苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置及其精馏方法
【专利摘要】本发明提供了一种苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置及其精馏方法，该装置包括有机溶剂加热器、粗品再沸器、精馏塔、一级冷凝器、成品罐、粗溶剂接收罐、高真空机组和尾气处理系统，各设备按照特定次序连接成封闭回路。该精馏装置具有设计科学、结构合理、节约能源、生产成本低、生产质量可靠的优点。该方法利用一种有机溶剂，为精馏提供了稳定的气源，减少了苯二亚甲基二异氰酸酯在精馏塔中的压降，提高了分离效率和产品纯度；同时该有机溶剂很容易从苯二亚甲基二异氰酸酯中分离，不会成为新的杂质。该方法具有设计科学、操作简单、精馏效果好和产品质量高的优点。
【专利说明】苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置及其精馏方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种苯二亚甲基二异氰酸酯生产装置和方法，具体的说，涉及了一种苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置及其精馏方法。
【背景技术】
[0002]苯二亚甲基二异氰酸酯(简称XDI)具有优良的耐候性、色泽稳定性和粘结性，主要用于聚氨酯涂料油漆、眼镜片、软包装、户外密封剂、弹性体、皮革和胶黏剂等方面。苯二亚甲基二异氰酸酯制备的聚氨酯制品具有不变黄的特点，反应性和干燥性比六亚甲基二异氰酸酯快。
[0003]苯二亚甲基二异氰酸酯(简称XDI)是无色透明液体，相对分子量为188.19，熔点(°C ):10 ?12°C，相对密度(7jc =1, 200C ):1.202g/cm3，沸点(°C ):151(0.8kPa)。饱和蒸气压(kPa):0.08(25°C )，粘度(25°C ):3.3mPa.S，折射率:1.451。
[0004]现有生产设备制取的苯二亚甲基二异氰酸酯纯度多低于99.00%,能够满足人们对低端聚氨酯涂料油漆、软包装、户外密封剂、弹性体、皮革和胶黏剂等需求，但是随着人们健康意识的增加和对高端产品的追求，现有纯度的苯二亚甲基二异氰酸酯显然不能满足人们日益苛刻的要求，特别是高端眼镜行业，要求苯二亚甲基二异氰酸酯的纯度需要高于99.60%ο
[0005]传统的异氰酸酯类化合物一般采用减压精馏的方法进行提纯，但是苯二亚甲基二异氰酸酯在生产过程中多产生间氯甲基苄基异氰酸酯、间甲基苄基异氰酸酯、3-亚甲基异氰酸酯-苯腈等杂质，这些杂质的沸点与苯二亚甲基二异氰酸酯的沸点接近，采用这种方法精馏生产出的苯二亚甲基二异氰酸酯纯度无法满足人们的要求。如何提高苯二亚甲基二异氰酸酯成品纯度是人们亟待解决的问题。
[0006]随着人们节能环保意识的增强，化工生产中能源的消耗越来越得到人们的重视，如何既节省能源又能生产出合格的化工产品是人们亟待解决的问题。
[0007]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、结构合理、节约能源、生产成本低、生产质量可靠的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置。本发明还提供了 一种基于该苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置的精馏方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，包括有机溶剂加热器、粗品再沸器、精馏塔、一级冷凝器、成品罐、粗溶剂接收罐和高真空机组，其中，所述有机溶剂加热器的气相出口与所述粗品再沸器的物料进口连通，所述粗品再沸器的气相出口与所述精馏塔的气相进口连通，所述精馏塔的气相出口与所述一级冷凝器的气相进口连通，所述一级冷凝器的液相出口连接有分流器，所述分流器的出口分别与所述精馏塔的回流口、所述成品罐的物料进口和所述粗溶剂接收罐的物料进口连通，所述高真空机组通过真空管道分别与所述一级冷凝器的气相出口、所述成品罐和所述粗溶剂接收罐连通。
[0010]基于上述，它还包括二级冷凝器和有机溶剂接收罐，所述一级冷凝器的气相出口与所述二级冷凝器的气相进口串联，并通过该二级冷凝器的气相出口与所述高真空机组连通，所述二级冷凝器的液相出口与所述有机溶剂接收罐的物料进口连通，所述高真空机组通过真空管道与所述有机溶剂接收罐连通。
[0011]基于上述，它还包括与所述有机溶剂加热器的物料进口连通的有机溶剂耐压计量泵，所述有机溶剂耐压计量泵的入口与所述有机溶剂接收罐的物料出口连通。
[0012]基于上述，它还包括与所述粗品再沸器的物料进口连通的粗品耐压计量泵，所述粗品耐压计量泵的入口与所述粗溶剂接收罐的物料出口连通。
[0013]基于上述，所述分流器的出口处设置有检测取样口。
[0014]基于上述，它还包括与所述高真空机组连接的尾气处理系统。
[0015]该苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置包括有机溶剂加热器、粗品再沸器、精馏塔、一级冷凝器、成品罐、粗溶剂接收罐、高真空机组和尾气处理系统，各设备按照特定次顺连接成成封闭回路，用于对苯二亚甲基二异氰酸酯原料进行提纯；该装置对苯二亚甲基二异氰酸酯原料进行降压提纯，为了保证提纯时分离出沸点接近的杂质，采用有机溶剂作为精馏的稳定气源，利用粗溶剂接收罐回收粗品，对这些粗品可再次提纯，提高成品产量；进一步，为了节约能源和提高有机溶剂利用率，该装置还包括二级冷凝器和有机溶剂接收罐，用于回收有机溶剂，根据需要处理后再次使用，提高有机溶剂使用率；另外，增加有机溶剂耐压计量泵和粗品耐压计量泵，便于精密控制有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料的打入量；其具有设计科学、结构合理、节约能源、生产成本低、生产质量可靠的优点。
[0016]一种苯二亚甲基二异氰酸酯的精馏方法，它包括以下步骤:
步骤1、开启所述高真空机组和尾气处理系统，并以1:50?1:1的比例分别向所述有机溶剂加热器和所述粗品再沸器加入有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料；
步骤2、加热有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料至气化，气化后的有机溶剂进入所述粗品再沸器并与气化后的苯二亚甲基二异氰酸酯原料混合后进入所述精馏塔；
步骤3、混合气体在所述精馏塔、所述一级冷凝器和所述分离器之间进行全回流，并接入所述有机溶剂接收罐；
步骤4、一段时间后改变回流比开始部分回流，所述粗品再沸器停止加热，接入所述粗溶剂接收罐；
步骤5、对分流器内混合物进行定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量小于99.60%,接入所述粗溶剂接收罐，断开所述成品罐，并定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量不低于99.60%时，所述有机溶剂加热器停止加热，断开所述粗溶剂接收罐，接入所述成品罐的物料进口，并定时取样分析。
[0017]基于上述，它包括以下具体步骤:
所述步骤1、以0.090?0.098Mpa的真空度开启所述高真空机组和开启尾气处理系统，关闭所述成品罐的物料进口、所述粗溶剂接收罐的物料进口和所述有机溶剂接收罐的物料进口，并以1:50?1:1的比例分别向所述有机溶剂加热器和所述粗品再沸器加入有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料； 所述步骤2、所述有机溶剂加热器以130?180°C的温度进行加热，所述粗品再沸器以140?180°C的温度进行加热，气化后的有机溶剂进入所述粗品再沸器并与气化后的苯二亚甲基二异氰酸酯原料混合后进入所述精馏塔；
所述步骤3、控制所述精馏塔塔顶温度低于180°C，所述精馏塔中的混合气体进入冷凝剂温度为30?60°C的一级冷凝器，并通过分流器进行I?2小时全回流，同时开启冷凝剂温度为O?15°C的二级冷凝器和打开有机溶剂接收罐的物料进口 ；
所述步骤4、将全回流改为回流比为1:5-1:10的部分回流，停止打入苯二亚甲基二异氰酸酯原料，关闭所述粗品再沸器，打开所述粗溶剂接收罐的物料进口 ；
所述步骤5、对分流器内混合物进行定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量小于99.60%，打开所述粗溶剂接收罐的物料进口，关闭所述成品罐的物料进口，并定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量不低于99.60%时，停止打入有机溶剂，关闭所述有机溶剂加热器，关闭所述粗溶剂接收罐的物料进口，打开所述成品罐的物料进口，并定时取样分析。
[0018]基于上述，所述有机溶剂是芳香族物质。
[0019]该精馏方法利用精馏塔中进行压降精馏，有机溶剂为精馏提供稳定的气源，保证苯二亚甲基二异氰酸酯在精馏塔内与沸点接近的杂质分离，提高了分离效率和产品纯度99.60%以上；同时采用降压精馏和低沸点有机溶剂能够减少热量的需求，节约能源；另外，该有机溶剂易于分离，回收方便，便于循环使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面通过【具体实施方式】，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0022]如图1所示，一种苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，它包括有机溶剂加热器3、粗品再沸器4、精馏塔5、一级冷凝器6、成品罐8、粗溶剂接收罐9、高真空机组12和尾气处理系统13，各设备按照特定次序连接成封闭回路。
[0023]所述有机溶剂加热器3的气相出口连通所述粗品再沸器4的物料进口，所述粗品再沸器4的气相出口与所述精馏塔5的气相进口连通，有机溶剂在所述有机溶剂加热器3中气化后进入所述粗品再沸器4并与气化后的苯二亚甲基二异氰酸酯原料混合，然后进入所述精馏塔5。
[0024]所述精馏塔5的气相出口连通所述一级冷凝器6的气相进口，所述一级冷凝器6的液相出口连接有分流器7，所述分流器7的出口分别连通所述精馏塔5的回流口、所述成品罐8的物料进口和所述粗溶剂接收罐9的物料进口，所述精馏塔5出来的混合气体在一级冷凝器6、分流器7和精馏塔5之间进行回流操作，根据需要进行全回流或部分回流操作，保证提纯质量，根据分流器7内混合物的取样结果，进行如下操作:a、打开粗溶剂接收罐9的物料进口，关闭成品iiS 8的物料进口 ；b、关闭粗溶剂接收iil 9的物料进口，打开成品iil 8的物料进口。
[0025]所述高真空机组12通过真空管道分别所述一级冷凝器6的气相出口、所述成品罐8和所述粗溶剂接收罐9，保证整个装置的真空环境。该高真空机组12和所述尾气处理系统13在整个装置工作时，进行抽真空操作和回收尾气防止空气污染，保证整个装置的清洁。
[0026]为了便于回收所述有机溶剂，该苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置包括二级冷凝器10和有机溶剂接收罐11，所述一级冷凝器6的气相出口与所述二级冷凝器10的气相进口串联，并通过该二级冷凝器10的气相出口连通所述高真空机组12，所述二级冷凝器10的液相出口连接所述有机溶剂接收罐11的物料进口，所述高真空机组12通过真空管道连通所述有机溶剂接收罐11。
[0027]为了便于控制有机溶剂的打入量，该苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置包括与所述有机溶剂加热器3的物料进口连通的有机溶剂耐压计量泵I，所述有机溶剂接收罐11的物料出口与所述有机溶剂耐压计量泵I的入口连通。所述有机溶剂耐压计量泵I作为有机溶剂的加入装置，用于按比例打入有机溶剂，同时该有机溶剂耐压计量泵I连通所述有机溶剂接收罐11，能够对回收后的有机溶剂进行再次利用，泵入回收后的有机溶剂前，需要对这些有机溶剂进行提纯处理。
[0028]为了便于控制苯二亚甲基二异氰酸酯原料的打入量，该苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置还包括与所述粗品再沸器4的物料进口连通的粗品耐压计量泵2，所述粗溶剂接收罐9的物料出口与所述粗品耐压计量泵2的入口连通。所述粗品耐压计量泵2作为苯二亚甲基二异氰酸酯原料的加入装置，用于按比例打入苯二亚甲基二异氰酸酯原料，同时该粗品耐压计量泵2连通所述粗溶剂接收罐9，能够将所述粗溶剂接收罐9回收的苯二亚甲基二异氰酸酯原料泵入粗品再沸器4，作为精馏苯二亚甲基二异氰酸酯原料，提高成品溶剂的产量，根据需要适时泵入所述粗溶剂接收罐9回收的苯二亚甲基二异氰酸酯原料。
[0029]生产过程中为了便于检测精馏后混合液体中苯二亚甲基二异氰酸酯的含量，所述分流器7的出口处设置有检测取样口 71。
[0030]该苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置生产出的苯二亚甲基二异氰酸酯纯度高于99.60%，能够满足人们对高端产品的需求，同时采用降压精馏和有机溶剂回收利用的生产工艺，降低了热量需求，节约能源，有机溶剂循环使用降低生产成本。
[0031]本发明提供的精馏方法，它包括以下步骤:
步骤1、以0.090?0.098Mpa的真空度开启所述高真空机组12和开启尾气处理系统13，关闭所述成品罐8的物料进口、所述粗溶剂接收罐9的物料进口和所述有机溶剂接收罐11的物料进口，并以1:50?1:1的比例分别向所述有机溶剂加热器3和所述粗品再沸器2加入有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料，利用有机溶剂耐压计量泵I和粗品耐压计量泵2进行精准流量调控；
步骤2、所述有机溶剂加热器3以130?180°C的温度进行加热，所述粗品再沸器4以140?180°C的温度进行加热，气化后的有机溶剂进入所述粗品再沸器并与气化后的苯二亚甲基二异氰酸酯原料混合后进入所述精馏塔5 ;
步骤3、控制所述精馏塔5塔顶温度低于180°C，所述精馏塔5中的混合气体进入冷凝剂温度为30?60°C的一级冷凝器6，并通过分流器7进行I?2小时全回流，同时开启冷凝剂温度为O?15°C的二级冷凝器10和打开有机溶剂接收罐11的物料进口，回收经过二级冷凝器10冷凝后的有机溶剂；
步骤4、将全回流改为回流比为1:5-1:10的部分回流，停止打入苯二亚甲基二异氰酸酯原料，打开所述粗溶剂接收罐9的物料进口，对分流器7内混合物进行定时取样分析；步骤5、当苯二亚甲基二异氰酸酯含量小于99.60%，继续打开所述粗溶剂接收罐9的物料进口，关闭所述成品罐8的物料进口，并定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量不低于99.60%时，停止打入有机溶剂，关闭所述粗溶剂接收罐9的物料进口，打开所述成品罐8的物料进口，继续部分回流操作并定时取样分析。
[0032]其中步骤5中，定时取样的频率根据需要设定，本实施例中采用每小时取样分析一次的频率；根据取样分析的结果将分流器7中的混合物，接入成品罐8或粗溶剂接收罐9中，整个精馏过程中可以将回收入粗溶剂接收罐9的苯二亚甲基二异氰酸酯原料再次泵入粗品再沸器2进行精馏，也可以不泵入粗品再沸器2。
[0033]整个精馏过程中保证高真空机组12和尾气处理系统13的正常工作，保证装置内部的真空度和对尾气进行及时处理。
[0034]基于上述，所述有机溶剂是芳香族物质，优选低沸点有机溶剂，该低沸点有机溶剂的沸点以低于100°c为最近，该低沸点有机溶剂不与苯二亚甲基二异氰酸酯反应且易于分离，例如:氯苯或苯。
[0035]该方法通过降压精馏和采用低沸点有机溶剂提供稳定气源的方式，大大降低了精馏过程的能源消耗；同时，对精馏后回收的纯度不合格的苯二亚甲基二异氰酸酯原料进行再次精馏，提高成品的产量；回收低沸点有机溶剂，多次利用降低生产成本。
[0036]本发明给出了一种优选的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏方法:
步骤1、开启所述高真空机组12使真空度维持在0.093Mpa,同时开启尾气处理系统13，有机溶剂耐压计量泵I的泵速设置为2kg/h，粗品耐压计量泵2的泵速设置为50kg/h，以1:25的比例分别向所述有机溶剂加热器3和所述粗品再沸器4加入有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料；
步骤2、所述有机溶剂加热器3的温度设置为170°C，所述粗品再沸器4的温度设置为175°C，混合气体进入所述精馏塔5，进行精馏；
步骤3、控制所述精馏塔5塔顶温度低于180°C，所述精馏塔5的混合气体进入冷凝剂温度为30?60°C的一级冷凝器6，并通过分流器7进行1.5小时开始全回流操作，同时开启冷凝剂温度为O?15°C的二级冷凝器10和打开有机溶剂接收罐11，开始回收低沸点有机溶剂；
步骤4、将全回流操作改为回流比为1:7的部分回流操作，停止打入苯二亚甲基二异氰酸酯原料，打开所述粗溶剂接收罐9的物料进口，对分流器7内混合物进行定时取样分析；步骤5、当苯二亚甲基二异氰酸酯含量小于99.60%,继续打开所述粗溶剂接收罐9的物料进口，关闭所述成品罐8的物料进口，接入苯二亚甲基二异氰酸酯原料，并定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量不低于99.60%时，停止打入有机溶剂，关闭所述粗溶剂接收罐9的物料进口，打开所述成品罐8的物料进口，接入成品溶剂，继续部分回流操作并定时取样分析，保证成品纯度。
[0037]整个生产工艺中开启高真空机组12和所述尾气处理系统13控制装置内部压降和对尾气进行处理。
[0038]本发明采用的苯二亚甲基二异氰酸酯原料可以是市场上购买的纯度低于99.00%苯二亚甲基二异氰酸酯；也可以采用传统制备方法自行生产，然后进行提纯。[0039]采用上述方法，所得的苯二亚甲基二异氰酸酯(简称XDI)和低沸点溶剂产品质量技术指标如下:
【权利要求】
1.一种苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，其特征在于:包括有机溶剂加热器、粗品再沸器、精馏塔、一级冷凝器、成品罐、粗溶剂接收罐和高真空机组，其中，所述有机溶剂加热器的气相出口与所述粗品再沸器的物料进口连通，所述粗品再沸器的气相出口与所述精馏塔的气相进口连通，所述精馏塔的气相出口与所述一级冷凝器的气相进口连通，所述一级冷凝器的液相出口连接有分流器，所述分流器的出口分别与所述精馏塔的回流口、所述成品罐的物料进口和所述粗溶剂接收罐的物料进口连通，所述高真空机组通过真空管道分别与所述一级冷凝器的气相出口、所述成品罐和所述粗溶剂接收罐连通。
2.根据权利要求1所述的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，其特征在于:它还包括二级冷凝器和有机溶剂接收罐，所述一级冷凝器的气相出口与所述二级冷凝器的气相进口串联，并通过该二级冷凝器的气相出口与所述高真空机组连通，所述二级冷凝器的液相出口与所述有机溶剂接收罐的物料进口连通，所述高真空机组通过真空管道与所述有机溶剂接收罐连通。
3.根据权利要求2所述的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，其特征在于:它还包括与所述有机溶剂加热器的物料进口连通的有机溶剂耐压计量泵，所述有机溶剂耐压计量泵的入口与所述有机溶剂接收罐的物料出口连通。
4.根据权利要求1或2或3所述的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，其特征在于:它还包括与所述粗品再沸器的物料进口连通的粗品耐压计量泵，所述粗品耐压计量泵的入口与所述粗溶剂接收罐的物料出口连通。
5.根据权利要求4所述的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，其特征在于:所述分流器的出口处设置有检测取样口。
6.根据权利要 求5所述的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置，其特征在于:它还包括与所述高真空机组连接的尾气处理系统。
7.一种根据权利要求6所述的苯二亚甲基二异氰酸酯精馏装置的精馏方法，其特征在于，它包括以下步骤: 步骤1、开启所述高真空机组和尾气处理系统，并以1:50~1:1的比例分别向所述有机溶剂加热器和所述粗品再沸器加入有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料； 步骤2、加热有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料至气化，气化后的有机溶剂进入所述粗品再沸器并与气化后的苯二亚甲基二异氰酸酯原料混合后进入所述精馏塔； 步骤3、混合气体在所述精馏塔、所述一级冷凝器和所述分离器之间进行全回流，并接入所述有机溶剂接收罐； 步骤4、一段时间后改变回流比开始部分回流，所述粗品再沸器停止加热，接入所述粗溶剂接收罐； 步骤5、对分流器内混合物进行定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量小于99.60%,接入所述粗溶剂接收罐，断开所述成品罐，并定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量不低于99.60%时，所述有机溶剂加热器停止加热，断开所述粗溶剂接收罐，接入所述成品罐的物料进口，并定时取样分析。
8.根据权利要求7所述的精馏方法，其特征在于:其特征在于，它包括以下具体步骤: 所述步骤1、以0.090~0.098Mpa的真空度开启所述高真空机组和开启尾气处理系统，关闭所述成品罐的物料进口、所述粗溶剂接收罐的物料进口和所述有机溶剂接收罐的物料进口，并以1:50~1:1的比例分别向所述有机溶剂加热器和所述粗品再沸器加入有机溶剂和苯二亚甲基二异氰酸酯原料； 所述步骤2、所述有机溶剂加热器以130~180°C的温度进行加热，所述粗品再沸器以140~180°C的温度进行加热，气化后的有机溶剂进入所述粗品再沸器并与气化后的苯二亚甲基二异氰酸酯原料混合后进入所述精馏塔； 所述步骤3、控制所述精馏塔塔顶温度低于180°C，所述精馏塔中的混合气体进入冷凝剂温度为30~60°C的一级冷凝器，并通过分流器进行I~2小时全回流，同时开启冷凝剂温度为O~15°C的二级冷凝器和打开有机溶剂接收罐的物料进口 ； 所述步骤4、将全回流改为回流比为1:5-1:10的部分回流，停止打入苯二亚甲基二异氰酸酯原料，关闭所述粗品再沸器，打开所述粗溶剂接收罐的物料进口 ； 所述步骤5、对分流器内混合物进行定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量小于99.60%，打开所述粗溶剂接收罐的物料进口，关闭所述成品罐的物料进口，并定时取样分析，当苯二亚甲基二异氰酸酯含量不低于99.60%时，停止打入有机溶剂，关闭所述有机溶剂加热器，关闭所述粗溶剂接收罐的物料进口，打开所述成品罐的物料进口，并定时取样分析。
9.根据权利要求 8所述的精馏方法，其特征在于:所述有机溶剂是芳香族物质。
【文档编号】B01D3/38GK103990291SQ201410158555
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】董建勋, 李世强, 郭选正, 张争争, 王帅, 龙海林, 王雪梅, 李超, 孙劲峰, 田丽娟, 王红专, 曲超, 冯晓燕 申请人:开封华瑞化工新材料股份有限公司