CN102309866A - 聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯（PTT）连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，包括塔釜以及各自与所述塔釜连通的塔体和再沸器，再沸器为立式设于塔釜上方的降膜式再沸器，其管程进液口设有分布器和换热器成膜装置，其物料出口与塔釜的一个顶部开口直接连接，塔釜的底部设有塔釜液采出口，塔釜液采出口与再沸器的管程进液口相连，塔体上设有待精制物料入口和精制后物料出口，塔釜为全夹套塔釜或半管式夹套塔釜，塔体为板式或板式/填料复合塔体。本发明能够对PTT连续生产中的PDO低成本、高速率、高回收率地进行提纯，适用于PTT连续生产，不影响PTT产品质量，能保证PTT连续生产的正常、安全运行。

Description

聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔

技术领域

本发明涉及一种精制塔，尤其是在聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中对1,3-丙二醇进行提纯以达到循环使用要求的精制塔。

背景技术

在聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯（PTT）的连续生产中，需要使用大量的1,3-丙二醇（PDO）作为生产原料。为了保证酯化反应的顺利进行，通常需过量使用1,3-丙二醇，然后在酯化后将其多余的部分除去。由于PDO的成本较高，多余部分PDO如果能再次作为酯化反应的原料使用将有助于节约生产成本，而通常由于其含轻组分及低聚物等杂质，因此，如直接回收利用将会降低PTT产品的质量，同时还会影响PTT连续生产装置的正常运行和安全生产。因此，在PTT连续生产中的PDO需要精制提纯后才能循环使用。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔（简称为PTT连续生产工艺中的循环PDO精制塔或精制塔），使用本发明的精制塔能够在一定的操作条件下充分利用加热介质的能量、低能耗、高效率地提纯PTT连续生产中的1,3-丙二醇，使其能够在PTT连续生产中实现循环使用，并能够不影响PTT产品质量，保证连续生产装置的正常、安全运行。

本发明采用的技术方案是：

一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，包括塔釜、塔体和再沸器，所述再沸器的物料出口与所述塔釜的一个顶部开口直接连接，所述塔釜的底部设有塔釜液采出口，所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口相连，所述塔体上设有待精制物料入口和精制后物料出口，所述塔体的底部开口与所述塔釜的另一个顶部开口连接。

本发明的精制塔所处理的待精制物料指的是含有杂质的PDO，是来自PTT连续生产中酯化反应后经真空汽化脱除的过量PDO，其中通常含有不超过5wt%的水、微量烯丙醇和丙烯醛以及少量低聚物。

塔釜液中的PDO及杂质成分的含量与经由待精制物料入口输入的待精制物料可以不同，通常，随着精制的进行其中的PDO、烯丙醇和丙烯醛的含量相对降低，低聚物的含量相对升高，水的含量可以升高，也可以降低，甚至有可能不变。

较优地，所述再沸器和塔体均设于所述塔釜上方，所述塔体的底部开口与所述塔釜的另一个顶部开口直接连接，所述塔体顶部设有水蒸汽出口，所述塔体还设有冷凝液入口，所述冷凝液入口、待精制物料入口和精制后物料出口自上而下依次设置于所述塔体的侧壁上。

所述再沸器可以为立式再沸器，优选为所述塔体的底部开口与所述塔釜直接连接。

优选为所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口之间设有塔釜液循环泵。

上述任一项技术方案中，所述塔釜可以为全夹套塔釜或半管式夹套塔釜，所述塔体可以为板式或板式/填料复合塔的塔体。

上述任一项技术方案中，所述再沸器可以为降膜式再沸器。

所述再沸器内设有下进上出的壳程热媒通路，所述壳程热媒通路的两端分别设有与热媒源相通的加热介质入口和加热介质出口。

优选为所述再沸器内设有分布器和换热器成膜装置，所述分布器位于所述再沸器的管程进液口处，所述换热器成膜装置位于所述分布器的下方。

所述分布器可以为包括锯齿形结构的锯齿形溢流分布器，所述换热器成膜装置可以为锯齿形结构的换热器成膜装置。

所述锯齿形结构包括齿牙和齿牙间的锯齿口，所述锯齿口下窄上宽。

所述塔釜的封头可以为锥形封头。

上述任一项技术方案中，优选为，所述精制塔内的蒸馏压力为10KPa(A)～100KPa(A)，蒸馏温度为100℃～200℃。

本发明的有益效果是：

由于采用再沸器对塔釜液进行循环加热，使其中的PDO和轻组份不断地被加热蒸发，蒸发出的PDO和轻组份均进入塔体中完成精制提纯，相当于对含杂质的PDO混合物中的PDO进行反复精制提纯，有利于提高对PDO的提纯效率，提高PDO的回收率，减少最终排放的混合液中的PDO的残留，并且，塔釜液由塔体的底部开口不断补充，如此往复循环，能够实现对连续输入的待精制物料进行连续精制提纯，还能够连续输出提纯后的精制PDO；

由于采用了高效的锯齿形溢流分布器和锯齿形结构的换热器成膜装置，可以对循环输入的塔釜液进行高效的分布，提高了成膜质量，提高了再沸器的换热效率和蒸发效率，并且，由于再沸器通过其底部开口直接连接在塔釜的顶部，避免了塔釜液中的低聚物等堵塞再沸器的物料出口，降低了再沸器的维护频率和成本，并且，由于再沸器与塔釜直接连接，避免了再沸器产生过大的压降而导致其蒸发效率降低，相应提高了再沸器的蒸发效率，同时避免堵塞。

附图说明

图1是本发明的精制塔的一个实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便更好的理解，下面结合附图通过具体实施方式对本发明进行更详细的描述。

参见图1，本发明提供了一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，包括塔釜1、塔体3和再沸器2，所述塔体和再沸器均与所述塔釜连通。所述塔釜为一封闭腔体，该腔体包括顶部蒸汽汇集区、底部塔釜液汇集区和中部分离区，所述塔釜的顶部设有两个顶部开口，并各自分别与所述顶部蒸汽汇集区连通，所述塔釜的底部设有塔釜液采出口13，与所述底部塔釜液汇集区连通，所述底部塔釜液汇集区为向下渐缩的锥形，所述塔釜液采出口开设于锥形的最低处。

所述再沸器的上部设有管程进液口8，底部设有物料出口12，所述塔釜液采出口与所述管程进液口在该精制塔的外部相连接，所述物料出口与所述塔釜的一个顶部开口相连，所述塔体的上部或中部设有输入待精制的PDO混合物的待精制物料入口6，下部设有输出精制后的PDO的精制后物料出口7，底部设有底部开口，所述塔体通过其底部开口与所述塔釜的另一个顶部开口相连，所述塔体的顶部还设有水蒸汽出口4，水蒸汽出口下方设有冷凝液入口5。

所述塔釜的封头可以为锥形封头，所述两个顶部开口均可以开设于所述塔釜上。

所述水蒸汽出口和冷凝液入口可以分别连接一个冷凝器的水蒸汽入口和冷凝水出口，水蒸汽经该冷凝器凝结为冷凝水再经冷凝液入口进入塔体中实现循环。

除水蒸汽外，PDO混合物中的烯丙醇、丙烯醛等轻组份杂质也可以经所述水蒸汽出口排出，例如可以从所述水蒸汽出口进入所述冷凝器，再经所述冷凝器的不凝气体出口排出。

所述冷凝器的冷凝水出口与所述冷凝液入口间还可以通过一塔顶回流罐相连，部分烯丙醇、丙烯醛等轻组份杂质可以经所述塔顶回流罐的排气口排出。

为了保证较高的回收速率和PDO回收率，所述精制塔内（包括塔体、塔釜、再沸器内）的压力优选为负压，以免压力过高导致沸点升高，引发PDO热裂解或自聚从而影响生产性能，不利于PDO和轻组份的蒸发，例如，蒸馏过程的压力可以为10KPa(A)～100KPa(A)，蒸馏过程的温度可以为100℃～200℃，以实现PDO的高效、高速回收。

为了实现各种成分在塔体内的有效分离，通常将塔体内的温度设置成由下至上逐渐降低，例如，其精制后物料出口以下的温度可以为200°左右；其精制后物料出口至待精制物料入口之间的一段的温度可以为200°以下，并且为了易于PDO蒸汽的凝结，优选将该段的温度也设置成自下而上逐渐降低，即经所述待精制物料入口落下的PDO混合物与经塔体的底部开口上升的含有轻组份杂质和PDO蒸汽的混合蒸汽在此部分进行汽液热交换，一方面利于PDO蒸汽的凝结，另一方面还可以对PDO混合物进行预热，其中的部分轻组份杂质可以直接蒸发，甚至还可以有部分PDO也同时蒸发，相当于对PDO混合物进行了初步精制提纯；所述待精制物料入口至所述冷凝液入口段的温度通常高于100℃，并采用冷水喷淋以防止PDO蒸汽自塔顶的水蒸汽出口采出造成损失及一系列不利影响，所述待精制物料入口以上段的温度可以略高于100°，以保持轻组份杂质为汽相，进而从塔顶的水蒸汽出口处采出，实现对该部分杂质的分离。

所述精制塔优选为还包括抽真空装置，所述抽真空装置可以与塔体连接，例如其抽真空口可以与所述冷凝器的不凝气体出口或所述塔顶回流罐的排气口连接，以利于水蒸汽、烯丙醇和丙烯醛等轻组份杂质的排出。

所述抽真空装置可以维持精制塔内部处于适于蒸馏的负压状态，有利于提高精制塔的精制提纯速率。

所述抽真空装置可以为真空泵，如可以是液环真空泵或真空喷射泵，还可以是液环真空泵和真空喷射泵的组合系统。

所述待精制物料入口可以与所述PTT连续生产工艺中酯化后分离出的含杂质的PDO混合物的收集装置相连，待精制的PDO混合物经所述待精制物料入口6输入精制塔中，将塔釜温度升到足够高，待精制的PDO混合物中的轻组份蒸发，同时至少也有一部分PDO蒸发，蒸发出的轻组份经所述水蒸汽出口采出，蒸发出的PDO蒸汽在所述塔体中冷凝后经所述精制后物料出口采出，例如可以经所述塔体内部的塔盘收集后采出，采出的即为经过提纯精制的PDO，可根据需要输送至储存或回用设备，余料（未蒸发的轻组份杂质、PDO以及低聚物的混合物）在塔釜的塔釜液汇集区汇集后经所述管程进液口进入所述再沸器中被再次加热，并有部分成分被汽化为汽相，聚集在塔釜顶部的顶部蒸汽汇集区后再由所述塔体的底部开口进入塔体中或直接由所述塔体的底部开口进入塔体中，然后在塔体中上升，与从待精制物料入口输入的待精制的PDO混合物进行汽液热交换，其中的各种成分分别经塔体上的相应采出口采出（杂质经所述水蒸汽出口采出，PDO冷凝液经所述精制后物料出口采出），余料落入塔釜在塔釜的塔釜液汇集区汇集，同时，再沸器中未被汽化的部分经再沸器的物料出口落入塔釜中，并于塔釜液汇集区汇集，之后再经所述管程进液口进入所述再沸器中，同时由于塔釜处于加热状态，其中的塔釜液不断地有成分蒸发，蒸发后进入塔体中被采出，如此往复循环，实现了对待精制的PDO混合物的连续精制。

水蒸汽经所述水蒸汽出口进入所述冷凝器中，冷凝为凝结水后经所述冷凝液入口回流进入塔体，实现循环。

所述精制后物料出口可以与所述PTT连续生产工艺中的PDO原料入口相连，经本发明的精制塔提纯后的PDO的含水量不高于0.5%，可以再次进入所述PTT连续生产工艺中参与PTT的生产，例如可以作为PTT连续生产中的原料，也可以用于PTT连续生产中的喷淋冷却系统，实现PDO在所述PTT连续生产工艺中的循环使用，减少了PTT连续生产工艺中的PDO消耗，降低了生产成本。

所述再沸器为立式再沸器，优选地，所述再沸器的物料出口和所述塔体的底部开口均与所述塔釜直接连接，以再沸器为例，再沸器中经其物料出口输出的介质不经任何其他设备或管道即直接经所述塔釜的顶部开口进入所述塔釜中，更优地，所述再沸器的物料出口的直径与所述再沸器的壳体的内径相等，同时与其对应连接的所述塔釜的顶部开口的直径也与之相等。所述塔釜的两个顶部开口可以设置成向上直线伸展的管状开口，即构成为分别与塔体和再沸器连接的接口，并分别与所述再沸器的物料出口和所述塔体的底部开口通过法兰固定连接，并在连接处采用必要的密封措施。由于再沸器2与塔釜1的顶部直接连接，可以有效防止再沸器2被塔釜液中的低聚物等杂质堵塞，降低了设备维护频率和费用。而且由于再沸器2的物料出口与塔釜1直接连接，再沸器2内产生的蒸汽可直接进入塔釜1，例如不需要经过再沸器2与塔釜1之间连接的任何管道，使在再沸器中换热后的物料在流经再沸器2时产生的压降明显降低，有利于PDO和轻组份的蒸发，提高了再沸器的效率。

所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口可以采用外部强制循环设备连接，以提高塔釜液的循环效率，例如，可以通过一塔釜液循环泵相连。

随着精制塔运行时间的延长，塔釜液中的低聚物的含量逐渐提高，为了降低精制塔的负荷尤其是再沸器的负荷，减少加热塔釜液所需的能量，减少能量消耗，防止结焦，通常，塔釜中的塔釜液间隔一定的时间可以予以排除，如可以通过该塔釜液循环泵排至废液槽。

上述任一项技术方案中，所述塔釜可以为全夹套式塔釜或半管式夹套塔釜，以提高塔釜的保温性能，减少能耗，必要时还可以对塔釜中的塔釜液进行加热，以便提高塔釜液在塔釜中的蒸馏效果，提高精制塔整体的蒸馏效果。

所述塔体可以为板式或板式/填料复合塔的塔体结构。例如，可以采用现有技术的蒸馏塔的塔体。

所述再沸器可以为降膜式再沸器。优选为降膜式列管再沸器。

所述降膜式再沸器包括壳体，壳体内包括顶部进料区、底部出料区和设于二者之间的换热区，所述顶部进料区、底部出料区和设于二者之间的换热区为三个彼此独立的腔体，所述顶部进料区与换热区通过上管板隔离，所述底部出料区与换热区通过下管板隔离。所述管程进液口与所述顶部进料区连通，所述物料出口与所述塔釜连通。

所述换热区内设有若干穿过并固定在所述上、下管板上的成膜换热管，若干所述成膜换热管的两端开口分别与所述顶部进料区和底部出料区相连通。

所述再沸器内设有下进上出的壳程热媒通路，所述壳程热媒通路的两端分别设有与热媒源相通的加热介质入口11和加热介质出口10。所述上、下管板、所述壳体以及若干所述成膜换热管之间的空间构成所述壳程热媒通路，来自所述热媒源的高温热媒经所述加热介质入口流入所述壳程热媒通路，向所述成膜换热管中的成膜下流的塔釜液膜散热后变为低温热媒经所述加热介质出口流回所述热媒源再次被加热成高温热媒，并再次进入所述壳程热媒通路放热，循环往复，实现对成膜换热管中的塔釜液膜的加热。

优选为所述再沸器的管程进液口处设有分布器9和换热器成膜装置14。所述分布器设于所述管程进液口的下方，优选为所述管程进液口正对所述分布器的中心。

塔釜液经再沸器的管程进液口进入再沸器后，经所述分布器和换热器成膜装置后在再沸器的成膜换热管的内表面形成膜状下流，传热效率大大提高，膜状沸腾需要的传热温差小，加热介质的温度要求降低，降低了塔的能耗。下流过程中还被反向流经壳程热媒通道的热媒加热，PDO与轻组份在管内蒸发，并通过再沸器的物料出口直接进入塔体，PDO在塔体中进一步与轻组份分离后经精制后物料出口采出，而低聚物则通过再沸器的物料出口进入塔釜，并在塔釜的底部塔釜液汇集区汇集。

所述分布器可以为盘式分布器，其分布盘可以为上凸形或平板形，所述分布盘可以设有筛孔。

所述分布器可以为包括锯齿形结构的锯齿形溢流分布器或其他形式分布器，所述换热器成膜装置可以为锯齿形结构或其他成膜结构。

所述分布器优选为锯齿形溢流分布器，所述换热器成膜装置优选为锯齿形结构的换热器成膜装置，以利于塔釜液在再沸器中分布均匀，提高成膜的均一性，利于PDO及轻组份的蒸发，提高再沸器的效率，降低能耗。

所述锯齿形溢流分布器与所述锯齿形结构的换热器成膜装置的设置方式可以为：

所述锯齿形结构包括齿牙和齿牙间的锯齿口，所述锯齿口可以采用下窄上宽的开口设计，以使其能够适用较宽的流量范围，在流量较大、较小、增大或减少各种情况下均能够保证有效均流。

当流量较小时，通过锯齿口下部的较窄位置均流，各个锯齿口的流量较为均衡；当流量较大时，液面上升使得各锯齿口的流量增大较快，有利于平稳均流。不至于在流量增大时因均流不及时，而导致成膜的均一性不能满足要求，导致部分成膜换热管内成膜过厚，进而导致蒸发效率降低，造成能量的浪费，也不会因流量的减少而导致各个锯齿口的流量不均匀，导致部分成膜换热管内不能形成均匀连续的膜，进而导致蒸发率降低。

锯齿形结构的设计有利于提高再沸器的正常操作范围，提高其对气液负荷变化的适应性，提高其操作弹性。

所述齿牙的形状可以根据实际需要设定。例如，可以为由下向上横截面逐渐减小的长圆形体。

所述锯齿口的开设方向和开口角度可以按实际需求设定。例如，可以按照开口数量、介质粘度、介质流速、介质流量设定开口角度的大小。

所述锯齿口的开设方向可以根据介质流向、介质流速、介质粘度等设定，例如可以垂直于所述分布器的半径方向，也可以与其半径方向呈一定的角度，优选为呈一定的角度开设。

所述锯齿形溢流分布器上的若干个锯齿口的开口角度和开设方向可以彼此相同也可以不同，应根据实际需要设定。

在本发明的一个实施例中，所述换热器成膜装置可以是所述上管板，所述锯齿形结构可以设于所述上管板的上表面，优选为沿所述成膜换热管的上端的入口的四周分布，例如，可以为呈环形分布于所述成膜换热管的上端的入口的四周的锯齿形溢流堰，经所述溢流分布器落下的塔釜液可以经所述锯齿形溢流堰的锯齿形开口处溢流进入所述成膜换热管的内部，沿其管内壁下流成膜。所述锯齿形溢流堰优选为与所述成膜换热管的管壁呈一定的角度，优选为所述锯齿形溢流堰的底部的直径与所述成膜换热管的上端的入口处直径相同，所述锯齿形溢流堰的上端朝外侧倾斜一定角度，如可以向外倾斜5°、8°、10°等，以利于进一步均流，提高塔釜液在成膜换热管内的成膜效果。

所述分布器的锯齿形结构可以分布于所述分布器的四周，其设置方式可以与所述换热器成膜装置的锯齿形结构相同或不同，优选为所述锯齿形溢流分布器上的溢流口（即锯齿口或筛孔）不位于所述成膜换热管的上端的入口的正上方，以免经所述锯齿形溢流分布器落下的塔釜液直接落入所述成膜换热管中，影响成膜质量。

本发明采用特殊结构的精制塔对PTT连续生产中的1,3-丙二醇进行提纯，使其能够在PTT连续生产中实现循环使用，提高了PDO的回收率，降低了能耗和维护使用成本，并能够不影响PTT产品质量，保证连续生产装置的正常、安全、稳定运行。

Claims (10)

1.一种聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于包括塔釜、塔体和再沸器，所述再沸器的物料出口与所述塔釜的一个顶部开口直接连接，所述塔釜的底部设有塔釜液采出口，所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口相连，所述塔体上设有待精制物料入口和精制后物料出口，所述塔体的底部开口与所述塔釜的另一个顶部开口连接。

2.根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述再沸器和塔体均设于所述塔釜上方，所述塔体顶部设有水蒸汽出口，所述塔体还设有冷凝液入口，所述冷凝液入口、待精制物料入口和精制后物料出口自上而下依次设置于所述塔体的侧壁上。

3.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述再沸器为立式再沸器。

4.根据权利要求3所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述塔釜液采出口与所述再沸器的管程进液口之间设有塔釜液循环泵。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述塔釜为全夹套塔釜或半管式夹套塔釜，所述塔体为板式或板式/填料复合塔的塔体。

6.根据权利要求5所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述再沸器为降膜式再沸器。

7.根据权利要求6所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述再沸器内设有下进上出的壳程热媒通路，所述壳程热媒通路的两端分别设有与热媒源相通的加热介质入口和加热介质出口。

8.根据权利要求7所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述再沸器内设有分布器和换热器成膜装置，所述分布器位于所述再沸器的管程进液口处，所述换热器成膜装置位于所述分布器的下方。

9.根据权利要求8所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述分布器为包括锯齿形结构的锯齿形溢流分布器，所述换热器成膜装置为锯齿形结构的换热器成膜装置。

10.根据权利要求9所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯连续生产工艺中的循环1,3-丙二醇精制塔，其特征在于所述塔釜的封头为锥形封头。

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