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，利用苯胺和丙酮進行環(huán)化合成過程中，因環(huán)化溫度較高，丙酮在滴加進入反應(yīng)系統(tǒng)后，會迅速汽化，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，由于丙酮和水能夠完全混溶，必須通過精餾對工藝生成水進行處理，處理后的丙酮進行回用，工藝反應(yīng)生成水分離后進入廢水系統(tǒng)進行處理，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。同時因反應(yīng)過程中采用有機酸為催化劑，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，會造成原料的浪費，同時加大廢水處理過程的物化處理費用，造成能源浪費。

　　2、含丙酮水溶液的丙酮回收相關(guān)技術(shù)報道

　　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，進料中丙酮質(zhì)量含量為8%，同時含有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)動負(fù)壓。利用鹽效應(yīng)對丙酮的回收，如柯凌進等采用的利用鹽效應(yīng)對丙酮溶媒回收的改進，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)要求對丙酮精餾進行選擇，本公司原設(shè)計了負(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個理論塔板計算，相當(dāng)于40個塔板，采用塔頂冷凝器冷卻后進行回流，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，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)資料的介紹進行逐板計算法進行計算，并參照(常壓下丙酮精餾塔的理論級數(shù)-回流比關(guān)系圖)進行初步設(shè)計。

　　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，為降低高度放進車間，將塔體分兩段，兩段分別為1號塔14.1m，2號塔為12.3m。將1號塔底部和再沸器連接，從1號塔第19層塔板上部進料，通過再沸器加熱后，丙酮氣體進入2號塔底部，2號塔頂部蒸餾出去的氣體經(jīng)過分凝器后進入接收罐，通過泵輸送到塔頂進行回流，同時回流量根據(jù)塔底溫度和回流控制閥進行調(diào)控，和回流閥并聯(lián)有采出調(diào)節(jié)閥，根據(jù)塔頂濃度進行控制采出大小;在2號塔底部有回流泵，將2號塔底的丙酮溶液用泵輸送到1號塔頂進行回流，回流量和2號塔底液位進行連鎖，精餾后的殘液采出用流量計控制，流量計和1號塔底液位連鎖，再沸器的蒸汽調(diào)節(jié)閥和1號塔底溫度連鎖，整個體系實現(xiàn)了進出料量自動控制。

　　本體系設(shè)備安裝好后進行了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，其摩爾分率xd為96.8%，進料板上丙酮溶液的質(zhì)量為25%時丙酮的摩爾分率xm為9.36%，進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?Cxm)=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)進料量為設(shè)計負(fù)荷的80%時，在回流比控制在5.5時，塔頂采出料和塔底排出的水能夠達(dá)到原設(shè)計的工藝指標(biāo)，隨著進料量的增加，要達(dá)到設(shè)計的工藝要求需要對回流量進行增加，在進料量達(dá)到1.0t/h時，回流量需要達(dá)到6，同時塔底溫度需要提升，當(dāng)進料量達(dá)到1.2t/h時，回流量達(dá)到7.0和塔底溫度達(dá)到110℃時，塔頂含量仍然低于原設(shè)計指標(biāo)，同時塔底排水的丙酮含量高出原設(shè)計指標(biāo)。本塔的設(shè)計基本達(dá)到原設(shè)計要求。

　　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)精餾對丙酮溶液進行精餾，在回流比為需要控制在5.5以上，在回流比在6時塔頂采出含量達(dá)到了99%，提高回流比，可使塔頂含量進一步提升，但經(jīng)濟性差，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，本塔進料量從0.8t/h上升到1.2t/h，塔底溫度從105℃上升到110℃，整個操作過程中指標(biāo)工藝穩(wěn)定。

　　(3)控制進料中甲苯的含量，在整個體系運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行，甲苯可通過進料前采用苯水分離裝置分離，運行過程中應(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，抗污能力強、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，抗污能力特強，為防止塔體在停車降溫過程中因進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)阻力和回流泵的運行費用，塔體制造成本也有增加，但整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

　　(5)系統(tǒng)放空采用水封，整個體系運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間為3.5h，系統(tǒng)開車時間短。

　　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)計塔板為55塊的設(shè)備，探討了進料量、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，得到最佳的運行數(shù)據(jù)，在進料量為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，塔頂采出物丙酮含量為99%，塔底排出水中丙酮含量為0.35%，整個過程采用PLC控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

　　本工藝存在系統(tǒng)回流比較高，仍需要進一步優(yōu)化操作條件，對系統(tǒng)進一步改進，減少處理過程的能耗，達(dá)到節(jié)能降耗，同時對廢水中含有的丙酮需要進一步研究回收的工藝和方法。(來源：宜興市天石飼料有限公司)