CN2506637Y - 非均相酯化反应精馏装置 - Google Patents

Abstract

非均相酯化反应精馏装置,包含非均相反应段10、均相反应段20和回收段30,其特征是非均相段10分为列管反应器12和蒸发室13两部分,这两部分的反应混合物借助温差而循环流动。蒸发室13、均相反应段20和回收段30构成统一塔体,产品BHET和BHET 1～4聚合体通过反应产物出口25取出,剩余乙二醇通过出口32回收,水蒸汽通过出口34后被冷凝并部分通过接口33回流。本装置不需要搅拌釜,可达到低的进料摩尔比(EG∶PTA)和高的酯化率,设备简单,能耗低。

Description

非均相酯化反应精馏装置

                             技术领域

本实用新型涉及化工反应装置，更具体地说，涉及非均相酯化反应精馏装置。

                             背景技术

由乙二醇(缩写为EG)与对苯二甲酸(缩写为PTA)通过酯化反应来生产对苯二甲酸乙二醇酯(缩写为BHET)和BHET 1～4聚合体，BHET和BHET 1～4聚合体进一步聚合生成聚对苯二甲酸乙二醇酯(缩写为PET，俗称聚酯)的工艺是本领域的技术人员所熟知的，但是用于该酯化反应的反应器仍存在许多缺点。目前，用于生产BHET和BHET 1～4聚合体的酯化反应器主要有两种类型：一种是带搅拌的釜式反应器，它通常由两釜串联，这是全混型的反应器，其中的大型机械搅拌釜的设计和制造均比较困难，并且传动机械系统的投资费用大。另一种是按热虹吸原理进行物流循环的热虹吸型列管反应器，这种反应器虽然不用机械搅拌釜，但是因为没有用于将生成的产品BHET和BHET 1～4聚合体、水与未反应的原料分离的部分，因此导致其酯化率低(一般只有92％)，以及进料的摩尔比(EG∶PTA)高，在通常情况下，其摩尔比EG∶PTA高达(2.0-2.1)∶1，并且大量过剩的乙二醇(EG)必须加以回收，这样就大大增加了能耗。

                    发明内容

本实用新型的目的是设计一种适合非均相物料的酯化反应的反应精馏装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

1.一种非均相酯化反应精馏装置，该装置按顺序包含非均相反

应段、均相反应段和回收段，其中，

非均相反应段分为列管式加热反应器和蒸发室两部分，其中，列管式加热反应器为独立容器，蒸发室与均相反应段和回收段按下、中、上的位置共同构成一个统一的塔体，在蒸发室和均相反应段二者的外周具有保温加热夹套；

在列管式加热反应器中，其下部具有一条带有反应混合物进料口的循环连接管，上部具有非均相反应产物出口管；

在蒸发室中，其上部与非均相反应产物出口管的一端相连，底部与循环连接管的一端相连，下部通过塔底循环液出口管、循环泵和均相反应段液体进料管而与均相反应段的上部相连；

在均相反应段中，其内部具有塔板，下部具有酯化反应产物出料口，上部与均相反应段液体进料管相连；

在回收段中，其内部具有塔板，下部具有乙二醇出口，上部具有回流液接口，顶部具有水蒸汽逸出口。

2.如上述第1项所述的非均相酯化反应精馏装置，其中，在蒸发室内靠近非均相反应产物出口管处具有一块用于将反应产物液流导向下方的非均相反应产物出口挡板。

3.如上述第1项所述的非均相酯化反应精馏装置，其中，在蒸发室和均相反应段二者外周的保温加热夹套是一个连续成整体的夹套。

4.如上述第1项所述的非均相酯化反应精馏装置，其中，在蒸发室和均相反应段二者外周的保温加热夹套分隔成两个各自独立的保温加热夹套。

5.一种非均相酯化反应精馏装置，该装置按顺序包含非均相反应段、均相反应段和回收段，其中，

非均相反应段分为列管式加热反应器和蒸发室两部分，其中，列管式加热反应器和蒸发室皆为独立容器；均相反应段和回收段按下、上的位置构成一个统一塔体，在蒸发室和均相反应段二者的外周各自具有独立的保温加热夹套；

在列管式加热反应器中，其下部具有一条带有反应混合物进料口的循环连接管，上部具有非均相反应物出口管；

在蒸发室中，容器的一侧与非均相反应产物出口管相连，另一侧与均相反应段液体进料管相连，容器的底部与循环连接管的一端相连，容器的顶部具有混合蒸汽出口，该蒸汽出口通过连接管而与均相反应段下部的混合蒸汽进口相连；

在均相反应段中，其内部具有塔板，底部具有酯化反应产物出料口，下部具有混合蒸汽进口，上部与均相反应段液体进料管相连；

在回收段中，其内部具有塔板，下部具有乙二醇出口，上部具有回流液接口，顶部具有水蒸汽逸出口。

与上述的现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：不须使用大型搅拌釜，因此使得设备成本和运行费用低廉，能及时将反应生成的产品BHET和BHET 1～4聚合体、副产品水和过剩的EG分离，能连续地取出产品BHET和BHET 1～4聚合体、回收并返回过剩的EG和排出作为副产品的水，从而导致进料摩尔比(即EG∶PTA)低和酯化率高；可连续操作，不受生产规模的限制，装置简单，能耗低。

                 对附图的简略说明

下面结合附图来解释本实用新型。其中：

图1是本实用新型非均相酯化反应精馏装置的一种实施方案(相应于上述技术方案1～4)；

图2是本实用新型非均相酯化反应精馏装置的另一种实施方案(相应于上述技术方案5)。

在图1中，各参考符号的定义如下：

10-非均相反应段  20-均相反应段  30-回收段

在非均相反应段10中：

11-反应混合物进料口      12-列管式加热反应器

13-蒸发室                14-循环连接管

15-热媒出口              16-热媒进口

17-非均相反应产物出口管  18-非均相反应产物出口挡板

在均相反应段20中：

21-均相反应段液体进料管  22-热媒出口

23-热媒进口              24-塔板

25-酯化反应产物出料口    26-保温加热夹套

27-循环泵                28-塔底循环液出口管

在回收段30中：

31-塔板                  32-乙二醇出口

33-回流液接口            34-水蒸气逸出口

在图2中，所有与图1相同的参考符号皆表示与图1相同的部分或构件。除此之外，在图2中新增加的参考符号如下：

19-混合蒸汽出口    29-混合蒸汽进口

应予说明，为了简明起见，在图2中没有示出在(19)和(29)之间的连接管。另外，在图2中没有图1中的塔底循环液体出口管(28)和循环泵(27)，因为均相反应段的液体进料可以依靠自身重力通过均相反应段液体进料管(21)流入均相反应段(20)中。

下面结合附图进一步解释本实用新型。

图1表示本实用新型上述技术方案1-4的装置。在图1中，列管式加热反应器(12)是现有技术，故不须示出其中的列管。但是由它与蒸发室(13)共同构成的非均相反应段(10)是一种外循环再沸型的非均相反应器，这是本申请的重要特征之一。在统一塔体中，蒸发室(13)、均相反应段(20)和回收段(30)的划分大体上如下：在酯化反应物出料口(25)以下(不包含(25))为蒸发室(13)；在(25)以上(包含(25))至乙二醇出口(32)以下(不包含(32))为均相反应段(20)；在(32)以上(包含(32))为回收段。

在蒸发室(13)中的非均相反应产物出口档板(18)并不是十分必要的，但是在具有(18)时可使非均相反应产物的液流向下流动，从而可以达到更好的效果(上述技术方案2)。另外，处于蒸发室(13)和均相反应段(20)外周的夹套(26)可以是一个连续的整体(上述技术方案3)，这样可以使结构及温度控制变得简单。但是，也可以将(26)分隔成两个各自独立的保温加热夹套，这样有利于在必要时分别地控制蒸发室(13)和均相反应段(20)的温度(上述技术方案4)。另外，均相反应段(20)和回收段(30)属于公知的精馏装置，其中的塔板数目设有特别限制，但是通常至少为2块，优选至少为4块。其上限要视产品所需的纯度而定。

在进行酯化反应时，作为原料的对苯二甲酸(PTA)固体粉末与乙二醇(EG)液体的混合物流从反应混合物进料口(11)进入，与来自蒸发室(13)的尚未反应完全的循环液一起沿着循环连接管(14)进入列管式加热反应器(12)，由于列管的加热，使得参与反应的对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)发生酯化反应，首先生成反应产物对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)单体和BHET 1～4聚合体。但是在列管式加热反应器(12)中，反应尚未完全，因此，作为反应产物的BHET和BHET 1～4聚合体、未反应完的PTA、过剩量的EG和作为副产物的水一起进入蒸发室(13)中并继续反应。在蒸发室(13)中，生成的水几乎全部变成蒸汽，连同一部分乙二醇(EG)(沸点197.2℃)变成的蒸汽一起向上流动，而由过剩的EG、未反应完的PTA连同反应产物BHET和BHET 1～4聚合体形成的混合物，一部分沿着循环连接管(14)返回反应器(12)中并继续与新加入的原料一起进行酯化反应，另一部分通过循环泵(27)的抽吸作用沿着塔底循环液出口管(28)和均相反应段液体进料管(21)进入均相反应段(20)的上部，这股液流依靠重力的作用沿着塔板(24)向下流动并与上升的EG气流进行逆流接触，在塔板上逐板进行反应，使反应进一步完全。当达到所需的酯化率后，由于作为成品的BHET和BHET 1～4聚合体的沸点要比反应体系内其他物质(对苯二甲酸、乙二醇、水)的沸点都高得多，因此可从均相反应段(20)下部的酯化反应产物出料口(25)将其取出。另外，在均相反应段(20)中，水保持蒸汽状态继续向上升并进入回收段(30)，而剩余的乙二醇有一部分保持液体状态向下落入蒸发室(13)中，其余的乙二醇成为蒸汽(沸点197.2℃)与水蒸汽一起进入回收段(30)中，由乙二醇与水形成的物流在温度较低的回收段(30)内的塔板上进行分离，绝大部分的水保持蒸汽状态从塔顶经水蒸汽逸出口(34)逸出，进入本装置外的冷凝器(图中未示出)冷凝。该冷凝液(绝大部分为水，只含极微量的乙二醇)部分采出，另一部分通过回流液接口(33)重新返回回收段(30)中。另外，在回收段(30)中，被冷凝的乙二醇(EG)由乙二醇出口(32)流出，将其中的一部分采出，另一部分通过反应混合物进口(11)返回到列管式加热反应器(12)中。

应予说明，在反应器(12)中，由于采用列管加热，热交换效率高，所以很容易将混合物加热至较高温度(例如285℃)，以促使对苯二甲酸更快地溶解于乙二醇中并使二者发生酯化反应，而在蒸发室(13)中，由于采用保温加热夹套，故只起保温作用，其中反应混合物的温度略低(例如275～280℃)，但这样的温度仍足以使水和乙二醇(混点197.2℃)二者气化和驱使其进入均相反应段(20)中。由于在列管式加热反应器(12)中的温度高于蒸发室(13)中的温度，因此，依靠热虹吸原理而使反应器(12)中的液流上升并使蒸发室(13)中的液流下降，如此便使反应混合物液流通过反应器(12)、管道(17)、蒸发室(13)、管道(14)再返回反应器(12)，这样就形成了一个液体的循环流动，从而起到良好的搅拌作用，所以可以省去现有技术中必须使用的机械搅拌设备。另外，与现有技术的装置相比，本实用新型的装置由于使用塔板式逆流反应的均相反应段(20)，所以可以使反应进行得更完全，也就是酯化率更高。而且，由于回收段(30)也采用塔板式精馏分离装置，因此能最大程度地回收剩余的乙二醇并将其返回到非均相反应段(10)的列管式加热反应器(12)中，也就是能够最充分地利用乙二醇，所以能使进料摩尔比(即EG∶PTA)减小到最低的程度(只有1.6∶1，而现有技术则高达2.1∶1或更高)。

另外还应说明，本实用新型的装置虽然包含非均相反应段(10)、均相反应段(20)和回收段(30)三部分，但是它们所完成的任务只有一个，也就是通过EG与PTA的酯化反应来制造BHET和BHET 1～4聚合体，其中的主要化学反应也只有这一个反应。缺少哪一部分都不能完整地完成上述任务，所以它是一个整体设备而不是系统。

另外，图2与图1的不同之处在于，在图1中，蒸发室(13)产生的混合物蒸汽直接向上进入均相反应段(20)的底部，而且在蒸发室(13)中未反应完全的混合物用循环泵(27)送往均相反应段(20)的上部。而在图2中，蒸发室(13)产生的混合物蒸汽通过其顶部的混合物蒸汽出口(19)和混合物蒸汽进口(29)进入均相反应段(20)的底部，并且，由于均相反应段液体进料管(21)的位置处于均相反应段(20)的顶部，所以未反应完全的混合物不须用循环泵(27)便能依靠自身重力流入均相反应段(20)的顶部。由此可见，图1和图2的结构虽然略有不同，但是二者的工作原理是完全一样的，液体流向也是一样的，所以二者是属于同一构思的装置。另外，图1的装置更紧凑，并且设备加工成本更低，更适合于新建的工厂。而图2的装置更适用于对旧设备进行改造。

                       具体实施方式

下面举出实施例来说明本实用新型，但本实用新型不受这些实施例的限定。

实施例1

使用图1所示装置，该装置的非均相反应段(10)中的列管式加热反应器的直径500mm，高6000mm，高径比12∶1。非均相反应段(10)中的蒸发室(13)与均相反应段(20)和回收段(30)共同构成一个立式反应塔。在蒸发室(13)上方的塔板同时也作为气体分布板。均相反应段(20)直径600mm，高6000mm，内有塔板8块；回收段(10)直径600mm，高6000mm，内有塔板10块。将固体的对苯二甲酸(PTA)粉末与液态的乙二醇(EG)按照摩尔比(EG∶PTA)为1.6∶1混合而成的混合物从反应混合物进口(11)加入，进料流率为1082公斤/小时，保持列管式加热反应器(12)中的温度285℃和均相反应段(20)的温度275～280℃，回收段顶部冷凝液的回流比为0.58。结果获得反应产物BHET和BHET 1～4聚合体，酯化率98％。该反应产物进一步聚合可得聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，俗称聚酯)。由此看出，与现在已有的技术相比，本实用新型的EG∶PTA的摩尔比(1.6∶1)要比现有技术的摩尔比(2.1∶1)低得多，酯化率(98％)要比现有技术的酯化率(92％)高得多。

实施例2

使用附图2所示装置，该装置除了将蒸发室(13)作为独立容器外，其余与实施例1的装置相同。所用的工艺参数也与实施例1完全相同。结果获得反应产物对苯二甲酸乙二醇酯1～4聚合体，酯化率98％。

本申请的非均相酯化反应器很适合作为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(包括改性聚酯)生产中的酯化反应器，也可作为其他非均相酯化反应器，如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)生产中的酯化反应器。

Claims (5)

1.一种非均相酯化反应精馏装置，该装置按顺序包含非均相反应段(10)、均相反应段(20)和回收段(30)，其特征在于，

非均相反应段(10)分为列管式加热反应器(12)和蒸发室(13)两部分，其中，列管式加热反应器(12)为独立容器，蒸发室(13)与均相反应段(20)和回收段(30)按下、中、上的位置共同构成一个统一的塔体，在蒸发室(13)和均相反应段(20)二者的外周具有保温加热夹套(26)；

在列管式加热反应器(12)中，其下部具有一条带有反应混合物进料口(11)的循环连接管(14)，上部具有非均相反应产物出口管(17)；

在蒸发室(13)中，其上部与非均相反应产物出口管(17)的一端相连，底部与循环连接管(14)的一端相连，下部通过塔底循环液出口管(28)、循环泵(27)和均相反应段液体进料管(21)而与均相反应段(20)的上部相连；

在均相反应段(20)中，其内部具有塔板(24)，下部具有酯化反应产物出料口(25)，上部与均相反应段液体进料管(21)相连；

在回收段(30)中，其内部具有塔板(31)，下部具有乙二醇出口(32)，上部具有回流液接口(33)，顶部具有水蒸汽逸出口(34)。

2.如权利要求1所述的非均相酯化反应精馏装置，其特征在于，在蒸发室(13)内靠近非均相反应产物出口管(17)处具有一块用于将反应产物液流导向下方的非均相反应产物出口挡板(18)。

3.如权利要求1所述的非均相酯化反应精馏装置，其特征在于，在蒸发室(13)和均相反应段(20)二者外周的保温加热夹套(26)是一个连续成整体的夹套。

4.如权利要求1所述的非均相酯化反应精馏装置，其特征在于，在蒸发室(13)和均相反应段(20)二者外周的保温加热夹套(26)分隔成两个各自独立的保温加热夹套。

5.一种非均相酯化反应精馏装置，该装置按顺序包含非均相反应段(10)、均相反应段(20)和回收段(30)，其特征在于，

非均相反应段(10)分为列管式加热反应器(12)和蒸发室(13)两部分，其中，列管式加热反应器(12)和蒸发室(13)皆为独立容器；均相反应段(20)和回收段(30)按下、上的位置构成一个统一塔体，在蒸发室(13)和均相反应段(20)二者的外周各自具有独立的保温加热夹套；

在列管式加热反应器(12)中，其下部具有一条带有反应混合物进料口(11)的循环连接管(14)，上部具有非均相反应产物出口管(17)；

在蒸发室(13)中，容器的一侧与非均相反应产物出口管(17)相连，另一侧与均相反应段液体进料管(21)相连，容器的底部与循环连接管(14)的一端相连，容器的顶部具有混合蒸汽出口(19)，该蒸汽出口(19)通过连接管而与均相反应段(20)下部的混合蒸汽进口(29)相连；

在均相反应段(20)中，其内部具有塔板(24)，底部具有酯化反应产物出料口(25)，下部具有混合蒸汽进口(29)，上部与均相反应段液体进料管(21)相连；

在回收段(30)中，其内部具有塔板(31)，下部具有乙二醇出口(32)，上部具有回流液接口(33)，顶部具有水蒸汽逸出口(34)。

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