本发明涉及化工生产设备领域，尤其涉及一种背包式塔内反应精馏装置及其使用方法。
背景技术：
1、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。
2、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。
3、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。
4、因此，如何提供一款背包式塔内反应精馏装置，将冷却分馏塔与膜设备共同耦合于反应精馏的流程中，在反应的同时不断脱除产物以打破原有化学平衡，促进平衡的正向移动，提高反应的转化程度，成为本领域人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种背包式塔内反应精馏装置，将冷却分馏塔与膜设备共同耦合于反应精馏的流程中，在反应的同时不断脱除产物以打破原有化学平衡，促进平衡的正向移动，提高反应的转化程度。
2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
3、本发明一种背包式塔内反应精馏装置，包括反应精馏塔、分隔加热组件、液体缓冲组件、再沸器、蒸发器、冷却分馏塔、蒸汽渗透膜机组和冷凝器，所述反应精馏塔由上至下分别设置有精馏段、上反应段、下反应段和提馏段，横设在所述反应精馏塔中部的分隔加热组件将所述上反应段与下反应段分隔成两个独立的腔室，且所述分隔加热组件的加热侧位于所述上反应段的底端；
4、所述上反应段通过管道依次与液体缓冲组件、下反应段相连通，积聚在所述上反应段底部的液体依次通过所述液体缓冲组件、下反应段回流到提馏段内；
5、所述下反应段通过管道依次与蒸汽渗透膜机组、冷却分馏塔、蒸发器、上反应段相连通，积聚在所述下反应段顶部的汽体依次通过蒸汽渗透膜机组、冷却分馏塔、蒸发器、上反应段进入到提馏段内，且汽体经过蒸汽渗透膜机组与冷却分馏塔时分别分离出目标产物与水，破坏化学反应的平衡，促进反应的正向进行；
6、所述精馏段通过管道与所述冷凝器相连通，完成精馏后的汽体通过管道进入到所述冷凝器中生成液体，且一部分液体通过管道回流到所述精馏段内，另一部分液体排出收集；
7、所述再沸器通过管道与所述提馏段相连通，并完成所述提馏段内液体的加热操作。
8、优选的，所述液体缓冲组件包括缓冲罐和泵，所述缓冲罐的进口端通过管道与所述上反应段的液体出口相连通，所述缓冲罐的出口端通过管道、泵与所述下反应段的液体进口相连通，完成上反应段底部积聚液体的储存与输送回下反应段的操作。
9、优选的，所述冷却分馏塔、蒸汽渗透膜机组、蒸发器均位于所述反应精馏塔的外部形成背包式结构，所述蒸汽渗透膜机组上设置有汽体进口、滞留侧出口和渗透侧出口，所述汽体进口通过管道与所述下反应段顶部的汽体出口相连通，所述滞留侧出口通过管道与所述冷却分馏塔的进口相连通，进入到所述蒸汽渗透膜机组内部的汽体在膜内外压力差的推动力下完成目标组分的脱除操作，脱除的目标组分从所述渗透侧出口输出收集，其他组分通过所述滞留侧出口输出进入到所述冷却分馏塔内。
10、优选的，所述冷却分馏塔上设置有多个用于收集不同沸点下冷凝成液体产物的分馏收集管，且每个所述分馏收集管上均设置有测温模块与阀门，将生成对应二次反应产物的所述分馏收集管通过管道与所述蒸发器相连通，将生成的冷凝水从对应的所述分馏收集管排出收集。
11、优选的，所述蒸发器的出口端通过管道与所述上反应段相连通，经过所述蒸发器汽化后的液体通过管道进入到所述上反应段内。
12、优选的，所述分隔加热组件包括分隔板和发热板，所述分隔板的内部设置为一端开口的空腔，所述发热板内嵌安装在所述分隔板的内腔中。
13、优选的，所述反应精馏塔上设置有至少一个进料口。
14、优选的，一种背包式塔内反应精馏装置的使用方法，包括如下步骤：
15、步骤一、原料通过进料口进入到反应精馏塔内，位于提馏段内的原料经提馏操作后变为气相组分上升进入到下反应段内并发生可逆的化学反应；
16、步骤二、发生反应后气相组分进入到蒸汽渗透膜机组内，气相组分在膜内外压力差的推动力下完成目标组分的脱除操作，进而破坏可逆化学反应的平衡，推动化学反应的正向进行；同时，脱除的目标组分从渗透侧出口输出收集，其他组分则通过滞留侧出口输出进入到冷却分馏塔内；
17、步骤三、进入到冷却分馏塔内的气相组分经过不同温度下的冷却凝结，混合的气态组分被逐步分离成不同组分的液相产物，将生成对应二次反应产物的分馏收集管通过管道与蒸发器的进口相连通，同时，将生成的冷凝水从对应的分馏收集管排出收集，进一步去除化学反应的生成产物，推动化学反应的正向进行；
18、步骤四、进入到蒸发器内的液相产物经高温重新变为气相组分，并通过管道与冷却分馏塔内未液化的气相组分一起进入到上反应段内继续进行化学反应，其中，分隔加热组件内的发热板为第二次化学反应提供热量，且经过反应后的气相组分上升到精馏段开始精馏分离，并通过冷凝器冷却为液相产物，部分液相产物回流到上反应段内，另一部分则通过收集成为塔顶产物；
19、步骤五、回流到上反应段内的液体经过缓冲罐与泵回流到提馏段内，提馏段内的液体部分进行成为塔底产物，另一部分通过再沸器汽化回流。
20、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
21、1)本发明通过在反应精馏塔外耦合蒸汽渗透膜机组与冷却分馏塔的方式，实现目标组分及化学产物的脱除操作，进而破坏可逆化学反应的平衡状态，推动化学反应的正向进行，提高目标产物的产量；
22、2)冷却分馏塔的设置实现不同沸点化学反应产物的分类收集与去除，提高反应组分的含量的同时，降低反应产物的含量；
23、3)分隔加热组件的设置为上反应段的化学反应提供所需热量，有效促进化学反应的正向进行。
24、总的来说，本发明将冷却分馏塔与膜设备共同耦合于反应精馏的流程中，在反应的同时不断脱除产物以打破原有化学平衡，促进平衡的正向移动，提高反应的转化程度。
1.一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：包括反应精馏塔(1)、分隔加热组件(2)、液体缓冲组件(3)、再沸器(4)、蒸发器(5)、冷却分馏塔(6)、蒸汽渗透膜机组(7)和冷凝器(8)，所述反应精馏塔(1)由上至下分别设置有精馏段(11)、上反应段(12)、下反应段(13)和提馏段(14)，横设在所述反应精馏塔(1)中部的分隔加热组件(2)将所述上反应段(12)与下反应段(13)分隔成两个独立的腔室，且所述分隔加热组件(2)的加热侧位于所述上反应段(12)的底端；
2.根据权利要求1所述的一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：所述液体缓冲组件(3)包括缓冲罐(31)和泵(32)，所述缓冲罐(31)的进口端通过管道与所述上反应段(12)的液体出口相连通，所述缓冲罐(31)的出口端通过管道、泵(32)与所述下反应段(13)的液体进口相连通，完成上反应段(12)底部积聚液体的储存与输送回下反应段(13)的操作。
3.根据权利要求1所述的一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：所述冷却分馏塔(6)、蒸汽渗透膜机组(7)、蒸发器(5)均位于所述反应精馏塔(1)的外部形成背包式结构，所述蒸汽渗透膜机组(7)上设置有汽体进口(71)、滞留侧出口(72)和渗透侧出口(73)，所述汽体进口(71)通过管道与所述下反应段(13)顶部的汽体出口相连通，所述滞留侧出口(72)通过管道与所述冷却分馏塔(6)的进口相连通，进入到所述蒸汽渗透膜机组(7)内部的汽体在膜内外压力差的推动力下完成目标组分的脱除操作，脱除的目标组分从所述渗透侧出口(73)输出收集，其他组分通过所述滞留侧出口(72)输出进入到所述冷却分馏塔(6)内。
4.根据权利要求3所述的一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：所述冷却分馏塔(6)上设置有多个用于收集不同沸点下冷凝成液体产物的分馏收集管(61)，且每个所述分馏收集管(61)上均设置有测温模块(62)与阀门(63)，将生成对应二次反应产物的所述分馏收集管(61)通过管道与所述蒸发器(5)相连通，将生成的冷凝水从对应的所述分馏收集管(61)排出收集。
5.根据权利要求4所述的一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：所述蒸发器(5)的出口端通过管道与所述上反应段(12)相连通，经过所述蒸发器(5)汽化后的液体通过管道进入到所述上反应段(12)内。
6.根据权利要求1所述的一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：所述分隔加热组件(2)包括分隔板和发热板，所述分隔板的内部设置为一端开口的空腔，所述发热板内嵌安装在所述分隔板的内腔中。
7.根据权利要求1所述的一种背包式塔内反应精馏装置，其特征在于：所述反应精馏塔(1)上设置有至少一个进料口(15)。
8.一种背包式塔内反应精馏装置的使用方法，其特征在于：基于权利要求1-7任意一项所述的一种背包式塔内反应精馏装置，包括如下步骤：
