CN1031190A - 高凝固点混合物的精馏方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种间歇精馏方法及装置。它适用 于从80～180℃的高凝固点、易升华混合物中分离出 高纯度的单组分产品，分离装置是将冷凝器、回流收 集器、回流比分配器、塔体、蒸馏釜集中在一起，形成 一个集成化的内回流塔系，全部塔内构件具有很大的 自由截面积、很低的压降和很高分离能力，加专门设 计的凝华捕集器，是一种高效、节能、运行稳定、操作 简单、投资少、无污染、适应性强的分离方法，可用于 生产精细化工产品。

Description

本发明属于化学分离工程范畴。适用于80～180℃的高凝固点、易升华混合物的分离。

在化学分离工程方面，精馏是一种常用提纯方法。但对于某些混合物，还存在着一些问题，不能达到令人满意的效果，这是众所周知的。特别是对于那些高凝固点、易升华的物系，更是人们深寻的课题，曾提出过一些解决方案，但总是碰到装置堵塞、前后馏分混杂，分离纯度低，甚至于有的要造成物料损失过大等无法解决的问题。人们曾采用结晶的方法提取这类物料体系中的单组分，也因晶粒间夹杂着许多杂质，需要进行过滤、淘洗等过程来解决，存在着纯度低、收率少、能耗大，操作环境恶劣等弊端，难以形成生产能力。

1982年美国4323431号专利中，提出了采用一个精馏塔，一个薄膜蒸发器和三个冷凝器，用以从高溶点物系中提纯单组分产品的工艺方法。在进行精馏时，从塔内上升的蒸气一部分在塔顶回流冷凝器中冷凝后作为回流液流回塔内，而另一部分在部分冷凝器中冷凝后采出，其余的低馏分蒸气在回转冷凝器中收集，尚存的塔底残渣经薄膜蒸发器和气压排放管排放除系统之外。该技术无疑对高溶点物料的精馏提纯技术中的易堵塞及连续排渣的问题，作了一个有益的尝试，但仍存在着一些弊端。

本发明的目的是提供对于高凝固点、易升华混合物的精馏方法。使之既能适用于从多组分的混合物中提取高纯度任意单组分产品，又能适应于原料浓度变化及工业化生产，尚可达到设备简单、高效能、高收率、高纯度、低能耗、防止环境污染的精细化工分离技术方面的一种间歇精馏方法，其特征是在5～500毫米汞柱绝对压力下分离80～180℃的高凝固点、易升华混合物。分离系统在结构上具很大的自由截面积及很低的压降。其装置将冷凝器、回流收集器，大直径回流比分配器、回流液分布器、塔体、蒸馏釜集中在一起，形成一个集成化塔系和一个凝华捕集器所构成。塔系包括：

a）塔内回流分配装置为一斗式连杆结构，可左右摆动，通过电磁偶合和控制器，实现其动作，用以分配塔顶冷凝液的采出及回流。

b）回流液分布器是由几排水平且平行的上面均布有小孔的园管及连有一定高度的立管组成，可自衡定均匀分布回流液。

c）冷凝液收集器为U形槽带斜板的大通量全截面的塔顶冷凝液收集器，下面可安装测温装置。

d）列管间有波纹折板，园筒底部有斜槽的无滞液卧式塔顶冷凝器。

e）塔内件是由填料支承板，回流收集器、回流分配器组成的低压降的塔内件。

f）塔体与塔釜为锥形连接方式。

本发明对高凝固点、易升华混合物的特性作了深入的研究，采用了间歇精馏的方法，分离提纯从该混合物中提取任意的单组分。建立了一个塔系，一个捕集器、贮罐及通用设备和三个控制回路，就达到了我们的目的。我们的想法是不仅要解决设备堵塞问题，还要最大限度地减少塔头滞液量及降低系统压力降使之适应混合物的精馏提纯，提高收率及产品质量，尚须耗能少，更要避免釜内结焦、聚合现象的产生，满足多种的化工生产需要。

为了解决设备的堵塞问题，我们将冷凝器、回流收集器、大直径回流比分配器，回流液分布器、塔体、蒸馏釜全部集中成一个塔系，如图1所示。在精馏过程中，物料的蒸发、交换、冷凝、收集、回流分配、采出，全部在气相空间里完成。该塔采用分离能力高、压降低的金属波纹丝网填料与合理的超低压降塔内件配合，使整个塔系的压力降比已有的技术大为减少，因而可采用低压水蒸汽作为热介质，并能降低釜液沸点温度，减少热分解。图2为能置于塔内的回流比控制系统，分配器为一斗式连杆装置，通过机械传动与电磁偶合来实现控制动作。控制室内专门设计了控制器，根据测量到的塔头温度，确定成分，决定回流量，可以在大范围内随意改变回流比，以满足对各个馏段的不同要求和减少操作时间。

精馏时，回流冷凝液必须均匀地分布在塔的整个截面上，否则会降低分离效果，特别是间歇精馏，更是要满足不同回流量的均匀分布。我们利用位能与流量的函数关系，研制出自衡定式分布器，如图2所示。立管与主横管为大截面园管，分布管为较细的园管，上面均匀地开有园孔，根据最大与最小回流量，确定立管高度和园孔直径及数量，以保证回流液均匀分布，对上升蒸气的阻力极小。

前面所说的塔系为内回流塔系，所有上升的蒸气均需在塔顶冷凝收集后再分配。为此，我们设计了U形槽带斜板收集器，如图2所示。考虑到可能滞液的地方加工成一定的斜度，以便消除滞液保证组分的纯度。该装置不仅上升的蒸气通量大、压降低，而且无漏液，则可以在收集器下安装测温装置，便于测量塔顶温度，确定塔顶组成和分割点，至此我们解决了内回流塔的又一大难题。

上面提到过的塔内件，我们是将填料的支承板、回馏收集器分配器组成三合一的塔内件，如图3所示，这样使结构紧凑，所占高度小，压降低，回流液可在所需的回流比范围内自衡定调整，使其分布均匀。塔系的塔顶冷凝器为卧式放置，壳程冷凝列管间有波纹折板，园筒底部有斜槽，如图4所示。此形式可使上升蒸气分布均匀，且有自熔调节作用，无滞液，不堵塞，所占高度小。图5是塔釜与塔体的连接方式，它们之间为园锥过渡连接，这样可增加釜液沸腾面与减少升蒸汽的阻力。

除了上面的塔系之外，装置还有一个凝华捕集器，如图6所示。尾气中的少量未凝物料从侧面接口进入，形成环形气流，然后进入垂直的冷凝管，该管内作成点状凸起毛刺，形成凝华结晶的中心，在特定的条件下，气流中的物料在大量的晶核上长成大晶体后随气流方向掉入底部集中起来，被捕集后的气流再折入中间管道，排除系统之外。管内凝结的晶体表面积很大，尾气中的升华物料与晶体表面有充分的接触能而被捕集。

将待分离的高凝固点、易升华、多组元的混合物，按照该混合物的组成、浓度、目标产品的组分、纯度、收率及对其余组分要求的分离指标，确定各馏份的分割点、回流比及塔顶温度。按照装置的要求起动、送入原料、向釜加热。塔釜中物料沸腾气化，上升蒸气经过填料层至塔顶冷凝器冷凝成液体，经收集器收集后流入回流分配器，按所需比例将其中一部份作为流出液排出系统，经管道进入馏分贮罐。另一部分作为回流液流入塔顶分布器，均匀地分布在填料层上，与上升蒸气接触完成质量、热量交换。该填料层中每隔一定高度就安装一个塔内件，用以完成收集、再分布，减少沟流和壁流，最后回流液流入塔釜，再次蒸发。当原料液中轻组分分离完成之后，再按此法继续分离下一个组分，直至完成予定的操作。最后将塔底的残液送回前工段回收。由于装置结构合理，所剩残液极少。需要说明的是各组分的流出液均经过一个流出管送至各贮罐，其数量和体积随被精馏的原料而定该馏出液管为直管，以保证分离的清晰度。贮罐中的目标产品送切片机切片包装。精馏过程中少量未凝物质随其真空管路进入凝华捕集器，经凝华结晶收集，待一周期精馏完成之后，捕集器壳层及夹套通入水蒸汽加热，待物料熔化之后送回塔釜重新分离。由于分离装置在结构上具有很大的自由截面积及很低的压降，分离效果将是令人满意的。到此也不难看出操作很简单，塔内压力、釜液的蒸发量均由自控系统自行调整，各馏段的回流比亦可根据仪表温度显示人工调整，全部控制系统也可以用计算机控制，整个过程运行平稳可靠。

实施例1

精馏一种苯酚的烃化液，含如下成分：

1.苯酚    11.5%（重量百分比）

2.邻酚    4%（重量百分比）

3.对酚    77%（重量百分比）

4.2.4酚    7.5%（重量百分比）

要求以对酚为目标产品，其凝固点为101℃，采用如图1所示装置，精馏塔直径为0.5米，填料层高度为6.5米，塔釜容积为4立方米，冷凝器换热面积为19米，操作过程是从A处送入原料液，然后从D处通入0.5MPa的水蒸汽至塔釜加热管加热，塔顶真空度20mmHg（绝压），塔底30mmHg，待釜液沸腾后产生的蒸气上升，经过塔填料，回流分配段到塔顶冷凝器冷凝成液体，经回流占骷泻蟾亓鞣峙淦鳎徊糠肿魑蟪鑫锱懦鱿低持猓硪徊糠只亓鳎浠亓鞅任?∶2.3～16，釜液温度为85～138℃，全过程分为三段，1馏段为全部苯酚及大部分邻酚送回原车间，2留段为分离出邻酚和带有少量对酚，收集后送回塔釜重新精馏，3馏段为产品对酚，送切片机切片包装。釜液主要为2.4酚，再送回原车间。经实验运行，产品对酚的纯度达99.40%，单程收率达80.26%，总收率92.14%。

实施例2

其原料组成如下：

1.苯酚    4%（重量百分比）

2.邻酚    16%（重量百分比）

3.对酚    13%（重量百分比）

4.2.4酚    60%（重量百分比）

5.2.4.6酚    7%（重量百分比）

采用前述的实验装置精馏提纯，目标产品为对酚和2.4酚，溶点为101和138℃，其真空度为18mmHg，回流比为1∶3～22，釜液温度为85～146℃，全过程分为3个馏段，1留段为苯酚、邻酚送回原车间，2留段为产品对酚，3留段为产品2.4酚，釜液为重杂质送回原车间。结果产品对酚纯度达99.86%，2.4酚纯度达99.75%，综合单程收率达84.5%。

实施例3

应用前述的实验精馏装置，从苯酚、丙酮反应液中提取双酚A，凝固点161℃，原料中双酚A的含量为80%，其它为轻重杂质，结果分离出纯度为99.92%的双酚A产品。单程收率86.2%。

通过上面的叙述及实例，不难看出本发明具有很好的适用性。提供了可靠的高凝固点、易升华混合物的精馏技术，不仅成功地避免塔头堵塞，还能精确、灵活地控制回流比，从而得到高的单程收率，纯度可达99.40%以上，尚可用低能介质加热、节省投资，完全满足精细化工生产的要求，它是一种很好的间歇精馏方法。

附图及附图说明

图1为本发明的流程装置图，其中：

1-塔釜    2-塔体    3-回流分配段    4-塔顶冷凝器    5-捕集器    A-原料液

B-馏出液    C-釜残液    D-蒸汽    E-冷凝水    F-冷却水    G-高温水

H-捕集液    I-未凝蒸气    J-真空    K-氮气

图2为回流分配段的结构主视图，图3为回流分配段的结构俯视图，位于塔体与塔顶冷凝器间。其中：

6-回流收集器    7-回流分布器    8-筒壁    9-再分布器

图4为三合一的塔内件主视图，图5为三合一塔内件剖视图，位于塔段之间。其中：

10-填料    11-塔体

12-三合一塔内件，其中上部板片为支撑、收集部分，下面U形槽为再分配部。

图6为塔顶冷凝器的圆截面图。其中：

13-列管    14-筒壁    15-波纹折板

图7为塔釜的圆锥过渡部分。其中：

16-圆锥部    17-塔釜

图8为捕集器的结构示意图。其中：

R-进料口    J-出口

Claims (4)

1、一种间歇精馏方法，其特征是在5～500毫米汞柱的绝对压力下，分离80～180℃的高凝固点、易升华的混合物。

2、根据权利要求1所称的方法，其特征是全部塔内件在结构上采用了具有很大的自由截面积及很低的压降。

3、一种间歇精馏方法的装置，其特征是将冷凝器、回流收集器、回流分配器、回馏液分布器、塔体、蒸馏釜集中在一起，组成一个集成化塔系。内容包括：

a）塔内回流分配装置为一斗式连杆结构，可左右摆动，通过电磁偶合控制器实现其动作，用以分配塔顶冷凝液的采出及回流。

b）回流液分布器，是由几排水平且行的上面均布有小孔的园管及连有一定高度的立管组成，可自衡定均匀分布回流液。

c）冷凝液收集器为U形槽带斜板的大通量全截面塔顶冷凝液收集器，下面可安装测温装置。

d）列管间有波纹折板，园筒底部有斜槽的无滞液卧式塔顶冷凝器。

e）塔内件是由填料支承板、回流收集器，回流分配器组成的低压降的塔内件。

f）塔体与塔釜为锥形连接方式。

4、一种间歇精馏方法装置，其特征是有一个凝华捕集器，该捕集器管内有凸起毛刺形成的凝华核心及利用重力收集捕集物的方法。

Images