[发明专利]背包式塔内反应精馏与膜耦合的方法与装置

说明书

本发明涉及一种背包式塔内反应精馏与膜耦合的方法与装置；使用密封板将反应精馏塔中部完全封闭，一侧使用蒸汽渗透膜机组连接反应精馏塔的下段和上段以导流气相，一侧使用缓冲罐、泵等组合成侧边导流装置连接反应精馏塔的上段和下段以导流液相的方法；原料由进料口进入塔内，塔内气相经过下反应段反应后被密封板阻隔，经管线导流进入蒸汽渗透膜分离机组中，在压力差的作用下完成对目标组分的分离，分离后的气体返回密封板上方的反应精馏塔内参加反应，由此推动反应的正向进行；塔内液相则经过上反应段后被密封板阻隔，而后经侧边导流装置返回密封板下方的反应精馏塔内。膜设备与反应精馏塔的耦合方式安装简单，设备投资小、易于工业化的直接推广。

技术领域

本发明属于化工生产工艺及设备技术领域，涉及一种可用于受限于平衡或形成共沸反应的背包式塔内反应精馏与膜耦合的工艺方法及装置。

背景技术

反应精馏是蒸馏技术中的一个特殊领域，它通过反应精馏塔将化学反应过程和精馏结合起来，具有选择性好、收率高、能耗低及设备投资少等优点，迄今为止，反应精馏操作已在石油化工生产方面得到了广泛的应用，其中一些物质如MEBE和ETBE使用反应精馏的方法来合成已完全工业化，该技术适用于多种类型的反应，如连串反应、可逆反应等，但主要是应用于转化率受化学平衡限制的反应体系。

膜分离是指利用天然或人工合成的、具有选择透过能力的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的一种化工单元操作。具有高效、能耗低、过程简单、操作温度较低、便于与其它过程耦合和集成等特点。其中，应用于有机溶剂脱水的渗透蒸发和蒸汽渗透，是21世纪化工最有前途的高新技术之一。

蒸汽渗透过程是一种新型的膜分离技术，是利用蒸汽混合物或蒸汽与不凝气体混合物在致密膜中的溶解度与扩散速率的不同来实现分离的。由于膜分离技术存在着处理能力、膜寿命等方面的限制，单纯使用蒸汽渗透技术来分离混合物存在一定的局限性，因此考虑与其他分离技术进行集成以充分发挥各自的技术优势，进行优势互补，从而达到提高过程整体经济性的目的，反应精馏与膜分离的集成过程就是其中一种比较重要的应用。

然而，许多重要的化工体系由于存在共沸、浓度夹点、相对挥发度等问题，在普通的反应精馏过程中难以达到很高的转化率，产物不能有效分离，反应精馏与膜的塔外耦合虽然一定程度上解决了这种问题，但是膜的塔外耦合并未从根本上解决反应精馏塔内所存在的分离难题，限制反应进行的因素仍然存在于反应精馏过程中。

据检索，目前公开的相关专利文献，具体公开内容如下：

1.专利CN202289520U公开了一种含有催化与渗透汽化膜组件的精馏耦合过程设备，其特征在于：制备出了一种具有催化功能以及渗透汽化功能的双功能膜，同时膜管也具有优于普通填料的特性，然而，该膜设备的制作过程复杂，成本较高，将膜同时用作催化、膜分离以及填料显然对膜有着很高的要求，因此不适用于普遍化的工业推广。

2.专利CN107628946A公开了一种反应精馏-膜设备耦合生产高纯度乙酸乙酯的方法与装置，其特征在于：将膜设备耦合在反应精馏塔的塔顶，位于冷凝器之后，塔顶的乙酸乙酯与水的共沸物经过冷凝后进入膜设备进行分离。但该膜设备与反应精馏外部耦合，无法解决反应精馏过程中由于共沸转化率较低的问题。

3.专利CN206279107U公开了一种蒸汽渗透脱水技术用于合成柠檬酸三乙酯的装置，其特征在于：将膜设备耦合在反应釜以及精馏柱的后面，通过对水的及时移除，避免了后续精制过程的大量费用，但该装置同样属于膜设备的外部耦合，无法进行对体系中的水的原位移除，后续仍需一定的精制操作，整体流程复杂，操作难度较大。

因此，本领域需要一种将膜设备耦和于反应精馏流程中，在反应的进行阶段就脱除相应的产物，促进平衡的正向移动，提高反应的转化程度的方法和装置。

发明内容