[发明专利]一种全程反应式反应精馏器

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

针对以上不足，本发明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，本发明采用如下技术方案：

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，超声波传感棒插入塔釜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。