CN115300929A - 用于苯乙酸生产的结晶设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于苯乙酸生产的结晶设备及方法，属于结晶装置技术领域。一种用于苯乙酸生产的结晶设备，包括：预热器、酸化混合器、缓冲单元、多级冷却单元和结晶单元；预热器的入口连接有包含苯乙酸钠的盐水输送管路；酸化混合器的第一入口与预热器的出口连通，第二入口连接有酸液输送管路；缓冲单元的第三入口与酸化混合器的出口连通，尾气出口与换热装置连通，不凝气出口与废气处理单元连通；多级冷却单元包括多个串联的冷却器，各冷却器采用的冷媒均不同，缓冲单元的溶液出口与多级冷却单元的入口连通；多级冷却单元的出口与结晶单元的入口连通，在结晶单元中，苯乙酸结晶析出。本申请能提高生产效率，降低能耗，节约成本，方便操作。

Description

用于苯乙酸生产的结晶设备及方法

技术领域

本申请属于结晶装置技术领域，涉及苯乙酸生产相关设备，具体涉及一种用于苯乙酸生产的结晶设备及方法。

背景技术

苯乙酸作为一种重要的精细化工产品，广泛应用于工业生产，如可用于青霉素的生产，并可广泛用作医药、农药和香料等的中间体。相关技术中，苯乙酸的生产方法很多，比如已经实现工业化的生产方法有氰化钠法、苯乙酰胺法和羰基合成法等。

在苯乙酸的生产过程中，一般先使各种反应原料进行反应，再将反应得到的产物进行分离，而后需要将分离得到的混合物进行一系列的处理，以获得苯乙酸产品(纯品)。要得到适用于生产的工业原料，一般需要对苯乙酸进行提取精制，其中结晶法是常用的苯乙酸精制方法。结晶法是指：利用混合物中不同组分在溶剂中不同温度溶解度的差异来实现分离纯化的操作方法。

传统的用于苯乙酸生产的结晶方式大都是将物料全部都直接输入至釜式结晶罐中，在釜式结晶罐中进行操作，存在着冷媒体接触换热不够充分、不容易操作控制、能耗较高等问题，从而会导致产品质量不稳定、生产成本较高或生产效率较低等缺点。

发明内容

鉴于存在的上述问题，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供一种用于苯乙酸生产的结晶设备及方法，有助于降低能耗，节省生产成本，提高生产效率，且便于操作，能克服现有技术中的不足。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

根据本申请的一个方面，本申请实施例提供了一种用于苯乙酸生产的结晶设备，该结晶设备包括：

预热器，所述预热器的入口连接有包含苯乙酸钠的盐水输送管路；

酸化混合器，所述酸化混合器包括第一入口和第二入口，所述第一入口与所述预热器的出口连通，所述第二入口连接有酸液输送管路；

缓冲单元，所述缓冲单元包括第三入口、尾气出口、不凝气出口和溶液出口，所述第三入口与所述酸化混合器的出口连通，所述尾气出口与用于回收尾气的换热装置连通，所述不凝气出口与用于废气处理的废气处理单元连通；

多级冷却单元，所述多级冷却单元包括多个串联连接的冷却器，各个所述冷却器所采用的冷媒均不同，所述缓冲单元的溶液出口与所述多级冷却单元的入口连通；

结晶单元，所述多级冷却单元的出口与所述结晶单元的入口连通，在所述结晶单元中，苯乙酸以晶体形式析出。

可选地，所述多级冷却单元包括三个串联连接的冷却器，三个串联连接的所述冷却器分别为一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器，所述一级冷却器的入口与所述缓冲单元的溶液出口连通，所述三级冷却器的出口与所述结晶单元的入口连通。

可选地，所述一级冷却器的冷媒的温度高于所述二级冷却器的冷媒的温度，所述二级冷却器的冷媒的温度高于所述三级冷却器的冷媒的温度；和/或，所述一级冷却器、所述二级冷却器和所述三级冷却器的冷媒连接管路上均设置有温度调节阀。

可选地，所述一级冷却器的冷媒为温度为25℃～35℃的工艺循环水，所述工艺循环水为整个苯乙酸生产工艺所产生的工艺循环水；所述二级冷却器的冷媒为温度为10℃～20℃的离心母液，所述离心母液为苯乙酸生产系统中的离心设备所分离出的离心母液；所述三级冷却器的冷媒为温度为3℃～7℃的冷冻水。

可选地，所述结晶单元包括结晶罐和设置于所述结晶罐的第一搅拌机构；和/或，所述缓冲单元包括酸化缓冲罐和设置于所述酸化缓冲罐的第二搅拌机构；和/或，所述换热装置包括石墨换热器。

可选地，所述缓冲单元的溶液出口与所述多级冷却单元的入口通过酸化溶液输送管路连接，所述酸化溶液输送管路上设置有输送泵；所述缓冲单元还包括循环入口，所述输送泵的出口还通过循环管路与所述循环入口连接。

可选地，所述循环管路上设置有在线pH值检测计；和/或，所述缓冲单元设置有pH值检测机构。

可选地，所述缓冲单元还包括第四入口，所述第四入口通过酸液支路与所述酸液输送管路连接，所述酸液支路上设有第一调节阀和流量计；和/或，所述预热器连接有进蒸汽管路和出蒸汽管路。

根据本申请的另一个方面，本申请实施例提供了一种用于苯乙酸生产的结晶方法，该方法包括以下步骤：

将包含苯乙酸钠的盐水进行预热，并控制预热温度；

预热后的所述包含苯乙酸钠的盐水与酸液在酸化混合器中混合，得到混合液；

将所述混合液输送至缓冲单元进行酸化，控制酸化后产物的pH值，得到酸化溶液；

将所述酸化溶液输送至多级冷却单元，以对酸化溶液进行冷却，得到苯乙酸结晶混合液；

将所述苯乙酸结晶混合液输送至结晶单元，在结晶单元中，苯乙酸以晶体形式析出。

可选地，所述方法满足以下特征中的至少一种：(a)预热后的包含苯乙酸钠的盐水的温度为70℃～90℃，优选为75℃～85℃，更优选为80℃；(b)预热后的包含苯乙酸钠的盐水进入酸化混合器的流量与酸液进入酸化混合器的流量比为11：1～6：1；(c)酸化后产物的pH值为1～3，优选为2；(d)所述缓冲单元产生的尾气通过石墨换热器冷却后进行回收酸液，所述缓冲单元产生的不凝气通过废气处理单元进行统一处理；(e)所述多级冷却单元包括一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器，所述一级冷却器的酸化溶液出口温度为45℃～55℃，优选为50℃；所述二级冷却器的酸化溶液出口温度为30℃～40℃，优选为35℃；所述三级冷却器的酸化溶液出口温度为18℃～22℃，优选为20℃；(f)所述结晶单元的搅拌速率为15～50rpm。

实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

在本申请实施例中，所提供的用于苯乙酸生产的结晶设备包括预热器、酸化混合器、缓冲单元、多级冷却单元和结晶单元。在苯乙酸生产过程中，反应后的得到的混合物进行分离可得到油相和水相，其中水相可以为包含苯乙酸钠的盐水；本申请将包含苯乙酸钠的盐水利用预热器进行预热，而后分别利用酸化混合器和缓冲单元使预热后的包含苯乙酸钠的盐水与酸液进行混合，并进行酸化反应以及溶液酸度的调节，以得到酸化溶液；利用多级冷却单元将酸化溶液进行多级冷却后，再输送至结晶单元，以使苯乙酸在结晶单元中以晶体形式析出。从而，基于上述装置及其连接的设计，方便操作控制，利于对结晶产品的品质控制，产品质量稳定性好，可以提高生产效率，降低成本；并利于保证工艺的安全性和生产连续性、稳定性。同时，该结晶设备的缓冲单元产生的尾气通过换热装置进行回收，所产生的不凝气通过废气处理单元进行处理，可避免环境污染，安全、环保；并且，该结晶设备采用多级冷却单元进行冷却，各个冷却器所采用的冷媒均不同，这样有利于降低能耗，节约生产成本。

该用于苯乙酸生产的结晶方法与上述用于苯乙酸生产的结晶设备是基于同一发明构思的，因而至少具有用于苯乙酸生产的结晶设备的全部特征和优势，在此不再赘述。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一些实施例提供的用于苯乙酸生产的结晶设备的结构示意图；

图2是本发明一些实施例提供的用于苯乙酸生产的结晶方法的流程示意图。

附图标记说明：

1-预热器；101-包含苯乙酸钠的盐水输送管路；102-进蒸汽管路；103-出蒸汽管路；

2-酸化混合器；201-第一入口；202-第二入口；203-酸液输送管路；

3-缓冲单元；31-酸化缓冲罐；32-第二搅拌机构；301-第三入口；302-第四入口；303-尾气出口；304-不凝气出口；305-溶液出口；306-循环入口；361-酸液支路；362-第一调节阀；363-流量计；

340-酸化溶液输送管路；341-循环管路；342-在线pH值检测计；

4-多级冷却单元；401-一级冷却器；402-二级冷却器；403-三级冷却器；

5-结晶单元；51-结晶罐；52-第一搅拌机构；

6-输送泵。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

需要说明的是，本文中使用的术语“和/或”或者“/”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。

相关技术中，苯乙酸生产领域中，为了实现反应的连续化、扩大生产规模、提高产品质量或降低生产成本，提供了一种苯乙酸连续生产方式。示例性的，该用于该苯乙酸连续生产方式的苯乙酸生产系统包括：预处理器、连续反应塔(如鼓泡反应塔)、分离装置、结晶设备、提纯装置，还可以包括催化剂回收装置；其中的提纯装置可以包括离心洗涤装置和干燥装置；催化剂回收装置可以包括静置罐、催化剂回收罐、溶剂回收塔。具体的，预处理器的出口可以与连续反应塔的入口相连，使得从预处理器出来的物料进入连续反应塔内，进行羰基化合成反应；连续化反应塔的出口与分离装置的入口相连，从连续化反应塔反应后得到的物料进入分离装置进行分相，可得到水相和油相。

分离装置的油相出口与静置罐的入口相连，该油相的主要成分包括催化剂和溶剂，在静置罐内静置后可使得油相自然分层；从静置罐其中的一出口排出的催化剂进入催化剂回收罐中，该催化剂回收罐可用于存储回收的催化剂，或者也可以对催化剂进行进一步处理；催化剂回收罐的出口与预处理器的入口相连，从而使得回收的催化剂进入至预处理器中再次进行反应，以实现催化剂的循环再利用；从静置罐的另一出口排出的溶剂进入溶剂回收塔，从而可以对溶剂回收利用。

分离装置的水相出口与结晶设备的入口相连，从分离装置分出的水相进入结晶设备中可进行酸化反应，而后使苯乙酸结晶；从结晶设备出来的苯乙酸粗品进入至离心洗涤装置中，从离心洗涤装置中分离得到的沉淀可进入至干燥装置进行干燥，以可得到苯乙酸产品；此外，从离心洗涤装置中分离得到的离心母液可以进行过滤，过滤得到的过滤浓缩液可再返回至结晶设备中，过滤得到的过滤清液可进行后续的处理以获得副产品。

然而，如背景技术所言，现有的苯乙酸结晶方式主要采用单一的结晶釜，在结晶釜中进行酸化、结晶等操作，存在不容易操作控制、能耗较高、生产效率较低、容易影响产品质量等问题，还有待于进一步改进。基于此，本申请实施例提供一种用于苯乙酸生产的结晶设备及方法，以期达到提高生产效率，节省生产成本，利于保证结晶产品质量，方便操作等效果。具体技术方案的描述参见下文。

请参见图1所示，在本申请的一些实施例中，提供了一种用于苯乙酸生产的结晶设备，该结晶设备包括：预热器1、酸化混合器2、缓冲单元3、多级冷却单元4和结晶单元5。

其中，预热器1可用于对包含苯乙酸钠的盐水进行预热，以使包含苯乙酸钠的盐水达到一定的温度，进而使后续的酸化反应更加完全。预热器1具有入口和出口，预热器1的入口与包含苯乙酸钠的盐水输送管路101连接，通过包含苯乙酸钠的盐水输送管路101向预热器1内输入包含苯乙酸钠的盐水。

可选的，该包含苯乙酸钠的盐水来自分离装置分出的水相，和/或，来自从离心洗涤装置中分离得到的离心母液进行过滤、过滤后得到的过滤浓缩液。如前所述的苯乙酸生产系统，其包括分离装置和离心洗涤装置，其中经由分离装置分离出的水相和过滤浓缩液都是含有苯乙酸钠的盐水。或者，该包含苯乙酸钠的盐水还可以是来自苯乙酸生产系统中的钠盐回收工序盐水母液罐的盐水。

本实施例中，该包含苯乙酸钠的盐水主要由苯乙酸钠、氯化钠、氢氧化钠和水组成；其中的苯乙酸钠的含量是较高的。

此外，在其他实施方式中，根据不同的苯乙酸生产方式，该包含苯乙酸钠的盐水还可以来自其他装置，只要是包含苯乙酸钠的溶液即可，本实施例对此不作限定。

在一些实施例中，将包含苯乙酸钠的盐水替换为苯乙酸钾溶液或苯乙酸铵溶液。可以理解的是，根据不同的苯乙酸生产方式，苯乙酸盐溶液并不限于苯乙酸钠溶液，例如，还可以是苯乙酸铵溶液、苯乙酸钾溶液等。本实施例主要以应用较为广泛的苯乙酸钠为例进行详细说明，然而，能够理解的是，本发明的原理可以在任何适当的苯乙酸盐中实现。

可选的，包含苯乙酸钠的盐水输送管路101上设有流量计，以方便计量包含苯乙酸钠的盐水的流量。可选的，包含苯乙酸钠的盐水输送管路101上设置有输送泵，通过该输送泵进行包含苯乙酸钠的盐水的输送。

可选的，预热器1可以设有一个入口，且包含苯乙酸钠的盐水输送管路101连接有盐水输送支路，以方便将不同来源的苯乙酸钠盐水输入至预热器1中。或者，预热器1可以设有多个入口，可以通过多个入口分别将不同来源的苯乙酸钠盐水输入至预热器1中。

上述酸化混合器2可用于将预热后的包含苯乙酸钠的盐水与酸液进行混合，以使包含苯乙酸钠的盐水与酸液能够充分混合，从而更利于酸化反应的充分进行。酸化混合器2包括第一入口201和第二入口202以及出口，酸化混合器2的第一入口201与预热器1的出口连通，如酸化混合器2的第一入口201通过管路与预热器1的出口连接；酸化混合器2的第二入口202与酸液输送管路203连接，通过酸液输送管路203向酸化混合器2内输入酸液。这样，预热后的包含苯乙酸钠的盐水经由第一入口201进入至酸化混合器2中，酸液经由酸液输送管路203和第二入口202进入至酸化混合器2中，在酸化混合器2中，包含苯乙酸钠的盐水与酸液进行充分混合。

可选的，所述酸液可以为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸中的至少一种。较佳的，所述酸液为盐酸。本实施例对于酸液的具体类型不作限定，其可以采用盐酸，当然还可以采用其他能够与苯乙酸钠进行酸化反应的其他类型的酸，如硫酸、硝酸等。较佳的，考虑到成本、反应彻底性或操作可行性等因素，酸液优选为盐酸。

可选的，盐酸为质量浓度为20％～37％的盐酸；进一步，盐酸为质量浓度为25％～35％的盐酸；更进一步，盐酸为质量浓度为31％的盐酸。盐酸的具体浓度可以根据具体工艺情况及包含苯乙酸钠的盐水的情况进行调节。此外，其他的类型的酸液的浓度也可以在上述范围内，或者也可以适当的增加或降低其浓度。

上述缓冲单元3可用于使包含苯乙酸钠的盐水与酸液进行充分的酸化反应，以及溶液的酸度的调节，以使酸化反应更加充分、彻底，并使酸化反应后得到的溶液的pH值满足一定的要求，以更利于后续的结晶分离。该缓冲单元3包括第三入口301、尾气出口303、不凝气出口304和溶液出口305，缓冲单元3的第三入口301与酸化混合器2的出口连通，如缓冲单元3的第三入口301通过管路与酸化混合器2的出口连接，以使在酸化混合器2中混合后的物料进入至缓冲单元3中。缓冲单元3的尾气出口303与用于回收尾气的换热装置连通，如缓冲单元3的尾气出口303可以通过尾气管路与换热装置连接，由于缓冲单元3排出的尾气中会含有少量的酸液如盐酸，因此尾气通过换热装置冷却后可回收盐酸；这样可避免环境污染，也可实现资源的回收再利用，降低成本。缓冲单元3的不凝气出口304与用于废气处理的废气处理单元连通，如缓冲单元3的不凝气出口304与废气处理单元通过废气管路连接，该废气处理单元可用于处理苯乙酸生产中产生的所有废气，也就是，可以利用该废气处理单元对苯乙酸生产系统中产生的废气进行统一回收处理，这样，可避免污染环境，安全、环保。

上述多级冷却单元4可用于对酸化后得到的酸化溶液进行冷却，以使冷却后的溶液满足结晶温度要求。该多级冷却单元4包括多个冷却器，多个冷却器依次串联连接，各个冷却器所采用的冷媒均不同，缓冲单元3的溶液出口305与多级冷却单元4的入口连通，这样可以使酸化后得到的酸化溶液在满足一定pH值的情况下，输送至多级冷却单元4中进行逐级的冷却，以满足结晶温度要求。通过采用多个串联连接的冷却器多溶液进行逐级冷却，且每个冷却器所采用的冷媒(冷却介质)都不相同，这样有助于节省能耗，降低生产成本，并确保冷却效果，更利于结晶操作。

可选的，多级冷却单元4可以为三级冷却单元，也即包括三个串联连接的冷却器。此外，在其他实施方式中，多级冷却单元4还可以为两级冷却单元，也即包括两个串联连接的冷却器；或者，多级冷却单元4还可以为四级冷却单元，也即包括四个串联连接的冷却器。

上述结晶单元5可用于使经过多级冷却单元4冷却后的溶液在结晶单元5中进行结晶，以使苯乙酸以晶体形式析出。多级冷却单元4的出口与结晶单元5的入口连通，以使多级冷却单元4冷却后的溶液进行至结晶单元5中，在结晶单元5中，苯乙酸以晶体形式析出。

该结晶设备的反应原理或结晶过程可以为：对来自苯乙酸生产系统中油水分离工序的水相物料即包含苯乙酸钠的盐水，及钠盐回收工序盐水母液罐的盐水，其含有合成反应生成的苯乙酸钠和氯化钠，进行预热；而后在酸化混合器2、酸化缓冲单元3中加入过量的盐酸，使苯乙酸钠酸化生成苯乙酸，苯乙酸在pH值小于2时不溶于水，利于结晶分离。上述酸化反应过程中需要保持盐酸略微过量，酸化后得到的酸化溶液经过多级冷却单元4冷却后进入结晶单元5，苯乙酸在结晶单元5中析出结晶，并向设备底部移动。该过程涉及的反应式如下：

C₆H₅CH₂COONa+HCl→C₆H₅CH₂COOH+NaCl。

基于以上设置，本实施例提供的用于苯乙酸生产的结晶设备，可以应用于苯乙酸生产领域中，能实现对苯乙酸生产过程中产生的苯乙酸钠进行酸化结晶处理。其采用预热、酸化混合、酸化缓冲、多级冷却与结晶单元5相连接的方式，可以避免单一结晶釜操作工艺指标波动较大、不利于操作等问题，可提高生产效率，方便操作控制，利于对结晶产品的品质控制，产品质量稳定性好，可以提高生产效率，降低成本。同时，该结晶设备的缓冲单元3产生的尾气通过换热装置进行回收，所产生的不凝气通过废气处理单元进行处理，可避免环境污染，安全、环保，能实现资源的回收再利用；并且，该结晶设备采用多级冷却单元4进行冷却，各个冷却器所采用的冷媒均不同，这样有利于降低能耗，节约生产成本。

此外，将本实施例的用于苯乙酸生产的结晶设备应用在苯乙酸生产系统中，可以改善目前间歇生产过程中存在的问题，有助于使生产系统连续、稳定、均衡生产，便于采用自动化控制，耗能小，可节约生产成本，提高生产效率，可以较好的保证工艺的安全性和生产连续性、稳定性，保证产品的纯度，具有显著的经济效益和社会效益。

在一些实施例中，所述多级冷却单元4为三级冷却单元，即多级冷却单元4包括三个串联连接的冷却器，三个串联连接的冷却器分别为一级冷却器401、二级冷却器402和三级冷却器403，也即，一级冷却器401、二级冷却器402和三级冷却器403依次串联连接；其中，一级冷却器401的入口与缓冲单元3的溶液出口305连通，一级冷却器401的出口与二级冷却器402的入口连接，二级冷却器402的出口与三级冷却器403的入口连接，三级冷却器403的出口与结晶单元5的入口连通。

采用三级冷却的方式，可以避免苯乙酸快速结晶并堵塞设备，也便于利用不同冷媒以实现节能，降低能耗。此外，采用三级冷却的方式不仅有助于保证冷却效果、从而保证结晶效果，而且成本相对较低，方便布控。

在一些实施例中，所述一级冷却器401的冷媒的温度高于所述二级冷却器402的冷媒的温度，所述二级冷却器402的冷媒的温度高于所述三级冷却器403的冷媒的温度。在多级冷却过程中，后级冷却的温度低于前级冷却的温度。相对而言，一级冷却器401靠近缓冲单元3，三级冷却器403靠近结晶单元5；从一级冷却器401流出的酸化溶液的温度高于从二级冷却器402流出的酸化溶液的温度，从二级冷却器402流出的酸化溶液的温度高于从三级冷却器403流出的酸化溶液的温度。这样，通过逐级的进行冷却降温，可避免苯乙酸快速结晶，并利于保证结晶产品的质量。

在一些实施例中，所述一级冷却器401、所述二级冷却器402和所述三级冷却器403的冷媒连接管路上均设置有温度调节阀。为了方便对各个冷却器的冷媒的温度的控制及调节，可在各个冷却器的冷媒连接管路上均设置温度调节阀，以实现对不同冷媒温度的分别控制，从而获得所需的相应的冷却后的酸化溶液的温度。示例性的，一级冷却器401连接有第一冷媒进口管路和第一冷媒出口管路，第一冷媒进口管路和/或第一冷媒出口管路上设有第一温度调节阀；二级冷却器402连接有第二冷媒进口管路和第二冷媒出口管路，第二冷媒进口管路和/或第二冷媒出口管路上设有第二温度调节阀；三级冷却器403连接有第三冷媒进口管路和第三冷媒出口管路，第三冷媒进口管路和/或第三冷媒出口管路上设有第三温度调节阀。

在一些实施例中，所述一级冷却器401的冷媒为温度为25℃～35℃的工艺循环水，所述工艺循环水为整个苯乙酸生产工艺所产生的工艺循环水；所述二级冷却器402的冷媒为温度为10℃～20℃的离心母液，所述离心母液为苯乙酸生产系统中的离心设备(离心洗涤装置)所分离出的离心母液；所述三级冷却器403的冷媒为温度为3℃～7℃的冷冻水。

上述一级冷却器401采用的冷媒为工艺循环水，二级冷却器402采用的冷媒为离心母液，三级冷却器403采用的冷媒为冷冻水。酸化溶液在一级冷却器401中与工艺循环水进行强制换热，在二级冷却器402中与离心母液进行强制换热，在三级冷却器403中与冷冻水进行强制换热。

从而，酸化溶液通过三级冷却单元逐步冷却结晶，并通过采用上述不同的冷媒，合理的利用了工艺中的各种冷却液，有利于节约能耗，降低成本，实现资源的再利用，安全、环保。

可选的，上述一级冷却器401、二级冷却器402和三级冷却器403均为板式换热器。该板式冷却器可以为特殊设计的换热器。这样，结构简单，成本低，换热效果好。

上述一级冷却器401、二级冷却器402和三级冷却器403均可以采用板式换热器，立式放置，冷媒从换热器的下部进，上部出，冷媒与酸化溶液成逆流换热。板式换热器具有制造容易、生产成本低、清洗方便、适应性强、处理量大等优点。

在一些实施例中，所述结晶单元5包括结晶罐51和设置于所述结晶罐51的第一搅拌机构52。该第一搅拌机构52可以为带变频控制的搅拌器。通过在结晶罐51中设置第一搅拌机构52可避免堵塞设备或可提高结晶效率。

可选的，结晶罐51的底部设置有苯乙酸结晶混合液出口，该苯乙酸结晶混合液出口连接有苯乙酸结晶混合液输送管路，苯乙酸结晶混合液输送管路上设置有流量控制阀。通过苯乙酸结晶混合液输送管路可将所得到的苯乙酸结晶混合液输送至下一工序进行处理，并通过流量控制阀可控制苯乙酸结晶混合液的输送流量。

在一些实施例中，所述缓冲单元3包括酸化缓冲罐31和设置于所述酸化缓冲罐31的第二搅拌机构32。该第二搅拌机构32可以为带变频控制的搅拌器。通过在酸化缓冲罐31中设置第二搅拌机构32可使物料混合的更充分，提高酸化效率。

可选的，上述酸化缓冲罐31的底部设置有溶液出口305。

在一些实施例中，所述酸化缓冲罐31的溶液出口305与所述多级冷却单元4的入口通过酸化溶液输送管路340连接，也即，酸化缓冲罐31的溶液出口305与一级冷却器401的入口通过酸化溶液输送管路340连接。该酸化溶液输送管路340上设置有输送泵6(循环泵)；所述缓冲单元3还包括循环入口306，所述输送泵6的出口还通过循环管路341与所述循环入口306连接。也即，从酸化缓冲罐31的溶液出口305流出的酸化溶液可通过输送泵6及循环管路341返回至酸化缓冲罐31中进行循环，以方便进行溶液pH值的调节；当溶液满足一定的pH值后，可使从酸化缓冲罐31的溶液出口305流出的酸化溶液通过输送泵6输送至多级冷却单元4中进行冷却。

为了便于调节酸化后溶液的pH值，使溶液的pH满足一定的要求后再输送至多级冷却单元4中进行冷却，本实施例还设置了循环管路341，可以使酸化溶液通过输送泵6及循环管路341进行循环，并通过向酸化缓冲罐31中补加酸液来调节pH值，使其满足要求。这样，结构简单，方便调节及控制，可行性强。

可选的，输送泵6为卧式轴流泵，该类型的泵叶轮对晶体颗粒破损作用小，可保证晶体颗粒完成。此外，采用输送泵6使溶液强制循环，也使晶体粒径均匀。可选的，输送泵6带有变频器，可以通过调节泵的频率的方式来调节循环量。

在一些实施例中，所述循环管路341上设置有在线pH值检测计342；和/或，所述缓冲单元3设置有pH值检测机构。也就是，可以在循环管路341上设置在线pH值检测计342，这样，方便操作控制，可以直接观察到循环管路341上的溶液pH值，更便于进行溶液pH值的调节。或者，也可以在酸化缓冲罐31上设置pH值检测机构，如pH值传感器等，用以进行酸化后溶液pH值的监测。或者，也可以在循环管路341上设置在线pH值检测计342，并同时在酸化缓冲罐31上设置pH值检测机构，用以多方位的监测溶液的pH值。

可选的，酸化后得到的酸化溶液的pH值一般要求在1～3，更优选在2左右。

在一些实施例中，所述缓冲单元3还包括第四入口302，所述第四入口302通过酸液支路361与所述酸液输送管路203连接，所述酸液支路361上设有第一调节阀362和流量计363。

可选的，酸液输送管路203上设有第二调节阀，用以进行进入酸化混合器2中的酸液的流量调节。

可选的，酸液输送管路203上也设有流量计，以方便计量酸液的流量。可选的，酸液输送管路203上设置有输送泵，通过该输送泵进行酸液输的输送。可选的，酸液输送管路203与酸液储罐连接。

为了便于调节酸化后溶液的pH值，需要向酸化缓冲罐31中补加酸液来调节pH值，以使溶液的pH满足一定的要求后再输送至多级冷却单元4中进行冷却。基于此，在酸化缓冲罐31上还可以设置第四入口302，该第四入口302通过酸液支路361与酸液输送管路203连接，酸液输送管路203与酸液储罐连接。从而，酸液储罐中的酸液，一方面可以通过酸液输送管路203进入酸化混合器2中，以与预热后的苯乙酸钠盐水进行混合；另一方面可以通过酸液支路361进入酸化缓冲罐31中进行溶液pH值的调节。进一步，为了便于酸液流量的调节及计量，在酸液支路361上设有第一调节阀362和流量计；此外，在酸液输送管路203上也可以设有第二调节阀和流量计。

在一些实施例中，所述换热装置包括石墨换热器。

本实施例中，缓冲单元3的尾气出口303通过尾气管路与石墨换热器连接，利用石墨换热器对尾气进行冷却，可以回收得到酸液如盐酸。由于缓冲单元3排出的尾气中会含有少量的酸液如盐酸，因此尾气通过石墨换热器冷却后可回收盐酸；这样可避免环境污染，也可实现资源的回收再利用，降低成本。此外，在于石墨换热器对尾气进行冷却，换热效率高，成本低。

在一些实施例中，所述预热器1连接有进蒸汽管路102和出蒸汽管路103。也即，该预热器1的换热介质为蒸汽，通过蒸汽对包含苯乙酸钠的盐水进行预热。

可选的，进蒸汽管路102和/或出蒸汽管路103上设有蒸汽调节阀。

可选的，预热器1可以采用螺旋板式换热器。螺旋板式换热器流道一般为等截面矩形，流体在通道内不存在流动死区，换热系数大，换热效果好；此外其自洁能力强，占地面积小，能够精确地控制物料的出口温度。

如图1及图2所示，在一些实施例中，本申请实施例还提供一种用于苯乙酸生产的结晶方法，该方法包括以下步骤：

将包含苯乙酸钠的盐水进行预热，并控制预热温度；

预热后的所述包含苯乙酸钠的盐水与酸液在酸化混合器2中混合，得到混合液；

将所述混合液输送至缓冲单元3进行酸化，控制酸化后产物的pH值，得到酸化溶液；

将所述酸化溶液输送至多级冷却单元4，以对酸化溶液进行冷却，得到苯乙酸结晶混合液；

将所述苯乙酸结晶混合液输送至结晶单元5，在结晶单元5中，苯乙酸以晶体形式析出。

应理解，该用于苯乙酸生产的结晶方法与前述用于苯乙酸生产的结晶设备是基于同一发明构思的，关于装置结构及其连接等方面，可参照前述关于用于苯乙酸生产的结晶设备的描述，且该用于苯乙酸生产的结晶方法至少具有前述用于苯乙酸生产的结晶设备的全部特征及优势，在此不再赘述。

上述用于苯乙酸生产的结晶方法中，为实现充分酸化和加快酸化速度，需要对包含苯乙酸钠的盐水进行加温预热；同时，为保证结晶质量，避免在酸化阶段结晶，需要保证酸化反应后温度不低于苯乙酸熔融温度约76.5℃。因此，在进行酸化之前，先利用预热器1将包含苯乙酸钠的盐水加热至70℃～90℃，优选为75℃～85℃，再与酸液如盐酸进行酸化反应。部分酸液先与预热后的包含苯乙酸钠的盐水通过酸化混合器2混合后共同进入酸化缓冲单元3，通过在缓冲单元3中设置搅拌机构，缓慢搅拌可以使物料充分混合及反应，并可通过补加酸液，控制最终反应后得到的酸化溶液的pH值在1～3左右，更优选为在2左右。反应合格后的物料可从缓冲单元3的底部输送至冷却单元。

来自缓冲单元3的酸化后的酸化溶液的温度一般在70℃以上，苯乙酸处于熔融状态，通过多级冷却单元4进行多级降温，可以使最终的溶液的温度在18℃～22℃，优选为20℃左右；而后在输送至结晶单元5中，使苯乙酸结晶析出。通过多级冷却单元4的设置可以避免苯乙酸快速结晶并堵塞设备，也便于利用不同冷媒以实现节能，降低能耗。最终结晶温度越低，溶液中溶解的苯乙酸越少，可减少进入后续工序的量。

可选的，该结晶方法中，还可以包括将晶体分离的步骤。所述分离步骤可以是任意固液分离方法，如离心、过滤等。

在一些实施例中，预热后的包含苯乙酸钠的盐水的温度为70℃～90℃，优选为75℃～85℃，优选为80℃～85℃，更优选为80℃。示例性的，预热后的包含苯乙酸钠的盐水的温度可以为70℃、72℃、75℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、85℃、90℃等。通过使包含苯乙酸钠的盐水的预热温度(也即预热器1的出口温度)在上述范围内，尤其是在80℃左右，可以使后续的酸化反应更加完全，利于提高酸化效果。

在一些实施例中，预热后的包含苯乙酸钠的盐水进入酸化混合器的流量与酸液进入酸化混合器的流量比为11：1～6：1。示例性的，预热后的包含苯乙酸钠的盐水进入酸化混合器2的流量与酸液进入酸化混合器2的流量比可以为11：1、10：1、9：1、8：1、7：1、6：1等。二者的具体流量比可以根据酸液如盐酸的浓度或其他相关工艺条件确定。

在一些实施例中，酸化后产物即酸化溶液的pH值为1～3，优选为2。

在一些实施例中，所述缓冲单元3产生的尾气通过石墨换热器冷却后进行回收酸液，所述缓冲单元3产生的不凝气通过废气处理单元进行统一回收处理。

在一些实施例中，多级冷却单元4包括一级冷却器401、二级冷却器402和三级冷却器403。一级冷却器401的冷媒为温度为25℃～35℃的工艺循环水，工艺循环水为整个苯乙酸生产工艺所产生的工艺循环水；一级冷却器401的酸化溶液出口温度为45℃～55℃，可以为48℃～52℃，优选为50℃。二级冷却器402的冷媒为温度为10℃～20℃的离心母液，离心母液为苯乙酸生产系统中的离心设备(离心洗涤装置)所分离出的离心母液；二级冷却器402的酸化溶液出口温度为30℃～40℃，可以为33℃～37℃，优选为35℃。所述三级冷却器403的冷媒为温度为3℃～7℃的冷冻水；三级冷却器403的酸化溶液出口温度为18℃～22℃，可以为19℃～21℃，优选为20℃。

上述多级冷却单元4中，各冷却器的出口温度可以出现一定的波动，但波动范围优选为±2℃范围内，更优选为±1℃范围内。

在一些实施例中，所述结晶单元的搅拌速率为15～50rpm，进一步可以为20～40rpm。

在一些实施例中，所述缓冲单元的搅拌速率为15～50rpm，进一步可以为20～40rpm。

实施例1

来自分离装置分出的水相(包含苯乙酸钠的盐水)和钠盐回收工序盐水母液罐的盐水(主要由苯乙酸钠、氯化钠、氢氧化钠和水组成)经过计量后进入预热器1中，进行加热至80℃左右，预热器1的温度可由蒸汽调节阀自动控制。预热后的包含苯乙酸钠的盐水与盐酸(质量浓度为31％)按8：1的比例分别进入酸化混合器2，在酸化混合器2中进行混合。混合后的料液进入带搅拌的酸化缓冲罐31(搅拌带变频控制)，酸化缓冲罐31的搅拌速率为50rpm，在酸化缓冲罐31中进行更充分的混合及酸化反应，以及进行溶液酸度的调节，且酸化缓冲罐31的第四入口302通过酸液支路361与酸液输送管路203连接，进入酸化混合器2的盐酸和进入酸化缓冲罐31的盐酸流量可分别通过调节阀自动控制。酸化缓冲罐31顶部尾气通过石墨换热器冷却后回收盐酸，酸化缓冲罐31产生的不凝气输送至尾气处理单元中进行统一回收处理。酸化缓冲罐31的酸化溶液通过输送泵6循环，并通过在循环管路341上设置在线pH值检测计342，测定酸化溶液的在线pH值，通过酸液支路361上的第一调节阀362进行盐酸用量的调节以进行pH值调节，酸化溶液的pH值约为2后合格，再通过输送泵6泵入三级冷却单元，利用串联的三个冷却器逐步冷却(冷却器均为特殊设计的板式换热器)，依次为一级冷却器401(冷媒为温度在25℃～35℃的生产工艺循环水，溶液出口温度50℃，通过温度调节阀控制)、二级冷却器402(冷媒为温度在10℃～20℃的离心母液，溶液出口温度约35℃)、三级冷却器403(冷媒为温度在3℃～7℃的冷冻水，溶液出口温度20℃，通过温度调节阀控制)。冷却后的料液进入带搅拌的结晶罐51(搅拌带变频控制)中，结晶罐51的搅拌速率为30rpm，苯乙酸结晶析出。冷却罐所得到的苯乙酸结晶混合液可通过流量调节阀控制去后续工序如产品离心机进行离心分离。

综上所述，本实施例提供的用于苯乙酸生产的结晶设备及方法，耗能低，可节省生产成本，提高生产效率，且便于操作，可避免环境污染，安全、环保，可以较好的保证工艺的安全性和生产连续性、稳定性，保证产品的纯度，产品质量稳定，具有显著的经济效益和社会效益。

本申请未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，包括：

预热器，所述预热器的入口连接有包含苯乙酸钠的盐水输送管路；

酸化混合器，所述酸化混合器包括第一入口和第二入口，所述第一入口与所述预热器的出口连通，所述第二入口连接有酸液输送管路；

缓冲单元，所述缓冲单元包括第三入口、尾气出口、不凝气出口和溶液出口，所述第三入口与所述酸化混合器的出口连通，所述尾气出口与用于回收尾气的换热装置连通，所述不凝气出口与用于废气处理的废气处理单元连通；

多级冷却单元，所述多级冷却单元包括多个串联连接的冷却器，各个所述冷却器所采用的冷媒均不同，所述缓冲单元的溶液出口与所述多级冷却单元的入口连通；

结晶单元，所述多级冷却单元的出口与所述结晶单元的入口连通，在所述结晶单元中，苯乙酸以晶体形式析出。

2.根据权利要求1所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述多级冷却单元包括三个串联连接的冷却器，三个串联连接的所述冷却器分别为一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器，所述一级冷却器的入口与所述缓冲单元的溶液出口连通，所述三级冷却器的出口与所述结晶单元的入口连通。

3.根据权利要求2所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述一级冷却器的冷媒的温度高于所述二级冷却器的冷媒的温度，所述二级冷却器的冷媒的温度高于所述三级冷却器的冷媒的温度；

和/或，所述一级冷却器、所述二级冷却器和所述三级冷却器的冷媒连接管路上均设置有温度调节阀。

4.根据权利要求2所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述一级冷却器的冷媒为温度为25℃～35℃的工艺循环水，所述工艺循环水为整个苯乙酸生产工艺所产生的工艺循环水；

所述二级冷却器的冷媒为温度为10℃～20℃的离心母液，所述离心母液为苯乙酸生产系统中的离心设备所分离出的离心母液；

所述三级冷却器的冷媒为温度为3℃～7℃的冷冻水。

5.根据权利要求1所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述结晶单元包括结晶罐和设置于所述结晶罐的第一搅拌机构；

和/或，所述缓冲单元包括酸化缓冲罐和设置于所述酸化缓冲罐的第二搅拌机构；

和/或，所述换热装置包括石墨换热器。

6.根据权利要求1所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述缓冲单元的溶液出口与所述多级冷却单元的入口通过酸化溶液输送管路连接，所述酸化溶液输送管路上设置有输送泵；

所述缓冲单元还包括循环入口，所述输送泵的出口还通过循环管路与所述循环入口连接。

7.根据权利要求6所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述循环管路上设置有在线pH值检测计；

和/或，所述缓冲单元设置有pH值检测机构。

8.根据权利要求1-7任一项所述的用于苯乙酸生产的结晶设备，其特征在于，所述缓冲单元还包括第四入口，所述第四入口通过酸液支路与所述酸液输送管路连接，所述酸液支路上设有第一调节阀和流量计；

和/或，所述预热器连接有进蒸汽管路和出蒸汽管路。

9.一种用于苯乙酸生产的结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：

将包含苯乙酸钠的盐水进行预热，并控制预热温度；

预热后的所述包含苯乙酸钠的盐水与酸液在酸化混合器中混合，得到混合液；

将所述混合液输送至缓冲单元进行酸化，控制酸化后产物的pH值，得到酸化溶液；

将所述酸化溶液输送至多级冷却单元，以对酸化溶液进行冷却，得到苯乙酸结晶混合液；

将所述苯乙酸结晶混合液输送至结晶单元，在结晶单元中，苯乙酸以晶体形式析出。

10.根据权利要求9所述的用于苯乙酸生产的结晶方法，其特征在于，所述方法满足以下特征中的至少一种：

(a)预热后的包含苯乙酸钠的盐水的温度为70℃～90℃，优选为75℃～85℃，更优选为80℃；

(b)预热后的包含苯乙酸钠的盐水进入酸化混合器的流量与酸液进入酸化混合器的流量比为11：1～6：1；

(c)酸化后产物的pH值为1～3，优选为2；

(d)所述缓冲单元产生的尾气通过石墨换热器冷却后进行回收酸液，所述缓冲单元产生的不凝气通过废气处理单元进行统一处理；

(e)所述多级冷却单元包括一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器，所述一级冷却器的酸化溶液出口温度为45℃～55℃，优选为50℃；所述二级冷却器的酸化溶液出口温度为30℃～40℃，优选为35℃；所述三级冷却器的酸化溶液出口温度为18℃～22℃，优选为20℃；

(f)所述结晶单元的搅拌速率为15～50rpm。

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