本發(fā)明涉及用于流體混合物的熱處理的塔。所述塔具有圓柱形的垂直塔體,該塔體形成了塔腔。所述塔還包括多個(gè)安裝在塔腔內(nèi)具有垂直間隔的塔盤。此外,所述塔在垂直方向上具有支撐至少一個(gè)塔盤的支撐結(jié)構(gòu)。所述塔特別是分離塔。本發(fā)明還涉及用于這種塔的塔盤裝置,以及涉及塔內(nèi)至少一種上升的氣體和塔內(nèi)至少一種下降的液體之間的熱分離方法。
在分離塔中,氣流(上升的)和液流(下降的)在許多情況下逆流傳輸,所述料流中至少一種特別包含(甲基)丙烯酸單體。由于在各料流之間存在不平衡性,發(fā)生傳熱和傳質(zhì),這最終導(dǎo)致分離塔內(nèi)所需的移除(或分離)。在本文中,這種分離方法應(yīng)被稱為熱分離方法。
因此,本文中所用的表述“熱分離方法”的實(shí)例(要素)為分級(jí)冷凝(參見,例如de19924532a1、de10243625a1和wo2008/090190a1)和精餾(在兩種情況下,上升的氣相與下降的液相逆流傳輸;分離作用是基于平衡狀態(tài)下蒸汽組成不同于液體組成)、吸收(至少一種上升的氣體與至少一種下降的液體逆流傳輸;分離作用是基于氣體成分在液體中的溶解度不同)和解吸(吸收的逆過程;溶解在液相中的氣體通過降低分壓而移除;如果溶解在液相中的物質(zhì)的分壓至少部分通過將載氣流過液相而降低,則該熱分離方法也被稱為汽提;可替代地或另外(同時(shí)作為一種組合),分壓的降低也可通過降低工作壓力來實(shí)現(xiàn))。
例如,從催化氣相氧化的產(chǎn)物氣體混合物中移除(甲基)丙烯酸和/或(甲基)丙烯醛可以這樣的方式進(jìn)行:首先,將(甲基)丙烯酸和/或(甲基)丙烯醛通過吸收到溶劑(例如水或有機(jī)溶劑)中或通過產(chǎn)物氣體混合物的分級(jí)冷凝而進(jìn)行基本移除,隨后,將所獲得的吸附物或冷凝物進(jìn)一步分離,以獲得具有更高或更低純度的(甲基)丙烯酸和/或(甲基)丙烯醛(參見,例如de-10332758a1、de10243625a1、wo2008/090190a1、de10336386a1、de19924532a1、de19924533a1、de102010001228a1、wo2004/035514a1、ep1125912a2、ep982289a2、ep982287a1和de10218419a1)。
在本文中,術(shù)語“(甲基)丙烯酸單體”為“丙烯酸單體和/或甲基丙烯酸單體”的縮寫形式。
在本文中,術(shù)語“丙烯酸單體”為“丙烯醛、丙烯酸和/或丙烯酸的酯”的縮寫形式。
在本文中,術(shù)語“甲基丙烯酸單體”為“甲基丙烯醛、甲基丙烯酸和/或甲基丙烯酸的酯”的縮寫形式。
特別地,在本文中所述的(甲基)丙烯酸單體應(yīng)包含以下(甲基)丙烯酸的酯:丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己基酯、甲基丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸n,n-二甲基氨基乙基酯和甲基丙烯酸n,n-二甲基氨基乙基酯。
(甲基)丙烯酸單體是制備聚合物的重要起始化合物,所述聚合物可用作例如膠粘劑或衛(wèi)生制品中的超吸水性材料。
在工業(yè)規(guī)模上,(甲基)丙烯醛和(甲基)丙烯酸主要通過合適的c3/c4前體化合物(或c3/c4前體化合物的前體化合物)的催化氣相氧化來制備。在丙烯醛和丙烯酸的情況下,所用的這類前體化合物優(yōu)選為丙烯和丙烷。在甲基丙烯酸和甲基丙烯醛的情況下,異丁烯和異丁烷是優(yōu)選的前體化合物。
然而,除了丙烯、丙烷、異丁烯和異丁烷外,合適的起始材料也為含3或4個(gè)碳原子的其他化合物,例如異丁醇、正丙醇或其前體化合物,例如異丁醇的甲醚。丙烯酸也可通過在氣相催化下氧化丙烯醛而獲得。甲基丙烯酸也可通過在氣相催化下氧化甲基丙烯醛而獲得。
在這類制備方法的上下文中,通常獲得產(chǎn)物混合物,必須從其中移除(甲基)丙烯酸和/或(甲基)丙烯醛。
(甲基)丙烯酸的酯可例如通過(甲基)丙烯酸和/或(甲基)丙烯醛與合適的醇的直接反應(yīng)獲得。然而,在這種情況下,也首先獲得產(chǎn)物混合物,必須從其中移除(甲基)丙烯酸酯。
進(jìn)行這些分離工藝的分離塔包括分離內(nèi)件。在熱分離工藝中,這些內(nèi)件是為了增加實(shí)現(xiàn)分離塔內(nèi)分離的傳熱和傳質(zhì)的表面積(“交換面積”)。
這種有用的內(nèi)件包括,例如,規(guī)整填料、亂堆填料和/或塔盤,所述塔盤也被稱為傳質(zhì)塔盤。通常,所用的分離塔是包括至少一個(gè)序列的傳質(zhì)塔盤作為部分分離內(nèi)件的分離塔。
傳質(zhì)塔盤的目的是在分離塔內(nèi)提供具有基本連續(xù)液相的區(qū)域,在該區(qū)域上形成了液體層。此外,在液體層內(nèi)上升并且分布在液相中的蒸汽和/或氣流的表面是重要的交換區(qū)域。
序列的傳質(zhì)塔盤應(yīng)理解為意指通常具有相同設(shè)計(jì)(即完全相同的)、在分離塔內(nèi)以一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置的至少兩個(gè)傳質(zhì)塔盤的序列(順序)。有利地,就應(yīng)用而言,在這種傳質(zhì)塔盤的系列(序列)中的兩個(gè)緊鄰的傳質(zhì)塔盤之間的凈距離是相等的(意思是在分離塔內(nèi),傳質(zhì)塔盤以等距地一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置)。
傳質(zhì)塔盤的最簡單的實(shí)施方案是滴流式篩板塔盤(tricklesievetray)。所述塔盤包括板或接合以形成板的板段,其具有基本上平面分布在板上供氣體或蒸汽相(在本文中,術(shù)語“氣體(gaseous)”和“蒸汽(vaporous)”同義使用)上升用的通孔,例如圓孔和/或槽(參見,例如de10230219a1、ep1279429a1、us-a3988213和ep1029573a1)。這些之外的任何孔(例如至少一個(gè)降液管(至少一個(gè)排出段))通常不存在于滴流式篩板塔盤中。由于沒有降液管,分離塔內(nèi)上升的氣體(分離塔內(nèi)上升的蒸汽)和分離塔內(nèi)下降的液體,必須以相反方向交替流動(dòng)穿過(相同的)通孔(穿過通道的敞開的橫截面)。也可參考穿過通孔的上升氣體和下降液體的“雙流體(dual-flow)”,這是文獻(xiàn)中通常還使用術(shù)語“雙流塔盤”用于這類傳質(zhì)塔盤的原因。
雙流塔盤的通孔的橫截面以其本身已知的形式與其負(fù)載量匹配。如果橫截面太小,上升氣體以如此高的速度通過通孔,使得分離塔內(nèi)下降的液體實(shí)際上被夾帶而沒有分離作用。如果通孔的橫截面太大,上升的氣體和下降的液體基本上未交換就彼此越過,而且傳質(zhì)塔盤存在干運(yùn)轉(zhuǎn)(runningdry)的風(fēng)險(xiǎn)。
換言之,滴流式篩板塔盤(雙流塔盤)起分離作用的工作范圍具有兩個(gè)極限。為了使某些液體層維持在滴流式篩板塔盤上而能夠使滴流式篩板塔盤發(fā)生分離作用,上升氣體必須存在最小極限速度。當(dāng)氣體速度導(dǎo)致液體在滴流式篩板塔盤上積滯并阻礙其滴流通過時(shí),上升氣體的速度上限由液泛點(diǎn)(floodpoint)確定。
工業(yè)的雙流塔盤的通孔的最長尺寸(=連接通孔橫截面的輪廓上兩點(diǎn)的最長直線)通常為10至80mm(參見,例如de10156988a1)。通常,一個(gè)滴流式篩板塔盤內(nèi)的通孔是相同的(換言之,它們?nèi)烤哂邢嗤膸缀涡螤詈拖嗤臋M截面(相同的橫截面面積))。適當(dāng)?shù)?,就?yīng)用而言,橫截面是圓的。換言之,優(yōu)選滴流式篩板塔盤的通孔是圓孔。滴流式篩板塔盤的通孔的相對(duì)布置有利地遵循嚴(yán)格的三角形節(jié)距(triangularpitch)(參見,例如de10230219a1)。當(dāng)然,也可在一個(gè)滴流式篩板塔盤內(nèi)和相同的滴流式篩板塔盤內(nèi)構(gòu)造不同的通孔(以在滴流式篩板塔盤上變化)。
有利地,就應(yīng)用而言,分離塔內(nèi)一個(gè)序列的滴流式篩板塔盤包括相同設(shè)計(jì)的滴流式篩板塔盤(相同的滴流式篩板塔盤),優(yōu)選以一個(gè)在另一個(gè)之上等距地布置。
根據(jù)de10156988a1,在分離塔內(nèi)還可采用多個(gè)序列的滴流式篩板塔盤,其在雙流塔盤內(nèi)具有均一(優(yōu)選圓形)的橫截面,但隨序列而變化(例如從底部向上遞減)。
通常,在相應(yīng)塔盤序列內(nèi)的每個(gè)雙流塔盤與分離塔的壁平齊。然而,還存在這樣的實(shí)施方案:其中在塔壁和塔盤之間存在僅部分地被橋接件中斷的中間空隙。除了真實(shí)的通孔之外,滴流式篩板塔盤通常至多具有用于將塔盤固定在支撐環(huán)或類似物上的孔(參見,例如,de10159823a1)。
在一個(gè)序列的滴流式篩板塔盤的正常工作范圍內(nèi),在分離塔內(nèi)下降的液體以液滴形式從一個(gè)雙流塔盤向下滴至另一個(gè)雙流塔盤,這意味著在雙流塔盤之間上升的氣相被分開的液相滲透。在每種情況下,一些撞擊下層滴流式篩板塔盤的液滴被霧化。流過通孔的氣流鼓泡通過在塔盤表面上形成的液體層,在液體和氣體之間發(fā)生強(qiáng)烈的傳熱與傳質(zhì)。
根據(jù)氣體和液體負(fù)載,在塔直徑>2m的情況下,在滴流式篩板塔盤中具有稍微不平衡分布的液體積聚的趨勢,因此塔盤的液體滯留在大面積上變化,或者形成循環(huán)波,這首先會(huì)不利地影響塔體的機(jī)械穩(wěn)定性,并且其次會(huì)降低分離作用,因?yàn)樵谶@些條件下,隨后的液體分布具有時(shí)間依賴性和高度的位置依賴性。為了避免這樣的非穩(wěn)定狀態(tài),因此已發(fā)現(xiàn)有利的的是,在塔盤橫截面上以垂直金屬板的形式分布擋板,這防止或至少大大減少塔體內(nèi)液體的積聚。金屬板的高度應(yīng)近似地對(duì)應(yīng)于所形成的液體泡沫層的高度。這在常規(guī)負(fù)載下通常為約20cm。
分離塔的橫截面通常為圓形。這相應(yīng)地適于伴隨的傳質(zhì)塔盤。
就本文的目的而言,有用的雙流塔盤記載于,例如technischefortschrittsberichte[technicalprogressreports],第61卷,grundlagenderdimensionierungvon
上述的滴流式篩板塔盤——其包括傳質(zhì)塔盤,在該塔盤上沒有下降至該塔盤的強(qiáng)制液流——的序列,與具有這種強(qiáng)制液流的傳質(zhì)塔盤的序列不同。
這些傳質(zhì)塔盤的特征在于,除了已經(jīng)描述的通孔外,其還具有至少一個(gè)降液管。在傳質(zhì)塔盤上存在至少一個(gè)降流孔,已下降至傳質(zhì)塔盤上的液體流向該降流孔(例如,在出口堰上方(在最簡單的實(shí)施方案中,其可為具有頸部(煙囪狀;在圓形降流孔的情況下,為管)的降流孔的向上延伸)),并且流入給該序列的下方傳質(zhì)塔盤提供進(jìn)料的豎井(shaft)中,該豎井通常構(gòu)造為相對(duì)于塔的縱向軸線呈中心對(duì)稱。豎井的橫截面可沿該軸變化(例如變窄)或是恒定的。
在一個(gè)序列的這樣的傳質(zhì)塔盤內(nèi),通過傳質(zhì)塔盤的至少一個(gè)降液管,從較高傳質(zhì)塔盤下降的液體可以獨(dú)立于氣體或蒸汽——其繼續(xù)通過傳質(zhì)塔盤通孔上升——作為至少一個(gè)液體進(jìn)料而下降至緊鄰的下層傳質(zhì)塔盤。
下降液體和上升氣體的流動(dòng)路徑分開的重要基礎(chǔ)是用于上升氣體的相應(yīng)降液管的液壓密封(液體密封或軸密封)(降液管必須不能形成上升氣體越過通孔用的旁路;氣流(蒸汽流)必須不能越過通孔穿過降液管而上升)。
這種液壓密封可例如通過將降液管下拉(允許其下移)至這樣的程度來實(shí)現(xiàn):其足夠深地浸入在該序列緊鄰的下層傳質(zhì)塔盤的液體層中(在本文中,這種密封也稱為“靜態(tài)密封”)。對(duì)于該目的所需的液面可在下層傳質(zhì)塔盤上例如通過適當(dāng)?shù)某隹谘吒叨葋韺?shí)現(xiàn)。
然而,這種設(shè)計(jì)具有下述缺點(diǎn):在上層傳質(zhì)塔盤的降液管的流出橫截面正下方的下層傳質(zhì)塔盤的區(qū)域(稱為進(jìn)料區(qū))不能具有用于上升氣體的任何通孔,因而下層傳質(zhì)塔盤上形成的液體層與上升氣體之間不能實(shí)現(xiàn)傳熱和傳質(zhì)。
在一個(gè)替代的實(shí)施方案中,降液管的下部流出端被截短至這樣的程度,即不再浸入下層傳質(zhì)塔盤上的液體層中。在這種情況下,在至少一個(gè)降液管的底端與該降液管延伸至其上的傳質(zhì)塔盤之間,保留了足夠大的中間空間,在該空間中形成了泡沫層,并且在積累的液體層(在下層傳質(zhì)塔盤上)和上升氣體(穿過該塔盤)之間可進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)。換言之,在這種情況下,下層傳質(zhì)塔盤上的至少一個(gè)降液管的“進(jìn)料區(qū)”也可具有通孔,并因此可增大傳質(zhì)塔盤的可用交換面積,從而提高其分離作用。
在這種情況下,也可以例如借助安裝在降液管流出端下方的收集杯(collectingcup)來實(shí)現(xiàn)降液管的靜液密封。合適地,就應(yīng)用而言,在這種情況下,收集杯的外壁被截短至這樣的程度,即降液管的流出端浸入收集杯中(也可允許降液管的下邊緣在收集杯的上邊緣處終止)。在塔的操作過程中,向下流過降液管的液體收集在收集杯中,直至液體流過收集杯外壁的上邊緣。降液管的下邊緣浸入收集杯內(nèi)存在的液體中,且收集杯形成了降液管的虹吸管狀(siphon-like)液體密封。
或者,截短的降液管也可被動(dòng)態(tài)密封。為此,降液管可以例如在其下端用具有出口孔的托盤密封,所述出口孔的尺寸使得液體在降液管內(nèi)被滯留并防止氣體滲透(參見,例如,ep0882481a1和de10257915a1)。在這種情況下,通過在出口孔處產(chǎn)生的壓降動(dòng)態(tài)地建立了軸密封。換言之,在靜態(tài)密封的情況下,降液管通過其流出端浸入滯留液而被密封,并且在動(dòng)態(tài)密封的情況下,降液管的流出端的結(jié)構(gòu)特征使流出的液體受到壓降的影響,該壓降使降液管內(nèi)流下的液體滯留,由此導(dǎo)致了密封。在最簡單的情況下,這種壓降可通過選擇降液管出口孔橫截面小于豎井的平均橫截面來產(chǎn)生。
對(duì)于這種傳質(zhì)塔盤的序列的分離作用的操作,至少一個(gè)降液管的設(shè)計(jì)是相關(guān)的。首先,所選擇的至少一個(gè)降液管的橫截面必須足夠大(通常,相應(yīng)的橫截面積大于通孔的橫截面積),以便即使在分離塔的最大負(fù)載下,液體仍可通過至少一個(gè)降液管穩(wěn)定地下降,而不會(huì)在塔盤上滯留。另一方面,必須確保即使在最小液體負(fù)載的情況下,至少一個(gè)降液管的液壓密封仍然存在。
在低的氣體負(fù)載下,也存在液體流過通孔的風(fēng)險(xiǎn)。此外,液體必須能夠滯留在降液管中,以使得滯留液柱的重量足以將液體輸送到與該降液管連接的傳質(zhì)塔盤下方的氣體空間中。該滯留高度決定了降液管所需的最小長度,并因此部分地決定了一個(gè)序列的相應(yīng)傳質(zhì)塔盤中所需的塔盤間距。上述滯留高度(滯留長度)的一個(gè)重要的部分決定因素是,傳質(zhì)塔盤的壓降δp。上升氣體當(dāng)其流過通孔時(shí),以及在傳質(zhì)塔盤上的泡沫層的“靜壓”頭均會(huì)受到該壓降。這是造成以下事實(shí)的原因:一個(gè)序列的這種傳質(zhì)塔盤的氣相中的壓力從頂部向下增大。因此,對(duì)于在傳質(zhì)塔盤的降液管內(nèi)滯留液體的“靜壓”hp,必須至少符合傳質(zhì)塔盤的hp>δp的條件。這些關(guān)系對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的,例如從ep1704906a1中已知,因而可以確保的是,在下層傳質(zhì)塔盤上有流入堰,在上層傳質(zhì)塔盤的降液管靜態(tài)密封在下層傳質(zhì)塔盤的液體層的情況下,即使在下降液體的負(fù)載低的情況下仍存在軸密封。然而,流入堰的使用增加了降液管中所需的滯留高度,迫使降液管內(nèi)滯留的液體流至下層傳質(zhì)塔盤上。總體上,與滴流式篩板塔盤相比,降液管的元件能夠拓寬分離作用的工作范圍。在本發(fā)明的方法中,滯留在降液管中的液體從降液管中流出的有利的速度為,例如1.2m/s。
此外,其能夠使下降至傳質(zhì)塔盤上的液體在該塔盤上強(qiáng)制環(huán)流。
例如,如果僅一半傳質(zhì)塔盤(優(yōu)選圓形的)具有至少一個(gè)降液管(這意味著全部降流孔在相應(yīng)的圓形部分中以其全部范圍存在),并且至少兩個(gè)完全相同的這種傳質(zhì)塔盤的一個(gè)序列中,分離塔內(nèi)的傳質(zhì)塔盤以一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置,以使得分離塔內(nèi)的兩個(gè)傳質(zhì)塔盤——其中一個(gè)在向下方向上跟隨著另一個(gè)——以各自相對(duì)于彼此圍繞塔的縱軸偏移(轉(zhuǎn)動(dòng))180°的方式布置,使得它的降液管位于分離塔的相對(duì)側(cè)(在相對(duì)的半側(cè)),從上層傳質(zhì)塔盤通過其至少一個(gè)降液管下降至其下方安裝的傳質(zhì)塔盤上的液體必須(即,必然地)在該下層傳質(zhì)塔盤上流動(dòng),在下層傳質(zhì)塔盤上觀察到,從上層傳質(zhì)塔盤(安裝在上方)的至少一個(gè)降液管的至少一個(gè)進(jìn)料區(qū)(從上層傳質(zhì)塔盤的至少一個(gè)進(jìn)料口通過至少一個(gè)降液管)至下層傳質(zhì)塔盤的至少一個(gè)降液管。換言之,從上層塔盤下降至下層塔盤的液體不可避免地從至少一個(gè)進(jìn)料口穿過該塔盤輸送到至少一個(gè)出口。
在本文中,在一個(gè)序列的相同傳質(zhì)塔盤內(nèi)的傳質(zhì)塔盤上的這種液體流動(dòng)應(yīng)稱為錯(cuò)流,一個(gè)序列的這種相同傳質(zhì)塔盤稱為一個(gè)序列的相同錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤,且該序列中單個(gè)傳質(zhì)塔盤稱為錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤。
在最簡單的情況下,錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤是錯(cuò)流篩板塔盤。除了至少一個(gè)降液管之外,其還具有用于分離塔內(nèi)氣體上升的通孔,并且對(duì)于其構(gòu)造的有用實(shí)施方案原則上是針對(duì)滴流式篩板塔盤所提到的那些。錯(cuò)流篩板塔盤同樣優(yōu)選具有圓孔作為通孔,并且就應(yīng)用而言,有利地是這些同樣具有相同的半徑。如前所述,在一個(gè)序列的錯(cuò)流篩板塔盤中,不考慮該序列中上升氣體的流動(dòng)路徑,至少一個(gè)降液管允許下降的液體在分離塔內(nèi)從上層錯(cuò)流篩板塔盤下降(通過通孔)至緊鄰的下層錯(cuò)流篩板塔盤。在下層塔盤上,液體以錯(cuò)流的形式從下層塔盤的至少一個(gè)進(jìn)料口——其由上層錯(cuò)流篩板塔盤的至少一個(gè)出口形成——流至該下層塔盤的至少一個(gè)降液管(流至至少一個(gè)出口),下層錯(cuò)流篩板塔盤上所需的液體高度例如由至少一個(gè)出口堰的高度(液體漫過該出口堰可流至至少一個(gè)降液管)而得以部分確保。此外,液體通過分離塔內(nèi)上升蒸汽的積聚壓力而保留在錯(cuò)流篩板塔盤上。然而,如果錯(cuò)流篩板塔盤的負(fù)載蒸汽降至低于最小值,則結(jié)果可能是液體通過通孔滴流,這降低了錯(cuò)流篩板塔盤的分離作用和/或?qū)е洛e(cuò)流篩板塔盤干運(yùn)轉(zhuǎn)。
該干運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)可通過下述方式抵消:給至少一個(gè)降液管的降流孔提供出口堰,并且沿向上的方向延伸各通孔使其具有頸部(煙囪狀;在圓形通孔的情況下,為管)。
通常,將蒸汽偏轉(zhuǎn)罩(泡罩,倒置杯)安裝在頸部末端(在最簡單的情況下,這些罩可以螺旋連接至頸部的方式(例如在前部和后部)置于其上并有效地套住頸部),將其浸入滯留在塔盤上的液體中。通過各通孔上升的蒸汽首先流過其頸部流入隨附的罩中,在罩中蒸汽被偏轉(zhuǎn)(與錯(cuò)流篩板塔盤相比),以便然后以與塔盤表面平行的方式從罩流至該塔盤上滯留的液體中(在本發(fā)明的方法中,這種“平行流出”通常是有利的,因?yàn)槠淠軌颉按底摺辈幌胍纬傻木酆衔镱w粒并因此產(chǎn)生自清潔效果)。從相鄰的罩(優(yōu)選等距離地分布在塔盤上)釋放的氣流(蒸汽流)鼓動(dòng)滯留在塔盤上的液體并在其中形成泡沫層,在泡沫層中進(jìn)行傳熱和傳遞。這種錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤也稱為錯(cuò)流泡罩塔盤或錯(cuò)流罩式塔盤(hoodtray)。因?yàn)榧词乖诘拓?fù)載的上升氣體(蒸汽)的情況下,塔盤上也具有滯留液體,因此不存在干運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn),其也被稱為液壓密封錯(cuò)流塔盤。與錯(cuò)流篩板塔盤相比,液壓密封錯(cuò)流塔盤通常需要較高的成本,并且導(dǎo)致穿過其上升的氣體有較高的壓降。與篩板塔盤的簡單的篩網(wǎng)通孔相比,如上述設(shè)計(jì)(構(gòu)造)的這些塔盤的通孔也稱為泡罩通孔或罩式通孔。
錯(cuò)流泡罩塔盤最重要的部件是泡罩(參見,例如de10243625a1和chemie-ing.-techn.第45卷,1973/no.9+10,第617至620頁)。根據(jù)泡罩(蒸汽偏轉(zhuǎn)罩、罩)的構(gòu)造和布置,錯(cuò)流泡罩塔盤被分為例如錯(cuò)流圓形泡罩塔盤(通孔、煙囪狀管(頸部)和泡罩(蒸汽偏轉(zhuǎn)罩)的橫截面為圓形(例如圓柱形泡罩塔盤或平板形泡罩塔盤))、隧道式錯(cuò)流塔盤(通孔、煙囪狀管和泡罩(罩)的橫截面是矩形;其泡罩的通道一個(gè)接一個(gè)地布置在彼此并排布置的行內(nèi),其中矩形的長邊平行于液體的錯(cuò)流方向排列)和錯(cuò)流
錯(cuò)流泡罩塔盤中的泡罩邊緣可具有極為不同的形式(參見,de10243625a1和chemie-ing.techn.第45卷,1973/no.9+10,第617至620頁)。chemie-ing.techn.第45卷,1973/no.9+10,第618頁的圖3示出了一些鋸齒狀和溝槽狀邊緣的實(shí)例。鋸齒和溝槽通常這樣成型,以使得從泡沫罩中逸出而進(jìn)入傳質(zhì)塔盤上滯留的液體中的蒸汽非常容易地溶解在大量氣泡或蒸汽射流中。上述圖3和de10243625a1中的各圖也示出了具有鋸齒狀結(jié)構(gòu)的泡罩邊緣的示例性實(shí)施方案,其鋸齒還配備有導(dǎo)向翅片(導(dǎo)向表面)(“槽彎曲開口”)。導(dǎo)向翅片旨在對(duì)從鋸齒狀槽彎曲開口(引導(dǎo)氣體逸出沿斜方向進(jìn)入液體中)逸出的氣流(蒸汽流)施加切向的逸出方向,這樣周圍的液體接收到定向移動(dòng)脈沖,其與泡罩(蒸汽偏轉(zhuǎn)罩)的布置共同導(dǎo)致錯(cuò)流泡罩塔盤上的定向液體流動(dòng),在該傳質(zhì)塔盤上觀察,其疊加在已經(jīng)建立的錯(cuò)流上(通常,這種槽彎曲開口也稱為加壓槽)。例如,在一個(gè)序列的錯(cuò)流thormann塔盤中,下層錯(cuò)流thormann塔盤上的液體不直接流過塔盤,而以上述方式,以曲折方式從至少一個(gè)進(jìn)料口流至至少一個(gè)出口。每種情況下,在錯(cuò)流方向上以一個(gè)接一個(gè)的方式布置的錯(cuò)流thormann塔盤的兩個(gè)罩之間的空間形成了液體流動(dòng)的通道。此外,錯(cuò)流thormann塔盤的詳細(xì)構(gòu)造通常以這樣的方式:液體在兩個(gè)通道中逆流流動(dòng),在每種情況下這兩個(gè)通道在錯(cuò)流方向是連續(xù)的(參見,例如,de10243625a1的圖3)。以這種方式產(chǎn)生的曲折的錯(cuò)流延長了流體從至少一個(gè)進(jìn)料口到至少一個(gè)出口的流動(dòng)路徑,這提高了錯(cuò)流thormann塔盤的分離作用。
如前所述,與錯(cuò)流篩板塔盤相比,在錯(cuò)流泡罩塔盤上,從泡罩中逸出的氣體以平行于塔盤表面的方式引入錯(cuò)流泡罩塔盤上滯留的液體中。摩擦力和浮力確保,隨著從泡罩邊緣逸出氣流的距離的增加,越來越多的其子料流在與錯(cuò)流泡罩塔盤成直角的方向上偏轉(zhuǎn),并最終從液體層中逸出。隨著泡罩的氣體負(fù)載增加,從其逸出的氣流的速度增大,這增加了泡罩邊緣(“泡罩的有效范圍”)與上述偏轉(zhuǎn)發(fā)生處之間的距離。
剛性泡罩的有效范圍對(duì)氣體負(fù)載的依賴性可通過將錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的通孔構(gòu)造(設(shè)計(jì))為閥門(為閥門通孔)來抵消。所得的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤被稱為錯(cuò)流閥式塔盤(參見,例如dd279822a1、dd216633a1和de102010001228a1)。
因此,在本文中,術(shù)語“錯(cuò)流閥式塔盤”涵蓋了具有限制沖程板、壓載(ballast)閥或提升閥(浮動(dòng)襟翼(floatingflap))的通孔(塔盤洞)的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤,其將蒸汽通孔尺寸調(diào)節(jié)至相應(yīng)的柱負(fù)載。
在簡單的構(gòu)造中,為了上述目的,塔盤的通孔用可向上移動(dòng)的覆蓋物或板(盤)覆蓋。在上升氣體通過期間,蓋(板、盤)被相應(yīng)的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(導(dǎo)向籠)——另外安裝在各通孔上(其通常被緊固在塔盤上)——中的氣流頂起,并最終到達(dá)對(duì)應(yīng)于氣體負(fù)載(代替導(dǎo)向籠,該盤也可以具有固定在塔盤上的可向上移動(dòng)的閥門腿,其向上移動(dòng)有上限)的沖程高度。穿過通孔上升的氣流在上升蓋(板、盤)的底部以類似于泡罩(在泡罩通孔的情況下)的方式偏轉(zhuǎn),并且從在上升的板(蓋、盤)的下方形成的逸出區(qū)逸出,并且如泡罩塔盤的情況一樣,以與塔盤平行的方式進(jìn)入塔盤上滯留的液體中。因此沖程板控制氣體逸出區(qū)的尺寸并自動(dòng)調(diào)整柱負(fù)載,直至將導(dǎo)向籠的上端限制在最大可沖程高度內(nèi)。板可以具有向下指向的間隔件,使得在低氣體負(fù)載下,閥門僅關(guān)閉至這樣的程度:由間隔件提供的空隙仍允許水平氣體流出與錯(cuò)流液體劇烈混合。間隔件也抵消了閥門盤在塔盤上的粘附。通過對(duì)錯(cuò)流閥式塔盤閥門元件合適的構(gòu)造,可以調(diào)節(jié)閥門元件的吹送方向,并因此可以另外影響錯(cuò)流閥式塔盤上的強(qiáng)制液體流動(dòng)(參見,例如,dd216633a1)。錯(cuò)流閥式塔盤的原理和可用于本文目的的閥式塔盤,可在例如technischefortschrittsberichte,第61卷,grundlagenderdimensionierungvon
特別是在分離塔的直徑相對(duì)較大的情況下,在錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤上,由至少一個(gè)進(jìn)料口直至到達(dá)至少一個(gè)出口的出口堰自然地形成了明顯的液體梯度(液體的滯留高度的梯度提供錯(cuò)流(至有限的程度))。其結(jié)果是,比較而言,在液體高度相對(duì)低的區(qū)域中,由于所形成的抗力較低,因此上升的蒸汽(上升的氣體)可更容易穿過液體層。這可最終導(dǎo)致錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的氣體負(fù)載不均勻(優(yōu)選地流經(jīng)液體高度較低的區(qū)域(較小的流動(dòng)阻力)),其減弱了塔盤的分離作用。在這個(gè)方面,通過下述方式可產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng):例如,在錯(cuò)流泡罩塔盤的情況下,使用可調(diào)節(jié)高度的泡罩(或者也可改變泡罩尺寸);或者,例如在錯(cuò)流閥式塔盤的情況下,使用具有不同重量的板(蓋),使得傳質(zhì)塔盤在其橫截面上基本均勻地產(chǎn)生氣體(其中錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤上的液體高度較低,適當(dāng)?shù)?,就?yīng)用而言,泡罩的高度在相對(duì)較低的水平下進(jìn)行選擇,或者沖程板(沖程蓋)的重量在相對(duì)較高的水平下進(jìn)行選擇;泡罩的高度也可例如通過可控地縮短相應(yīng)煙囪狀管的長度來降低,在其末端泡罩被任選地螺栓連接;可替代地或另外地,例如,泡罩邊緣的鋸齒形/槽形結(jié)構(gòu)也可改變,以便實(shí)現(xiàn)所需的流動(dòng)阻力補(bǔ)償;理想地,在錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤上進(jìn)行調(diào)節(jié),使得在分離塔的操作中,存在于錯(cuò)流泡罩塔盤上的每個(gè)泡罩對(duì)上升氣體產(chǎn)生相同的流動(dòng)阻力)。否則,錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的通道(通孔)通常有利地均勻配置。
穿過(從上至下)錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的孔——其橫截面積通常比錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的所有其他孔的總橫截面積小200倍以上(不包括至少一個(gè)降液管的橫截面積)——不構(gòu)成用于氣體穿過錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤而上升的(分離)通孔,因此不計(jì)為其中的一部分。例如,這些孔可為極小的空孔,當(dāng)分離塔關(guān)閉后,通過這些空孔,液壓密封的錯(cuò)流塔盤可排空。這些孔也可用于螺釘連接的目的。
具有至少一個(gè)降液管的傳質(zhì)塔盤的序列——其中至少一個(gè)進(jìn)料口和至少一個(gè)出口存在于例如(圓形)傳質(zhì)塔盤的相同的半側(cè)中,或者,其中至少一個(gè)進(jìn)料口在塔盤的中間且至少一個(gè)出口在塔盤的邊緣——不構(gòu)成本申請(qǐng)(本發(fā)明)意義上的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的序列。
如上述所設(shè)計(jì)的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的效率通常小于理論塔板(理論分離階段)的效率。在本文中,理論塔板(或理論分離階段)應(yīng)理解為通常是指分離塔的空間單元,所述分離塔包括分離內(nèi)件,并且被用于熱分離工藝,根據(jù)熱動(dòng)平衡該熱分離工藝產(chǎn)生物質(zhì)的富集。換言之,術(shù)語“理論塔板”既適用于具有傳質(zhì)塔盤的分離塔,也適用于具有規(guī)整填料和/或亂堆填料的分離塔。
現(xiàn)有技術(shù)建議在分離塔(包括那些具有分離內(nèi)件的那些)內(nèi)使用至少兩個(gè)相同的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的序列,其用于進(jìn)行分離塔內(nèi)至少一種上升的氣流與分離塔內(nèi)至少一種下降的液流的熱分離工藝,并且其中至少一個(gè)料流包含至少一種(甲基)丙烯酸單體。例如,文獻(xiàn)de19924532a1、de10243625a1和wo2008/090190a1建議在分離塔內(nèi)另外使用一個(gè)序列的相同液壓密封的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤,用于進(jìn)行包含丙烯酸的產(chǎn)物氣體混合物的分級(jí)冷凝的工藝,該產(chǎn)物氣體混合物來自用分子氧非均相催化氣相部分氧化丙烯酸的c3前體,所述分離塔從底部向上包括,首先是雙流傳質(zhì)塔盤,隨后是液壓密封的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤。
在現(xiàn)有技術(shù)中所推薦的多個(gè)序列的錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的特征在于,在每種情況下,在從其至少一個(gè)進(jìn)料口至其至少一個(gè)降液管的錯(cuò)流方向上,該序列中兩個(gè)連續(xù)錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤的下層塔盤,僅在至少一個(gè)進(jìn)料口與至少一個(gè)降液管(至少一個(gè)降流孔)之間的區(qū)域有通孔(參見,例如de10243625a1的圖3和圖4;dd279822a1的圖1;dd216633a1的圖1和chemie-ing.-techn.第45卷,1973/no.9+10,第617至620頁的圖1)。
本發(fā)明特別涉及其中使用上述塔盤的塔。
通常,用于熱分離方法的分離塔包括支撐元件作為塔的支撐結(jié)構(gòu)。wo2004/092108a1記載了例如其中傳質(zhì)塔盤通過雙t支撐件支撐的分離塔。
在具有非常高的內(nèi)徑的塔中,出現(xiàn)了這樣的問題,即塔腔內(nèi)安裝的塔盤變得不穩(wěn)定。為了使直徑大于例如5m的塔體內(nèi)的塔盤穩(wěn)定,已經(jīng)使用支撐結(jié)構(gòu),以便在垂直方向上支撐塔盤。然而,在此出現(xiàn)的問題是,塔內(nèi)流體混合物的熱處理被劣化。分離作用顯著降低。
因此,本發(fā)明的目的是提供一種在本文開始所述類型的塔,其中,即使當(dāng)塔體具有高的直徑時(shí),完全分離性能也得以確保。此外,將詳述用于這種塔的塔盤裝置以及塔內(nèi)至少一種上升的氣體與塔內(nèi)至少一種下降的液體之間的熱分離方法。
根據(jù)本發(fā)明,該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的塔、具有權(quán)利要求17的特征的用于所述塔的塔盤裝置和具有權(quán)利要求18的特征的方法來實(shí)現(xiàn)。有利的構(gòu)造和改進(jìn)由從屬權(quán)利要求明顯看出。
因此,已發(fā)現(xiàn)用于流體混合物的熱處理的塔,所述塔具有形成塔腔的圓柱形的垂直塔體、在塔腔內(nèi)以垂直間隔的方式安裝的多個(gè)塔盤以及在垂直方向上支撐至少一個(gè)塔盤的支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的塔的特征在于,支撐結(jié)構(gòu)具有多個(gè)孔,該孔使水平傳質(zhì)能通過該支撐結(jié)構(gòu)。
在本文中,支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)理解為意指該支撐結(jié)構(gòu)垂直地支撐塔內(nèi)的至少一個(gè)塔盤。因此,支撐結(jié)構(gòu)以這樣的方式安裝在塔內(nèi),即其可實(shí)現(xiàn)支撐功能。此外,設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度,以使得可實(shí)現(xiàn)支撐功能。因此,更特別地,支撐結(jié)構(gòu)不應(yīng)理解為意指這樣的擋板:其被固定在塔盤上并且旨在防止存在于塔盤上的液體的波浪式刺激。
特別地,所述塔的塔盤水平排列并且以垂直間隔的方式安裝在塔腔內(nèi)。這形成了例如沿向下方向排列的水平表面,其由支撐結(jié)構(gòu)支撐。
在非常高的塔直徑的情況下,必須使用在塔盤間隔范圍內(nèi)具有垂直距離的支撐件。這產(chǎn)生了這樣的級(jí)聯(lián)區(qū)域:其不具有橫向交換,并且其中由于錯(cuò)流所致的不平衡分布不能被充分地抵消。在最壞的情況下,可形成其中液體和氣體幾乎完全分開傳輸?shù)膮^(qū)域。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),該效果導(dǎo)致在高塔直徑下的分離作用的不利降低。
因此,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在非常高的塔直徑的情況下,由于支撐結(jié)構(gòu)阻止塔盤中水平方向上的傳質(zhì),因此產(chǎn)生了分離性能的劣化。在這種情況下,結(jié)果是由于兩個(gè)垂直相鄰塔盤之間的支撐結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生水平級(jí)聯(lián)。在本發(fā)明的塔中,支撐結(jié)構(gòu)具有防止這種級(jí)聯(lián)的孔,因?yàn)槠涫顾絺髻|(zhì)能通過該支撐結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是,在塔盤支撐件——其中支撐高度在塔盤間隔的范圍內(nèi)——的情況下,分離性能降低的不利影響不再產(chǎn)生。
在通過支撐結(jié)構(gòu)的垂直截面中,孔占支撐結(jié)構(gòu)的截面積的比例特別是在30%至90%的范圍內(nèi),優(yōu)選在40%至80%的范圍內(nèi)且更優(yōu)選在50%至60%的范圍內(nèi)。對(duì)于孔在支撐結(jié)構(gòu)的截面積的比例的這些數(shù)值范圍特別適用于通過支撐結(jié)構(gòu)的所有垂直截面。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn),如前言中所述的,特別是在使用用于流體混合物的熱處理、特別是分離的塔的情況下,只有當(dāng)塔盤上的液體可以充分錯(cuò)流時(shí),才可確保充分的分離作用。在許多方法中,為此目的,孔占支撐結(jié)構(gòu)的垂直橫截面面積的比例必須為至少40%、優(yōu)選至少50%。根據(jù)所進(jìn)行的分離過程,在大于5m的大的塔直徑的情況下,例如,當(dāng)孔占支撐結(jié)構(gòu)的垂直橫截面面積的比例較小時(shí),在分離作用方面產(chǎn)生顯著的劣化。
在塔的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造中,支撐結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)支撐件。在此情況下,在支撐件的垂直壁表面中形成孔。該支撐件可為例如雙t支撐件、t支撐件、u支撐件或z支撐件。在此情況下,在每種情況下均在支撐件的垂直壁中形成孔。
優(yōu)選地,支撐結(jié)構(gòu)具有多個(gè)支撐件,在這種情況下,也在支撐件的垂直壁中形成孔。例如沿水平方向間隔開的支撐件可在垂直方向上支撐塔盤。
在本發(fā)明塔的一個(gè)工作實(shí)施例中,支撐件的高度相當(dāng)于相鄰塔盤之間的垂直距離,使得支撐件布置在相鄰塔盤之間。以此方式,即使在非常大的塔直徑的情況下,也提供了用于塔盤的穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明塔的一個(gè)工作實(shí)施例中,至少一些孔僅由設(shè)置在塔盤上表面上的元件而在向下方向上被界定。因此,孔延伸得非常遠(yuǎn),直到塔盤的上表面。以此方式,存在于塔盤上表面上的液體可在水平方向上幾乎不受阻礙地流過支撐件。
除非另有明確說明,否則空間術(shù)語“頂部”、“底部”、“水平”和“垂直”指的是塔在操作期間的方向。
在本發(fā)明塔的另一種構(gòu)造中,支撐結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格或骨架(framework)。網(wǎng)格包括支撐件,該支撐件由多個(gè)對(duì)角布置并且在交叉點(diǎn)處彼此連接以形成格子的棒狀物構(gòu)成。骨架為多個(gè)在任一端彼此連接的棒狀物的結(jié)構(gòu)。每個(gè)棒狀物是至少一個(gè)框架(frame)的一部分。因此,框架為由棒狀物構(gòu)成的多邊形。支撐結(jié)構(gòu)的這種構(gòu)造為特別良好的水平傳質(zhì)提供了非常大的孔,即使在非常高的塔直徑的情況下,支撐結(jié)構(gòu)也為塔盤提供了足夠的穩(wěn)定性。
支撐結(jié)構(gòu)特別設(shè)置在塔盤上,并且從下方支撐在其上方布置的塔盤。在這種情況下,有利的是,無需將支撐結(jié)構(gòu)自身固定在塔體內(nèi)。支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置在固定在塔體內(nèi)的下層塔盤上,并以此方式支撐在其上方的塔盤,特別是在塔盤的中間區(qū)域。以這種方式,也可在塔體內(nèi)提供對(duì)塔盤特別穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明塔的另一種構(gòu)造中,在至少部分孔中,孔的下邊界邊緣由支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置其上的塔盤形成,從而這部分孔使水平傳質(zhì)能沿該塔盤的平面不受阻礙的通過這些孔。因此,在這些孔的情況下,支撐結(jié)構(gòu)在向下方向上是開口的,使得液體可流過塔盤上的這些孔。以此方式,可在支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置其上的塔盤上提供特別良好的水平液體交換。
或者,孔的下邊界邊緣不是由塔盤本身形成,而是由設(shè)置在塔盤上面的支撐結(jié)構(gòu)的元件形成。然而,該元件僅非常窄,使得其僅輕微地削弱塔盤平面上的水平傳質(zhì)。
在本發(fā)明塔的另一種構(gòu)造中,支撐結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)支撐件。該支撐件包括上層水平臂、垂直臂和下層水平臂,上層水平臂支撐上層塔盤,垂直臂穿過下層塔盤,并且下層塔盤由下層水平臂從下方支撐。
在該構(gòu)造中,支撐結(jié)構(gòu)的孔在垂直臂中形成。一些孔、特別是下層孔,可布置在垂直臂中,使得孔的下邊緣布置在下層塔盤的上表面的水平位置處。通過支撐結(jié)構(gòu)的這種構(gòu)造,提供了非常良好的水平傳質(zhì),而該支撐結(jié)構(gòu)同時(shí)具有非常良好的穩(wěn)定性并且可支撐兩個(gè)塔盤。
在本發(fā)明塔的一個(gè)改進(jìn)中,至少兩個(gè)孔以垂直間隔的一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置。這意味著,至少在一些區(qū)域中,以一個(gè)在另一個(gè)之上方式布置的兩個(gè)孔在垂直方向上重疊。以一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置的孔的橫向邊界特別布置在相同的垂直面上。此外,以一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置的兩個(gè)孔的形狀特別是相同的。它們可任選地以鏡面對(duì)稱的方式布置。所述孔可例如具有梯形形狀。該構(gòu)造有利地實(shí)現(xiàn)了這樣的效果,即在不同水平面上的兩個(gè)塔盤之間的傳質(zhì)得以確保,并且同時(shí)維持了支撐結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性。
在另一種構(gòu)造中,孔以具有垂直間隔的至少兩個(gè)水平行的方式布置。兩個(gè)水平行的孔可特別以彼此水平偏置的方式布置。以此方式,在不同水平面上能夠進(jìn)行傳質(zhì),同時(shí)不會(huì)損害支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明塔的一種構(gòu)造中,孔具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)。例如,至少一些孔是六邊形的。以此方式,可以為塔盤提供特別高的穩(wěn)定性,并且同時(shí)能夠使塔盤上的水平傳質(zhì)通過蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
其他分離內(nèi)件可設(shè)置在支撐件與塔盤之間形成的區(qū)域中。該分離內(nèi)件改進(jìn)了用作分離塔的塔中的質(zhì)量分離。
這些其他的內(nèi)件可例如,以填料、特別是規(guī)整或有序填料,和/或亂堆填料床的形式提供。在亂堆填料中,優(yōu)選包括環(huán)形、螺旋狀形、鞍形填料、拉西(raschig)環(huán)、intos環(huán)或鮑爾(pall)環(huán)、貝爾(berl)或英特勒(intalox)鞍形、top-pak等的那些填料。特別適合于本發(fā)明使用的萃取塔的規(guī)整填料為,例如,購自juliusmontzgmbhind-40705hilden中的規(guī)整填料,例如montz-pakb1-350規(guī)整填料。優(yōu)選使用由不銹鋼板制成的穿孔的規(guī)整填料。具有有序填料的填料塔是本領(lǐng)域技術(shù)人員本身已知的,并且記載在例如gebrüdersulzeraktiengesellschaftinwinterthur,switzerland的chem.-ing.tech.58(1986)no.1,第19-31頁和technischerundschausulzer2/1979,第49頁及之后的頁中。
本發(fā)明的塔可特別用作分離塔。該分離塔具有一個(gè)序列的塔盤,特別是傳質(zhì)塔盤。所用的傳質(zhì)塔盤特別是在本文開始時(shí)所提及的塔盤,即沒有強(qiáng)制流的傳質(zhì)塔盤,例如滴流式篩板塔盤和雙流塔盤;以及具有強(qiáng)制液體流的傳質(zhì)塔盤,例如錯(cuò)流傳質(zhì)塔盤、特別是錯(cuò)流泡罩式塔盤、錯(cuò)流罩式塔盤、錯(cuò)流thormann塔盤以及錯(cuò)流閥式塔盤。
本發(fā)明塔內(nèi)兩個(gè)緊鄰塔盤之間的凈距離特別不超過700mm,優(yōu)選不超過600mm或不超過500mm。適當(dāng)?shù)?,就?yīng)用而言,塔盤序列內(nèi)的凈距離為300至500mm。通常,塔盤間隔應(yīng)不小于250mm。
在本文中,塔體的高的直徑應(yīng)理解為意指至少5m的直徑。本發(fā)明塔的塔體特別具有至少5m、且特別是大于5m、優(yōu)選大于7m的最大水平程度。如果塔體具有圓形截面,則最大水平程度為塔體的內(nèi)徑。
塔體的高度為例如大于5m,特別是大于10m。然而,塔體的高度也可超過30m或40m。
本發(fā)明還涉及用于流體混合物的熱處理的塔的塔盤裝置,所述塔盤裝置包括在塔的塔腔內(nèi)布置的塔盤和用于塔盤的具有多個(gè)孔的支撐結(jié)構(gòu),其使傳質(zhì)能以平行于塔盤的方式通過該支撐結(jié)構(gòu)。如果塔盤裝置的塔盤在塔中以水平排列的方式使用,則支撐結(jié)構(gòu)的孔使水平傳質(zhì)能通過該支撐結(jié)構(gòu)。在塔中使用塔盤裝置的情況下,可獲得如在上述塔中相同的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還涉及如上所述的塔內(nèi)的至少一種上升的氣體與塔內(nèi)的至少一種下降的液體之間的熱分離方法。在這種情況下,上升的氣體和/或下降的液體特別包含(甲基)丙烯酸單體。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在熱分離方法——其中上升的氣體或下降的液體包含(甲基)丙烯酸單體——的情況下,水平方向的傳質(zhì)是特別重要的。為了確保足夠的分離作用,在這種情況下,特別要求孔占支撐結(jié)構(gòu)的水平橫截面面積的比例大于40%,特別是大于50%。
本發(fā)明的熱分離方法可以是,例如,用于從包含丙烯酸的產(chǎn)物氣體混合物中分離丙烯酸的分級(jí)冷凝的方法,所述產(chǎn)物氣體混合物來自用分子氧非均相催化氣相氧化丙烯酸的c3前體化合物(特別是丙烯和/或丙烷)以得到丙烯酸。
分離塔(冷凝塔)可按照如文獻(xiàn)de10243625a1和wo2008/090190a1中所述進(jìn)行構(gòu)造,區(qū)別是其中所用的塔盤由本發(fā)明的塔盤裝置構(gòu)成,即包括所述的支撐結(jié)構(gòu)。
以下參照附圖來說明本發(fā)明的塔的工作實(shí)施例和本發(fā)明方法的工作實(shí)施例。
圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)工作實(shí)施例中的塔的示意圖,
圖2示出了圖1中所示的工作實(shí)施例的塔的橫截面,
圖3示出了圖1中所示的工作實(shí)施例中的塔的垂直截面的局部視圖,其中具有支撐結(jié)構(gòu)的第一實(shí)例,
圖4示出了圖1中所示的工作實(shí)施例中的塔的垂直截面的局部視圖,其中具有支撐結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例,以及
圖5示出了圖1中所示的工作實(shí)施例中的塔的垂直截面(垂直于圖4中所示的垂直截面)的局部視圖,其中具有支撐結(jié)構(gòu)的第二實(shí)例。
下文中所述的工作實(shí)施例涉及分離塔1,該分離塔1例如在用于從包含丙烯酸的產(chǎn)物氣體混合物中分離丙烯酸的分級(jí)冷凝方法中,所述產(chǎn)物氣體混合物來自用分子氧非均相催化氣相部分氧化丙烯酸的c3前體化合物(特別是丙烯和/或丙烷)以得到丙烯酸。
圖1以示意性的方式示出了本身已知的分離塔1。其包括圓柱形塔體2,它的軸垂直對(duì)齊。塔體2基本上為中空?qǐng)A柱體。這意指,塔體2的殼體7形成了塔腔3。塔體2由不銹鋼制成。在外部,分離塔1通常以常規(guī)方式熱絕緣。分離塔1的高度為40m。塔體2的殼體7的內(nèi)徑均為7.4m。
在垂直方向上,分離塔1被分為三個(gè)區(qū)域:上部區(qū)域a被稱為塔頭。在塔頭處設(shè)置有進(jìn)料口4,通過該進(jìn)料口4可將液體引入塔腔3中。此外,用于排出氣體混合物的廢氣管線13在頂部處形成。
在塔頭下方,形成了區(qū)域b。在該區(qū)域中,進(jìn)行分級(jí)冷凝。排出管線14設(shè)置在該區(qū)域內(nèi),粗丙烯酸通過該排出管線14排出。
在區(qū)域b下方,在區(qū)域c中形成了塔底。在塔底,具有用于將產(chǎn)物氣體混合物引入塔腔3的入口5。此外,塔底具有用于底部液體的出口6。
在區(qū)域b中,固定在塔腔3中的多個(gè)塔盤8是水平的并且彼此垂直地間隔開。塔盤8用作分離內(nèi)件,其改進(jìn)分離塔1的分離。塔盤8為滴流式篩板塔盤。也可使用通過前言提到的那些塔盤中的其他塔盤。
圖2示出了分離塔盤1的區(qū)域b中兩個(gè)塔盤8之間的水平橫截面。在塔腔3中,在塔體2的殼體7內(nèi),存在支撐結(jié)構(gòu)9,其支撐沿垂直方向設(shè)置在其上面的塔盤8。在圖2所示的工作實(shí)施例中,支撐結(jié)構(gòu)9具有在水平方向上彼此間隔開的兩個(gè)支撐件10。支撐件10彼此平行排列,并且在支撐件10的縱向方向上從殼體7的一側(cè)延伸至殼體7的相對(duì)側(cè)。支撐件10可各自為雙t支撐件。
圖3示出了穿過分離塔1的垂直橫截面的局部視圖。該局部視圖示出了殼體7的截面和在殼體7的區(qū)域內(nèi)的三塊塔盤8的截面。塔盤8由殼體7上的突出物11支撐。然而,由于塔體2的直徑非常高,因此塔盤8需要其他支撐件,特別是在中間。為此,根據(jù)本發(fā)明,設(shè)置了支撐結(jié)構(gòu)9,在這里所述的工作實(shí)施例中,支撐結(jié)構(gòu)9包括圖3所示的截面上可識(shí)別的支撐件10。
這些支撐件10的構(gòu)造在下文中詳細(xì)說明。
支撐件10設(shè)置在下層塔盤8上。支撐件10——構(gòu)造為雙t支撐件——的上表面,從下方支撐在其上方的塔盤8的下表面。因此,支撐件10的高度對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相鄰塔盤8之間的垂直凈距離h。該工作實(shí)施例中的凈距離h均為400mm。
支撐件10在垂直壁中具有多個(gè)孔12???2形成了蜂窩狀結(jié)構(gòu)。一些孔12為六邊形的。孔12使水平傳質(zhì)能通過由支撐件10形成的支撐結(jié)構(gòu)9。
至少一些孔12僅通過在塔盤8的上表面上設(shè)置的元件15從下方界定。因此,一些孔12延伸得非常遠(yuǎn),直到塔盤8的上表面。以此方式,對(duì)于存在于塔盤8的上表面上的液體,可以在水平方向上幾乎不受阻礙地流過支撐件10。
支撐件的蜂窩狀結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得孔12占支撐件10的垂直橫截面積的比例在約50%至60%的范圍內(nèi)。
如圖3所示,在該蜂窩狀結(jié)構(gòu)中,至少兩個(gè)梯形孔12以垂直間隔的一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置。這些孔12以相對(duì)于水平鏡像軸鏡像對(duì)稱的方式布置,該水平鏡像軸在以一個(gè)在另一個(gè)之上的方式布置的兩個(gè)孔12之間的中間位置處延伸。
在另一個(gè)工作實(shí)施例中,支撐結(jié)構(gòu)9為網(wǎng)格或骨架。在此情況下,在穿過支撐結(jié)構(gòu)9的垂直截面中的孔可占支撐結(jié)構(gòu)9的截面積的比例最高達(dá)90%。網(wǎng)格或骨架也可設(shè)置在塔盤8上,并且從下方支撐布置在其上方的塔盤8。然而,網(wǎng)格或骨架也可固定在塔盤8下方的殼體7上,并從下方支撐塔盤8,但是與下方的塔盤間隔開。
內(nèi)件可以任選地布置在孔12內(nèi)或布置在至少一些孔12內(nèi)。這種內(nèi)件可為填料,特別是規(guī)整填料或有序填料,和/或亂堆填料。
支撐結(jié)構(gòu)9的另一個(gè)實(shí)施例示于圖4和圖5中。使用了兩個(gè)雙t支撐件17-1和17-2,其由殼體7的區(qū)域內(nèi)的突出物11支撐。支撐件17-1和17-2具有上層水平臂17-1-1和17-2-1,其從下方支撐上層塔盤8。支撐件17-1和17-2還具有垂直臂17-1-3和17-2-3,其各自從上層水平臂17-1-1和17-2-1向下延伸。下層塔盤8中設(shè)置有槽狀孔16,支撐件17-1的垂直臂17-1-3或支撐件17-2的垂直臂17-2-3穿過該槽狀孔16。在下層塔盤8的下方,設(shè)置在垂直臂17-1-3和17-2-3上的下層水平臂17-1-2和17-2-2從下方支撐下層塔盤8。因此在該情況下,支撐結(jié)構(gòu)9支撐了兩個(gè)塔盤8。
下層孔18布置在垂直臂17-1-3和17-2-3中,使得孔18的下邊緣布置在下層塔盤8的上表面的水平處。以此方式,液體可不受阻礙地在下層塔盤8的上表面上循環(huán)。
支撐件17-1、17-2的蜂窩狀結(jié)構(gòu)例如這樣形成,使得孔18占支撐件17-1、17-2的垂直截面積的比例在約50%至60%的范圍內(nèi)。
如圖5所示,孔18以在兩個(gè)水平行上具有垂直間隔的方式布置。在此情況下,兩個(gè)水平行的孔18彼此水平偏移地布置。
上述支撐結(jié)構(gòu)9與塔盤8一起形成用于流體混合物的熱處理的塔1、特別是分離塔1的塔盤裝置。
以下描述了本發(fā)明方法的工作實(shí)施例,其用上述分離塔1進(jìn)行。
所述方法是在分離塔1內(nèi)至少一種上升的氣體和分離塔1內(nèi)至少一種下降的液體之間的熱分離方法。上升氣體和/或下降液體特別包含(甲基)丙烯酸單體。
在所述分離方法中,用于從包含丙烯酸的產(chǎn)物氣體混合物中分離丙烯酸的分級(jí)冷凝是在包括分離內(nèi)件的分離塔1中進(jìn)行,所述產(chǎn)物氣體混合物來自用分子氧非均相催化氣相部分氧化丙烯酸的c3前體化合物(尤其是丙烯和/或丙烷)以得到丙烯酸。由底部向上,分離塔包括,首先是雙流塔盤,然后是錯(cuò)流罩式塔盤,如上所述其從下方得以支撐。另外,所述方法按照文獻(xiàn)de19924532a1、de10243625a1和wo2008/090190a1中所述進(jìn)行。
術(shù)語丙烯酸的“c3前體”包含從正式意義上來說通過還原丙烯酸而獲得的那些化合物。已知的丙烯酸的c3前體為例如丙烷、丙烯和丙烯醛。然而,化合物如丙三醇、丙醛或丙酸也應(yīng)被計(jì)入c3前體中。由這些化合物開始,用分子氧非均相催化氣相部分氧化為至少部分氧化脫氫。在相關(guān)的非均相催化氣相部分氧化反應(yīng)中,所述丙烯酸的c3前體(通常由惰性氣體稀釋,例如分子氮、co、co2、惰性碳?xì)浠衔锖?或水蒸氣)以與分子氧的混合物形式在高溫和任選的高壓下通過過渡金屬混合氧化物催化劑,氧化轉(zhuǎn)化為含有丙烯酸的產(chǎn)物氣體混合物。
典型地,基于存在(其中)的特定組分的總量計(jì),包含丙烯酸的產(chǎn)物氣體混合物——來自在固態(tài)催化劑上用分子氧非均相催化氣相部分氧化丙烯酸的c3前驅(qū)體(例如丙烯)——具有如下內(nèi)含物:
作為剩余物的惰性氣體,例如氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、甲?/p>
和/或丙烷。
部分氣相氧化本身可按照現(xiàn)有技術(shù)所述的進(jìn)行。由丙烯開始,部分氣相氧化可例如以在ep700714a1和ep700893a1中所述的兩步連續(xù)氧化法進(jìn)行。然而,應(yīng)當(dāng)理解,也可以采用de19740253a1和de19740252a1中所述的氣相部分氧化。
通常,離開部分氣相氧化的產(chǎn)物氣體混合物的溫度為150℃至350℃,經(jīng)常為200℃至300℃。
為了分級(jí)冷凝,在熱的產(chǎn)物氣體混合物進(jìn)入分離塔1的區(qū)域c(底部)之前,首先將所述熱的產(chǎn)物氣體混合物直接冷卻和/或間接冷卻至100至180℃的溫度。分離塔1內(nèi)存在的操作壓力通常為0.5至5巴,經(jīng)常為0.5至3巴,且在很多情況下為1至2巴。
參考標(biāo)記列表
1塔、分離塔
2塔體
3塔腔
4進(jìn)料口
5入口
6出口
7殼體
8塔盤
9支撐結(jié)構(gòu)
10支撐件
11突出物
12孔
13廢氣管線
14排出管線
15元件
16孔
17-1、17-2支撐件
17-1-1、17-1-2水平臂
17-2-1、17-2-2水平臂
17-1-3、17-1-3垂直臂
18孔