CN103463826B - 精馏分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精馏分离设备和精馏分离方法，所述精馏分离设备和精馏分离方法用于分离间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯三种同分异构体。根据本发明，精馏塔被沿纵向方向设置的隔板分隔开，并且采用优化的工艺参数，从而能够仅使用一个精馏塔来完成间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的全部分离。因此，本发明的精馏分离设备和精馏分离方法能够减低能耗、减少设备投资和占地面积。

Description

精馏分离方法

技术领域

本发明涉及硝基氯苯同分异构体的精馏分离，更具体地，涉及一种使用间壁塔分离间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的精馏方法。

背景技术

化工产品生产过程中，往往投资巨大，最为复杂的部分是反应后产品混合物的分离和提纯，几乎所有的有机化工生产过程中都会应用到精馏这种单元操作过程。精馏在当代化工生产过程中已经非常成熟，并且广泛地应用。但是精馏过程的能耗巨大，一般化工过程中40-70％的能耗是用于分离产品混合物的，这其中精馏又占90％以上。随着能源价格的不断上涨，研究精馏过程的节能技术具有极其重要的意义，用最新的精馏节能技术改造传统产品的生产过程具有重大的经济价值和现实意义。

传统的硝基氯苯同分异构体分离至少需要两座以上精馏塔，混合物由塔顶向下，中间组份对硝基氯苯的浓度随着轻组份间硝基氯苯的降低而逐渐增加；在接近塔釜处，对硝基氯苯的浓度随着重组份邻硝基氯苯浓度增加而减少。这会造成对硝基氯苯在精馏塔中发生返混现象，从而导致分离效率降低。另外，考虑能耗巨大，实际工业化生产中一般采用精馏和结晶这两个工艺来解决间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的异构体混合物的分离。投资巨大且技术复杂，只有很少量的企业能够实现间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的完全分离。

为此，需要能够提高产品纯度、降低能耗、减少设备投资和占地面积的精馏设备和方法来分离硝基氯苯同分异构体。

发明内容

本发明的目的是采用优化的控制参数，在一个间壁塔内完成硝基氯苯异构体，即间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的分离，在得到高纯度的间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的前提下，与传统分离工艺相比减低能耗、减少设备投资和占地面积。由于本发明采用间壁塔来分离所述三种硝基氯苯异构体，因此没有物料的返混而提高分离效率，从而实现极小沸点差的三种硝基氯苯异构体的分离。

根据本发明的一个方面，提供一种使用精馏设备分离硝基氯苯同分异构体的精馏方法，所述精馏设备包括一个间壁塔、连接到间壁塔的塔釜的塔釜再沸器和连接到间壁塔的塔顶的塔顶冷凝器，其中硝基氯苯同分异构体包括间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯，间壁塔包括中间塔区、塔顶精馏段和塔釜提馏段，中间塔区被沿纵向方向设置的隔板分隔成平行的预分离塔区和成品分离塔区，预分离塔区由上部进料精馏段和下部进料提馏段组成，成品分离塔区由上部间、对硝基氯苯提馏段和下部对、邻硝基氯苯精馏段组成，塔顶精馏段设置在中间塔区的上方并用于精馏分离间硝基氯苯和对硝基氯苯，塔釜提馏段设置在中间塔区的下方并用于提馏分离对硝基氯苯和邻硝基氯苯，所述精馏方法包括以下步骤：

硝基氯苯同分异构体的混合物流入间壁塔的预分离塔区，并在上部进料精馏段和下部进料提馏段中分离间硝基氯苯和所述邻硝基氯苯；

间、对硝基氯苯的混合物以露点汽相形式流入塔顶精馏段和上部间、对硝基氯苯提馏段并分离为间硝基氯苯和对硝基氯苯，对、邻硝基氯苯的混合物以泡点液相形式流入塔釜提馏段和下部对、邻硝基氯苯精馏段并分离为对硝基氯苯和邻硝基氯苯；和

从塔顶采出间硝基氯苯，从塔釜采出邻硝基氯苯，从成品分离塔区采出对硝基氯苯，从而完成间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的分离。

在所述精馏方法中，间、对硝基氯苯的混合物的分离还包括以下步骤：间、对硝基氯苯的混合物在塔顶精馏段和所述上部间、对硝基氯苯提馏段中精馏分离，获得的汽相物流经由塔顶冷凝器冷凝后部分作为间硝基氯苯从塔顶采出，汽相物流的剩余部分回流到间壁塔中。对、邻硝基氯苯的混合物的分离还包括以下步骤：对、邻硝基氯苯的混合物在塔釜提馏段和下部对、邻硝基氯苯精馏段中精馏分离，获得的液相物流部分作为邻硝基氯苯被从塔釜采出，液相物流的剩余部分经由塔釜再沸器加热而汽化回流到间壁塔中。回流的物流在间壁塔中重复进行精馏分离，直至间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯全部分离为止。

预分离塔区的理论塔板数在60-160块的范围内，进料板为预分离塔区的第20块理论板至第120块理论板之间的一个板。

塔顶精馏段和上部间、对硝基氯苯提馏段构成间、对硝基氯苯分离塔区，间、对硝基氯苯分离塔区的理论塔板数在100-280块的范围内。

进一步地，塔顶精馏段的理论塔板数在50-220块的范围内。

下部对、邻硝基氯苯精馏段和塔釜提馏段构成对、邻硝基氯苯分离塔区，对、邻硝基氯苯分离塔区的理论塔板数在120-260块的范围内。

进一步地，下部对、邻硝基氯苯精馏段的理论塔板数在60-160块的范围内。

优选地，间壁塔的塔顶回流液体分配比在20-50％的范围内，塔釜汽体分配比在30-60％的范围内，塔顶压力在4-12kPa的范围内，并且回流比在6-80的范围内。

附图说明

本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，在附图中：

图1是显示根据本发明实施例的精馏设备的结构和精馏工艺流程的示意图。

具体实施方式

本发明通过精馏分离三种硝基氯苯同分异构体，即间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯。精馏分离是指在精馏塔中通过对液体不断的汽化、液化，将其中的气体分子精馏出来，从而实现多种物质的分离，其中精馏段是气态分子不断饱和上升的过程，提馏段是液态分子不断冷凝的过程。根据本发明的精馏设备和精馏方法在一个间壁塔中实现三种硝基氯苯同分异构体的完全分离。以下将参照图1详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的精馏设备和方法进行进一步说明。

根据本发明的分离硝基氯苯同分异构体的精馏设备包括一个间壁塔1、连接到间壁塔塔釜的塔釜再沸器2和连接到间壁塔塔顶的冷凝器3。间壁塔1包括中间塔区、设置在中间塔区上方的塔顶精馏段4和设置在中间塔区下方的塔釜提馏段5，其中塔顶精馏段4用于精馏分离间硝基氯苯和对硝基氯苯，塔釜提馏段5用于提馏分离对硝基氯苯和邻硝基氯苯。参见图1，中间塔区被沿纵向方向设置的隔板18分隔成平行的预分离塔区和成品分离塔区。预分离塔区由上部进料精馏段6和下部进料提馏段7组成，以分离间硝基氯苯和邻硝基氯苯。成品分离塔区由上部间、对硝基氯苯提馏段8和下部对、邻硝基氯苯精馏段9组成。塔顶精馏段4和上部间、对硝基氯苯提馏段8构成间、对硝基氯苯分离塔区，下部对、邻硝基氯苯精馏段9和塔釜提馏段5构成对、邻硝基氯苯分离塔区。

根据本发明，三种硝基氯苯同分异构体混合物进入间壁塔1的预分离塔区，在上部进料精馏段6和下部进料提馏段7中完成轻组份间硝基氯苯和重组份邻硝基氯苯的分离。含有间、对硝基氯苯混合物的轻组份进入间、对硝基氯苯分离塔区，并在塔顶精馏段4和上部间、对硝基氯苯提馏段8中完成间硝基氯苯和对硝基氯苯的分离。含有对、邻硝基氯苯混合物的重组份进入对、邻硝基氯苯分离塔区，并在下部对、邻硝基氯苯精馏段9和塔釜提馏段5中完成对硝基氯苯和邻硝基氯苯的分离。间、对硝基氯苯分离塔区的塔釜产物和对、邻硝基氯苯分离塔区的塔顶产物合并采出，得到对硝基氯苯物流12。塔顶汽相物流经冷凝器3全凝后部分作为间硝基氯苯物流11采出，而汽相物流的剩余部分回流到间壁塔1中。塔釜液相物流经再沸器2部分汽化并采出邻硝基氯苯物流13，从而在一个间壁塔中完成间、对、邻硝基氯苯三种同分异构体的分离。

本发明利用在精馏塔中沿纵向方向设置的隔板将普通的精馏塔分隔为预分离区和成品分离区，实现了三塔的分离功能。在一个精馏塔内分离硝基氯苯三种同分异构体，首先经过预分离塔区分离成间、对硝基氯苯异构体的混合物和邻、对硝基氯苯异构体的混合物，继而在后续成品分离区中的间对成品塔区和邻对成品塔区内进行精馏分离，得到合格的间、对、邻硝基氯苯产品。通过设计合理的各塔段理论板数、进料和采出的位置、塔顶回流液体分配比、塔釜汽体分配比等，制定合理的工艺操作参数，例如塔顶压力、塔釜温度(上升汽量)、回流比等工艺参数，使用一个精馏塔同时得到质量合格的间硝基氯苯产品、对硝基氯苯产品和邻硝基氯苯产品，而不需要结晶分离等操作。因此，本发明能够显著降低分离的能耗，减少设备投资和占地面积，并且工艺简单且易于操作。

具体地，根据本发明，预分离塔区的理论塔板数在60-160块的范围内，进料板为预分离塔区的第20块理论板至第120块理论板之间的一个板。间、对硝基氯苯分离塔区的理论塔板数在100-280块的范围内，其中塔顶精馏段4的理论塔板数在50-220块的范围内。对、邻硝基氯苯分离塔区的理论塔板数在120-260块的范围内，其中下部对、邻硝基氯苯精馏段9的理论塔板数在60-160块的范围内。此外，间壁塔1的塔顶回流液体分配比在20-50％的范围内，塔釜汽体分配比在30-60％的范围内，塔顶压力在4-12kPa的范围内，并且回流比在6-80的范围内。通过采用上述优化的工艺参数，能够在一个间壁塔内完成三种硝基氯苯异构体的完全分离。

接下来，将参照图1说明根据本发明的使用上述精馏设备来分离硝基氯苯同分异构体的精馏过程。

含有间、对、邻硝基氯苯的混合物流10流入间壁塔1的预分离塔区，在上部进料精馏段6和下部进料提馏段7中分离间硝基氯苯和邻硝基氯苯。预分离塔区的塔顶组份为间、对硝基氯苯的混合物，该混合物以露点汽相形式流入塔顶精馏段4和上部间、对硝基氯苯提馏段8。预分离塔区的塔釜组份为对、邻硝基氯苯的混合物，该混合物以泡点液相形式流入塔釜提馏段5和下部对、邻硝基氯苯精馏段9。

间、对硝基氯苯的混合物在塔顶精馏段4和上部间、对硝基氯苯提馏段8中进一步精馏分离。该精馏分离获得的汽相物流16经塔顶冷凝器3冷凝后部分作为间硝基氯苯成品采出物流11从塔顶采出，汽相物流16的剩余部分作为回流液体14回流到间壁塔1中。回流液体14在塔顶精馏段4的下端进行再分配，一部分作为预分离塔区的回流，而另一部分作为上部间、对硝基氯苯提馏段8的回流，并在间壁塔中重复进行精馏分离。

对、邻硝基氯苯的混合物在塔釜提馏段5和下部对、邻硝基氯苯精馏段9中进一步精馏分离。该精馏分离获得的液相物流17部分作为邻硝基氯苯成品物流13被从塔釜采出，液相物流17的剩余部分经由塔釜再沸器2加热后作为汽化物流15上升。上升的汽化物流15回流到间壁塔1中，在经过塔釜提馏段5时被重新分配，一部分作为预分离塔区的回流，而另一部分作为下部对、邻硝基氯苯精馏段9和上部间、对硝基氯苯提馏段8的汽相回流。上部间、对硝基氯苯提馏段8的回流部分作为对硝基氯苯成品物流12从上部间、对硝基氯苯提馏段8与下部对、邻硝基氯苯精馏段9之间的塔区采出，其余部分作为下部对、邻硝基氯苯精馏段9的回流。流回间壁塔1的回流如上所述在间壁塔中重复进行精馏分离，直至间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯全部分离为止。

以下将例示性地说明根据本发明的几个具体实施例，所述实施例仅是说明目的，而并不意指限制本发明的保护范围。

第一实施例

根据本发明的第一实施例采用间壁塔1分离含有间、对、邻同分异构体的硝基氯苯原料，所述混合物由1％的间硝基氯苯、60％的对硝基氯苯和39％的邻硝基氯苯组成。间、对、邻硝基氯苯的混合物以1000kg/hr流量的泡点进入间壁塔1。预分离塔理论板数为118块，进料板为预分离塔区的第85块理论板。间、对硝基氯苯分离塔区的理论板数为236块，其中塔顶精馏段4为186块，上部间、对硝基氯苯提馏段8为50块。对、邻硝基氯苯分离塔区的理论板数为176块，其中下部对、邻硝基氯苯精馏段9为95块，塔釜提馏段5为81块。回流比为78，塔顶压力为12kPa，塔顶回流液体分配比为24％，塔釜汽体分配比为35％，再沸器2的负荷为6124kw。在上述理论板数和工艺参数下，精馏分离获得的产品纯度为间硝基氯苯99.5％、对硝基氯苯99.8％和邻硝基氯苯99.7％。

第二实施例

根据本发明的第二实施例采用间壁塔1分离含有间、对、邻同分异构体的硝基氯苯原料，所述混合物由5％的间硝基氯苯、60％的对硝基氯苯和35％的邻硝基氯苯组成。间、对、邻硝基氯苯的混合物以1000kg/hr流量的泡点进入间壁塔1。预分离塔理论板数为93块，进料板为预分离塔区的第68块理论板。间、对硝基氯苯分离塔区的理论板数为178块，其中塔顶精馏段4为113块，上部间、对硝基氯苯提馏段8为65块。对、邻硝基氯苯分离塔区的理论板数为155块，其中下部对、邻硝基氯苯精馏段9为78块，塔釜提馏段5为77块。回流比为53，塔顶压力为7kPa，塔顶回流液体分配比为24％，塔釜汽体分配比为46％，再沸器2的负荷为5961kw。在上述理论板数和工艺参数下，精馏分离获得的产品纯度为间硝基氯苯99.0％、对硝基氯苯99.8％和邻硝基氯苯99.5％。

第三实施例

根据本发明的第三实施例采用间壁塔1分离含有间、对、邻同分异构体的硝基氯苯原料，所述混合物由15％的间硝基氯苯、67％的对硝基氯苯和18％的邻硝基氯苯组成。间、对、邻硝基氯苯的混合物以1000kg/hr流量的泡点进入间壁塔1。预分离塔理论板数为103块，进料板为预分离塔区的第55块理论板。间、对硝基氯苯分离塔区的理论板数为163块，其中塔顶精馏段4为90块，上部间、对硝基氯苯提馏段8为73块。对、邻硝基氯苯分离塔区的理论板数为147块，其中下部对、邻硝基氯苯精馏段9为65块，塔釜提馏段5为82块。回流比为25.6，塔顶压力为7kPa，塔顶回流液体分配比为31％，塔釜汽体分配比为38％，再沸器2的负荷为4896kw。在上述理论板数和工艺参数下，精馏分离获得的产品纯度为间硝基氯苯99.2％、对硝基氯苯99.8％和邻硝基氯苯99.7％。

传统的分离间、对、邻硝基氯苯三种同分异构体的精馏设备需要三个精馏塔来实现各个物质的分离，而本发明通过采用间壁塔能够在一个精馏塔内完成三种硝基氯苯同分异构体的分离，减少了两个精馏塔及其附带的精馏塔塔顶冷凝器和塔釜再沸器。因此，根据本发明的精馏设备和方法减少了大量物料的冷凝和再加热汽化的能量消耗过程，避免了中间组份的返混效应，并减少进料板和出料板上物料组成不同引起的返混，显著提高了精馏效率。此外，由于减少了精馏塔的数量以及精馏塔的附属装置，显著降低了设备投资费用并减少占地面积。

虽然本发明的总发明构思的一些实施例已被显示和说明，但本领域普通技术人员将会理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对这些实施例做出改变，本明的范围在权利要求书以及其等同物中进行了限定。

Claims (8)

1.一种使用精馏设备分离硝基氯苯同分异构体的精馏方法，所述精馏设备包括一个间壁塔、连接到所述间壁塔的塔釜的塔釜再沸器和连接到所述间壁塔的塔顶的塔顶冷凝器，其中所述硝基氯苯同分异构体包括间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯，所述间壁塔包括中间塔区、塔顶精馏段和塔釜提馏段，所述中间塔区被沿纵向方向设置的隔板分隔成平行的预分离塔区和成品分离塔区，所述预分离塔区由上部进料精馏段和下部进料提馏段组成，所述成品分离塔区由上部间、对硝基氯苯提馏段和下部对、邻硝基氯苯精馏段组成，所述塔顶精馏段设置在所述中间塔区的上方并用于精馏分离间硝基氯苯和对硝基氯苯，所述塔釜提馏段设置在所述中间塔区的下方并用于提馏分离对硝基氯苯和邻硝基氯苯，所述精馏方法包括以下步骤：

硝基氯苯同分异构体的混合物流入所述间壁塔的所述预分离塔区，并在所述上部进料精馏段和所述下部进料提馏段中分离所述间硝基氯苯和所述邻硝基氯苯；

间、对硝基氯苯的混合物以露点汽相形式流入所述塔顶精馏段和所述上部间、对硝基氯苯提馏段并分离为间硝基氯苯和对硝基氯苯，对、邻硝基氯苯的混合物以泡点液相形式流入所述塔釜提馏段和所述下部对、邻硝基氯苯精馏段并分离为对硝基氯苯和邻硝基氯苯；和

从塔顶采出间硝基氯苯，从塔釜采出邻硝基氯苯，从所述成品分离塔区采出对硝基氯苯，从而完成间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯的分离。

2.根据权利要求1所述的精馏方法，其中：

所述间、对硝基氯苯的混合物的分离还包括以下步骤：

所述间、对硝基氯苯的混合物在所述塔顶精馏段和所述上部间、对硝基氯苯提馏段中精馏分离，获得的汽相物流经由所述塔顶冷凝器冷凝后部分作为间硝基氯苯从塔顶采出，所述汽相物流的剩余部分回流到所述间壁塔中；

所述对、邻硝基氯苯的混合物的分离还包括以下步骤：

所述对、邻硝基氯苯的混合物在所述塔釜提馏段和所述下部对、邻硝基氯苯精馏段中精馏分离，获得的液相物流部分作为邻硝基氯苯被从塔釜采出，所述液相物流的剩余部分经由所述塔釜再沸器加热而汽化回流到所述间壁塔中；以及

回流的物流在所述间壁塔中重复进行精馏分离，直至间硝基氯苯、对硝基氯苯和邻硝基氯苯全部分离为止。

3.根据权利要求1所述的精馏方法，其中，所述预分离塔区的理论塔板数在60-160块的范围内，进料板为所述预分离塔区的第20块理论板至第120块理论板之间的一个板。

4.根据权利要求1所述的精馏方法，其中，所述塔顶精馏段和所述上部间、对硝基氯苯提馏段构成间、对硝基氯苯分离塔区，所述间、对硝基氯苯分离塔区的理论塔板数在100-280块的范围内。

5.根据权利要求4所述的精馏方法，其中，所述塔顶精馏段的理论塔板数在50-220块的范围内。

6.根据权利要求1所述的精馏方法，其中，所述下部对、邻硝基氯苯精馏段和所述塔釜提馏段构成对、邻硝基氯苯分离塔区，所述对、邻硝基氯苯分离塔区的理论塔板数在120-260块的范围内。

7.根据权利要求6所述的精馏方法，其中，所述下部对、邻硝基氯苯精馏段的理论塔板数在60-160块的范围内。

8.根据权利要求1所述的精馏方法，其中，所述间壁塔的塔顶回流液体分配比在20-50％的范围内，塔釜汽体分配比在30-60％的范围内，塔顶压力在4-12kPa的范围内，并且回流比在6-80的范围内。