合成喹啉衍生物廢水丙酮回收技術(shù)
喹啉衍生物在醫(yī)藥、食品、添加劑等方面應(yīng)用日益廣泛，利用苯胺和丙酮進(jìn)行環(huán)化合成過程中，因環(huán)化溫度較高，丙酮在滴加進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)后，會(huì)迅速汽化，部分未反應(yīng)的丙酮和反應(yīng)過程中形成的水分離出反應(yīng)體系，由于丙酮和水能夠*混溶，必須通過精餾對工藝生成水進(jìn)行處理，處理后的丙酮進(jìn)行回用，工藝反應(yīng)生成水分離后進(jìn)入廢水系統(tǒng)進(jìn)行處理，由于此工藝的反應(yīng)水中丙酮含量在23%~28%，研究工藝生成水的丙酮回收方法對相同工藝的產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展也有積極的作用，對節(jié)能減排有重要意義。
1、工藝廢水的基本情況
此工藝的反應(yīng)水中丙酮含量在23%~28%，含有0.5%的甲苯，其余為水。同時(shí)因反應(yīng)過程中采用有機(jī)酸為催化劑，生成水的ph顯酸性，反應(yīng)生成水和丙酮形成的混合物的丙酮濃度25%左右。如果不能將丙酮從水中最大限度的分離出來，會(huì)造成原料的浪費(fèi)，同時(shí)加大廢水處理過程的物化處理費(fèi)用，造成能源浪費(fèi)。
2、含丙酮水溶液的丙酮回收相關(guān)技術(shù)報(bào)道
目前國內(nèi)丙酮分離的方法有萃取精餾法、鹽效萃取法、滲透汽化法等。有資料報(bào)道連續(xù)精餾法回收丙酮，如曹宇鋒等采用復(fù)合精餾法回收丙酮的研究，進(jìn)料中丙酮質(zhì)量含量為8%，同時(shí)含有27%的醋酸、64.7%的水，精餾塔段采用浮閥板式結(jié)構(gòu)，提餾段采用拉西環(huán)填料，理論塔板為41塊，進(jìn)料在30~35塊，回流比為2，釜溫控制在101~103.5℃，塔頂控制溫度為48~52.7℃，塔頂質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收率達(dá)到99.08%和98.71%;有相關(guān)資料報(bào)道的微負(fù)壓精餾回收丙酮，如李英棟等采用微負(fù)壓精餾法回收丙酮溶媒，在進(jìn)料中丙酮質(zhì)量含量為50%，回流比為1.33，填料高度為6m，在-0.03mpa的壓力下進(jìn)行精餾分離，丙酮成品含量為99.5%，廢水中丙酮含量小于0.5%，塔頂溫度控制在45.8℃，采用真空驅(qū)動(dòng)負(fù)壓。利用鹽效應(yīng)對丙酮的回收，如柯凌進(jìn)等采用的利用鹽效應(yīng)對丙酮溶媒回收的改進(jìn)，丙酮水溶液含有鹽酸，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15的氫氧化鈉溶，132l對1000l丙酮水溶液中和，調(diào)節(jié)ph到7.0~7.5，利用溶鹽法的鹽效應(yīng)能提高丙酮-水的相對揮發(fā)度，丙酮的含量達(dá)到99%以上，比普通精餾法的丙酮含量提高0.37%，平均水分降低0.27%。
3、連續(xù)精餾法回收合成喹啉衍生物過程中的工藝廢水中丙酮
根據(jù)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的工藝反應(yīng)水量和環(huán)化工藝的要求，設(shè)計(jì)精餾塔丙酮出塔質(zhì)量含量達(dá)到≥99%以上，廢水中丙酮含量≤4‰。，進(jìn)料量按1.0t/h。
分析方法：采用氣相色譜柱對原料、塔頂、塔底樣品進(jìn)行分析，檢測器為熱導(dǎo)池，載氣為氫氣，柱子為φ4mm×1mm×1000mm，柱溫為150℃，汽化室溫度為180℃，檢測室溫度為180℃。
根據(jù)生產(chǎn)的技術(shù)要求對丙酮精餾進(jìn)行選擇，本公司原設(shè)計(jì)了負(fù)壓條件下丙酮的間歇精餾，該設(shè)備蒸餾塔直徑為φ600，采用波紋絲網(wǎng)填料，填料高度為10m，總體高度為12m，按照每米填料按4個(gè)理論塔板計(jì)算，相當(dāng)于40個(gè)塔板，采用塔頂冷凝器冷卻后進(jìn)行回流，回流比前期為3，后期為5，前期精餾的丙酮含量可達(dá)到97%~98%，但后期在塔釜丙酮含量降低時(shí)，塔頂丙酮含量降低，精餾含量不穩(wěn)定，日處理丙酮水量僅12m3。本次設(shè)計(jì)為連續(xù)精餾工藝，為確保生產(chǎn)安全，采用常壓精餾，本精餾塔采用xk型斜孔篩板塔板，塔板數(shù)量根據(jù)原填料塔的理論塔板數(shù)和相關(guān)資料的介紹進(jìn)行逐板計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，并參照(常壓下丙酮精餾塔的理論級數(shù)-回流比關(guān)系圖)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。
選用回流比為6，塔徑選用φ800，塔板數(shù)為55板，提餾段為19-21層，精餾段為36-35層，板間距300mm，為降低高度放進(jìn)車間，將塔體分兩段，兩段分別為1號(hào)塔14.1m，2號(hào)塔為12.3m。將1號(hào)塔底部和再沸器連接，從1號(hào)塔第19層塔板上部進(jìn)料，通過再沸器加熱后，丙酮?dú)怏w進(jìn)入2號(hào)塔底部，2號(hào)塔頂部蒸餾出去的氣體經(jīng)過分凝器后進(jìn)入接收罐，通過泵輸送到塔頂進(jìn)行回流，同時(shí)回流量根據(jù)塔底溫度和回流控制閥進(jìn)行調(diào)控，和回流閥并聯(lián)有采出調(diào)節(jié)閥，根據(jù)塔頂濃度進(jìn)行控制采出大小;在2號(hào)塔底部有回流泵，將2號(hào)塔底的丙酮溶液用泵輸送到1號(hào)塔頂進(jìn)行回流，回流量和2號(hào)塔底液位進(jìn)行連鎖，精餾后的殘液采出用流量計(jì)控制，流量計(jì)和1號(hào)塔底液位連鎖，再沸器的蒸汽調(diào)節(jié)閥和1號(hào)塔底溫度連鎖，整個(gè)體系實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出料量自動(dòng)控制。
本體系設(shè)備安裝好后進(jìn)行了15天的設(shè)備調(diào)試，根據(jù)精餾要求，塔頂?shù)谋馁|(zhì)量含量控制99%時(shí)，其摩爾分率xd為96.8%，進(jìn)料板上丙酮溶液的質(zhì)量為25%時(shí)丙酮的摩爾分率xm為9.36%，進(jìn)料板上丙酮溶液所釋放的蒸汽中丙酮的摩爾分率yp為34.5%，系統(tǒng)最小回流比rm=(xd-yp)/(yp–xm)=0.623/0.251=2.48，根據(jù)精餾塔理論板數(shù)和回流比關(guān)系圖，調(diào)試初期回流比按照5.5-7進(jìn)行控制系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)見表1。
從上述數(shù)據(jù)可以看到，本精餾塔在處理丙酮溶液中，當(dāng)進(jìn)料量為設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%時(shí)，在回流比控制在5.5時(shí)，塔頂采出料和塔底排出的水能夠達(dá)到原設(shè)計(jì)的工藝指標(biāo)，隨著進(jìn)料量的增加，要達(dá)到設(shè)計(jì)的工藝要求需要對回流量進(jìn)行增加，在進(jìn)料量達(dá)到1.0t/h時(shí)，回流量需要達(dá)到6，同時(shí)塔底溫度需要提升，當(dāng)進(jìn)料量達(dá)到1.2t/h時(shí)，回流量達(dá)到7.0和塔底溫度達(dá)到110℃時(shí)，塔頂含量仍然低于原設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)塔底排水的丙酮含量高出原設(shè)計(jì)指標(biāo)。本塔的設(shè)計(jì)基本達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。
4、結(jié)果和討論
(1)采用xk型斜孔篩板塔板在常壓條件下對含丙酮的水溶液進(jìn)行精餾，在含有0.5%的甲苯條件下，可采用連續(xù)精餾對丙酮溶液進(jìn)行精餾，在回流比為需要控制在5.5以上，在回流比在6時(shí)塔頂采出含量達(dá)到了99%，提高回流比，可使塔頂含量進(jìn)一步提升，但經(jīng)濟(jì)性差，過高可引起塔底液體中丙酮含量升高。
(2)增加精餾塔進(jìn)料量，塔底溫度需要同步提升，主要因塔內(nèi)蒸發(fā)量和回流比增大引起塔底部壓力增大，在保證塔底出水丙酮含量達(dá)到工藝指標(biāo)時(shí)，本塔進(jìn)料量從0.8t/h上升到1.2t/h，塔底溫度從105℃上升到110℃，整個(gè)操作過程中指標(biāo)工藝穩(wěn)定。
(3)控制進(jìn)料中甲苯的含量，在整個(gè)體系運(yùn)行中減少甲苯在體系的存在量，有利于保證精餾塔的正常運(yùn)行，甲苯可通過進(jìn)料前采用苯水分離裝置分離，運(yùn)行過程中應(yīng)對體系定期分離甲苯。
(4)xk型斜孔塔板是一種高效節(jié)能的噴射型塔板，對物料的適應(yīng)性比較強(qiáng)，抗污能力強(qiáng)、分離效率高，產(chǎn)量大，同塔徑的塔產(chǎn)量可以提高10%以上，因塔板的特殊設(shè)計(jì)，抗污能力特強(qiáng)，為防止塔體在停車降溫過程中因進(jìn)入空氣引起的不安全因素，塔體采用雙級流程，有效降低了高度，但也增加了氣相系統(tǒng)阻力和回流泵的運(yùn)行費(fèi)用，塔體制造成本也有增加，但整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
(5)系統(tǒng)放空采用水封，整個(gè)體系運(yùn)行過程中放空管道無明顯氣體釋放，系統(tǒng)丙酮損耗少，本系統(tǒng)開車升溫和全回流時(shí)間為3.5h，系統(tǒng)開車時(shí)間短。
5、結(jié)論和展望
本文以常壓連續(xù)精餾裝置處理合成喹啉衍生物過程中的工藝廢水，對丙酮進(jìn)行回收，在丙酮含量在25%~26%，甲苯含量在0.5%的水樣條件下，利用二級塔徑φ800的xk型斜孔篩板塔，設(shè)計(jì)塔板為55塊的設(shè)備，探討了進(jìn)料量、回流比、塔底溫度的變化對塔頂采出物丙酮濃度、塔底排出物丙酮濃度的影響，得到最佳的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在進(jìn)料量為1.t/h，回流比為6.0，塔底溫度為108℃，塔頂采出量控制在0.26t/h時(shí)，塔頂采出物丙酮含量為99%，塔底排出水中丙酮含量為0.35%，整個(gè)過程采用plc控制，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
本工藝存在系統(tǒng)回流比較高，仍需要進(jìn)一步優(yōu)化操作條件，對系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，減少處理過程的能耗，達(dá)到節(jié)能降耗，同時(shí)對廢水中含有的丙酮需要進(jìn)一步研究回收的工藝和方法。(
關(guān)鍵詞：催化劑 精餾塔 色譜柱 冷凝器 再沸器