專利名稱：：一種隔壁共沸精餾塔提純丙烯酸的工藝方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種共沸精餾工藝方法及裝置，具體是指一種利用隔壁共沸精餾塔提純丙烯酸的新型工藝方法及裝置，本發(fā)明可實現(xiàn)將丙烯酸脫水、脫醋酸和夾帶劑回收集成到同一個塔內(nèi)進行。
背景技術(shù)：
：丙烯酸主要用于生產(chǎn)水溶性涂料和膠粘劑用的共聚單體丙烯酸丁酯和乙酯以及用于生產(chǎn)高吸水性樹脂。粗(未精制)丙烯酸幾乎都用于生產(chǎn)丙烯酸酯(最重要的有丁酯、甲酯、乙酯和2-乙基己基酯)以及涂料、造紙、紡化、粘結(jié)劑和油墨工業(yè)用其他衍生物。冰丙烯酸主要用于生產(chǎn)超級吸水劑聚合物(高吸水性樹脂，SPA)以及洗滌劑聚合物，少量用于生產(chǎn)聚丙烯酸酯，用作增稠劑、分散劑和流變控制劑。工業(yè)上采用丙烯或丙烯醛汽相催化氧化法制得的丙烯酸水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)3560%)，主要含有醋酸雜質(zhì)，此外還含有少量的甲醛、丙烯醛、丙酸和丙烯酸二聚物等副產(chǎn)物，這類物質(zhì)極性強，又含有氫鍵，極易發(fā)生締合作用，因此導(dǎo)致丙烯酸的提純較困難。丙烯酸水溶液的分離純化主要有兩種工藝流程溶劑萃取法和共沸脫水法。中國專利CN1683309A公開了一種共沸與萃取精餾相結(jié)合提純(甲基)丙烯酸的方法。選用一種疏水性的、并能與水形成共沸物的化合物作為溶劑，整個工藝流程中至少包含萃取塔、脫輕組分塔、粗餾塔和精制塔等四個塔。將(甲基)丙烯酸萃取提濃、脫水(脫醋酸)與(甲基)丙烯酸共沸精餾脫水(脫醋酸)、純化有機的整合在一起，將(甲基)丙烯酸萃取劑與共沸脫水(脫醋酸)劑合二為一，(甲基)丙烯酸共沸精餾脫水(脫醋酸)部分成為萃取提濃部分溶劑再生過程的一部分。該工藝流程與常規(guī)共沸精餾工藝流程相比，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)的丙烯酸純度高，但是其能耗和設(shè)備投資費用較大。中國專利CN1535948A公開了一種新型的丙烯酸提純方法，使用四氯乙烯單一共沸劑或四氯乙烯、芳香烴復(fù)配共沸劑，在采用并流噴射塔板的脫輕塔內(nèi)，共沸精餾脫除丙烯酸水溶液中的水、醋酸。該工藝方法具有較高的脫水率、脫醋酸率及較低的丙烯酸帶出率，并通過共沸劑返回塔釜的方法控制塔釜共沸劑含量，以保持塔釜操作溫度在較低范圍之內(nèi)，從而降低丙烯酸的聚合傾向，減少丙烯酸的損耗，延長生產(chǎn)周期。中國專利CN1546453A公開了一種純化丙烯酸的方法，使用新型的有機萃取劑將丙烯酸從其水溶液中分離出來，然后通過共沸精餾方法除去輕組份如水和醋酸，有機萃取劑包括甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸異丁酯、丙酸乙酯、二異丁酮、異佛爾酮、甲基苯基醚或它們的混合物，優(yōu)選甲苯與醋酸異丁酯的復(fù)配混合物，其中甲苯和醋酸異丁酯的質(zhì)量比范圍是1:11:50，優(yōu)選為1:21:12。該工藝方法具有較高的脫醋酸率及較低的丙烯酸帶出率，可獲得純度高于99%的丙烯酸，并且可使丙烯酸的精制流程大大縮短，克服了己有技術(shù)中工藝流程長的缺陷。美國專利US7189872公開了一種從丙垸、丙烯或丙烯醛汽相催化氧化法制得的丙烯酸水溶液中提純丙烯酸的方法。在丙烯酸水溶液中加入夾帶劑，送入到脫水塔中，廢水由塔頂排除，在塔底得到含少量醋酸的粗丙烯酸。粗丙烯酸首先進入低沸點雜質(zhì)脫除塔除去其中的醋酸等物質(zhì)，然后進入高沸點雜質(zhì)脫除塔除去其中的高沸點物質(zhì)，從而得到高純度的丙烯酸產(chǎn)品。此外，可能會出現(xiàn)醛類物質(zhì)在已提純的丙烯酸中轉(zhuǎn)化為重雜質(zhì)的現(xiàn)象，需進一步分離提純。此法可連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，但是設(shè)備投資太大，且能耗很高。美國專利US6084127公開了一種采用共沸精餾法從丙烯或丙烯醛汽相催化氧化法得到的丙烯酸水溶液中回收丙烯酸的方法，該方法采用A(丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯等)和B(二甲苯、庚垸等)的混合物作為夾帶劑或者單獨使用A作為夾帶劑，采用四塔流程操作，丙烯酸產(chǎn)率較高，但是流程較長，操作費用高。日本專利JP-A-10-120618公開了一種提純丙烯酸的方法。該方法采用共沸脫水塔和脫醋酸塔雙塔操作，由共沸脫水塔塔底采出的物流送入脫醋酸塔進一步脫除醋酸，在脫醋酸塔塔底獲得丙烯酸產(chǎn)品，塔頂物流返回進料管線繼續(xù)脫除醋酸。此方法中，為了提高醋酸的分離效率，共沸脫水塔塔底液體先被冷卻，然后再送入脫醋酸塔中，但是并沒有改善共沸脫水塔內(nèi)丙烯酸的聚合狀況。美國專利US4021310公開了一種在阻聚劑存在的條件下精餾提純由丙烯或丙烯醛汽相催化氧化法得到的丙烯酸水溶液的方法，該阻聚劑為復(fù)配組分，包括A(對苯二酚、甲酚、二苯胺、苯酚、硫代二苯胺和亞甲藍等其中的至少一種)、B(二甲基二硫氨基甲酸酯銅、二乙基二硫氨基甲酸酯銅和二丁基二硫氨基甲酸酯銅其中的一種)和C(分子氧)。使用大量的阻聚劑可能會完全地阻止丙烯酸的聚合，但是在經(jīng)濟上卻不可行，并且會產(chǎn)生設(shè)備腐蝕和廢水處理等問題。上述專利中，有的流程復(fù)雜、投資費用較高，有的有腐蝕性、能耗較高，利用本發(fā)明中的隔壁共沸精餾塔技術(shù)可有效解決上述問題。隔壁共沸精鎦塔是將共沸精餾過程應(yīng)用于隔壁塔中，是一種高度集成的化工生產(chǎn)裝置。在隔壁共沸精餾塔中，丙烯酸由塔釜采出，廢水和大部分醋酸作為水相由分相器排出系統(tǒng)，側(cè)線精餾段頂部采出液返回進料管線，在一個塔內(nèi)同時完成丙烯酸脫水、脫醋酸和夾帶劑回收等任務(wù)，并且能夠控制塔釜溫度在85'C左右，有效地減緩了塔釜中丙烯酸的聚合反應(yīng)，同時，本發(fā)明省去了一個精餾塔與一個再沸器，且避免了常規(guī)流程中的返混效應(yīng)，該過程的熱力學(xué)效率較高，因此可以有效地降低能耗和設(shè)備投資，提高經(jīng)濟效益。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用隔壁共沸精餾塔提純丙烯酸的工藝方法及裝置。本發(fā)明將丙烯酸脫水、脫醋酸和夾帶劑回收集成到同一個塔內(nèi)進行，可以直接得到高純度的丙烯酸，簡化了一般常規(guī)共沸精餾流程，有效地降低了能耗和設(shè)備投資費用。本發(fā)明為實現(xiàn)其目的所采用的裝置為隔壁共沸精餾塔(1)，即在常規(guī)精餾塔內(nèi)垂直方向上設(shè)置一塊從塔的上部延伸至塔的下部的隔壁(5)，隔壁(5)右側(cè)頂部封閉。由于隔壁(5)的加入，隔壁共沸精餾塔(1)分為四個區(qū)域，包括精餾段(I)，提餾段(11)，側(cè)線精餾段(III)和公共提餾段(IV)。隔壁(5)為偏心或中心設(shè)置，使提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為0.5:110:1。隔壁共沸精餾塔(1)可以是板式塔、填料塔或兩者的任意組合。本發(fā)明所述的方法為含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部進入塔內(nèi)，其中的輕組分(水、醋酸)和夾帶劑形成共沸物由塔頂蒸出，塔頂蒸汽進入冷凝器(2)冷凝后，進入分相器(3)內(nèi)，在分相器(3)內(nèi)分為兩相液體，有機相(夾帶劑)回流，水相(含水、醋酸)排出系統(tǒng)，補充夾帶劑由分相器(3)進料，該夾帶劑可以是醚類，如異丙基醚；脂肪烴，如庚烷；芳香烴，如二甲苯；脂類，如異丁酯；酮類，如甲基正丙基酮；鹵代烴，如四氯乙烯；還包括以上不同種類夾帶劑的復(fù)配溶劑芳香烴和鹵代烴復(fù)配溶劑，如甲苯和四氯乙烯混合物；脂類和芳香烴復(fù)配溶劑，如異丁酯和二甲苯混合物；脂類和脂肪烴復(fù)配溶劑，如丙烯酸乙酯和庚垸混合物等。部分汽相物流由隔壁(5)底部進入側(cè)線精餾段(III),經(jīng)其精餾作用除去所含的丙烯酸，在側(cè)線精餾段(III)頂部得到含少量丙烯酸的混合物流，返回進料管線回收利用，在公共提餾段(IV)底部獲得高純度的丙烯酸產(chǎn)品。隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(m)，進入提餾段(ii)與側(cè)線精餾段(in)的汽相質(zhì)量流量之比在0.8:19:1之間。塔頂溫度為3550°C，塔頂壓力為1020KPa，塔釜溫度為8090。C，分相器溫度為4050。C。本發(fā)明中塔底丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達99%以上，夾帶劑幾乎全"部回收利用，達到同樣的產(chǎn)品純度所需能耗比常規(guī)共沸精餾流程節(jié)省10%30%,設(shè)備投資節(jié)省20%45%。圖1隔壁共沸精餾塔流程提純丙烯酸示意圖圖2常規(guī)共沸精餾流程提純丙烯酸示意圖其中，i為精餾段，n為提餾段，in為側(cè)線精餾段，iv為公共提餾段，i為隔壁共沸精餾塔，2、4、7、11為冷凝器，3、8為分相器，5為隔壁，6、10、13為再沸器，9為脫輕塔，12為脫醋酸塔具體實施方案下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但是本發(fā)明不受實施例的局限。實例1:如圖1所示流程。隔壁共沸精餾塔(1)采用塔徑為1200mm的板式塔，塔高18000mm,區(qū)域(I)(IV)的塔板數(shù)分別為14、15、15、4,提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為3.17:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)，進入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的汽相質(zhì)量流量之比為3.38:1。以二甲苯為夾帶劑，原料含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部第14塊板(從上往下數(shù)，下同)進入塔內(nèi)，補充夾帶劑由分相器(3)加入。塔頂溫度為38.7。C，塔釜溫度為85.8。C，分相器(3)溫度為45.(TC，塔頂壓力為14.2KPa。各進料或采出物流流量及組成見表l。表1實例1各物流流量及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實例2:如圖1所示流程。隔壁共沸精餾塔(1)采用塔徑為1200mm的板式塔，塔高18000mm，提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為0.89:1，區(qū)域(I)(IV)的塔板數(shù)如實例1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(ffl)，進入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的汽相質(zhì)量流量之比為0.97:1。以甲苯和四氯乙烯復(fù)配溶劑為夾帶劑，甲苯和四氯乙烯質(zhì)量比為3:1,原料含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部第14塊板進入塔內(nèi)，補充夾帶劑由分相器(3)加入。塔頂溫度為38.7'C，塔釜溫度為85.8'C，分相器(3)溫度為45.rC，塔頂壓力為13.9KPa。各進料或采出物流流量及組成見表2。表2實例2各物流流量及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實例3:如圖1所示流程。隔壁共沸精餾塔(1)采用塔徑為1400mm的填料塔，塔高14000mm，區(qū)域(I)(IV)的填料高度分別為3200mm、3500國、3200腿、1200mm，提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為2.45:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(m)，進入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的汽相質(zhì)量流量之比為2.08:1。以異丙基醚為夾帶劑，原料含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部進入塔內(nèi)，補充夾帶劑由分相器(3)加入。塔頂溫度為43.2。C，塔釜溫度為86.3。C,分相器(3)溫度為44.6°C，塔頂壓力為14.0KPa。各進料或采出物流流量及組成見表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實例4:如圖l所示流程。隔壁共沸精餾塔(1)采用塔徑為1200mm的板式塔，塔高18000ram，各區(qū)域的塔板數(shù)同實例1，提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為2.88:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III),進入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的汽相質(zhì)量流量之比為2.59:1。以甲基正丙基酮為夾帶劑，原料含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部第14塊板進入塔內(nèi)，補充夾帶劑由分相器(3)加入。塔頂溫度為38.3°C，塔釜溫度為84.6"C，分相器(3)溫度為45.2°C,塔頂壓力為14.3KPa。各進料或采出物流流量及組成見表4。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實例5:如圖1所示流程。隔壁共沸精餾塔(1)采用塔徑為1600mm的塔板和填料混合塔，塔高16000mm，其中精餾段(I)和公共提餾段(IV)采用板式塔，塔板數(shù)分別為14和4;提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)釆用填料塔，填料高度均為3000mm，提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為3.05:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)，進入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的汽相質(zhì)量流量之比為3.12:1。以庚垸為夾帶劑，原料含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部第14塊板進入塔內(nèi)，補充夾帶劑由分相器(3)加入。塔頂溫度為38.6'C,塔釜溫度為85.3X:,分相器溫(3)度為46.rC，塔頂壓力為14.3KPa。各進料或采出物流流量及組成見表5。表5實例5各物流流量及各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種丙烯酸水溶液的分離裝置，包括隔壁共沸精餾塔、冷凝器、再沸器、分相器及其他輔助設(shè)備。隔壁共沸精餾塔(1)內(nèi)部設(shè)置一塊垂直隔壁(5)，隔壁(5)從塔的上部延伸至塔的下部，隔壁(5)右側(cè)頂部封閉，由于隔壁(5)的加入，隔壁共沸精餾塔(1)分為四個區(qū)域，包括精餾段(I)，提餾段(II)，側(cè)線精餾段(III)和公共提餾段(IV)。2.如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征是隔壁共沸精餾塔(1)可以是板式塔、填料塔或兩者的任意組合。3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是隔壁(5)為偏心或中心設(shè)置，使提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的橫截面積比為0.5:110:1。4.一種丙烯酸水溶液的分離工藝方法，其特征是含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部進入塔內(nèi)，其中的輕組分(水、醋酸)和夾帶劑形成共沸物由塔頂蒸出，塔頂蒸汽進入冷凝器(2)冷凝后，進入分相器(3)內(nèi)，在分相器(3)內(nèi)分為兩相液體，有機相(夾帶劑)回流，水相(含水、醋酸)排出系統(tǒng)，補充夾帶劑由分相器(3)進料。部分汽相物流由隔壁(5)底部進入側(cè)線精餾段(III)，經(jīng)其精餾作用除去所含的丙烯酸，在側(cè)線精餾段(III)頂部得到含少量丙烯酸的混合物流，返回進料管線回收利用，在公共提餾段(IV)底部獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于99%的丙烯酸產(chǎn)品。5.如權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征是隔壁(5)底部汽相按一定比例分別流入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)，進入提餾段(II)與側(cè)線精餾段(III)的汽相質(zhì)量流量之比在0.8:19:1之間。6.如權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征是夾帶劑可以是醚類，如異丙基醚；脂肪烴，如庚烷；芳香烴，如二甲苯；脂類，如異丁酯；酮類，如甲基正丙基酮；鹵代烴，如四氯乙烯；還包括以上不同種類夾帶劑的復(fù)配溶劑芳香烴和鹵代烴復(fù)配溶劑，如甲苯和四氯乙烯混合物；脂類和芳香烴復(fù)配溶劑，如異丁酯和二甲苯混合物；脂類和脂肪烴復(fù)配溶劑，如丙烯酸乙酯和庚烷混合物。7.如權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征是隔壁共沸精餾塔(1)的操作條件為塔頂溫度為3550'C，塔頂壓力為1020KPa，塔釜溫度為80~90°C，分相器溫度為4050。C。全文摘要本發(fā)明涉及一種新型共沸精餾工藝方法及裝置，具體是指一種利用隔壁共沸精餾塔提純丙烯酸的工藝方法及裝置。本發(fā)明中的隔壁共沸精餾塔是在常規(guī)精餾塔內(nèi)垂直方向上設(shè)置一塊從塔上部延伸至塔下部的隔壁，隔壁右側(cè)頂部封閉，全塔分為四個區(qū)域。含醋酸雜質(zhì)的丙烯酸水溶液由精餾段(I)底部進入塔內(nèi)，其中的輕組分(水、醋酸)和夾帶劑形成共沸物由塔頂蒸出，塔頂汽相冷凝分相后，有機相(夾帶劑)回流，水相(含水、醋酸)排出系統(tǒng)，側(cè)線精餾段(III)頂部采出物流返回進料管線循環(huán)利用，在公共提餾段(IV)底部獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99％的丙烯酸產(chǎn)品。本發(fā)明可實現(xiàn)將丙烯酸脫水、脫醋酸和夾帶劑回收集成到同一個塔內(nèi)進行，有效地降低設(shè)備投資和能耗。文檔編號C07C51/44GK101367720SQ200810140058公開日2009年2月18日申請日期2008年9月18日優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日發(fā)明者孫蘭義,昌興武,軍李,李青松,郭曉燕申請人:中國石油大學(xué)(華東)