热敏物料的湿式干釜动态复合精馏过程 技术领域
本发明涉及热敏物料的湿式干釜动态复合精馏过程。属于由热敏物料通过精馏获得高纯度产品的非常规动态精馏分离技术。
背景技术
随着精细化工行业的发展，精细化学品越来越多，许多品种具有热敏性，在加热时会发生分解，用常规精馏技术难以达到高的纯度和收率。间歇精馏是精细化学品分离中常用的分离技术，常规间歇精馏是将物料投入到塔釜中，由塔顶采出产品及过渡段。常规间歇精馏技术，由于被分离物料一次投入塔釜中，且塔釜的温度在精馏过程中是最高的，因此物料在塔釜中受热程度最大，对于热敏性物质，其受热反应量较大。精馏过程一般采用间壁式加热方式，即利用用水蒸气或导热油，采用夹套或换热器的换热管进行非接触式换热，这样的加热方式往往传热温差较大，不利于热敏物料的蒸馏过程。而且对于一般的精馏过程，由于传热面积的限制，在塔釜中物料的持液量较大，这也不利于热敏物料的精馏。因此对于热敏物料的精馏过程，应采用持液量低地塔釜，最好采用“干釜”，并且要尽量降低传热温差，所以需要开发新型的低持液量和低传热温差的塔釜。
常规间歇精馏过程采用的是正立塔操作，随着精馏技术的发展，Robinson和Gilliland提出了倒立塔的概念，对于倒立塔，被分离物料存于塔顶，而产品由塔底馏出。对于倒立塔，由于物料存于塔顶，而在精馏过程中，塔顶的温度最低，因此对于保护热敏物料是很有利的。目前发表的文献还没有采用倒立塔进行热敏物料精馏的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热敏物料的湿式干釜动态复合精馏过程，采用湿式干釜进行直接接触加热，从而实现一个精馏塔进行正立式和倒立式复合精馏操作。该过程精馏时间短，塔釜存料少，传热温差小，效率高，物料热分解率低，收率高。
本发明是通过下述技术方案加以实现的：采用包括带有塔中进料和出料以及塔底出料的精馏塔，塔顶连接冷凝器和回流罐，塔底连接其内装有规整填料和载热体的釜(湿式干釜)及换热器和循环泵及分相器所构成的精馏装置，实现热敏物料的复合精馏。其特征在于：
1.正立式半连续精馏操作。热敏物料连续由塔中部的进料管进入塔内，在湿式干釜内直接受载热体加热，其蒸汽上升至塔顶，经冷凝器冷凝流到回流罐贮存，并一部分做回流液回到塔内，与此同时在塔底部的出料口采出重杂质，实现正立式半连续精馏操作，直至进料完毕。
2.倒立式间歇精馏操作。进料完毕后转入倒立塔操作，即加大回流量，继续由塔底出料口采出重杂质，当塔中部出料口物料浓度达到产品纯度要求时，由该出料口采出成品。当塔底部出料口处物料浓度达到产品要求时，由该出料口同时采出成品，实现倒立式间歇精馏操作。
3.在进行上述两个操作过程中，湿式干釜由装有规整填料的塔釜构成，采用与物料不互溶的高沸点液体作为载热体，载热体由泵输送，于换热器、塔釜和分相器之间进行循环，塔釜内的规整填料为载热体和物料提供直接接触加热表面。
本发明的优点在于：精馏时间短，传热温差小且效率高，能耗低，物料热分解率低，收率高。
下面对本发明进行详细说明。
本发明的关键技术是湿式干釜和复合精馏技术。所谓湿式干釜指的是物料在塔釜中存料量很小，接近无存料状态，即所谓的干釜状态，在塔釜中采用与物料不互溶的高沸点液体作为载热体，物料与载热体接触后迅速汽化，因此塔釜对于物料来说处于“干”的状态，但是对于载热体来说是处于“湿”的状体，因此我们称这样的塔釜为“湿式干釜”。由于在“湿式干釜”物料处于干釜状体，因此物料在塔釜中的持液量很小，对于热敏物料来说，可以大大减少物料受热反应量。在“湿式干釜”中物料与载热体在规整填料直接接触传热，因此其传热效率高，传热系数大，而且规整填料可以提供很大的传热面积，因此可以采用很小的传热温差以加热物料产生蒸馏所需物料蒸汽，这样可以从很大程度上避免间壁式传热所造成的过热现象，减少热敏物料受热反应量。
本发明采用的复合精馏技术分成两步进行，第一步半连续精馏过程(属正立式操作)。它类似于连续精馏，但是与连续精馏是不同的。连续精馏是一个稳态过程，而本发明采用的是非稳态过程，重杂质在塔底采出，而产品和轻杂质在塔顶回流罐内进行动态累积。第二步采用的是倒立塔间歇精馏操作(倒立式操作)，被蒸馏物料存于塔顶回流罐内，由塔底采出剩余重杂质，由塔中出料口和塔底出料口采出成品。由于在倒立塔操作过程中，物料存于塔顶回流罐，其温度低，因此可以大大降低热敏反应速率，提高产品收率。
附图说明
图1为本发明的装置及流程示意图。图中1为换热器；2为载热体进口；3为精馏塔；4为塔中进料口；5为冷凝器；6为回流罐；7为塔中出料口；8为塔底出料口；9为湿式干釜；10为分相器；11为循环泵
具体实施方式
本发明分离装置如图1所示，属于热敏物料动态复合精馏分离装置，热源可为锅炉蒸汽或导热油，冷却介质可为循环冷却水或冷冻盐水，操作压力为常压或真空。操作方法为：
预先由载热体进口2加入适量载热体到换热器1和湿式干釜9中。开启换热器1的热源，冷凝器5的冷源，开启循环泵11。将被分离料液由塔中进料口4连续加入到精馏塔3内，物料与湿式干釜9内载热体直接接触传热后蒸发，产生精馏所需物料蒸汽，经冷凝器冷凝后，进入回流罐6，回流罐内的部分液体进入塔内作为回流，其余液体在回流罐内不断累积，而重杂质由塔底出料口8不断采出，直至塔中进料完毕，转入倒立塔操作。塔底继续采出重杂质，加大回流罐内液体流回塔内流量，当塔中出料口7处物料浓度达到产品纯度要求时，由塔中出料口采出成品，随着蒸馏进行，当塔底出料口8处物料浓度达到产品浓度要求时，同时由塔底出料口采出产品。当塔中出料口轻杂质含量较高时，停止塔中出料，继续由塔底采出成品。当塔底出料口物料浓度达不到产品含量要求时，采出过渡段直到停车。在蒸馏过程中部分载热体进入分相器10，在分相器内，载热体中所含的少量釜残与载热体分相，排出系统。
下面再以实施例对本发明加以进一步说明。
实施例一：原料为热敏物料4-羟基-2-丁酮60％(质量百分数)，其中含轻杂质14％(质量百分数)，重杂质26％(质量百分数)。在湿式干釜中加入载热体白油，开启循环泵、换热器、冷凝器，以50L/h由塔中进料口向直径为φ300填料层高度为8米(填料分两段，每段4米)的精馏塔进料，则精馏塔开始运行，先进行全回流操作0.5小时，然后由塔底采出重杂质，出料速率为14L/h，塔顶回流量为10L/h，塔顶其余液体在回流罐内累积。塔中进料完毕后，降低塔底出料速率为8L/h，加大塔顶回流量为60L/h。当塔中出料口4-羟基-2-丁酮浓度达到95％时，由塔中出料口采出成品，出料速率为30L/h，当塔底出料口4-羟基-2-丁酮浓度达到95％时，同时由塔底采出成品。随着精馏进行，当塔中出料口成品浓度低于95％时，停止塔中出料，继续由塔底出料，当塔底出料口成品浓度低于95％时，采出过渡段，当塔顶回流罐内液体很少时，停车。以上操作在真空下进行，绝对压力为0.67Kpa，在精馏进行过程中载热体中的少量釜残在分相器内累积，停车后排出。