CN105195064B - 一种改进的反应分离同步反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的反应分离同步反应器，包括鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔及恒温沉降塔；主要的改进是将鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔与恒温沉降塔通过法兰连接，在恒温沉降塔内设置可供液体通过的微孔滤板，恒温沉降塔在微孔滤板下部设有循环管道与反应塔的反应区上部连接；改进后的多相反应器不但能减少产物在反应釜中过度反应，获得纯度更高的产品，以及防止反应釜与恒温沉降塔之间连接管道以及循环管道堵塞，而且能实现在反应的同时将液体产物和固体产物及时有效分离，特别适应于产物比重大于反应物且互不相溶，且产物中含有固体产物的反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的反应分离同步反应器，属于反应器技术领域。
背景技术
化工生产中经常遇到产物比重大于反应物且互不相溶的多相反应体系，反应过程中气体、液体和固体多相同时存在于反应体系中。对于多相物质共存的反应体系，目前化工生产所使用的各种类型反应器设备，在整个反应期间，反应物与反应产物自然地或者被强制地搅拌分布于反应区。反应结束后，再将反应物与反应产物移到分离器中进行分离。由于体系中多相物质的存在会影响液体在生产装置中的流动性而无法连续生产。对于上述情况，目前化工生产中主要有两种解决方案：一种方案是加入另一种能同时溶解多相物质的溶剂，通过加入溶剂的方法可以实现有不溶性产物生成的工艺连续化，但是，溶剂的加入使化工生产过程变得复杂，同时也增加相应的设备投资和能耗、物耗以及溶剂对环境的污染；另一种方案是，采用间隙操作生产。这两种方案，都将增加反应产物在反应系统中的停留时间，而在反应操作条件下，反应产物会因为分解或者深度反应，导致反应产物选择性和收率降低，同时操作复杂，不利于工业化生产。
为了解决现有技术中的这些问题，中国专利(公开号CN104338500A，公开日2015-02-11)公开了一种气液固多相反应分离同步反应器，具体公开气液固多相反应分离同步反应器包括反应系统和分离系统两部分；反应系统主要包括鼓泡重力反应塔，鼓泡重力反应塔中下部为反应区，上部为气液分离区，顶部设反应气体导出口和冷凝液体导入口，下部设有气体原料导入口和气体均布器；鼓泡反应塔内中下部的反应区设有交替分布且向下倾斜设置的重力沉降板；所述分离系统包括两个结构、大小相同的恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ；恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部与鼓泡重力反应塔的底部连接；恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ顶部与鼓泡重力反应塔顶部之间连有压力平衡管；鼓泡重力反应塔底部的连接口通过三通Ⅰ分别与恒温沉降塔Ⅰ顶部的连接口和恒温沉降塔Ⅱ顶部的连接口连接；通过三通切换，恒温沉降塔Ⅰ和恒温沉降塔Ⅱ在生产过程中交替使用。该装置针对产物比重大于反应物且互不相溶的气液固多相反应，在效果上取得了一定的进步，一方面在反应过程中及时分离出比重较大的产物，可在一定程度上避免产物在反应液中过度反应，可以提高产物的收率，另一方面，产物可以连续分离，在一定程度上可以连续生产。另外，与上述专利同时申请的中国专利(公开号CN104338500A，公开日2015-02-11)公开了一种与液固多相反应分离同步反应器，与气液固多相反应分离同步反应器在结构设置上相似，只是反应系统为搅拌反应塔，而解决的技术问题一样。
但是，在实际的生产过程中发现，专利(公开号CN104338500A和CN104338500A)公开的气液固多相反应分离同步反应器存在较大的使用局限性。主要原因在于，气液固多相反应的反应产物在搅拌或鼓泡作用下，很容易悬浮在反应液中，使反应产物在反应釜中停留时间过长，副反应程度增加。所以要求反应产物的比重要相对反应原料足够大，才能实现反应产物的及时沉降。特别是对于产物比重与原料相差不大，而产物中含有固体的反应，固体产物的生成过程是一个晶体不断生长的过程，在晶体较小时，容易悬浮在反应液中，不但沉降困难，导致产物过度反应，而且在固体产物沉降的过程中，晶体极容易在反应系统和分离系统之间的连接管道内壁结晶，造成管道堵塞，必须要经常定期处理；另外，如果产物同时包含固体和液体，则只能通过后处理来分离提纯，造成工艺复杂，不利于工业生产。
中国专利(申请号CN 201410038148.4)公开了采用通过使用外部循环泵强化反应器与分离器的物质交换，加快了反应器中固体物质向分离器的转移速度。但是其仍然没有解决反应器与分离器之间连接管由于内壁产物结晶不断生长导致连接管实际内径不断变小并堵塞连接管三通开关的问题。另外，产生了新的问题，主要是由于进入外部循环管的液体为含有固体物质组份的高温过饱和液体，高温液体在外部循环过程中通过与环境的热交换而析出固体物质，堵塞设备的外循环系统，影响反应分离过程的连续进行。
发明内容
针对现有的反应分离同步反应器存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能提高产品纯度、简化工艺步骤，且能防止反应设备连接管道和外循环系统堵塞的反应分离同步反应器，该反应器特别适应于产物比重大于反应物且互不相溶，产物中含有结晶固体的反应。
为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种改进的反应分离同步反应器，包括鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔以及与所述鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔底部连接的恒温沉降塔；所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔塔内包括上部的气相区、中下部的反应区和顶部的反应气体出口；所述鼓泡重力反应塔的反应区内的塔壁上沿塔轴45～75°夹角方向倾斜设有多组交替分布的重力沉降板，所述重力沉降板板面设有可使气体和液体通过的小孔；所述搅拌反应塔的反应区内设有搅拌器；所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔塔内反应区底部设有气体入口，所述气体入口处设有气体均布器；所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔与恒温沉降塔之间通过法兰连接；所述的恒温沉降塔内设有可供液体通过的微孔滤板，所述的恒温沉降塔在所述微孔滤板下部设有循环管道与鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔的反应区上部连接。
本发明的技术方案中，主要是对恒温沉降塔进行改进，包括将反应塔与沉降塔通过法兰直接连接，以及在恒温沉降塔内部设置微孔滤板，同时在微孔滤板下部设有循环管道。微孔滤板及循环管道配合使用，主要作用是利用循环管道加速反应塔塔内溶液循环，使产物的快速沉降，液体产物沉积在恒温沉降塔底部，固体产物富集在微孔滤板上，一方面能防止产物在反应塔内过度反应，提高产物纯度，另一方面防止固体产物晶体生长造成反应塔与恒温沉降塔之间管道的堵塞。同时通过微孔滤板的截留，大大降低了反应液中微晶的含量，有效防止晶体在循环管中进一步生长，而导致循环管堵塞。
优选的方案中，微孔滤板设置在恒温沉降塔距塔底4/10～6/10高度处。在恒温沉降塔的中部区域设置微孔滤板，能够将固体产物沉降富集在恒温沉降塔的上部，而液体产物可以在富集在恒温沉降塔的下部，有效实现了固体产物和液体产物的分离。
优选的方案中，微孔滤板下部的循环管道设置在恒温沉降塔距塔底2/10～4/10高度处。微孔滤板下部的循环管道最好设置在距恒温沉降塔底部一定高度，能小防止液体产物被循环泵抽入反应塔内，造成深度反应。
优选的方案中，循环管道上设有循环泵。通过循环泵对反应液进行循环驱动。
优选的方案中，恒温沉降塔底部设有液体产物出口。方便液体产物排出以及恒温沉降塔中的反应液的回收。
优选的方案中，恒温沉降塔顶部设有排液口。
优选的方案中，鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔与恒温沉降塔之间通过法兰活动连接。鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔与恒温沉降塔之间可拆卸，可以将固体产物及时取出处理，有利于反应操作的连续进行。
优选的方案中，微孔滤板可以有陶瓷材料或高分子膜材料等制成。
本发明改进的反应分离同步反应器包括鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔以及与所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔底部连接的恒温沉降塔。
所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔塔内包括上部的气相区、中下部的反应区和顶部的反应气体出口；所述中下部的反应区与所述气相区的分界处为鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔距塔顶≥1/3塔壁高度处。所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔径高比为1:20～40；优选为1:25～35；最优选为1:30。
所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔塔顶部设有反应气体出口和冷凝液体入口；塔内上部的气相区内设有多层交替设置的冷却盘管；塔内下部设气体入口和气体均布器；塔底部与恒温沉降塔连接。所述鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔距塔顶≥1/3塔壁高度处设有用于引出反应区中过量反应液以维持反应区液面平衡的反应液出口。所述的冷凝液体入口可连接冷凝系统；所述的冷凝系统包括冷凝器和油水分离器。
所述搅拌反应塔的反应区内设有搅拌器。
所述的鼓泡重力反应塔下部设有人孔。
所述鼓泡重力反应塔的反应区内的塔壁上沿塔轴45～75°夹角方向倾斜设有多组交替分布的重力沉降板；所述重力沉降板板面设有可使气体和液体通过的小孔；所述重力沉降板上下相邻两重力沉降板之间的小孔错开，且呈V型设置；所述的重力沉降板长度与塔径比为1:0.8～1.2；优选为1:1。
所述的恒温沉降塔顶部与所述鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔底部通过法兰连接；恒温沉降塔顶部设有反应物料入口和排液口，恒温沉降塔底部设有液体产物出口；恒温沉降塔内在距恒温沉降塔距塔底4/10～6/10高度处设置有微孔滤板，微孔滤板的下部设有循环管道与鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔的反应区上部连接；循环管道最好设置在恒温沉降塔距塔底2/10～4/10高度处；循环管道上设有可控制循环管道连通和隔断的阀门。循环管道上设有循环泵。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1、适应于产物比重大于反应物且互不相溶的反应，可使产物的快速沉降及分离，防止产物在反应釜中的过度反应，有利于产物纯度的提高。
2、对于产物含固体的反应，消除了反应釜与恒温沉降塔之间连接管道的堵塞的可能性，大大简化工艺操作。
3、减少外循环系统管道堵塞的可能性，确保反应分离过程的连续进行。
4、特别适应于产物比重大于反应物且互不相溶，而产物中同时含有固体和液体产物的反应，不但能减少产物在反应釜中过度反应，获得纯度较高产品，防止反应釜与恒温沉降塔之间连接管道及外循环管道的堵塞，而且能实现在反应的同时将液体产物和固体产物有效分离。
附图说明
【图1】为由鼓泡重力反应塔和恒温沉降塔组成的反应分离同步反应器装置示意图；
【图2】为由搅拌反应塔和恒温沉降塔组成的反应分离同步反应器装置示意图；
【图3】为图1或图2的局部图；
a为鼓泡重力反应塔1顶部接口图，b为搅拌反应塔18的顶部接口图，c为微孔板，d为冷凝系统；
1为鼓泡重力反应塔，2为气体出口，3为冷凝液体入口，4为反应液出口，5为气体入口，6为气体均布器，7为冷却盘管，8为重力沉降板，9为人孔，10为反应物料入口，11为液体产物出口，12为微孔滤板，13为恒温沉降塔，14为液体产物出口阀门，15为循环泵，16为循环管道，17为微孔滤板上的微孔，18为搅拌反应塔，19为搅拌器，20为油水分离器，21为冷凝器，22为排液口，23为法兰。
具体实施方式
以下实施例旨在结合附图进一步说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。
实施例1
图1为由鼓泡重力反应塔和恒温沉降塔组成的反应分离同步反应器。反应分离同步反应器包括鼓泡重力反应塔以及与鼓泡重力反应塔底部连接的恒温沉降塔。鼓泡重力反应塔和恒温沉降塔之间通过法兰连接，鼓泡重力反应塔和恒温沉降塔之间可拆卸。鼓泡重力反应塔塔内包括上部的气相区、中下部的反应区和顶部的反应气体出口；反应区与气相区的分界处为鼓泡重力反应塔距塔顶1/3塔壁高度处。鼓泡重力反应塔塔径高比为1:30。鼓泡重力反应塔塔顶部设有反应气体出口和冷凝液体入口；塔内上部的气相区内设有多层交替设置的冷却盘管；塔内下部设气体入口和气体均布器；塔底部与恒温沉降塔连接。鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔距塔顶1/3塔壁高度处设有用于引出反应区中过量反应液以维持反应区液面平衡的反应液出口。冷凝液体入口连接冷凝系统；所述的冷凝系统包括冷凝器和油水分离器。油水分离器分离出水分及回收反应原料或溶剂。鼓泡重力反应塔下部设有人孔。便于观察塔内情况及维修。鼓泡重力反应塔的反应区内的塔壁上沿塔轴60°夹角方向倾斜设有多组交替分布的重力沉降板；重力沉降板板面设有可使气体和液体通过的小孔，重力沉降板上下相邻两重力沉降板之间的小孔错开，且呈V型设置；所述的重力沉降板长度与塔径比为1:1。恒温沉降塔顶部与所述鼓泡重力反应塔底部连接；恒温沉降塔顶部设有反应物料入口和排液口，恒温沉降塔底部设有液体产物出口；恒温沉降塔内在距恒温沉降塔距塔底5/10高度处设置有微孔滤板，在恒温沉降塔距塔底3/10高度处设有循环管道，循环管道与搅拌反应塔的反应区上部连接；循环管道上设有控制循环管道连通和隔断的阀门。循环管道上设置循环泵。
应用实例：采用图1所示的反应分离同步反应器进行环己烷的空气氧化制备KA油和己二酸产品；环己烷原料中加入醋酸钴作为催化剂(浓度达到60ppm)，混合液从恒温沉降塔上部的反应物料入口进入恒温沉降塔以及与恒温沉降塔连通的鼓泡重力反应塔中，直至充满恒温沉降塔和鼓泡重力反应塔的反应区，从鼓泡重力反应塔的气体原料入口通入空气，将鼓泡重力反应塔温度调节到125℃，塔内压力保持0.6MPa进行氧化反应，打开循环管道的阀门，开启循环泵，反应生成的KA油和己二酸产物沿着重力沉降板快速沉降，进入恒温沉降塔，KA油通过微孔滤板沉降在恒温沉降塔的底部，己二酸产物截留在多孔滤板上。待恒温沉降塔内产物收集到一定程度，关闭循环泵和循环管道上的阀门。从恒温沉降塔顶部的排液口排出回收反应液后，将装满产物的恒温沉降塔进行处理，先从恒温沉降塔底部液体产物出口依次排出分别收集KA油产物和少量反应液，再开启法兰，从恒温沉降塔上部取出己二酸固体。对收集的KA油和己二酸产物进行简单干燥处理后，对产品的纯度进行检测，KA油的纯度达到98％，己二酸的纯度达到99％。对反应液成分的检测，计算出环己烷的氧化转化率达到43％。连续进行反应，无管道堵塞的情况发生。
实施例2
图2为由搅拌反应塔和恒温沉降塔组成的反应分离同步反应器。反应分离同步反应器包括搅拌反应塔以及与搅拌反应塔底部连接的恒温沉降塔。搅拌反应塔和恒温沉降塔之间通过法兰连接，鼓泡重力反应塔和恒温沉降塔之间可拆卸。搅拌反应塔塔内包括上部的气相区、中下部的反应区和顶部的反应气体出口；反应区与气相区的分界处为搅拌反应塔距塔顶2/5塔壁高度处。搅拌反应塔径高比为1:35。搅拌反应塔塔顶部设有反应气体出口和冷凝液体入口；塔内上部的气相区内设有多层交替设置的冷却盘管；塔内下部设气体入口和气体均布器；塔底部与恒温沉降塔连接。搅拌反应塔距塔顶1/3塔壁高度处设有用于引出反应区中过量反应液以维持反应区液面平衡的反应液出口。冷凝液体入口连接冷凝系统；所述的冷凝系统包括冷凝器和油水分离器。油水分离器分离出水分及回收反应原料或溶剂。恒温沉降塔顶部与所述鼓泡重力反应塔底部通过法兰连接；恒温沉降塔顶部设有反应物料入口和排液口，恒温沉降塔下部设有液体产物出口；恒温沉降塔内在距恒温沉降塔距塔底5/10高度处设置有微孔滤板，循环管道与搅拌反应塔的反应区上部连接，在恒温沉降塔距塔底3/10高度处设有循环管道；循环管道上设有控制循环管道连通和隔断的阀门。循环管道上设置循环泵。
应用实例：采用图2所示的反应分离同步反应器进行环己烷的空气氧化制备KA油和己二酸产品；环己烷原料中加入醋酸钴作为催化剂(浓度达到60ppm)，混合液从恒温沉降塔上部的反应物料入口进入恒温沉降塔以及与恒温沉降塔连通的搅拌反应塔中，直至充满恒温沉降塔和搅拌反应塔的反应区，从搅拌反应塔的气体原料入口通入空气，将搅拌反应塔温度调节到125℃，塔内压力保持0.6MPa进行氧化反应，打开循环管道的阀门，开启循环泵，反应生成的KA油和己二酸产物随着循环液快速沉降，进入恒温沉降塔，KA油通过微孔滤板沉降在恒温沉降塔的底部，己二酸产物截留在多孔滤板上。待恒温沉降塔内产物收集到一定程度，关闭循环泵和循环管道上的阀门。从恒温沉降塔顶部的排液口排出回收反应液后，将装满产物的恒温沉降塔进行处理，先从恒温沉降塔底部液体产物出口依次排出分别收集KA油产物及少量反应液，开启法兰，从恒温沉降塔上部取出己二酸固体。对收集的KA油和己二酸产物进行简单干燥处理后，对产品的纯度进行检测，KA油的纯度达到98％，己二酸的纯度达到99％。对反应液成分的检测，计算出环己烷的氧化转化率达到43％。反应持续进行，无管道堵塞的情况发生。
Claims (4)
1.一种改进的反应分离同步反应器，包括鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔以及与所述鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔底部连接的恒温沉降塔；所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔塔内包括上部的气相区、中下部的反应区和顶部的反应气体出口；所述鼓泡重力反应塔的反应区内的塔壁上沿塔轴45～75°夹角方向倾斜设有多组交替分布的重力沉降板，所述重力沉降板板面设有可使气体和液体通过的小孔；所述搅拌反应塔的反应区内设有搅拌器；所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔塔内反应区底部设有气体入口，所述气体入口处设有气体均布器；其特征在于，所述的鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔与恒温沉降塔之间通过法兰连接；所述的恒温沉降塔内设有可供液体通过的微孔滤板，所述的恒温沉降塔在所述微孔滤板下部设有循环管道与鼓泡重力反应塔或搅拌反应塔的反应区上部连接；
所述的微孔滤板设置在恒温沉降塔距塔底4/10～6/10高度处；
所述的微孔滤板下部的循环管道设置在恒温沉降塔距塔底2/10～4/10高度处；
所述的循环管道上设有循环泵。
2.根据权利要求1所述的改进的反应分离同步反应器，其特征在于，循环管道上设有阀门。
3.根据权利要求1所述的改进的反应分离同步反应器，其特征在于，所述的恒温沉降塔底部设有液体产物出口。
4.根据权利要求1所述的改进的反应分离同步反应器，其特征在于，所述的恒温沉降塔顶部设有排液口。
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