[发明专利]一种双反应段双隔壁塔的塔器

说明书

本发明公开了一种双反应段双隔壁塔的塔器，反应段双隔壁塔的塔器包括顶部隔离壁、底部隔离壁。顶部隔离壁左侧包括反应塔的精馏段和顶部反应段，顶部隔离壁右侧包括了分离塔的精馏段；底部隔离壁左侧包括了反应塔的提馏段和底部反应段，底部隔离壁右侧包括了分离塔的提馏段。顶部与底部隔离壁塔中间为公共段。对主反应为副反应为且反应选择性非常低的反应物系进行反应，并对反应生成的混合物进行分离。本发明结构具有极高的设计自由度，加强系统内部的能量耦合和物质耦合，提高反应的选择性，降低反应分离过程的能耗，实现高效反应分离，减少生产投入的目的。

技术领域

本发明涉及精馏塔的节能技术领域，属于化工生产中反应与分离过程的综合与设计范畴，具体涉及一种双反应段双隔壁塔的塔器。

背景技术

反应精馏是一种有效的过程强化技术，但对最不利相对挥发度排序(反应物为最轻和最重的组分，产物为次轻和次重的组分)的反应物系进行反应与分离时，其局限性也很明显。Tung等提出的双反应段精馏塔提高了反应的转化率，但并不能使塔内的物质与能量耦合都达到最理想的状态。Chen等提出的外部环流策略打破了不利相对挥发度排序对反应段位置的限制，使反应段位置的选择更加灵活，从而加强了反应精馏塔内部的能量耦合。Zhang和Chen等对分离进料方案的研究表明，分离进料可以增加结构设计的自由度，加强反应精馏塔内部的物质耦合，提升反应精馏塔的稳态性能。但是，以上的研究不涉及到副反应，对于带有副反应的反应物系的反应分离问题有待深入研究。

对带有副反应的物系(主反应为副反应为)进行反应与分离时不仅要解决低反应速率与低转化率的问题，而且要考虑低选择性对反应与分离操作的不利影响。现有的研究表明反应物过量技术可以克服低选择性等不利动力学特性影响，合理地设置反应段的位置使反应段具有较有利的成分分布，可以达到抑制副反应提高反应选择性的目的。Mueller等以碳酸的酯交换反应为例，证明了反应隔壁塔这种耦合结构可以提高选择性降低成本投入。本发明提出了一种新型的双反应段双隔壁塔的塔器可以提升反应的选择性，高效完成反应分离任务。

发明内容

对带有副反应的物系(主反应为副反应为)进行反应与分离时，其低选择性、低转化率与低反应速率等特性，会对物系的反应与分离操作造成极大的困难，使反应分离过程的能耗增加。针对现有技术的不足，本发明给出了一种新型的双反应段双隔壁塔的塔器。

为了解决上述问题，本发明给出的技术方案是：

应用双反应段双隔壁塔的反应工艺，其特征在于：对于带有副反应且具有低选择性等不利动力学特性的反应物系进行反应分离，反应物系的两个反应物为最轻和最重的组分，目标产物和副产物为次轻和次重的组分。双反应段双隔壁塔的塔器包括顶部隔离壁、底部隔离壁。其中，顶部隔离壁左侧包括了反应塔的精馏段和顶部反应段，顶部隔离壁右侧包括了分离塔的精馏段；底部隔离壁左侧包括了反应塔的提馏段和底部反应段，底部隔离壁右侧包括了分离塔的提馏段。顶部与底部隔离壁塔中间为公共段。

双反应段双隔壁塔的塔器顶部和底部分别有一个隔离壁，两个隔离壁在整个塔器中发挥了关键作用。塔顶的隔离壁将顶部反应段与顶部精馏段隔开，其左侧是反应段所在的位置，保证了反应的正常进行，同时也可以通过设计隔离壁的高度使反应物A停留在隔离壁左侧，以避免影响目标产物C在隔离壁右侧的分离；底部隔离壁的主要作用是将底部反应段与提馏段分隔开，隔离壁左侧的反应段保证了反应的正常进行，右侧则将未完全反应的反应物B和生成的副产物D与目标产物C分离，从而在保证反应与分离操作正常进行的情况下，又加强了内部的物质与能量耦合，可以提高反应分离效率和能量利用效率。

双反应段双隔壁塔的塔器具有顶部和底部两个反应段，反应物A的进料和外部环流都被分为两部分分别进入两个反应段中，这一操作使反应精馏塔的结构自由度更高，并且与单反应段反应分离结构相比，双反应段的反应任务的压力要更小，更容易达到较好的反应效果。