CN102350076B - 一种乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统，于精馏塔顶上按顺序串联连接有塔顶冷凝器装置、塔顶冷却器、冷凝液收集罐、回流泵、塔顶分相器，从精馏塔顶出来气相、带有甲酯的物料依次经过塔顶冷凝器装置、塔顶冷却器、冷凝液收集罐、回流泵和塔顶分相器后回流至精馏塔顶内，塔顶冷凝器装置由至少两个依次连接的塔顶冷凝器组成，各塔顶冷凝器均通过水冷冷却气相物料并控制气相物料的温度；各塔顶冷凝器分别与塔顶冷却器连接，各塔顶冷凝器之间相互串联连接，于最后一个塔顶冷凝器上设有冷凝液定时采出口；各塔顶冷凝器的换热面积依次逐渐减少。该系统明显降低了回流酯中的甲酯含量，减轻了精馏塔的气相负荷，降低了整个生产系统的能耗。

Description

一种乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统
技术领域
本发明涉及一种乙酸乙酯中的精馏塔节能生产改造系统，具体是改造乙酸乙酯精馏塔的冷凝系统，将本来单个塔顶冷凝器变换成多个塔顶冷凝器，改进后的多个塔顶冷凝器按顺序连接，实现气相物料分级冷凝，分步采出。该系统通过控制循环冷却水的流量来控制冷凝液温度，使得气相组分分级冷凝，同时在最后一级塔顶冷凝器中采出富含甲酯组分的物料，以控制系统中的循环的甲酯量。
背景技术
乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一, 它具有优良的溶解性能，是一种快干型工业溶剂，被广泛用于乙基纤维、醋酸纤维、氯化橡胶、乙烯树酯、醋酸纤维树脂、合成橡胶等聚合物和医药中间体的生产；也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水；在纺织工业中用作清新剂；食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂；是香料工业中最重要的香料添加剂，可作为调香剂的组分。同时，乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂、油漆的稀释剂以及制造药物、染料的原料。
目前，生产乙酸乙酯的生产工艺主要为传统的酯化工艺。该工艺方法采用浓硫酸作为催化剂，催化活性快、能满足产能的要求，但使用浓硫酸会使设备腐蚀严重，副产物不少，物耗偏大。
如图1所示，在传统的乙酸乙酯生产中，经过酯化工段后，生产的粗酯直接进入精馏塔6进行精制，精馏塔内的气相部分经过单个塔顶冷凝器1，然后进入塔顶冷却器2全冷凝后进入冷凝液收集罐3，冷凝液再通过回流泵4输送到塔顶分相器5，分相后上层油相组分重新回流至精馏塔塔顶。
在醋酸酯生产过程中，气相原料存在微量的甲酸和甲醇，存在的甲酸或者甲醇和对应的乙醇或者醋酸都可以生产相应的甲酯（含乙酸甲酯和甲酸乙酯）。
实验证明，甲酯和水的互溶性较大，30℃以上时，两者的互溶度均在20%以上，随着温度偏高互溶度将升至达30%以上。而两者沸点相对较低，其中乙酸甲酯沸点57.8℃，甲酸乙酯沸点54.3℃，而乙酸乙酯的沸点为77.1℃。因此，酯化产生的系统将在酯化、精馏及回收工段循环。同时，由于甲酯的存在，甲酯和水的互溶度大的特性将导致酯化粗酯、精馏回流酯中的水分偏大，相应夹带进其中的醇含量也将偏大，因而增加了酯化塔和精馏塔的负荷，能耗偏大。
对此，现有技术中传统的处理方法是：当精馏塔顶甲酯含量达到一定量后，定期排放头酯。但该措施清理效果不明显，能耗依然没能有效降低。
我们知道，醋酸酯生产中精馏部分能耗占整个生产工艺的90%以上，因此，改善精馏塔顶分级冷凝采出的措施对于降低精馏塔的能耗是非常必要的。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的不足，尤其是为了一种能解决传统乙酯生产工艺中醋酸甲酯分离率不高，又能解决能耗增加等问题，实现节能生产的精馏塔节能改造系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统，包括精馏塔，于精馏塔顶上按顺序串联连接有塔顶冷凝器装置、塔顶冷却器、冷凝液收集罐、回流泵、塔顶分相器，从精馏塔顶出来气相、带有甲酯的物料依次经过塔顶冷凝器装置、塔顶冷却器、冷凝液收集罐、回流泵和塔顶分相器后回流至精馏塔顶内，塔顶冷凝器装置由至少两个依次连接的塔顶冷凝器组成，各塔顶冷凝器均通过水冷冷却气相物料并控制气相物料的温度；各塔顶冷凝器分别与塔顶冷却器连接，各塔顶冷凝器之间相互串联连接，于最后一个塔顶冷凝器上设有冷凝液定时采出口；各塔顶冷凝器的换热面积依次逐渐减少。
本发明的节能改造系统旨在改进精馏塔塔顶的冷凝装置，将本来为现有技术中的换热面积为S0的单个塔顶冷凝器换成n个换热面积较小的塔顶冷凝器（按顺序分别标记为C1、C2…Cn），换热面积分别为S1、S2、S3…Sn,其中，应该满足:S1 + S2 + S3 +…+Sn≥S0，以满足冷凝需求，并且n个塔顶冷凝器的相互关系为： S1 》S2》S3…》Sn。塔顶气相物料首先经过塔顶冷凝器C1，通过控制循环水的流量，使得气相物料温度控制在一定的温度，使得气相物料大部分冷凝变为冷凝液，冷凝液再经塔顶冷却器直接进入冷凝液收集罐，未冷凝的气相物料继续进入塔顶冷凝器C2，冷凝液也直接进入冷凝液收集罐…最后的气相物料进入塔顶冷凝器Cn，液体作定时采出处理，只有少部分气相物料回到精馏塔中。
作为对前述技术方案的进一步设计：前述的塔顶冷凝器装置中的第一个塔顶冷凝器出口冷凝液的温度在68℃-72℃之间，第二个塔顶冷凝器出口冷凝液温度在65℃-68℃之间……最后一个塔顶冷凝器出口冷凝液温度在60℃-65℃之间。通过控制循环冷却水的流量来实现气相物料温度的控制。
作为对前述技术方案的更进一步设计：从最后一个塔顶冷凝器的冷凝液定时采出口采出的冷凝液中甲酯的含量不低于50%，可定时采出收集，所采出的甲酯经过收集后，可以经过一定的处理，提高副产品利用价值。
在所述改进的冷凝系统中，将增加部分小面积塔顶冷凝器的部分管线、测温仪及调节阀等设备仪器投入，成本低廉，设备也简单。
综上所述，本发明的精馏塔节能改造系统和传统工艺相比有以下优点：
（1）明显降低了回流酯中的甲酯含量，而夹带回流进精馏塔的水和乙醇也得到明显的降低，进而减轻了精馏塔的气相负荷，同时也降低了系统循环的甲酯量，降低了整个生产系统的能耗。
（2）由于比原工艺所累积的甲酯含量大大降低，将明显提高了粗酯中的乙酯含量，有利于产品质量的进一步改良。
附图说明
图1是现有技术中的乙酸乙酯精馏塔的工艺流程图；
图2是本发明实施例1的乙酸乙酯精馏塔的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述说明。
实施例1
本实施例的具体方案为：如图2所示，一种乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统，包括精馏塔6，于精馏塔顶上按顺序串联连接有塔顶冷凝器装置1、塔顶冷却器2、冷凝液收集罐3、回流泵4、塔顶分相器5，从精馏塔顶出来气相、带有甲酯的物料依次经过塔顶冷凝器装置、塔顶冷却器、冷凝液收集罐、回流泵和塔顶分相器后回流至精馏塔顶内，塔顶冷凝器装置由两个依次连接的塔顶冷凝器组成，各塔顶冷凝器均通过水冷冷却气相物料并控制气相物料的温度；各塔顶冷凝器分别与塔顶冷却器连接，第一塔顶冷凝器8和第二塔顶冷凝器9之间相互串联连接，于第二个塔顶冷凝器上设有冷凝液定时采出口；各塔顶冷凝器的换热面积依次逐渐减少。
乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统为一套5万t/a乙酸乙酯精馏塔系统。酯化产生的乙酯粗酯由塔中进料进入精馏塔，经过加热精馏，气相物料由塔顶出来进入第一个塔顶冷凝器，根据控制循环冷却水的冷凝水量，使得第一个塔顶冷凝器出口冷凝液的温度在65-70℃，气相物料超过90%得到冷凝，冷凝液经塔顶冷却器冷却后进入冷凝液收集罐；未冷凝的少量气相继续进入第二个塔顶冷凝器，也控制循环冷却水的冷凝水量，使得余下大部分的气相物料冷凝下来，部分冷凝液通过冷凝液定时采出口作定时采出，采出冷凝液的甲酯含量大于50%；第一个塔顶冷凝器出来的冷凝液和第二个塔顶冷凝器出来的冷凝液一起经过塔顶冷却器后进入冷凝液收集罐，另外设有排空管引出未冷凝的气相物料进入尾气收集罐。冷凝液收集罐的冷凝液经回流泵输送至塔顶分相器，冷凝液经塔顶分相器分层后，上层油相回流至精馏塔塔顶。其中，第一个塔顶冷凝器的冷凝面积为160m2，第二个塔顶冷凝器的冷凝面积为50 m2 。
改进前后部分工况参数比较后见下表一：
表一
Figure 29500DEST_PATH_IMAGE002
由上表可以看出，精馏塔节能改造系统改进后，有效的采出了系统中的甲酯，及时地减少系统中循环的甲酯量，明显减轻了精馏塔的气液相负荷，有效降低了整个生产系统的能耗。同时，由于循环的甲酯量得到降低，粗酯中的乙酯含量得到了提高，有利于产品质量的改良和稳定。
综上所述，该精馏塔节能改造系统投入新设备仪器不多，产生明显的效益，提高了产品的竞争力。
实施例2
本实施例2是在实施例1的基础上改进的，具体为把实施例1的两个塔顶冷凝器变为三个塔顶冷凝器，把冷凝液定时采出口设置在第三个塔顶冷凝器上，本实施例2的乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统同样为一套5万t/a乙酸乙酯精馏塔系统。
把现有技术中冷凝面积为160m2 的单个塔顶冷凝器替换为三个塔顶冷凝器，3个塔顶冷凝器的冷凝面积分别为120 m2 、40 m2 及20 m2。
通过控制各个塔顶冷凝器的循环冷凝水量，使得第一个塔顶冷凝器出口的冷凝液温度在68℃-72℃之间，第二个塔顶冷凝器出口液体温度控制在65℃-68℃之间，第三个塔顶冷凝器出口液体温度控制在60℃-65℃之间。并且在第三个塔顶冷凝器出口液体作不定期采出，采出的冷凝液甲酯含量高于60%。
改进前后部分工况参数比较后见下表二：
表二
Figure 319668DEST_PATH_IMAGE004
除以上结构的实施例外，凡是与本发明结构相似的乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统也同样落入本发明的保护范围之内。  

Claims (3)

1.一种乙酸乙酯生产中的精馏塔节能改造系统，包括精馏塔（6），于精馏塔顶上按顺序串联连接有塔顶冷凝器装置（1）、塔顶冷却器(2)、冷凝液收集罐(3)、回流泵(4)、塔顶分相器(5)，从精馏塔顶出来气相、带有甲酯的物料依次经过塔顶冷凝器装置、塔顶冷却器、冷凝液收集罐、回流泵和塔顶分相器后回流至精馏塔顶内，其特征在于：所述的塔顶冷凝器装置由至少两个依次连接的塔顶冷凝器组成，各塔顶冷凝器均通过水冷冷却气相物料并控制气相物料的温度；各塔顶冷凝器分别与塔顶冷却器连接，各塔顶冷凝器之间相互串联连接，于最后一个塔顶冷凝器上设有冷凝液定时采出口(7)；各塔顶冷凝器的换热面积依次逐渐减少。
2.根据权利要求1所述的节能改造系统，其特征在于：所述的塔顶冷凝器装置中的第一个塔顶冷凝器出口冷凝液的温度在68℃-72℃之间，第二个塔顶冷凝器出口冷凝液温度在65℃-68℃之间……最后一个塔顶冷凝器出口冷凝液温度在60℃-65℃之间。
3.根据权利要求2所述的节能改造系统，其特征在于：从最后一个塔顶冷凝器的冷凝液定时采出口采出的冷凝液中甲酯的含量不低于50%。
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