用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置和方法.pdf

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1、10申请公布号CN102068945A43申请公布日20110525CN102068945ACN102068945A21申请号201010589359922申请日20101215B01J8/10200601B01D3/14200601C07C43/30200601C07C41/58200601C07C41/5620060171申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号72发明人白鹏张锦威于洋肖颖74专利代理机构天津市杰盈专利代理有限公司12207代理人王小静54发明名称用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置和方法57摘要本发明涉及一种用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置和方法。主要包括反应器。

2、及搅拌器，精馏塔，冷凝器，回流比控制器，不锈钢填料，温度计、压力计，产品收集储存罐。以甲醇、甲醛为原料反应合成甲缩醛并对其进行分离提纯。甲缩醛产品采出结束后，精馏塔继续用于甲醇的分离回收，供下一循环使用，提高了原料利用率。甲醇一次性加入反应器，精馏塔顶进甲醛的操作方式可以解决由于甲醇与甲缩醛共沸导致产品纯度达不到要求的问题，反应器残余液中甲醛浓度符合排放标准。反应与分离分开进行的操作方式能够克服由于反应与分离条件不一致带来的难于控制、催化剂装填困难等不利影响，降低反应精馏的操作难度从而扩大其应用范围。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页。

3、CN102068947A1/1页21一种用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置，其特征在于它主要包括反应器及搅拌器，精馏塔，冷凝器，回流比控制器，不锈钢填料，温度计、压力计，产品收集储存罐；装有搅拌器的反应器与精馏塔之间通过输送管线连接，反应器向精馏塔提供气体进料，精馏塔底液体循环回反应器；精馏塔内填装33不锈钢填料，塔顶设置冷凝器、回流比控制器及产品收集储存罐，冷却介质为水，反应器、精馏塔塔底连有温度计及压力计。2一种利用权利要求1所述的装置用于甲缩醛分离提纯的方法，其特征在于它包括的步骤1甲醇通过甲醇输送管线一次性加入到反应器中，控制反应器内温度为2070，压力008012MPA；2甲醛通过甲醛。

4、输送管线以520ML/MIN的流率持续从精馏塔顶加入，流经整个塔后从塔底流出进入反应器；3反应产物甲缩醛以气体的形式通过物流输送管线从塔底进入精馏塔，上升过程中与塔顶流下的甲醛接触，破坏甲醇与甲缩醛共沸现象，设置回流比为25，开始甲缩醛的分离提纯过程；4打开阀门，塔顶采出纯度为9095的甲缩醛，收集至塔顶产品储罐，塔底液体通过物流输送管线循环回反应器，控制塔顶温度在4042；5甲醛进料结束后，精馏塔进入甲醇回收阶段，关闭第二阀门同时打开第三阀门，控制塔顶温度在6366，塔顶产品进入甲醇回收罐，留作下次间歇进料；6反应器内甲醇浓度降到1015时，停止本次间歇过程，打开第一阀门将反应器内残余液排出。

5、，残余液中甲醛浓度低于01，符合排放标准；7重新进料，准备下一次间歇操作。3按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的甲醇与甲醛的体积比为24。权利要求书CN102068945ACN102068947A1/4页3用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置和方法技术领域0001本发明涉及一种用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置和方法。具体讲是以甲醇、甲醛为原料反应合成甲缩醛并对其进行分离提纯的新型间歇式反应精馏操作方式及实现方法。甲缩醛产品采出结束后，精馏塔继续用于甲醇的分离回收，供下一循环使用，提高了原料利用率。甲醇一次性加入反应器，精馏塔顶进甲醛的操作方式可以解决由于甲醇与甲缩醛共沸导致产品纯度达不到要求。

6、的问题，反应器残余液中甲醛浓度符合排放标准。反应与分离分开进行的操作方式能够克服由于反应与分离条件不一致带来的难于控制、催化剂装填困难等不利影响，降低反应精馏的操作难度从而扩大其应用范围。背景技术0002反应精馏作为特殊精馏的一种，是将反应过程和精馏过程结合在一起，且在同一个设备蒸馏塔内进行的耦合过程，通过精馏的方法将反应物与产物分离开来，以破坏可逆反应的平衡关系，使反应继续向生成产物的方向进行，从而提高可逆反应的转化率、缩短反应时间，提高选择性和强化设备的生产能力；并且利用放热反应的热量可以降低能耗，减少操作费用和投资。0003依据反应体系及采用催化剂的不同，反应精馏可以分为均相反应精馏包括。

7、催化和非催化反应精馏和非均相催化反应精馏。主要应用于成醚反应、酯化反应、水解反应、加成反应、脱水反应、取代反应及聚合物的合成反应中。0004传统的反应精馏工艺是将原料一次性加入反应器中，待反应完毕后将混合物一并加入精馏塔中进行分离，由于反应平衡的限制，进入精馏塔的混合物中反应物的含量仍然很高，造成分离后得不到较纯的产物且需要对原料进行回收，从而增加了操作费用和投资成本。0005改进的反应精馏工艺只利用一个塔就可以实现反应和分离两个过程，整个塔由上至下划分为三个部分精馏段、反应段和提馏段。原料分别从反应段的下方和上方进入反应蒸馏塔，在反应段充分接触反应，产物和反应物得到及时分离，并且反应和分离相。

8、互促进，提高转化率和分离效率。0006背包式反应精馏是一种新型的催化精馏模式，主要特点是将反应从塔内转移到塔外，这样有利于催化剂的更换，同时又能充分的利用反应精馏转化率高、选择性好、能耗低、产品纯度高、易操作和投资省等一系列优点。在国外，已经有利用背包式反应精馏生产甲缩醛的工业应用，适用于大型连续反应精馏过程，但是国内还没用该项技术。0007虽然不断对反应精馏的工艺进行改进，但仍具有其自身局限性对反应体系要求较高，反应和蒸馏分离必须在相同的温度和压力下进行，目标产物和反应物的挥发度不能相近，在精馏温度下会导致副反应的增加等不利影响；化学反应必须是液相反应，催化精馏过程中所用的催化剂不能和反应系。

9、统各组分有互溶或相互作用，原料不能含有催化剂毒物，对反应中容易在催化剂上结焦的石油化工过程不宜用；另外要求催化剂在精馏温度范围内必须有较高的活性和较长的寿命，其装填方式也会对精馏产生很大影响。说明书CN102068945ACN102068947A2/4页4发明内容0008本发明的目的在于提供一种用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置和方法，它是反应与分离提纯相耦合的新型间歇式反应精馏操作方式和实现方法。反应原料甲醛从精馏塔顶加入，在塔中形成甲醛过量的状态，利于反应向正反应方向进行，并且能够破坏甲醇与甲缩醛的共沸，降低分离难度，提高产品中甲缩醛的浓度。塔底甲缩醛与甲醇、水一起循环回反应器，提高原料甲醇。

10、转化率。本发明适用性强，可以提高反应精馏的应用范围。0009本发明提供的一种用于甲缩醛分离提纯的反应精馏装置主要包括反应器及搅拌器，精馏塔，冷凝器，回流比控制器，不锈钢填料，温度计、压力计，产品收集储存罐。0010连接方式如下装有搅拌器的反应器与精馏塔之间通过输送管线两股物流管道连接，反应器向精馏塔提供气体进料，精馏塔底液体循环回反应器；精馏塔内填装33不锈钢填料，塔顶设置冷凝器、回流比控制器及产品收集储存罐，冷却介质为水，反应器、精馏塔塔底连有温度计及压力计。0011本发明反应过程采用在精馏塔外进行的方式，原料甲醇一次性全部加入反应釜内，甲醛从精馏塔顶加入，通过塔底进入反应器，提高了反应速率。

11、和原料利用率；精馏分离过程采用塔底气体进料的方式，同时塔底液体循环回反应器，操作中选择合适的回流比，具体操作过程与常规精馏无明显区别。0012本发明提供的一种用于甲缩醛分离提纯的方法的具体操作步骤包括00131甲醇通过甲醇输送管线一次性加入到反应器中，控制反应器内温度为2070，压力008012MPA；00142甲醛通过甲醛输送管线以520ML/MIN的流率持续从精馏塔顶加入，流经整个塔后从塔底流出进入反应器；00153反应产物甲缩醛以气体的形式通过物流输送管线从塔底进入精馏塔，上升过程中与塔顶流下的甲醛接触，破坏甲醇与甲缩醛共沸现象，设置回流比为25，开始甲缩醛的分离提纯过程；00164打开。

12、阀门，塔顶采出纯度为9095的甲缩醛，收集至塔顶产品储罐，塔底液体通过物流输送管线循环回反应器，控制塔顶温度在4042；00175甲醛进料结束后甲醛加入量由初始甲醇进料量按反应比决定，甲醇与甲醛的体积比例约为24，精馏塔进入甲醇回收阶段，关闭第二阀门同时打开第三阀门，控制塔顶温度在6366。塔顶产品进入甲醇回收罐，留作下次间歇进料；00186反应器内甲醇浓度降到1015时，停止本次间歇过程，打开第一阀门将反应器内残余液排出，残余液中甲醛浓度低于01，符合排放标准；00197重新进料，准备下一次间歇操作。0020本发明采用了在精馏分离塔外进行反应的操作方式。每一个间歇过程，反应在精馏塔外进行，其。

13、中原料甲醇从反应器一次加入，甲醛从精馏塔顶以一定的速率加入，反应产物甲缩醛以气体形式从塔底进入精馏塔，实现分离，塔顶采出产品，塔底溶液循环回反应器。结束甲醛进料后，甲缩醛产品采出结束，精馏塔继续分离提纯甲醇，供下一循环使用，从而提高了原料利用率。塔顶进甲醛的操作方式可以解决由于甲醇与甲缩醛共沸导致产品纯度达不到要求的问题，反应器残余液甲醛浓度符合排放标准，反应与分离分开进行的操作说明书CN102068945ACN102068947A3/4页5方式能够克服由于反应与分离条件不一致带来的难于控制、催化剂装填困难等不利影响，降低反应精馏的操作难度从而扩大其应用范围。0021总之，本发明突破了现有反应。

14、精馏要求反应与精馏在同一塔中进行的局限性，反应原料甲醛从精馏塔顶加入，在塔中形成甲醛过量的状态，利于反应向正反应方向进行，并且能够破坏甲醇与甲缩醛的共沸，降低分离难度，提高产品中甲缩醛的浓度。塔底甲缩醛与甲醇、水一起循环回反应器，提高原料甲醇转化率。本发明适用性强，可以提高反应精馏的应用范围。本发明可以在保证较高的反应收率及产品纯度的前提下，降低能耗及操作控制难度，节省设备投资及操作费用，带来可观的经济收益。附图说明0022图1为本说明书的实验装置图。0023图2为甲缩醛采出阶段塔顶甲缩醛质量分数随时间变化曲线。0024图3为甲醇回收阶段塔顶甲醇质量分数随时间变化曲线。具体实施方式0025结合。

15、附图中对本发明进行详细说明。0026如图所示，1甲醇进料；2甲醛进料；3反应器；4冷凝器；5甲缩醛输送管线；6塔底回流液体；7精馏塔；第一阀门8，第二阀门9，第三阀门10为管路控制阀门；11回流泵。精馏塔中装填33不锈钢填料，理论塔板数约为3040块。0027实验中采用的设备参数反应器及搅拌装置D2025W电动搅拌器，精馏塔玻璃塔，塔高3000MM，塔径30MM，理论塔板数约为3040块，冷凝器，回流比控制器XMTD908型，温度、压力测量U管压差计装置，产品收集储存罐玻璃储罐容积1000ML。产品组成采用气相色谱仪山东鲁南化工有限公司SP6802型进行测定分析。0028各装置的连接方式如下装。

16、有搅拌装置的反应器3与精馏塔7之间通过两股物流管道5，6连接，反应器向精馏塔提供气体进料5，精馏塔底液体6循环回反应器；精馏塔内填装33不锈钢填料，塔顶设置冷凝器4、回流比控制器及产品收集储存罐12，13，冷却介质为水，反应器、精馏塔塔底连有温度及压力测量装置。0029具体的操作步骤包括003011500ML甲醇通过甲醇输送管线1一次性加入到反应器中，控制反应器内温度为2070，压力008012MPA；00312甲醛通过甲醛输送管线2以520ML/MIN的流率持续从精馏塔顶加入，流经整个塔后从塔底流出进入反应器；00323反应产物甲缩醛以气体的形式通过物料输送管线5从塔底进入精馏塔，上升过程中。

17、与塔顶流下的甲醛接触，破坏甲醇与甲缩醛共沸现象，设置回流比为25，开始甲缩醛的分离提纯过程；00334打开阀门9，塔顶采出纯度为9095的甲缩醛，收集至塔顶产品储罐12，塔底液体经物流输送管线6循环回反应器，控制塔顶温度维持在4042；00345甲醛进料结束后甲醛加入量由初始甲醇进料量按反应比决定，本实验中约为500ML，精馏塔进入甲醇回收阶段，关闭阀门9同时打开阀门10，控制塔顶温度在63说明书CN102068945ACN102068947A4/4页666。塔顶产品进入甲醇回收罐13，留作下次间歇进料；00356反应器内甲醇浓度降到1015时，停止本次间歇过程，打开阀门8将反应器内残余液排出。

18、，残余液中甲醛浓度低于01，符合排放标准；00367重新进料，准备下一次间歇操作。0037产品组成采用气相色谱仪进行分析，分析条件如下0038毛细管色谱柱柱长30M，内径032UM，外径05UM；0039燃气氢气；助燃气空气；载气氮气；0040气化温度150；柱温100；检测温度150。0041结果与讨论00421反应在精馏塔外间歇进行，催化剂的装填及拆卸比较容易、方便；甲醛从塔顶进料，塔底循环液体提高原料的利用率；反应结束后反应器内残余液中甲醛浓度满足排放标准；00432精馏塔仅需30块塔板，塔中不需要传统的反应段，完成产品分离提纯后继续用作甲醇的回收，减小投资设备费用并能够降低能耗；00443甲醛从塔顶进料，破坏甲醇与甲缩醛的共沸，塔顶产品甲缩醛的纯度可达到96以上，塔顶不断采出产品甲缩醛，促进反应正向移动，提高了反应速率，甲醛的利用率接近100；反应结束后，精馏塔用于分离提纯甲醇，甲醇收率可达到9798；甲缩醛产品采出阶段塔顶甲缩醛质量分数随时间变化曲线及甲醇回收阶段塔顶甲醇随时间变化曲线分别如图2和图3所示；00454采用该操作方式，反应过程与分离过程的相互制约性很小，易于控制；反应精馏可以应用的反应类型得到扩展，操作难度也相应降低。说明书CN102068945ACN102068947A1/1页7图1图2图3说明书附图CN102068945A。