專利名稱：丙烯酸提純脫輕塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的丙烯酸提純脫輕塔。具體而言，本發(fā)明涉及塔下段采用大孔篩板，上段采用并流噴射塔板，并流噴射塔板數(shù)占總塔板數(shù)的20-80％。
背景技術(shù)：
丙烯酸及其酯是一種帶雙鍵的不飽和化合物，化學(xué)性質(zhì)十分活潑，擁有的乙烯基極易自聚或與其它單體共聚，其中丙烯酸的聚合速度比丙烯酸酯類要快的多，由于聚合反應(yīng)速度很快，又放出大量的熱量，一旦發(fā)生就很難控制，因此防止丙烯酸自聚是丙烯酸提純系統(tǒng)各裝置設(shè)計時需要首先考慮的問題。溫度是引發(fā)丙烯酸發(fā)生聚合反應(yīng)的最常見因素，溫度越高，越容易發(fā)生聚合反應(yīng)，聚合物發(fā)生的量就越大，因此在丙烯酸提純的生產(chǎn)操作中平穩(wěn)地控制在較低的溫度下操作是最重要的因素之一。
作為提純丙烯酸的典型方法，通常采用可與水共沸蒸餾的有機溶劑(稱其為共沸溶劑)使水脫水蒸餾，而后通過蒸餾進一步分離醋酸的方法。可用單個蒸餾柱同時分離兩種成分(稱其為“單柱法”)和用各自的蒸餾柱分離這兩種成分(稱其為“雙塔法”)。
雙塔法中，水和醋酸分別用蒸餾柱分離。第一步涉及的為脫輕塔，即利用甲苯與水、甲苯與醋酸共沸的性質(zhì)，用共沸蒸餾的方法，將水和多數(shù)醋酸從塔頂蒸出。利用甲苯與水的不溶性，在受液槽中靜置分層，將兩者分離，甲苯循環(huán)利用。第二步涉及醋酸分離裝置，醋酸可以從分離醋酸的蒸餾柱回收。
目前常用的脫輕塔均采用大孔篩板的結(jié)構(gòu)。由于丙烯酸聚合多發(fā)生在塔底及塔的提餾段，在進行該部分設(shè)計的時候采用便于清理的大孔篩板是恰當(dāng)?shù)?，但在不易發(fā)生聚合現(xiàn)象的精餾段也采用大孔篩板的設(shè)計，必然影響整個塔的效率，從而降低脫輕塔的處理能力。由于整個塔的效率不高，分離效果沒有達到最佳，在實際操作過程中，為了滿足塔底組成對醋酸含量的要求，只能采用提高塔底溫度的方法。但精餾塔在較高溫度范圍內(nèi)運行，發(fā)生聚合反應(yīng)的可能性增加，極易引起不必要的聚合反應(yīng)，影響塔的生產(chǎn)周期。另一方面，過高的操作溫度也使塔頂損耗的丙烯酸超過標(biāo)準(zhǔn)，不僅增加了丙烯酸生產(chǎn)的單耗，也對后續(xù)生產(chǎn)及廢水處理產(chǎn)生不利影響。
日本三菱株式會社在中國申請的發(fā)明專利“提純丙烯酸的方法”(公開號00101817)涉及用脫水柱將丙烯酸水溶液進行脫水蒸餾，使用理論塔板數(shù)至少為3塊塔板的蒸餾柱作為脫水柱，采用的塔板具體是篩板塔板、雙流動塔板或波紋篩板。其塔底溫度為83-92℃，醋酸含量大于2.0％，為2.3％。
發(fā)明概述本發(fā)明人在綜合考慮上述影響因素之后，提出在丙烯酸脫輕塔的下段仍采用大孔篩板，上段采用并流噴射塔板，并流噴射塔板數(shù)占總塔板數(shù)的20-80％的一種丙烯酸提純脫輕塔，這種塔的理論塔板數(shù)達到至少為4塊塔板。
并流噴射塔板有兩種類型有填料的并流噴射塔板和無填料的并流噴射塔板。可以使用無填料的并流噴射塔板，或在使用并流噴射塔板段的上部采用有填料的并流噴射塔板，下部分采用無填料的并流噴射塔板。
這種丙烯酸脫輕提純塔能有效地提高塔的分離能力，降低塔底溫度，降低能耗，減輕塔底丙烯酸的聚合傾向，減少丙烯酸的損耗，延長生產(chǎn)周期，從而提高塔的生產(chǎn)能力。
附圖簡述

圖1是并流噴射塔板傳質(zhì)機理圖。
圖2是并流噴射塔板汽液分離過程示意圖。
圖3是無填料的并流噴射塔板示意圖。
圖4是有填料的并流噴射塔板的示意圖。
圖5是丙烯酸提純脫輕塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
發(fā)明詳細描述本發(fā)明提供一種丙烯酸脫輕塔，在丙烯酸脫輕塔的下段仍采用大孔篩板，上段采用并流噴射塔板，并流噴射塔板數(shù)占總塔板數(shù)的20-80％，這種塔的理論塔板數(shù)達到至少為4塊塔板。
并流噴射塔板的傳質(zhì)機理如圖1所示，它是在板式塔的塔板上按一定的分布形式開設(shè)升氣孔，在升氣孔的上方安放傳質(zhì)單元體，氣體從塔板下方以一定的氣速通過升氣孔，塔板上的液體通過提液管與塔板之間的間隙被氣體提升，氣液并流通過提液管，在提液管內(nèi)高速湍動混合、傳質(zhì)，然后氣液并流進入填料中進一步強化傳質(zhì)，并完成氣液分離。分離過程示意見圖2。氣體靠壓差繼續(xù)上升，進入上一層塔板；液體基本以清液的形式回落到塔板上，沿流道進入降液管，下降到下一層塔板。氣液在每一層塔板上都進行上述過程，整個裝置從而在氣液總體逆流的情況下，實現(xiàn)多級并流操作。
圖3是無填料的并流噴射塔板示意圖。1指塔板的傳質(zhì)單元。圖4是有填料的并流噴射塔板的傳質(zhì)單元示意圖。有填料的并流噴射塔板是填料與塔板的復(fù)合體，靠填料實現(xiàn)傳質(zhì)，靠塔板實現(xiàn)多級并流。
填料可采用波紋陶瓷填料、金屬絲網(wǎng)波紋填料、陶瓷規(guī)整填料、金屬大波紋板。較好的是波紋陶瓷填料。這種填料根據(jù)氣體在規(guī)整流道內(nèi)的運動特點，在填料內(nèi)設(shè)置了多個脈沖區(qū)，在脈沖區(qū)，上升的氣流由傾斜上升方向改為垂直上升，阻力突然降低，然后又逐漸變?yōu)樾毕蛏仙?，這種阻力的由大變小再由小變大的過程形成了汽液兩相的一個脈沖運動。填料內(nèi)實現(xiàn)汽液的多次脈沖，加強填料內(nèi)汽液湍動，可以大幅度提高分離效率，降低阻力。
丙烯酸脫輕塔常采用大孔篩板。本發(fā)明的丙烯酸提純脫輕塔中，下段采用傳統(tǒng)的大孔篩板，上段則采用分離效果更好的并流噴射塔板，并流噴射塔板數(shù)占總塔板數(shù)的20-80％，較好的占總塔板數(shù)的40-60％。并流噴射塔板有兩種類型有填料的并流噴射塔板和無填料的并流噴射塔板?？梢允褂脽o填料的并流噴射塔板，或在使用并流噴射塔板段的上部采用有填料的并流噴射塔板，下部采用無填料的并流噴射塔板。
丙烯酸提純脫輕塔一般以進料口為界，進料口以上為精餾段，進料口以下為提餾段。本發(fā)明一個較好實施方案中，在丙烯酸提出脫輕塔的提餾段采用大孔篩板，在精餾段采用無填料的并流噴射塔板，在相同操作條件下，與總塔板數(shù)相同的大孔篩板的丙烯酸提純脫輕塔相比，理論塔板數(shù)提高30％。另一個較好實施方案中，提餾段仍采用大孔篩板，精餾段上部采用有填料的并流噴射塔板，下部采用無填料的并流噴射塔板，這種情況下，與總塔板數(shù)相同的大孔篩板的丙烯酸提純脫輕塔相比，理論塔板數(shù)提高近50％。
本發(fā)明下段為大孔篩板，上段為無填料并流噴射填料塔板或有填料的并流噴射塔板的丙烯酸提純脫輕精餾塔中，采用這樣的結(jié)構(gòu)可使塔內(nèi)壓差降低至6～7Kpa，塔底溫度降低至80～82℃，從而有效地防止或減少丙烯酸聚合，生產(chǎn)能力可提高40％以上。
例如，考慮到精餾段的下部也存在發(fā)生聚合反應(yīng)的可能，此處可在并流噴射塔板的基礎(chǔ)上采用無填料形式的并流噴射塔板，并適當(dāng)加高溢流堰高度，以增加塔板上液層厚度，增進汽液相接觸，提高分離效率。同時在傳質(zhì)單元頂部開孔，降低了塔內(nèi)壓力降，不但使操作可在較低的溫度范圍內(nèi)進行，而且提高了整個裝置的處理能力，使處理能力較大孔篩板型塔結(jié)構(gòu)提高了近40％，同時降低了塔頂丙烯酸的損耗。塔的示意結(jié)構(gòu)見圖5。圖5中，2指塔的在精餾段上部有填料的并流噴射塔板，3指在精餾段下部無填料的并流噴射塔板，4指塔的進料位置，5指提餾段，為大孔篩板。
在丙烯酸提純系統(tǒng)的脫輕裝置采用復(fù)合型塔板結(jié)構(gòu)，其優(yōu)越性在工業(yè)裝置已經(jīng)得到驗證。通過采用不同塔板組合方式，可以在丙烯酸脫輕過程中有效地防止丙烯酸發(fā)生聚合并在穩(wěn)定的操作條件下長時間的進行操作，擴大了裝置的處理能力。在脫輕裝置的總體設(shè)備結(jié)構(gòu)，包括塔高、塔徑、板間距、實際塔板數(shù)、進料出料位置等不改變的情況下，采用本發(fā)明的兩種塔板的復(fù)合結(jié)構(gòu)，較單一采用大孔篩板，其理論塔板數(shù)提高了近50％。
下面，通過具體裝置的實施例，詳細描述本發(fā)明。然而，必須說明的是本發(fā)明不局限于這些具體的實施例，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于不同物系的精餾、吸收系統(tǒng)。
實施例1丙烯酸提純脫輕塔總塔板數(shù)為21塊塔板，進料口在11和12塊塔板之間，塔的提餾段采用11塊開孔率在10～20％的大孔穿流式篩板，精餾段采用10塊并流噴射塔板(如圖3所示)，塔內(nèi)徑為1400mm。該塔板的傳質(zhì)單元體采用無填料結(jié)構(gòu)，目的是防止精餾段可能產(chǎn)生的少量聚合物堵塞塔板，若生成少量聚合物也便于清除，溢流堰高度為10mm。實施過程中，塔底醋酸的含量低于2％，塔頂丙烯酸的損耗小于2％，整塔的壓降6kpa左右，塔底的操作溫度在85℃左右。該塔的提餾段理論塔板數(shù)為2塊，精餾段理論塔板數(shù)為3塊，整塔理論塔板數(shù)達到5塊塔板，塔的處理能力從2500kg/h提高到3500kg/h，產(chǎn)品質(zhì)量完全合格。
實施例2在實施例1的基礎(chǔ)上，將精餾段上半部分的5塊無填料并流噴射塔板更換為有填料并流噴射塔板(如圖4所示)，其余5塊保持不變，并在傳質(zhì)單元體上部開孔，以便進一步降低裝置的壓降。同時為了增強氣液傳質(zhì)效果，將溢流堰高度提高到20mm。實施過程中，塔底醋酸的含量控制在2.％以下，塔頂丙烯酸損耗在1.5％以下，整塔的壓降保持6kpa左右，而塔底的溫度已經(jīng)控制在82℃以下。提餾段理論塔板數(shù)沒有變化，而精餾段理論塔板數(shù)增加到4塊，整塔的理論塔板數(shù)達到6塊塔板，在此操作條件下，裝置的處理能力超過3500kg/h，生產(chǎn)周期達到120天以上。
實施例3在實施例1的基礎(chǔ)上，將提餾段上部靠近精餾段的3塊大孔篩板更換為無填料并流噴射塔板，精餾段仍采用10塊并流噴射塔板，實施過程中，塔底醋酸的含量控制在1.5％以下，塔頂丙烯酸損耗在1.0％以下，整塔的壓降保持6.5kpa左右，而塔底的溫度控制在83℃。整塔的理論塔板數(shù)為7塊塔板，在此操作條件下，裝置的處理能力超過3500kg/h，生產(chǎn)周期達到120天以上。
實施例4在實施例1的基礎(chǔ)上，將精餾段下部靠近提餾段的2塊并流噴射塔板篩板更換為大孔篩板，提餾段仍采用11塊大孔篩板。實施過程中，塔底醋酸的含量控制在2％以下，塔頂丙烯酸損耗在2％以下，整塔的壓降保持6kpa左右，而塔底的溫度已經(jīng)控制在82℃以下。整塔的理論塔板數(shù)達到5塊塔板，在此操作條件下，裝置的處理能力達到3500kg/h，生產(chǎn)周期達到120天以上。
比較例1在實施例1的基礎(chǔ)上，塔的提餾段、精餾段均采用開孔率在10～20％的大孔穿流式篩板，共21塊塔板，塔內(nèi)徑1400mm，控制塔底的醋酸含量低于2％，則整塔的壓降為8kpa，塔頂損耗丙烯酸大于2％，塔底的操作溫度達到88℃以上，給平穩(wěn)操作帶來極大問題。該塔的提餾段和精餾段的理論塔板數(shù)分別為2塊，整塔理論塔板數(shù)為4塊塔板，裝置的處理能力僅有2500kg/h，若繼續(xù)加大處理量，則塔底醋酸含量超過控制指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)的塔板嚴(yán)重制約丙烯酸脫輕裝置產(chǎn)能的擴大，采用新型復(fù)合式塔板結(jié)構(gòu)勢在必行。
比較例2日本三菱株式會社申請的專利“提純丙烯酸的方法”(公開號CN 1266050A)中采用的塔板具體可以是篩板塔板、雙流動塔板或波汶篩板塔板。在實施例中使用的是波汶篩板塔板，塔內(nèi)徑1000mm，處理能力1100kg/h。塔釜的溫度控制在83℃～92℃，塔釜醋酸含量2.3％，塔頂壓力105mmHg，理論塔板數(shù)僅為3。此申請采用的塔板類型、塔的操作參數(shù)、物料的指標(biāo)基本同比較例1相同，這也就是目前常用的丙烯酸提純的脫輕裝置。
表1采用不同塔板結(jié)構(gòu)的丙烯酶提純脫輕塔
*原專利申請文本中未有列出從上述實施例和比較例顯然可以看出，當(dāng)采用本發(fā)明的塔進行提純操作時，理論塔板數(shù)提高了近50％。操作可以在穩(wěn)定的條件下連續(xù)進行至少120天，并使裝置的處理能力提高了40％。試驗證明，采用多種塔板結(jié)構(gòu)的提純裝置具有以下特點(1)處理能量大，塔板上氣液混合物并流通過提液管，從上部填料層流出，氣液分離性能好，充分利用了塔板間空間?？墒寡b置的處理能力提高40％以上。
(2)塔底溫度低。該裝置同采用大孔篩板的塔比較，具有較低的塔底操作溫度，可以使裝置內(nèi)丙烯酸的聚合傾向降低，延長生產(chǎn)周期。同時可降低丙烯酸的損耗。
(3)板壓降低。采用多種塔板結(jié)構(gòu)，因具有較大的開孔與開孔率，氣體處理量相同時，其干板壓降小；同時，氣體不穿過液層，只是把液體向上吹成液滴并通過填料層，所以濕板壓降也不高。
(4)耐堵塞。大孔篩板和并流噴射塔板都具有較大的開孔與開孔率，氣液在提液管內(nèi)高速并流，因此具有很高的抗堵塞性。同時考慮裝置不同位置聚合現(xiàn)象發(fā)生的可能性不同，采用篩板、無填料并流噴射塔板、有填料并流噴射塔板分布于裝置不同位置。針對丙烯酸物系易聚合的特點，塔板傳質(zhì)單元頂部的填料采用波紋陶瓷填料，使塔板具有更好的耐堵塞性。
應(yīng)該理解，上面描述的僅僅是本發(fā)明的較佳實施方案，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在上述描述的基礎(chǔ)上做出不偏離本發(fā)明實質(zhì)的變動。因此，本發(fā)明的保護范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種丙烯酸提純脫輕塔，其理論塔板數(shù)至少為4塊塔板，塔下段采用大孔篩板，上段采用并流噴射塔板，并流噴射塔板數(shù)占總塔板數(shù)的20-80％。
2.如權(quán)利要求1所述的丙烯酸提出脫輕塔，其特征在于所述并流噴射塔板的塔板數(shù)占總塔板數(shù)的40-60％。
3.如權(quán)利要求1所述的丙烯酸提純脫輕塔，其特征在于在所述并流噴射塔板包括無填料的并流噴射塔板和有填料的并流噴射塔板。
4.如權(quán)利要求1所述的丙烯酸提純脫輕塔，其特征在于在塔的提餾段采用大孔篩板，在精餾塔段采用無填料的并流噴射塔板。
5.如權(quán)利要求4所述的丙烯酸提純脫輕塔，其特征在于在所述精餾段上部采用的并流噴射塔板是有填料的并流噴射塔板，在其下部分采用的是無填料的并流噴射塔板。
6.如權(quán)利要求5所述的丙烯酸提純脫輕塔，其特征在于所述填料是選自波紋陶瓷填料、金屬大波紋板、金屬絲網(wǎng)波紋填料、陶瓷規(guī)整填料的填料。
7.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的丙烯酸提純脫輕塔，其特征在于所述并流噴射塔板的傳質(zhì)單元頂部開孔。
8.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的丙烯酸提純脫輕塔，其特征在于所述并流噴射塔板的溢流堰高度為10-20mm。
全文摘要
提供一種下段采用大孔篩板和上段采用并流噴射塔板的丙烯酸提純脫輕塔，這種塔能有效地提高塔的分離能力，降低塔底溫度，降低能耗，減輕塔底丙烯酸的聚合傾向，減少丙烯酸的損耗，延長生產(chǎn)周期，從而提高塔的生產(chǎn)能力。
文檔編號C07C57/04GK1477092SQ0213661
公開日2004年2月25日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者唐勇, 鄭相潮, 藍仁水, 印俊, 唐 勇 申請人:上海高橋石化丙烯酸廠, 天津市新天進科技開發(fā)有限公司