丁辛醇裝置丁醛異構物塔分離操作研究

嚴 芳，馬蒞夏

(1.張家港市華昌新材料科技有限公司，江蘇 張家港 215634;2.汕尾職業技術學院，廣東 汕尾 516600)

0 前言

丁辛醇生產中，丁醛單元的丁醛異構物塔是丁辛醇裝置的中心樞紐，它的設計、操作將直接影響到丁辛醇裝置中三種產品異丁醛、辛醇和正丁醇的質量。因為氫甲酰化反應生成的產物混合丁醛經過催化劑分離、氣液分離后首先進入丁醛異構物塔進行正異丁醛的分離，塔底采出的正丁醛一部分去往丁醛加氫單元生產正丁醇產品，另一部分去往丁醛縮合單元作為生產辛醇產品的原料；塔上部側線采出的異丁醛則作為產品直接銷售。異丁醛直接作為產品銷售，質量保證不用贅述，而作為生產正丁醇和辛醇原料的正丁醛的質量同樣重要，否則在后續反應過程中，將會發生各種有機副反應，導致產品純度、色度等方面不合格，從而影響產品的銷售。操作工藝指標要求，丁醛異構物塔塔底采出的正丁醛中異丁醛含量<0.2%，塔側線采出的異丁醛中正丁醛含量<0.4%。

1 精餾原理

利用混合物溶液中各組分揮發度或沸點的差異，通過液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級接觸，在熱能驅動和相平衡關系的約束下，使得易揮發組分(輕組分)不斷從液相往氣相中轉移，而難揮發組分(重組分)卻由氣相向液相中遷移，使混合物經過多次分離從而將輕重組分完全分離的過程稱為精餾。該過程中，傳熱、傳質過程同時進行，屬傳質過程控制[1]。

原料從塔中部適當位置進入精餾塔，將塔分為兩段，進料板以上部分為精餾段，進料板及以下部分為提餾段。冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。在精餾段，氣相在上升的過程中，經過傳熱傳質氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷增濃，在塔頂獲輕組分產品。在提餾段，其液相在下降的過程中，其輕組分不斷被提餾出來，使重組分在液相中不斷被濃縮，在塔底獲得重組分產品。

丁辛醇裝置的丁醛異構物塔為典型的浮閥式雙溢流板式塔精餾裝置，該塔直徑3 600 mm，塔高為62 000 mm，采用了華東理工大學的專利產品齒形組合導向浮閥塔板，塔內共設有145塊塔板，板間距305 mm。進料塔板設有3塊，從下往上數分別是第84塊、88塊和92塊塔板。塔上部側線采出的塔板也設置了3塊，從下往上數分別是第133塊、137塊和141塊塔板。

利用丁醛異構物塔進行精餾分離的是丁辛醇裝置氫甲酰化反應器產出的混合丁醛。混合丁醛主要是正丁醛與異丁醛混合物，其中還含有微量的水及其他雜質，正丁醛與異丁醛為同分異構體，分子式相同但是結構不同，從而導致兩者的物理性質有細微的差別。常壓下正丁醛沸點75.7 ℃，異丁醛沸點64 ℃。丁醛異構物塔的操作正是利用了正異丁醛二者之間沸點的細微差異，將兩者在該塔內通過精餾操作進行分離。

2 異構物塔工藝流程

丁醛異構物塔的工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 丁醛異構物塔的工藝流程簡圖

脫除了輕組分的混合丁醛由穩定塔塔底泵P-1107提壓并經穩定塔熱交換器E-1110換熱至后送至丁醛異構物塔T-1104進料塔板上，其流量由調節閥FV-1801控制。異構物塔進料管線上還有一根來自中間罐區混合丁醛儲罐的進料管線，用來調節異構物塔T-1104的進料，以保證丁醛異構物塔的進料平穩，該進料管線流量由調節閥FV-1701控制。

丁醛異構物塔的熱量輸入通過異構物塔再沸器E-1116殼程的0.5 MPa A低壓蒸汽加熱供給，流量由FV-1803控制。異構物塔頂的氣相在異構物塔頂冷凝器E-1115中冷凝，然后進入底部帶有靴筒的異構物塔受槽D-1107中分離。有機相用異構物塔回流泵P-1108送回異構物塔頂作為回流，并由液面控制器LIC1803與流量計FIC1804形成串級調節，以控制異構物塔的回流量。水相則由調節閥LV-1804根據液位控制送至精餾廢水罐作進一步處理。異丁醛成品從異構物塔上部塔板側線采出，通過異丁醛冷卻器E-1118冷卻并分析合格后由調節閥FV-1805控制送入中間罐區異丁醛檢驗罐。異構物塔底采出的正丁醛由異構物塔塔底泵P-1109加壓并經正丁醛冷卻器E-1117冷卻后，分為三路：一路在調節閥FV-2000的控制下進入后續丁醛加氫系統；一路在調節閥FV-3002的控制下進入后續丁醛縮合系統；還有一路在調節閥LV-1801的控制下去中間罐區正丁醛儲罐作為丁醛加氫系統和丁醛縮合系統進料的緩沖。丁醛異構物塔塔頂壓力由調節閥PV-1804控制在0.05 MPa左右，當系統壓力升得過高時，通過調節閥PV-1804B將氣體排放至火炬，壓力降得過低時則通過調節閥PV-1804A向系統補充低壓N2，以此來維持系統壓力穩定。異構物塔操作的工藝流程簡圖如圖1所示。

3 異構物塔操作條件的研究

丁辛醇裝置開車后，為了使正丁醛和異丁醛產品質量達標，車間分別對丁醛異構物塔操作工藝中的塔釜溫度、靈敏板溫度進行了摸索研究。并對進料中正丁醛與異丁醛的比例(簡稱正異比)與采出產品的正異比進行了對比。

3.1 塔釜溫度對異構物塔分離效果的影響

在操作壓力不變的情況下，改變塔釜操作溫度，對蒸汽速度、氣液相組成的變化都有很大的影響，從而對產品質量造成較大影響。

工藝條件：混合丁醛進料流量20 t/h，進料正異比11/1，異構物塔操作壓力50 kPa，靈敏板溫度為87 ℃，回流量90 t/h。開車過程中塔釜溫度分別選取100、101、102、103、104、105 ℃來考察產品正丁醛和異丁醛的質量。

具體數據見表1。

表1 塔釜溫度對產品質量的影響

經分析，塔釜溫度<103 ℃時，正丁醛成分中異丁醛含量>0.2%，不符合工藝生產要求。溫度>103 ℃時異丁醛含量符合工藝要求，但塔頂正丁醛含量較高，且蒸汽消耗較大。因此，生產過程中初步選取塔釜溫度為(103±0.2)℃。

3.2 靈敏板溫度對異構物塔分離效果的影響

精餾塔在正常操作時，其精餾段或提餾段的某些塔板上溫度變化最為顯著，這些塔板的物料溫度相對于外界因素的干擾反映最為靈敏。通常將該塔板稱之為靈敏板，靈敏板溫度的變化，往往可以預測到塔頂、塔釜物料組成的變化，因此是整個精餾塔控制的關鍵所在。在生產上常通過測量和調整靈敏板的溫度來保證產品的質量。丁醛異構物塔的靈敏板是從下往上數的第105塊塔板，保持該塔板的溫度恒定，能使塔板組分組成穩定。

工藝條件：混合丁醛進料流量為20 t/h，進料正異比為11/1，異構物塔操作壓力50 kPa，塔釜溫度103 ℃，回流量為90 t/h。開車過程中靈敏板溫度分別選取了79、81、83、85、87、89 ℃來考察產品正丁醛和異丁醛的質量，具體數據見表2。

表2 靈敏板溫度對產品質量的影響

經分析，當靈敏板溫度<85 ℃時，正丁醛成分中異丁醛含量>0.2%，不符合工藝生產要求。溫度>85 ℃時異丁醛含量中正丁醛含量增加速度較快。因此，生產過程中選取靈敏板溫度為85 ℃。

3.3 進料正異比與異構物塔采出正異比的關系

生產過程中，進料正異比受羰基合成反應及混醛罐進料的影響，正異比具有可調性。生產過程中也選取不同的進料正異比來考察產品正丁醛與異丁醛的采出量。

工藝條件：混合丁醛進料流量28.5 t/h，異構物塔操作壓力50 kPa，塔釜溫度為103 ℃，靈敏板溫度85.5 ℃，回流量90 t/h。具體數據見表3。

表3 進料正異比與異構物塔采出正異比的關系

經數據分析，丁醛異構物塔的采出正異比與進料正異比比較接近，異構物塔生產符合工藝設計要求。

4 結論

經過生產研究發現，公司丁辛醇裝置丁醛異構物塔的塔釜適宜操作溫度為103 ℃，操作中建議以(103±0.2)℃進行控制；丁醛異構物塔的靈敏板溫度為85 ℃，操作中通常控制在(85±0.5)℃，以使塔頂、塔底產品質量同時最優。同時可以根據市場對正、異丁醛產品的實時需求，快速調整丁醛異構物塔的采出正異比。