pta脫水系統(tǒng)的重要性【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　化學(xué)工程與工藝</b></p><p>　　PTA脫水系統(tǒng)的重要性</p><p><b>　　[前言]</b></p><p>　　PTA——精對(duì)苯二甲酸，常溫下外觀為白色晶體或粉末，無(wú)毒，無(wú)

2、味，是重要的大宗有機(jī)原料之一。PTA是聚酯纖維和非纖聚合物的重要基礎(chǔ)原料，PTA的下游加工產(chǎn)品主要是聚酯，也就是其主要用途是生產(chǎn)聚酯纖維(滌綸)、聚酯瓶片和聚酯薄膜，廣泛用于與化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，與人民生活水平的高低密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以PTA為原料的高科技產(chǎn)品層出不窮，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大著，不僅食品包裝中越來(lái)越多地應(yīng)用聚酯材料，而且在醫(yī)藥、化妝品等非食品包裝中以及在PBT工程塑料、不飽和聚酯樹(shù)

3、脂等行業(yè)的應(yīng)用具有廣闊的前景。由于聚酯工業(yè)的迅猛發(fā)展，尤其是東南沿海地區(qū)民營(yíng)企業(yè)的迅猛發(fā)展，使得PTA需求一直保持著快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。PTA 是合成聚酷的重要原料, 是以對(duì)二甲苯為原料, 醋酸為溶劑在一定的溫度和壓力下生成。由于氧化反應(yīng)副產(chǎn)水, 為使反應(yīng)正常進(jìn)行, 必須及時(shí)將副產(chǎn)水移出系統(tǒng), 并且盡可能地將醋酸從水中分離回收出來(lái), 利于降低醋酸的消耗, 以便氧化反應(yīng)正常進(jìn)行。</p><p><b>　　

4、[主題]</b></p><p>　　PTA 是合成聚酷的重要原料, 是以對(duì)二甲苯為原料, 醋酸為溶劑在一定的溫度和壓力下生成。由于氧化反應(yīng)副產(chǎn)水, 為使反應(yīng)正常進(jìn)行, 必須及時(shí)將副產(chǎn)水移出系統(tǒng), 并且盡可能地將醋酸從水中分離回收出來(lái), 利于降低醋酸的消耗, 以便氧化反應(yīng)正常進(jìn)行。目前先進(jìn)的醋酸消耗水平為44kg/tPTA, 溶劑回收和脫水系統(tǒng)的作用為a.從尾氣中回收醋酸；b.除去溶于溶劑中的副產(chǎn)物和

5、雜質(zhì)；c.從醋酸溶液中將水分離出去。因此, 該系統(tǒng)操作狀態(tài)決定了PTA生產(chǎn)成本的高低、產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。</p><p><b>　　1. 工藝流程</b></p><p><b>　　1).常壓吸收</b></p><p>　　高壓吸收塔是用于從氧化反應(yīng)器頂部冷凝器系統(tǒng)中回收有機(jī)物質(zhì)。反應(yīng)尾氣在高壓洗滌塔中系統(tǒng)，洗滌液送入

6、溶劑脫水塔。尾氣進(jìn)入常壓洗滌塔用醋酸洗滌在用脫鹽水洗滌。 常壓吸收塔上部的富水出料由泵通過(guò)液位控制送至汽提塔，回收醋酸去除雜質(zhì)。常壓吸收塔底泵將一部分醋酸通過(guò)換熱器送回常壓吸收塔洗滌氣體，其余醋酸在液位控制下送母液罐，返回反應(yīng)器或溶劑脫水塔。</p><p><b>　　2）溶劑回收</b></p><p>　　氧化反應(yīng)生成的水和裝置加入的水在脫水塔中用共沸劑與醋酸進(jìn)

7、行分離，使塔頂幾乎測(cè)不到醋酸，塔底醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約95％。在脫水塔的中部抽出一股液體，送入PX 回收塔去除共沸脫水塔中積存的PX，引入水打破PX一共沸劑恒沸液，氧化第二結(jié)晶器部分蒸汽提供PX回收塔清除PX所需熱量，頂部氣相中的共沸劑返回共沸脫水塔，底部出料PX在液位控制下送母液罐返回反應(yīng)器。</p><p><b>　　3）母液處理</b></p><p>　　母液從

8、旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾器排出，大量氣體通過(guò)管線進(jìn)入分離器。蒸汽通過(guò)管線從頂部放出，液體通過(guò)防渦器和管線從底部流出。來(lái)至旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)的氣體和濾液與來(lái)至真空泵的分離罐底部的部分抽取液儀器排放到母液分離器。來(lái)至母液分離器的蒸汽流到真空氣體冷凝器，然后流到真空泵，在由泵循環(huán)送回旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)。 </p><p><b>　　4）共沸劑回收</b></p><p>　　共沸脫水塔底部蒸

9、發(fā)所需熱量由脫水塔再沸器提供，頂部出來(lái)的蒸氣在脫水塔頂部冷凝器中冷凝，溫度由旁通控制，凝液和蒸汽進(jìn)脫水塔冷凝器傾析器，水相和有機(jī)相(共沸劑)分離，共沸劑進(jìn)入共沸劑貯罐由回流泵送回共沸脫水塔作回流，氣相和未凝蒸氣送人共沸劑回收塔上部，水相送人共沸劑回收塔底部，進(jìn)人共沸劑回收塔上部的蒸汽經(jīng)冷卻回收醋酸甲酯存于貯罐中，由泵送至氧化反應(yīng)器，抑制醋酸甲酯的生成，降低氧化副反應(yīng)。共沸劑回收塔底部液體經(jīng)冷卻后由泵送至廢水用戶和污水處理廠，共沸劑回收塔

10、頂不凝性尾氣進(jìn)人常壓吸收塔進(jìn)一步回收其中的醋酸甲酯。</p><p>　　2.脫水系統(tǒng)共沸精餾介紹</p><p>　　2.1 常規(guī)和共沸蒸餾</p><p>　　蒸餾是化學(xué)工業(yè)中用于組分分離的最常用方法。蒸餾過(guò)程涉及在一個(gè)裝有接觸介質(zhì)的塔內(nèi)逆流物質(zhì)的不斷蒸發(fā)和冷凝。此過(guò)程的依據(jù)是，在從塔內(nèi)向下流動(dòng)的液體和在塔內(nèi)向上流動(dòng)的與之處于動(dòng)態(tài)平衡的氣體之間，存在一個(gè)連續(xù)變化

11、的組分。具有高蒸氣壓或低沸點(diǎn)的組分遷移到塔的頂部，而具有低蒸氣壓或高沸點(diǎn)的組分則下沉到塔的底部。在大多數(shù)情況下，只需簡(jiǎn)單地把原料供應(yīng)到塔的中心，即可按照上面的描述實(shí)現(xiàn)分離，無(wú)需使用額外的組分來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的分離過(guò)程。</p><p>　　液體混合物中一個(gè)組分的蒸氣壓取決于組分分子的性質(zhì)、混合物的溫度和混合物的組成。對(duì)于理想的混合物，蒸氣壓等于純組分在此溫度下的蒸氣壓乘以組分的摩爾組成。不過(guò)，大多數(shù)混合物并不是處于理想

12、狀態(tài)；所以，需要有一個(gè)另外的乘數(shù)（我們稱之為活性系數(shù)）來(lái)代表一個(gè)組分的行為?；钚韵禂?shù)本身是溫度和組成的函數(shù)。在有些情況下，理想的蒸氣壓、組成和活性系數(shù)的組合能導(dǎo)致這樣一種情形，即氣相的組成和與之平衡的液相的組成能達(dá)到理想狀態(tài)。這是一種共沸混合物，蒸氣和液體在蒸餾塔內(nèi)的進(jìn)一步接觸也不能導(dǎo)致組分被進(jìn)一步分離。</p><p>　　共沸混合物可以是高沸點(diǎn)的，也可以是低沸點(diǎn)的。在高沸點(diǎn)共沸混合物中，例如將水和鹽酸混合在一

13、起，共沸混合物將離開(kāi)簡(jiǎn)單蒸餾塔的底部，塔頂產(chǎn)物要么是水、要么是氯化氫；這取決于哪個(gè)組分在原料的共沸混合物中是過(guò)量的。在低沸點(diǎn)共沸混合物中，例如把水和乙醇混合在一起，共沸混合物將離開(kāi)塔的頂部，使水或乙醇離開(kāi)塔的底部；這取決于在供料的共沸組成中哪個(gè)物質(zhì)過(guò)量。</p><p>　　低沸點(diǎn)共沸混合物能被進(jìn)一步分離成均勻的共沸混合物，此處液體以單相形式存在；以及不均勻的混合物，此處液體在兩相形式存在。均勻的共沸混合物難以破

14、壞，但不均勻的共沸混合物就容易破壞；因?yàn)槔淠墓卜谢旌衔飼?huì)分裂為兩個(gè)具有不同組成的液相，進(jìn)入到共沸混合物中，而它能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的傾析來(lái)分離。為了破壞均勻的共沸混合物，有時(shí)需要添加一個(gè)額外的組分，用以生成一個(gè)不均勻的共沸混合物；然后，它就能通過(guò)來(lái)傾析來(lái)破壞。由此生成的不均勻共沸混合物可以是一種二元共沸混合物，即包括夾帶劑與均勻共沸混合物的組分之一；或者可以是一種三元共沸混合物，包括均勻共沸混合物中的原始組分和夾帶劑。這就是使用苯或環(huán)已烷作為

15、一種夾帶劑來(lái)破壞水和乙醇共沸混合物的經(jīng)典方法。</p><p>　　夾帶劑可以隨供料一起引入，或者貯存在共沸塔頂部的傾析器中。塔頂蒸氣組成將接近于共沸混合物?；亓鞯剿械奈镔|(zhì)可以是一個(gè)或兩個(gè)液相，取決于分離的難易程序。重要的是，必須控制在塔中向下流動(dòng)的夾帶劑的滲透程度；通過(guò)對(duì)溫度和存量的控制，即可實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。</p><p>　　2.2醋酸 / 水的蒸餾</p><p

16、>　　水和醋酸可以通過(guò)簡(jiǎn)單蒸餾來(lái)分離。雖然兩種組分的沸點(diǎn)相差了17°C，但因?yàn)闅庖浩胶獾姆抢硐氲男再|(zhì)，使得它們分離困難。為了避免蒸餾過(guò)程需要許多理論塔級(jí)和高的能量消耗，分離水和醋酸的現(xiàn)代蒸餾單元使用夾帶劑，在水和夾帶劑之間生成一個(gè)低沸點(diǎn)二元不均勻共沸混合物。這種方法需要很少的蒸餾級(jí)數(shù)和較低的能量輸入。不均勻共沸混合物在冷凝時(shí)破壞為兩個(gè)液相；然后這兩個(gè)液相能通過(guò)傾析分離開(kāi)。</p><p>　　為了

17、協(xié)助水和醋酸的分離，夾帶劑的選擇有許多可能的候選物質(zhì)。一個(gè)制約因素是，需要使用一種能與背景工藝兼容的夾帶劑。對(duì)于生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸的情況，醋酸的烷基酯類是最合適的選項(xiàng)。在工業(yè)上，正醋酸丙酯、異醋酸丁酯和正醋酸丁酯都被用于這種工藝過(guò)程。</p><p>　　杜邦公司在從水/醋酸混合物中回收水的過(guò)程中使用的是一種擁有專利權(quán)的共沸蒸餾工藝；它使用正醋酸丙酯（nPA）作為夾帶劑。這種工藝的操作是，讓單一的nPA富相回流到脫水

18、塔中；此塔通常是一個(gè)填料塔。與異醋酸丁酯（iBA）或正醋酸丁酯（nBA）相比，對(duì)于相同的供料組成，使用nPA能最小化塔的高度。到塔的主要水供料是冷凝液，來(lái)源于氧化反應(yīng)的塔頂產(chǎn)物。它的水含量一般為20%到30%（重量）。對(duì)于iBA或nBA來(lái)說(shuō)，水相也必須回流，以獲得水與醋酸的分離、并回收夾帶劑。因此，對(duì)于這些水/醋酸供料組成而言，選用nPA將會(huì)給出最低的塔高度和最低的能量消耗。</p><p>　　3.工藝、設(shè)備、

19、控制特點(diǎn)</p><p><b>　　3.1工藝特點(diǎn)</b></p><p>　　正常操作情況下,D-402 的漿料濃度為8% 左右。如果超過(guò)20%,D-402內(nèi)會(huì)形成結(jié)壁, 堵塞從D-402 到E-402 、M402的管道,E-402 的傳熱效率大為降低, 直接影響到正常生產(chǎn)。為避免上述情況發(fā)生, 可采取如下方法:</p><p>　　a.

20、采用放射性液位計(jì)</p><p>　　這樣可準(zhǔn)確計(jì)量D-402的液位, 采用差壓式液位計(jì), 會(huì)在液位計(jì)腿處形成堵塞。</p><p>　　b.D-402 回流管線</p><p>　　該管線（直線為330mm）可避免死角, 另外該管線設(shè)有手動(dòng)控制閥控制背壓以確保流速大于一定值, 避免堵塞。</p><p><b>　　c.設(shè)置沖洗管

21、線</b></p><p>　　D-402底部出口管線有堿液, 可采用蒸汽凝液沖洗, 為發(fā)現(xiàn)出口管線有堵塞時(shí), 可采取在線沖洗, 直至干凈為止。</p><p><b>　　3.2設(shè)備特點(diǎn)</b></p><p>　　選用了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能優(yōu)良的殘?jiān)舭l(fā)器M-403, 立式安裝。</p><p>　　a轉(zhuǎn)子為八

22、角型, 漿料由上向下流動(dòng)的過(guò)程中被加熱蒸發(fā), 汽相向上流動(dòng), 送往溶劑汽提塔T-402, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將殘?jiān)鼜耐鈿す蜗? 并利用轉(zhuǎn)子送入殘?jiān)俅驖{罐D(zhuǎn)-403。</p><p>　　b.M-403的外殼分三層, 分別通入80Mpa 蒸汽, 有利于將凝液及時(shí)排出, 增強(qiáng)了加熱效果。</p><p><b>　　c.轉(zhuǎn)子的潤(rùn)滑</b></p><p>

23、;　　由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng), 有可能和殼體形成摩擦, 430kpa 蒸汽作為潤(rùn)滑劑。</p><p><b>　　3.3控制特點(diǎn)</b></p><p>　　3.3.1脫水塔液位的控制</p><p>　　國(guó)外一家PTA化工廠在1986年脫水塔T-403 高液位泛塔, 由于有大量的汽相夾帶液相上升, 導(dǎo)致塔底一部分塔板結(jié)構(gòu)受損, 造成130萬(wàn)美元直接

24、經(jīng)濟(jì)損失。為避免這種情況發(fā)生,Amoco工藝采取如下措施：</p><p>　　方法一： 靠操作人員的精心操作和嚴(yán)格的日常巡檢, 如發(fā)現(xiàn)閥門有關(guān)參數(shù), 特別是液位有異常, 應(yīng)及時(shí)作出相應(yīng)的處理。</p><p>　　方法二： 對(duì)液位控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。采用性能優(yōu)良的液位計(jì), 增加液位計(jì)的數(shù)量, 以及增加沖洗頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.3.2 脫水塔塔底、塔頂

25、濃度的控制</p><p>　　脫水塔頂、塔底含有一個(gè)電導(dǎo)率分析儀,用以測(cè)量反映塔頂、塔底產(chǎn)品的濃度。</p><p>　　塔頂電導(dǎo)儀CE-401測(cè)量塔頂凝液峨, D-404的電導(dǎo)率, 反映的是D-404里的濃度, 因此不能準(zhǔn)確反映脫水塔T-403的塔頂組成,只能用作監(jiān)測(cè)。</p><p>　　塔底電導(dǎo)儀CE-402測(cè)量塔底濃度, 而塔底濃度要求控制在95%-97%

26、之間, 具體控制取決于整個(gè)裝置的操作水平。因此, 該電導(dǎo)儀也不宜用作控制。</p><p>　　另外, 電導(dǎo)率儀由于會(huì)發(fā)生漂移, 使用效果并不一定好, 因此控制可靠性差, 但可用于監(jiān)測(cè)。</p><p><b>　　[總結(jié)]</b></p><p>　　綜上所述,PTA 溶劑回收及脫水塔系統(tǒng)工序是PTA 生產(chǎn)中關(guān)鍵。本工序的操作成否、水平高低,

27、 與整個(gè)PTA裝置的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保利益密切相關(guān), 必需在總結(jié)實(shí)踐的基礎(chǔ)上結(jié)合國(guó)內(nèi)外PTA生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn), 以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)操作及工藝參考, 從而降低生產(chǎn)成本。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]PTA裝置溶劑脫水塔模擬及塔板效率分析 - 化工自動(dòng)化及儀表2010, 37(8) </p><p>

28、;　　[2]時(shí)在國(guó). PTA裝置共沸精餾塔脫水系統(tǒng)[ J ]. 聚酯工業(yè), 2005,18 (1)</p><p>　　[3]魯錦富. PTA裝置溶劑脫水塔填料腐蝕的原因及影響[ J ]. 合成纖維工業(yè), 2003,</p><p>　　[4]Technical Improvements of Dewatering System in PTA Wastewater Treatment YI

29、N Qing (Water Plant of Yangzi Petrochemical Company of SINOPEC Assets Management Company,Nanjing 210048,China)  </p><p>　　[5]TA生產(chǎn)中溶劑共沸脫水工藝的研究 2008 </p><p>　　[6]PTA裝置共沸精餾塔脫水系統(tǒng) - 聚酯工業(yè)200

30、5, </p><p>　　[7]Othmer D F Azeotrophic distillation for dehydrating acetic acid 1941</p><p>　　[8]Hayden J G.O'Connell J P A generalized method for predicting second virial coefficients 1974(

31、03) </p><p>　　[9]PTA裝置溶劑脫水塔D1-601腐蝕與控制 - 石油化工腐蝕與防護(hù)2008,</p><p>　　[10]PTA裝置溶劑回收工段精餾塔再沸器設(shè)計(jì)探討 - 化工設(shè)計(jì)2006, </p><p>　　[11]期刊論文 PTA裝置溶劑脫水塔進(jìn)料組分含量變化對(duì)塔分離效果的影響 - 華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2009, </p&g