專利名稱：一種垂直篩板及其在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及乙酸乙酯生產(chǎn)工藝，特別是公開一種垂直篩板及其在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，通過在酯化精餾塔中應(yīng)用垂直篩板，提高產(chǎn)品精餾效果，降低塔板阻力，增大操作彈性。
背景技術(shù)：
乙酸乙酯的一種比較成熟的、應(yīng)用最為廣泛的生產(chǎn)方法是在硫酸催化劑作用下乙酸與乙醇直接酯化反應(yīng)合成，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過一系列蒸餾塔進(jìn)行分離得到符合要求的乙酸乙酯產(chǎn)品。由于強(qiáng)酸催化劑及醋酸的存在，傳統(tǒng)酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中酯化塔幾乎都是采用耐酸腐蝕的陶瓷填料形式，據(jù)調(diào)查也有極少數(shù)采用耐酸腐蝕金屬制成的普通篩板形式板式塔。但是，陶瓷比表面積小，每米理論板數(shù)少，加工制作和拼裝很難達(dá)到規(guī)定要求，使用過程中經(jīng)常發(fā)生陶瓷破碎堵塞致使填料阻力過大，這些缺點限制了其應(yīng)用，使得大規(guī)模生產(chǎn)時板式塔往往成為優(yōu)先選擇的形式。有時為了降低塔高，會考慮采用填料(但這并不是必須的)，或者設(shè)法提高塔板效率、減少塔板數(shù)量。當(dāng)采用具有一定耐酸腐蝕能力的金屬填料時，為了降低金屬填料腐蝕失效的風(fēng)險，一種有益的嘗試是在填料下方設(shè)置一定數(shù)量的篩板。生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，普通篩板盡管能在一定程度上有效降低填料失效的風(fēng)險，但也面臨著如下問題(1)塔板傳質(zhì)效率仍偏低，一般較難超過75％，往往在60％左右；傳質(zhì)空間利用率低，僅板上薄薄的一層鼓泡區(qū)被利用；板上液體橫向分布難以均勻，尤其是塔徑較大時，容易存在滯流傳質(zhì)死區(qū)；(2)阻力大，氣體沿豎直方向穿透板上液層需要克服較大阻力；同時，隨著時間的延長，由于腐蝕的存在，腐蝕產(chǎn)物以“渣泥”形式被氣流霧沫夾帶至塔板，致使篩孔容易結(jié)垢、堵塞，也使得阻力增加；(3)操作彈性小，一般在60％～130％范圍，操作氣速過低時易漏液，高時易霧沫夾帶。曾經(jīng)考慮采用傳質(zhì)效率較高的浮閥塔，但浮閥為使用過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)動、磨損、震動的活動部件，加之在酸腐蝕環(huán)境中使用容易造成傳質(zhì)單元脫落，因而最終沒有實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)普通篩板傳質(zhì)效率和傳質(zhì)空間利用率低、篩孔易結(jié)垢堵塞阻力大、操作彈性窄的缺陷。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種垂直篩板及其在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，乙酸、乙醇原料按一定比例進(jìn)入有酸性催化劑存在的酯化反應(yīng)體系，在蒸汽加熱的條件下，于反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)混合、酯化、蒸發(fā)，形成酯、水、醇、酸共沸物體系，進(jìn)入酯化塔精餾、分離，在塔頂?shù)玫酱瞩ギa(chǎn)品，酯化塔內(nèi)裝有金屬塔板或金屬填料加金屬塔板，其特征在于金屬塔板為垂直篩板或為普通篩板加垂直篩板混合型。一種應(yīng)用在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的垂直篩板，酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)包括酯化塔、塔頂冷凝器、酯水分離器、塔釜反應(yīng)器，垂直篩板設(shè)置在酯化反應(yīng)塔中，其特征在于垂直篩板具有特定形狀的帽罩，塔板上開有文丘里噴咀形式的升氣孔，帽罩側(cè)壁不同高度上開有多排小孔；塔板開孔率、開孔孔徑、排列方式、孔間距，帽罩?jǐn)?shù)量及結(jié)構(gòu)尺寸，帽罩側(cè)壁開孔數(shù)目、開孔孔徑、高度、排列方式結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)物料性質(zhì)、精餾分離程度要求和阻力降要求按照推動力數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計。每層垂直篩板均有三個傳熱傳質(zhì)階段(1)下層塔板上升的氣體經(jīng)升氣后，氣流收縮，靜壓降低，板上液體靠本身的液柱靜壓及氣流吸力進(jìn)帽罩，與上升氣流形成氣液混合物，隨氣流上升完成第一階段傳熱傳質(zhì)；(2)氣液混合物打到罩頂后進(jìn)行液體表面更新，在罩內(nèi)空間完成第二階段傳熱傳質(zhì)；(3)氣液混合物經(jīng)帽罩上部側(cè)壁上的開孔水平噴出，在液層上部空間完成第三次傳熱傳質(zhì)過程后，液滴返回板上液層內(nèi)，氣體繼續(xù)升至上層塔板。垂直篩板的獨特特征在于從帽罩內(nèi)噴出的氣液混合物流向是水平方向，而普通塔板或填料塔為垂直或斜向上方向，液滴的垂直速度分量很小，因而氣流中的霧沫夾帶很小，操作氣速可以很高，塔板的開孔率可比浮閥塔板、泡罩塔板、篩板塔板更高。同時，由于操作氣速高，氣流自清洗能力強(qiáng)，且升氣孔直徑大，不易堵塞，抗結(jié)垢、防堵性能好；板上液面梯度小，液面橫向混合好，大大減少了存在流動及傳質(zhì)死區(qū)的可能性。
本發(fā)明的有益效果是生產(chǎn)期間操作更加穩(wěn)定，塔頂粗酯酸度更加容易控制，塔板上結(jié)垢堵塞大大減緩，阻力減小，操作彈性增大，精餾效率提高，酯化塔塔頂粗酯含量得到提升，后續(xù)處理系統(tǒng)的負(fù)荷得到減輕，能耗降低。
四

附圖1是本發(fā)明一種使用情況酯化塔結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明垂直篩板結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是附圖2的A-A向剖面圖。
在圖中1、垂直篩板；2、普通篩板；3、金屬填料；4、帽罩；5、降液板；6、帽罩側(cè)壁孔；7、篩板升氣孔；。
五具體實施例方式
根據(jù)調(diào)查，目前在乙酸乙酯生產(chǎn)中還沒有金屬塔板與金屬填料混合結(jié)構(gòu)、且塔板又是垂直篩板與普通篩板混合型形式的酯化塔，有的只是散堆或規(guī)整陶瓷填料酯化塔，或者是單一的金屬板式塔。鑒于金屬填料的板相對較薄，使用壽命可能滿足不了工藝要求，特別是對乙酸乙酯酯化反應(yīng)這種需耐酸性能要求較高的精餾分離系統(tǒng)中，其耐酸性能存在一定的缺陷，注意到塔板較厚、持液量大緩沖能力強(qiáng)、相對使用壽命可延長等因素，對應(yīng)不同塔高組份不同的工藝條件，在塔內(nèi)裝填高度為H＝0～20米各種不同型號規(guī)格不同材質(zhì)的不銹鋼填料，塔下部安裝N塊塔板，1≤N≤45，同時針對普通篩板操作彈性范圍較窄、小孔篩板容易堵塞的缺點，設(shè)置一定數(shù)量的垂直篩板，塔板中除垂直篩板以外的其他形式塔板(包括普通篩板)的數(shù)量N1滿足0≤N1≤N-1。塔板材質(zhì)選用316L不銹鋼。注意到填料高度H＝0～20米，這意味著填料并不是必須的，是任選項，當(dāng)需要降低塔的高度時，選擇部分裝填填料是有效的方法之一；同時注意到包括普通篩板在內(nèi)的垂直篩板以外的其他形式塔板數(shù)量N1滿足0≤N1≤N-1，這意味著至少有1塊垂直篩板被采用，而且包括普通篩板在內(nèi)的其他形式塔板也并不是一定需要的，是任選項。
附圖1為這種垂直篩板的一種應(yīng)用方法示意圖，圖中填料和其他形式塔板僅為示意，并非必需的，是任選項。
垂直篩板具有特定形狀的帽罩，可采用長條形、方形或圓形帽罩，具體可根據(jù)開孔率要求和傳質(zhì)空間要求進(jìn)行設(shè)計。塔板上開有文丘里原理噴嘴形式的較大直徑的升氣孔，氣液接觸有較好的傳質(zhì)、傳熱效果。由于每層垂直篩板均有三個傳質(zhì)過程，板上液面梯度小、液面橫向混合好，因而傳質(zhì)效率高、傳質(zhì)空間利用率好，據(jù)實際測定比浮閥塔效率高15～20％。而且，其正常操作彈性范圍比浮閥塔大，氣流霧沫夾帶少，液滴的垂直速度分量很小，降液管(或降液板)面積可以比普通篩板塔、浮閥塔、泡罩塔小，有效開孔面積增大，塔板開孔率可以更高，塔的處理能力更大。由于板上開有一定數(shù)量的小孔，可以對應(yīng)處理較低負(fù)荷工況，當(dāng)負(fù)荷逐步增加時，帽罩側(cè)壁的多排小孔將依次發(fā)揮作用，可以對應(yīng)處理相應(yīng)負(fù)荷的工況。結(jié)構(gòu)上比浮閥塔簡單，無活動部件。
附圖2、3為這種垂直篩板的結(jié)構(gòu)示意圖，其中帽罩形狀、數(shù)量等結(jié)構(gòu)參數(shù)在圖中僅作示意，具體以權(quán)利要求書和說明書為準(zhǔn)。
酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)主要包括酯化塔、塔頂冷凝器、酯水分離器、塔釜反應(yīng)器。乙酸、乙醇原料按一定比例進(jìn)入有酸性催化劑存在的酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)之反應(yīng)體系，進(jìn)入此體系的原料組份及配比(重量)為乙酸30～70％、乙醇28～50％、水2～20％、催化劑硫酸0.2～2％。在蒸汽加熱的條件下，物料于反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)混合、酯化、蒸發(fā)，形成酯、水、醇、酸共沸物體系，進(jìn)入酯化塔精餾。塔頂汽相冷凝液一部分回流入塔內(nèi)，一部分采出作為粗酯。控制反應(yīng)器內(nèi)溫度105±5℃。所述的金屬垂直篩板，在實施例中采用不銹鋼薄板沖孔而成，板厚在2～4mm，開孔率在10～40％，開孔直徑d0為φ3～φ15，罩帽側(cè)壁下排開孔直徑d1為φ3～φ10，上排開孔直徑d2為φ3～φ15，中間還可根據(jù)工藝要求開設(shè)數(shù)排直徑在φ3～φ15的一定數(shù)量的小孔。帽罩高度H為50～350mm，側(cè)壁開孔高度根據(jù)工藝設(shè)計負(fù)荷要求確定。塔板開孔率、開孔孔徑、排列方式、孔間距，帽罩?jǐn)?shù)量及結(jié)構(gòu)尺寸，帽罩側(cè)壁開孔數(shù)目、開孔孔徑、高度、排列方式等結(jié)構(gòu)參數(shù)主要根據(jù)物料性質(zhì)、精餾分離程度要求和阻力降要求按照推動力數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計。
實施例原料進(jìn)料組份及配比(重量)為酸度(以乙酸計)55.0％，醇(以乙醇計)40％，水分5％。按照上述要求選用合適厚度的316L不銹鋼具有長條型帽罩的垂直篩板。實施例中采用316L的普通篩板和304及316L的金屬規(guī)整填料。
本發(fā)明在實施例中采用不銹鋼薄板制作垂直篩板，這不是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明權(quán)利保護(hù)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
通過上述工業(yè)裝置連續(xù)運行發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)期間操作更加穩(wěn)定，塔頂粗酯酸度更加容易控制，塔板上結(jié)垢堵塞大大減緩，阻力減小，操作彈性增大，精餾效率提高，酯化塔塔頂可得到≥95％(重量)乙酸乙酯含量的粗酯，后續(xù)處理系統(tǒng)的負(fù)荷得到減輕，能耗降低。操作指標(biāo)及結(jié)果如下

另外，經(jīng)過冷模水力學(xué)試驗和水力學(xué)計算發(fā)現(xiàn)，相同條件下
單層塔板阻力垂直篩板55mmH2O，普通篩板85mmH2O，浮閥塔板69mmH2O；塔板效率垂直篩板85％，普通篩板60％左右，浮閥塔板70％左右；操作彈性范圍垂直篩板30％～190％，普通篩板50％～128％，浮閥塔板50％～170％。
值得說明的是，以上作對比的塔板開孔率及主要參數(shù)按照與普通篩板一致的原則設(shè)計。由于垂直篩板相對來說仍然可以開更多的孔，因此開孔率繼續(xù)增加后，垂直篩板的壓降將進(jìn)一步降低，操作上限將進(jìn)一步增加。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的垂直篩板，酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)包括酯化塔、塔頂冷凝器、酯水分離器、塔釜反應(yīng)器，垂直篩板設(shè)置在酯化反應(yīng)塔中，其特征在于垂直篩板具有特定形狀的帽罩，塔板上開有文丘里噴咀形式的升氣孔，帽罩側(cè)壁不同高度上開有多排小孔；塔板開孔率、開孔孔徑、排列方式、孔間距，帽罩?jǐn)?shù)量及結(jié)構(gòu)尺寸，帽罩側(cè)壁開孔數(shù)目、開孔孔徑、高度、排列方式結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)物料性質(zhì)、精餾分離程度要求和阻力降要求按照推動力數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直篩板，其特征在于所述垂直篩板帽罩的特定形狀包括長條形或方形或圓形，形狀根據(jù)開孔率要求和傳質(zhì)空間要求選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的垂直篩板，其特征在于從帽罩內(nèi)噴出的氣液混合物流向是水平方向，液滴的垂直速度分量很小。
4.一種由權(quán)利要求1～3中任一項所述垂直篩板在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，乙酸、乙醇原料按一定比例進(jìn)入有酸性催化劑存在的酯化反應(yīng)體系，在蒸汽加熱的條件下，于反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)混合、酯化、蒸發(fā)，形成酯、水、醇、酸共沸物體系，進(jìn)入酯化塔精餾、分離，在塔頂?shù)玫酱瞩ギa(chǎn)品，酯化塔內(nèi)裝有金屬塔板或金屬填料加金屬塔板，其特征在于所述金屬塔板為垂直篩板或為普通篩板加垂直篩板混合型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用方法，其特征在于金屬塔板為垂直篩板或為普通篩板加垂直篩板混合型，塔板數(shù)在1～45之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用方法，其特征在于塔板材料為316L不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直篩板在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，其特征在于進(jìn)入此體系的原料組份及配比的重量百分比為乙酸30～70％、乙醇28～50％、水2～20％、催化劑硫酸0.2～2％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直篩板及其在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的應(yīng)用方法，解決了傳統(tǒng)普通篩板傳質(zhì)效率和傳質(zhì)空間利用率低、篩孔易結(jié)垢堵塞、阻力大、塔頂粗乙酸乙酯產(chǎn)品酸度較難控制、操作彈性小的缺陷。一種應(yīng)用在乙酸乙酯酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)中的垂直篩板，酯化反應(yīng)分離系統(tǒng)包括酯化塔、塔頂冷凝器、酯水分離器、塔釜反應(yīng)器，垂直篩板設(shè)置在酯化反應(yīng)塔中，其特征在于垂直篩板具有特定形狀的帽罩，塔板上開有文丘里噴嘴形式的升氣孔，帽罩側(cè)壁不同高度上開有多排小孔；塔板開孔率、開孔孔徑、排列方式、孔間距，帽罩?jǐn)?shù)量及結(jié)構(gòu)尺寸，帽罩側(cè)壁開孔數(shù)目、開孔孔徑、高度、排列方式結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)物料性質(zhì)、精餾分離程度要求和阻力降要求按照推動力數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計。所述金屬塔板為垂直篩板或為普通篩板加垂直篩板混合型。
文檔編號C07C67/00GK1706795SQ20051002537
公開日2005年12月14日 申請日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者曾義紅, 齊峻, 沈樹榮, 唐素麗 申請人:上海吳涇化工有限公司