一种双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构

【技术领域】

本发明属于化工分离纯化领域，具体涉及一种采用双塔变压精馏分离异丁醇-环己烷共沸物的方法。

背景技术：

乙酸乙酯与甲醇均为重要的化工原料。作为化学工业中两种重要的基础原料与精细化学品，乙酸乙酯可用于用作涂料、粘合剂、医药、有机酸、香精等的生产。甲醇可用作涂料、油墨、染料等的溶剂，还可用作医药、塑料的原料。

在氨噻肟酸生产等医行业中会产生大量含有乙酸乙酯、甲醇的废水。其中，乙酸乙酯与甲醇、水在常压下会形成最低共沸物，共沸点分别为62.3℃(53.7wt％乙酸乙酯，46.3wt％甲醇)与71.0℃(87.9wt％乙酸乙酯，12.1wt％水)。实现废水中乙酸乙酯、甲醇的分离回收，降低生产成本，能够进一步减少排放。由于混合物中存在共沸物，采用简单的精馏方法无法实现有效分离，因而需要采用特殊精馏方法。

专利(cn107793293b)公开了一种间歇萃取精馏分离甲醇-异丙醇-水的方法与控制结构，该方法分离的产品质量分数均在99.1％以上，实现了混合物的有效分离，但是该方法引入了第三组分乙二醇作为萃取剂，增加了工艺的分离负荷。

专利(cn105732319b)公开了一种热集成变压间歇精馏分离甲醇-乙腈共沸物的方法，采用双塔变压间歇精馏实现了二元共沸物的分离，该方法分离后的甲醇和乙腈的质量分数大于99.5％，通过热量集成降低了过程能耗。该工艺所分离体系为二元混合物，并不适用于三元混合物的分离。

专利(cn105837403b)公开了一种完全热集成变压间歇精馏分离二氯甲烷-甲醇的方法，该方法采用双塔变压间歇精馏方法实现了二氯甲烷-甲醇的高效分离，通过添加工艺热集成，大幅降低了过程能耗。然而该方法并为提及详细的控制方案。

本发明利用乙酸乙酯-甲醇与乙酸乙酯-水共沸物共沸组成随压力改变而发生变化的特性分离乙酸乙酯-甲醇-水三元混合物，具体的讲，本发明采用常压塔与加压塔双塔间歇精馏汽提塔与产品储罐，设计对应的控制方案，通过阀门切换，实现混合物的高效分离。本发明适用于乙酸乙酯与甲醇质量分数占76％与16％的废水，无需引入第三组分，操作灵活，能够通过双塔实现三元共沸混合物的有效分离与稳健控制。

技术实现要素：

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构，实现双塔分离高效分离三元共沸混合物的工艺设计与稳健控制。

[技术方案]

本发明提出了一种双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构，利用乙酸乙酯-甲醇与乙酸乙酯-水共沸物共沸组成随压力改变而发生变化的特性，采用常压塔与加压塔双塔间歇精馏汽提塔与产品储罐，实现乙酸乙酯、甲醇与水的高效分离，所提出的控制结构能够实现工艺的文件控制。

本发明所提出的一种双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构适用于乙酸乙酯与甲醇质量分数占76％与16％的废水的分离。

本发明所提出的一种双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构，其特征在于用于分离乙酸乙酯、甲醇和水共沸体系的装置主要包含以下部分：

常压塔(lpc)、高压塔(hpc)、冷凝器(cl1)、冷凝器(cl2)、再沸器(h1)、再沸器(h2)、进料储罐(c1)、甲醇储罐(c2)、过渡产品储罐(c3)、水储罐(c4)、乙酸乙酯储罐(c5)、加压泵(p1)、加压泵(p2)、加压泵(p3)、加压泵(p4)、加压泵(p5)、加压泵(p6)、阀门(v1)、阀门(v2)、阀门(v3)、阀门(v4)、阀门(v5)、阀门(v6)、管路、流量控制器(fc1)、流量控制器(fc2)、组成控制器(cc2)；原料储罐(c1)分为两股出料，分别通过管路与加压泵(p4)、加压泵(p5)、阀门(v1)、阀门(v2)以及常压塔(lpc)与高压塔(hpc)相连；甲醇储罐(c2)、过渡产品储罐(c3)、水储罐(c4)经管路分别与低压塔(lpc)相连，乙酸乙酯储罐(c5)经管路与高压塔(hpc)相连，再沸器(h1)与再沸器(h2)分别经管路与常压塔(lpc)与高压塔(hpc)相连。冷凝器(cl1)与冷凝器(cl2)分别与常压塔(lpc)与高压塔(hpc)以及原料储罐(c1)相连。

所发明的一种双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构，主要包括如下步骤：

(1)将乙酸乙酯-甲醇-水原料混合物加入到原料储罐(c1)中，打开阀门(v1)与(v2),原料混合物其中一股经管路分别通过加压泵(p4)与阀门(v1)进入常压塔(lpc)，另一股经加压泵(p5)与阀门(v2)进入高压塔(hpc)；

(2)打开阀门(v5)与阀门(v6)，在常压塔(lpc)内，实现水的分离，常压塔(lpc)塔底物流一部分经再沸器(h1)换热后返回常压塔(lpc)，一部分作为高纯度水采出至水储罐(c4)；在高压塔(hcp)内，实现乙酸乙酯的分离，高压塔(hpc)塔底物流一部分经再沸器(h2)换热后再返回高压塔(hpc)，一部分作为高纯度环己醇产品采出；乙酸乙酯-甲醇-水三元混合物以气体的形式分别从低压塔(lpc)与高压塔(hpc)塔顶采出，经过冷凝器(cl1)与冷凝器(cl2)冷凝后进入原料储罐(c1)，继续精馏；

(3)当水储罐(c4)中水的质量分数开始低于0.999时，关闭阀门(v5)，打开阀门(v4)，将甲醇与水的混合物采出至过渡产品储罐(c3)中；

(4)当常压塔(lpc)塔底物流中甲醇的质量分数达到0.999时，关闭阀门(v4)，打开阀门(v3)，将甲醇产品采出至甲醇储罐(c2)中；

常压塔(lpc)操作压力为1atm，理论塔板数为15～30块，进料位置为第二块板；高压塔(hpc)的操作压力为4～9atm，理论板数为15-30块，进料位置为第二块板。

常压塔(lpc)塔顶温度范围为66.79～102.54℃，塔底温度范围为102.94～112.36℃，高压塔(hpc)塔顶温度范围为123.13～121.38℃，塔底温度范围为117.30～164.84℃。

所包含的控制行为如下：

(1)低压塔(lpc)塔顶压力控制器(pc1)通过控制冷凝器(cl1)的热量移除速率控制塔顶压力；高压塔(hpc)塔顶压力控制器(pc2)通过控制冷凝器(cl2)的热量移除速率控制塔顶压力，两个压力控制器均为反作用；

(2)流量控制器(fc1)通过调节阀门(v1)的开度，来控制低压塔(lpc)的进料量；流量控制器(fc2)通过调节阀门(v2)的开度来控制高压塔(hpc)的进料流量，两个流量控制器均为反作用；

(3)组成控制器(cc2)的输出信号传递给流量控制器(fc2)，通过调节阀门(v2)的开度来控制高压塔(hpc)塔底物流中乙酸乙酯的质量分数，组成控制器(cc2)为正作用。

根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：采用该控制方案可以实现工艺的文件控制，分离后，水储罐(c4)中水的纯度维持在99.9wt％，乙酸乙酯储罐(c5)中乙酸乙酯纯度维持在99.9wt％，甲醇储罐(c2)中甲醇的纯度维持在99.5wt％。

[有益效果]

本发明与现有技术相比，具有取下有益效果：

(1)本发明的有益效果是采用双塔变压间歇精馏方法实现了乙酸乙酯-甲醇-水三元共沸混合物的高效分离。

(2)所设计的控制结构能够实现分离工艺的稳健控制。

(3)本发明并未引入第三组分，工艺简单，操作灵活。

【附图说明】

附图1为双塔变压间歇精馏分离乙酸乙酯-甲醇-水的方法及控制结构示意图。

图中，lpc-常压塔；hpc-高压塔；cl1冷凝器、cl2-冷凝器；h1-再沸器、h2-再沸器；p1-加压泵、p2-加压泵、p3-加压泵、p4-加压泵、p5-加压泵、p6-加压泵；v1-阀门、v2-阀门、v3-阀门、v4-阀门、v5-阀门、v6-阀门；数字代表各物流；pc1-压力控制器、pc2-压力控制器；fc1-流量控制器、fc2-流量控制器；cc2-组成控制器。

【具体实施方式】

以下结合附图进一步说明，并非限制本发明所涉及的范围。

实施例1：

将进料温度为25℃，进料流量为5558.65kg/h，压力为1atm(绝压),进料中含乙酸乙酯76％、甲醇16％、水8％(质量分数)，原料混合料液首先进入原料储罐c1中，低压塔操作压力为1atm(绝压)，理论板数为30，进料位置为第2块板，塔顶温度67.28℃，塔底温度102.54℃；高压塔操作压力为4atm(绝压)，理论板数为30，进料位置为第2块板，塔顶温度110.41℃，塔底温度为128.37℃。分离后甲乙酸乙酯的质量分数为99.9％，回收率为96.04％；分离后的水的质量分数为99.9％，回收率为82.58％；分离后的甲醇的质量分数为99.5％，回收率为57.53％。

实施例2：

将进料温度为25℃，进料流量为5400kg/h，压力为1atm(绝压),进料中含乙酸乙酯76％、甲醇16％、水8％(质量分数)，原料混合料液首先进入原料储罐c1中，低压塔操作压力为1atm(绝压)，理论板数为25，进料位置为第2块板，塔顶温度67.28℃，塔底温度101.71℃；高压塔操作压力为5atm(绝压)，理论板数为25，进料位置为第2块板，塔顶温度118.67℃，塔底温度为137.35℃。分离后甲乙酸乙酯的质量分数为99.9％，回收率为95.84％；分离后的水的质量分数为99.9％，回收率为81.48％；分离后的甲醇的质量分数为99.5％，回收率为56.68％。