pta脫水系統(tǒng)的重要性【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計文獻綜述</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——精對苯二甲酸，常溫下外觀為白色晶體或粉末，無毒，無

2、味，是重要的大宗有機原料之一。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、建筑等國民經(jīng)濟的各個方面，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)域也在不斷擴大著，不僅食品包裝中越來越多地應(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

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)民營企業(yè)的迅猛發(fā)展，使得PTA需求一直保持著快速增長的勢頭。PTA 是合成聚酷的重要原料, 是以對二甲苯為原料, 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)正常進行, 必須及時將副產(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, 利于降低醋酸的消耗, 以便氧化反應(yīng)正常進行。</p><p><b>　　

4、[主題]</b></p><p>　　PTA 是合成聚酷的重要原料, 是以對二甲苯為原料, 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)正常進行, 必須及時將副產(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, 利于降低醋酸的消耗, 以便氧化反應(yīng)正常進行。目前先進的醋酸消耗水平為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

7、行分離，使塔頂幾乎測不到醋酸，塔底醋酸的質(zhì)量分數(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)真空過濾器排出，大量氣體通過管線進入分離器。蒸汽通過管線從頂部放出，液體通過防渦器和管線從底部流出。來至旋轉(zhuǎn)真空過濾機的氣體和濾液與來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)真空過濾機。 </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，凝液和蒸汽進脫水塔冷凝器傾析器，水相和有機相(共沸劑)分離，共沸劑進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、頂不凝性尾氣進人常壓吸收塔進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。蒸餾過程涉及在一個裝有接觸介質(zhì)的塔內(nèi)逆流物質(zhì)的不斷蒸發(fā)和冷凝。此過程的依據(jù)是，在從塔內(nèi)向下流動的液體和在塔內(nèi)向上流動的與之處于動態(tài)平衡的氣體之間，存在一個連續(xù)變化

11、的組分。具有高蒸氣壓或低沸點的組分遷移到塔的頂部，而具有低蒸氣壓或高沸點的組分則下沉到塔的底部。在大多數(shù)情況下，只需簡單地把原料供應(yīng)到塔的中心，即可按照上面的描述實現(xiàn)分離，無需使用額外的組分來實現(xiàn)期望的分離過程。</p><p>　　液體混合物中一個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，大多數(shù)混合物并不是處于理想

12、狀態(tài)；所以，需要有一個另外的乘數(shù)（我們稱之為活性系數(shù)）來代表一個組分的行為?；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)的進一步接觸也不能導(dǎo)致組分被進一步分離。</p><p>　　共沸混合物可以是高沸點的，也可以是低沸點的。在高沸點共沸混合物中，例如將水和鹽酸混合在一

13、起，共沸混合物將離開簡單蒸餾塔的底部，塔頂產(chǎn)物要么是水、要么是氯化氫；這取決于哪個組分在原料的共沸混合物中是過量的。在低沸點共沸混合物中，例如把水和乙醇混合在一起，共沸混合物將離開塔的頂部，使水或乙醇離開塔的底部；這取決于在供料的共沸組成中哪個物質(zhì)過量。</p><p>　　低沸點共沸混合物能被進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；因為冷凝的共沸混合物會分裂為兩個具有不同組成的液相，進入到共沸混合物中，而它能夠通過簡單的傾析來分離。為了破壞均勻的共沸混合物，有時需要添加一個額外的組分，用以生成一個不均勻的共沸混合物；然后，它就能通過來傾析來破壞。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)可以是一個或兩個液相，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的夾帶劑的滲透程度；通過對溫度和存量的控制，即可實現(xiàn)這個目的。</p><p>　　2.2醋酸 / 水的蒸餾</p><p

16、>　　水和醋酸可以通過簡單蒸餾來分離。雖然兩種組分的沸點相差了17°C，但因為氣液平衡的非理想的性質(zhì)，使得它們分離困難。為了避免蒸餾過程需要許多理論塔級和高的能量消耗，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低沸點二元不均勻共沸混合物。這種方法需要很少的蒸餾級數(shù)和較低的能量輸入。不均勻共沸混合物在冷凝時破壞為兩個液相；然后這兩個液相能通過傾析分離開。</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)。一個制約因素是，需要使用一種能與背景工藝兼容的夾帶劑。對于生產(chǎn)對苯二甲酸的情況，醋酸的烷基酯類是最合適的選項。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程。</p><p>　　杜邦公司在從水/醋酸混合物中回收水的過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；此塔通常是一個填料塔。與異醋酸丁酯（iBA）或正醋酸丁酯（nBA）相比，對于相同的供料組成，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）。對于iBA或nBA來說，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，對于這些水/醋酸供料組成而言，選用nPA將會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</p><p><b>　　3.1工藝特點</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20%,D-402內(nèi)會形成結(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</p><p>　　這樣可準確計量D-402的液位, 采用差壓式液位計, 會在液位計腿處形成堵塞。</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, 可采取在線沖洗, 直至干凈為止。</p><p><b>　　3.2設(shè)備特點</b></p><p>　　選用了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能優(yōu)良的殘渣蒸發(fā)器M-403, 立式安裝。</p><p>　　a轉(zhuǎn)子為八

22、角型, 漿料由上向下流動的過程中被加熱蒸發(fā), 汽相向上流動, 送往溶劑汽提塔T-402, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時將殘渣從外殼刮下, 并利用轉(zhuǎn)子送入殘渣再打漿罐D(zhuǎn)-403。</p><p>　　b.M-403的外殼分三層, 分別通入80Mpa 蒸汽, 有利于將凝液及時排出, 增強了加熱效果。</p><p><b>　　c.轉(zhuǎn)子的潤滑</b></p><p>

23、;　　由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動, 有可能和殼體形成摩擦, 430kpa 蒸汽作為潤滑劑。</p><p><b>　　3.3控制特點</b></p><p>　　3.3.1脫水塔液位的控制</p><p>　　國外一家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130萬美元直接

24、經(jīng)濟損失。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)及時作出相應(yīng)的處理。</p><p>　　方法二： 對液位控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。采用性能優(yōu)良的液位計, 增加液位計的數(shù)量, 以及增加沖洗頻率來實現(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、塔底含有一個電導(dǎo)率分析儀,用以測量反映塔頂、塔底產(chǎn)品的濃度。</p><p>　　塔頂電導(dǎo)儀CE-401測量塔頂凝液峨, D-404的電導(dǎo)率, 反映的是D-404里的濃度, 因此不能準確反映脫水塔T-403的塔頂組成,只能用作監(jiān)測。</p><p>　　塔底電導(dǎo)儀CE-402測量塔底濃度, 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。</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PTA裝置的經(jīng)濟效益、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保利益密切相關(guān), 必需在總結(jié)實踐的基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)外PTA生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗和教訓(xùn), 以達到優(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</b></p><p>　　[1]PTA裝置溶劑脫水塔模擬及塔板效率分析 - 化工自動化及儀表2010, 37(8) </p><p>

28、;　　[2]時在國. 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

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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2008,</p><p>　　[10]PTA裝置溶劑回收工段精餾塔再沸器設(shè)計探討 - 化工設(shè)計2006, </p><p>　　[11]期刊論文 PTA裝置溶劑脫水塔進料組分含量變化對塔分離效果的影響 - 華東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2009, </p&g