CN203648396U - 一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及精细化工技术领域，具体涉及一种反应装置。一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，包括反应釜，反应釜分别连接酸贮罐、催化剂配制罐，反应釜的顶部设有喷射混合器，喷射混合器的喷嘴朝向反应釜内部下方。喷射混合器设有两个进料口，一个进料口连接酸贮罐，另一个进料口连接第二换热器。反应釜通过循环泵连接第一换热器，第一换热器连接渗透汽化膜组件，渗透汽化膜组件的出料口连接第二换热器，渗透汽化膜组件的水蒸气出口连接真空泵。本实用新型能及时移出反应过程中的水，提高转化率；采用喷射混合器对物料的高效混合反应，提高反应速率；反应产物能容易得到含量很高的酯化产品，减少设备投资。

Description

一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置

技术领域

本实用新型涉及精细化工技术领域，具体涉及一种反应装置。

背景技术

大多数的酯化反应为可逆反应，反应过程中如果不把产物中的水移走，反应受化学平衡限制导致反应转化率很低；反应过程中由于原料浓度的降低导致反应速率过低，反应时间过长；反应结束后，由于产物酯与醇及副产物水存在共沸，会耗用大量的蒸汽来提纯产物。

现有的提高产率的措施为：一方面加入过量的乙醇，另一方面在反应过程中不断蒸出生成的产物和水，促进平衡向生成酯的方向移动。但是，酯和水或醇的共沸点与醇接近，为了能蒸出生成的酯和水，又尽量使原料醇少蒸出来，就会导致反应精馏塔的填料高度过高，增加设备投资及操作费用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，包括反应釜，所述反应釜分别连接酸贮罐、催化剂配制罐，其特征在于，所述反应釜的顶部设有喷射混合器，所述喷射混合器的喷嘴朝向反应釜内部下方；

所述喷射混合器设有两个进料口，其中一个进料口连接所述酸贮罐，另一个进料口连接一第二换热器；

所述反应釜的底部通过一循环泵连接一第一换热器，所述第一换热器连接一渗透汽化膜组件，所述渗透汽化膜组件的出料口连接所述第二换热器，所述渗透汽化膜组件的水蒸气出口连接一真空泵。

本实用新型工作时，首先在催化剂配制罐内配置催化剂及原料醇的混合液，之后将混合液打入反应釜内，启动循环泵，反应液体在回路中大流量循环，通过第二换热器调整温度至反应温度后，酸贮罐向反应釜内进料，在反应釜内原料酸在喷射混合器的作用下，使液液充分混合反应，未反应完的混合液（含有未反应的醇及生成的产物水及酯），通过第一换热器加热至混合液的泡点温度（饱和液体）后进入渗透汽化膜组件，此时开启真空泵，混合液中的水渗透进入渗透汽化膜组件，渗透汽化膜组件内在真空泵的作用下为微负压，饱和水在管内迅速汽化，除去水分的工艺物料从物料出料口流出后通过第二换热器调整至反应温度后再次进入喷射混合器与新鲜原料酸反应，如此循环直至反应液中不含醇为止。

传统的釜式反应，由于化学平衡的限制，为了提高转化率就必须加入过量的原料醇，而产物酯与醇及副产物水存在共沸，反应结束后会耗用大量的蒸汽来提纯产物。且在反应过程中由于原料酸浓度的降低，使得总的反应速率很低。

传统的反应精馏装置可以边反应边移走反应过程中生成的水，解决了转化率低的问题，但是很多酯化产物与原料醇或水共沸，反应过程中为了能尽量蒸出产物酯及水，而又尽可能少地蒸出原料醇，就会导致反应精馏塔的填料高度过高，从而导致投资过高。

与传统反应釜、与传统反应精馏塔相比：

本实用新型的渗透汽化膜组件可以在反应过程中随时移走反应过程中的水，使反应向产物方向移动，提高反应转化率；反应液在喷射混合器的喷嘴处与新鲜的原料酸高效地混合、反应，可以促进物料的充分混合，提高反应速率，也不存在反应釜中由于酸的浓度降低导致的反应速率下降的问题。另外，反应结束后混合液中只含有产物酯及少量的原料酸及催化剂，该混合液稍加蒸馏便可得到含量很高的产品酯，不存在反应精馏塔填料过高，投资过高的问题。

所述第一换热器与所述渗透汽化膜组件之间的管路上连接一产品罐。采用渗透汽化膜组件去除水分后的物料通过第二换热器调整至反应温度后，再次进入喷射混合器与新鲜原料酸反应，如此循环直至反应液中不含醇后，可将产品打至产品罐。然后补充新鲜的含醇催化剂，再次进行反应。此时的渗透汽化膜组件可以间歇操作，也可以连续操作。

所述喷射混合器包括工作喷嘴、包覆在所述工作喷嘴外的吸液室、位于所述吸液室下方与吸液室联通的混合室，位于所述混合室下方与混合室联通的扩散室；

所述工作喷嘴的喷射口朝向下方，所述工作喷嘴的顶部设有喷嘴进料口，所述喷嘴进料口联通所述第二换热器的出料口；

所述吸液室的一侧设有酸进料口，所述酸进料口联通所述酸贮罐。本实用新型的喷嘴为自吸式高速喷嘴，在反应釜内原料酸被喷射混合器的自吸式高速喷嘴所产生的高速射流液体所吸收，从而实现液液充分混合反应。

所述酸进料口的位置高于所述喷嘴的喷射口位置。以便在混合室实现液液充分混合反应。

所述扩散室的内壁为上窄下宽的截头圆锥体结构。

所述渗透汽化膜组件采用管壳式结构，所述渗透汽化膜组件包括壳体，所述壳体上设有与所述第一换热器连接的工艺物料进口、与所述第二换热器连接的工艺物料出口、与所述真空泵连接的水蒸气出口；所述壳体内设有物料通道，所述物料通道分别与所述工艺物料进口、所述工艺物料出口联通；

所述壳体内水平设有复数个分离膜管，所述分离膜管的出气口联通所述水蒸气出口；所述分离膜管上设有复数个折流板，所述折流板交错设置形成所述物料通道；

所述壳体内还设有隔离管板，所述隔离管板将物料通道与水蒸气出口隔开。本实用新型的渗透汽化膜组工作时，从第一换热器排出的物料进入工艺物料进口，在通过壳体内的物料通道时，在分离膜管的作用下，物料中的水蒸气渗入分离膜管，由分离模块的出气口排出，其余物料从工艺物料出口排入第二换热器中。

所述分离膜管的设置方向与壳体的长度方向相同，所述折流板与所述分离膜管垂直，所述隔离管板也与所述分离膜管垂直。

所述分离膜管的左右两侧均设有出气口，所述壳体的左右两侧为上封头、下封头，所述上封头与所述下封头上均设有所述水蒸气出口；

所述隔离管板有两个，分别设置在左右两侧的所述分离膜管上。

所述酸贮罐通过一酸进料泵连接所述反应釜。

所述催化剂配制罐通过一催化剂进料泵连接所述反应釜。

所述渗透汽化膜组件的水蒸气出口通过一凝液换热器连接所述真空泵。

所述第一换热器的出口设有一温度计，所述第一换热器的公共工程入口（换热介质入口）处设有流量计，所述温度计与所述流量计联锁。具体使用时，温度计示数为混合液的泡点温度，通过流量大小来控制进入渗透汽化膜组件的混合液为饱和溶液。

所述第二换热器的出口设有另一温度计，所述第二换热器的公共工程入口（换热介质入口）处设有另一流量计，所述温度计与所述流量计联锁。以便通过流量大小来控制适宜的反应温度。

有益效果：由于采用上述技术方案，本实用新型能及时移出反应过程中的水，提高转化率；反应为新鲜乙酸与含醇催化剂在喷射混合器喷嘴处的高效混合反应，提高反应速率；反应结束后产物中只存在酯、少量未反应的酸及催化剂，稍加蒸馏便可得到含量很高的酯化产品，减少设备投资、降低蒸汽的用量。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为本实用新型喷射混合器的一种结构示意图；

图3为本实用新型渗透汽化膜组件的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。

参照图1，一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，包括依次连接的反应釜3、循环泵5、第一换热器6、渗透汽化膜组件8、第二换热器9。反应釜3的顶部设有喷射混合器4，喷射混合器4与反应釜3串联操作。喷射混合器4的喷嘴朝向反应釜3内部下方。喷射混合器4设有两个进料口，其中一个进料口通过酸进料泵12连接酸贮罐11，另一个进料口连接第二换热器9。反应釜3还通过催化剂进料泵2连接催化剂配制罐1。渗透汽化膜组件8的水蒸气出口通过凝液换热器13连接真空泵14。第一换热器6与渗透汽化膜组件8之间的管路上连接产品罐16。

参照图2，喷射混合器4包括工作喷嘴18、包覆在工作喷嘴18外的吸液室19、位于吸液室19下方与吸液室19联通的混合室20，位于混合室20下方与混合室20联通的扩散室21。扩散室21的内壁为上窄下宽的截头圆锥体结构。工作喷嘴18的喷射口朝向下方，工作喷嘴18的顶部设有喷嘴进料口，喷嘴进料口联通第二换热器9的出料口。吸液室19的一侧设有酸进料口，酸进料口联通酸贮罐11。酸进料口的位置高于喷嘴的喷射口位置。以便在混合室20实现液液充分混合反应。

参照图3，渗透汽化膜组件8采用管壳式结构，所渗透汽化膜组件8包括壳体26，壳体26上设有与第一换热器6连接的工艺物料进口22、与第二换热器9连接的工艺物料出口23、与真空泵14连接的水蒸气出口24。壳体26内设有物料通道，物料通道分别与工艺物料进口22、工艺物料出口23联通。壳体26内水平设有复数个分离膜管27，分离膜管27的出气口联通水蒸气出口24。分离膜管27上设有复数个折流板28，折流板28交错设置形成物料通道。分离膜管27的设置方向与壳体26的长度方向相同，折流板28与分离膜管27垂直，壳体26内还设有隔离管板30，隔离管板30将物料通道与水蒸气出口24隔开。隔离管板30也与分离膜管27垂直。

分离膜管27的左右两侧均设有出气口，壳体26的左右两侧为上封头25、下封头29，上封头25与下封头29上均设有水蒸气出口24。隔离管板30有两个，分别设置在左右两侧的分离膜管27上。

本实用新型工作时，首先在催化剂配制罐1内配置催化剂及原料醇的混合液，之后通过催化剂进料泵2将混合液打入反应釜3内，启动循环泵5，反应液体在回路中大流量循环，通过第二换热器9调整温度至反应温度后，开启酸进料泵12，酸贮罐11向反应釜3内进料，在反应釜3内原料酸在喷射混合器4的喷嘴18所产生的高速射流液体所吸收，从而使液液充分混合反应，未反应完的混合液（含有未反应的醇及生成的产物水及酯），通过第一换热器6加热至混合液的泡点温度（饱和液体）后进入渗透汽化膜组件8，此时开启真空泵14，混合液中的水渗透进入分离膜管27，分离膜管27内在真空泵14的作用下为微负压，饱和水在管内迅速汽化，除去水分的工艺物料从工艺物料出口23流出后通过第二换热器9调整至反应温度后再次进入喷射混合器4的喷嘴18与新鲜原料酸反应，如此循环直至反应液中不含醇，便可将产品打至产品罐，并通过催化剂进料泵2补充新鲜的含醇催化剂，再次进行反应。此时的渗透汽化膜组件8可以间歇操作，也可以连续操作。

传统的釜式反应，由于化学平衡的限制，为了提高转化率就必须加入过量的原料醇，而产物酯与醇及副产物水存在共沸，反应结束后会耗用大量的蒸汽来提纯产物。且在反应过程中由于原料酸浓度的降低，使得总的反应速率很低。传统的反应精馏装置可以边反应边移走反应过程中生成的水，解决了转化率低的问题，但是很多酯化产物与原料醇或水共沸，反应过程中为了能尽量蒸出产物酯及水，而又尽可能少地蒸出原料醇，就会导致反应精馏塔的填料高度过高，从而导致投资过高。

与传统反应釜3、与传统反应精馏塔相比：本实用新型的渗透汽化膜组件8可以在反应过程中随时移走反应过程中的水，使反应向产物方向移动，提高反应转化率；反应液在喷射混合器4的喷嘴处与新鲜的原料酸高效地混合、反应，可以促进物料的充分混合，提高反应速率，也不存在反应釜3中由于酸的浓度降低导致的反应速率下降的问题。另外，反应结束后混合液中只含有产物酯及少量的原料酸及催化剂，该混合液稍加蒸馏便可得到含量很高的产品酯，不存在反应精馏塔填料过高，投资过高的问题。

第一换热器6的出口设有温度计7，第一换热器6的公共工程入口（换热介质入口）处设有流量计，温度计7与所流量计联锁。具体使用时，温度计7示数为混合液的泡点温度，通过流量大小来控制进入渗透汽化膜组件8的混合液为饱和溶液。

第二换热器9的出口设有另一温度计8，第二换热器9的公共工程入口（换热介质入口）处设有另一流量计，温度计8与流量计联锁。以便通过流量大小来控制适宜的反应温度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，包括反应釜，所述反应釜分别连接酸贮罐、催化剂配制罐，其特征在于，所述反应釜的顶部设有喷射混合器，所述喷射混合器的喷嘴朝向反应釜内部下方；

所述喷射混合器设有两个进料口，其中一个进料口连接所述酸贮罐，另一个进料口连接一第二换热器；

所述反应釜通过一循环泵连接一第一换热器，所述第一换热器连接一渗透汽化膜组件，所述渗透汽化膜组件的出料口连接所述第二换热器，所述渗透汽化膜组件的水蒸气出口连接一真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述第一换热器与所述渗透汽化膜组件之间的管路上连接一产品罐。

3.根据权利要求1所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述喷射混合器包括工作喷嘴、包覆在所述工作喷嘴外的吸液室、位于所述吸液室下方与吸液室联通的混合室，位于所述混合室下方与混合室联通的扩散室；

所述工作喷嘴的喷射口朝向下方，所述工作喷嘴的顶部设有喷嘴进料口，所述喷嘴进料口联通所述第二换热器的出料口；

所述吸液室的一侧设有酸进料口，所述酸进料口联通所述酸贮罐。

4.根据权利要求3所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述酸进料口的位置高于所述喷嘴的喷射口位置。

5.根据权利要求3所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述扩散室的内壁为上窄下宽的截头圆锥体结构。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述渗透汽化膜组件采用管壳式结构，所述渗透汽化膜组件包括壳体，所述壳体上设有与所述第一换热器连接的工艺物料进口、与所述第二换热器连接的工艺物料出口、与所述真空泵连接的水蒸气出口；所述壳体内设有物料通道，所述物料通道分别与所述工艺物料进口、所述工艺物料出口联通；

所述壳体内水平设有复数个分离膜管，所述分离膜管的出气口联通所述水蒸气出口；所述分离膜管上设有复数个折流板，所述折流板交错设置形成所述物料通道；

所述壳体内还设有隔离管板，所述隔离管板将物料通道与水蒸气出口隔开。

7.根据权利要求6所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述分离膜管的左右两侧均设有出气口，所述壳体的左右两侧为上封头、下封头，所述上封头与所述下封头上均设有所述水蒸气出口；

所述隔离管板有两个，分别设置在左右两侧的所述分离膜管上。

8.根据权利要求1所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述酸贮罐通过一酸进料泵连接所述反应釜；

所述催化剂配制罐通过一催化剂进料泵连接所述反应釜。

9.根据权利要求1所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述渗透汽化膜组件的水蒸气出口通过一凝液换热器连接所述真空泵。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、8或9所述的一种用于合成酯类化合物的渗透汽化膜反应装置，其特征在于，所述第一换热器的出口设有一温度计，所述第一换热器的公共工程入口处设有流量计，所述第一换热器处的温度计与所述第一换热器处的流量计联锁；

所述第二换热器的出口设有另一温度计，所述第二换热器的公共工程入口处设有另一流量计，所述第二换热器处的温度计与所述第二换热器处的流量计联锁。

Images