CN1223572C - 丙烯酸提纯脱轻塔 - Google Patents

Abstract

提供一种提馏段采用大孔筛板和精馏段采用并流喷射塔板的丙烯酸提纯脱轻塔，这种塔能有效地提高塔的分离能力，降低塔底温度，降低能耗，减轻塔底丙烯酸的聚合倾向，减少丙烯酸的损耗，延长生产周期，从而提高塔的生产能力。

Description

丙烯酸提纯脱轻塔

发明领域

本发明涉及一种新型的丙烯酸提纯脱轻塔。具体而言，本发明涉及塔提馏段采用大孔筛板，精馏段采用并流喷射塔板，并流喷射塔板数占总塔板数的20-80％。

发明背景

丙烯酸及其酯是一种带双键的不饱和化合物，化学性质十分活泼，拥有的乙烯基极易自聚或与其它单体共聚，其中丙烯酸的聚合速度比丙烯酸酯类要快的多，由于聚合反应速度很快，又放出大量的热量，一旦发生就很难控制，因此防止丙烯酸自聚是丙烯酸提纯系统各装置设计时需要首先考虑的问题。温度是引发丙烯酸发生聚合反应的最常见因素，温度越高，越容易发生聚合反应，聚合物发生的量就越大，因此在丙烯酸提纯的生产操作中平稳地控制在较低的温度下操作是最重要的因素之

作为提纯丙烯酸的典型方法，通常采用可与水共沸蒸馏的有机溶剂(称其为共沸溶剂)使水脱水蒸馏，而后通过蒸馏进一步分离醋酸的方法。可用单个蒸馏柱同时分离两种成分(称其为“单柱法”)和用各自的蒸馏柱分离这两种成分(称其为“双塔法”)。

双塔法中，水和醋酸分别用蒸馏柱分离。第一步涉及的为脱轻塔，即利用甲苯与水、甲苯与醋酸共沸的性质，用共沸蒸馏的方法，将水和多数醋酸从塔顶蒸出。利用甲苯与水的不溶性，在受液槽中静置分层，将两者分离，甲苯循环利用。第二步涉及醋酸分离装置，醋酸可以从分离醋酸的蒸馏柱回收。

目前常用的脱轻塔均采用大孔筛板的结构。由于丙烯酸聚合多发生在塔底及塔的提馏段，在进行该部分设计的时候采用便于清理的大孔筛板是恰当的，但在不易发生聚合现象的精馏段也采用大孔筛板的设计，必然影响整个塔的效率，从而降低脱轻塔的处理能力。由于整个塔的效率不高，分离效果没有达到最佳，在实际操作过程中，为了满足塔底组成对醋酸含量的要求，只能采用提高塔底温度的方法。但精馏塔在较高温度范围内运行，发生聚合反应的可能性增加，极易引起不必要的聚合反应，影响塔的生产周期。另一方面，过高的操作温度也使塔顶损耗的丙烯酸超过标准，不仅增加了丙烯酸生产的单耗，也对后续生产及废水处理产生不利影响。

日本三菱株式会社在中国申请的发明专利“提纯丙烯酸的方法”(公开号00101817)涉及用脱水柱将丙烯酸水溶液进行脱水蒸馏，使用理论塔板数至少为3块塔板的蒸馏柱作为脱水柱，采用的塔板具体是筛板塔板、双流动塔板或波纹筛板。其塔底温度为83-92℃，醋酸含量大于2.0％，为2.3％。

发明概述

本发明人在综合考虑上述影响因素之后，提出在丙烯酸脱轻塔的提馏段仍采用大孔筛板，精馏段采用并流喷射塔板，并流喷射塔板数占总塔板数的20-80％的一种丙烯酸提纯脱轻塔，这种塔的理论塔板数达到至少为4块塔板。

并流喷射塔板有两种类型：有填料的并流喷射塔板和无填料的并流喷射塔板，并流喷射塔板的溢流堰高度为10-20mm。可以使用无填料的并流喷射塔板，或在使用并流喷射塔板段的上部采用有填料的并流喷射塔板，下部分采用无填料的并流喷射塔板。

这种丙烯酸脱轻提纯塔能有效地提高塔的分离能力，降低塔底温度，降低能耗，减轻塔底丙烯酸的聚合倾向，减少丙烯酸的损耗，延长生产周期，从而提高塔的生产能力。

附图简述

图1是并流喷射塔板传质机理图。

图2是并流喷射塔板汽液分离过程示意图。

图3是无填料的并流喷射塔板示意图。

图4是有填料的并流喷射塔板的示意图。

图5是丙烯酸提纯脱轻塔的结构示意图。

发明详细描述

本发明提供一种丙烯酸脱轻塔，在丙烯酸脱轻塔的提馏段仍采用大孔筛板，精馏段采用并流喷射塔板，并流喷射塔板数占总塔板数的20-80％，这种塔的理论塔板数达到至少为4块塔板。

并流喷射塔板的传质机理如图1所示，它是在板式塔的塔板上按一定的分布形式开设升气孔，在升气孔的上方安放传质单元体，气体从塔板下方以一定的气速通过升气孔，塔板上的液体通过提液管与塔板之间的间隙被气体提升，气液并流通过提液管，在提液管内高速湍动混合、传质，然后气液并流进入填料中进一步强化传质，并完成气液分离。分离过程示意见图2。气体靠压差继续上升，进入上一层塔板；液体基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道进入降液管，下降到下一层塔板。气液在每一层塔板上都进行上述过程，整个装置从而在气液总体逆流的情况下，实现多级并流操作。

图3是无填料的并流喷射塔板示意图。1指塔板的传质单元。图4是有填料的并流喷射塔板的传质单元示意图。有填料的并流喷射塔板是填料与塔板的复合体，靠填料实现传质，靠塔板实现多级并流。

填料可采用波纹陶瓷填料、金属丝网波纹填料、陶瓷规整填料、金属大波纹板等。较好的是波纹陶瓷填料。这种填料根据气体在规整流道内的运动特点，在填料内设置了多个脉冲区，在脉冲区，上升的气流由倾斜上升方向改为垂直上升，阻力突然降低，然后又逐渐变为斜向上升，这种阻力的由大变小再由小变大的过程形成了汽液两相的一个脉冲运动。填料内实现汽液的多次脉冲，加强填料内汽液湍动，可以大幅度提高分离效率，降低阻力。

丙烯酸脱轻塔常采用大孔筛板。本发明的丙烯酸提纯脱轻塔中，提馏段采用传统的大孔筛板，精馏段则采用分离效果更好的并流喷射塔板，并流喷射塔板数占总塔板数的20-80％，较好的占总塔板数的40-60％。并流喷射塔板有两种类型：有填料的并流喷射塔板和无填料的并流喷射塔板。可以使用无填料的并流喷射塔板，或在使用并流喷射塔板段的上部采用有填料的并流喷射塔板，下部采用无填料的并流喷射塔板。

丙烯酸提纯脱轻塔一般以进料口为界，进料口以上为精馏段，进料口以下为提馏段。本发明一个较好实施方案中，在丙烯酸提出脱轻塔的提馏段采用大孔筛板，在精馏段采用无填料的并流喷射塔板，在相同操作条件下，与总塔板数相同的大孔筛板的丙烯酸提纯脱轻塔相比，理论塔板数提高30％。另一个较好实施方案中，提馏段仍采用大孔筛板，精馏段上部采用有填料的并流喷射塔板，下部采用无填料的并流喷射塔板，这种情况下，与总塔板数相同的大孔筛板的丙烯酸提纯脱轻塔相比，理论塔板数提高近50％。

本发明提馏段为大孔筛板，精馏段为无填料并流喷射填料塔板或有填料的并流喷射塔板的丙烯酸提纯脱轻精馏塔中，采用这样的结构可使塔内压差降低至6～7Kpa，塔底温度降低至80～82℃，从而有效地防止或减少丙烯酸聚合，生产能力可提高40％以上。

例如，考虑到精馏段的下部也存在发生聚合反应的可能，此处可在并流喷射塔板的基础上采用无填料形式的并流喷射塔板，并适当加高溢流堰高度，以增加塔板上液层厚度，增进汽液相接触，提高分离效率。同时在传质单元顶部开孔，降低了塔内压力降，不但使操作可在较低的温度范围内进行，而且提高了整个装置的处理能力，使处理能力较大孔筛板型塔结构提高了近40％，同时降低了塔顶丙烯酸的损耗。塔的示意结构见图5。图5中，2指塔的在精馏段上部有填料的并流喷射塔板，3指在精馏段下部无填料的并流喷射塔板，4指塔的进料位置，5指提馏段，为大孔筛板。

在丙烯酸提纯系统的脱轻装置采用复合型塔板结构，其优越性在工业装置已经得到验证。通过采用不同塔板组合方式，可以在丙烯酸脱轻过程中有效地防止丙烯酸发生聚合并在稳定的操作条件下长时间的进行操作，扩大了装置的处理能力。在脱轻装置的总体设备结构，包括塔高、塔径、板间距、实际塔板数、进料出料位置等不改变的情况下，采用本发明的两种塔板的复合结构，较单一采用大孔筛板，其理论塔板数提高了近50％。

下面，通过具体装置的实施例，详细描述本发明。然而，必须说明的是本发明不局限于这些具体的实施例，本发明可广泛应用于不同物系的精馏、吸收系统。

实施例1

丙烯酸提纯脱轻塔总塔板数为21块塔板，进料口在11和12块塔板之间，塔的提馏段采用11块开孔率在10～20％的大孔穿流式筛板，精馏段采用10块并流喷射塔板(如图3所示)，塔内径为1400mm。该塔板的传质单元体采用无填料结构，目的是防止精馏段可能产生的少量聚合物堵塞塔板，若生成少量聚合物也便于清除，溢流堰高度为10mm。实施过程中，塔底醋酸的含量低于2％，塔顶丙烯酸的损耗小于2％，整塔的压降6kpa左右，塔底的操作温度在85℃左右。该塔的提馏段理论塔板数为2块，精馏段理论塔板数为3块，整塔理论塔板数达到5块塔板，塔的处理能力从2500kg/h提高到3500kg/h，产品质量完全合格。

实施例2

在实施例1的基础上，将精馏段上半部分的5块无填料并流喷射塔板更换为有填料并流喷射塔板(如图4所示)，其余5块保持不变，并在传质单元体上部开孔，以便进一步降低装置的压降。同时为了增强气液传质效果，将溢流堰高度提高到20mm。实施过程中，塔底醋酸的含量控制在2.％以下，塔顶丙烯酸损耗在1.5％以下，整塔的压降保持6kpa左右，而塔底的温度已经控制在82℃以下。提馏段理论塔板数没有变化，而精馏段理论塔板数增加到4块，整塔的理论塔板数达到6块塔板，在此操作条件下，装置的处理能力超过3500kg/h，生产周期达到120天以上。

实施例3

在实施例1的基础上，将提馏段上部靠近精馏段的3块大孔筛板更换为无填料并流喷射塔板，精馏段仍采用10块并流喷射塔板，实施过程中，塔底醋酸的含量控制在1.5％以下，塔顶丙烯酸损耗在1.0％以下，整塔的压降保持6.5kpa左右，而塔底的温度控制在83℃。整塔的理论塔板数为7块塔板，在此操作条件下，装置的处理能力超过3500kg/h，生产周期达到120天以上。

实施例4

在实施例1的基础上，将精馏段下部靠近提馏段的2块并流喷射塔板筛板更换为大孔筛板，提馏段仍采用11块大孔筛板。实施过程中，塔底醋酸的含量控制在2％以下，塔顶丙烯酸损耗在2％以下，整塔的压降保持6kpa左右，而塔底的温度已经控制在82℃以下。整塔的理论塔板数达到5块塔板，在此操作条件下，装置的处理能力达到3500kg/h，生产周期达到120天以上。

比较例1

在实施例1的基础上，塔的提馏段、精馏段均采用开孔率在10～20％的大孔穿流式筛板，共21块塔板，塔内径1400mm，控制塔底的醋酸含量低于2％，则整塔的压降为8kpa，塔顶损耗丙烯酸大于2％，塔底的操作温度达到88℃以上，给平稳操作带来极大问题。该塔的提馏段和精馏段的理论塔板数分别为2块，整塔理论塔板数为4块塔板，装置的处理能力仅有2500kg/h，若继续加大处理量，则塔底醋酸含量超过控制指标，直接影响产品的质量。由此可见，传统的塔板严重制约丙烯酸脱轻装置产能的扩大，采用新型复合式塔板结构势在必行。

比较例2

日本三菱株式会社申请的专利“提纯丙烯酸的方法”(公开号CN 1266050A)中采用的塔板具体可以是筛板塔板、双流动塔板或波汶筛板塔板。在实施例中使用的是波汶筛板塔板，塔内径1000mm，处理能力1100kg/h。塔釜的温度控制在83℃～92℃，塔釜醋酸含量2.3％，塔顶压力105mmHg，理论塔板数仅为3。此申请采用的塔板类型、塔的操作参数、物料的指标基本同比较例1相同，这也就是目前常用的丙烯酸提纯的脱轻装置。

表1

采用不同塔板结构的丙烯酸提纯脱轻塔

	处理能力kg/h	塔底温度℃	压降kpa	塔底醋酸含量％	塔顶丙烯酸含量％
						实施例1	3500	85	6	≤2	≤2
实施例2	≥3500	82	6	≤2	≤1.5
						实施例3	≥3500	83	6.5	≤1.5	≤1
实施例4	3500	82	6	≤2	≤2
						比较例1	2500	88	8	≤2	≥2
比较例2	1100	83～92	*	2.3	*

^*原专利申请文本中未有列出

从上述实施例和比较例显然可以看出，当采用本发明的塔进行提纯操作时，理论塔板数提高了近50％。操作可以在稳定的条件下连续进行至少120天，并使装置的处理能力提高了40％。试验证明，采用多种塔板结构的提纯装置具有以下特点：

(1)处理能量大，塔板上气液混合物并流通过提液管，从上部填料层流出，气液分离性能好，充分利用了塔板间空间。可使装置的处理能力提高40％以上。

(2)塔底温度低。该装置同采用大孔筛板的塔比较，具有较低的塔底操作温度，可以使装置内丙烯酸的聚合倾向降低，延长生产周期。同时可降低丙烯酸的损耗。

(3)板压降低。采用多种塔板结构，因具有较大的开孔与开孔率，气体处理量相同时，其干板压降小；同时，气体不穿过液层，只是把液体向上吹成液滴并通过填料层，所以湿板压降也不高。

(4)耐堵塞。大孔筛板和并流喷射塔板都具有较大的开孔与开孔率，气液在提液管内高速并流，因此具有很高的抗堵塞性。同时考虑装置不同位置聚合现象发生的可能性不同，采用筛板、无填料并流喷射塔板、有填料并流喷射塔板分布于装置不同位置。针对丙烯酸物系易聚合的特点，塔板传质单元顶部的填料采用波纹陶瓷填料，使塔板具有更好的耐堵塞性。

应该理解，上面描述的仅仅是本发明的较佳实施方案，本领域的技术人员可以在上述描述的基础上做出不偏离本发明实质的变动。因此，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种丙烯酸提纯脱轻塔，其理论塔板数至少为4块塔板，塔提馏段采用大孔筛板，精馏段采用并流喷射塔板，并流喷射塔板数占总塔板数的20-80％，所述并流喷射塔板包括无填料的并流喷射塔板和有填料的并流喷射塔板。

2.如权利要求1所述的丙烯酸提纯脱轻塔，其特征在于所述并流喷射塔板的塔板数占总塔板数的40-60％。

3.如权利要求1所述的丙烯酸提纯脱轻塔，其特征在于在塔的提馏段采用大孔筛板，在精馏塔段采用无填料的并流喷射塔板。

4.如权利要求1所述的丙烯酸提纯脱轻塔，其特征在于在所述精馏段上部采用的并流喷射塔板是有填料的并流喷射塔板，在其下部分采用的是无填料的并流喷射塔板。

5.如权利要求4所述的丙烯酸提纯脱轻塔，其特征在于所述填料是选自波纹陶瓷填料、金属大波纹板、金属丝网波纹填料、陶瓷规整填料的填料。

6.如权利要求1-4中任一权利要求所述的丙烯酸提纯脱轻塔，其特征在于所述并流喷射塔板的传质单元顶部开孔。

7.如权利要求1-4中任一权利要求所述的丙烯酸提纯脱轻塔，其特征在于所述并流喷射塔板的溢流堰高度为10-20mm。

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