丙烯酸精制系统的优化

第39卷第7期上海化工2014年7月Shanghai Chemical Industry丙烯酸精制系统的优化韩炜上海华谊(集团)公司(上海200025)摘要丙烯酸精制是丙烯酸生产中的关键步骤。通过实验找到复配共沸溶剂,在工业生产装置上进行试验,将得到的试验数据与新技术应用前的工况进行比较证实使用复配溶剂用于丙烯酸精制是有效的优化了生产过程中丙烯酸精制系统。关键词丙烯酸精馏塔精制中图分类号TQ225131目前工业生产中,丙烯酸精制通常采用甲苯为(3)与丙烯酸不形成共沸,两者容易蒸馏分离。溶剂与水形成均相共沸物,共沸精馏后脱除丙烯酸2模拟实验粗液中的水分。甲苯与水、醋酸形成共沸物,且甲苯与水可以自行分层,便于甲苯的循环使用。典型的共首先通过查阅大量国外专利、文献资料以及各沸脱水法精制丙烯酸水溶液的工艺流程为三塔流类溶剂手册,从专利权利要求书、专利说明书、溶剂程,如图1所示。手册所提及的几百种共沸剂中选取了可与水及醋酸形成较佳共沸组成的二十几种共沸剂,这些共沸剂涉及了芳烃、烷烃、卤代芳烃、卤代烷烃、酯、酮、醇等七大类。在此基础上,以脱水率、脱醋酸率为考核依康水萍出据,分别进行了各个溶剂的共沸精馏实验,并以单甲苯的实验效果作为对比参照。经过一段时间的研究和试验后,找到了一种共沸剂——A溶剂,它能与水、醋酸形成均相共沸物并且其与甲苯的复配溶剂的脱醋酸效果比单一甲苯C10c-2c30好,同时其物性与甲苯相近,低毒性,对设备腐蚀性图1丙烯酸精制工艺流程不强。因此,小试实验主要尝试用该复配溶剂进行丙烯酸水溶液的脱轻提纯考察其实际的脱水、脱醋酸技术研究过程效果以及与丙烯酸分离的难易程度,并在此基础上以上海华谊丙烯酸有限公司目前使用的甲苯共考察该体系用于工业化生产的可行性。希望通过该沸脱轻的丙烯酸精制技术为基础,改进现有的共沸体系在工业生产装置上的应用,提高脱水塔的脫醋精馏技术为突破口,研究开发更高效的、具有自主知酸效果,从而降低脱醋酸塔的脱醋酸负荷,提高整个识产权的丙烯酸精制新技术。本技术研究的理论依系统的脱轻能力据是共沸精馏,通过向原溶液中加入共沸剂依靠其21实验流程作用改变原溶液中组分间的相互作用,使关键组分实验流程示意如图2所示间的相对挥发度增大,进而使分离由难变易选用的2.2模拟C-210蒸馏实验共沸剂要求根据生产装置工业化精制丙烯酸的实际情况,(1)与水共沸,易使丙烯酸水溶液脱水;首先模拟C-210塔脱水、脱醋酸的蒸馏实验——加(2)与醋酸形成共沸,可使丙烯酸与醋酸易于人的溶剂在模拟C-210塔中分别与粗丙烯酸中的分离;水、醋酸形成i日杖料,经静置分中国煤化工CNMHG作者简介:韩炜男1977年生工程师工程硕士研究方向:化学工程上海化工第39卷23模拟C-220蒸馏实验取生产装置C-20塔釜液,根据甲苯与溶剂A配比10:1在模拟C-210塔的分离结果,配制成含甲苯13%、溶剂A3%、醋酸23%的溶液,以及含甲8苯16%、醋酸2.3%的溶液,进行模拟C-220的脱醋酸实验,进料量控制在160gh左右,塔釜/塔顶的切割比大约为60:40。实验结果见表2。表2模拟C-220塔连续蒸馏数据甲苯与A顶温底温压力塔釜液/%塔顶液隔%1213的质量比/℃/℃/ kPa H-O ACA TOL A ACA AA单一甲苯708780070.25003059050.3510:1708780.070.100.0206.10522116注:A为溶剂;ACA为醋酸;TOL为甲苯1—物料桶;2——进料计量泵;3—阻聚剂泵;4—冷凝从表2的数据可以看出,溶剂A经过C-220的器;5—精馏段;6-—冷却水;7——受液罐;8-分层罐;蒸馏,可以被脱除,因此不会被带入产品丙烯酸中而9—回流计量泵;10—出料流量计a;11—-出料流量计影响产品纯度;塔顶蒸出的物料中,丙烯酸、醋酸的b:12水相接受罐:13—油相接收罐;14—真空泵;含量基本接近;且塔釜的操作条件与单一甲苯作共15——塔釜循环泵;16—物料桶图2丙烯酸实验流程示意图沸蒸馏时的条件相近,温度基本在87℃左右。24溶剂与水的分离时间实验层,形成水相和溶剂相溶剂相经过计量又作为塔顶按溶剂:水=6:1配制420g的两个样品,其回流;塔釜液经计量进入C-220塔进一步脱醋酸。中溶剂分别是纯甲苯及甲苯与溶剂A质量比为10取丙烯酸粗水溶液从塔中进料,控制进料量在:1的溶剂。分别将两个样品充分混合3min后,静63gh左右,溶剂进料量为105gh左右;塔釜温度分层,进行溶剂与水的分离时间实验。控制在82-84℃之间塔顶压力控制在14kPa2分别静止分层后,两个样品均是溶剂在上层,水在下做了单一甲苯、甲苯与溶剂A质量比分别为10:1、层。分别对水相和溶剂相进行分析,实验数据见表20:1的共沸蒸馏实验。实验结果见表1。3表1模拟C-210塔连续蒸馏数据表3分离实验数据塔顶水甲苯与A顶温底温压力塔釜液‰%的质量比/℃/℃kPa相脱水脱醋组成含纯甲苯溶液/%含复配溶剂溶液%酸率率/%H,O94.8294.73H2O ACA AA4.63单一甲苯40.3825140.053.60143998944.00水相TOI0:140.582.3140.092.441.4199.8160.9020:139.683140.073.1609999.855023H,O注:A为溶剂;ACA为醋酸;AA为丙烯酸ACA0.15溶剂相91.19从表1的数据可以看出,复配溶剂的脱水率与单一甲苯相近;在相似的温度与压力以及相近的丙烯酸带出率情况下,复配溶剂的配比在10:1时,脱从表3可见,两种溶液水相中溶剂的含量以及醋酸效果从单一甲苯的4%提高到09%:复配溶溶剂相中的有山中国煤化工混合溶剂的溶剂的配比在20:1时,脱醋酸效果介于单一甲苯与液与含纯甲CNMHG速出现分层的10:1的复配溶剂之间。现象可以确定,溶剂A仔在(孩10:1的配比)并第7期韩炜:丙烯酸精制系统的优化17不影响混合溶液水相与油相的分离。时塔釜醋酸维持在3.5%左右。使用新的复配溶剂共25结论沸精馏体系后,C-210塔脱醋酸的能力有所提高。(1)甲苯与溶剂A的复配溶剂在10:1的比例下进行丙烯酸水溶液的共沸精馏时,可以具有比单一甲苯更好的脱醋酸效果(脱醋酸效果从单一甲应用后苯的4%提高到609%),这有利于降低C-220脱应用前醋酸塔的脱醋酸负荷25·…(2)加入的溶剂A在C-220塔中可以被脱除而不会对产品纯度造成不利影响采祥点数(3)溶剂A的存在(按10:1的配比)并不影图4新技术应用前后C-210塔釜醋酸含量比较响混合溶液水相与油相的分离。新技术应用前后C-220塔釜醋酸含量比较见综上所述,甲苯与溶剂A的复配体系(10:1)图5。从图5可以看出,在C-210塔进料量、塔顶回可以应用于丙烯酸生产装置的精制系统进行工业化流量、塔釜温度等操作条件保持不变的情况下,随着试验。C-210塔釜醋酸含量的降低,C-220中的醋酸也有3工业装置试验较为明显的下降(约0.2%),而使用单一甲苯共沸精馏时塔釜醋酸维持在0.3%左右。说明使用新的复配3.1生产装置工艺流程图(见图1)溶剂共沸精馏体系后,因为C-210塔脱醋酸能力的32新老技术脱轻能力比较提高,使得C220塔的脱醋酸负荷下降,该塔塔顶内在工业化试验过程中,为了与应用新技术前的回流至C-210的物料中醋酸和丙烯酸的含量下降,数据加以比较,始终稳定脱轻塔C-210进料量在从而使C-210的脱醋酸负荷进一步降低,使得整个10.5h情况下,测试复配溶剂的共沸精馏情况。系统形成良性循环。另外通过分析数据看出,使用新在C-210塔进料量稳定的情况下,将新技术应的复配溶剂共沸精馏体系后,C-220塔釜溶剂A含用前后逐项生产运行数据对比并作图,从而验证新量为0,说明加入的溶剂A不会被带到产品塔技术效果。新技术应用前后C-210塔釜水含量比较C-230塔中,因而不会对产品纯度造成不利影响见图3。从图3可以看出,在C-210塔进料量、塔顶回流量、塔釜温度等操作条件保持不变的情况下,使用新的复配溶剂共沸精馏体系后,塔釜水含量仍能保持在001%-05%之间,脱水效果与使用单一甲a":::,…◆应用后二面趣应用前苯共沸精馏时基本保持相同。采样点数还0.04应用前图5新技术应用前后C-220塔釜醋酸含量比较0.030.02新技术应用前后丙烯酸产品纯度比较见图60.01从图6可以看出,在C-210塔进料量、塔顶回流量、101520253035塔釜温度等操作条件保持不变的情况下,使用新的采样点数复配溶剂共沸精馏体系后,C-230塔顶产品纯度基图3新技术应用前后C-210塔釜水含量比较本维持在996%,而使用单一甲苯共沸精馏时产品新技术应用前后C-210塔釜醋酸含量比较见纯度在9955%左右。使用新的复配溶剂共沸精馏体图4。从图4可以看出,在C-210塔进料量、塔顶回系后,由于系统脱醋酸能力的提升,使得最终产品的流量塔釜温度等操作条件保持不变的情况下,使用纯度有所提高厂中国煤化工新的复配溶剂共沸精馏体系后,C-210塔釜醋酸含对新技朴ICNMHG数据进行对量基本维持在25%左右,而使用单一甲苯共沸精馏比,结果见表4上海化工第39卷从表4、图3-6可以看出,在C-210进料量、塔顶回流塔釜温度基本接近的情况下,使用新的复配溶剂共沸精馏体系后,可以得出以下结果:(1)脱水效果与单一甲苯共沸精馏时相同(2)C-220塔釜不含溶剂A,因此,加入的溶剂A不会被带到产品塔C-230塔中,因而不会对产品采样点数纯度造成不利影响;图6新技术应用前后丙烯酸产品纯度比较(3)C-210塔脱醋酸的能力提高,塔釜醋酸含表4新技术应用前后对比数据C-210进料C-210回流C-210釜温C-210C-220C-230th)/th2)℃釜H0O%釜ACA%顶A%釜ACA%顶ACA%顶AA%顶AA/%新技术应用前10.5325784040033.601.280.275.2447.599955使用新技术后10.531.950.032.74l.190.203.9843.249962新技术改进的效果(%)-24259-240.07量比以前下降了24%;定量的溶剂A即可,在生产操作上切实可行。(4)同时,随着C-210塔醋酸的降低,C-22042技术经济性分析中的醋酸也有较为明显的下降—下降了259%根据试验得出结果,使用复配共沸剂后,C-210使得该塔的脱醋酸负荷下降,表现在该塔塔顶回到塔脱醋酸的能力得以提高,塔釜醋酸含量较使用前C-210的物料中醋酸及丙烯酸的含量分别下降了降低了24%;同时,随着C-210塔醋酸含量的降低,24%及9.1%,从而使C-210的脱醋酸负荷进一步降C-220中的醋酸含量也降低了259%,使得该塔的低,整个系统形成了良性循环;脱醋酸负荷下降,表现在该塔塔顶回到C-210的物(5)产品丙烯酸的纯度也得到了提高料中醋酸及丙烯酸的含量分别下降了24%及9.1%,3.3小结从而使C-210的脱醋酸负荷进一步降低,整个系统使用甲苯与溶剂A的复配体系精制丙烯酸水形成了良性循环;产品丙烯酸的纯度也得到了提高溶液,比原来使用单一甲苯提纯技术具有更好的脱以上调整结果不但提升了丙烯酸精制系统的精醋酸效果:在C-210塔10.5h进料的情况下,塔釜馏效果,提高产品纯度,而且因为系统精制效果的提脱醋酸效果可以提高24%,而塔顶的丙烯酸损耗基升,减少了系统内部循环量,这样在进料量相同的前本不变。由此减轻了C-220的脱醋酸负荷,表现在提下,不论是塔釜再沸器的蒸汽加入量还是塔顶冷该塔回C-210的物料中,醋酸含量下降了24%,丙凝器的冷却水用量均有一定程度的减少,为系统节烯酸含量下降了9.1%,从而可进一步减轻C-210塔约能耗起到作用。但这部分节约量并不直观,在此不的脱醋酸负荷,整个系统形成良性循环;产品纯度也做计算。得到了提高。从试验数据可以看出,新技术使用后,C-210塔4装置运行技术经济性分析顶废水中丙烯酸含量下降7%,按照丙烯酸产量3.6万ta计算,则每年从废水中少跑损丙烯酸324t,丙4.1工业生产操作可行性烯酸按照市场价10000元/吨价格计算,则一年可根据实验结果,将甲苯与溶剂A的复配共沸剂节约成本324万元。而复配溶剂A价格与甲苯溶剂(10:1)应用于丙烯酸生产装置的精制系统,试验过价格几近相同,故该部分节约成本即为该新技术的程中,因系统原使用单一甲苯共沸剂,为了做到复经济性。配,将溶剂A通过D-211塔顶受液罐(如图1所示)中国煤化工真空抽吸入系统,达到与甲苯混合的目的。在系统开5结论CNMHG车阶段,只需在使用甲苯的同时按比例要求混入(1)使用甲苯与溶剂A的复配溶剂精制丙烯第7期韩炜:丙烯酸精制系统的优化酸水溶液不会对产品纯度造成不利影响,产品中不升了丙烯酸精制系统的精馏效果,提高产品纯度,而含有溶剂A杂质。且因为系统精制效果的提升,减少了系统内部循环(2)使用复配溶剂精制技术不会造成C-210量,降低了能源消耗。同时降低废水中丙烯酸的跑损塔顶丙烯酸损耗的增加。量,每年可节约成本超过32.4万元。(3)相对于单一甲苯作溶剂共沸脱轻而言,使综上所述,使用甲苯与溶剂A的复配溶剂用干用复配溶剂共沸脱轻一方面具有相同的脱水效果,丙烯酸脱轻精制是有效的,已成功地通过了工业化另一方面具有更好的脱醋酸效果,使得系统内的醋试生产。因此,甲苯与溶剂A复配溶剂可以长期应酸含量减少,从而提高整个精制系统的处理能力,使用于丙烯酸水溶液脱轻精制的工业化生产。丙烯酸产品纯度提高,又可为企业带来更多的效益(4)通过技术经济性分析,使用新技术不但提收稿日期:2014年3月The Optimization of Acrylic Acid Refining SystemHan WeiAbstract: Acrylic acid refining is an important step in acrylic acid production. Obtained the compound azeotropicsolvent through experiments and applied it in the industrial production plant. Compared the experimental data with thedata before using new technology, demonstrating that the compound azeotropic solvent was effective for acry lic acid refin-ing, and it could optimize the acrylic acid refining system during production processKey words: Acrylic acid; Distillation tower; Refining浙江丰利天然石墨球化设备入选2014浙江省新产品最近,浙江科技厅公布了2014断向小型化、轻量化发展,对电池能同时完成球形石墨超微粉体的年第一批浙江省新产品计划项目及电池材料的能量密度和容量提粉碎、整形。名单,国家高新技术企业——浙江出了越来越高的要求,对石墨的细该生产线将每道工序通过先丰利粉碎设备有限公司研发的9度、粒度分布及杂质含量也提出了进的工艺有机结合,采用独特的整种超微粉碎设备入选,天然石墨球更高的要求。形及分级技术,能使产品粒度分布化设备是其中一项。虽然我国天然石墨深加工技集中,加工后的产品球化程度高、浙江省新产品是指在全省范术进展很快,但也存在不少缺陷,振实密度高、粒度分布窄,质量稳围内采用新技术原理、新设计构如成品回收率低、粒度分布不均定。生产线采用全自动控制,操作思、研制开发的全新型产品,具有匀、球形度不好等,而且大多数为简便,大大降低了能耗,提高了生先进性、新颖性和适用性,是创新单机小样生产,未能形成规模化发产效率。性强、技术含量高、市场前景好的展。随着新材料、新能源产业的迅目前,该生产线已在我国的石高新技术领域产品。猛发展,现有的石墨球形化设备已墨集产地黑龙江、内蒙古、天津、河石墨是国家战略性稀缺资源,经不能满足市场的需求。南、江西、广东、山东、河北等省市石墨产业是国家战略性新兴产业。为此,浙江丰利粉碎设备有限的加工企业中广泛使用,同时远销近年来,随着电子信息、新能源、环公司在已有粉碎技术的基础上,通德国、瑞士、巴西、日本等国,成为保、航空航夭等高科技产业的迅猛过对国外设备的研究和自身的实海内外石墨球形化领域效率更高,发展,石墨在高精尖领域得到越来践摸索,开发岀针对锂离子电池用运用更广的成套设备。越广泛的应用。尤其是电子产品不球形石墨负极材料的专用生产线,中国煤化工CNMHG