专利名称：：一种隔壁共沸精馏塔提纯丙烯酸的工艺方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种共沸精馏工艺方法及装置，具体是指一种利用隔壁共沸精馏塔提纯丙烯酸的新型工艺方法及装置，本发明可实现将丙烯酸脱水、脱醋酸和夹带剂回收集成到同一个塔内进行。
背景技术：
：丙烯酸主要用于生产水溶性涂料和胶粘剂用的共聚单体丙烯酸丁酯和乙酯以及用于生产高吸水性树脂。粗(未精制)丙烯酸几乎都用于生产丙烯酸酯(最重要的有丁酯、甲酯、乙酯和2-乙基己基酯)以及涂料、造纸、纺化、粘结剂和油墨工业用其他衍生物。冰丙烯酸主要用于生产超级吸水剂聚合物(高吸水性树脂，SPA)以及洗涤剂聚合物，少量用于生产聚丙烯酸酯，用作增稠剂、分散剂和流变控制剂。工业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(质量分数3560%)，主要含有醋酸杂质，此外还含有少量的甲醛、丙烯醛、丙酸和丙烯酸二聚物等副产物，这类物质极性强，又含有氢键，极易发生缔合作用，因此导致丙烯酸的提纯较困难。丙烯酸水溶液的分离纯化主要有两种工艺流程溶剂萃取法和共沸脱水法。中国专利CN1683309A公开了一种共沸与萃取精馏相结合提纯(甲基)丙烯酸的方法。选用一种疏水性的、并能与水形成共沸物的化合物作为溶剂，整个工艺流程中至少包含萃取塔、脱轻组分塔、粗馏塔和精制塔等四个塔。将(甲基)丙烯酸萃取提浓、脱水(脱醋酸)与(甲基)丙烯酸共沸精馏脱水(脱醋酸)、纯化有机的整合在一起，将(甲基)丙烯酸萃取剂与共沸脱水(脱醋酸)剂合二为一，(甲基)丙烯酸共沸精馏脱水(脱醋酸)部分成为萃取提浓部分溶剂再生过程的一部分。该工艺流程与常规共沸精馏工艺流程相比，生产周期长，生产的丙烯酸纯度高，但是其能耗和设备投资费用较大。中国专利CN1535948A公开了一种新型的丙烯酸提纯方法，使用四氯乙烯单一共沸剂或四氯乙烯、芳香烃复配共沸剂，在采用并流喷射塔板的脱轻塔内，共沸精馏脱除丙烯酸水溶液中的水、醋酸。该工艺方法具有较高的脱水率、脱醋酸率及较低的丙烯酸带出率，并通过共沸剂返回塔釜的方法控制塔釜共沸剂含量，以保持塔釜操作温度在较低范围之内，从而降低丙烯酸的聚合倾向，减少丙烯酸的损耗，延长生产周期。中国专利CN1546453A公开了一种纯化丙烯酸的方法，使用新型的有机萃取剂将丙烯酸从其水溶液中分离出来，然后通过共沸精馏方法除去轻组份如水和醋酸，有机萃取剂包括甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸异丁酯、丙酸乙酯、二异丁酮、异佛尔酮、甲基苯基醚或它们的混合物，优选甲苯与醋酸异丁酯的复配混合物，其中甲苯和醋酸异丁酯的质量比范围是1:11:50，优选为1:21:12。该工艺方法具有较高的脱醋酸率及较低的丙烯酸带出率，可获得纯度高于99%的丙烯酸，并且可使丙烯酸的精制流程大大縮短，克服了己有技术中工艺流程长的缺陷。美国专利US7189872公开了一种从丙垸、丙烯或丙烯醛汽相催化氧化法制得的丙烯酸水溶液中提纯丙烯酸的方法。在丙烯酸水溶液中加入夹带剂，送入到脱水塔中，废水由塔顶排除，在塔底得到含少量醋酸的粗丙烯酸。粗丙烯酸首先进入低沸点杂质脱除塔除去其中的醋酸等物质，然后进入高沸点杂质脱除塔除去其中的高沸点物质，从而得到高纯度的丙烯酸产品。此外，可能会出现醛类物质在已提纯的丙烯酸中转化为重杂质的现象，需进一步分离提纯。此法可连续稳定生产，但是设备投资太大，且能耗很高。美国专利US6084127公开了一种采用共沸精馏法从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，该方法采用A(丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯等)和B(二甲苯、庚垸等)的混合物作为夹带剂或者单独使用A作为夹带剂，采用四塔流程操作，丙烯酸产率较高，但是流程较长，操作费用高。日本专利JP-A-10-120618公开了一种提纯丙烯酸的方法。该方法采用共沸脱水塔和脱醋酸塔双塔操作，由共沸脱水塔塔底采出的物流送入脱醋酸塔进一步脱除醋酸，在脱醋酸塔塔底获得丙烯酸产品，塔顶物流返回进料管线继续脱除醋酸。此方法中，为了提高醋酸的分离效率，共沸脱水塔塔底液体先被冷却，然后再送入脱醋酸塔中，但是并没有改善共沸脱水塔内丙烯酸的聚合状况。美国专利US4021310公开了一种在阻聚剂存在的条件下精馏提纯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，该阻聚剂为复配组分，包括A(对苯二酚、甲酚、二苯胺、苯酚、硫代二苯胺和亚甲蓝等其中的至少一种)、B(二甲基二硫氨基甲酸酯铜、二乙基二硫氨基甲酸酯铜和二丁基二硫氨基甲酸酯铜其中的一种)和C(分子氧)。使用大量的阻聚剂可能会完全地阻止丙烯酸的聚合，但是在经济上却不可行，并且会产生设备腐蚀和废水处理等问题。上述专利中，有的流程复杂、投资费用较高，有的有腐蚀性、能耗较高，利用本发明中的隔壁共沸精馏塔技术可有效解决上述问题。隔壁共沸精镏塔是将共沸精馏过程应用于隔壁塔中，是一种高度集成的化工生产装置。在隔壁共沸精馏塔中，丙烯酸由塔釜采出，废水和大部分醋酸作为水相由分相器排出系统，侧线精馏段顶部采出液返回进料管线，在一个塔内同时完成丙烯酸脱水、脱醋酸和夹带剂回收等任务，并且能够控制塔釜温度在85'C左右，有效地减缓了塔釜中丙烯酸的聚合反应，同时，本发明省去了一个精馏塔与一个再沸器，且避免了常规流程中的返混效应，该过程的热力学效率较高，因此可以有效地降低能耗和设备投资，提高经济效益。
发明内容本发明的目的是提供一种利用隔壁共沸精馏塔提纯丙烯酸的工艺方法及装置。本发明将丙烯酸脱水、脱醋酸和夹带剂回收集成到同一个塔内进行，可以直接得到高纯度的丙烯酸，简化了一般常规共沸精馏流程，有效地降低了能耗和设备投资费用。本发明为实现其目的所采用的装置为隔壁共沸精馏塔(1)，即在常规精馏塔内垂直方向上设置一块从塔的上部延伸至塔的下部的隔壁(5)，隔壁(5)右侧顶部封闭。由于隔壁(5)的加入，隔壁共沸精馏塔(1)分为四个区域，包括精馏段(I)，提馏段(11)，侧线精馏段(III)和公共提馏段(IV)。隔壁(5)为偏心或中心设置，使提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为0.5:110:1。隔壁共沸精馏塔(1)可以是板式塔、填料塔或两者的任意组合。本发明所述的方法为含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部进入塔内，其中的轻组分(水、醋酸)和夹带剂形成共沸物由塔顶蒸出，塔顶蒸汽进入冷凝器(2)冷凝后，进入分相器(3)内，在分相器(3)内分为两相液体，有机相(夹带剂)回流，水相(含水、醋酸)排出系统，补充夹带剂由分相器(3)进料，该夹带剂可以是醚类，如异丙基醚；脂肪烃，如庚烷；芳香烃，如二甲苯；脂类，如异丁酯；酮类，如甲基正丙基酮；卤代烃，如四氯乙烯；还包括以上不同种类夹带剂的复配溶剂芳香烃和卤代烃复配溶剂，如甲苯和四氯乙烯混合物；脂类和芳香烃复配溶剂，如异丁酯和二甲苯混合物；脂类和脂肪烃复配溶剂，如丙烯酸乙酯和庚垸混合物等。部分汽相物流由隔壁(5)底部进入侧线精馏段(III),经其精馏作用除去所含的丙烯酸，在侧线精馏段(III)顶部得到含少量丙烯酸的混合物流，返回进料管线回收利用，在公共提馏段(IV)底部获得高纯度的丙烯酸产品。隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(m)，进入提馏段(ii)与侧线精馏段(in)的汽相质量流量之比在0.8:19:1之间。塔顶温度为3550°C，塔顶压力为1020KPa，塔釜温度为8090。C，分相器温度为4050。C。本发明中塔底丙烯酸质量分数达99%以上，夹带剂几乎全"部回收利用，达到同样的产品纯度所需能耗比常规共沸精馏流程节省10%30%,设备投资节省20%45%。图1隔壁共沸精馏塔流程提纯丙烯酸示意图图2常规共沸精馏流程提纯丙烯酸示意图其中，i为精馏段，n为提馏段，in为侧线精馏段，iv为公共提馏段，i为隔壁共沸精馏塔，2、4、7、11为冷凝器，3、8为分相器，5为隔壁，6、10、13为再沸器，9为脱轻塔，12为脱醋酸塔具体实施方案下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明不受实施例的局限。实例1:如图1所示流程。隔壁共沸精馏塔(1)采用塔径为1200mm的板式塔，塔高18000mm,区域(I)(IV)的塔板数分别为14、15、15、4,提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为3.17:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(III)，进入提馏段(II)与侧线精馏段(III)的汽相质量流量之比为3.38:1。以二甲苯为夹带剂，原料含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部第14块板(从上往下数，下同)进入塔内，补充夹带剂由分相器(3)加入。塔顶温度为38.7。C，塔釜温度为85.8。C，分相器(3)温度为45.(TC，塔顶压力为14.2KPa。各进料或采出物流流量及组成见表l。表1实例1各物流流量及各组分的质量分数<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实例2:如图1所示流程。隔壁共沸精馏塔(1)采用塔径为1200mm的板式塔，塔高18000mm，提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为0.89:1，区域(I)(IV)的塔板数如实例1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(ffl)，进入提馏段(II)与侧线精馏段(III)的汽相质量流量之比为0.97:1。以甲苯和四氯乙烯复配溶剂为夹带剂，甲苯和四氯乙烯质量比为3:1,原料含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部第14块板进入塔内，补充夹带剂由分相器(3)加入。塔顶温度为38.7'C，塔釜温度为85.8'C，分相器(3)温度为45.rC，塔顶压力为13.9KPa。各进料或采出物流流量及组成见表2。表2实例2各物流流量及各组分的质量分数<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实例3:如图1所示流程。隔壁共沸精馏塔(1)采用塔径为1400mm的填料塔，塔高14000mm，区域(I)(IV)的填料高度分别为3200mm、3500國、3200腿、1200mm，提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为2.45:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(m)，进入提馏段(II)与侧线精馏段(III)的汽相质量流量之比为2.08:1。以异丙基醚为夹带剂，原料含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部进入塔内，补充夹带剂由分相器(3)加入。塔顶温度为43.2。C，塔釜温度为86.3。C,分相器(3)温度为44.6°C，塔顶压力为14.0KPa。各进料或采出物流流量及组成见表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实例4:如图l所示流程。隔壁共沸精馏塔(1)采用塔径为1200mm的板式塔，塔高18000ram，各区域的塔板数同实例1，提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为2.88:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(III),进入提馏段(II)与侧线精馏段(III)的汽相质量流量之比为2.59:1。以甲基正丙基酮为夹带剂，原料含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部第14块板进入塔内，补充夹带剂由分相器(3)加入。塔顶温度为38.3°C，塔釜温度为84.6"C，分相器(3)温度为45.2°C,塔顶压力为14.3KPa。各进料或采出物流流量及组成见表4。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实例5:如图1所示流程。隔壁共沸精馏塔(1)采用塔径为1600mm的塔板和填料混合塔，塔高16000mm，其中精馏段(I)和公共提馏段(IV)采用板式塔，塔板数分别为14和4;提馏段(II)与侧线精馏段(III)釆用填料塔，填料高度均为3000mm，提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为3.05:1。隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(III)，进入提馏段(II)与侧线精馏段(III)的汽相质量流量之比为3.12:1。以庚垸为夹带剂，原料含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部第14块板进入塔内，补充夹带剂由分相器(3)加入。塔顶温度为38.6'C,塔釜温度为85.3X:,分相器温(3)度为46.rC，塔顶压力为14.3KPa。各进料或采出物流流量及组成见表5。表5实例5各物流流量及各组分的质量分数<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.一种丙烯酸水溶液的分离装置，包括隔壁共沸精馏塔、冷凝器、再沸器、分相器及其他辅助设备。隔壁共沸精馏塔(1)内部设置一块垂直隔壁(5)，隔壁(5)从塔的上部延伸至塔的下部，隔壁(5)右侧顶部封闭，由于隔壁(5)的加入，隔壁共沸精馏塔(1)分为四个区域，包括精馏段(I)，提馏段(II)，侧线精馏段(III)和公共提馏段(IV)。2.如权利要求l所述的装置，其特征是隔壁共沸精馏塔(1)可以是板式塔、填料塔或两者的任意组合。3.如权利要求1所述的装置，其特征是隔壁(5)为偏心或中心设置，使提馏段(II)与侧线精馏段(III)的横截面积比为0.5:110:1。4.一种丙烯酸水溶液的分离工艺方法，其特征是含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部进入塔内，其中的轻组分(水、醋酸)和夹带剂形成共沸物由塔顶蒸出，塔顶蒸汽进入冷凝器(2)冷凝后，进入分相器(3)内，在分相器(3)内分为两相液体，有机相(夹带剂)回流，水相(含水、醋酸)排出系统，补充夹带剂由分相器(3)进料。部分汽相物流由隔壁(5)底部进入侧线精馏段(III)，经其精馏作用除去所含的丙烯酸，在侧线精馏段(III)顶部得到含少量丙烯酸的混合物流，返回进料管线回收利用，在公共提馏段(IV)底部获得质量分数高于99%的丙烯酸产品。5.如权利要求4所述的工艺方法，其特征是隔壁(5)底部汽相按一定比例分别流入提馏段(II)与侧线精馏段(III)，进入提馏段(II)与侧线精馏段(III)的汽相质量流量之比在0.8:19:1之间。6.如权利要求4所述的工艺方法，其特征是夹带剂可以是醚类，如异丙基醚；脂肪烃，如庚烷；芳香烃，如二甲苯；脂类，如异丁酯；酮类，如甲基正丙基酮；卤代烃，如四氯乙烯；还包括以上不同种类夹带剂的复配溶剂芳香烃和卤代烃复配溶剂，如甲苯和四氯乙烯混合物；脂类和芳香烃复配溶剂，如异丁酯和二甲苯混合物；脂类和脂肪烃复配溶剂，如丙烯酸乙酯和庚烷混合物。7.如权利要求4所述的工艺方法，其特征是隔壁共沸精馏塔(1)的操作条件为塔顶温度为3550'C，塔顶压力为1020KPa，塔釜温度为80~90°C，分相器温度为4050。C。全文摘要本发明涉及一种新型共沸精馏工艺方法及装置，具体是指一种利用隔壁共沸精馏塔提纯丙烯酸的工艺方法及装置。本发明中的隔壁共沸精馏塔是在常规精馏塔内垂直方向上设置一块从塔上部延伸至塔下部的隔壁，隔壁右侧顶部封闭，全塔分为四个区域。含醋酸杂质的丙烯酸水溶液由精馏段(I)底部进入塔内，其中的轻组分(水、醋酸)和夹带剂形成共沸物由塔顶蒸出，塔顶汽相冷凝分相后，有机相(夹带剂)回流，水相(含水、醋酸)排出系统，侧线精馏段(III)顶部采出物流返回进料管线循环利用，在公共提馏段(IV)底部获得质量分数大于99％的丙烯酸产品。本发明可实现将丙烯酸脱水、脱醋酸和夹带剂回收集成到同一个塔内进行，有效地降低设备投资和能耗。文档编号C07C51/44GK101367720SQ200810140058公开日2009年2月18日申请日期2008年9月18日优先权日2008年9月18日发明者孙兰义,昌兴武,军李,李青松,郭晓燕申请人:中国石油大学(华东)