一种列管式一体化膜反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及多相催化反应技术领域，尤其涉及一种能够将部分产物实时移出的反应系统的列管式一体化膜反应装置。


背景技术：

2.醚化、酯化、缩合、脱水等反应产物都有小分子，如：水分子。而且这些反应往往是可逆反应，一般情况下反应进行不彻底。要想提高主产物醚或酯的收率，需要分离出小分子产物，使得平衡向正方向进行。
3.传统的蒸馏方法脱除反应的产物水，存在能耗大、污染环境等问题。相比膜分离具有设备简单、操作方便等优势，并且具有选择性分离性能以及更高的转化率。渗透汽化膜作为一种膜分离技术，在化工、医药、环境、食品和生物等诸多领域应用不断扩大。
4.cn204752567u、cn202297554u、cn103012149a等专利中描述了反应器和蒸汽渗透膜的组合集成工艺技术，即：部分反应液或蒸汽经过膜分离单元脱除水分后再返回反应单元继续反应，原料转化率都有显著地提高。这种工艺中，膜分离单元和反应单元相互独立，反应过程中反应液需要不断循环。cn107162904a和cn109651141a中直接将自制的分子筛膜置于酯化反应器中，膜的另一端连接冷凝器和真空泵，从而实现了水分实时在线脱除，促进反应平衡向正方向移动。但是这种实时脱水酯化反应仅限于实验室装置，规模太小，不适用于工业化大生产，因此需要开发能够应用于工业化大生产的连续的一体式装置。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种新型的列管式一体化膜反应装置，以列管式反应器结构为基础，通过设计特定的多孔列管并将其固载催化剂，使得列管结构和渗透汽化膜管有效耦合在同一反应器中，实现了小分子产物实时脱除，促进了反应平衡右移，提高了目标产物产率。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种新型的列管式一体化膜反应装置，包括：
8.壳程进口，位于所述列管式一体化膜反应装置下部侧面，用于反应物料的输入；
9.上管板和下管板，分别位于所述列管式一体化膜反应装置内的上部和下部，用于固定并密封多孔列管的两端；
10.上管箱和下管箱，分别位于所述上管板的上方和所述下管板的下方；
11.真空管路，通过管线连接所述上管箱和下管箱，用于控制所述列管式一体化膜反应装置内部的真空度；
12.壳程出口，位于所述列管式一体化膜反应装置上部侧面，用于反应物料的输出；
13.其特征在于，在所述上管板和下管板之间设置多孔列管，所述多孔列管管壁上设置通孔并固载催化剂，内部套接渗透汽化膜管，所述渗透汽化膜管内部具有膜管管腔，所述渗透汽化膜管的两端和所述多孔管之间进行密封并固定，所述膜管管腔与所述上管箱和下
管箱相通。
14.优选地，所述真空管路与外部真空泵和冷凝器连接，将小分子产物抽出反应系统外并冷凝。
15.有益效果
16.本实用新型的列管式一体化膜反应装置针对酯化、醚化、缩合、脱水等可逆反应中，目标产物产率不高的问题，给出了将催化过程和膜分离有效耦合在同一反应器中的解决方法，实现了酯化、醚化、缩合、脱水等可逆反应实时在线水分分离，从而获得目标产物高产率。本实用新型以工业反应器为基础，易于放大，且能耗小、无污染。
附图说明
17.图1为根据本实用新型的所述新型的列管式一体化膜反应装置的结构示意图。
18.图2为根据本实用新型的所述新型的列管式一体化膜反应装置中所述多孔管的横截面结构示意图。
19.附图标记
[0020]1‑
列管式一体化膜反应装置，21
‑
上管板，22
‑
下管板，3
‑
多孔列管，41
‑
上管箱，42
‑
下管箱，5
‑
壳程进口，6
‑
壳程出口，7
‑
真空管路，31
‑
通孔，32
‑
渗透汽化膜管，33
‑
密封和固定结构，34
‑
膜管管腔。
具体实施方式
[0021]
下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细的描述，但不作为本实用新型的限定。
[0022]
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
[0023]
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
[0024]
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本实用新型的这些和其它特性将会变得显而易见。
[0025]
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本实用新型的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
[0026]
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
[0027]
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
[0028]
为了阐明本实用新型，在附图中省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示。
[0029]
另外，为了便于说明，任意地示出了附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，因此本
实用新型不必限于附图中所示的那些。
[0030]
在整个说明书中，当提到某个元件“连接”到另一个元件时，它不仅包括“直接连接”，还包括其他构件之间的“间接连接”。另外，当提到某个元件“包括”某个部件时，这意味着该元件可以进一步包括其他部件而不是排除其他部件，除非相反地明确描述。本文所使用的术语“第一”、“第二”等是用来解释各种构成元件，并且它们仅用于将一种构成元件与另一种构成元件区分的目的。
[0031]
并且，本文中所使用的术语仅用于解释示例性实施例，且并不旨在限制本发明。单数表达也包括其复数表达，除非在上下文中另有明确表示。在本文中所使用的“包含”、“配备有”或“具有”之类的术语用于指定实践特性、数目、步骤、构成元件或其组合的存在，并且应当理解为不排除一个或多个其他特性、数目、步骤、构成元件或其组合的添加或存在的可能。
[0032]
并且，如果一个层或一个元件被提及为形成于“层”或“元件”的“上面”或“上方”，这意味着每一个层或元件被直接形成在该层或元件上，或者在层、主体或基材之间可形成其他的层或元件。
[0033]
参考图1和图2，根据本实用新型的一个实施例提供了一种新型的列管式一体化膜反应装置，包括：
[0034]
壳程进口5，位于所述列管式一体化膜反应装置1下部侧面，用于反应物料的输入；
[0035]
上管板21和下管板22，分别位于所述列管式一体化膜反应装置1内的上部和下部，用于固定并密封多孔列管3的两端；
[0036]
上管箱41和下管箱42，分别位于所述上管板21的上方和所述下管板22的下方；
[0037]
真空管路7，通过管线连接所述上管箱41和下管箱42，用于控制所述列管式一体化膜反应装置1内部的真空度；
[0038]
壳程出口6，位于所述列管式一体化膜反应装置1上部侧面，用于反应物料的输出；
[0039]
其特征在于，在所述上管板21和下管板22之间设置多孔列管3，所述多孔列管3管壁上设置通孔31并固载催化剂，内部套接渗透汽化膜管32，所述渗透汽化膜管32内部具有膜管管腔34，所述渗透汽化膜管32的两端和所述多孔管3之间进行密封并固定，所述膜管管腔34与所述上管箱41和下管箱42相通。
[0040]
优选地，所述真空管路7与外部真空泵和冷凝器连接，将小分子产物抽出反应系统外并冷凝。
[0041]
优选地，所述多孔管3兼具支撑和防止所述渗透汽化膜管32破损的作用，因而具有一定强度，但是不限材质。根据反应物料性质和反应条件可以选择合金钢、陶瓷等。
[0042]
优选地，所述多孔管3固载催化剂的种类选自，但不限于，酯化、醚化、缩合、脱水等反应。
[0043]
优选地，所述渗透汽化膜管32选自，但不限于，分子筛膜、聚合膜等。
[0044]
优选地，所述渗透汽化膜管32不限于分离水分子。
[0045]
下面参考图1和图2具体说明本实用新型的列管式一体化膜反应装置具体操作方式：
[0046]
1)反应原料液从所述列管式一体化膜反应装置1的下部的壳程入口5进入所述列管式一体化膜反应装置1，反应液由下而上流经所述列管式一体化膜反应装置1的壳程；
[0047]
2)在所述列管式一体化膜反应装置1内，步骤1)中反应液在所述多孔列管3表面经固载催化剂催化，不断生成主要产物和小分子产物，例如水等；
[0048]
3)步骤2)的混合料液(反应物 产物)进行反应的同时，也能通过所述多孔列管3上的所述通孔31随时到达所述多孔列管3中的所述渗透汽化膜管32的表面；由于所述渗透汽化膜管的亲水溶解作用，小分子在的所述渗透汽化膜管表面渗透通过所述渗透汽化膜管32；所述渗透汽化膜管32内部的所述膜管管腔34保持一定的真空度，在浓度梯度作用下小分子产物通过膜扩散，以气体形式进入所述膜管管腔34；
[0049]
4)步骤3)中所述膜管管腔34内的小分子产物在真空负压的作用下进入所述上管箱41和下管箱42，并经过所述真空管路7离开反应器，在外部经过换热冷凝收集；
[0050]
5)步骤3)中混合物料经实时脱除小分子后，反应平衡不断被打破，在催化剂催化下持续转化为目标产物，最终从所述列管式一体化膜反应装置1的上部壳程出口6流出所述列管式一体化膜反应装置1。
[0051]
实施例1
[0052]
1)氮气预热所述列管式一体化膜反应装置1，控制温度200
‑
220℃；
[0053]
2)将1,4
‑
丁二醇从步骤1)所述列管式一体化膜反应装置1下部的所述壳程入口5通入反应器中，自下而上充满所述21
‑
上管板和22
‑
下管板之间的壳程；
[0054]
3)控制空速约为1.5h
‑1，1,4
‑
丁二醇经所述多孔列管3表面固载催化剂催化，脱去一分子水，生成四氢呋喃；
[0055]
4)步骤3)的反应液进行反应的同时，通过所述多孔列管3上的所述通孔31到达所述多孔列管3中的所述渗透汽化膜管32表面；由于膜管表面亲水溶解作用，反应脱去的水分子渗透通过所述渗透汽化膜管32表面并进入所述渗透汽化膜管32内部的所述膜管管腔34中；
[0056]
5)所述膜管管腔34与所述上管箱41和下管箱42相连，在真空负压的作用下扩散进入所述上管箱41和下管箱42，并经过所述真空管路7离开反应器，在外部经过换热冷凝收集；
[0057]
6)步骤3)中反应液经实时脱除小分子后，反应平衡不断被打破，不断上升流动的过程中在催化剂催化下持续转化为目标产物四氢呋喃，并最终从所述列管式一体化膜反应装置1上部的壳程出口6流出。
[0058]
经检测，1,4
‑
丁二醇的转化率达到96％以上，四氢呋喃的选择性大于97％，这与240℃，0.6h
‑1的无膜组件固定床催化反应结果相当，说明所述渗透汽化膜管实时脱水的作用大大促进了反应向正向进行，使得即使在较低温度和较短的反应时间依然获得很高的转化率和选择性。
[0059]
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。