CN209508105U - 一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，包括依次相连的进料泵、加热器、共沸催化反应塔、成品精馏塔，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入蒸发段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品。甲醛水溶液与脱水剂混合后，在共沸脱水、提浓催化的协同作用下，生产高纯三聚甲醛产品，克服了现存水吸收技术、浓缩技术、硫酸催化技术、萃取烘干技术存在的缺陷和弊端，开创了一条工艺条件温和、流程短、投资小、见效快、高效低耗、清洁环保诸多优势兼具的新技术。

Description

一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置

技术领域

本实用新型涉及一种三聚甲醛的合成装置与方法，具体涉及一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，属于精细化工技术领域。

背景技术

三聚甲醛是重要的化工原料，应用非常广泛。目前工艺上比较成熟的合成技术路线是：以35-45％的甲醛水溶液为原料，以液体硫酸为催化剂合成三聚甲醛，这样就给合成三聚甲醛的工艺带来先天不足：三废排放多、生产环境差、流程长、投资大、生产设备腐蚀严重等问题，因此开发一种高效节能、清洁环保的新技术势在必行。

现存的合成方法为：35-45％含量的甲醛水溶液→减压浓缩→加热100℃→进入搪瓷反应釜→用2-10％硫酸催化→蒸发浓缩三聚甲醛水溶液→再萃取精制→烘干得到最终成品。而本技术是用共沸催化列管床反应器，直接用甲醛水溶液集共沸脱水、催化于一身，并在脱水剂的作用下，同时发生脱水、催化协同作用，一并合成三聚甲醛的一种新技术。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中硫酸法催化合成三聚甲醛存在的先天不足，而提供一种共沸催化合成三聚甲醛的装置和方法，克服了现存水吸收技术、浓缩技术、硫酸催化技术、萃取烘干技术等存在的缺陷和弊端，开创了一条工艺条件温和、工艺流程短、投资小、见效快、高效低耗、清洁环保的方法及装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，包括依次相连的进料泵、加热器、共沸催化反应塔、成品精馏塔，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入共沸脱水段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品；其特征在于：

所述的进料泵，设有进口7A和出口7B，其中：进口7A与能够提供原料甲醛水溶液与脱水剂的装置相连接；

所述的加热器，设有进口6A和出口6B，其中：进口6A与进料泵的出口7B相连接；

所述的共沸催化反应塔，顶部设有气相出口1A、底部设有出料口1E，侧壁的上部设有第一回流进液口1B、中部设有进料口1C、中下部设有加热液出口1F和加热液进口1D、下部设有第二回流进液口1G，加热液进口1D的位置低于加热液出口1F；其中：进料口1C与加热器的出口6B相连接；气相出口1A依次连接有冷凝器I、回流罐I和回流泵I，回流泵I 的泵出口与第一回流进液口1B相连接；加热液进口1D与热水泵相连接，加热液出口1F与热水收集系统相连接；

所述的成品精馏塔，顶部设有气相出口8C、底部设有成品出料口8D，侧壁上方设有回流口8B、中部设有进料口8A，其中：进料口8A与共沸催化反应塔的出料口1E相连接；气相出口8C依次连接有冷凝器II、回流罐II和回流泵II；回流泵II的泵出口分为三路，一路与回流口8B相连接，另一路与共沸催化塔的第一回流进液口1B相连接，第三路与共沸催化塔的第二回流进液口1G口相连接，继续进入到共沸催化塔中持续脱水而循环利用；出料口 8D与采集或接受成品三聚甲醛的装置相连接。

上述技术方案中，所述的共沸催化反应塔，内顶端设有除沫器，所述除沫器下方包括位于上部的共沸脱水段和下部的催化段，所述共沸脱水段的顶部从上至下依次设置分布器、格栅板；所述催化段的顶部从上至下依次设置分布器、格栅板，所述催化段的底部从上至下依次设有分布器、垫层、格栅板；所述共沸脱水段装有塔内件，所述塔内件为包括规整填料或塔板中的任意一种；所述塔内件选用包括规整填料，所述规整填料装填段数为N，且1≦N ≦100，每段高度为1-3米，各段之间均设有分布器、格栅板，所述分布器在所述格栅板之上；或者所述塔内件选用包括塔板，所述塔板数为M，1≦M≦100；所述催化段包括列管床，所述催化段的段数为N，1≦N≦10，各段之间从上至下依次设有分布器、垫层、格栅板；

所述列管床包括多根竖置的列管，所述列管内填充模块催化剂，所述列管外壁和反应塔内壁之间为加热液流道，所述列管床的顶部和底部均设置封闭挡板将加热液通道上下端闭合，所述挡板上设有多个开口连通对应的列管两头开口；所述共沸脱水段流下的反应原料依次穿过多段所述催化段中的各所述分布器、垫层、格栅板、列管排出；

所述共沸催化反应塔顶部设有气相出口1A、底部设有出料口1E，所述共沸催化反应塔侧壁上位于所述列管床底部设置加热液进口1D、所述加热液进口1D对侧在所述共沸催化反应塔侧壁上位于列管床顶部设置加热液出口1F，所述共沸催化反应塔最上部的分布器连通其侧壁上设置的第一回流进液口1B、最下部的分布器连通其侧壁上设置的第二回流进液口1G，中部的所述塔内件上方的分布器连通所述共沸催化反应塔侧壁上设置的进料口1C。

上述技术方案中，所述的垫层为石英砂或瓷球以不同颗粒度组合成的五层层状结构，所述五层层状结构即为五级级配：即最上层颗粒度接近于或略大于所述催化剂的颗粒度，最下层的颗粒度略大于所述格栅板的间隙尺度，之间三层从上至下，由小渐大、上下粒度衔接排列，每层厚度在5～15cm。

上述技术方案中，所述除沫器、分布器、格栅板，其材质都是不锈钢。

上述技术方案中，各段所述催化段上均设有加热液进口1D和加热液出口1F。

上述技术方案中，所述模块催化剂，结构同专利201620189729.2中的模块催化剂：包括催化剂、金属丝网、金属丝网波纹板，所述模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片所述金属丝网之间承装所述的催化剂颗粒形成催化剂层，且该催化剂层内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内的所述催化剂层间隔设置。

上述技术方案中，所述模块催化剂中的催化剂为强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂、负载金属的超强酸树脂催化剂；优选球状或珠状的强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂或负载金属的超强酸树脂催化剂；负载金属的种类为元素周期表的主族II和VIII族元素，负载量为树脂催化剂交换量的1-20％。

上述技术方案中，每段列管管数为F，1≦F≦10x10⁴；每根管径为E，2≦E≦30cm。

上述技术方案中，所述的共沸催化反应塔，从进料泵添加到其内的脱水剂为二氯乙烷、苯、芳烃、环己烷中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。

上述技术方案中，所述的回流罐I，设有进液口、排液口和排水口，内部设有聚结器；其中，进液口与冷凝器I的出口相连接，排液口与回流泵I的泵进口相相连接，排水口与废水处理系统相连接，气相经冷凝器I冷凝后形成液相，进入回流罐I中后，在聚结器和静态分层的双重作用下将所脱之水由排水口排出。

上述技术方案中，所述的成品精馏塔，侧壁下方安设有重沸器。

本实用新型中，所述的冷凝器I、回流罐I、聚结器、回流泵I、加热器、进料泵、成品精馏塔、重沸器、冷凝器II、回流罐II、回流泵II均为本领域市售产品，或具有相应功能的常规产品。

本实用新型还提供一种共沸催化反应合成三聚甲醛的方法，包括以下步骤：

(1)共沸脱水：将甲醛水溶液、脱水剂加热至50-100℃后达到共沸温度，水和部分脱水剂变成气相从而将水导出达到浓缩甲醛的目的，脱水后形成的混合物为浓缩的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；而气相的水和部分脱水剂经冷凝、聚结后形成液相的水和液相的脱水剂，液相的水排出，液相的脱水剂循环利用；

(2)聚合反应：步骤(1)中形成的混合物，其中的浓缩的甲醛水溶液，在催化剂A的催化作用下进行聚合反应生成三聚甲醛水溶液，经过聚合反应后，产物为三聚甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；

(3)成品分馏：步骤(2)中形成的产物，在加热状态下进行分馏，得到气相和液相；气相为产物中存在的脱水剂和少量的水，经冷凝后一部分回流、一部分返回至步骤(1)中循环利用，液相为产品三聚甲醛成品，采收。

上述技术方案中，方法具体包括以下步骤：

(1)共沸脱水：甲醛水溶液、脱水剂由进料泵导入到加热器的管程中进行加热，在常压或微正压条件下加热至50-100℃后达到共沸温度，由进料口1C导入到共沸催化反应塔的共沸脱水段中进行共沸脱水，达到浓缩甲醛的目的，在共沸原理的作用下，塔内形成两相：气相为水和部分脱水剂，液相为脱水浓缩后的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；其中：气相上升至塔顶从气相出口1A排出，且经冷凝器I冷凝后形成液相的水和脱水剂，液相的水和脱水剂在回流罐I中的聚结器和静态分层的双重作用下将所脱之水由排水口排出，液相的脱水剂则被回流泵I泵送至第一回流口1B从而全回流至共沸催化反应塔中循环利用；而脱水浓缩后的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂，在重力的作用下会下行至共沸催化反应塔的催化段中；

(2)聚合反应：脱水浓缩后的甲醛水溶液下行至催化段的列管床中，在列管内的催化剂的催化作用下进行聚合反应生成三聚甲醛水溶液，经过聚合反应后，产物为三聚甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；产物在重力作用下继续下行至塔底，由出料口1E排出且由进料口 8A导入到成品精馏塔中；催化段的加热液进口1D与热水泵相连接，热水泵提供的热水进入到催化段的壳程中，为列管内的聚合反应提供温度，加热液出口1F与热水收集系统相连接；

(3)成品分馏：步骤(2)中形成的产物导入到成品精馏塔后，在重沸器的加热状态下进行分馏，得到气相和液相；气相为产物中存在的脱水剂和少量的水，经气相出口8C排出且进入到冷凝器II中进行冷凝，冷凝得到的脱水剂和少量的水依次流经回流罐II、回流泵II 后分为三路，一路与回流口8B相连接，另一路与共沸催化塔的第一回流进液口1B相连接，第三路与列管床最下部分布器连通的第二回流进液口1G相连接，继续进入到列管床中持续脱水而循环利用；塔底所得到的液相即成品纯净的三聚甲醛产品，由出料口8D排出被采集。

上述技术方案中，步骤(1)中，脱水剂与甲醛水溶液的配比按共沸组成和甲醛浓度而定，按质量比可掌握在1-10：1；即脱水剂与甲醛水溶液中的甲醛的质量比为1-10：1；甲醛水溶液中甲醛的质量分数为30-55％。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述的脱水剂为纯苯、芳烃、二氯乙烷、环己烷中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述催化剂为强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂、负载金属的超强酸树脂催化剂；优选球状或珠状的强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂或负载金属的超强酸树脂催化剂；负载金属的种类为元素周期表的主族II和VIII族元素，负载量为树脂催化剂交换量的1-20％。

上述技术方案中，步骤(2)中，所述的热水泵，提供的热水的温度为80-120℃，保证列管床内聚合反应的温度为70-110℃。

上述技术方案中，步骤(3)中，所述的成品精馏塔，操作条件为：塔顶温度：30-110℃；塔底温度：80-180℃；操作压力：0.01-1.5Mpa。

上述技术方案中，步骤(3)中，冷凝得到的脱水剂和少量的水从回流口8B回流至成品精馏塔中，回流比为0.1-2.0。

本实用新型技术方案的优点在于：取代了现有设备中的多个分散式组件的连接，将多种功能集成在一个反应塔中，大大简化了生产工艺，缩短了反应时间，在高效制取三聚甲醛时效果显著。甲醛水溶液与共沸剂混合后，在共沸脱水、提浓催化的协同作用下，生产高纯三聚甲醛产品，克服了现存：水吸收技术、浓缩技术、硫酸催化技术、萃取烘干技术存在的缺陷和弊端，开创了一条工艺条件温和，工艺流程短，投资小，见效快；高效低耗，清洁环保诸多优势兼具的新技术工艺路线。

附图说明

图1为：本实用新型中共沸催化合成三聚甲醛的装置的结构图；

图2为：共沸催化反应塔的内部结构示意图；

图3为：单根列管横截面处模块催化剂的结构示意图；

其中：1-共沸催化反应塔，101-气相出口1A，102-第一回流进液口1B，103-进料口1C， 104-加热液进口1D，105-出料口1E，106-加热液出口1F，107-第二回流进液口1G，2-冷凝器I，3-回流罐I，4-聚结器，5-回流泵I，6-加热器，7-进料泵，8-成品精馏塔，9-重沸器，10- 冷凝器II，11-回流罐II，12-回流泵II；13-除沫器，14-分布器，15-塔内件，16-列管床，17- 列管，18-垫层，19-格栅板，40-模块催化剂，401-催化剂层，402-金属丝网，403-金属丝网波纹板。

具体实施方式

以下对本实用新型技术方案的具体实施方式详细描述，但本实用新型并不限于以下描述内容：

本实用新型首先提供一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，包括依次相连的进料泵7、加热器6、共沸催化反应塔1、成品精馏塔8，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器6 的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入共沸脱水段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔8中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品；如图1-3所示：

所述的进料泵7，设有进口7A和出口7B，其中：进口7A与能够提供原料甲醛水溶液与脱水剂的装置相连接；

所述的加热器6，设有进口6A和出口6B，其中：进口6A与进料泵的出口7B相连接；

所述的共沸催化反应塔1，顶部设有气相出口1A 101、底部设有出料口1E 105，侧壁的上部设有第一回流进液口1B 102、中部设有进料口1C 103、中下部设有加热液出口1F106 和加热液进口1D 104、下部设有第二回流进液口1G 107，加热液进口1D的位置低于加热液出口1F；其中：进料口1C与加热器6的出口6B相连接；气相出口1A依次连接有冷凝器 I2、回流罐I 3和回流泵I 5，回流泵I的泵出口与第一回流进液口1B相连接；加热液进口 1D与热水泵相连接，加热液出口1F与热水收集系统相连接；

所述的成品精馏塔8，顶部设有气相出口8C、底部设有成品出料口8D，侧壁上方设有回流口8B、中部设有进料口8A，其中：进料口8A与共沸催化反应塔的出料口1E相连接；气相出口8C依次连接有冷凝器II 10、回流罐II 11和回流泵II 12；回流泵II 12的泵出口分为三路，一路与回流口8B相连接，另一路与共沸催化塔的第一回流进液口1B相连接，第三路与共沸催化塔的第二回流进液口1G口相连接，继续进入到共沸催化塔中持续脱水而循环利用；出料口8D与采集或接受成品三聚甲醛的装置相连接。

所述的共沸催化反应塔1，内顶端设有除沫器13，所述除沫器13下方包括位于上部的共沸脱水段和下部的催化段，所述共沸脱水段的顶部从上至下依次设置分布器14、格栅板 19；所述催化段的顶部从上至下依次设置分布器14、格栅板19，所述催化段的底部从上至下依次设有分布器14、垫层18、格栅板19；所述共沸脱水段装有塔内件15，所述塔内件15为包括规整填料或塔板中的任意一种；所述塔内件15选用包括规整填料，所述规整填料装填段数为N，且1≦N≦100，每段高度为1-3米，各段之间均设有分布器14、格栅板19，所述分布器14在所述格栅板19之上；或者所述塔内件15选用包括塔板，所述塔板数为M，1 ≦M≦100；所述催化段包括列管床16，所述催化段的段数为N，1≦N≦10，各段之间从上至下依次设有分布器14、垫层18、格栅板19；

所述列管床16包括多根竖置的列管17，所述列管17内填充模块催化剂40，所述列管 17外壁和反应塔1内壁之间为加热液流道，所述列管床16的顶部和底部均设置封闭挡板将加热液通道上下端闭合，所述挡板上设有多个开口连通对应的列管17两头开口；所述共沸脱水段流下的反应原料依次穿过多段所述催化段中的各所述分布器14、垫层18、格栅板19、列管17排出；

所述反应塔1顶部设有气相出口1A 101、底部设有出料口1E 105，所述反应塔1侧壁上位于所述列管床16底部设置加热液进口1D 104、所述加热液进口1D 104对侧在所述反应塔 1侧壁上位于列管床16顶部设置加热液出口1F 106，所述反应塔1最上部的分布器14连通其侧壁上设置的第一回流进液口1B 102、最下部的分布器14连通其侧壁上设置的第二回流进液口1G 107，中部的所述塔内件15上方的分布器14连通所述反应塔1侧壁上设置的进料口1C 103；

所述的垫层18为石英砂或瓷球以不同颗粒度组合成的五层层状结构，所述五层层状结构即为五级级配：即最上层颗粒度接近于或略大于所述催化剂的颗粒度，最下层的颗粒度略大于所述格栅板19的间隙尺度，之间三层从上至下，由小渐大、上下粒度衔接排列，每层厚度在5～15cm；其作用是允许液相流体通过，而截留列管17内催化剂露出；格栅板19起到支撑垫层18的作用；

所述除沫器13、分布器14、格栅板19，其材质都是不锈钢；

各段所述催化段上均设有加热液进口1D 104和加热液出口1F 106；

所述模块催化剂40，结构同专利201620189729.2中的模块催化剂：包括催化剂、金属丝网402、金属丝网波纹板403，所述模块催化剂40由所述的金属丝网402、金属丝网波纹板403间隔平行设置，两片所述金属丝网402之间承装所述的催化剂颗粒形成催化剂层401且该催化剂层401内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板403隔开放置；所述的模块催化剂40内的所述催化剂层401间隔设置；

所述模块催化剂40中的催化剂为强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂、负载金属的超强酸树脂催化剂；优选球状或珠状的强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂或负载金属的超强酸树脂催化剂；负载金属的种类为元素周期表的主族II和VIII族元素，负载量为树脂催化剂交换量的1-20％；

所述的共沸催化反应塔，从进料泵添加到其内的脱水剂为二氯乙烷、苯、芳烃、环己烷中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物；

所述的共沸催化反应塔，塔内的塔内件15若为规整填料，其装填段数为N，1≦N≦100，每段高度为1-3米；每段之间均设有分布器14、格栅板19；若为塔板，则理论板数为 M，1≦M≦100，塔的最顶端设有除沫器13；

所述的共沸催化反应塔的催化段即列管床段，催化段的设计段数为N，1≦N≦10；每段之间均设有分布器14、垫层18、格栅板19；

每段列管17管数为F，1≦F≦10x10⁴；每根管径为E，2≦E≦30cm。

所述的回流罐I 3，设有进液口、排液口和排水口，内部设有聚结器4；其中，进液口与冷凝器I 2的出口相连接，排液口与回流泵I 5的泵进口相相连接，排水口与废水处理系统相连接，气相经冷凝器I冷凝后形成液相，进入回流罐I中后，在聚结器和静态分层的双重作用下将所脱之水由排水口排出。

所述的成品精馏塔8，侧壁下方安设有重沸器9。

本实用新型中，所述的冷凝器I、回流罐I、聚结器、回流泵I、加热器、进料泵、成品精馏塔、重沸器、冷凝器II、回流罐II、回流泵II均为本领域市售产品，或具有相应功能的常规产品。

本实用新型还提供一种共沸催化反应合成三聚甲醛的方法，包括以下步骤：

(1)共沸脱水：将甲醛水溶液、脱水剂加热至50-100℃后达到共沸温度，水和部分脱水剂变成气相从而将水导出达到浓缩甲醛的目的，脱水后形成的混合物为浓缩的甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；而气相的水和部分脱水剂经冷凝、聚结后形成液相的水和液相的脱水剂，液相的水排出，液相的脱水剂循环利用；

(2)聚合反应：步骤(1)中形成的混合物，其中的浓缩的甲醛水溶液，在催化剂A的催化作用下进行聚合反应生成三聚甲醛水溶液，经过聚合反应后，产物为三聚甲醛水溶液和少量的未气化的脱水剂；

(3)成品分馏：步骤(2)中形成的产物，在加热状态下进行分馏，得到气相和液相；气相为产物中存在的脱水剂和少量的水，经冷凝后一部分回流、一部分返回至步骤(1)中循环利用，液相为产品三聚甲醛成品，采收。

下面结合具体的实施例对本实用新型进行阐述：

实施例1：

一种共沸催化反应合成三聚甲醛的方法，包括以下步骤：

(1)共沸脱水：首先由进料泵7将50％的甲醛水溶液100g与80g二氯乙烷(脱水剂)导入加热器6中，常压加热到70-75℃后，由进料口1C进入到共沸催化反应塔1中的共沸脱水段，由于此温度正好是二氯乙烷与水的共沸温度，因此会有共沸组份的水被气化而上升到气相出口1A，即10％的水和50g的二氯乙烷，依次经过冷凝器I 2、回流罐I 3、回流泵I 5，50g左右的二氯乙烷由第一回流进液口1B返回到共沸催化反应塔1中循环利用，其中的水分在回流罐I在聚结器4的作用下被分开，由回流罐I底的排水口排出至污水处理系统；剩余的30g的未气化的二氯乙烷会随着增浓至60％的甲醛水溶液继续下行，来到列管床内。

(2)聚合反应：浓度为60％的甲醛水溶液在列管内的树脂催化剂的催化作用下、共沸催化反应塔内列管床的热水温度在98-100℃、常压状态下进行聚合反应，得到80g的聚合混合产物，其中50g为三聚甲醛(大概含有2g左右的水)，30g是二氯乙烷；聚合混合产物逐渐落入塔底，由出料口1E排出且由进料口8A继续导入成品精馏塔8中。

(3)成品分馏：聚合混合产物在重沸器9的加热条件下，32g左右的二氯乙烷和水被蒸发至气相出口8C，依次经过冷凝器II 10、回流罐II 11、回流泵II 12后分为三路，一路从回流口8B回流6.4g至成品精馏塔中(回流比为0.2)，另一路20g二氯乙烷从第二回流进液口1G返回到列管床中循环利用，另外一路5.6g二氯乙烷由第一回流进液口1B返回共沸脱水段中循环利用，在塔底得到48g的三聚甲醛；成品精馏塔的操作条件是：塔顶温度70-90℃、0.1MPa、塔釜温度80-120℃、0.15MPa。

本实施例中，成品的收率达到95以上％、纯度为近100％。

本实施例中，列管内所装的树脂催化剂为活性成分为D006的模块催化剂；

本实施例中，共沸催化反应塔1的设计如下：列管床为两段，每段高1m，每段共3根列管17，列管直径为5cm，每段之间从上至下设有分布器14、垫层18、格栅板19。共沸脱水段为规整填料，且为两段，每段高度1m，每段从上至下设有分布器14，格栅板19，塔最上端出口处设有除沫器13。除沫器、分布器、规整填料，其材质都是由不锈钢所构成；

本实施例中，所述的垫层材质是瓷球。

实施例2：

一种共沸催化合成三聚甲醛的方法，方法步骤均与实施例1相同，所不同的是把甲醛水溶液和二氯乙烷的进料量加大1倍，列管床16设置为一段，每段高1m，每段共3根列管17，列管17直径为5cm。成品的收率仍保持在95％左右、纯度为近100％。

上述实例只是为说明本实用新型的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共沸催化反应合成三聚甲醛的装置，包括依次相连的进料泵(7)、加热器(6)、共沸催化反应塔(1)、成品精馏塔(8)，原料甲醛水溶液与脱水剂首先进入到加热器(6)的管程内加热，然后进入到共沸催化反应塔中进行脱水，脱水的结果分为两相：气相上升进入共沸脱水段而流出塔外，液相在重力的作用下落入催化段而进行聚合反应；聚合产物导入到精馏塔(8)中，经分馏后得到产物三聚甲醛成品；其特征在于：

所述的进料泵(7)，设有进口7A和出口7B，其中：进口7A与能够提供原料甲醛水溶液与脱水剂的装置相连接；

所述的加热器(6)，设有进口6A和出口6B，其中：进口6A与进料泵的出口7B相连接；

所述的共沸催化反应塔(1)，顶部设有气相出口1A(101)、底部设有出料口1E(105)，侧壁的上部设有第一回流进液口1B(102)、中部设有进料口1C(103)、中下部设有加热液出口1F(106)和加热液进口1D(104)、下部设有第二回流进液口1G(107)，加热液进口1D的位置低于加热液出口1F；其中：进料口1C与加热器(6)的出口6B相连接；气相出口1A依次连接有冷凝器I(2)、回流罐I(3)和回流泵I(5)，回流泵I的泵出口与第一回流进液口1B相连接；加热液进口1D与热水泵相连接，加热液出口1F与热水收集系统相连接；

所述的成品精馏塔(8)，顶部设有气相出口8C、底部设有成品出料口8D，侧壁上方设有回流口8B、中部设有进料口8A，其中：进料口8A与共沸催化反应塔的出料口1E相连接；气相出口8C依次连接有冷凝器II(10)、回流罐II(11)和回流泵II(12)；回流泵II(12)的泵出口分为三路，一路与回流口8B相连接，另一路与共沸催化塔的第一回流进液口1B相连接，第三路与共沸催化塔的第二回流进液口1G口相连接，继续进入到共沸催化塔中持续脱水而循环利用；出料口8D与采集或接受成品三聚甲醛的装置相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的回流罐I(3)，设有进液口、排液口和排水口，内部设有聚结器(4)；其中，进液口与冷凝器I(2)的出口相连接，排液口与回流泵I(5)的泵进口相相连接，排水口与废水处理系统相连接，气相经冷凝器I冷凝后形成液相，进入回流罐I中后，在聚结器和静态分层的双重作用下将所脱之水由排水口排出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的成品精馏塔(8)，侧壁下方安设有重沸器(9)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的共沸催化反应塔(1)，内顶端设有除沫器(13)，所述除沫器(13)下方包括位于上部的共沸脱水段和下部的催化段，所述共沸脱水段的顶部从上至下依次设置分布器(14)、格栅板(19)；所述催化段的顶部从上至下依次设置分布器(14)、格栅板(19)，所述催化段的底部从上至下依次设有分布器(14)、垫层(18)、格栅板(19)；所述共沸脱水段装有塔内件(15)，所述塔内件(15)为包括规整填料或塔板中的任意一种；所述塔内件(15)选用包括规整填料，所述规整填料装填段数为N，且1≦N≦100，每段高度为1-3米，各段之间均设有分布器(14)、格栅板(19)，所述分布器(14)在所述格栅板(19)之上；或者所述塔内件(15)选用包括塔板，所述塔板数为M，1≦M≦100；所述催化段包括列管床(16)，所述催化段的段数为N，1≦N≦10，各段之间从上至下依次设有分布器(14)、垫层(18)、格栅板(19)；

所述列管床(16)包括多根竖置的列管(17)，所述列管(17)内填充模块催化剂(40)，所述列管(17)外壁和反应塔(1)内壁之间为加热液流道，所述列管床(16)的顶部和底部均设置封闭挡板将加热液通道上下端闭合，所述挡板上设有多个开口连通对应的列管(17)两头开口；所述共沸脱水段流下的反应原料依次穿过多段所述催化段中的各所述分布器(14)、垫层(18)、格栅板(19)、列管(17)排出；

所述共沸催化反应塔(1)顶部设有气相出口1A(101)、底部设有出料口1E(105)，所述反应塔(1)侧壁上位于所述列管床(16)底部设置加热液进口1D(104)、所述加热液进口1D(104)对侧在所述共沸催化反应塔(1)侧壁上位于列管床(16)顶部设置加热液出口1F(106)，所述共沸催化反应塔(1)最上部的分布器(14)连通其侧壁上设置的第一回流进液口1B(102)、最下部的分布器(14)连通其侧壁上设置的第二回流进液口1G(107)，中部的所述塔内件(15)上方的分布器(14)连通所述共沸催化反应塔(1)侧壁上设置的进料口1C(103)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的垫层(18)为石英砂或瓷球以不同颗粒度组合成的五层层状结构，所述五层层状结构即为五级级配：即最上层颗粒度接近于或略大于所述催化剂的颗粒度，最下层的颗粒度略大于所述格栅板(19)的间隙尺度，之间三层从上至下，由小渐大、上下粒度衔接排列，每层厚度在5～15cm。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述除沫器(13)、分布器(14)、格栅板(19)，其材质都是不锈钢。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，各段所述催化段上均设有加热液进口1D(104)和加热液出口1F(106)。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模块催化剂(40)：包括催化剂、金属丝网(402)、金属丝网波纹板(403)，所述模块催化剂(40)由所述的金属丝网(402)、金属丝网波纹板(403)间隔平行设置，两片所述金属丝网(402)之间承装所述的催化剂颗粒形成催化剂层(401)，且该催化剂层(401)内的所述催化剂颗粒被所述的金属丝网波纹板(403)隔开放置；所述的模块催化剂(40)内的所述催化剂层(401)间隔设置。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模块催化剂(40)中的催化剂为强酸性树脂催化剂、耐高温强酸树脂催化剂、负载金属的超强酸树脂催化剂。

10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，从进料泵添加到共沸催化反应塔(1)内的脱水剂为二氯乙烷、苯、芳烃、环己烷中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。