丁酯醇回收塔操作条件的优化

丙烯酸丁酯装置醇回收塔操作条件优化杨召启徐薇刘志刚（中国石油兰州石化公司化肥厂甘肃兰州730060）摘要：本文通过对丙烯酸丁酯装置T-4230醇回收塔操作条件的优化，得出了醇回收塔最佳操作条件为：操作压力为88Kpa、塔釜温度为97～98℃、第10板温度为98～99℃、进料量为3-4t/h、氢氧化钠加入量为30kg/h，，结果表明在此操作条件下，T-4230运行稳定，可延长运行周期。关键词：丙烯酸丙烯酸及酯丙烯酸丁酯回收塔沸点OptimizationofbutylalcoholrecoverytowerdeviceoperatingconditionsAbstract:Inthispaper,throughoptimizationofbutylacrylateunitT-4230alcoholrecoverytoweroperatingconditions,thealcoholrecoverytoweroptimaloperatingconditionswere:theoperationpressureis88Kpa,temperatureis97～98℃tower,tenthplatetemperature98～99℃,feedingamountofadditionof3-4t/h,sodiumhydroxide,30kg/h,resultsshowthattheoperatingconditions,T-4230isstable,canprolongtheoperationcycle.Keywords:AcrylicacidAcrylicacidandestersbutylacrylaterecoverytowerboilingpoint前言丙烯酸丁酯应用广泛，其共聚物在合成纤维、合成橡胶、合成树脂以及涂料、鞣革、纺织、造纸及粘合剂等工业上有着广泛用途。在工业上多采用丙烯酸与丁醇在酸做催化剂下酯化合成。兰州石化公司丙烯酸及酯装置以丙烯酸和丁醇为原料，对甲苯磺酸(PTSA)做催化剂，采用连续酯化法生产丙烯酸丁酯。反应方程式为：CH2CHCOOH+C4H9OHCH2CHCOOC4H9+H2O丙烯酸(AA)丁醇(BuOH)丙烯酸丁酯(BA)水对于丙烯酸与丁醇生成丙烯酸丁酯的反应，增加原料丙烯酸(AA)或丁醇(BuOH)的浓度，将使反应平衡向正反应方向移动，为了将丙烯酸尽可能完全转化，采用丁醇过量并将反应生成的水迅速从反应体系中去除，此时会丁醇的消耗量会大大增加。装置塔T-4230（醇回收塔），主要用于回收丙烯酸丁酯装置废水中的丁醇和丁酯，从而减小丁醇损失，达到循环利用的目的，提高了回收利用的经济价值。此塔运行的平稳情况直接影响排放到废水中丁醇和丙烯酸丁酯的含量。1装置工艺特点1.1工艺原理T-4230利用丁醇-丁酯-水三元共沸的原理，将废水中丁醇和丁酯回收；为避免丙烯酸在塔内发生聚合，T-4230进料中加入少量的氢氧化钠，中和废水中的丙烯酸，反应方程式如下：1.2工艺流程T-4230塔为筛板塔，共22块塔板。含丁醇的废水水进入T-4230，一部分塔釜液通过T-4230再沸器自然循环；另一部分与T-4230进料进行换热后排向丙烯酸酯废水贮罐。塔顶蒸出物冷凝后进入T-4230塔顶受液罐中分层，下层水相经T-4230回流泵回流至T-4230，上层醇相溢流返回至V-4225水相侧。不凝气体进入通过分离器进行气液分离，废水排往废水处理单元，废气经放空冷却器送入TVG系统排至废水处理单元。2醇回收塔工艺条件的优化T-4230采用三元共沸（水、丁醇、丁酯）的原理，从废水中分离丁醇和丁酯，压力的变化影响体系的共沸温度，且对共沸物中轻重物质的组成有一定影响，进而影响塔顶、塔釜的物料组成。因此选择合适稳定的操作压力、操作温度、适宜的进料量以及NaOH加入量，是保证塔顶塔釜相对稳定组成的前提条件。2.1T-4230压力的优化液体沸点随压力的降低而降低，在低温情况下可以避免丙烯酸类物质的聚合，因此选择较低的操作压力更有利于丁酯与丁醇从废水中去除。在丁酯装置中，T-4230塔顶受液罐（V-4231）最低操作压力达到88KPa时，压力调节阀开度达到80%，达到合适的调节开度。因此选择88Kpa为V-4231最佳操作压力。2.2T-4230塔釜温度的优化精馏塔塔径、塔高、塔板形式确定了塔的压降，因此精馏塔的操作压力确定后，塔釜的操作温度决定塔釜的物料组成。当V-4231操作压力为88KPa时，收集T-4230塔釜不同温度时塔釜采出废水中丙烯酸丁酯及丁醇组成，如图3所示：温度与T-4230塔釜组成关系图0123949596979899温度/℃塔釜物料组成/%BuOH含量BA含量图3温度与T-4230塔釜组成关系图由图3可以看出，T-4230塔釜废水中丁醇和丙烯酸丁酯的含量随T-4230塔釜温度的升高而降低，当T-4230塔釜温度升高至97℃时，T-4230塔釜废水中丙烯酸丁酯、丁醇含量接近于0，T-4230塔釜废水中水含量达到100%，由于温度过高后，装置能耗同时增加。因此，选择97～98℃为T-4230塔釜的最佳操作温度。2.3T-4230第10板温度的优化T-4230第10板温度是一个灵敏板，检验塔是否稳定运行的一个关键控制参数，其温度的高低直接反映该塔精馏好坏的特征。当V-4231操作压力为88KPa时，塔釜温度控制在97～98℃时，收集T-4230第10板不同温度时塔釜采出废水中丙烯酸丁酯及丁醇组成，如图4所示：第10板温度与塔釜组成关系图00.511.522.539596979899100温度/℃塔釜物料组成/%BuOH含量BA含量图4第10板温度与T-4230塔釜组成关系图由图4可以看出，T-4230塔釜废水中丁醇和丙烯酸丁酯的含量随T-4230第10板温度的升高而降低，当T-4230第10板温度升高至98℃时，T-4230塔釜废水中丙烯酸丁酯、丁醇含量接近于0，T-4230塔釜废水中水含量达到100%，由于温度过高后，装置能耗同时增加。因此，选择98～99℃为T-4230第10板的最佳操作温度。2.4T-4230进料量的优化当进料过高时，丁酯含量亦会很高，若要尽可能多的蒸出丁酯，则需要吸收大量热量，故需要大量水蒸气，但换热器提供的能力有限，若进料量过高，则达不到换热效果，直接影响塔釜物料组成，当控制操作压力为88KPa，塔釜温度为控制在97～98℃时，第10板温度为98～99℃时，收集T-4230塔釜不同温度时塔釜采出废水中丙烯酸丁酯及丁醇组成，如图5所示：进料量与塔釜组成关系图00.511.522.530123456进料量/t塔釜物料组成/%BuOH含量BA含量图5进料量与塔釜物料组成关系图通过曲线图可以看出，当进料量为3～4t/h时，T-4230塔釜废水中丁醇和丙烯酸丁酯的含量增长缓慢；但当进料量大于4.5t/h时，T-4230塔釜废水中丁醇和丙烯酸丁酯的含量急剧上升，由于进料量过大后，装置负荷过高，综合考虑，T-4230进料量选择为3～4t/h最适宜，可以保证T-4230的正常运行。2.5T-4230氢氧化钠加入量的优化由于T-4230进料中有少量未被中和的丙烯酸，在水含量较高的条件下，丙烯酸极易聚合，T-4230运行周期较长后塔盘及管线中聚合物积聚过多，影响塔的正常操作，造成塔釜排放废水中丁醇、丁酯含量过高，因此及时去除T-4230塔中的丙烯酸关系到T-4230的正常运行；T-4230设计有氢氧化钠进料管线，当氢氧化钠加入量小时，丙烯酸不能被完全中和，引起聚合；当氢氧化钠加入量过多时，丙烯酸可以完全去除，但是会造成氢氧化钠消耗高及排放废水pH高，因此选择合适的氢氧化钠至关重要。在正常生产情况下，每周改变一次氢氧化钠加入量，根据实际情况清理T-4230塔釜过滤器，根据氢氧化钠加入量与T-4230塔釜聚合物量关系绘制曲线图，如图6所示：氢氧化钠加入量与聚合物关系图0510152025152025303540455055氢氧化钠加入量（kg/h）T-4230塔釜聚合物量（kg/周）图6氢氧化钠加入量与聚合物关系图通过曲线图可以看出，当氢氧化钠加入量大于45kg/h时，T-4230塔釜未产生聚合物；随着氢氧化钠加入量的减少，T-4230塔釜聚合物缓慢增加；当氢氧化钠加入量小于25kg/h时，T-4230塔釜聚合物急剧上升；综合考虑排放废水的pH值、氢氧化钠消耗及聚合物量，氢氧化钠加入量为30kg/h，每周清理一次过滤器，可以保证T-4230的正常运行。2.6稳定性实验为了考察所选工艺条件的稳定性和可靠性，100%负荷时，当V-4231操作压力为88Kpa；T-4230塔釜温度为97～98℃；T-4230第10板温度为98～99℃；氢氧化钠加入量为30kg/h，T-4230进料量选择为3～4t/h，对丙烯酸丁酯装置进行了3个月的运行对比实验，并根据塔釜物料组成比例与时间做趋势图，结果见图7。醇回收塔塔釜物料组成与运行时间关系图0123400.511.522.53运行时间/月塔釜物料组成/%图7醇回收塔塔釜聚合物量与运行时间关系图由图7可以看出，在3个月的运行对比实验中，醇回收塔塔釜物料组成较稳定，且此塔运行平稳。3结论通过调整醇回收塔的塔釜温度、第10块塔板温度、压力、进入三塔的量，并考察了最佳操作条件下氢氧化钠加入量与聚合物的关系。结果表明，醇回收塔的最佳操作条件如下：操作压力为88Kpa、塔釜温度为97～98℃、第10板温度为98～99℃、进料量为3-4t/h、氢氧化钠加入量为30kg/h，结果表明在此操作条件下，T-4230运行稳定，运行周期较长。参考文献1、叶庆国，席玉蕾.非均相恒沸精馏分离回收正丁醇的模拟与优化.化学工业与工程，第29卷，第2期2、刘家祺,姜忠义,王春艳.分离过程与技术.天津大学出版社,2001.3、胡小玲,管萍.化学分离原理与技术.化学工业出版社,2006.4、陶子斌.丙烯酸生产与应用技术.化学工业出版社，2007.5、厉蕾，颜悦.丙烯酸丁酯的生产工艺.化学工业出版社，2000