一种丙烯氧化法制丙烯酸的气相急冷循环吸收塔的制作方法

1.本发明涉及化工生产设备技术领域，尤其涉及一种丙烯氧化法制丙烯酸的气相急冷循环吸收塔。


背景技术：

2.急冷吸收段是丙烯氧化法生产丙烯酸反应气相到液相的必经工艺阶段。现行国内丙烯氧化法生产丙烯酸可以分为重要的两段，反应段与气相吸收精馏段，反应后的吸收精馏工段直接影响着产品的收率与能耗。
3.吸收精馏段包括以下三或四部分：急冷吸收段、脱轻组分段、脱醋酸段、产品精制段，也有脱轻组分段与脱醋酸段合并。不论是吸收精馏段分为三部分还是四部分，急冷吸收是反应气相到液相的必经加工段，通过喷淋水吸收气相中的丙烯酸，提高塔釜丙烯酸的浓度，脱除反应物里的过量空气组分，特别是氧气、氮气等不溶于水的气相组分。
4.急冷吸收段的主要装置是急冷吸收塔，急冷吸收塔的效率直接影响整个吸收精馏工段的收率与能耗。而现存的急冷吸收段采用吸收塔分离气相与液相，气相损失大，收率低。
5.因此，针对以上不足，需要提供一种丙烯氧化法制丙烯酸的气相急冷循环吸收塔。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.本发明要解决的技术问题是解决当下急冷吸收塔塔顶气损失大，丙烯酸收率低的问题。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种丙烯氧化法制丙烯酸的气相急冷循环吸收塔，包括由多个不同厚度的筒体组成的塔体、固连在塔体下部并用于导入气相的气相入口管、安装在气相入口管内并用于旋转分离气相的分离器、在塔体内腔间隔分布的若干个喷淋器和分布在塔体上部和下部的两个分布器，其中不同的筒体内设有不同密度的填料以及不同层数的塔板，通过部分分布在靠近气相入口管的喷淋器以使脱盐水通过塔体顶部向下穿过填料、塔板和分布器与气相入口管导入塔体内的气相进行反复的传质和传热。
10.作为对本发明的进一步说明，优选地，塔体包括筒体ⅰ、筒体ⅱ、筒体ⅲ、筒体ⅳ和筒体
ⅴ
，筒体ⅰ、筒体ⅱ、筒体ⅲ、筒体ⅳ和筒体
ⅴ
自下而上叠放焊接固连，其中筒体ⅰ的外径最大，筒体ⅱ、筒体ⅲ、筒体ⅳ和筒体
ⅴ
外径相同。
11.作为对本发明的进一步说明，优选地，筒体ⅰ的壁厚为15～18mm，筒体ⅱ的壁厚为15～18mm，筒体ⅲ的壁厚为13～16mm，筒体ⅳ的壁厚为10～14mm，筒体
ⅴ
的壁厚为10～14mm。
12.作为对本发明的进一步说明，优选地，筒体
ⅴ
外焊接有加强筒体，加强筒体为钢板围成的环状结构。
13.作为对本发明的进一步说明，优选地，筒体ⅱ内装填有筒体ⅱ填料，筒体ⅲ内装填有筒体ⅲ填料，筒体ⅳ内装填有筒体ⅳ填料，筒体
ⅴ
内装填有筒体
ⅴ
填料，其中从筒体ⅱ填料到筒体
ⅴ
填料的堆密度依次增大，填料高度依次降低。
14.作为对本发明的进一步说明，优选地，所述填料选择不锈钢304l、不锈钢316l、孔板波纹填料、压延孔环填料或丝网填料中的一种或几种，填料的倾斜角度设置在30
°
～60
°
之间。
15.作为对本发明的进一步说明，优选地，筒体ⅰ和筒体ⅱ之间填充有破沫网，破沫网为0.08～0.30mm的扁圆丝纺织形成，破沫网的网面上压有斜角为20
°
～45
°
且具有5～7mm深的波纹。
16.作为对本发明的进一步说明，优选地，分离器数量为三个，气相入口管为t形三通管，两个分离器分置在气相入口管水平方向的两个进气管口处，另一个分离器设置在气相入口管在竖直方向的出气管口处；其中分离器包括支架、扇叶座和扇叶，支架与气相入口管内壁固连，扇叶座通过液体自润滑轴承转动连接在支架中部，若干扇叶呈环状间隔固连在扇叶座上，扇叶偏转角设为30
°
～60
°
。
17.作为对本发明的进一步说明，优选地，两个喷淋器在筒体ⅰ内沿竖直方向间隔分布，高度低的喷淋器上固连有次回流喷淋管，高度高的喷淋器上固连有主回流喷淋管；筒体ⅰ底部固连有液相出口管，次回流喷淋管和主回流喷淋管均与液相出口管相通；筒体
ⅴ
内也设有一个喷淋器，筒体
ⅴ
内的喷淋器上固连有脱盐水喷淋管，脱盐水喷淋管内通有脱盐水。
18.作为对本发明的进一步说明，优选地，分布器包括顶受液槽杆、中受液槽杆、底受液槽杆和连接杆，顶受液槽杆、中受液槽杆和底受液槽杆自上而下间隔分布，若干根连接杆间隔固连在顶受液槽杆、中受液槽杆、底受液槽杆之间以支撑顶受液槽杆、中受液槽杆、底受液槽杆，顶受液槽杆、中受液槽杆、底受液槽杆的槽边均开设有若干个受液孔，顶受液槽杆和底受液槽杆底部开设有两个残液排放孔；两个分布器分别置于筒体ⅰ和筒体
ⅴ
内，筒体ⅰ内的分布器位于两个喷淋器之间，筒体
ⅴ
内的分布器位于筒体
ⅴ
内的喷淋器下方。
19.(三)有益效果
20.本发明的上述技术方案具有如下优点：
21.本发明设计下部塔筒体板材厚，上部筒体板材薄，既减少设备投资，又保持设备整体腐蚀度的一致，延长塔体使用期限；另外采用气液自助分离器进行分离，双液相分布器循环均布设计，增强丙烯酸吸收效率，实现提高了产品收率可控目标。而且采用下塔板、上填料设计，发挥塔板效率高与填料径流均匀的优势互补，实现吸收效率与吸收率兼顾的目标；结合填料采用不同经向交替布置、堆密度自上而下逐渐减少的设计，有利于实现径流均布，降低反应气，提高吸收效率。
附图说明
22.图1是本发明的塔体内部结构图；
23.图2是本发明的分离器侧剖图；
24.图3是本发明的分离器扇叶分布结构图；
25.图4是本发明的喷淋器结构图；
26.图5是本发明的分布器结构图；
27.图6是本发明的受液丝网结构图。
28.图中：1、塔体；11、筒体ⅰ；111、破沫网；12、筒体ⅱ；121、筒体ⅱ填料；122、筒体ⅱ塔板；13、筒体ⅲ；131、筒体ⅲ填料；14、筒体ⅳ；141、筒体ⅳ填料；15、筒体
ⅴ
；151、筒体
ⅴ
填料；152、加强筒体；16、上封头；17、气相出口管；2、气相入口管；3、分离器；31、支架；32、扇叶座；33、扇叶；4、喷淋器；41、储液盘；42、进液管；43、外导液管；44、内导液管；5、分布器；51、顶受液槽杆；52、中受液槽杆；53、底受液槽杆；54、连接杆；55、受液丝网；6、次回流喷淋管；7、主回流喷淋管；8、脱盐水喷淋管；9、液相出口管。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.一种丙烯氧化法制丙烯酸的气相急冷循环吸收塔,如图1所示，包括由多个不同厚度的筒体组成的塔体1、固连在塔体1下部并用于导入气相的气相入口管2、安装在气相入口管2内并用于旋转分离气相的分离器3、在塔体1内腔间隔分布的三个喷淋器4、分布在塔体1上部和下部的两个分布器5，还包括与不同喷淋器4分别固连的次回流喷淋管6、主回流喷淋管7以及脱盐水喷淋管8，和固连在塔体1底部的液相出口管9。
31.如图1所示，塔体1包括筒体ⅰ11、筒体ⅱ12、筒体ⅲ13、筒体ⅳ14和筒体
ⅴ
15，筒体ⅰ11、筒体ⅱ12、筒体ⅲ13、筒体ⅳ14和筒体
ⅴ
15自下而上叠放焊接固连，其中筒体ⅰ的外径最大11，壁厚为15～18mm，优选16mm。筒体ⅱ12、筒体ⅲ13、筒体ⅳ14和筒体
ⅴ
15外径相同，其中筒体ⅱ12的壁厚为15～18mm，优选16mm；筒体ⅲ13的壁厚为13～16mm，优选14mm；筒体ⅳ14的壁厚为10～14mm，优选12mm；筒体
ⅴ
15的壁厚为10～14mm，优选12mm。因塔体1下部是液相聚集区，腐蚀相对严重，所以筒体ⅰ11板材厚，其余筒体用薄一些的板材，既减少设备投资，又保持设备整体腐蚀度的一致，延长塔体使用期限。筒体
ⅴ
15顶部固连有上封头16，上封头16上固连有气相出口管17，用于将分离后的气相导出塔体1外，避免再与液相混合液化降低液相的纯度。
32.此外，筒体
ⅴ
15外焊接有加强筒体152，加强筒体152为钢板围成的环状结构，设置加强筒体152主要用于加强塔体1上部的结构强度，使塔体1上部在填充多层填料后不易变形，同时配合填料的重量使塔体1具有更好地抗风抗震不易变形的作用。
33.如图1所示，筒体ⅰ11和筒体ⅱ12相接处的塔体1内腔中填充有破沫网111，破沫网111由0.08～0.30mm的扁圆丝纺织而成，网孔优选4mm
×
5mm，编织成的网面压上斜角为20
°
～45
°
，且有5～7mm深的波纹，用于初步消除气、液夹带上升的泡沫，但不能完全消除，还需要与上层的填料反复碰撞，以进一步消除泡沫。
34.如图1所示，筒体ⅱ12内装填有筒体ⅱ填料121，筒体ⅲ13内装填有筒体ⅲ填料131，筒体ⅳ14内装填有筒体ⅳ填料141，筒体
ⅴ
15内装填有筒体
ⅴ
填料151，其中所述填料均选择不锈钢304l、不锈钢316l、孔板波纹填料、压延孔环填料或丝网填料中的一种或几种，填料的倾斜角度设置在30
°
～60
°
之间。从筒体ⅱ填料121到筒体
ⅴ
填料151的堆密度依次增大，填料高度依次降低，以减少填料层压降，增加填料层处理量，保持合理的吸收比表
面积，保证最大化气相分离效率。此外两层填料之间保持倾斜面相对排放，以保持“之”字形液流通道，防止液相径流直泻而下，为气相液化提供润湿面，实现吸收效率最大化。
35.如图1所示，筒体ⅱ12内设有多层筒体ⅱ塔板122，筒体ⅱ塔板122采用筛板塔板，开孔率优选14％。筒体ⅰ11内也设置有塔板，其中筒体ⅰ11内的塔板数量优选为7层，筒体ⅱ塔板122数量优选为9层，以构成气相与液相初步接触面，发挥筛板塔板液化效率高优势。具体的，根据理想体系气液相平衡方程、精馏段操作线与提馏段操作线交点坐标计算式、操作线方程和q线方程，或者利用软件maple和math cad软件计算出所需要理论塔板数，根据塔板数与填料高度、堆密度的关系，确定各型号填料高度，按堆密度从筒体ⅱ填料121到筒体
ⅴ
填料151依次增大顺序装填于塔体1内。
36.如图1所示，气相入口管2为t形三通管，气相入口管2的管顶固连有挡气板，板高优选为管半径，两个分离器3分置在气相入口管2水平方向的两个进气管口处，另一个分离器3设置在气相入口管2在竖直方向的出气管口处。气相经气相入口管2两侧的管口进入管内，通过水平方向的分离器3初步旋转分离后，再经竖直方向的分离器3再次旋转分离进入筒体ⅰ11，使得气相中的各类分子最大程度分散进入筒体ⅰ11，为后续气相充分液化提供良好的物理环境，即增大了气相分子与液体的接触面积，相比直接导入气相进行液化，在同时间内的液化量提升18％，具有明显的效率提升。
37.结合图2、图3，分离器3包括支架31、扇叶座32和扇叶33，三根支架31外缘呈发散状与气相入口管2内壁固连，三根支架31中部相互固连，扇叶座32通过液体自润滑轴承转动连接在三根支架31连接端的中部，三片扇叶33呈环状通过螺母间隔固连在扇叶座32上，扇叶33偏转角设为30
°
～60
°
。利用液体自润滑轴承，可利用气相中及蒸发出来的液体凝液进行润滑，以减少转动磨损，延长分离器使用寿命，保证介质洁净。扇叶33的偏转角可以根据使用情况进行调整，其中优选45
°
，可使扇叶33直接利用进入管道的气相压力作为动力来源进行旋转，不另设动力设备，有利于保持装置操作稳定性，又能分散气相分子，一举两得。
38.结合图1、图4，喷淋器4包括储液盘41、进液管42、外导液管43和内导液管44，储液盘41主体为扁平状圆桶结构，底部挖空，挖空的半径优选储液盘41内腔底部半径的1/2,并在挖空处焊接锥形封底；进液管42固连在储液盘41顶端中部，进液管42根据输送管的管径确定大小，也可以采用锥形变径；外导液管43焊接于储液盘41底部两侧，根据外导液管43的长度在管底增加多个排水孔，以保持喷液均匀；内导液管44焊接在储液盘41的锥形封底上，优选8个支管，管壁沿锥形内壁斜向下延长出储液盘41底，内导液管44在锥形内壁上的开孔高度比外导液管43内孔高度高半个管径，以防止中心液流量大，四周液流量小。其优势比直接喷淋液流均衡，相比多孔式喷头，开孔大，阻力小。
39.结合图1、图5，两个分布器5分别置于筒体ⅰ11和筒体
ⅴ
15内，筒体ⅰ11内的分布器5位于两个喷淋器4之间，筒体
ⅴ
15内的分布器5位于筒体
ⅴ
15内的喷淋器4下方。其中分布器5包括顶受液槽杆51、中受液槽杆52、底受液槽杆53和连接杆54，顶受液槽杆51、中受液槽杆52和底受液槽杆53均为v字形杆且自上而下间隔分布，若干根连接杆54间隔固连在顶受液槽杆51、中受液槽杆52、底受液槽杆53之间以支撑顶受液槽杆51、中受液槽杆52、底受液槽杆53，顶受液槽杆51、中受液槽杆52、底受液槽杆53的槽边均开设有若干个受液孔，顶受液槽杆51和底受液槽杆53底部开设有两个残液排放孔。受液孔采用不饱和设计，保留受液槽槽边一定的液体溢出量，槽底只留两个残液排放孔，便于增加液流面积。结合图6，底受液槽
杆53下方布置有盘状的受液丝网55，受液丝网55优选不锈钢材质，钢丝采用表面处理工艺，可使液流更顺滑均匀。
40.结合图1、图4，两个喷淋器4在筒体ⅰ11内沿竖直方向间隔分布，次回流喷淋管6固连在高度低的喷淋器4上的进液管42。主回流喷淋管7固连在高度高的喷淋器4上的进液管42。次回流喷淋管6和主回流喷淋管7均与液相出口管9相通，液相出口管9液相除供回流保持液位外，还有一路进脱轻组分段或脱醋酸段继续蒸馏、分离。筒体
ⅴ
15内也设有一个喷淋器4，脱盐水喷淋管8固连在筒体
ⅴ
15内的喷淋器4上，脱盐水喷淋管8内通有脱盐水。喷淋液由液相出口管9经泵送至主回流喷淋管7与次回流喷淋管6，经塔顶除盐水及塔釜液回流喷淋，实现气相快速降温，进行初步吸收与液化。气相丙烯酸通过气相入口管2进入塔体1，气相在上升过程中经塔板、填料层重复经水吸收，在塔底汇集成液相，不溶于水的氧、氮等空气组分及反应气相经气相出口管17排出塔外重复反应或进入尾气处理装置。
41.如图1所示，塔体1上还装有多个温度传感器、压力传感器和液位计，其中温度传感器与总控室plc集散控制系统连接，根据传输温度数据向自动流量计、电磁控制阀等装置发出控制信号，控制次回流喷淋管6、主回流喷淋管7和脱盐水喷淋管8的流量及液相出口管9的外送流量，维持整个吸收塔温度符合操作要求。压力传感器与总控室plc集散控制系统连接，根据传输压力数据向自动流量计、电磁控制阀等装置发出控制信号，控制次回流喷淋管6、主回流喷淋管7和脱盐水喷淋管8的流量及液相出口管9的外送流量，维持整个吸收塔压力符合操作要求。液位计分为现场液位计和远传液位计，现场液位计用于操作人员现场查看，远传液位计与总控室plc集散控制系统连接，根据传输液位数据向自动流量计、电磁控制阀等装置发出控制信号，控制次回流喷淋管6、主回流喷淋管7和脱盐水喷淋管8的流量及液相出口管9的外送流量，维持整个吸收塔塔釜液位符合操作要求。
42.本发明还提供提纯丙烯酸的工艺流程，具体步骤如下：
43.关闭气相入口管2及液相出口管9，脱盐水从脱盐水喷淋管8和脱盐水喷淋管8下方的喷淋器4进入塔内，等脱盐水达到回流泵开启条件时，打开液相出口管9的液相回流口、主回流喷淋管7的入口，启动回流泵；回流稳定后，逐渐开启气相入口管2进行送气，脱盐水再经过多层填料层、塔板与下部气相进行反复的传质、传热，以通过降低反应气相温度实现气相液化，最大化吸收丙烯酸液气相成分，在塔釜汇集成液相，不溶于水的氧、氮等空气组分及反应气相经气相出口管17排出塔外重复反应或进入尾气处理装置。在增加气相流量的同时，开启次回流喷淋管6，直至气相增加至正常设计流量。
44.待塔釜液液位达到液位上限时，再开启液相出口管9的出料口，向脱轻组分段或脱醋酸段供液，对反应液进行蒸馏、分离。
45.当温度压力上升时，可以加大脱盐水喷淋管8的喷淋量，或者增加次回流喷淋管6、主回流喷淋管7的回流量，如果液位不稳定的话，可以取折中操作方法，同时小幅度增加脱盐水喷淋管8的流量与次回流喷淋管6、主回流喷淋管7的回流量。若是温度、压力下降，则反向操作。液面上升或下降，可以通过增加或减少液相出口管9的出料量来调节，也可以通过减少或增加脱盐水喷淋管8的喷淋量调节。
46.综上所述，本发明通过采用不同厚度的筒体设计，下部塔筒体板材厚更抗腐蚀，上部采用薄一些的板材，既减少设备投资，又保持设备整体腐蚀度的一致，延长塔体使用期限。并且采用的分离器4以反应气压力为动力来源，分离器3的扇叶33采用可调节结构，增强
了气液分离效果，还节约能源消耗；分布器3的循环均布设计，增强丙烯酸吸收效率，实现提高了产品收率可控目标。另外采用下塔板、上填料设计，发挥塔板效率高与填料径流均匀的优势互补，实现吸收效率与吸收率兼顾的目标；而且塔填料采用不同经向交替布置、堆密度自上而下逐渐减少设计，有利于实现径流均布，降低反应气，提高吸收效率。喷淋器4与分布器5均采用偏孔设计，分布器5下部加受液丝网55，有利于喷淋液体均布，解决中间液流压力大，边缘液流压力小的不均衡问题。并通过设有远传的温度、压力、液位传输设备，与总控室plc集散控制系统连接，根据传输数据向自动流量计、电磁控制阀等装置发出控制信号，实现远传自动控制，不仅提高了收率还减少了人力成本。
47.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。