專(zhuān)利名稱(chēng):具有蒸汽分散設(shè)備的純化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及具有如在結(jié)構(gòu)上能將蒸汽流偏轉(zhuǎn)到特定方向的蒸汽分?jǐn)?shù)設(shè)備的純化裝置,或者由蒸餾塔和重沸器構(gòu)成的純化裝置。更具體地,本發(fā)明涉及適合易可聚合化合物的蒸餾和純化的蒸餾塔和純化裝置。
蒸餾是一種主要用來(lái)純化揮發(fā)性物質(zhì)的方法。當(dāng)?shù)头悬c(diǎn)組分中有大量蒸汽并上升到蒸餾塔頂部時(shí),蒸汽被冷卻和被冷凝,使得由此產(chǎn)生的冷凝物從塔頂部下降,并與從下面升上來(lái)的蒸汽接觸,冷凝物中低沸點(diǎn)組分汽化,同時(shí)蒸汽中高沸點(diǎn)組分聚集并液化。因此,在離開(kāi)塔頂蒸汽中的低沸點(diǎn)組分純度提高,而在落到塔底的液體中高沸點(diǎn)組分純度也同樣提高。這種回流操作本身就是精餾。一般地,這正是在一個(gè)蒸餾塔中進(jìn)行這種精餾。
在這種蒸餾塔中,用于精餾的氣-液接觸是通過(guò)裝在塔內(nèi)的塔板和填料完成的。一般地,由塔上部加入的液體與由塔下部加入的蒸汽在塔板上和在填料表面上以交叉流動(dòng)或逆流流動(dòng)的方式進(jìn)行氣-液接觸,以進(jìn)行氣-液傳質(zhì)。人們已經(jīng)知道,在蒸餾塔中進(jìn)行的氣-液傳質(zhì)操作中,由于氣-液接觸不良和在產(chǎn)物中夾雜蒸餾塔底液而使這種操作的產(chǎn)物變差。當(dāng)用于蒸餾的化合物剛好是易可聚合的化合物時(shí),聚合物的生成降低分離和純化的效率,還降低蒸餾產(chǎn)物的質(zhì)量,聚合物本身粘附在裝置上,堵塞了蒸汽和液體的通路,有可能達(dá)到中斷裝置連續(xù)運(yùn)行的程度。
例如,當(dāng)加到蒸餾塔的氣相只是在有限的范圍內(nèi)漂移時(shí),氣-液接觸不充分,因此降低了分離和純化的效率。特別地,當(dāng)蒸餾易可聚合的化合物時(shí),可生成聚合物,而該聚合物粘附并堵塞在純化過(guò)程中使用的各種裝置上,結(jié)果會(huì)降低分離和純化效率,也會(huì)使產(chǎn)物質(zhì)量變差。因此,這種方法要求及早地除去聚合物。除去這種聚合物就要迫使純化過(guò)程停止運(yùn)行,而除去附著的聚合物通常也很困難。
在蒸餾塔底部產(chǎn)生的漂移很容易造成上述分離、純化和聚合效率的下降。通常在蒸餾塔內(nèi)裝一個(gè)用于使部分塔底液汽化的重沸器,和裝一個(gè)使產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入塔內(nèi)的再沸器蒸汽進(jìn)口部件,其目的是加熱塔底部。當(dāng)從這種再沸器流出的蒸汽不經(jīng)校正立即通過(guò)進(jìn)口部件噴嘴從塔的側(cè)面加入時(shí),在蒸餾塔中的蒸汽由于趨于向上的推動(dòng)力而只是在塔的部分橫截面上漂移。此外,由于向上漂移的緣故,從蒸餾塔上部流下來(lái)的液體同樣地漂移,造成氣-液沒(méi)有充分接觸。因此,在該蒸餾塔中的分離效率降低,產(chǎn)物產(chǎn)率也降低。此外,蒸汽漂移產(chǎn)生了在蒸餾塔內(nèi)蒸汽停滯的部分,在氣相中易可聚合的化合物冷凝可導(dǎo)致該化合物很容易生成聚合物。
除了蒸汽,還從再沸器大量吹入了通過(guò)再沸器循環(huán)的塔底液。當(dāng)該蒸汽以一般速度在蒸餾塔內(nèi)上升時(shí),它帶走了濺起的液滴,含有塔底液的液體與蒸汽一起帶到上級(jí)的塔板上。明確地講,因?yàn)榱鞯秸麴s塔上部的蒸汽帶走塔底液的濺起液滴,部分塔底液被混入塔頂?shù)恼麴s產(chǎn)物,因此降低了蒸餾分離的效率。
特別是當(dāng)蒸餾物是如丙烯酸或其酯化產(chǎn)物之類(lèi)的易可聚合的化合物時(shí),由于漂移使聚合容易發(fā)生。例如,通過(guò)丙烯和/或丙烯醛與含分子氧的氣體的氣相催化氧化而生產(chǎn)丙烯酸。因此在蒸餾塔中蒸餾所生成的含丙烯酸的液體。由于含丙烯酸的液體具有一種含有如水、乙酸和丙烯醛之類(lèi)的雜質(zhì)的組成,丙烯酸非常容易聚合。因此,在生產(chǎn)過(guò)程中,單獨(dú)地或以兩種或兩種以上聚合引發(fā)劑混合物的形式加入如氫醌、甲醌(methoquinone)和硫氮雜蒽之類(lèi)的各種聚合阻聚劑,可以抑制(甲基)丙烯酸聚合。但是,當(dāng)含有丙烯酸的蒸汽從再沸器進(jìn)入蒸餾塔時(shí),由于聚合阻聚劑只在液相中存在,來(lái)自氣相部分的蒸汽或冷凝液體實(shí)質(zhì)上不含任何聚合阻聚劑,而在加熱時(shí),很容易進(jìn)行聚合。特別地,在因蒸汽在塔內(nèi)漂移產(chǎn)生的蒸汽停滯部分中容易在氣相部分中發(fā)生冷凝,因此,導(dǎo)致在塔內(nèi)發(fā)生聚合作用。
作為一種防止濺起液滴被蒸餾塔中的蒸汽帶走的方法,JP-A-03-196,801公開(kāi)了一項(xiàng)發(fā)明,該發(fā)明的目的是在閃蒸操作中用一種在其中心裝有與蒸餾塔內(nèi)壁分開(kāi)的傘形隔板的蒸餾塔,實(shí)現(xiàn)防止濺起的液滴被蒸汽帶走。JP-A-51-2,675同樣地公開(kāi)了一種防止冷卻塔堵塞通到冷卻塔中心的噴嘴的方法,該方法采用沒(méi)有用于氣體碰撞和分散的塔板的冷卻塔,并讓噴嘴沿著塔底液表面中心部分的方向向下偏斜延伸,最終進(jìn)入塔的內(nèi)部而不是穿過(guò)塔壁。因此,通過(guò)除去用于氣體碰撞和分散的塔板,由此把產(chǎn)生溫度梯度(從冷卻氣體的溫度到冷凝液的溫度)的部分僅限制到圍繞噴嘴基部的塔壁部分而阻止聚合。本發(fā)明源于下述事實(shí)當(dāng)通過(guò)插到冷卻塔中心的氣流噴嘴噴出的蒸汽是聚合的不飽和化合物,并且噴嘴周?chē)皇峭蝗坏兀峭耆钊藵M意地被冷卻時(shí),高沸點(diǎn)物質(zhì)就附著于噴嘴內(nèi)壁,不斷生長(zhǎng),一再地堵塞噴嘴。
不幸地,在上述JP-A-51-2,675中公開(kāi)的方法遇到汽相物質(zhì)在與噴嘴接觸時(shí)冷凝,盡管該方法固有地能夠防止噴嘴堵塞。此外,僅僅通過(guò)噴嘴沿著塔底液的方向排出反應(yīng)氣體,不能完全令人滿意地防止蒸汽帶走濺起的液滴,也不能完全令人滿意地提高分離和純化效率。
本發(fā)明目的在于防止蒸汽在蒸餾塔內(nèi)漂移,提高蒸餾效率,以及防止蒸汽發(fā)生聚合。本發(fā)明的目的還在于抑制塔底液帶走濺起的液滴,因此提高蒸餾效率。
發(fā)明者們?cè)谘芯空麴s塔之后已經(jīng)發(fā)現(xiàn),通過(guò)配置一種蒸汽分散設(shè)備,該設(shè)備在再沸器的蒸汽進(jìn)口部分備有從水平方向朝下的特定區(qū)域開(kāi)口部分,從而抑制了蒸汽從再沸器漂移,提高了蒸餾塔中的分離效率,并抑制了蒸汽在塔內(nèi)的聚合作用。因此,本發(fā)明是完美的。
通過(guò)以下各項(xiàng)(1)-(10)完成以上列舉的問(wèn)題。
(1)一種純化裝置,其特征在于該裝置配置一種蒸汽分散設(shè)備,該蒸汽分散設(shè)備在純化裝置蒸汽進(jìn)口部分中在其內(nèi)側(cè)有一個(gè)從水平方向朝下的開(kāi)口部分,和該設(shè)備水平投影截面積為所述純化裝置截面積的10-40%。
(2)根據(jù)上述項(xiàng)(1)所述的純化裝置,其中從蒸汽分散設(shè)備的開(kāi)口部分與底部液面之間的距離是蒸汽進(jìn)口部件直徑的0.1-5倍。
(3)根據(jù)上述項(xiàng)(1)所述的純化裝置,其中純化裝置是塔板塔或填充塔,蒸汽分散設(shè)備的開(kāi)口部分與最低塔板或填充支撐件之間的距離是蒸汽進(jìn)口部分直徑的1.5-8倍。
(4)根據(jù)上述項(xiàng)(1)所述的純化裝置,其中該裝置裝有不少于兩個(gè)蒸汽分散設(shè)備,或者蒸汽分散設(shè)備有不少兩個(gè)開(kāi)口部分。
(5)根據(jù)上述項(xiàng)目(1)所述的純化裝置,其中蒸汽分散設(shè)備在其上部有一個(gè)用于釋放蒸汽的孔,孔的總面積是該裝置橫截面積的0.001-2%。
(6)擁有蒸餾塔和在塔外設(shè)置的再沸器的純化裝置,其特征在于在蒸餾塔的底部氣相部分中裝有與塔壁相連的再沸器蒸汽出口噴嘴,和一個(gè)蒸汽分散設(shè)備,該設(shè)備在其內(nèi)側(cè)裝置蒸汽進(jìn)口部件中有一個(gè)從水平方向朝下的開(kāi)口部分,并水平投影橫截面積是所述裝置橫截面積的10-40%。
(7)根據(jù)上述項(xiàng)(6)所述的純化裝置,其中蒸餾塔是上述項(xiàng)(2)-(5)中任一項(xiàng)所述的純化裝置,該裝置裝有分子氧供給部件。
(8)根據(jù)上述項(xiàng)(1)-(5)之任一項(xiàng)所述的蒸餾塔,其特征在于它用于蒸餾易可聚合的化合物。
(9)根據(jù)上述項(xiàng)(8)所述的蒸餾塔,其中易可聚合的化合物是(甲基)丙烯酸和/或其酯。
(10)一種蒸餾塔,其特征在于在蒸餾塔的內(nèi)壁裝有使再沸器蒸汽從水平方向向下流入蒸餾塔的機(jī)構(gòu)。
在再沸器蒸汽出口安裝蒸汽分散設(shè)備會(huì)使蒸餾塔提高分離效率,因?yàn)樵撗b置能夠抑制蒸汽在塔內(nèi)漂移,使氣-液完全令人滿意地接觸。
安裝這一裝置還會(huì)產(chǎn)生一些效果,如控制蒸汽在塔內(nèi)漂移,降低蒸汽在塔中的停滯部分,減緩蒸汽冷凝,從而抑制聚合物的產(chǎn)生。
還可通過(guò)蒸餾塔或純化裝置安裝分子氧供給部分來(lái)進(jìn)一步抑制聚合物的形成。
圖1A是橫截面,說(shuō)明裝有矩形蒸汽分散設(shè)備(1)、再沸器(20)和泵(30)的板式塔型蒸餾塔(10)。
圖1B是主要沿著圖1A線1b-1b部分視圖。
圖2A是橫截面圖,說(shuō)明裝有圓形蒸汽分散設(shè)備(1)的板式塔型蒸餾塔(10)。
圖2B是主要沿著圖2A線2b-2b部分視圖。
圖3A是橫截面圖,說(shuō)明裝有圓形蒸汽分散設(shè)備(1)的板式塔型蒸餾塔(10)。
圖3B是主要沿著圖3A線3b-3b部分視圖。
圖4A是橫截面圖,說(shuō)明裝有三角形蒸汽分散設(shè)備(1)的板式塔型蒸餾塔(10)。
圖4B是主要沿著圖4A線4b-4b部分視圖。
圖5A是橫截面圖,說(shuō)明板式塔型蒸餾塔(10),它帶有兩個(gè)與其相連的再沸器蒸汽噴嘴和兩個(gè)在其內(nèi)部設(shè)置的蒸汽分散設(shè)備(1)。
圖5B是主要沿著圖5A線5b-5b部分視圖。
圖6A是橫截面圖,說(shuō)明板式塔型蒸餾塔(10),它帶有有多個(gè)蒸汽開(kāi)口部分(6)的蒸汽分散設(shè)備(1)。
圖6B是主要沿著圖6A線6b-6b部分視圖。
圖7A是橫截面圖,說(shuō)明板式塔型蒸餾塔(10),它裝有一個(gè)噴嘴型蒸汽分散設(shè)備(1),該分散裝置有多個(gè)用于釋放蒸汽的孔(5)。
圖7B是主要沿著圖7A線7b-7b部分視圖。
圖7C是主要沿著圖7A線7c-7c部分視圖。
圖8A是橫截面圖,說(shuō)明板式塔型蒸餾塔(10),它裝有一個(gè)噴嘴型蒸汽分散設(shè)備(1),該分散設(shè)備通過(guò)延長(zhǎng)再沸器噴嘴(2)形成。
圖8B是主要沿著圖8A線8b-8b部分視圖。
本發(fā)明涉及一種在其內(nèi)部裝配具有特定結(jié)構(gòu)的蒸汽分散設(shè)備的蒸餾塔。一般地,提供在蒸餾純化易可聚合的化合物時(shí)使用的蒸餾塔,配有以提高蒸餾和分離效率的再循環(huán)物質(zhì)的部件,與使塔底液體汽化的再沸器。但是,當(dāng)再沸器蒸汽以未精餾態(tài)送入蒸餾塔時(shí),由于蒸餾塔內(nèi)部加熱產(chǎn)生的向上推力造成再沸器蒸汽僅在部分塔橫截面處漂移,所以氣-液沒(méi)有充分接觸,塔內(nèi)分離效率也降低。因?yàn)楸景l(fā)明的蒸餾塔在其塔底裝配具有一種特定結(jié)構(gòu)的蒸汽分散設(shè)備,所以該蒸餾塔能夠從水平方向向下噴出再沸器蒸汽,防止蒸汽向上漂移。采用該設(shè)備還能防止在蒸餾塔內(nèi)下降的液體形成漂移。因此,蒸汽能夠均勻分散,氣-液接觸能夠完全令人滿意。
再沸器蒸汽注定含有塔底液體組分,該組分通過(guò)再沸器循環(huán)。由于再沸器蒸汽能夠從水平方向向下噴出,因此能夠防止液體帶走濺起的液滴,還能夠防止塔底液體組分混入產(chǎn)物中。
此外,通過(guò)將蒸汽分散設(shè)備中開(kāi)口部分與塔底中液面之間的距離、蒸汽分散設(shè)備中開(kāi)口部分與最低塔板(3)和填料支撐件之間的距離設(shè)定在各自特定的范圍內(nèi),就可調(diào)整保留時(shí)間,進(jìn)一步抑制聚合反應(yīng),防止產(chǎn)物質(zhì)量下降,與提高蒸餾和分離效率成為可能。
順便說(shuō)說(shuō),本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“純化”應(yīng)理解是包括蒸餾、汽提和吸收中的任一個(gè)過(guò)程。這里的術(shù)語(yǔ)“蒸餾”是指利用組分的蒸汽壓差將氣-液混合物分離成組分的操作。然后,這里的術(shù)語(yǔ)“汽提”是指讓溶液與不含這些組分的氣體接觸而從該溶液中除去一種或多種組分的操作。此外,這里的術(shù)語(yǔ)“吸收”是指用一種溶劑吸收氣體混合物中的一種或多種組分的操作。這里使用的術(shù)語(yǔ)“蒸餾”應(yīng)理解包含精餾。現(xiàn)在,下面將詳細(xì)地描述本發(fā)明。
(1)蒸餾塔本發(fā)明中所使用的純化裝置,包括例如像蒸餾塔、汽提塔和吸收塔本身之類(lèi)的所有設(shè)備,這些設(shè)備用于蒸餾和純化的一般步驟。當(dāng)蒸餾對(duì)象是易可聚合的化合物時(shí),特別地當(dāng)丙烯酸是用丙烯和/或丙烯醛的氣相催化氧化方法制得的時(shí),包括了經(jīng)過(guò)修改以改變蒸餾溫度、壓力等各種各樣的蒸餾塔,這些蒸餾塔有以逆流方式冷卻和用溶劑洗滌采用氣相催化氧化所得到的含丙烯酸的氣體,與從所收集的含有丙烯酸的溶劑混合物中回收丙烯酸的部件。此外,用于完成蒸餾、純化和分離的如溶劑分離塔、共沸分離塔、乙酸分離塔和高沸物質(zhì)分離塔之類(lèi)的設(shè)備,不論其名稱(chēng),也都包括在本發(fā)明打算采用的純化裝置的種類(lèi)里。
本身構(gòu)成純化裝置的蒸餾塔可使用各種類(lèi)型,如板式塔、填充塔、濕壁塔和噴淋塔。本發(fā)明寧愿采用板式塔或填充塔而不采用上述其他類(lèi)型的蒸餾塔。做出這一選擇的原因是該塔在氣-液接觸效率和蒸餾與分離效率方面更勝一籌。要確定的在有關(guān)流體之間的接觸方式可選自例如交叉流動(dòng)、逆流、并流和完全混合幾種方式。任選有關(guān)流體接觸方式的原因是,本發(fā)明的目的是通過(guò)調(diào)整來(lái)自再沸器的蒸汽在純化裝置內(nèi)的流動(dòng),抑制處理時(shí)另外可能的物質(zhì)聚合反應(yīng),提高蒸餾和分離的效率。
(2)再沸器本發(fā)明的純化裝置不裝再沸器(20)。如圖1A所示,它可以有帶再沸器(20)的如上所述的蒸餾塔(10)。因此,當(dāng)純化裝置擁有蒸餾塔(10)和配置在蒸餾塔(10)外的再沸器(20)時(shí),能夠在其中有效地使用的再沸器(20)不論其名稱(chēng)如何都是所謂的熱交換器。它只能使液體在要加熱的裝置中冷凝然后汽化。作為熱交換器具體實(shí)例,可以列舉管殼圓筒式熱交換器、浮頭換熱器、U形管熱交換器、固定管板換熱器、套管換熱器、單管熱交換器和板式熱交換器。甚至當(dāng)純化裝置有再沸器(20)時(shí),也必需將再沸器(20)配置在蒸餾塔(10)之外。這種配置在外面的原因是,當(dāng)再沸器(20)屬于插入塔內(nèi)的類(lèi)型時(shí),這種再沸器(20)的存在本身就迫使蒸汽產(chǎn)生漂移,或使蒸汽漂移變得難以調(diào)整。
(3)純化裝置作為本發(fā)明的純化裝置,蒸餾塔、汽提塔或吸收塔可以單獨(dú)使用,或與再沸器配合使用。如圖1A所示,當(dāng)蒸餾設(shè)備里使用了再沸器(20)時(shí),必需將再沸器(20)配置在蒸餾塔(10)外部,而不是與塔直接相連,再沸器(20)的蒸汽出口噴嘴(2)應(yīng)與在蒸餾塔(10)底部的氣相部分(7)中與塔(10)的側(cè)壁相連。在這種情況下,噴嘴(2)優(yōu)選地與蒸餾塔(10)垂直相接,以致蒸汽可以水平方向進(jìn)入豎直安裝的蒸餾塔(10)中。垂直連接的原因是,當(dāng)噴嘴(2)以銳角與蒸餾塔(10)相連時(shí),進(jìn)入蒸餾塔(10)的蒸汽在蒸餾塔(10)內(nèi)向上或向下流動(dòng),因此,這種狀態(tài)的蒸汽不會(huì)被分散,而是在本發(fā)明使用的蒸汽分散設(shè)備中停滯??紤]到熱效率,蒸汽出口噴嘴(2)優(yōu)選地與蒸餾塔(10)底部的殼相連,其距離超過(guò)可能最短的距離。
可適當(dāng)選擇上述蒸餾塔(10)和再沸器(20)純化裝置的尺寸,以滿足易可聚合物質(zhì)的物理性質(zhì)、純化量、純化目的等。因此,當(dāng)本發(fā)明的純化裝置剛好是蒸餾塔(10)或在其中引入的蒸餾塔(10)時(shí),這里適用的蒸餾塔(10)的尺寸是直徑例如300-10000毫米。在這種情況下,再沸器(20)的進(jìn)口直徑適宜地是塔直徑的0.1-0.9倍,優(yōu)選地是0.15-0.7倍,更優(yōu)選地是0.2-0.5倍??蛇m當(dāng)選擇加入純化裝置的蒸汽流量,這取決于再沸器(20)的進(jìn)口直徑、易可聚合物質(zhì)的蒸汽壓力等。這里適用的流量是500-1,500,000立方米/小時(shí),優(yōu)選地1,000-1,000,000立方米/小時(shí)。
(4)蒸汽分散設(shè)備本發(fā)明使用的蒸汽分散設(shè)備(1)置于蒸餾塔(10)里。它需要有蒸汽開(kāi)口部分(6),以使蒸汽從再沸器噴嘴從水平方向向下噴出,并且上述開(kāi)口部分(6)的水平投影橫截面積是塔橫截面積的10-40%。換句話說(shuō),要求蒸餾塔(10)在其內(nèi)壁上有一個(gè)機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)用來(lái)使蒸汽從水平方向向下轉(zhuǎn)向。該蒸汽分散設(shè)備(1)只是這么配置,以使其部分保持與塔內(nèi)壁接觸。它可直接安裝在再沸器蒸汽出口噴嘴(2)的引導(dǎo)端部分,它從外部插入蒸餾塔(10)。蒸汽分散設(shè)備(1)的形狀不需要特別限定,而只需滿足以下條件。
在本發(fā)明中,蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部件(6)可以這樣一種方式安裝在再沸器噴嘴(2)的蒸汽進(jìn)口部件之上,以圍繞部分的進(jìn)口部件。再沸器噴嘴(2)的引導(dǎo)端可以這樣設(shè)計(jì),以通過(guò)蒸餾塔(10)的氣相部分(7)的側(cè)壁插入蒸餾塔(10)內(nèi),而插入蒸餾塔(10)的再沸器噴嘴(2)部件可作為本發(fā)明的蒸汽分散設(shè)備(1)使用。要求蒸汽分散設(shè)備(1)有從水平方向朝下的開(kāi)口部分(6)的原因是,通過(guò)使噴嘴(2)的蒸汽向下噴出,可使再沸器(20)的蒸汽在蒸餾塔(10)內(nèi)暫時(shí)往下流動(dòng)。因此,因?yàn)檎羝谕ㄟ^(guò)開(kāi)口部分(6)之后又在蒸餾塔(10)內(nèi)開(kāi)始上升,所以使它的上升距離增加。此外,由于在此重復(fù)上升過(guò)程中蒸汽的線速度下降到相應(yīng)于蒸餾塔(10)橫截面的速度,使蒸餾塔(10)較低部分的上升蒸汽有充足的時(shí)間在蒸餾塔(10)的橫截面均勻分散。因此,抑止了塔(10)底部附近可能的氣-液漂移,氣-液接觸可完全令人滿意,這樣分離效率提高。
本發(fā)明使用的蒸汽分散設(shè)備(1)優(yōu)選地至少部分地與蒸餾塔(10)的內(nèi)壁相連。要求至少部分裝置這么相連的原因是,當(dāng)通過(guò)塔內(nèi)壁上形成的蒸汽進(jìn)口進(jìn)入蒸餾塔(10)的再沸器蒸汽會(huì)由于塔內(nèi)通常的溫度而會(huì)立刻在蒸餾塔(10)內(nèi)爬升時(shí),以上述方式與蒸餾塔(10)內(nèi)壁相連的蒸汽分散設(shè)備的連接能夠引導(dǎo)大部分蒸汽在蒸餾塔(10)內(nèi)向下流動(dòng),并使蒸汽分散。
一般地,因?yàn)檎羝旧硪约巴ㄟ^(guò)再沸器(20)在塔底經(jīng)再沸器(20)循環(huán)的塔(10)的底液通過(guò)再沸器(20)的蒸汽出口被吹入,所以通過(guò)再沸器(20)蒸汽出口與再沸器(20)分離的蒸汽帶走了塔底液的濺起粒子,它們結(jié)合在高沸物質(zhì)中。因此,當(dāng)在再沸器(20)的蒸汽出口安裝具有從水平方向朝下開(kāi)口部件(6)的蒸汽分散設(shè)備(1)時(shí),由于濺起的液滴具有比蒸汽更大的慣性力,濺起的液滴與蒸汽分離,因此,濺起的液滴與蒸汽流分離,并與蒸汽分散設(shè)備(1)的壁碰撞。結(jié)果,防止了蒸汽帶走塔底液的濺起液滴,并改進(jìn)蒸餾效率。
適當(dāng)?shù)兀瑸榱朔乐拐羝纬善?、帶走塔底液濺起的液滴,蒸汽分散設(shè)備(1)開(kāi)口橫截面限定在塔的橫截面的10-40%范圍內(nèi)。為了達(dá)到使塔(10)內(nèi)蒸汽均勻分散的目的,防止蒸汽分散設(shè)備(1)阻塞塔的橫截面,以及蒸汽分散設(shè)備(1)的水平投影橫截面(開(kāi)口橫截面)降低到最可能的程度是必要的。這一橫截面積優(yōu)選地不超過(guò)上述的上限40%。當(dāng)蒸汽分散設(shè)備(1)以上述方式安裝,因此蒸汽朝向塔的較低部分(即塔的底部液面)吹入,接著可能發(fā)生的事情是含有豐富高沸點(diǎn)物質(zhì)的塔底液因蒸汽動(dòng)能被蒸汽從液體表面向上猛推,因此帶走了這種液體的濺起液滴。因此,蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部分(6)的橫截面積擴(kuò)大到足以降低動(dòng)能是必要的。這樣,橫截面積優(yōu)選地不小于下限10%。
本發(fā)明使用的蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部分的尺寸不需要固定,但可在上述范圍內(nèi)改變,通過(guò)特別適合的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一改變。當(dāng)使用本發(fā)明打算采用的蒸餾塔(10)或純化裝置時(shí),開(kāi)口部分的面積可隨蒸餾化合物的種類(lèi)、從再沸器(20)噴出的蒸汽量、蒸餾塔(10)的內(nèi)壓和溫度等變化而同步變化。
如圖5A和圖6A所示,蒸汽分散設(shè)備(1)的數(shù)量或蒸汽分散設(shè)備(1)中形成的開(kāi)口部件(6)的數(shù)量并不限定為1。本發(fā)明允許使用多臺(tái)這樣的設(shè)備(1)或開(kāi)口部件(6)。當(dāng)加入點(diǎn)數(shù)增加時(shí),塔中蒸汽的均勻度會(huì)成比例地增加。當(dāng)純化裝置使用兩臺(tái)或多臺(tái)再沸器(20)和兩臺(tái)或多臺(tái)再沸器蒸汽出口噴嘴(2)時(shí),以及當(dāng)裝置裝有兩臺(tái)或多臺(tái)蒸汽分散設(shè)備(1)或者蒸汽分散設(shè)備(1)有兩個(gè)或多個(gè)出口部分時(shí),開(kāi)口部分的總橫截面積要設(shè)定在上述范圍內(nèi)。順便說(shuō)說(shuō),蒸汽分散設(shè)備(1)中開(kāi)口部分的形狀不需要特別限定,而僅要求其水平投影橫截面積在上述范圍內(nèi)。例如,開(kāi)口部分可采用如正方形、圓形和橢圓之類(lèi)的各種形狀。
如圖1A所示,為了達(dá)到蒸汽在塔(10)中均勻分散,通過(guò)把蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部分(6)與最低的塔板(3)或如填料支撐件之類(lèi)的精餾設(shè)備之間的距離(b)限定為不低于再沸器(20)蒸汽進(jìn)口直徑(c)的1.5倍,本發(fā)明再次增加了其效率。如果這一距離低于直徑(c)的1.5倍,那么不能令人滿意地防止蒸汽帶走濺起的液滴。如果距離(b)過(guò)大,不必要的氣相部分(7)將增大,停留時(shí)間將可能增加到使塔(10)中的蒸汽冷凝和聚合的程度。因此,距離(b)上限限定為直徑(c)8倍是必要的。由于這個(gè)緣故,蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部分(6)與最低塔板(3)或填料支撐件之間的距離(b)必須是再沸器(20)蒸汽出口噴嘴(2)直徑(c)的1.5-8倍,優(yōu)選地是2-5倍。
當(dāng)蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部分(6)與在塔內(nèi)較低部分中液面之間的距離(a)同時(shí)限定為不小于再沸器(20)蒸汽出口噴嘴(2)直徑(c)的0.1倍時(shí),距離(a)在抑制可能發(fā)生的塔底液的濺起液滴方面證明是有效的,可是不可避免地導(dǎo)致加大了不必要的氣相部分(7)。這樣,距離(a)優(yōu)選地是噴嘴直徑(c)的0.1-5倍,優(yōu)選地是0.5-2倍。如作為純化裝置組件的蒸餾塔的直徑和再沸器進(jìn)口直徑之類(lèi)的尺寸可如上所述進(jìn)行適當(dāng)選擇。此外,取決于易可聚合物質(zhì)的蒸汽壓力,蒸汽流量同樣可以適當(dāng)選擇。通過(guò)在上述相關(guān)范圍內(nèi)調(diào)整這些尺寸,本發(fā)明可有效地實(shí)現(xiàn)了其目標(biāo)。
如圖1B所示,蒸汽分散設(shè)備(1)還可在其上部有幾個(gè)用于釋放蒸汽的孔(5)。適當(dāng)?shù)?,這些孔(5)的總面積是裝置橫截面積的0.001-2%,優(yōu)選地是0.005-1%。具有上述面積范圍的孔(5)存在的原因是,孔(5)達(dá)到了抑制蒸汽在蒸汽分散設(shè)備(1)中停滯的目的,同時(shí)達(dá)到了有效地將蒸汽分散在蒸汽分散設(shè)備(1)正上方空間的目的。
將借助圖描述在本發(fā)明中使用的蒸汽分散設(shè)備(1)的形狀。圖1A-8A各自的“A”部分說(shuō)明從塔橫截面看到的蒸汽分散設(shè)備(1)的改變,其“B”部分說(shuō)明從圖A塔的b-b線看到的這些裝置。
在本發(fā)明中,如圖1A所示,蒸汽分散設(shè)備(1)優(yōu)選地以這樣一種方式配置,以使其部分與蒸餾塔(10)的內(nèi)壁相連。如圖1A所示,用平面構(gòu)成上部分,并按扇形垂直延伸或向下發(fā)散的側(cè)面部分與該平面相接,這樣構(gòu)成了蒸汽分散設(shè)備(1),或者如圖2A所示,將彎曲組件與內(nèi)壁連接起來(lái),或如圖4A所示,將三角形組件與內(nèi)壁連接起來(lái)構(gòu)成蒸汽分散設(shè)備(1)。但是,考慮到蒸餾物質(zhì)可能停滯,蒸汽分散設(shè)備(1)優(yōu)選地是弧狀,這個(gè)形狀可抑制蒸餾物質(zhì)的部分停滯。
甚至當(dāng)蒸汽分散設(shè)備(1)從蒸餾塔(10)內(nèi)壁突出的突出部分不與蒸汽進(jìn)口部件(2)相連,而如圖2A或圖4A所示在進(jìn)口部件(2)上方形成時(shí),蒸汽分散設(shè)備(1)也可以這樣排列,以便使其如圖3A所示與蒸汽進(jìn)口部件的上端相連。但是,為了抑制蒸汽在蒸汽分散設(shè)備(1)內(nèi)停滯,蒸汽分散設(shè)備(1)優(yōu)選地這樣配置,以使其與蒸汽進(jìn)口部件的上端相連。
蒸汽分散設(shè)備(1)的開(kāi)口部分(6)的位置可如圖1A所示與蒸汽進(jìn)口部件(2)的低端齊平,也可如圖2A所示,其位置可以延伸到蒸汽進(jìn)口部件(2)低端以下,或者可以在蒸汽進(jìn)口部件(2)低端以上(盡管沒(méi)有任何圖來(lái)說(shuō)明)。但是,為了均勻分散蒸汽的目的,蒸汽開(kāi)口部分(6)優(yōu)選地與蒸汽進(jìn)口部件(2)低端齊平,或在低端以下。順便說(shuō)說(shuō),圖1A-5A中蒸汽分散設(shè)備(1)中的開(kāi)口部分(6)是整個(gè)表面開(kāi)口。
如圖1B所示,俯視時(shí)配置在蒸餾塔(10)中的蒸汽分散設(shè)備(1)開(kāi)口部分呈矩形,圖2B或圖3B中呈弧狀,圖4B中呈三角形,或在蒸餾塔(10)中展開(kāi)呈扇形或多邊形。為了生產(chǎn)設(shè)備的方便,開(kāi)口部分優(yōu)選呈矩形。為了抑制蒸汽在蒸汽分散設(shè)備(1)內(nèi)部停滯,開(kāi)口部分優(yōu)選地呈沒(méi)有帶角部分的弧狀。順便說(shuō)說(shuō),圖1A說(shuō)明了本發(fā)明一種帶分子氧供給部件(4)的純化裝置實(shí)例。
如圖5A和圖5B所示,本發(fā)明純化裝置可有多個(gè)蒸汽分散設(shè)備(1),因此自然地有多個(gè)再沸器進(jìn)口部件(2)。這種結(jié)構(gòu)的原因是該結(jié)構(gòu)能夠防止蒸汽在蒸餾塔(10)內(nèi)向上漂移。還可如圖6A和圖7A所示,一種蒸汽分散設(shè)備(1)可以有多個(gè)開(kāi)口部分(6)。那么,如圖6A所示,蒸汽分散設(shè)備(1)上部可由部分(6)延伸構(gòu)成,在這里再沸器噴嘴(2)與蒸餾塔(10)氣相部分的壁相連。此外,如圖7A和圖8A所示,蒸汽分散設(shè)備(1)可有從再沸器噴嘴與蒸餾塔(10)氣相部分(7)壁相連的部分以噴嘴狀延伸形成的外殼。圖7A和圖7B說(shuō)明了具有噴嘴形狀的蒸汽分散設(shè)備(1),噴嘴在距中心下部裝有多個(gè)開(kāi)口部分(6)。噴嘴狀蒸汽分散設(shè)備(1)的橫截面如圖7C所示。圖8描繪了噴嘴狀蒸汽分散設(shè)備(1),其開(kāi)口部分(6)是整個(gè)表面開(kāi)口。
(5)分子氧供給部件本發(fā)明純化裝置優(yōu)選地?fù)碛蟹肿友豕┙o部件(4)。例如,如果使用如丙烯酸之類(lèi)的易可聚合化合物作為蒸餾對(duì)象,安裝分子氧供給設(shè)備(4)證明是有利的,因?yàn)楸┧岜环€(wěn)定,因此在分子氧與如氫醌、甲醌或硫氮雜蒽之類(lèi)的聚合抑制劑共存時(shí)可防止聚合。分子氧的供給部件(4)僅是一個(gè)口,它設(shè)置在蒸餾塔(10)底部并與蒸餾塔(10)外部相通。通過(guò)這個(gè)口供應(yīng)來(lái)自氧氣瓶的分子氧。當(dāng)在減壓下進(jìn)行蒸餾時(shí),往蒸餾塔(10)底部供氧氣會(huì)自然進(jìn)行,因?yàn)樽陨砗蟹肿友醯沫h(huán)境空氣會(huì)流入蒸餾區(qū)。
安置分子氧供給部件(4)的位置可選擇在蒸餾塔(10)底部上的任何地方。盡管這個(gè)位置并不需要特別限制在再沸器蒸汽進(jìn)口部件附近的地方,但這個(gè)部件優(yōu)選地位于再沸器蒸汽進(jìn)口部件的下面。這個(gè)特別的位置證明是有利的,因?yàn)樗股仙脑俜衅髡羝c分子氧均勻混合,并可有效防止可能的聚合反應(yīng)。
本發(fā)明不需要把分子氧供給部件(4)的數(shù)量限制為一件,而允許分散安裝多個(gè)分子氧供給部件。
(6)易可聚合的化合物本發(fā)明的純化裝置安裝有蒸汽分散設(shè)備(1),因此能通過(guò)使蒸汽偏轉(zhuǎn)和分散而提高分離效率。因而,它通常能應(yīng)用于所有可用作蒸餾對(duì)象的化合物。但是,它特別適合蒸餾易可聚合的化合物。作為具體的易可聚合化合物實(shí)例是丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來(lái)酸及其酯。特別地,它有效地應(yīng)用于丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯。含丙烯酸的有關(guān)液體可在其中加入各種聚合抑制劑,如氫醌、甲醌、硫氮雜蒽、二丁基二硫代氨基甲酸銅鹽、對(duì)苯二胺和N-烴氧基化合物中的至少一種。
采用本發(fā)明純化裝置蒸餾易可聚合的化合物,由于防止蒸汽漂移,同時(shí)防止聚合,消除聚合物粘附蒸餾塔或純化裝置,從而簡(jiǎn)化除去聚合物的操作,還能使設(shè)備持續(xù)運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間,這些使提高分離和純化效率成為可能。
實(shí)施例現(xiàn)在,下面參考加工實(shí)施例將更具體地說(shuō)明本發(fā)明。
(實(shí)施例1)在一個(gè)不銹鋼(SUS 316)蒸餾塔中,該蒸餾塔頂部裝有蒸餾管,有一個(gè)與其底部相連的再沸器,即殼管式熱交換器,并且其中加了35個(gè)支架,使用位于距再沸器蒸汽進(jìn)口部件下端往上200毫米處的直徑25毫米分子氧供給部件,進(jìn)行丙烯酸的連續(xù)純化。
作為原料,使用含有5%(重量)馬來(lái)酸雜質(zhì)的丙烯酸溶液。在蒸餾塔操作壓力35毫米汞柱和塔頂溫度67℃的條件下進(jìn)行蒸餾。以汽化得到的丙烯酸蒸汽量計(jì),向丙烯酸溶液中加入作為聚合抑制劑的100ppm硫氮雜蒽,經(jīng)溶解并通過(guò)其塔底加入塔中。此外,以汽化得到的丙烯酸蒸汽量計(jì),注入0.4%(摩爾)分子氧。
再沸器蒸汽進(jìn)口部件呈圓形,直徑400毫米,安裝在蒸餾塔的內(nèi)壁上。在再沸器蒸汽進(jìn)口部件中安裝了蒸汽分散設(shè)備(橫截面比率25%),該蒸汽分散設(shè)備是沿著蒸餾塔中心方向的寬600毫米和長(zhǎng)416毫米的矩形,其上端重疊距蒸汽進(jìn)口部件上端65毫米的位置,其側(cè)面距蒸汽分散設(shè)備上端向下最大長(zhǎng)度465毫米,其開(kāi)口部分寬600毫米、長(zhǎng)400毫米,其開(kāi)口部分從距蒸汽分散設(shè)備開(kāi)口部件上端到開(kāi)口部件的最大長(zhǎng)度是465毫米。開(kāi)口部件距液面500毫米,而距最低塔板(3)1500毫米。蒸汽分散設(shè)備在其上部有四個(gè)用于釋放蒸汽的孔,直徑12毫米(總橫截面比0.034%)。
這樣完成的裝置連續(xù)操作一個(gè)月,蒸餾上述含丙烯酸的液體。在連續(xù)操作結(jié)束時(shí),發(fā)現(xiàn)蒸餾流出物含有濃度0.1%(重量)的馬來(lái)酸雜質(zhì)。在一個(gè)月連續(xù)操作結(jié)束檢查塔的內(nèi)部時(shí),發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)生成的聚合物重約2千克。
(對(duì)比1-5)去掉安裝在再沸器蒸汽進(jìn)口部件中的蒸汽分散設(shè)備,按照實(shí)施例1的程序純化含丙烯酸的溶液。在這種情況下,再沸器蒸汽進(jìn)口部件下端在液面之上500毫米,而在最低塔板之上1,500毫米處。
在這種情況下,蒸餾流出物中雜質(zhì)馬來(lái)酸的濃度是0.15%(重量)。在一個(gè)月連續(xù)操作結(jié)束檢查塔的內(nèi)部時(shí),發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)生成的聚合物重約10千克。
在表1所示條件下進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)2-5,以與實(shí)施例1同樣方式評(píng)估其結(jié)果。結(jié)果列在表1中。
表1
*1從再沸器蒸汽進(jìn)口下端到液面的距離*2從再沸器蒸汽進(jìn)口下端到最低篩板的距離
權(quán)利要求
1.一種純化裝置,其特征在于裝有蒸汽分散設(shè)備,該蒸汽分散設(shè)備在純化裝置內(nèi)側(cè)在該裝置蒸汽進(jìn)口部件中有一個(gè)從水平方向向下的開(kāi)口部分,其水平投影橫截面積是所述純化裝置橫截面積的10-40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化裝置,其中蒸汽分散設(shè)備的開(kāi)口部分與底部液面之間的距離是蒸汽進(jìn)口部件直徑的0.1-5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化裝置,其中純化裝置是板式塔或填充塔,蒸汽分散設(shè)備的開(kāi)口部分與最低的塔板或填料支撐件之間的距離是蒸汽進(jìn)口部件直徑的1.5-8倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化裝置,其中該裝置裝有不少于兩個(gè)蒸汽分散設(shè)備,或者蒸汽分散設(shè)備有不少于兩個(gè)開(kāi)口部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化裝置,其中蒸汽分散設(shè)備在其上部有一個(gè)用于釋放蒸汽的孔,孔的總面積是該裝置橫截面積的0.001-2%。
6.一種擁有蒸餾塔和配置在塔外的再沸器的純化裝置,其特征在于裝有與蒸餾塔底氣相部分的塔側(cè)壁相連的再沸器蒸汽出口噴嘴,和一個(gè)蒸汽分散設(shè)備,在該裝置內(nèi)側(cè)裝置的蒸汽進(jìn)口部件中有一個(gè)從水平方向向下的開(kāi)口部分,其水平投影橫截面積是所述裝置橫截面積的10-40%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的純化裝置,其中蒸餾塔是權(quán)利要求2-5中任一權(quán)利要求所述的純化裝置,該蒸汽塔裝有分子氧供給部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的蒸餾塔,其特征在于它用于蒸餾易可聚合的化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蒸餾塔,其中易可聚合的化合物是(甲基)丙烯酸和/或其酯。
10.一種蒸餾塔,其特征在于在蒸餾塔的內(nèi)壁裝有使再沸器蒸汽從水平方向往下流入蒸餾塔的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種純化裝置,其特征在于裝有蒸汽分散設(shè)備,該蒸汽分散設(shè)備在純化裝置內(nèi)側(cè)上裝置的蒸汽進(jìn)口部件中有一個(gè)從水平方向往下的開(kāi)口部分,水平投影橫截面積是所述純化裝置橫截面積的10—40%。由于采用了本發(fā)明的蒸汽分散設(shè)備,抑制了氣體漂移,提高了分離效率,防止在塔較低部分中處理時(shí)化合物的可能聚合。
文檔編號(hào)B01D3/32GK1268384SQ00103778
公開(kāi)日2000年10月4日 申請(qǐng)日期2000年3月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月9日
發(fā)明者松本初, 西村武, 松本行弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本觸媒