CN109289230A - 一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置及精制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种闭路循环‑惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置及及精制工艺，该装置包括原料预处理单元、惰性粒子流化床升华器、杂质分离器、惰性粒子流化床凝华塔、产品收集器、挥发组分分离单元、循环气加热器及工艺气体安全控制系统。通过利用该装置，能够实现具有升华属性的化工产品分离精制。本发明工艺流程合理、自动化程度高且具有过程能耗低、产品质量高、安全稳定性好等特点，是一种高效可行的连续分离精制工艺。

Description

一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装 置及精制工艺

技术领域

本发明提供了一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制工艺，包含了惰性粒子升华-凝华精制工艺和惰性载气闭路循环工艺，属于分离精制领域，适用于具有升华属性的化工产品分离精制。

背景技术

升华-凝华法是从固体混和物中提取具有升华属性的化工产品的有效方法。目前化工产品升华操作有间歇式操作和连续式操作两种。间歇式操作中原料一次性投入升华器中，间歇式升华-凝华操作过程中随着原料中目标产物的减少、传热和传质阻力增加，升华温度逐步上升，易造成焦化、结块的现象，影响产品质量；连续式操作通常在真空环境下进行，能够有效降低操作温度，但是真空操作对装置的密封要求很高，一旦有空气泄漏进入体系，非常容易引发爆炸。同时不管是间歇操作还是连续操作，凝华器内粘壁现象严重，需人工定期对凝华室铲料，劳动强度极大，操作环境极差，且容易混入杂质。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供了一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制工艺。本发明不但可以处理固体粗品，还可以完成含有溶剂体系的连续化的化工产品升华凝华分离精制。包括以下部分：

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，包括原料预处理单元、惰性粒子流化床升华器、杂质分离器、惰性粒子流化床凝华塔、产品收集器、挥发组分分离单元、循环气加热器及工艺气体安全控制系统，其特征在于原料通过预处理单元分离溶剂后，出口浆料从惰性粒子流化床升华器中部进料口进入惰性粒子流化床升华器，惰性粒子流化床升华器底部进气口连接循环气加热器，顶部出气口连接杂质分离器进料口；杂质分离器底部设有杂质出料口，顶部出料口连接惰性粒子流化床凝华塔底部进料口；惰性粒子流化床凝华塔顶部出料口连接产品收集器的中部进料口；产品收集器底部设有产品出料口，产品收集器顶部出料口连接挥发组分分离单元，载气在挥发组分分离单元中排出挥发组分后，通过气体输送机械进入循环气加热器进气口。

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于气体输送机械设置在挥发组分分离单元与循环气加热器之间，气体输送机械进口处设置系统压力检测装置控制载气的流量，保证系统压力稳定；循环气加热器的气体入口处设置体系安全监控系统，确保系统氧含量在安全工况范围。

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于载气为惰性气体，惰性气体包括氮气或二氧化碳。

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于惰性粒子流化床升华器和惰性粒子流化床凝华塔中所用的惰性粒子为改性氧化铝或改姓氧化锆等材质，其粒径1.5~5mm；惰性粒子流化床升华器内部设有内加热结构；惰性粒子流化床凝华塔外部有热交夹套，内部有热交换结构。

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于杂质分离器和产品收集器分别为布袋除尘器或金属滤网除尘器。

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于工艺气体安全控制系统包括气体含量监控系统和体系压力监控系统。

所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于体系压力系统在气体输送机械进口处设置系统压力检测装置，通过控制载气补充量保证体系压力稳定；循环气加热器的气体入口处设置气体含量监控系统，包含氧含量、有机溶剂含量和粉尘浓度监控系统，通过控制载气排放量保证体系远离爆炸范围。

所述装置的闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制工艺，其特征在于包括如下步骤：

1）原料液经过原料预处理单元脱除原料液中的溶剂，脱溶剂后的物料进入惰性粒子流化床升华器；

2）载气经循环气加热器热交换后进入惰性粒子流化床升华器与物料接触，物料中的产品在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器，惰性粒子流化床升华器内含有内加热系统；

3）在杂质分离器中，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器底部排出，经过杂质分离器分离固相粉末后的升华产品与载气进入惰性粒子流化床凝华塔；

4）惰性粒子流化床凝华塔壳体上通冷源，在冷源的作用下，产品凝华成为固相粉末，被载气带入产品收集器，惰性粒子流化床凝华塔塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套；

5）固体产品在产品收集器中收集，从收集器底部出料；载气进入挥发组分分离单元；

6）分离挥发组分后的载气经气体输送机械输送到循环气加热器与热源进行换交换，成为热载气返回至惰性粒子流化床升华器中循环使用。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明将工艺原料中的溶剂，经过原料预处理单元后可以回用，使用升华凝华法可以得到高纯度的产品；升华器和凝华塔采用惰性粒子流化床技术原料处理量大、能量利用率高、产品粘壁情况减少；工艺中的挥发组分分离单元可以分离载气中的挥发性组分，同时处理产品分离器尾气中的产品粉尘，分离的挥发组分和产品粉尘会进行进一步处理和利用；工艺中载气为惰性气体循环使用，无废气排放、环境友好；工艺实时监测粉尘浓度、氧含量和有机溶剂含量能够有效防止粉尘爆炸的危险，提高装置的操作安全性能。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图中：1-原料预处理单元，2-惰性粒子流化床升华器，3-杂质分离器，4-惰性粒子流化床凝华塔，5-产品收集器，6-挥发组分分离单元，7-循环气加热器，8-气体输送机械，9-系统压力检测装置，10-载气输入管路，11-气体含量监控系统。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例进一步说明本发明的所提供的方法，但本发明并不因此受到限制。

如图1所示，本发明的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，包括原料预处理单元1、惰性粒子流化床升华器2、杂质分离器3、惰性粒子流化床凝华塔4、产品收集器5、挥发组分分离单元6、循环气加热器7及工艺气体安全控制系统，工艺气体安全控制系统包括气体含量监控系统和体系压力监控系统；体系压力系统在气体输送机械8进口处设置系统压力检测装置9，通过控制载气补充量保证体系压力稳定；循环气加热器7的气体入口处设置气体含量监控系统11，包含氧含量、有机溶剂含量和粉尘浓度监控系统，通过控制载气排放量保证体系远离爆炸范围；原料通过预处理单元1分离溶剂后，出口浆料从惰性粒子流化床升华器2中部进料口进入惰性粒子流化床升华器2，惰性粒子流化床升华器2底部进气口连接循环气加热器7，顶部出气口连接杂质分离器3进料口；杂质分离器3底部设有杂质出料口，顶部出料口连接惰性粒子流化床凝华塔4底部进料口；惰性粒子流化床凝华塔4顶部出料口连接产品收集器5的中部进料口；产品收集器5底部设有产品出料口，产品收集器5顶部出料口连接挥发组分分离单元6，载气在挥发组分分离单元6中排出挥发组分后，通过气体输送机械8进入循环气加热器7进气口；气体输送机械8设置在挥发组分分离单元6与循环气加热器7之间，气体输送机械8进口处设置系统压力检测装置9控制载气的流量，保证系统压力稳定；循环气加热器7的气体入口处设置体系安全监控系统，确保系统氧含量在安全工况范围。

所述的惰性粒子流化床升华器2和惰性粒子流化床凝华塔4中所用的惰性粒子为改性氧化铝或改姓氧化锆等材质，其粒径1.5~5mm；惰性粒子流化床升华器2内部设有内加热结构；惰性粒子流化床凝华塔4外部有热交夹套，内部有热交换结构。

本发明的载气为惰性气体，惰性气体包括氮气或二氧化碳；本发明实施例中的杂质分离器3和产品收集器5分别为布袋除尘器或金属滤网除尘器。

实例1

处理含有二茂铁的原料液，所述原料含有如下百分含量的组份如下表：

原料组成（质量分数%）表

包括如下步骤：

1）含有二茂铁的原料液经过原料预处理单元1脱除反应液中的甲醇，脱甲醇后的物料进入惰性粒子流化床升华器2；

2）载气经循环气加热器7热交换后进入惰性粒子流化床升华器2与物料接触，物料中的二茂铁在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器3，惰性粒子流化床升华器2床层温度为115℃，载气为惰性气体氮气；内部加热结构采用加热盘管，使用蒸汽作为热源；

3）在杂质分离器3中，分离温度为110℃，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器3底部排出，经过杂质分离器3分离固相粉末后的升华二茂铁与载气进入惰性粒子流化床凝华塔4；

4）惰性粒子流化床凝华塔4壳体上通冷源，在冷源的作用下，二茂铁凝华成为固相粉末，被载气带入产品收集器5，惰性粒子流化床凝华塔4塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套，惰性粒子流化床凝华塔4床层温度为70℃；

5）固体二茂铁在产品收集器5中收集，从收集器底部出料；载气进入挥发组分分离单元6，挥发组分分离单元6中采用溶液冷却吸收操作，使用的溶剂为甲醇，操作温度为20~40℃；

6）挥发组分分离单元6处理后的载气进入循环气加热器（7）和0.4MPa蒸汽进行间壁式换热后，进入惰性粒子流化床升华器2中循环使用。

处理结果：原料处理量为4.5t/h，氮气循环量为16m3/h，惰性粒子升华器中的惰性粒子为直径5mm的改性氧化铝粒子，惰性粒子凝华塔中采用直径为2mm的改性氧化锆粒子。最终二茂铁产量为419kg/h，产品中二茂铁质量分数99.5%。

实例2

处理含有三氧化二砷的原料液，所述原料含有如下百分含量的组份如下表：

原料组成（质量分数%）表：

，

它包括如下步骤：

1）含有三氧化二砷的原料液经过原料预处理单元1脱除反应液中的甲醛和水，脱溶剂后的物料进入惰性粒子流化床升华器2；

2）载气经循环气加热器7热交换后进入惰性粒子流化床升华器2与物料接触，物料中的三氧化二砷在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器3，惰性粒子流化床升华器2床层温度为200℃，载气为惰性气体氮气；内部加热结构采用加热盘管，使用蒸汽作为热源；

3）在杂质分离器3中，分离温度为170℃，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器3底部排出，经过杂质分离器3分离固相粉末后的升华二茂铁与载气进入惰性粒子流化床凝华塔4；

4）惰性粒子流化床凝华塔4壳体上通冷源，在冷源的作用下，三氧化二砷凝华成为固相粉末，被载气带入产品收集器5，惰性粒子流化床凝华塔4塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套，惰性粒子流化床凝华塔4床层温度为130℃；

5）固体三氧化二砷在产品收集器5中收集，从收集器底部出料；载气进入挥发组分分离单元6，挥发组分分离单元6中采用电除尘操作；

6）挥发组分分离单元6处理后的载气进入循环气加热器（7）和烟道气进行间壁式换热后，进入惰性粒子流化床升华器2中循环使用。

处理结果：原料处理量为45t/h，氮气循环量为160m3/h，惰性粒子升华器中的惰性粒子为直径5mm的改性氧化铝粒子，惰性粒子凝华塔中采用直径为2mm的改性氧化锆粒子。最终三氧化二砷产量为106kg/h，产品中三氧化二砷质量分数97.5%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，包括原料预处理单元（1）、惰性粒子流化床升华器（2）、杂质分离器（3）、惰性粒子流化床凝华塔（4）、产品收集器（5）、挥发组分分离单元（6）、循环气加热器（7）及工艺气体安全控制系统，其特征在于原料通过预处理单元（1）分离溶剂后，出口浆料从惰性粒子流化床升华器（2）中部进料口进入惰性粒子流化床升华器（2），惰性粒子流化床升华器（2）底部进气口连接循环气加热器（7），顶部出气口连接杂质分离器（3）进料口；杂质分离器（3）底部设有杂质出料口，顶部出料口连接惰性粒子流化床凝华塔（4）底部进料口；惰性粒子流化床凝华塔（4）顶部出料口连接产品收集器（5）的中部进料口；产品收集器（5）底部设有产品出料口，产品收集器（5）顶部出料口连接挥发组分分离单元（6），载气在挥发组分分离单元（6）中排出挥发组分后，通过气体输送机械（8）进入循环气加热器（7）进气口。

2.根据权利要求1所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于气体输送机械（8）设置在挥发组分分离单元（6）与循环气加热器（7）之间，气体输送机械（8）进口处设置系统压力检测装置（9）控制载气的流量，保证系统压力稳定；循环气加热器（7）的气体入口处设置体系安全监控系统，确保系统氧含量在安全工况范围。

3.根据权利要求1所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于载气为惰性气体，惰性气体包括氮气或二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于惰性粒子流化床升华器（2）和惰性粒子流化床凝华塔（4）中所用的惰性粒子为改性氧化铝或改姓氧化锆等材质，其粒径1.5~5mm；惰性粒子流化床升华器（2）内部设有内加热结构；惰性粒子流化床凝华塔（4）外部有热交夹套，内部有热交换结构。

5.根据权利要求1所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于杂质分离器（3）和产品收集器（5）分别为布袋除尘器或金属滤网除尘器。

6.根据权利要求1所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于工艺气体安全控制系统包括气体含量监控系统和体系压力监控系统。

7.根据权利要求6所述的一种闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制装置，其特征在于体系压力系统在气体输送机械（8）进口处设置系统压力检测装置（9），通过控制载气补充量保证体系压力稳定；循环气加热器（7）的气体入口处设置气体含量监控系统（11），包含氧含量、有机溶剂含量和粉尘浓度监控系统，通过控制载气排放量保证体系远离爆炸范围。

8.一种基于权利要求1所述装置的闭路循环-惰性粒子流化床连续化升华凝华分离精制工艺，其特征在于包括如下步骤：

1）原料液经过原料预处理单元（1）脱除原料液中的溶剂，脱溶剂后的物料进入惰性粒子流化床升华器（2）；

2）载气经循环气加热器（7）热交换后进入惰性粒子流化床升华器（2）与物料接触，物料中的产品在载气作用下升华进入载气相，不易挥发的杂质成为固相粉末被载气一同带入杂质分离器（3），惰性粒子流化床升华器（2）内含有内加热系统；

3）在杂质分离器（3）中，固相粉末杂质被截留，从杂质分离器（3）底部排出，经过杂质分离器（3）分离固相粉末后的升华产品与载气进入惰性粒子流化床凝华塔（4）；

4）惰性粒子流化床凝华塔（4）壳体上通冷源，在冷源的作用下，产品凝华成为固相粉末，被载气带入产品收集器（5），惰性粒子流化床凝华塔（4）塔内有冷凝盘管、塔外壁有冷凝夹套；

5）固体产品在产品收集器（5）中收集，从收集器底部出料；载气进入挥发组分分离单元（6）；

6）分离挥发组分后的载气经气体输送机械（8）输送到循环气加热器（7）与热源进行换交换，成为热载气返回至惰性粒子流化床升华器（2）中循环使用。