CN1040642C - 丙酮氰醇的真空精馏提纯方法 - Google Patents

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Abstract

一种真空精馏提纯丙酮氰醇的方法，第一塔真空操作得精丙酮氰醇，第二塔回收丙酮和氢氰酸。精确计算出了合理的理论塔板数，精馏塔采用金属波纹填料，塔底采用存液少的结构，并使用一次通过式升膜式再沸器。因此，丙酮氰醇分解率低，收率高。

Description

丙酮氰醇的真空精馏提纯方法
本发明涉及丙酮氰醇的提纯方法，尤其涉及到在维持丙酮氰醇分解率较低的情况下真空精馏提纯丙酮氰醇的方法。
丙酮氰醇是一种具有广泛用途的化工原料。目前工业上大多采用下面的方法制备丙酮氰醇：在碱性催化剂存在下使丙酮与氢氰酸反应生成丙酮氰醇，经中和、过滤得到粗丙酮氰醇，精丙醇氰醇再经进一步纯化和精制就得到精丙酮氰醇。
粗丙醇氰醇一般含有93-94％的丙酮氰醇、4-5％的丙酮和氢氰酸、0.5-1.5％的水和约0.5％的其他物质。粗丙酮氰醇精制的目的和要求是：(1)制取含丙酮氰醇99％以上的精丙酮氰醇；(2)回收未反应的丙酮与氢氰酸重新使用；(3)除去使用的碱性催化剂与加酸中和时带入的水。保证整个丙酮氰醇生产系统进出水的平衡；(4)丙酮氰醇分解率尽可能低，收率高。丙酮氰醇分解率与溶液的PH值，含水量、温度和受热时间(即在精馏装置内的停留时间)有关，在PH值与含水量一定的条件下，温度高，受热时间长，分解率高。
丙酮氰醇提纯方法有两类：惰性气体解吸法和蒸馏法。两类方法工业上均有应用。惰性气体解吸法过程比较简单，能耗较低，但产品纯度较低，故目前多采用蒸馏法。蒸馏法主要有四类。(1)一塔蒸馏，用吸收法回收冷凝液的尾气(日本特许公报，昭48-7619(1973.7.7))；
(2)一塔蒸馏，分凝脱水(日本特许公报，昭50-111020(1975.9.1))；
(3)两塔蒸馏，第一塔回收丙酮与氢氰酸，第二塔得精丙酮氰醇(日本特许公报，昭48-3824(1973)；昭48-12727(1973)；U.S.Patent 4,130,580(1978)；日本公开特许公报，昭57-18655(1982)；
(4)两塔蒸馏，第一塔得精丙酮氰醇，第二塔回收丙酮与氢氰酸(日本公开特许公报(A)昭57-130964(1982)；日本公开特许公报(A)昭57-149258(1982))。
在上述四种方法中，一塔蒸馏法如要将粗丙酮氰醇中的水完全排出，保持系统水平衡，必然同时排出部分丙酮与氢氰酸，引起氢氰酸与丙酮的损失，也加重对环境的污染。
两塔蒸馏法比一塔蒸馏法具有优越性。而在两塔蒸馏法中，方法(4)与方法(3)比较又具有以下优点：只有第一塔在真空下操作，设备省，耗能低；丙酮氰醇只在第一塔中受热一次，分解率相对较低；第二塔可同时用作含氰废水处理塔。
但是，即使是现有技术中最具优越性的上述方法(4)，即两塔蒸馏法，第一塔得精丙酮氰醇，第二塔回收丙酮和氢氰酸，丙酮氰醇的分解率还是有待于降低。而如何降低丙酮氰醇的分解率一直是提纯丙酮氰醇的关键技术；并旦，在丙酮氰醇的精制过程中，即使是丙酮氰醇的分解率稍有降低，也会为丙酮氰醇的生产厂家带来较大的经济效益。
本发明的目的就是提供一个丙酮氰醇分解率足够低的提纯丙醇氰醇的方法。
具体地说，本发明采用第一塔真空操作得精丙酮氰醇、第二塔回收丙酮和氢氰酸的两塔蒸馏法(上述方法(4))，并在此基础上做了大量有意义的改进工作。其改进之处表现在：
(1)发明人运用基团贡献法处理丙酮氰醇-丙酮-氢氰酸-水四元液相平衡体系，精确地计算出丙酮氰醇精馏塔与回收塔所需的理论塔板数。前者需要理论板10块，其中精馏段4块，提馏段6块；后者需理论板17块，其中精馏段9块，提馏段8块。从而避免盲目地多设塔板。
(2)精馏塔采用金属板(或丝网)波纹填料，压力降小，存液量少。因其压降小，在精馏塔顶真空度一定的条件下，塔釜压力低，温度低；而存液量少，丙酮氰醇受热时间短。二者均使丙酮氰醇的分解率低。
(3)采用一次通过式升膜式再沸器，停留时间短，丙酮氰醇分解率低。
(4)精馏塔塔底采用如图2所示的结构，存液量少，液体在其中停留时间短。
(5)回收塔上部无洗涤段，塔的高度小，设备造价低。
其中上述(1)-(4)点改进的协同效果是，精馏塔上下压降小，塔釜压力低，温度低，塔中存液量少，停留时间短，故丙酮氰醇的分解率低。此外，由于所用填料效率高，精馏塔分离效果好，塔顶蒸出的丙酮氰醇少，精丙酮氰醇的收率高。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是精制丙酮氰醇的工艺流程图。
图2是精馏塔下部示意图。
图1和图2中编号的意义如下：
1-精馏塔 2-回收塔 3-换热器 4-予热器 5-一次通过式升膜式再沸器 6-冷凝器 7-储液罐 8-喷射泵 9-冷凝器10-储液罐 15-精馏塔底部 16-冷却水 17-蒸汽流入管线18-冷凝水流出管线 19-液体 20-上升蒸汽 21-液体(精制产品) 22-集液盘
丙酮与氢氰酸反应生成的粗丙酮氰醇经加硫酸酸化、调PH值和过滤后进入图1和图2所示的精制系统。
粗丙酮氰醇(13)先在换热器(3)中与从精馏塔(1)底得到的精丙酮氰醇(14)产品进行换热，然后在预热器(4)中用蒸汽加热至70℃，再进入精馏塔。精馏塔在减压下操作，粗丙酮氰醇液向下流经填料层，与塔底上来的上升蒸汽(20)作用，逐步蒸出其中所含的丙酮、HCN与水，液体落入精馏塔底部(15)的集液盘(22)。收集的液体送入一次通过式升膜式再沸器(5)，部分蒸发后进入塔的底部，汽液分离，蒸汽经集液盘的升气孔上升，为上升蒸汽(20)，液体(21)从塔底流出，为精丙酮氰醇产品。上升蒸汽与从上向下流的液体(19)作用，到塔顶出口处，其主要成份是丙酮、氰化氢和水。塔顶流出的蒸汽在冷凝器(6)中冷凝成液体，流入储液罐(7)。冷凝液一部分返回精馏塔顶作为回流液，一部分进入回收塔(2)。精馏塔的真空状态依靠喷射泵(8)建立与维持。
回收塔(2)在常压下操作，其作用是回收丙酮和氢氰酸。塔顶流出的蒸汽在冷凝器(9)中冷凝成液体，流入储液罐(10)，一部分返回回收塔，作为回流液，一部分即为回收的丙酮和氢氰酸(11)，送回反应器使用。回收塔底流出的含微量HCN、丙酮等的废水(12)送去焚烧处理。
另外，(16)为进入喷射泵(8)的冷却水。蒸汽流入管线(17)和冷凝水流出管线(18)组成一个热交换体系。
下面的实施例仅是用来详细地描述本发明，而不能看作是对本发明的限制。
实施例1：
精馏塔直径600mm，内装Mo2T1丝网纹填料，10块理论板。回收塔直径400mm，内装Mo2T1丝网波纹填料，17块理论板。组成如表1所示的粗丙酮氰醇以每小时2588kg/h的流量经与塔釜出料换热后，再用蒸汽加热至70℃，进入精馏塔1，精馏塔的操作条件如表2所示。精馏塔底得精丙酮氰醇产品，流量为2420kg/h，组成见表3。塔顶蒸汽在冷凝器中冷凝，一部分为馏出液，一部分作回流，回流比为1。馏出液送入回收塔2。回收塔常压操作，其操作工艺条件如表4所示。回收塔顶馏出液组成见表5，送至丙酮氰醇反应器。丙酮氰醇在精馏塔内的停留时间为25分左右，分解率为0.4％。回收塔底流出液组成见表6。
                             表1  粗丙酮氰醇的组成
组分 丙酮氰醇 HCN 丙酮 水 其它
重量％ 93.3 2.3 3.3 1.0 0.2
                          表2  精馏塔的操作条件
    温度℃     压力MPa 回流比
进料 塔顶 塔底 塔顶 塔底
70 30 118 0.015 0.017     1
                              表3  精丙酮氰醇产品组成
组份 丙酮氰醇 HCN 丙酮 水 其它
重量％ 99.4 0.02 0.3 0.2 0.08
                           表4  回收塔的操作条件
温度℃ 压力MPa(表压) 回流比
塔顶 塔底 塔项 塔底
56 101 0.000 0.03     3～4
                     表5  回收塔顶馏出液组成
组分    丙酮    HCN   水   其它
重量％    58.8    39.9   0.8   0.5
    表6  回收塔底流出液组成
组分   HCN    丙酮   水   其它
重量％   1ppm    0.07   99.0   0.9
实施例2：
塔顶采用较低绝压，即0.01MPa，其它与顶压无关的独立条件与实施例1相同。试验结果见表7。
                 表7  塔顶压力为0.01MPa时的试验结果(精馏塔)
    压力MPa 温度℃ 塔底精丙酮氰醇组成，重量％
塔顶 塔底 塔底 丙酮氰醇   HCN 丙酮   水   其它
0.010 0.012 115 99.6   0.02 0.2   0.1   0.08
因塔顶压力低，塔底压力也低，釜温低，丙酮氰醇分解得少，精丙酮氰醇中丙酮氰醇的含量高。
实施例3：
进料量降低为1300kg/h，其余条件同实施例1。操作结果见表8。
           表8  精馏塔加料为1300kg/h时的操作结果
    压力MPa 温度℃ 塔底精丙酮氰醇组成，重量％
塔顶 塔底 塔底 丙酮氰醇   HCN 丙酮   水 其它
0.015 0.017 118 99.2   0.12 0.3   0.2 0.08
由于进料量减少，停留时间长，丙酮氰醇分解率略高，精丙酮氰醇中丙酮氰醇的含量稍低。

Claims (5)

1、一种真空精馏提纯丙酮氰醇的方法，包括丙酮和氢氰酸反应生成的粗丙酮氰醇进入两塔精馏体系，精馏塔减压操作得到精制丙酮氰醇产品，回收塔常压操作得到回收的丙酮和氢氰酸，该方法的特征在于精馏塔采用高效能填料，所说的高效能填料是金属板或丝网波纹填料，塔底采用存液少的结构，并使用一次通过式升膜式再沸器。
2、根据权利要求1的方法，其中精馏塔需理论塔板10块，精馏段4块，提馏段6块。
3、根据权利要求1的方法，其中回收塔需理论塔板17块，精馏段9块，提馏段8块。
4、根据权利要求1的方法，其中精馏塔的回流比为1。
5、根据权利要求1的方法，其中回收塔的回流比为3-4。
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