一种反应蒸馏装置 【技术领域】
本发明涉及一种化工领域用于液相反应的反应蒸馏装置。
背景技术
对于大多数的化工反应来讲，反应产物及时从反应体系中移出对反应总是有利的。对于可逆反应，反应产物及时移出有利于反应向正方向进行，对于存在串、并联反应的复合反应体系，反应产物及时移出有利于副产物的减少。对于产物的沸点低于反应体系的其它物料(包括反应物、溶剂等)时，反应产物从反应体系中的移出是比较方便的，现有技术中已有非常成熟的反应蒸馏或反应精馏装置。这种装置包括反应和蒸馏或精馏两个部分，只要将反应控制在略高于反应产物沸点地温度下进行，反应产物生成后蒸发直接进入蒸馏或精馏部分进行分离，这样便可以使反应产物及时从反应体系中移出，并直接得到了纯度较高的反应产物。但假如反应产物的沸点高于反应体系的其它物料时，将反应产物从反应体系中及时移出就比较困难，传统的做法只能在反应结束后将含有反应产物的反应物料一并进入蒸馏或精馏系统进行分离，这样必然会导致反应转化率或选择性的降低。
【发明内容】
本发明提供了一种反应蒸馏装置，所要解决的技术问题是对于反应产物沸点高于反应体系其它物料的液相化工反应，反应产物能从反应体系中及时移出，并同时能得到纯度较高的反应产物。
以下是本发明解决上述技术问题的技术方案：
一种反应蒸馏装置，该装置包括反应室和蒸馏室，反应室位于蒸馏室的上方。反应室的上部存在进料口，顶部存在冷凝回流装置。蒸馏室中安置塔板或填料，蒸馏室的下部存在出料口。一连通管连通反应室的上部和蒸馏室的上部，另有一倒置的U形管连通反应室的下部和蒸馏室上部，反应室与U形管连接口的水平高度高于蒸馏室与U形管连接口的水平高度，U形管的顶部位于反应室约1/3的高度以上，并位于反应室上部的任一进口或出口以下的位置。
反应室的底部可以存在加热装置，当反应过程需要加热时用于对反应体系加热；蒸馏室的底部也可以存在加热装置，用于蒸馏室中物料的再沸加热，当反应为放热反应，且反应热能满足物料蒸发所需的热量，该加热装置可以省略。
蒸馏室内塔板或填料的上部可以存在液体分布器，根据塔板或填料的性状，或根据物料的性状，液体分布器可以选择槽式液体分布器或管式液体分布器。当选择管式液体分布器时，液体分布器的进口与蒸馏室的U形管连接口接通。液体分布器的存在不仅能改善物料在塔板或填料上的分布状态，而且具有节流的作用。
上述反应室和蒸馏室可以为两个独立的容器；也可以反应室和蒸馏室存在于一个容器内，容器中部存在分隔构件将容器分隔为上下两个互为密封的部分，上部为反应室，下部为蒸馏室。
除非必需，否则反应室和蒸馏室存在于一个容器内是经济和合理的，这样不仅可以降低装置的造价，而且物料流经的距离缩短有助于减少热量的损失和降低能耗。
该反应蒸馏装置的工作原理如下：
反应物料，可以包括溶剂以及催化剂，由反应室上部的进料口缓慢加入反应室。反应随即开始进行，同时反应室中反应物料的液面逐步升高，直至反应物料液面超过U形管顶端的高度，反应物料充满U形管。由于反应室与U形管连接口的水平高度高于蒸馏室与U形管连接口的水平高度，该倒置的U形管实际为一虹吸管，一旦反应物料充满U形管，反应室中的反应物料将通过U形管虹吸流入蒸馏室。
反应物料流入蒸馏室后开始进行蒸馏分离，由于反应产物的沸点高于反应体系中的其它物料，反应产物在液相中富集后汇集于蒸馏室的底部，而反应体系中的其它物料如反应原料、溶剂等在气相中富集。气相物料上升后通过连通反应室上部和蒸馏室上部的连通管返回反应室，然后经冷凝为液相后继续参与反应。反应物料的加料应连续地进行，直至反应物料的加料总量为反应室中与U形管顶端相同高度以下部分容积的1.5～2倍时停止加料。
在反应室的物料第一次通过虹吸管进入蒸馏室后，反应室中的物料便来自新加入的物料和蒸馏室返回的物料，当反应室的反应物料液面超过U形管顶端的高度后，反应室的物料又通过虹吸管进入蒸馏室。如此经多次循环，蒸馏室的下部将汇集富集反应产物的物料，反应室中汇集富集反应原料(或还包含溶剂)的物料。
富集反应产物的物料由反应室底部的出料口排出后便可再次加料继续进行反应。
倒置的U形管的顶部在反应室约1/3的高度以上，并在反应室上部的任一进口或出口以下的任何位置都是允许的，所不同的只是位置越低两次虹吸之间的间隔时间越短，虹吸次数越多，这对提高反应体系中反应物停留时间的均匀性是有利的，但会相应延长总的反应时间。因此可以根据反应特性来调整U形管的顶部高度，以求得一个平衡合理的位置。
本发明的关键在于将反应装置分为反应室和蒸馏室两个部分，当反应进行了一段时间后反应体系的所有物料通过虹吸管自动地进入蒸馏室，在蒸馏室内通过蒸馏或精馏(当蒸馏室内的塔板或填料具有足够的理论塔板数时)反应产物富集于液相中与反应体系中的其它物料分离开来，从而及时将反应产物从反应体系中移出，而反应体系中的其它物料则富集于气相中返回反应室中继续反应。
由此可见，本发明提供的反应蒸馏装置有效地解决了对于反应产物沸点高于反应体系其它物料的液相化工反应，反应产物从反应体系中及时移出这一技术问题，并同时得到了纯度较高的反应产物。
下面将通过具体的实施方案对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
附图为本发明一个实施例的侧面结构示意图。
附图中各标记的定义为：
1--反应室；2--蒸馏室；3--进料口；4--冷凝回流装置；5--塔板或填料；6--出料口；7--连通管；8--U形管；9--反应室与U形管连接口；10--蒸馏室与U形管连接口；11--反应室加热装置；12--蒸馏室加热装置；13--管式液体分布器。
【具体实施方式】
由附图展示的实施例可见，本反应蒸馏装置包括反应室1和蒸馏室2，反应室和蒸馏室存在于一个容器内，容器中部有一分隔构件将容器分隔为上下两个互为密封的部分，上部为反应室，下部为蒸馏室。反应室的上部存在进料口3，顶部存在冷凝回流装置4。蒸馏室中安置塔板或填料5，蒸馏室的下部存在出料口6。一连通管7连通反应室的上部和蒸馏室的上部，另有一倒置的U形管8连通反应室的下部和蒸馏室上部，反应室与U形管连接口9的水平高度高于蒸馏室与U形管连接口10的水平高度，U形管的顶部位于反应室约1/3的高度以上，并位于反应室上部的任一进口或出口以下的位置。
反应室的底部存在加热装置11，用于反应加热；蒸馏室的底部存在加热装置12，用于蒸馏室中物料的再沸加热。
蒸馏室内塔板或填料的上部存在一管式液体分布器13。