护危险性大。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种偶相催化反应-非均相共沸精馏系统及方法，本发明提供的偶相催化反应-非均相共沸精馏系统针对乙酸系列酯生产中可逆反应与多组分共沸体系，着重解决由于相平衡限制造成的产品分离精制流程长，能耗高，设备投资大的问题。
[0007]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种偶相催化反应-非均相共沸精馏系统，包括:
[0008]第一储罐、第一加料泵、第一计量罐、第一计量泵、第二计量泵、第二储罐、第二加料泵、第二计量罐、第三计量泵、第四计量泵、精馏塔、第一冷凝器、分层器、第三计量罐、第一回流泵、第二回流泵、第四计量罐、第五计量罐、倒料泵、中间罐和第二冷凝器，其中，
[0009]精馏塔由塔釜和塔柱组成，在塔柱的一侧从上至下依次设有第一进料口、第二进料口和第三进料口，另一侧从上至下依次设有第四进料口、第五进料口和第六进料口，在塔柱的顶部设有一个出口管路，
[0010]第一加料泵的进口管路与第一储罐相连，在第一加料泵的进口管路上设有第一单向阀，在第一单向阀与第一加料泵之间的进口管路上开有一个支路，为第一支路，在第一支路上设有第二单向阀，
[0011 ] 第一加料泵的出口管路与第一计量罐相连，在第一加料泵的出口管路上设有第五单向阀，在第一加料泵与第五单向阀之间的出口管路上开有一个与第三进料口相连的第二支路，在第二支路上设有第三单向阀，
[0012]第一计量罐的出口管路与第一进料口相连，在第一计量罐的出口管路上并联有两个计量泵，分别为第一计量泵和第二计量泵，在第一计量泵的进口管路上设有第六单向阀，出口管路上设有第八单向阀，第六单向阀、第一计量泵和第八单向阀为串联连接，在第二计量泵的进口管路上设有第七单向阀，出口管路上设有第九单向阀，第七单向阀、第二计量泵和第九单向阀为串联连接，
[0013]第二储罐的出口管路与第二加料泵相连，第二加料泵的出口管路与第二计量罐相连，在第二加料泵的出口管路上设有第十单向阀，在第二加料泵与第十单向阀之间的出口管路上开有一个与第二支路相连的第三支路，第三支路上设有第四单向阀，
[0014]第二计量罐的出口管路与第二进料口相连，第一冷凝器设在第二计量罐的出口管路上，在第二计量罐与第一冷凝器之间的出口管路上并联有两个计量泵，分别为第三计量泵和第四计量泵，在第三计量泵的进口管路上设有第十一单向阀，出口管路上设有第十三单向阀，第十一单向阀、第三计量泵和第十三单向阀串联连接，在第四计量泵的进口管路上设有第十二单向阀，出口管路上设有第十四单向阀，第十二单向阀、第四计量泵和第十四单向阀串联连接，
[0015]塔柱顶部的出口管路分成两条支路:第四支路和第五支路，第四支路上设有第十九单向阀，第四支路与第二冷凝器相连，第二冷凝器的出口管路与分层器相连，第五支路上设有第二十三单向阀，第五支路与第一冷凝器相连，第一冷凝器的出口管路与第二冷凝器的出口管路相连，
[0016]分层器有两个出口，一个设在分层器的底部，为水相出口，水相出口管路与第三计量罐相连，另一个设在分层器上部罐体的侧壁上，为油相出口，油相出口管路与第四进料口相连，从与分层器相连的一端到与第四进料口相连的另一端，油相出口管路上依次设有第二十单向阀、第六支路、两个并联的回流泵、第七支路、第八支路、第九支路、第十支路和第二十四单向阀，其中，第六支路上设有第十五单向阀，两个并联的回流泵分别为第一回流泵和第二回流泵，第一回流泵的进口管路上设有第十六单向阀，第十六单向阀与第一回流泵串联连接，第二回流泵的进口管路上设有第十七单向阀，第十七单向阀与第二回流泵串联连接，第七支路与导料泵相连，在第七支路上设有两个并联的计量罐，分别为第四计量罐和第五计量罐，第四计量罐的进口管路设有第二十五单向阀，出口管路设有第二十七单向阀，第二十五单向阀、第四计量罐和第二十七单向阀串联连接，第五计量罐的进口管路设有第二十六单向阀，出口管路设有第二十八单向阀，第二十六单向阀、第五计量罐和第二十八单向阀串联连接，导料泵的出口管路与中间罐相连，第八支路与第六进料口相连，在第八支路上设有第二十一单向阀，第九支路与第五进料口相连，在第九支路上设有第二十二单向阀，第十支路与第二冷凝器的出口管路相连，在第十支路上设有第十八单向阀。
[0017]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0018]进一步，所述塔釜为均相反应器，为搪瓷蒸馏釜，内有加热盘管；
[0019]进一步，所述塔柱分成三段，从上至下依次为精馏段、反应段和提馏段，塔釜上端与提馏段相连，提馏段的上端与反应段相连，反应段的上端连接精馏段，提馏段内填装分离填料或分离塔板，反应段作为非均相反应器，为固定床绝热反应器，内装结构型或填料型催化剂，精馏段内填装分离填料或分离塔板，
[0020]进一步，所述第一进料口位于精馏段的下部，所述第二进料口和第五进料口位于反应段的下部，所述第三进料口和第六进料口位于提馏段的下部，所述第四进料口位于精馏段的上部。
[0021]进一步，所述第二冷凝器为列管换热器，使用冷却水换热，第一冷凝器为列管换热器，预热原料醇。
[0022]进一步，所述第一计量泵和第二计量泵一开一备，所述第三计量泵和第四计量泵一开一备，所述第一回流泵和第二回流泵一开一备，所述第四计量罐和第五计量罐切换使用。
[0023]在上述系统的基础上，本发明还提供了如下技术方案:一种偶相催化反应-非均相共沸精馏方法，包括:
[0024]开车投料:
[0025]I)打开第一单向阀和第三单向阀，第一储罐中的乙酸经第一单向阀、第一加料泵、第三单向阀和第三进料口进入塔釜，当乙酸加至塔釜液位的50%时，关闭第一单向阀，停止加入乙酸，
[0026]2)打开第二单向阀，浓硫酸从第一支路进入，经第二单向阀、第一加料泵、第三单向阀和第三进料口进入塔釜，当浓硫酸的加入体积达到乙酸加入体积的2 %时，关闭第二单向阀和第三单向阀，停止加入浓硫酸，
[0027]3)打开第四单向阀，第二储罐中的醇经第二加料泵、第四单向阀和第三进料口进入塔釜，当乙酸、浓硫酸和醇三者的总体积达到塔釜液位的70%时，关闭第四单向阀，停止加入醇，
[0028]4)第一储罐中的乙酸经开启的第一单向阀、第一加料泵、开启的第五单向阀进入第一计量罐中，当乙酸加至第一计量罐液位的100%时，关闭第一单向阀，停止加入乙酸，
[0029]5)第二储罐中的醇经第二加料泵和开启的第十单向阀进入到第二计量罐中，当醇加至第二计量罐液位的100%时，关闭第十单向阀，停止加入醇，
[0030]开车:
[0031]I)打开第十五单向阀、第十六单向阀和第十八单向阀，乙酸酯从第六支路进入，经第十五单向阀、第十六单向阀、第一回流泵和第十八单向阀进入分层器中，当乙酸酯加到分层器油相出口所在位置时，关闭第十五单向阀、第十六单向阀和第十八单向阀，
[0032]2)塔釜加热升温至釜液沸腾，开车投料时已经加到塔釜中的醇、乙酸和浓硫酸，反应生成乙酸酯和水，乙酸酯、水、乙酸酯-水共沸物、未反应的醇和未反应的乙酸组成的蒸汽从塔釜上升到塔柱，沿提馏段、反应段和精馏段边反应、边分离，离开精馏段的蒸汽沿塔柱顶部的出口管路和第四支路，经开启的第十九单向阀进入到第二冷凝器中冷却，冷凝液经分层器分层，当冷凝液累积到分层器油相出口位置上1/2液位时，油相通过分层器油相出口管路，经开启的第二十单向阀、开启的第十六单向阀和第一回流泵，进入第八支路或第九支路，若进入第八支路，则油相经开启的第二十一单向阀从第六进料口进入塔柱中，若进入第九支路，则油相经开启的第二十二单向阀从第五进料口进入塔柱中，水相在分层器中累计；