1、 1 毕业设计文献综述 化学工程与工艺 PTA脱水系统的重要性 前言 PTA 精对苯二甲酸 ， 常温下外观为白色晶体或粉末，无毒，无味，是重要的大宗有机原料之一 。 PTA 是聚酯纤维和非纤聚合物的重要基础原料， PTA 的下游加工产品主要是聚酯，也就是其主要用途是生产聚酯纤维 (涤纶 )、聚酯瓶片和聚酯薄膜，广泛用于与化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面，与人民生活水平的高低密切相关。随着科学技术的发展，以 PTA 为原料的高科技产品层出不穷，其应用领域也在不断扩大着，不仅食品包装中越来越多地应用聚酯材料，而且在医药 、化妆品等非食品包装中以及在 PBT 工程塑料、不饱和聚酯树脂等
2、行业的应用具有广阔的前景 。由于聚酯工业的迅猛发展，尤其是东南沿海地区民营企业的迅猛发展，使得 PTA 需求一直保持着快速增长的势头。 PTA 是合成聚酷的重要原料 , 是以对二甲苯为原料 , 醋酸为溶剂在一定的温度和压力下生成。由于氧化反应副产水 , 为使反应正常进行 , 必须及时将副产水移出系统 , 并且尽可能地将醋酸从水中分离回收出来 , 利于降低醋酸的消耗 , 以便氧化反应正常进行。 主题 PTA 是合成聚酷的重要原料 , 是以对二甲苯为原料 , 醋酸为溶剂在一 定的温度和压力下生成。由于氧化反应副产水 , 为使反应正常进行 , 必须及时将副产水移出系统 , 并且尽可能地将醋酸从水中分
3、离回收出来 , 利于降低醋酸的消耗 , 以便氧化反应正常进行。目前先进的醋酸消耗水平为44kg/tPTA, 溶剂回收和脱水系统的作用为 a.从尾气中回收醋酸 ； b.除去溶于溶剂中的副产物和杂质 ；c.从醋酸溶液中将水分离出去。因此 , 该系统操作状态决定了 PTA生产成本的高低、产品质量的好坏。 1. 工艺流程 1).常压吸收 高压吸收塔是用于从氧化反应器顶部冷凝器系统中回收有机物质。反应尾气在高压洗涤 塔中系统，洗涤液送入溶剂脱水塔。尾气进入常压洗涤塔用醋酸洗涤在用脱盐水洗涤。 常压吸收塔上部的富水出料由泵通过液位控制送至汽提塔，回收醋酸去除杂质。常压吸收塔底泵将一部分醋酸通过换热器送回常
4、压吸收塔洗涤气体，其余醋酸在液位控制下送母液罐，返回反应器或溶剂脱水塔。 2）溶剂回收 2 氧化反应生成的水和装置加入的水在脱水塔中用共沸剂与醋酸进行分离，使塔顶几乎测不到醋酸，塔底醋酸的质量分数约 95。在脱水塔的中部抽出一股液体，送入 PX 回收塔去除共沸脱水塔中积存的 PX，引入水打破 PX 一共沸剂恒沸液，氧化第二结晶器部分 蒸汽提供 PX 回收塔清除 PX 所需热量，顶部气相中的共沸剂返回共沸脱水塔，底部出料 PX 在液位控制下送母液罐返回反应器。 3）母液处理 母液从旋转真空过滤器排出，大量气体通过管线进入分离器。蒸汽通过管线从顶部放出，液体通过防涡器和管线从底部流出。来至旋转真空
5、过滤机的气体和滤液与来至真空泵的分离罐底部的部分抽取液仪器排放到母液分离器。来至母液分离器的蒸汽流到真空气体冷凝器，然后流到真空泵，在由泵循环送回旋转真空过滤机。 4）共沸剂回收 共沸脱水塔底部蒸发所需热量由脱水塔再沸器提供，顶部出来的蒸气在脱水塔顶部冷凝器 中冷凝，温度由旁通控制，凝液和蒸汽进脱水塔冷凝器倾析器，水相和有机相 (共沸剂 )分离，共沸剂进入共沸剂贮罐由回流泵送回共沸脱水塔作回流，气相和未凝蒸气送人共沸剂回收塔上部，水相送人共沸剂回收塔底部，进人共沸剂回收塔上部的蒸汽经冷却回收醋酸甲酯存于贮罐中，由泵送至氧化反应器，抑制醋酸甲酯的生成，降低氧化副反应。共沸剂回收塔底部液体经冷却后
6、由泵送至废水用户和污水处理厂，共沸剂回收塔顶不凝性尾气进人常压吸收塔进一步回收其中的醋酸甲酯。 2.脱水系统共沸精馏介绍 2.1 常规和共沸蒸馏 蒸馏是化学工业中用于组分分离的 最常用方法。蒸馏过程涉及在一个装有接触介质的塔内逆流物质的不断蒸发和冷凝。此过程的依据是，在从塔内向下流动的液体和在塔内向上流动的与之处于动态平衡的气体之间，存在一个连续变化的组分。具有高蒸气压或低沸点的组分迁移到塔的顶部，而具有低蒸气压或高沸点的组分则下沉到塔的底部。在大多数情况下，只需简单地把原料供应到塔的中心，即可按照上面的描述实现分离，无需使用额外的组分来实现期望的分离过程。 液体混合物中一个组分的蒸气压取决于
7、组分分子的性质、混合物的温度和混合物的组成。对于理想的混合物，蒸气压等于纯组分在此温度下的 蒸气压乘以组分的摩尔组成。不过，大多数混合物并不是处于理想状态；所以，需要有一个另外的乘数（我们称之为活性系数）来代表一个组分的行为。活性系数本身是温度和组成的函数。在有些情况下，理想的蒸气压、组成和活性系数的组合能导致这样一种情形，即气相的组成和与之平衡的液相的组成能达到理想状态。这是一种共沸混合物，蒸气和液3 体在蒸馏塔内的进一步接触也不能导致组分被进一步分离。 共沸混合物可以是高沸点的，也可以是低沸点的。在高沸点共沸混合物中，例如将水和盐酸混合在一起，共沸混合物将离开简单蒸馏塔的底部，塔顶产物要么
8、是水、要 么是氯化氢；这取决于哪个组分在原料的共沸混合物中是过量的。在低沸点共沸混合物中，例如把水和乙醇混合在一起，共沸混合物将离开塔的顶部，使水或乙醇离开塔的底部；这取决于在供料的共沸组成中哪个物质过量。 低沸点共沸混合物能被进一步分离成均匀的共沸混合物，此处液体以单相形式存在；以及不均匀的混合物，此处液体在两相形式存在。均匀的共沸混合物难以破坏，但不均匀的共沸混合物就容易破坏；因为冷凝的共沸混合物会分裂为两个具有不同组成的液相，进入到共沸混合物中，而它能够通过简单的倾析来分离。为了破坏均匀的共沸混合物，有时需要添 加一个额外的组分，用以生成一个不均匀的共沸混合物；然后，它就能通过来倾析来破
9、坏。由此生成的不均匀共沸混合物可以是一种二元共沸混合物，即包括夹带剂与均匀共沸混合物的组分之一；或者可以是一种三元共沸混合物，包括均匀共沸混合物中的原始组分和夹带剂。这就是使用苯或环已烷作为一种夹带剂来破坏水和乙醇共沸混合物的经典方法。 夹带剂可以随供料一起引入，或者贮存在共沸塔顶部的倾析器中。塔顶蒸气组成将接近于共沸混合物。回流到塔中的物质可以是一个或两个液相，取决于分离的难易程序。重要的是，必须控制在塔中向下流动的夹带剂的渗透程 度；通过对温度和存量的控制，即可实现这个目的。 2.2 醋酸 / 水的蒸馏 水和醋酸可以通过简单蒸馏来分离。虽然两种组分的沸点相差了 17 C，但因为气液平衡的非
10、理想的性质，使得它们分离困难。为了避免蒸馏过程需要许多理论塔级和高的能量消耗，分离水和醋酸的现代蒸馏单元使用夹带剂，在水和夹带剂之间生成一个低沸点二元不均匀共沸混合物。这种方法需要很少的蒸馏级数和较低的能量输入。不均匀共沸混合物在冷凝时破坏为两个液相；然后这两个液相能通过倾析分离开。 为了协助水和醋酸的分离，夹带剂的选择有许多可能的候选物质。一个制约因 素是，需要使用一种能与背景工艺兼容的夹带剂。对于生产对苯二甲酸的情况，醋酸的烷基酯类是最合适的选项。在工业上，正醋酸丙酯、异醋酸丁酯和正醋酸丁酯都被用于这种工艺过程。 4 杜邦公司在从水 /醋酸混合物中回收水的过程中使用的是一种拥有专利权的共沸
11、蒸馏工艺；它使用正醋酸丙酯（ nPA）作为夹带剂。这种工艺的操作是，让单一的 nPA 富相回流到脱水塔中；此塔通常是一个填料塔。与异醋酸丁酯（ iBA）或正醋酸丁酯（ nBA）相比，对于相同的供料组成，使用 nPA能最小化塔的高度。到塔的主要水供料是冷凝液，来源于氧化反应的塔顶产物。它 的水含量一般为20%到 30%（重量）。对于 iBA 或 nBA 来说，水相也必须回流，以获得水与醋酸的分离、并回收夹带剂。因此，对于这些水 /醋酸供料组成而言，选用 nPA 将会给出最低的塔高度和最低的能量消耗。 3.工艺、设备、控制特点 3.1工艺特点 正常操作情况下 ,D-402 的浆料浓度为 8% 左右
12、。如果超过 20%,D-402内会形成结壁 , 堵塞从 D-402 到 E-402 、 M402的管道 ,E-402 的传热效率大为降低 , 直接影响到正常生产。为避免上述情况发生 , 可采取如下方法 : a.采用放射性液位计 这样可准确计量 D-402的液位 , 采用差压式液位计 , 会在液位计腿处形成堵塞。 b.D-402 回流管线 该管线 （ 直线为 330mm） 可避免死角 , 另外该管线设有手动控制阀控制背压以确保流速大于一定值 , 避免堵塞。 5 c.设置冲洗管线 D-402底部出口管线有碱液 , 可采用蒸汽凝液冲洗 , 为发现出口管线有堵塞时 , 可采取在线冲洗 , 直至干净为止
13、。 3.2设备特点 选用了结构复杂、性能优良的残渣蒸发器 M-403, 立式安装。 a转子为八角型 , 浆料由上向下流动的过程中被 加热蒸发 , 汽相向上流动 , 送往溶剂汽提塔 T-402, 转子转动时将残渣从外壳刮下 , 并利用转子送入残渣再打浆罐 D-403。 b.M-403的外壳分三层 , 分别通入 80Mpa 蒸汽 , 有利于将凝液及时排出 , 增强了加热效果。 c.转子的润滑 由于转子的转动 , 有可能和壳体形成摩擦 , 430kpa 蒸汽作为润滑剂。 3.3控制特点 3.3.1脱水塔液位的控制 国外一家 PTA化工厂在 1986年脱水塔 T-403 高液位泛塔 , 由于有大量的汽
14、相夹带液相上升 , 导致塔底一部分塔板结构受损 , 造成 130万美元直接经济损 失。为避免这种情况发生 ,Amoco工艺采取如下措施 ： 方法一 ： 靠操作人员的精心操作和严格的日常巡检 , 如发现阀门有关参数 , 特别是液位有异常 , 应及时作出相应的处理。 方法二 ： 对液位控制系统进行优化。采用性能优良的液位计 , 增加液位计的数量 , 以及增加冲洗频率来实现。 3.3.2 脱水塔塔底、塔顶浓度的控制 脱水塔顶、塔底含有一个电导率分析仪 ,用以测量反映塔顶、塔底产品的浓度。 塔顶电导仪 CE-401测量塔顶凝液峨 , D-404的电导率 , 反映的是 D-404里的浓度 , 因此不能准
15、确反映脱水塔 T-403的 塔顶组成 ,只能用作监测。 塔底电导仪 CE-402测量塔底浓度 , 而塔底浓度要求控制在 95%-97%之间 , 具体控制取决于整个装置的操作水平。因此 , 该电导仪也不宜用作控制。 另外 , 电导率仪由于会发生漂移 , 使用效果并不一定好 , 因此控制可靠性差 , 但可用于监测。 总结 6 综上所述 ,PTA 溶剂回收及脱水塔系统工序是 PTA 生产中关键。本工序的操作成否、水平高低 , 与整个 PTA装置的经济效益、产品质量和环保利益密切相关 , 必需在总结实践的基础上结合国内外 PTA生产厂家的经验和教训 , 以达到优化生产操作及工 艺参考 , 从而降低生产
16、成本。 参考文献 1PTA装置溶剂脱水塔模拟及塔板效率分析 - 化工自动化及仪表 2010, 37(8) 2时在国 . PTA装置共沸精馏塔脱水系统 J . 聚酯工业 , 2005,18 (1) 3鲁锦富 . PTA 装置溶剂脱水塔填料腐蚀的原因及影响 J . 合成纤维工业 , 2003, 4Technical Improvements of Dewatering System in PTA Wastewater Treatment YIN Qing (Water Plant of Yangzi Petrochemical Company of SINOPEC Assets Managemen
17、t Company,Nanjing 210048,China) 5TA生产中溶剂共沸脱水 工艺的研究 2008 6PTA装置共沸精馏塔脱水系统 - 聚酯工业 2005, 7Othmer D F Azeotrophic distillation for dehydrating acetic acid 1941 8Hayden J G.OConnell J P A generalized method for predicting second virial coefficients 1974(03) 9PTA装置溶剂脱水塔 D1-601腐蚀与控制 - 石油化工腐蚀与防护 2008, 10PTA装置溶剂回收工段精馏塔再沸器设计探讨 - 化工设计 2006, 11期刊论文 PTA装置溶剂脱水塔进料组分含量变化对塔分离效果的影响 - 华东理工大学学报 (自然科学版 )2009,
