間歇精餾連續(xù)化技術(shù)在丙烯酸二甲基氨基乙酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

任海龍

（安徽巨成精細(xì)化工有限公司，安徽 淮北235100）

丙烯酸二甲基氨基乙酯（簡稱DA），是一種重要的甲基丙烯酸酯，由于其分子中含有乙烯基和叔胺基等活性基團(tuán)，因而可以通過聚合反應(yīng)來合成具有活性胺基或季銨基的高分子化合物，廣泛用于水處理、造紙、涂料、醫(yī)藥醫(yī)療、油田化學(xué)品、粘合劑、纖維助劑和塑料橡膠改性等領(lǐng)域。

我公司初期采用間歇減壓精餾工藝生產(chǎn)DA，產(chǎn)能較低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定[1]。隨著企業(yè)的發(fā)展，對DA的生產(chǎn)也提出了更高要求，將間歇精餾改為連續(xù)精餾就是一種很好的擴(kuò)能改造方法[2]。連續(xù)化改造后，生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)能提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，社會效益顯著增加。

1 間歇減壓精餾工藝操作流程

酯交換反應(yīng)原理：

圖1 間歇減壓精餾工藝操作流程

1.1 間歇減壓精餾工藝

間歇減壓精餾工藝流程如圖1所示，包括酯交換反應(yīng)精餾、催化劑分離減壓精餾和DA精制減壓精餾。

將原料和催化劑打入酯交換反應(yīng)釜，緩慢加熱升溫。當(dāng)塔頂出現(xiàn)餾分時，穩(wěn)定塔頂溫度和回流比。當(dāng)釜溫上升至最高限度且塔頂溫度難以維持穩(wěn)定時，表明反應(yīng)接近尾聲。取反應(yīng)釜中料液分析，如分析合格，則給反應(yīng)釜降溫停攪拌。將塔頂采出餾分送至共沸物儲罐，將反應(yīng)釜中料液打入催化劑分離精餾釜。

對催化劑分離精餾系統(tǒng)抽真空加熱升溫。當(dāng)塔頂出現(xiàn)餾分時，穩(wěn)定塔頂溫度和真空度，按一定回流比接收前餾分Ⅰ（主要成分為未反應(yīng)完的原料）。當(dāng)塔頂溫度難以維持穩(wěn)定時，表明前餾分已快采完，取塔頂餾分分析，如分析合格，則將系統(tǒng)溫度、真空度和回流比調(diào)節(jié)到一個新規(guī)定的范圍，將塔頂餾出物切換到粗DA罐。當(dāng)塔頂餾分明顯減少且塔頂溫度難以維持穩(wěn)定時，表明粗DA已快采完，停止給催化分離精餾系統(tǒng)抽真空并開始降溫，關(guān)閉粗DA罐進(jìn)料閥。系統(tǒng)溫度降低后，打開放空閥使系統(tǒng)恢復(fù)至常壓狀態(tài)，把釜液（主要成分為催化劑）打入催化劑計量罐重復(fù)利用。將前餾分接收罐Ⅰ中的料液送至酯交換反應(yīng)釜中，按前餾分接收罐Ⅰ中物料的組成計算剩下應(yīng)打入多少新鮮原料以配成完整一釜料，緊接著進(jìn)行下一輪酯交換反應(yīng)精餾。

將粗DA放入DA精餾釜，對DA精餾系統(tǒng)抽真空加熱升溫。當(dāng)塔頂出現(xiàn)餾分時，穩(wěn)定塔頂溫度和真空度，按一定回流比接收前餾分Ⅱ（主要成分為未反應(yīng)完的原料）。當(dāng)塔頂溫度難以維持穩(wěn)定時，表明前餾分已快采完，取塔頂餾分分析，如分析合格，則將系統(tǒng)溫度、真空度和回流比調(diào)節(jié)到一個新規(guī)定的范圍，將塔頂餾出物切換到精DA罐。當(dāng)塔頂餾分明顯減少且塔頂溫度難以維持穩(wěn)定時，表明精DA已快采完，停止給DA精餾系統(tǒng)抽真空并開始降溫，關(guān)閉精DA罐進(jìn)料閥。系統(tǒng)溫度降低后，打開放空閥使系統(tǒng)恢復(fù)至常壓狀態(tài)。釜液留在釜內(nèi)和下一釜一起精餾。將前餾分罐Ⅱ中料液送至催化劑分離精餾釜中和下一釜一起精餾。

1.2 間歇精餾工藝的不足之處

（1）基于間歇精餾是非穩(wěn)態(tài)過程，蒸餾釜的殘液組成、塔內(nèi)各塔板（填料）中物料組成及溫度等均隨時間和空間位置而變，因此在間歇精餾過程中，回流比要隨著每次精餾操作單元的開停來回重復(fù)調(diào)整；同時，每個精餾單元的餾分要來回切換，且每次都要等到前餾分取樣分析結(jié)果出來后才能切換，致使精餾時間拖長和能耗增加。

（2）在間歇精餾過程中，動力系統(tǒng)（攪拌、機(jī)泵）、真空系統(tǒng)（真空機(jī)組）、換熱系統(tǒng)（加熱蒸汽、循環(huán)水、冷凍鹽水）要重復(fù)開停，勞動效率低且設(shè)備損毀率較高。

（3）催化劑分離精餾釜和DA精餾釜內(nèi)的高沸點副產(chǎn)物會隨著釜內(nèi)殘留料液循環(huán)利用次數(shù)的增加而越積越多，于是要想精餾出所需餾分就要不斷升高釜溫，而過高的溫度又會促使高沸點副產(chǎn)物的生成，如此惡性循環(huán)，以至于后來釜內(nèi)溫度過高，加上重組分流動性差，導(dǎo)致釜內(nèi)嚴(yán)重結(jié)焦，嚴(yán)重影響設(shè)備傳熱效果，不僅使設(shè)備的生產(chǎn)能力下降，而且提高系統(tǒng)的消耗，因而需要對精餾釜進(jìn)行徹底清洗，費(fèi)時費(fèi)力。

（4）每次停車后都要對精餾塔等裝置進(jìn)行水洗，水洗后還要對系統(tǒng)進(jìn)行吹掃除水，但仍會殘留一些水分難以除凈。由于催化劑遇水易分解失效，導(dǎo)致下次開車時催化劑部分失效。

2 間歇精餾連續(xù)化改造

2.1 設(shè)備的改造

（1）對酯交換反應(yīng)釜的改造。將進(jìn)出料方式改為下進(jìn)上出，即各原料從釜底進(jìn)料，反應(yīng)后料液經(jīng)釜側(cè)溢流口流出，這樣可以使料液在連續(xù)進(jìn)出反應(yīng)釜的情況下仍能進(jìn)行較充分的反應(yīng)。

（2）對塔內(nèi)填料的改造。普通填料達(dá)不到連續(xù)精餾要求，所以精餾塔內(nèi)改造為500Y型金屬絲網(wǎng)波紋填料，并增加先進(jìn)的塔集液器和分布器。

（3）對塔進(jìn)料口位置的改造。間歇精餾塔的原料進(jìn)口一般設(shè)在塔底部，原料一次性加入蒸餾釜內(nèi)，只有精餾段沒有提餾段。連續(xù)精餾塔的進(jìn)料位置一般設(shè)在塔中部，連續(xù)用泵送，既有精餾段又有提餾段。

（4）對精餾釜的改造。因為連續(xù)法不像間歇法那樣一次性盡可能多地加入物料來蒸餾，所以把大容量臥式釜改為小容量立式釜。為保證換成小釜后仍有足夠的加熱量，加熱方式也由釜內(nèi)U型列管加熱改為釜外強(qiáng)制循環(huán)列管加熱。強(qiáng)制循環(huán)也使得釜內(nèi)流動性相對變強(qiáng)，避免了加熱管壁結(jié)焦的問題。

（5）對回流罐的改造。因為連續(xù)法處理量增大，為了保證留有足夠的緩沖量，也為了防止抽空，所以回流罐換成大容量的。

2.2 工藝管線的改造

（1）對于間歇精餾而言，塔頂餾出組分按輕重次序采出，為了使餾出的產(chǎn)品純度達(dá)到要求，塔頂往往在采出產(chǎn)品之前，先采出部分前餾分。在連續(xù)精餾中，各段采出連續(xù)平穩(wěn)，整個精餾過程中，汽、液相狀態(tài)平穩(wěn)，只有開車初期塔頂采出的少量初餾分返回上一工段作為原料。

（2）把原有的兩套間歇精餾整合成一套連續(xù)精餾，需直接用管線將部分中間罐和前餾分接收罐給替換掉，各塔釜等設(shè)備承擔(dān)的功能也有所改變。催化劑分離精餾釜底分出一路至酯交換反應(yīng)釜，催化劑分離精餾釜底和DA精餾釜底各分出一路去釜?dú)堃菏占?。乙酯分離回流一路進(jìn)酯交換釜，罐區(qū)進(jìn)料也是先進(jìn)乙酯回流罐再進(jìn)酯交換反應(yīng)釜。DA粗餾一路去酯交換反應(yīng)釜。把其中一個酯交換反應(yīng)精餾系統(tǒng)改為重組份減壓精餾系統(tǒng)，專門處理釜?dú)堃菏占薜闹辛弦?，因為釜?dú)堃褐腥杂胁糠諨A可以回收利用。

3 技改后連續(xù)減壓精餾工藝流程及操作

連續(xù)減壓精餾工藝如圖2所示，包括酯交換反應(yīng)精餾、乙酯分離減壓精餾、催化劑分離減壓精餾、DA一級減壓精餾、DA二級減壓精餾。

圖2 技改后連續(xù)減壓精餾工藝操作流程

3.1 酯交換反應(yīng)精餾塔和乙酯分離精餾塔的脫水預(yù)處理

因為催化劑遇水易分解失效，所以需對系統(tǒng)進(jìn)行脫水預(yù)處理。將罐區(qū)新鮮乙酯打入乙酯分離回流罐，當(dāng)液位至30%～40%時，開回流泵，連續(xù)采出乙酯至酯交換反應(yīng)釜，通過釜溢流口進(jìn)入酯交換緩沖罐，當(dāng)酯交換緩沖罐液位至30%時，開始對酯交換反應(yīng)釜內(nèi)物料加熱升溫，建立酯交換反應(yīng)塔頂回流，保持全回流。

在對酯交換反應(yīng)釜加熱的同時，開啟酯交換緩沖罐至乙酯分離精餾釜的調(diào)節(jié)閥，建立并維持乙酯分離精餾釜液位50%左右，開啟精餾釜循環(huán)泵建立自循環(huán)，開始加熱和抽真空，逐步建立塔頂回流。

維持酯交換反應(yīng)精餾塔和乙酯分離精餾塔穩(wěn)定循環(huán)全回流操作，保持乙酯分離回流罐至酯交換反應(yīng)釜流量約2500 kg/h，如液位達(dá)到要求可停止新鮮乙酯進(jìn)料。

取樣分析酯交換反應(yīng)回流罐物料含水量，如果含水量超標(biāo)，則從該回流罐中采出一部分到共沸物儲罐，直至合格。

3.2 酯交換反應(yīng)精餾和乙酯分離精餾

開啟新鮮催化劑進(jìn)料調(diào)節(jié)閥向酯交換反應(yīng)釜進(jìn)料，控制進(jìn)料流量。開啟乙酯分離精餾釜至酯交換反應(yīng)釜閥門，控制較小流量，以防止重組份在乙酯分離精餾塔底過度積累。1h后開始乙醇胺進(jìn)料，控制進(jìn)料流量。觀察乙酯回收塔底溫度，當(dāng)溫度達(dá)到要求時，即可進(jìn)行催化劑分離精餾。

3.3 催化劑分離精餾

開啟從乙酯分離精餾釜到催化劑分離精餾塔進(jìn)料的自動調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉乙酯分離精餾釜到酯交換反應(yīng)釜循環(huán)閥門（釜底催化劑），逐步建立催化劑分離精餾釜液位，并建立精餾釜循環(huán)。當(dāng)精餾釜液位達(dá)到30%時，開始緩慢開啟蒸汽升溫，抽真空，逐步建立塔頂回流。當(dāng)塔頂回流罐液位達(dá)到30%時，開始采出物料到粗DA罐。

在對催化劑分離精餾釜進(jìn)行加熱的同時，開啟塔底至酯交換反應(yīng)釜調(diào)節(jié)閥，逐漸提高采出量至等于新鮮催化劑加入量；同時，采出一小股催化劑至釜?dú)堃菏占蓿沙隽恳曀诇囟雀叩投淖?，溫度高多采，溫度低保持一定量不變（一般返回酯交換反應(yīng)釜的催化劑∶采出至釜?dú)堃菏占薜拇呋瘎?∶2）。

3.4 DA的粗餾和精餾

粗DA罐中液位建立后，開始對DA一級精餾塔進(jìn)料，當(dāng)釜底液位達(dá)到30%時開啟釜底循環(huán)泵建立釜底循環(huán)，開始加熱升溫并抽真空，控制塔釜溫度和真空度，塔頂回流罐有液位時，采出塔頂輕組分至酯交換反應(yīng)釜（開車初期去酯交換反應(yīng)精餾塔中，2h后切換回酯交換反應(yīng)釜，以利于脫水）。

開啟DA一級精餾釜和DA二級精餾塔進(jìn)料閥，當(dāng)DA二級精餾釜液位達(dá)到30%時建立塔底循環(huán)，開始加熱和抽真空，控制塔釜溫度和真空度，并逐步建立塔頂回流。當(dāng)塔頂回流罐液位上升至30%時，開始采出輕組分物料至粗DA罐，取樣分析，當(dāng)DA含量達(dá)標(biāo)時，可切換至精DA罐。從DA精餾釜底采出一小股物料至釜?dú)堃菏占蓿ó?dāng)塔釜溫度過高時，表明釜液重組份比例過大，可適當(dāng)多采出一些重組份）。

3.5 連續(xù)精餾特點

（1）連續(xù)精餾操作全過程安全平穩(wěn)，生產(chǎn)具有連續(xù)性。

（2）連續(xù)精餾既有精餾段也有提餾段，操作時的回流比和餾出液量基本不變，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（3）產(chǎn)品精餾過程收率高，物耗和能耗低，勞動強(qiáng)度小，適用于自動化控制。

4 結(jié)論

通過連續(xù)化工藝改造，使得原有減壓間歇精餾連續(xù)化裝置產(chǎn)能提高一倍以上，操作安全平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能耗低，工人勞動強(qiáng)度也大大降低。

[1]黃少烈，鄒華生.化工原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]鐘理，伍欽，曾朝霞.化工原理（下冊）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：12-53.□