一種丙烯酸裝置中甲苯分離系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于甲苯分離領域，具體涉及一種丙烯酸裝置中的甲苯分離系統和方法。
【背景技術】
[0002] 丙烯酸裝置中一般采用共沸蒸餾的方法除去丙烯酸粗溶液(丙烯酸氧化單元產生 的丙烯酸含水溶液)的水和醋酸，丙烯酸裝置中多用甲苯作為丙烯酸粗溶液的共沸劑。甲苯 共沸劑與丙烯酸粗溶液在輕組份分餾塔中共沸蒸餾，塔底再沸器泵強制循環，低壓蒸汽作 為再沸器熱源將塔底溫度升高；塔頂用塔回流泵打入共沸劑溶液，利用共沸蒸餾方法使大 部分水、醋酸與丙烯酸分離后從輕組份分餾塔頂流出，經輕組份分餾塔塔頂冷凝器冷凝后， 進入回流罐，共沸劑甲苯與含醋酸等組分的廢水分層，共沸劑甲苯溢流至回流罐中擋板的 另一側循環使用；回流罐內未被冷凝的氣體，在罐頂排放氣冷凝器中用冷凍水進一步冷凝 冷卻后，凝液流入回流罐，未凝氣被水環式真空泵抽至真空泵分離器進行氣、水分離。
[0003] 目前生產過程中共沸劑甲苯的回收是通過在輕組份分餾塔回流罐內與含醋酸等 組分的廢水自然分層，并通過溢流至回流罐中擋板的另一側來回收再循環使用，由于化工 連續生產是處于動態過程，而甲苯與廢水的分層在動態下分層效果差，導致部分甲苯與廢 水混合排出系統，造成了甲苯的消耗，丙烯酸行業內生產一噸丙烯酸要消耗4. 5~6公斤甲 苯，這是導致甲苯消耗較高的主要原因。
[0004] 雖然，在理論上延長甲苯與廢水的靜態分層時間可以大大提高甲苯與廢水的分離 效果，但由于化工連續生產，很難提供長時間的靜態分層，導致甲苯與廢水的分層在動態下 分層效果差，丙烯酸行業內生產一噸丙烯酸要消耗4. 5~6公斤甲苯。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的上述不足，提供一種丙烯酸裝置中 的甲苯分離系統和方法，該系統可明顯降低甲苯的消耗量，實現改善工作環境、節能減排， 該方法靈活簡便，提高甲苯的回收效率。
[0006] 本發明是通過以下技術方案實現的：該用于丙烯酸裝置中的甲苯分離系統，包括 用于分離丙烯酸粗品中輕組分的分餾塔，分餾塔塔中段設有分餾塔進料管，分餾塔塔底設 有塔底出料管，其特征在于：分餾塔塔頂氣相管路連接有冷凝機構，冷凝機構通過管路與用 于分離甲苯的回流罐連接，回流罐底部設有廢水輸出管路和甲苯輸出管路；回流罐內部沿 液體流動方向依次設有用于油水分離的聚結器和用于截流甲苯的擋板，擋板位于廢水輸出 管路和甲苯輸出管路之間，廢水輸出管路位于聚結器和擋板之間，冷凝機構通過管路連接 有壓力調節裝置。
[0007] 所述的甲苯輸出管路包括甲苯回流管路和甲苯回收管路，甲苯回流管路與分餾塔 塔頂相連接，甲苯回收管路與甲苯儲存容器相連接，甲苯回流管路和甲苯回收管路上均設 有用于控制管路開閉的閥門。
[0008] 所述的冷凝機構包括第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器與分餾塔塔頂氣相出 口管路連接，第二冷凝器與第一冷凝器氣相出口管路連接，第一冷凝器和第二冷凝器的冷 凝產物輸出管路分別與回流罐相連接。
[0009] 所述的壓力調節裝置包括真空泵、封水罐和封水冷凝器，真空泵通過管路與冷凝 機構連接，真空泵的水和廢氣排出管路與封水罐相連接，封水罐底部通過管路與封水冷凝 器連接，封水冷凝器通過管路與真空泵相連接。
[0010] 所述的甲苯輸出管路上設有回流泵，廢水輸出管路上設有蒸餾泵。
[0011] 所述的回流罐為臥式罐，回流罐內部沿液體流動方向依次設有冷凝機構接口、聚 結器、廢水輸出管路接口、擋板和甲苯輸出管路接口，聚結器和擋板固定在回流罐底面上， 擋板和回流罐頂壁之間存在液體流動的空間，擋板高度高于聚結器高度。
[0012] 所述的冷凝機構接口設置在回流罐頂部，并通過管路通至回流罐底部；廢水輸出 管路接口設置在回流罐底部。
[0013] 所述的聚結器包括沿液體流動方向依次設置的孔板和絲網，孔板和絲網之間 存在間隙，孔板的高度高于或等于絲網的高度，孔板上分布有多個開孔，絲網的厚度為 300~500mm，絲網的高度為回流罐高度的60~80%。
[0014] 以上所述的用于丙烯酸裝置中的甲苯分離系統的方法，步驟如下： a) 通過壓力調節裝置調節冷凝機構和回流罐中壓力為13. 5~15. 5kPa ;將分餾塔塔頂 餾出的氣相產物經冷凝機構冷凝，獲得溫度23~33°C的冷凝混合液； b) 冷凝混合液通過管路進入回流罐，回流罐中溫度23~33°C，回流罐中的冷凝混合 液通過聚結器使水和甲苯分層獲得分層溶液，分層溶液的分層界面保持在聚結器高度的 50~80%，分層溶液經擋板截流后獲得甲苯； c) 回流罐底部分離的廢水經蒸餾泵排放至廢水處理單元，廢水輸出管路排出量為 9000~11000kg/h，回流罐中獲得的甲苯通過甲苯輸出管路流出回流罐。
[0015] 所述的甲苯輸出管路包括甲苯回流管路和甲苯回收管路，甲苯回流管路與分餾塔 塔頂相連接，甲苯回收管路與甲苯儲存容器相連接，甲苯回流管路和甲苯回收管路上均設 有用于控制管路開閉的閥門，控制甲苯回流管路流量與廢水輸出管路排出量的比值為7:1。
[0016] 在本發明中，申請人設計的工藝流程如下：丙烯酸粗品從分餾塔中段進入，所述的 分餾塔塔頂設有甲苯加入管道，甲苯作為共沸劑，丙烯酸粗品中的水和微量醋酸與從分餾 塔塔頂加入的甲苯共沸，氣相組分從塔頂蒸出。氣相組分的主要成分為水、甲苯和微量醋 酸，微量醋酸含量較少可以忽略不計。氣相組分經過作為冷凝機構的第一冷凝器和第二冷 凝器冷凝后，以水和甲苯為主要成分的冷凝混合液進入回流罐，在回流罐中聚結分層形成 分層溶液。分層溶液中的下層為廢水，分層溶液中的下層為甲苯。下層廢水經廢水輸出管 路直接排出本發明的分離系統，上層甲苯經甲苯輸出管路輸出到回流罐外部。通過回流泵 提供動力，甲苯輸出管路輸出的甲苯一方面可經甲苯回流管路打到塔內繼續作為共沸劑利 用，另一方面可經甲苯回收管路回收至甲苯儲存容器中保存。
[0017] 申請人在研宄中發現：丙烯酸粗品的分餾精制過程中，作為共沸劑的甲苯存在損 耗較大的問題，雖然對甲苯進行了回收再利用，但通過計算甲苯投入量發現仍然有大量甲 苯流失。共沸劑的甲苯大量購買，增加了丙烯酸粗品的分餾精制成本。
[0018] 申請人通過研宄確定：共沸劑甲苯的大量流失主要，包括氣相流失和液相流失兩 個方面。氣相流失是在分餾塔塔頂氣相輕組分經冷凝機構冷凝過程中有大量甲苯以氣態 的形式揮發流失，甲苯具有毒性和刺激性氣味，氣相流失還會造成空氣中甲苯濃度過高、工 作環境惡劣的問題，對工人的身體健康有不良影響，也變相的增加了人工成本；液相流失 是由于冷凝混合液中的甲苯和水無法較快較好的分離，導致分離后排放的廢水中仍含有大 量甲苯，廢水中的大量甲苯排放后會對周圍環境造成污染。申請人設計了壓力調節裝置， 壓力調節裝置能夠通過相連接的管路調節整個系統內的壓力，壓力調節裝置調節壓力的范 圍包括分餾塔、冷凝機構和回流罐。通過壓力調節裝置調節冷凝機構和回流罐內的壓力為 13. 5~15· 5kPa，優選的通過壓力調節裝置調節冷凝機構和回流罐內的壓力為14~14· 8kPa， 使該系統外的工作環境中甲苯的氣味減小到可以忽略不計，也同時減少了系統內甲苯的氣 相流失。
[0019] 本發明采用回流罐中的聚結器來加快水相甲苯在冷凝混合液中的聚結，聚結器 豎直固定在回流罐內，聚結器下邊緣與罐底相接，上邊緣位于水和甲苯分界面以上，結合 高和低表面自由能，冷凝混合液中的水和甲苯經過聚結器時，當液滴被捕獲，且在孔板和 絲網中、孔板和絲網之間聚集，這樣就大大地提高了聚集的速率。申請人設計絲網的厚度 為300~500mm，優選的，絲網的厚度為350~400mm。是由于申請人在研宄中發現：冷凝混合 液在沿絲網厚度方向穿過時，如絲網厚度小于300mm則穿過絲網的冷凝混合液分層效果不 理想，導致所排放的廢水中含有大量甲苯，造成排污嚴重和液相甲苯流失；當絲網厚度大于 500mm時，會造成聚結時間過長，降低甲苯的分離效率。經申請人研宄發現300~500mm的設 計，既可以保證回流罐中甲苯有較高的分離效率，又可保證甲苯有效的聚結，避免液態甲苯 在廢水中的大量流失。
[0020] 申請人通過研宄發現：不僅可以用于分離