CN204246862U - 一种全程反应式反应精馏器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全程反应式反应精馏器，其包括塔釜和塔身，所述塔身固定连接于塔釜的上侧，所述塔釜上设有分居塔身两侧的填料口和排污口，所述塔身的顶部设有精馏出口，在该塔身内部沿其高度方向自下而上依次间隔设置催化剂层和精馏孔板层，所述塔釜的下表面固定连接至少一超声波搅拌器，所述超声波搅拌器设有的超声波传感棒内置于塔釜中。本实用新型可以灵活的设置催化剂添加量，增加反应物的反应面积，提高催化反应率，提高精馏纯度，最终获得理想的生产率。

Description

一种全程反应式反应精馏器

技术领域

本实用新型涉及一种化工生产设备，具体讲是涉及到化工生产中的化学反应、气液相变、传热传质的板式反应精馏器。

背景技术

反应精馏是现代化工生产过程中常见的工艺环节。精馏塔和塔釜是精馏工艺中最重要的两种设备，其结构对精馏效果具有重要影响。反应精馏塔是精馏塔的一种，优化结构设计、促进反应进行是提高反应精馏效果的重要手段。目前化工生产中运行的反应精馏主要采用优化催化剂选型和放置方式以及改善搅拌方式等手段提高反应精馏效果。

催化剂放置主要有以下几种方法：

1.粒状催化剂与惰性填料混装，这种方法优点是拆卸方便，但是堆积的催化剂颗粒使塔内流动阻力增大。

2.在塔外部设置反应器，不影响塔板上气液通道，但是操作比较复杂。

3.催化剂颗粒放入平板夹层中，优点是传热传质效果好，但是装卸麻烦。

4.制备多孔蜂窝状固化催化剂层，采用此种方式催化剂材料，既可以增大催化面积，同时本身也可以作为精馏孔板使用，使反应物混合上升蒸汽和下降液体均可以在流动过程中不间断反应，提高反应率。

搅拌方式主要有：

1.机械搅拌，采用机械搅拌的方式促进反应物混合。这种方式结构简单、搅拌性能好、效率高、适应物料范围广，但是对促进提高催化效果作用很小，而且占用空间较大，维修复杂。

2.流体搅拌，分为气体搅拌和液体搅拌。此种方式混合效果好，但对反应精馏方式混合不适用。

3.超声波搅拌，超声波的空化作用可产生的大量小气泡增大了不同反应物接触面积,同时研究证明，超声波可以提高反应物自身能量，降低反应活化能，促进反应进行。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型提供一种全程反应式反应精馏器，其通过催化剂层与超声波搅拌相结合，有效地增大反应面积、提高反应率、同时简化结构设计、方便拆卸维修。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种全程反应式反应精馏器，其包括塔釜和塔身，所述塔身固定连接于塔釜的上侧，所述塔釜上设有分居塔身两侧的填料口和排污口，所述塔身的顶部设有精馏出口，在该塔身内部沿其高度方向自下而上依次间隔设置催化剂层和精馏孔板层，所述塔釜的下表面固定连接至少一超声波搅拌器，所述超声波搅拌器设有的超声波传感棒内置于塔釜中。

采用超声波搅拌与多孔蜂窝状的催化剂层相结合的方式生产全程反应式反应精馏器，在塔釜内填充反应物与粉末状催化剂，通过超声波搅拌器促进反应进行，蒸发的混合物在精馏塔塔身上升与下降过程中均需通过多孔的催化剂层，在层中不断地催化反应，全程进行催化反应。

所述塔釜和塔身均采用耐腐蚀材料制成，两者采用法兰式连接，并用密封垫圈进行密封，以保证缸体的承压性和密封性。

所述催化剂层是由催化剂制备成型的多孔介质材料直接固定于塔身的内部。

所述催化剂层包括固定在塔身内部的起支撑作用的多孔介质材料以及放置于所述多孔介质材料的固体催化剂。

反应精馏器塔身内主要部件为由催化剂层(为催化剂制备成型的多孔介质材料或在起支撑作用的多孔介质材料放置催化剂)以及精馏孔板层。多孔介质材料制备时依照反应所需的流量、反应接触面积等参数确定多孔介质的厚度、孔隙率、孔径等结构参数，以保证精馏过程的反应物流量和反应率，同时对精馏纯度也有一定的促进作用。精馏孔板层根据精馏纯度与产物的不同设计孔板孔径的大小、数目等尺寸参数，以保证产物的纯度。多孔介质层与精馏孔板层采用机械挂靠的方式一次间隔置于塔身内部。

多孔介质材料孔隙率必须根据反应精馏特性设定，既保证气体液体的渗透率，又具有较大的反应面积提高反应率。

多孔介质材料的渗透率其中为多孔介质材料的孔隙率，d为孔道的特征尺寸，c为量纲为1的常数。

则根据达西定律，多孔介质材料内流量其中，S为多孔介质材料的截面积，Δp为多孔介质材料两端的压力差，μ为流体粘度，L_m为多孔介质材料的厚度。

为保证气体液体的渗透率，同时又具有较大的反应面积以提高反应率，多孔介质催化剂制备优化尺寸为，孔隙率15～25％，厚度6～15mm，孔径3～6mm。

所述超声波传感棒整体置于塔釜内的液面以下。

所述塔釜的下表面设有至少一安装孔，所述安装孔内固定连接一连接套管，超声波传感棒***塔釜13内部，并与连接套管采用螺栓或卡套方式密封连接。

所述塔釜通过法兰与一设有排污口的排污段固定连接。

所述填料口位于塔釜的顶部，所述排污口位于塔釜的底部，所述填料口和排污口均采用法兰与阀门的配合方式控制二者的开合。

本实用新型的优点是：

1、多孔蜂窝状的催化剂层和精馏孔板层通过挂靠的方式固定在塔身内部，可按照精馏产量、精馏精度等工艺需要调整相邻两个层板之间的位置与间距，适用性强。

2、通过催化剂层与超声波搅拌相结合，有效地增大反应面积、提高反应率。

3、釜塔与塔身以及排污段之间均采用法兰式安装结构，超声波传感棒与釜塔采用螺纹或卡套式连接方式，结构简单、拆卸方便，模块化生产成本低。

附图说明

图1是本实用新型一种全程反应式反应精馏器的结构示意图；

图2是图1中塔身的结构示意图；

图3是图1中塔釜的结构示意图；

图4是图1中的催化剂层的结构示意图；

图5是图1中超声波搅拌器的结构示意图。

附图标记说明：1、填料口；2、釜塔接口；3、塔身；4、精馏出口；5、催化剂层；6、精馏孔板层；7、密封垫圈；8、排污段与塔釜接口；9、排污口；10、超声波搅拌器；11、连接套管；12、超声波传感棒；13、塔釜。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种全程反应式反应精馏器，主体包括塔身3和塔釜13，以及设置在塔身与塔釜上的催化剂层5、精馏孔板层6、精馏出口4、填料口1、排污口9、釜塔接口2、排污段与塔釜接口8以及密封垫圈7。塔身3的底部即釜塔接口2与塔釜13采用不锈钢等耐腐蚀材料制成，两者通过法兰方式连接，并在法兰内设置密封垫圈7。

塔身3的顶部设置精馏出口4，塔身3内主要部件为由催化剂层以及精馏孔板层。如图2所示，塔身3内部自下而上一次间隔设置催化剂层5和精馏孔板层6。催化剂层5是由催化剂制备成型的多孔介质材料直接固定于塔身3内部；或由固定的多孔介质材料为支撑，在上面放置固体的粉末催化剂，通过这两种方式中的任一种对催化剂层进行设置，可以灵活的设置催化剂添加量，增加反应物的反应面积，提高催化反应率，提高精馏纯度，最终获得理想的生产率。精馏孔板层6根据精馏纯度与产物的不同设计孔板孔径的大小、数目等尺寸参数，以保证产物的纯度。催化剂层5与精馏孔板层6采用机械挂靠的方式一次间隔置于塔身内部，可按照精馏产量、精馏精度等工艺需要调整相邻两个层板之间的位置与间距。在保证塔身内部流体正常流动条件下，减小相邻层板之间间距，可以增加催化剂含量、催化面积以及反应物与催化剂接触时间，从而可以提高精馏精度和精馏产量。

如图3所示，催化剂层5的多孔介质材料形成多孔蜂窝状结构，根据所精馏器内反应物的特性设定催化剂层5的形状、尺寸大小，即孔隙率与孔径。通过调整孔隙率和孔径的大小来调整塔身内部气体、液体流动速度和流动阻力与催化面积达到最优配置，保证反应与精馏的最佳效果。具体地，

多孔介质材料的渗透率其中为多孔介质材料的孔隙率，d为孔道的特征尺寸，c为量纲为1的常数。

则根据达西定律，多孔介质材料内流量其中，S为多孔介质材料的截面积，Δp为多孔介质材料两端的压力差，μ为流体粘度，L_m为多孔介质材料的厚度。

为保证气体液体的渗透率，同时又具有较大的反应面积以提高反应率，多孔介质材料制备优化尺寸为孔隙率15～25％，厚度6～15mm，孔径3～6mm。

如图4所示，塔釜13与排污段的排污段与塔釜接口8采用法兰方式连接，并在法兰内设置密封垫圈。填料口1位于塔釜13的顶部，排污口9位于塔釜13的底部，填料口1和排污口9均采用法兰与阀门的配合方式控制二者的开合。

如图5所示，塔釜13内根据内部液体量设置不同数量的超声波搅拌器10，超声波搅拌器超的超声波传感棒12全部置于塔釜内液面以下，超声波搅拌器10与塔釜13采用套管式结构密封连接，即在塔釜13的下侧设置一安装孔，安装孔内固定一连接套管11(例如不锈钢套管)，超声波传感棒12通过连接套管11***塔釜13内部，同时超声波传感棒12与连接套管11采用螺栓或卡套方式密封连接。

进行反应精馏时，超声波搅拌器10对塔釜13内反应物进行搅拌、空化，液体内部产生的大量空化气泡增加了反应物与催化剂的接触面积，同时超声振动下的反应物分子本身能量增加，反应活化能降低，促进了反应的进行。塔釜内反应、蒸发后生成的反应物与生成物混合蒸汽通过塔釜13顶部的釜塔接口2进入塔身。

蒸发出来的反应物与生成物混合蒸汽自上而下依次穿过催化剂层5和精馏孔板层6，进一步反应。混合物通过一层层的催化剂层5和精馏孔板层6达到塔身顶部，反应物以气体状态通过精馏出口4排出，冷却下来的液体状态的反应物不断地降流，并一层层的通过催化剂层5和精馏孔板层6，并不断与上升的高温混合气体混合、升温，并在催化剂层5不断地进行催化反应，直至降流至釜塔接口2回流至塔釜13。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种全程反应式反应精馏器，其特征在于，其包括塔釜(13)和塔身(3)，所述塔身(3)固定连接于塔釜(13)的上侧，所述塔釜(13)上设有分居塔身(3)两侧的填料口(1)和排污口(9)，所述塔身(3)的顶部设有精馏出口(4)，在该塔身(3)内部沿其高度方向自下而上依次间隔设置催化剂层(5)和精馏孔板层(6)，所述塔釜(13)的下表面固定连接至少一超声波搅拌器(10)，所述超声波搅拌器(10)设有的超声波传感棒(12)内置于塔釜(13)中。

2.根据权利要求1所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述塔釜(13)和塔身(3)均采用耐腐蚀材料制成，两者采用法兰式连接，并用密封垫圈进行密封，以保证缸体的承压性和密封性。

3.根据权利要求1所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述催化剂层(5)是由催化剂制备成型的多孔介质材料直接固定于塔身(3)的内部。

4.根据权利要求1所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述催化剂层(5)包括固定在塔身(3)内部的起支撑作用的多孔介质材料以及放置于所述多孔介质材料的固体催化剂。

5.根据权利要求3或4所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述多孔介质材料的孔隙率为15～25％，厚度6～15mm，孔径3～6mm。

6.根据权利要求1所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述超声波传感棒(12)整体置于塔釜(13)内的液面以下。

7.根据权利要求1或6所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述塔釜(13)的下表面设有至少一安装孔，所述安装孔内固定连接一连接套管(11)，超声波传感棒(12)***塔釜(13)内部，并与连接套管(11)采用螺栓或卡套方式密封连接。

8.根据权利要求1所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述塔釜通过法兰与一设有排污口(9)的排污段固定连接。

9.根据权利要求1所述的全程反应式反应精馏器，其特征在于，所述填料口(1)位于塔釜(13)的顶部，所述排污口(9)位于塔釜(13)的底部，所述填料口(1)和排污口(9)均采用法兰与阀门的配合方式控制二者的开合。