Экстракционная колонна и способ экстрагирования компонента из текучей среды - RU2676072C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается экстракционной колонны, имеющей по крайней мере по участкам цилиндрический, вертикально направленный корпус колонны, который образует внутренний объем колонны, который имеет горизонтальную максимальную протяженность. В корпусе колонны выполнена по меньшей мере одна первая подводящая линия для экстрагирующего агента, по меньшей мере одна вторая подводящая линия для текучей среды, подлежащей экстракции, и в каждом случае по меньшей мере одна отводящая линия для насыщенного экстрагирующего агента и рафината. Кроме того, изобретение касается способа экстрагирования компонента из текучей среды посредством экстракционной колонны, которая имеет цилиндрический, вертикально направленный корпус колонны, который образует внутренний объем колонны, имеющий горизонтальную максимальную протяженность.

При экстракции компонент, который также обозначается как переходящий компонент или экстрактивное вещество, отделяется из смеси веществ, которая также обозначается как экстрагируемый материал или как вещество, подлежащее экстракции, с помощью экстрагирующего агента. При экстракции компоненты экстрагируемого материала не разделяются полностью. Напротив, экстрактивное вещество переходит в экстрагирующий агент и выделяется в виде экстрактивной смеси. В качестве рафината остается экстрагируемый материал, который содержит меньше экстрактивного вещества.

В частности, настоящее изобретение касается экстракции растворителями, при которой растворенное экстрактивное вещество отделяется из жидких экстрагируемых материалов при помощи избирательно действующего жидкого экстрагирующего агента.

Такая экстракция используется, например, при получении акриловой кислоты. Акриловая кислота представляет собой важнейший промежуточный продукт, который находит применение, например, в рамках получения дисперсий полимеров (при необходимости также в форме своих сложных эфиров со спиртами), а также полимеров со свойствами суперабсорбирования воды.

Акриловая кислота, среди прочего, может получаться в результате гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления предшественников акриловой кислоты, содержащих 3 атома углерода (соединений-предшественников, содержащих 3 атома углерода), (под этим понятием должны обобщаться, в частности, такие химические соединения, которые формально могут получаться в результате восстановления акриловой кислоты; известными предшественниками акриловой кислоты, содержащими 3 атома углерода, являются, например, пропан, пропен, акролеин, пропионовый альдегид и пропионовая кислота; однако это понятие также должно включать в себя соединения-предшественники указанных выше соединений, такие как, например, глицерин (исходя из глицерина, акриловая кислота может быть получена, например, в результате гетерогенно катализируемой окислительной дегидратации в газовой фазе; сравните, например, с европейской заявкой ЕР-А 1710227, международными заявками WO 06/114506 и WO 06/092272 с помощью молекулярного кислорода на катализаторах, находящихся в твердом агрегатном состоянии, при повышенной температуре).

При этом указанные исходные газы, как правило, разбавленные инертными газами, такими как, например, азот, CO₂, насыщенные углеводороды и/или водной пар, в смеси с молекулярным кислородом, при повышенных температурах, а также при необходимости повышенном давлении, проводят над смешанными оксидными катализаторами (например, из переходных металлов) и подвергают окислительному превращению в газообразную смесь продуктов, содержащую акриловую кислоту, воду, а также нежелательные побочные продукты, такие как, например, фурфураль, бензальдегид, ацетон, формальдегид и ангидрид малеиновой кислоты и т.д., из которой должна быть выделена акриловая кислота (побочные продукты и отличающиеся от водяного пара инертные разбавляющие газы в этой публикации должны обобщаться под термином «побочные компоненты»; кроме того, этот термин должен включать в себя ингибиторы полимеризации, обычно добавляемые при процессе отделения акриловой кислоты).

Исходя из пропионового альдегида и/или пропионовой кислоты, в случае гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления с помощью молекулярного кислорода речь, по меньшей мере частично, идет об окислительном дегидрировании.

Из публикаций немецких заявок DE-A 19924533, DE-A 19924532, международной заявки WO 01/77056, немецких заявок DE-A 10156016, DE-A 10243625, DE-A 10223058, DE-A 10235847, международных заявок WO 2004/035514, WO 00/53560 и немецкой заявки DE-A 10332758 известны способы получения акриловой кислоты, как описаны вначале, при которых основное отделение сырой акриловой кислоты производится в результате фракционированной конденсации газообразной смеси продуктов гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления. Понятие неочищенной акриловой кислоты или соответственно сырой акриловой кислоты при этом выражает то, что в случае акриловой кислоты, отбираемой посредством первой боковой отводящей линии, речь идет не о чистом продукте, а о смеси, которая помимо акриловой кислоты (как правило ≥50 или ≥60% масс, чаще всего ≥70 или ≥80% масс, часто ≥90% масс, и нередко ≥95% масс, или больше от общей массы), еще содержит воду и побочные компоненты, такие как, например, низшие альдегиды (например, фурфураль, акролеин, бензальдегид), низшие карбоновые кислоты (например, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, муравьиную кислоту) и т.д. В любом случае, общее содержание воды и побочных компонентов, в сырой акриловой кислоте, в пересчете на содержание акриловой кислоты, составляет меньше, чем в газообразной смеси продуктов газофазного частичного окисления, в связи с чем говорят также, что сырая акриловая кислота в совокупности обеднена по содержанию этих компонентов (и наоборот, эта сырая акриловая кислота может быть сравнительно обогащенной по содержанию отдельных компонентов).

Частично чистота отделенной таким образом акриловой кислоты уже является достаточной для намеченной цели применения акриловой кислоты (например, для целей этерификации этой кислоты или для целей образования полимеров, получаемых при помощи радикальной полимеризации). Однако часто отделенную сырую акриловую кислоту подвергают по меньшей мере одному дополнительному процессу термического разделения, чтобы из этой сырой акриловой кислоты получить более чистую акриловую кислоту (имеющую более высокое содержание акриловой кислоты в % масс, по сравнению с сырой акриловой кислотой), которая обладает необходимой для соответствующей цели применения степенью чистоты.

При этом под термическими способами разделения понимают такие, при которых при подведении или при отведении (как правило, термической) энергии получается физически по меньшей мере двухфазная система, причем вследствие существующих между фазами температурных и массовых градиентов происходит тепло- и массообмен, который, в конечном счете, обусловливает желаемое разделение, и экстракция.

Часто термические процессы разделения проводятся в разделительных колоннах, содержащих встроенные элементы с разделяющим действием, в которых указанные выше по меньшей мере две фазы веществ, как правило, проводятся в противотоке друг с другом. Часто одна из двух фаз веществ является газообразной (она, как правило, вводится в разделительную колонну в качестве восходящей фазы), а другая жидкой (она, как правило, вводится в разделительную колонну в качестве нисходящей фазы). Однако, как правило, эти по меньшей мере две фазы веществ также могут быть жидкими (например, в случае экстракции) или твердой и жидкой (например, в случае кристаллизации) или твердой и газообразной (например, в случае адсорбции).

Примерами конкретных случаев термических способов разделения, при которых одна из по меньшей мере двух фаз веществ является жидкой, а одна газообразной, а, следовательно, естественным элементом применяемого в данной публикации термина «термические способы разделения», являются ректификация (восходящая паровая фаза вводится в разделительную колонну в противотоке с нисходящей жидкой фазой), и десорбция (процесс, обратный абсорбции; растворенный в жидкой фазе газ в результате понижения давления над жидкой фазой, при помощи повышения температуры жидкой фазы и/или в результате пропускания газовой фазы через жидкую фазу выводится из этой жидкой фазы; если задействуется пропускание газовой фазы, то десорбция также обозначается как отпаривание легких фракций). Однако абсорбция (как правило, восходящий в разделительной колонне газ подается в противотоке по меньшей мере с одним нисходящим в разделительной колонне в виде жидкости абсорбирующим агентом) и фракционированная конденсация газовой смеси (пример газовой/жидкой фазы) также являются составляющими понятия термических способов разделения. Особенно благоприятным термическим способом разделения для дополнительной очистки сырой акриловой кислоты является кристаллизационная дополнительная очистка (кристаллизация).

Однако недостатком известных способов основного отделения сырой акриловой кислоты при помощи фракционированной конденсации газообразной смеси продуктов гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления по меньшей мере одного предшественника акриловой кислоты с 3 атомами углерода является дополнительное образование кислотной воды, еще содержащей акриловую кислоту и побочные компоненты (упрощенно также называемой «кислой водой»). При этом обозначение «кислая вода» выражает, прежде всего, то, что эта кислая вода, как правило, содержит ≥50% масс, часто ≥60% масс, во многих случаях ≥70% масс, и часто ≥80% масс, воды (при этом речь, как правило, идет как о реакционной воде, так и о совместно применяемой в рамках газофазного частичного окисления в качестве инертного разбавляющего газа разбавляющей воде (водяном паре)).

Однако оно также выражает то, что она, помимо воды, еще содержит побочные компоненты - кислоты, такие как, например, пропионовую кислоту, уксусную кислоту и муравьиную кислоту, а также акриловую кислоту, а, следовательно, имеет величину рН < 7 (общее содержание отличающихся от акриловой кислоты побочных компонентов-карбоновых кислот, как правило, в пересчете на массу кислой воды, находится в области значений ≤ 10% масс, частично значений ≤ 5% масс).

Обычно содержание акриловой кислоты в кислой воде будет составлять от 4 или 5 до 15, часто примерно 10% масс. Недостатком рекомендованных в цитированном уровне техники способов основного выделения акриловой кислоты из газообразной смеси продуктов гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления является то, что они кислую воду, не поданную обратно в ректификационную колонну, еще содержащую акриловую кислоту, в своей совокупности подают на сжигание (сравните, в частности с немецкой заявкой DE-A 10243625, международной заявкой WO 2004/035514 и немецкой заявкой DE-A 10332758). Это является недостатком, поскольку сжигание кислой воды, например, уменьшает выход желаемого продукта - акриловой кислоты.

Поэтому в немецком патенте DE 102007055086 А1 или соответственно международной заявке WO 2008/090190 А1 предлагается способ получения акриловой кислоты, при котором повышенный выход акриловой кислоты обеспечивается в результате того, что акриловая кислота экстрагируется из кислой воды и подается обратно.

В соответствии с этим, немецкий патент DE 102007055086 А1 описывает способ получения акриловой кислоты, при котором в результате гетерогенно катализируемого газофазного частичного окисления по меньшей мере одного предшественника акриловой кислоты, содержащего 3 атома углерода (соединения-предшественника, содержащего 3 атома углерода), с помощью молекулярного кислорода на катализаторах, находящихся в твердом агрегатном состоянии, при повышенной температуре получают газообразную смесь продуктов, содержащую акриловую кислоту, водяной пар и побочные компоненты. При этом температура газообразной смеси продуктов, содержащей акриловую кислоту, водяной пар и побочные компоненты, при необходимости снижается при помощи прямого (в результате прямого контакта с охлаждающей жидкостью) и/или непрямого охлаждения. Затем газообразная смесь продуктов, содержащая акриловую кислоту, водяной пар и побочные компоненты, подается в конденсационную колонну, снабженную встроенными элементами с разделяющим действием. Затем эта газообразная смесь продуктов внутри конденсационной колонны поднимается сама по себе и при этом конденсируется по фракциям. Через первую, находящуюся выше места подачи газообразной смеси продуктов в конденсационную колонну, боковую отводящую линию из конденсационной колонны в качестве целевого продукта выводится сырая акриловая кислота, в целом обедненная по содержанию воды и побочных компонентов. Через вторую, находящуюся выше первой боковой отводящей линии, отводящую линию для жидкой фазы (предпочтительно боковую отводящую линию; все высказывания в данной публикации являются справедливыми, в частности, в случае такой боковой отводящей линии кислой воды) из конденсационной колонны выводится кислотная вода (кислая вода), которая еще содержит акриловую кислоту и побочные компоненты. В головной части конденсационной колонны из этой конденсационной колонны выводится содержащая побочные компоненты остаточная газовая смесь, кипящая ниже (при более низкой температуре (относительно атмосферного давления)), чем вода, а также из кубового пространства конденсационной колонны выводится кубовая жидкость, содержащая еще акриловую кислоту и более тяжело кипящие, чем акриловая кислота, продукты последующего превращения и побочные компоненты. Частичное количество отобранной кислой воды, как таковое и/или после охлаждения этой воды, подается обратно в конденсационную колонну в качестве флегмовой жидкости. Сырая акриловая кислота при необходимости подвергается по меньшей мере одному дополнительному термическому способу разделения с целью ее дальнейшей очистки. Согласно этому способу, по меньшей мере в случае частичного количества не подаваемой обратно в конденсационную колонну кислой воды, содержащуюся в этой воде акриловую кислоту извлекают из кислой воды в органический растворитель при помощи экстракции органическим растворителем с образованием органического экстракта, содержащего акриловую кислоту. После этого акриловая кислота выделяется из органического экстракта с применением по меньшей мере одного термического способа разделения, а выделенная из экстракта акриловая кислота подается обратно в конденсационную колонну, или подается на дальнейшую очистку сырой акриловой кислоты и/или поглощается водным раствором гидроксида металла.

Внутренний диаметр приведенной в немецком патенте DE 102007055086 А1 экстракционной колонны составляет 800 мм. Чтобы можно было переработать более значительные количества кислой воды, существует потребность также применять экстракционные колонны большего размера, которые, в частности, имеют больший внутренний диаметр. При этом выяснилось, что выход в регенерации акриловой кислоты из кислой воды ухудшается, если внутренний диаметр экстракционной колонны становится слишком большим. Поэтому было предложено перерабатывать более значительные количества кислой воды при помощи параллельно соединенных более тонких экстракционных колонн. Однако это является неблагоприятным по экономическим соображениям.

Поэтому в основе настоящего изобретения лежала задача предоставить экстракционную колонну, улучшенную в отношении продольного обратного перемешивания, и улучшенный способ экстрагирования компонента из текучей среды при помощи экстракционной колонны, которые отличаются, в частности, тем, что они обеспечивают повышенный выход этого компонента при экстракции также тогда, когда экстракционная колонна имеет большой диаметр.

Согласно изобретению эта задача решается при помощи экстракционной колонны с отличительными признаками пункта 1 формулы изобретения и способа с отличительными признаками пункта 14 формулы изобретения. Предпочтительные оформления и усовершенствования следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствии с этим, была обнаружена экстракционная колонна, которая имеет по крайней мере по участкам цилиндрический, вертикально направленный корпус колонны, который образует внутренний объем колонны, который имеет горизонтальную максимальную протяженность. В корпусе колонны выполнена по меньшей мере одна первая подводящая линия для экстрагирующего агента, по меньшей мере одна вторая подводящая линия для текучей среды, подлежащей экстракции, и по меньшей мере одна отводящая линия для экстрактивной смеси и по меньшей мере одна отводящая линия для рафината. Экстракционная колонна согласно изобретению отличается тем, что во внутреннем объеме колонны расположено вертикально направленное разделительное устройство, которое разделяет внутренний объем колонны на несколько вертикально направленных и горизонтально отделенных областей. При этом горизонтальная максимальная протяженность каждой области меньше, чем горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны.

Под горизонтальной максимальной протяженностью в этой публикации понимают самое большое расстояние между двумя любыми точками внутренней поверхности корпуса колонны, или соответственно поверхности разделительной стенки, в определенной горизонтальной плоскости, идущей через корпус колонны. Для уточнения отмечают, что соединительный отрезок между двумя любыми точками не должен полностью лежать в области, для которой определяется горизонтальная максимальная протяженность. Он также может пересекать другую область. Следовательно, в случае корпуса колонны, имеющего форму кругового цилиндра, горизонтальная максимальная протяженность корпуса колонны представляет собой внутренний диаметр этого корпуса колонны. Если внутренний объем колонны разделен с помощью разделительного устройства, горизонтальная максимальная протяженность области, образованной с помощью этого разделительного устройства, представляет собой самое большое расстояние между двумя любыми точками внутренней поверхности корпуса колонны и/или поверхности разделительной стенки, которые соответственно ограничивают эту область, в определенной горизонтальной плоскости.

Под разделительным устройством в данной публикации понимают устройство, которое предотвращает поперечное течение, то есть, течение в горизонтальной плоскости, из одной области в другую область. Таким образом, в экстракционной колонне не происходит горизонтального переноса вещества, из одной области в другую область. Поперечное течение с целью переноса вещества может осуществляться, разве что, в пределах одной области. Кроме того, разумеется, имеет место перенос вещества в вертикальном направлении.

Исходят из того, что ухудшение выхода экстракта при экстракции с помощью экстракционных колонн, которые имеют диаметр большего размера, вызывается горизонтальным поперечным течением текучей среды, подлежащей экстракции. Считается, что это поперечное течение вызывается в результате осевых завихрений, которые образуются при большем внутреннем диаметре экстракционной колонны. Эта проблема решается согласно изобретению при помощи вертикального разделения внутреннего объема колонны с помощью разделительного устройства. При этом, чтобы избежать неблагоприятных осевых завихрений, важно, чтобы это разделительное устройство не только разделяло внутренний объем колонны вертикально на отдельные области, но и чтобы при помощи этого разделительного устройства также уменьшалась горизонтальная максимальная протяженность во внутреннем объеме колонны.

Согласно одному исполнению экстракционной колонны согласно изобретению горизонтальная максимальная протяженность каждой области, в случае каждого горизонтального сечения через корпус колонны, который рассекает разделительное устройство, меньше, чем горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны. Разделительное устройство, в частности, в вертикальном направлении, простирается выше средней части внутреннего объема колонны. Поверх разделительного устройства образуется головная часть колонны, снизу образуется кубовая часть колонны. При необходимости это разделительное устройство не распространяется внутрь головной части колонны и кубовой части колонны. Так, если рассматривают геометрические характеристики в области разделительного устройства, то при помощи этого разделительного устройства горизонтальная максимальная протяженность во внутреннем объеме колонны в случае каждого горизонтального сечения уменьшается.

Конструкция разделительного устройства в основном зависит от геометрии горизонтального поперечного сечения корпуса колонны. Обычно это поперечное сечение является круглым. В этом случае горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны представляет собой внутренний диаметр корпуса колонны. В таком случае вертикальное деление внутреннего объема колонны пополам при помощи разделительного устройства не приводит к уменьшению горизонтальной максимальной протяженности во внутреннем объеме колонны. Около сторон такого разделительного устройства горизонтальная максимальная протяженность обеих областей была бы равной внутреннему диаметру корпуса колонны.

Незначительное уменьшение максимальной протяженности, которое получалось бы из-за толщины стенки разделительного устройства, в данном случае не принимается в расчет.

Согласно изобретению соотношение самой большой горизонтальной максимальной протяженности одной области и горизонтальной максимальной протяженности внутреннего объема колонны составляет меньше 0,95, в частности, меньше 0,9, и предпочтительно, меньше 0,75.

Если корпус колонны в случае горизонтального сечения является круглым, разделительное устройство разделяет внутренний объем колонны, например, по меньшей мере на три вертикально направленные и горизонтально разделенные области. Это разделительное устройство может включать в себя, например, три вертикальные разделительные перегородки, которые соответственно простираются от середины внутреннего объема колонны, радиально, по направлению к корпусу колонны, причем они охватывают, в частности, угол 120°.

Кроме того, разделительное устройство может разделять внутренний объем колонны на четыре вертикально направленные и горизонтально разделенные области. Например, в этом случае две расположенные крест-накрест разделительные перегородки, которые охватывают угол 90°, могут разделять внутренний объем колонны на четыре круговых сегмента одинакового размера.

Согласно другому оформлению разделительное устройство образует центральную среднюю область, которая расположена на расстоянии от корпуса колонны. Между этой средней областью и корпусом колонны образуются по меньшей мере две другие области. Предпочтительно между средней областью и корпусом колонны образуются несколько других областей. Эти области могут простираться, например, радиально от корпуса колонны внутрь, вплоть до разделительной стенки, которая образует центральную среднюю область. Центральная средняя область в этом случае может иметь круглое поперечное сечение. Это круглое поперечное сечение является, в частности, концентрическим по отношению к круглому поперечному сечению корпуса колонны. Однако эта средняя область в поперечном сечении также может иметь форму многоугольника, в частности, равностороннего многоугольника, причем радиально направленные разделительные перегородки простираются от вершин этого многоугольника к корпусу колонны.

При описанных исполнениях разделительного устройства горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны в каждом случае уменьшается в различной степени. Образованные при помощи разделительного устройства, отделенные друг от друга области имеют существенно меньшую горизонтальную максимальную протяженность. Таким образом, неблагоприятное поперечное течение во внутреннем объеме колонны эффективно блокируется разделительным устройством.

Предпочтительно области, образованные разделительным устройством, имеют соответствующий одинаковый размер. В результате этого достигается то, что в этих областях в каждом случае в основном находится одинаковый объем текучей среды, подлежащей экстракции.

Кроме того, области, образованные разделительным устройством, в случае каждого горизонтального сечения через корпус колонны, который рассекает разделительное устройство, могут иметь одинаковую геометрию. В частности, образованные при горизонтальном сечении площади областей являются идентичными. Это обладает тем преимуществом, что в случае этих областей могут использоваться идентичные насадки, как это поясняется позже. Это приводит к снижению затрат при изготовлении экстракционной колонны согласно изобретению.

Согласно другому исполнению экстракционной колонны согласно изобретению эти области в случае своего верхнего края заканчиваются в совместной головной части колонны, а в случае своего нижнего края в совместной кубовой части колонны. Следовательно, в области головной части колонны и области кубовой части колонны горизонтальная протяженность внутреннего объема колонны не разделяется разделительным устройством. Таким образом, эти области являются параллельно соединенными. У головной части колонны располагается одна из подводящих линий и при необходимости отводящая линия. У кубовой части колонны располагается следующая из подводящих линий и при необходимости отводящая линия.

Экстракционная колонна согласно изобретению обладает, в частности, большим диаметром. Внутренний диаметр корпуса колонны, то есть, горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны, составляет, например, величину больше или равную 800 мм, в частности, больше или равную 1000 мм. Однако возможны также диаметры колонны свыше 2000 мм или 5000 мм.

Высота корпуса колонны составляет, например, больше 5 м, в частности, больше 10 м. Однако возможно также, чтобы высота корпуса колонны превышала 30 м или 40 м.

С точки зрения технической целесообразности во внутреннем объеме колонны располагаются встроенные элементы с разделяющим действием. При помощи этих встроенных элементов с разделяющим действием улучшается разделение веществ в экстракционной колонне. Встроенные элементы для областей, образованных разделительным устройством, предусмотрены отдельно друг от друга, то есть, разделительное устройство также отделяет встроенные элементы друг от друга, так что через эти встроенные элементы также не возможен массообмен между областями, образованными разделительным устройством.

Встроенные элементы с разделяющим действием выполнены, в частности, так, что улучшается массообмен между дисперсной капельной фазой и непрерывной фазой. При этом непрерывная фаза не является, в частности, смачивающей пленочной фазой. Встроенные элементы с разделяющим действием выполнены, в частности, так, что они образуют капли жидкости. При этом поверхность, предоставляемая каплями жидкости, постоянно образуется заново или соответственно обновляется в результате разделения и слипания. Поскольку при слипании капли эмульсии сталкиваются и сливаются, эти капли увеличиваются, в то время как поверхность, образованная дисперсной фазой, уменьшается. Встроенные элементы с разделяющим действием снова расщепляют слипшиеся капли на меньшие капельки, так что поверхность, образованная дисперсной фазой, снова увеличивается.

Встроенные элементы могут быть предусмотрены, например, в форме насадок, в частности, структурированных или соответственно упорядоченных насадок, насадочных тел и/или насыпных материалов. Среди насыпных материалов предпочтительными являются такие материалы, содержащие кольца, завитки, седловидные изделия, кольца Рашига, кольца Интос или Палля, седловидные насадки Берля и Инталокс, насадки Тор-Рак и т.д. Для экстракционных колонн, которые следует применять согласно изобретению, особенно подходящими насадками являются, например, насадки фирмы Julius Montz GmbH в D-40705 Hilden, такие как, например, насадка Montz-Pak В1-350. Предпочтительно применяют перфорированные структурированные насадки из листов благородной стали. Насадочные колонны с упорядоченными насадками сами по себе являются известными специалисту и описываются, например, в Chem.-Ing. Tech. 58 (1986) Nr. 1, стр. 19-31, а также в издании Technischen Rundschau Sulzer 2/1979, стр. 49 и далее, предприятия Gebriider Sulzer Aktiengesellschaft в CH-Winterthur.

Кроме того, подходящими являются также экстракционные колонны со встроенными элементами в форме тарелок, причем здесь должны проводить различие между пульсационными колоннами с ситчатыми тарелками и колоннами с ситчатыми тарелками с перекрестным током. В случае пульсационных колонн с ситчатыми тарелками обе фазы проводятся через проходные отверстия (как правило, перфорированные отверстия, то есть, круглые проходные отверстия) в ситчатой тарелке. При вертикальном ходе пульсации более легкая фаза продавливается наверх сквозь перфорированное отверстие ситчатой тарелки, при движении вниз, соответственно, тяжелая фаза продавливается вниз. Колонны такого типа описываются в публикации Pilhofer/Mewes «Siebboden-Extraktionskolonnen: Vorausberech-nung unpulsierter Kolonnen» Verlag Chemie Weinheim, New York 1979 ISBN 3-527-25837-Х. При применении колонн с ситчатыми тарелками с перекрестным током непрерывная фаза через переливные карманы движется от одной тарелки к следующей тарелке, и только дисперсная фаза по причине разности плотностей продавливается через перфорированные отверстия ситчатой тарелки. Другим типом колонн являются экстракционные колонны с движущимися перемешивающими устройствами, такие как предлагаются под обозначением «Kuhni-Kolonne» фирмы Sulzer.

Согласно одному усовершенствованию экстракционной колонны согласно изобретению встроенные элементы с разделяющим действием в областях, образованных разделительным устройством, сформированы из одинаковых отдельных насадок. При этом геометрия горизонтального сечения через отдельную насадку соответствует геометрии горизонтального сечения через область, в которой следует установить эту отдельную насадку. Поэтому отдельная насадка может вставляться в эту область в вертикальном направлении. В результате этого снижаются затраты на изготовление и монтаж экстракционной колонны.

Согласно одному усовершенствованию экстракционной колонны согласно изобретению разделительное устройство разделяется на вертикальные сегменты, которые во внутреннем объеме колонны установлены друг на друга. Высота отдельной насадки при этом может соответствовать высоте вертикального сегмента разделительного устройства. Кроме того, возможно, чтобы высота вертикального сегмента была несколько больше или несколько меньше, чем высота вертикального сегмента разделительного устройства. Благодаря этим мерам упрощается монтаж экстракционной колонны.

Согласно одному предпочтительному усовершенствованию экстракционной колонны согласно изобретению на внутренней стороне корпуса колонны образуется по меньшей мере один вертикально направленный паз, в который входит разделительное устройство. Таким образом разделительное устройство располагается во внутреннем объеме колонны с защитой от проворачивания. Это является преимуществом особенно тогда, когда корпус колонны имеет горизонтальное поперечное сечение круглой формы.

Исполнение паза на внутренней стороне корпуса колонны является предпочтительным по сравнению с исполнением выступа у внутренней стороны корпуса колонны, поскольку выступ выдавался бы в область, образованную разделительным устройством, так что под этот выступ должны были бы оставлять выемки у встроенных элементов. Это было бы затратным при изготовлении этих встроенных элементов. В случае исполнения согласно изобретению внутренней стороны корпуса колонны, имеющей паз, не требуется делать выемку у встроенного элемента. Поэтому встроенные элементы могут изготавливаться с меньшими затратами.

Согласно другому исполнению на внутренней стороне корпуса колонны образуются несколько пазов, в которые входят разделительные перегородки разделительного устройства. Например, все разделительные перегородки, которые доходят вплоть до внутренней стороны корпуса колонны, могут входить в пазы, которые выполнены на внутренней стороне корпуса колонны.

Для вставки разделительного устройства в один паз или несколько пазов во внутренней стенке боковой поверхности, это разделительное устройство может включать в себя по меньшей мере три слоя. При этом средний слой выдается относительно внешних слоев. Тогда этот средний слой входит в паз. В этом случае внешние слои своими торцевыми сторонами находятся в непосредственной близости к внутренней стороне корпуса колонны, соответственно рядом с пазом. Они, в частности, герметично примыкают к этой внутренней стороне. С помощью этого симметричного строения разделительного устройства обеспечивается, чтобы области, образованные разделительным устройством, имели одинаковые площади поперечного сечения.

В случае способа согласно изобретению для экстрагирования компонента из текучей среды при помощи экстракционной колонны, которая имеет цилиндрический, вертикально направленный корпус колонны, который образует внутренний объем колонны, который имеет горизонтальную максимальную протяженность, текучая среда, подлежащая экстракции, вводится в несколько вертикально направленных и горизонтально разделенных областей, которые образуются во внутреннем объеме колонны вертикально направленным разделительным устройством, которое разделяет внутренний объем колонны на области, причем горизонтальная максимальная протяженность каждой области меньше, чем горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны. Кроме того, в случае данного способа экстрагирующий агент вводится в области внутреннего объема колонны. Тогда компонент текучей среды, которая подлежит экстракции, поглощается в этих областях внутреннего объема колонны экстрагирующим агентом и отбирается в виде экстрактивной смеси.

В случае способа согласно изобретению горизонтальное поперечное течение как текучей среды, подлежащей экстракции, то есть, текучей смеси, так и экстрагирующего агента, прерывается при помощи разделительного устройства. В результате этого выход экстракта особенно повышается тогда, когда внутренний диаметр экстракционной колонны является относительно большим. Как описано выше, предполагают, что в случае способа согласно изобретению при помощи разделительного устройства также предотвращается то, что возникает осевые завихрения, которые приводят к поперечному течению текучей смеси.

Согласно изобретению предпочтительно экстрагируются по меньшей мере 25%, лучше, по меньшей мере 50%, еще лучше, по меньшей мере 75%, и предпочтительно, все количество потока вещества, содержащего подлежащий экстракции компонент. При этом в результате исполнения экстракционной колонны согласно изобретению степень обеднения по содержанию достигает 99,99%, относительно подлежащего экстракции вещества.

В случае способа согласно изобретению с точки зрения технологической целесообразности имеющая более тяжелую удельную массу фаза поступает в экстракционную колонну сверху, а имеющая более легкую удельную массу фаза снизу. В колонне эти обе фазы движутся противотоком.

Например, в случае способа согласно изобретению текучая среда, подлежащая экстракции, сначала заполняет внутренний объем колонны снизу. Оттуда она попадает в области во внутреннем объеме колонны, отделенные разделительным устройством. Экстрагирующий агент вводится в головную часть колонны сверху. Там он в форме капель подается в области внутреннего объема колонны. Потом экстрактивная смесь отбирается снизу, в кубовой части колонны.

Во внутреннем объеме экстракционной колонны располагаются, в частности, встроенные элементы с разделяющим действием. Эти элементы способствуют улучшенному массообмену между дисперсной капельной фазой и непрерывной фазой. Около встроенных элементов с разделяющим действием образуются капли жидкости, так что поверхность, предоставляемая этими каплями жидкости, постоянно образуется заново или соответственно обновляется в результате разделения и слипания. Около этих встроенных элементов с разделяющим действием слипшиеся капли снова расщепляются на меньшие капельки, так что поверхность, образованная дисперсной фазой, снова увеличивается. Следовательно, при помощи встроенных элементов с разделяющим действием образуются капли жидкости экстрагирующего агента или текучей среды, подлежащей экстракции.

В случае способа согласно изобретению, в частности, соотношение экстрагирующего агента и текучей среды, подлежащей экстракции, в случае областей по поперечному сечению экстракционной колонны, в основном, является одинаковым. Соотношения экстрагирующего агента и текучей среды, подлежащей экстракции, по поперечному сечению отличаются друг от друга, в частности, на менее чем 30%, предпочтительно на менее чем 10%, особенно предпочтительно на менее чем 5%. При помощи этого оформления способа получается меньшее осевое обратное перемешивание в колонне, а, следовательно, также большее реализуемое число ступеней разделения. Следовательно, таким способом могут быть повышены выходы в экстракции.

Кроме того, в случае способа согласно изобретению состав экстрагирующего агента и/или состав текучей среды, подлежащей экстракции, по поперечному сечению экстракционной колонны, в основном, являются одинаковыми, то есть, распределение обеих фаз по поперечному сечению, в основном, остается постоянным. Отклонение дисперсности составляет, например, менее чем 10%, в частности, менее чем 5%. В результате этого также могут повышаться выходы в экстракции.

Экстрагирующий агент, который применяется в способе согласно изобретению, представляет собой, в частности, органический растворитель. В случае текучей среды, подлежащей экстракции, речь идет, в частности, о воде, содержащей акриловую кислоту и уксусную кислоту, то есть, кислой воде или соответственно кислотной воде.

Согласно изобретению экстрагирующий агент предпочтительно будет иметь более высокую температуру кипения, чем акриловая кислота (соответственно в пересчете на атмосферное давление), поскольку это, как правило, облегчает последующее отделение акриловой кислоты из органического экстракта.

В рамках экстракции, которую следует проводить согласно изобретению, органический растворитель, который следует применять в качестве экстрагирующего агента, обладает, в частности, существенно более высокой вязкостью, чем вода. В этом случае согласно изобретению предпочтительно, когда органический экстрагирующий агент, поступающий в экстракционную колонну, присутствует в виде дисперсной фазы, а кислая вода в виде непрерывной фазы (это обусловливает, например, ускоренный массообмен между обеими фазами и при одинаковом результате разделения, в конечном итоге, делает возможными более короткие колонны; также непрерывная водная фаза лучше смачивает экстракционную колонну и ее встроенные элементы, изготовленные из благородной стали; кроме того, перемещение вещества, подлежащего экстракции, из непрерывной фазы в дисперсную фазу приводит к стабилизированию последней (более низкая склонность к слипанию)). Применение органического экстрагирующего агента с более высокой массовой плотностью, чем массовая плотность кислой воды, означает, что экстрагирующий агент подается и диспергируется в головной части колонны, в частности, в форме капель, и получающиеся при этом в результате капли экстрагирующего агента в колонне опускаются вниз. В противном случае, то есть, при применении органического экстрагирующего агента с более низкой массовой плотностью, чем массовая плотность кислой воды, экстрагирующий агент диспергируется в кубовой части колонны, а получающиеся при этом в результате капли экстрагирующего агента в колонне поднимаются вверх. В случае указанных до этого типов экстракционных колонн со встроенными элементами в форме насадок и/или насадочных тел неразделенная непрерывная фаза должна хорошо смачивать выбранные встроенные элементы, поскольку, в противном случае, капли дисперсной фазы, как правило, расползаются по длине на встроенных элементах.

В простейшем варианте, органический экстрагирующий агент при этом подают при помощи расположенных по поперечному сечению колонны и простирающихся на протяжении соответствующей длины поперечного сечения экстракционной колонны, обычно имеющей форму кругового цилиндра, имеющих, как правило, круглые проходные отверстия (высверленные отверстия) трубок (которые обычно имеют одинаковые поперечные сечения; также говорят о трубчатых распределителях). Если органический экстрагирующий агент подается в головной части колонны, то круглые проходные отверстия направлены вниз, при подаче экстрагирующего агента в кубовой части колонны - вверх. Диаметр (протяженность по длине) указанных проходных отверстий при этом составляет от 1 мм до 10 мм, предпочтительно от 3 мм до 6 мм, и часто от 2 до 5 мм. При этом экстрагирующему агенту в простом варианте дают втекать в трубчатый распределитель и снова вытекать из проходных отверстий.

Движущей силой для разделения экстракта и рафината является различие в массовой плотности (г/см³) между двумя фазами. Большая разность массовых плотностей обеих жидких фаз облегчает разделение фаз и уменьшает образование эмульсии.

Поэтому для экстракции, которую следует проводить согласно изобретению, предпочтительно применяют органические растворители, массовая плотность которых в кг/м³ отличается от массовой плотности воды (также в кг/м³) на ≥ 25 кг/м³, предпочтительно на ≥ 50 кг/м³ (в пересчете на используемое при экстракции давление и используемую при экстракции температуру). Однако, как правило, вышеуказанное различие в массовой плотности составляет ≤ 250 кг/м³, как правило, ≤ 150 кг/м³.

Кроме того, для способа согласно изобретению благоприятно, если динамическая вязкость органического экстрагирующего агента при условиях экстракции составляет ≤ 100 мПа⋅с, предпочтительно ≤ 50 мПа⋅с. Однако, как правило, вышеуказанная динамическая вязкость будет составлять ≥ 1 мПа⋅с. Согласно изобретению особенно благоприятными являются динамические вязкости в диапазоне от 2 до 10 мПа⋅с.

Кроме того, в случае способа согласно изобретению предпочтительно, когда поверхностное натяжение между двумя жидкими фазами является сравнительно высоким. На фоне сказанного до сих пор, в качестве подходящих согласно изобретению экстрагирующих агентов для экстракции кислой воды, среди прочего, рассматривают органические жидкости, температура кипения которых при нормальном давлении (1 атм) лежит выше 150 или соответственно выше 160°С. В качестве примеров следует назвать средние нефтяные фракции из процесса перегонки парафинов, простой дифениловый эфир, дифенил или смеси указанных выше жидкостей, такие как, например, смесь от 70 до 75% масс, простого дифенилового эфира и от 25 до 30% масс, дифенила. Благоприятным является также применение смеси, состоящей из смеси от 70 до 75% масс, простого дифенилового эфира и от 25 до 30% масс, дифенила, а также, в пересчете на эту смесь, от 0,1 до 25% масс, о-диметилфталата.

Согласно изобретению особенно предпочтительными органическими растворителями для экстракции кислой воды являются сложные эфиры алифатических или ароматических моно- или дикарбоновых кислот (в частности, если обе карбоксильные группы являются этерифицированными), спиртовой компонент которых содержит от 1 до 8 атомов углерода и компонент карбоновой кислоты которых содержит от 5 до 20 атомов углерода. Предпочтительно спиртовой компонент перед этерификацией имеет только две или только одну гидроксильную группу. Особенно предпочтительно в случае спиртового компонента речь идет об одноатомном (одна ОН-группа) или о двухатомном (две ОН-группы) алкановом спирте. Предпочтительно число атомов углерода в спиртовом компоненте (в частности, в случае одноатомных или двухатомных алкановых спиртов) составляет от 1 до 6, особенно предпочтительно от 1 до 4 и наиболее предпочтительно 1 или 2. Алифатические или ароматические моно- или дикарбоновые кислоты предпочтительно содержат от 5 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 5 до 10 атомов углерода, и особенно предпочтительно от 6 до 8 атомов углерода (в частности, в случае соответствующей этерификации (также в случае сложного диэфира) с помощью алкановых спиртов, имеющих от 1 до 4 или соответственно 1 или 2 атома углерода). Дикарбоновые кислоты являются предпочтительными в качестве кислотного компонента соответствующих сложных эфиров в сравнении с монокарбоновыми кислотами (особенно когда этерифицированы обе карбоксильные группы). Фталевая кислота, изофталевая кислота и терефталевая кислота, а также адипиновая кислота согласно изобретению являются наиболее предпочтительными кислотными компонентами соответствующих сложных эфиров. Последнее относится, в частности, к случаю сложного диалкилового эфира (алкил с 1-8 атомами углерода, предпочтительно алкил с 1-6 атомами углерода, наиболее предпочтительно алкил с 1-4 атомами углерода, и еще лучше алкил с 1 или 2 атомами углерода). То есть, для способа согласно изобретению наиболее благоприятными экстрагирующими агентами являются диметилфталат, диэтилфталат (например, Palatinol^® А фирмы BASF Aktiengesellschaft), диметилизофталат, диэтилизофталат, диметилтерефталат, диэтилтерефталат, сложный диметиловый эфир адипиновой кислоты и сложный диэтиловый эфир адипиновой кислоты. Другими, подходящими для экстракции кислой воды согласно изобретению сложными эфирами являются сложные триэфиры фосфорной кислоты, такие как, например, трибутилфосфат или трикрезилфосфат. При этом в качестве крезильного остатка рассматривают как орто-крезил, мета-крезил, так и пара-крезил. Кроме того, в качестве экстрагирующих агентов для экстракции кислой воды согласно изобретению рассматривают сложные эфиры из акриловой кислоты и разветвленных или линейных одноатомных алкановых спиртов с числом атомов углерода от 6 до 12 (например, 2-пропилгептилакрилат или 2-этилгексилакрилат), а также сложные моно- и диэфиры из малеиновой кислоты и одноатомных алкановых спиртов с числом атомов углерода от 4 до 10. При этом для всех вышеуказанных экстрагирующих агентов также справедливо то, что согласно изобретению предпочитают те из них, которые при нормальном давлении имеют температуру кипения выше 150°С или соответственно выше 160°С, или выше 170°С, или выше 180°С, или выше 190°С.

Как правило, кислая вода, которую следует экстрагировать, помимо акриловой кислоты и воды, в качестве другого компонента будет содержать уксусную кислоту (как правило, третьего компонента по количеству в % масс, относительно общего количества кислой воды). В зависимости от типа и способа проведенного частичного окисления (выбранного катализатора, содержания водяного пара в газообразной реакционной смеси, температуры частичного окисления) кислая вода может содержать вплоть до 10% масс, или соответственно вплоть до 5% масс, (часто от 2 до 8% масс.) или больше уксусной кислоты. Часто кислая вода содержит примерно двукратную массовую долю акриловой кислоты, в пересчете на массовую долю уксусной кислоты. Содержания других возможных кислых побочных компонентов обычно лежат значительно ниже. Поэтому согласно изобретению предпочтительными являются те экстрагирующие агенты, которые при сравнении с уксусной кислотой предпочтительно поглощают акриловую кислоту. К этим экстрагирующим агентам причисляют, в частности, сложный диэтиловый эфир фталевой кислоты.

Согласно изобретению также является предпочтительным, когда экстрагирующий агент при условиях экстракции не взаимодействует с водой и имеет лишь незначительную растворимость в воде. Так, например, сложный диэтиловый эфир фталевой кислоты является особенно устойчивым к гидролизу. Другим преимуществом сложного диэтилового эфира фталевой кислоты является его сравнительно высокая при нормальном давлении (1 атм) температура кипения, которая согласно изобретению для экстрагирующего агента, который следует применять (органического растворителя), предпочтительно составляет ≥ 200°С, лучше ≥ 225°С и еще лучше ≥ 250°С.

Дополнительно он также имеет сравнительно низкую растворимость в воде (это также уменьшает потери экстрагирующего агента). Как правило, кислая вода при фракционной конденсации газообразной смеси продуктов, которую следует проводить согласно изобретению, получается с температурой от 50 до 80°С, предпочтительно от 60 до 70°С. То есть, с этой температурой она обычно отводится через вторую отводящую линию для жидкой фазы (предпочтительно боковую отводящую линию) (чем ниже температура, тем меньше потребность в ингибиторах полимеризации; в самых благоприятных случаях не требуется отдельной добавки такого ингибитора в кислую воду, экстрагирующий агент, рафинат и/или экстракт). Поэтому, с точки зрения технологической целесообразности, экстракцию также проводят в этом температурном диапазоне. То есть, предпочтительно, согласно изобретению кислую воду, в основном с ее указанной выше температурой, подают в секцию экстракции, предпочтительно экстракционную колонну (особенно предпочтительно насадочную колонну, предпочтительно Montz-Pak В1-350). Предпочтительно эта подача осуществляется в экстракционную колонну снизу, а сверху подается имеющий большую удельную массу экстрагирующий агент (предпочтительно диэтилфталат). Обычно температура подаваемого экстрагирующего агента не будет сильно отличаться от температуры подведенной кислой воды. В типичном случае величина этой разницы температур составляет ≥ 0°С и ≤ 20°С, предпочтительно ≥ 0°С и ≤ 15°С, а также часто ≥ 0°С и ≤ 10°С. Давление кислой воды, отбираемой из конденсационной колонны, в точке отбора, согласно изобретению составляет в типичном случае от > 1 до 1,5 бар, часто 2 бар. Отведенная кислая вода при помощи насоса подается в экстракционную колонну. Давление при перекачке может составлять, например, от 2 до 6 бар. Рабочее давление в экстракционной колонне согласно изобретению выбирают таким образом, что не требуется никакого дополнительного насоса, чтобы перемещать органический экстракт в первую колонну для отгонки легких фракций. Однако, как правило, экстракция кислой воды также может проводиться при более высоких или более низких температурах, а также при более высоких или более низких давлениях. При вводе в эксплуатацию экстракционной колонны с точки зрения технологической целесообразности поступают таким образом, что экстракционную колонну сначала заполняют кислой водой, а затем, как уже описано, подают в виде капель органический экстрагирующий агент, предпочтительно в головной части экстракционной колонны. Подача кислой воды (предпочтительно непрерывной фазы), в принципе, может осуществляться непосредственно через соответствующий подводящий штуцер. Однако, как правило, кислая вода также может подаваться через подводящую трубку, имеющую в своей стенке одно (или несколько) проходных отверстий (диаметры проходных отверстий обычно составляют от 5 до 10 мм).

Соотношение V из поданного в экстракционную колонну расходного потока органического экстрагирующего агента (Е; в кг/ч) и кислой воды (S; в кг/ч), то есть, Е:S, в случае способа согласно изобретению может составлять от 0,05 до 20, предпочтительно от 0,1 до 10, лучше от 0,8 до 1,2, и особенно предпочтительно 1:1.

Истощенная по акриловой кислоте (экстрагированная, обедненная по содержанию) кислая вода обычно подается на ее утилизацию (например, сжигается или подается в очистную установку). Обычно согласно изобретению она покидает экстракционную колонну в ее головной части (в виде рафината), в то время как органический экстракт, содержащий акриловую кислоту, в типичном случае покидает экстракционную колонну снизу.

Выделение акриловой кислоты из органического экстракта, температура отведения которого из экстракционной колонны в основном соответствует температуре подачи в экстракционную колонну кислой воды, как правило, может проводиться с применением различных термических способов разделения или также с применением комбинаций таких термических способов разделения.

Подходящим вариантом отделения является кристаллизационное отделение. При этом рассматривают все кристаллизационные способы, которые рекомендуются в немецких заявках DE-A 19838845 и DE-А 102005015637.

Далее поясняются примеры исполнения экстракционной колонны согласно изобретению и примеры исполнения способа согласно изобретению, со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1 показывает схематичный вид экстракционной колонны согласно одному примеру исполнения изобретения,

Фиг. 2 показывает поперечный разрез экстракционной колонны согласно этому примеру исполнения изобретения,

Фиг. 3 показывает поперечный разрез экстракционной колонны из другого примера исполнения изобретения,

Фиг. 4 показывает поперечный разрез экстракционной колонны согласно еще одному примеру исполнения изобретения,

Фиг. 5 показывает часть разделительной перегородки разделительного устройства согласно примерам исполнения изобретения,

Фиг. 6 показывает разделительное устройство согласно первому примеру исполнения изобретения,

Фиг. 7 показывает установку разделительного устройства с фиг. 6 в корпус колонны согласно одному примеру исполнения изобретения,

Фиг. 8 показывает соединение разделительного устройства с корпусом колонны в подробностях,

Фиг. 9 показывает отдельную насадку для установки в области экстракционной колонны согласно примерам исполнения изобретения и

Фиг. 10 схематически показывает заполненную насадками экстракционную колонну согласно примерам исполнения изобретения.

Описанный далее пример исполнения касается экстракции акриловой кислоты из кислой воды с помощью органического растворителя. При этом кислая вода отбиралась из конденсационной колонны для получения акриловой кислоты посредством боковой отводящей линии. Однако следует обратить внимание на то, что другие компоненты из текучей среды, подлежащей экстракции, в частности, экстракционная жидкость, при помощи экстрагирующего агента соответствующим образом также могут переводиться в экстрактивную смесь.

На фиг. 1 схематически представлена экстракционная колонна 1. Она включает в себя цилиндрический корпус колонны 2, ось которого направлена вертикально. В случае корпуса колонны 2 речь, в основном, идет о полом цилиндре. Это значит, боковая поверхность корпуса колонны 2 образует внутренний объем колонны 3. Корпус колонны 2 изготовлен из благородной стали. Типичная толщина стенок составляет от 5 мм до 20 мм. Снаружи экстракционная колонна 1 обычно является термически изолированной традиционным образом. Высота экстракционной колонны 1 составляет 40 м.

Для более простого монтажа корпуса колонны 2, этот корпус разделен на сегменты 2-1, 2-2, …, 2-n. При монтаже корпуса колонны 2 сегменты с 2-1 по 2-n последовательно устанавливаются друг на друга и герметично соединяются друг с другом.

В вертикальном направлении экстракционная колонна 1 разделена на три области: верхняя область обозначается как головная часть колонны А. У головной части колонны А предусмотрена первая подводящая линия 4, через которую, например, во внутренний объем колонны 3 может вводиться экстрагирующий агент. Первая подводящая линия 4 в целесообразном варианте соединена с трубчатым распределителем, посредством которого экстрагирующий агент может равномерно распределяться по поперечному сечению корпуса колонны 2.

Кроме того, у головной части колонны А предусмотрена отводящая линия 13, посредством которой, например, из внутреннего объема колонны 3 может выводиться рафинат.

Ниже головной части колонны А образуется область В, у которой во внутреннем объеме колонны 3 располагается разделительное устройство 7, которое поясняется подробно позднее. Ниже области В образуется кубовая часть колонны С. У кубовой части колонны С находится вторая подводящая линия 5, через которую, например, во внутренний объем колонны 3 может вводиться жидкость, подлежащая экстракции, то есть, в данном случае кислая вода. Кроме того, в кубовой части колонны С находится отводящая линия 6 для экстрактивной смеси.

На Фиг. 2 показано горизонтальное поперечное сечение экстракционной колонны 1 в области В, в которой расположено разделительное устройство 7. На протяжении всей области В внутренний диаметр D корпуса колонны 2 соответствует горизонтальной максимальной протяженности внутреннего объема колонны 3. Эта горизонтальная максимальная протяженность обозначает самое большое расстояние между двумя любыми точками внутренней поверхности корпуса колонны 2.

Кроме того, в области В внутреннего объема колонны 3 располагается разделительное устройство 7. В случае показанного на фиг. 2 примера разделительное устройство 7 включает в себя две разделительные перегородки 7-1 и 7-2, расположенные перпендикулярно друг другу. Обе разделительные перегородки 7-1 и 7-2 соединены друг с другом в центре внутреннего объема колонны 3, то есть, совпадая с осью корпуса колонны 2, так что они стоят перпендикулярно друг другу. Разделительные перегородки 7-1 и 7-2 продолжаются по горизонтали вплоть до внутренней стенки корпуса колонны 2 и там герметично уплотняются. Таким образом, разделительное устройство 7 разделяет внутренний объем колонны 3 на четыре одинаковые, вертикально направленные и горизонтально разделенные области В1, В2, В3 и В4. Внутри этих областей от В1 до В4 может подниматься более легкая фаза, то есть, в данном случае, кислая вода, и опускаться более тяжелая фаза, то есть, в данном случае, экстрагирующий агент. Однако в области В экстракционной колонны 1 не возможен массообмен между областями от В1 до В4.

Области от В1 до В4 отличаются тем, что горизонтальная максимальная протяженность М1 каждой области от D1 до D4 в области В экстракционной колонны 1 меньше, чем горизонтальная максимальная протяженность D корпуса колонны 2. В случае показанного на фиг. 2 примера соотношение горизонтальной максимальной протяженности М1 областей от В1 до В4 и горизонтальной максимальной протяженности D внутреннего объема колонны 3 равно 1/√2, то есть, примерно 0,7. Следовательно, при помощи разделительного устройства 7 горизонтальная максимальная протяженность внутри корпуса колонны 2 понизилась примерно на 30%.

На фиг. 3 показан другой пример разделительного устройства 7. В этом случае разделительное устройство 7 состоит из трех разделительных перегородок 7-3, 7-4 и 7-5. Эти перегородки соединены друг с другом в центре таким образом, что они охватывают угол 120°. От центра они горизонтально продолжаются вплоть до внутренней стенки корпуса колонны 2. Таким образом образуются три вертикально направленные и горизонтально разделенные области В5, В6 и В7. Между этими областями от В5 до В7 массообмен не возможен.

В случае показанного на фиг. 3 примера соотношение горизонтальной максимальной протяженности М2 областей от D5 до D7 и горизонтальной максимальной протяженности D внутреннего объема колонны 3 равно cos 30°, то есть, примерно 0,86. Следовательно, в этом случае также горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны 3 существенно понижается.

Области от В1 до В4 из примера согласно фиг. 2 и области от В5 до В7 из примера согласно фиг. 3, кроме того, отличаются тем, что эти области соответственно имеют одинаковые геометрические характеристики и охватывают одинаковые объемы. В результате этого обеспечивается, чтобы внутри областей от В1 до В4, или соответственно областей от В5 до В7, в каждом случае преобладали одинаковые условия для экстракции.

На фиг. 4 показан другой пример для разделительного устройства 7, которое расположено в области В экстракционной колонны 1. В этом случае разделительное устройство 7 включает в себя круглую в поперечном сечении разделительную перегородку 7-6, которая располагается концентрически по отношению к корпусу колонны 2. Таким образом разделительная перегородка 7-6 ограничивает вертикально направленную область В8, имеющую форму круглого цилиндра. При этом диаметр круга, то есть, горизонтальная максимальная протяженность МЗ области В8, меньше, чем горизонтальная максимальная протяженность D внутреннего объема колонны 3.

От внешней стороны разделительной перегородки 7-6 радиально простираются наружу четыре другие разделительные перегородки от 7-7 до 7-10, вплоть до внутренней стенки корпуса колонны 2. При этом разделительные перегородки 7-7 и 7-9 располагаются на противоположных сторонах разделительной перегородки 7-6. Аналогичным образом, разделительные перегородки 7-8 и 7-10 располагаются на противоположных сторонах разделительной перегородки 7-6. Разделительные перегородки 7-7 и 7-9 располагаются на первой воображаемой прямой, разделительные перегородки 7-8 и 7-10 располагаются на второй воображаемой прямой. При этом первая воображаемая прямая находится перпендикулярно второй воображаемой прямой. При помощи разделительных перегородок от 7-7 до 7-10 и разделительной перегородки 7-6, а также корпуса колонны 2 разграничиваются четыре другие области В9, В10, В11 и В12.

Площади поперечного сечения областей от В9 до В12 являются одинаковыми. Однако они отличаются от дискообразной площади поперечного сечения области В8. Но диаметр МЗ области В8 выбирается таким образом, что площади поперечного сечения областей от В8 до В12 имеют одинаковую величину, так что области от В8 до В12 охватывают одинаковые объемы. Это означает, что соотношение диаметра D внутреннего объема колонны и диаметра МЗ области D8 равно √5.

Со ссылкой на фиг. 5 подробно описывается исполнение разделительной перегородки 7-1. Все другие разделительные перегородки с 7-2 по 7-5 и с 7- 7 по 7-10, которые достигают внутренней стенки боковой поверхности корпуса колонны 2, могут быть выполнены соответственно. Разделительная перегородка 7-1, которая показана на фиг. 5 в разрезе, состоит из нескольких слоев 8. На фиг. 5 показано трехслойное строение из слоев 8-1, 8-2 и 8-3. Эти слои соединены друг с другом плоскостями, причем средний слой 8-2 выступает сверху и на стороне, у которой разделительная перегородка 7-1 граничит с внутренней стенкой корпуса колонны 2. В нижней области разделительной перегородки 7-1 соответственно образуется выемка в центре, так что несколько разделительных перегородок 7-1 могут устанавливаться друг на друга, причем в каждом случае сбоку выступает средний слой 8-2.

Как показано на фиг. 6, разделительные перегородки 7-1 и 7-2, которые соединяются с образованием показанного на фиг. 2 разделительного устройства 7, имеют в центре прорези 9-1 и 9-2. При этом прорезь 9-1 разделительной перегородки 7-1 проходит снизу вверх, а прорезь 9-2 разделительной перегородки 7-2 проходит сверху вниз, так что разделительные перегородки 7-1 и 7-2 могут вставляться друг в друга крест-накрест. При этом соединенные разделительные перегородки 7-1 и 7-2, такие как показаны на фиг. 6, образуют вертикальный сегмент разделительного устройства 7. Несколько поставленных друг на друга вертикальных сегментов составляют полное разделительное устройство 7, такое как показано на фиг. 2.

Со ссылкой на фигуры 7 и 8 поясняется соединение разделительного устройства 7 с внутренней стенкой корпуса колонны 2. Для установки разделительного устройства 7 у внутренней стенки корпуса колонны 2 с защитой от проворачивания в этой внутренней стенке образованы пазы 10. Эти пазы 10 в каждом случае располагаются в месте у внутренней стенки корпуса колонны 2, у которого разделительное устройство 7 герметично закрывает область. Разделительные перегородки 7-1 и 7-2 имеют такие размеры, что протяженность в поперечном направлении слоев 8-1 и 8-3, в основном, соответствует внутреннему диаметру D корпуса колонны 2. Так, средний слой 8-2 выступает настолько, что он точно входит в паз 10. На фигурах 7 и 8 это представлено схематично. В идеальном случае области от В1 до В4 герметизируются в результате стыковки торцевых поверхностей слоев с 8-1 по 8-2 разделительных перегородок 7-1 и 7-2 с внутренней стенкой корпуса колонны 2 и торцевой поверхности слоя 8-3 в соответствующем пазе 10. Вставленные друг в друга разделительные е перегородки 7-1 и 7-2 таким образом сверху могут составляться в сегменты от 2-1 до 2-n корпуса колонны 2.

Отделенные разделительным устройством 7 области внутреннего объема колонны заполняются встроенными элементами с разделяющим действием. В данном примере исполнения в качестве встроенных элементов применялись структурированные насадки плоской и перфорированной конструкции В1-350 фирмы Montz или такой же конструкции SMV 350 фирмы Sulzer.

Геометрические характеристики насадок соответствуют геометрическим характеристикам областей, отделенных разделительным устройством 7. Однако в вертикальном направлении эти насадки разделяются на части. Несколько одинаковых отдельных насадок устанавливают друг на друга.

На фиг. 9 показана такая отдельная насадка 11. Она выполнена для показанного на фиг. 2 разделительного устройства 7. При этом площадь поперечного сечения этой отдельной насадки 11 точно соответствует площади поперечного сечения областей с В1 по В4. Таким образом, для всех областей от В1 до В4 могут применяться одинаковые отдельные насадки 11. Чтобы усреднить допустимые отклонения при изготовлении отдельных насадок 11, отдельная насадка 11 обмотана лентой из тканой металлической сетки 12.

Таким образом, экстракционная колонна 1 монтируется следующим образом:

Сначала формируется часть корпуса колонны 2. Для этого может устанавливаться самый нижний сегмент 2-1 корпуса колонны 2. Однако при необходимости также могут монтироваться друг на друга несколько сегментов с 2-1 по 2-т, вплоть до получения определенной высоты. Высота, при этом выбирается так, что один монтажник может безопасно спускать сверху монтажнику на дне этой части корпуса колонны 2 разделительные перегородки 7-1 и 7-2 и насадки 11. Следует избегать того, чтобы падающие части могли серьезно травмировать монтажника на дне корпуса колонны 2. Например, сначала корпус колонны 2 собирается до высоты 10 м.

При этом самый нижний сегмент 2-1 включает в себя вторую подводящую линию 5, а также отводящую линию 6, а также при необходимости трубчатый распределитель внутри корпуса колонны 2. Если в кубовой части колонны С корпуса колонны 2 должна располагаться насадка, то сначала эта насадка монтируется в кубовой части колонны С.Установка насадки в кубовой части колонны осуществляется по желанию. В качестве насадки в данном случае могли бы применяться насадочные тела, такие как кольца Палля DN25.

Затем вводится вертикальный сегмент разделительного устройства 7. Для этого сегменты корпуса колонны 2 в области В имеют пазы 10, такие как показаны на фигурах 7 и 8.

Монтажнику, который стоит на дне корпуса колонны 2, спускают разделительные перегородки 7-1 и 7-2 разделительного устройства 7. Этот монтажник соединяет их крест-накрест, как показано на фиг. 6, и закрепляет разделительные устройства 7 в пазах 10 корпуса колонны 2. После этого монтажнику спускают четыре отдельные насадки 11, такие как показаны на фиг. 9. Монтажник устанавливает эти отдельные насадки 11 в четыре области, которые были сформированы разделительным устройством 7. Затем этому монтажнику спускают другие разделительные перегородки 7-1 и 7-2, которые он составляет крест-накрест и таким образом устанавливает на уже смонтированное разделительное устройство 7, что выступающая вверх часть слоя 8-2 уже смонтированного разделительного устройства 7 входит в нижнюю выемку разделительного устройства 7, которое надлежит установить. Кроме того, выступающие наружу части среднего слоя 8-2 также входят в пазы 10. Затем снова устанавливаются четыре отдельные насадки 11 на лежащие под ними отдельные насадки 11. Таким образом смонтированная часть корпуса колонны 2 далее заполняется вертикальными сегментами разделительного устройства 7 и отдельными насадками 11.

Если достигли верхнего конца части корпуса колонны 2, то с помощью отдельных сегментов монтируется другая часть корпуса колонны 2. Затем в растущем вверх корпусе колонны 2 аналогичным образом монтируются другие вертикальные сегменты разделительного устройства 7 и отдельных насадок 11, пока корпус колонны 2 не будет построен полностью. В головной части колонны А больше не монтируется никаких разделительных устройств 7. Однако, как и в случае кубовой части колонны С, используются насадки, которые простираются по всему внутреннему диаметру боковой поверхности корпуса колонны. На фиг. 10 показан полностью построенный корпус колонны 2 экстракционной колонны 1. При этом самый верхний сегмент насадки может немного, например, на 10 см, выступать над корпусом колонны 2. В области головной части колонны А еще могут монтироваться соответствующие трубчатые распределители, которые соединены с первой подводящей линией 4, чтобы равномерно распределять экстрагирующий агент по площади поперечного сечения внутреннего объема колонны 3 и загружать лежащие под ними разделенные области от В1 до В4 или соответственно от В5 до В7 или соответственно от В8 до В12.

Далее описывается пример исполнения способа согласно изобретению, который выполняется с помощью описанной выше экстракционной колонны 1.

Посредством второй подводящей линии 5 кислая вода, подлежащая экстракции, ниже самой нижней насадки 11 подается в экстракционную колонну 1 при помощи трубчатого распределителя, который имеет соответствующие проходные отверстия.

Эта кислая вода, не смешанная с ингибитором, имеет, например, следующие содержания:

Массовая плотность этой кислой воды составляет 967,5 кг/м³.

Затем выше самой верхней насадки посредством первой подводящей линии 4 и трубчатого распределителя, который имеет соответствующие проходные отверстия (высверленные отверстия диаметром 4 мм), подается экстрагирующий агент.

Экстрагирующий агент имеет, например, следующие содержания:

Массовая плотность этого экстрагирующего агента составляет 1120 кг/м³.

Экстрактивная смесь по сравнению с экстрагирующим агентом имеет повышенное содержание акриловой кислоты, а рафинат по сравнению с кислой водой имеет пониженное содержание акриловой кислоты.

Кислая вода образует непрерывную фазу, а экстрагирующий агент образует каплевидную, дисперсно распределенную фазу (размер капель, лежащий в диапазоне от 2 до 5 мм), которая опускается в водной фазе.

В головной части А экстракционной колонны 1 отбирается рафинат. Он имеет пониженное содержание акриловой кислоты по сравнению с кислой водой. Он подается на сжигание совместно с остаточным газом, подлежащим сжиганию.

В кубовой части С экстракционной колонны 1 отбирается экстрактивная смесь. Она имеет повышенное содержание акриловой кислоты по сравнению с экстрагирующим агентом.

Список условных обозначений

1 экстракционная колонна

2 корпус колонны

с 2-1 по 2-n сегменты корпуса колонны

3 внутренний объем колонны

4 первая подводящая линия

5 вторая подводящая линия

6 отводящая линия

7 разделительное устройство

с 7-1 по 7-10 разделительные перегородки

8, с 8-1 по 8-3 слои

9, 9-1, 9-2 прорези

10 пазы

11 насадка; отдельная насадка

12 тканая лента из металла

13 отводящая линия

Реферат

Изобретение касается экстракционной колонны. Экстракционная колонна, имеющая по крайней мере по участкам цилиндрический вертикально направленный корпус колонны, который образует внутренний объем колонны, который имеет горизонтальную максимальную протяженность, причем в корпусе колонны выполнены по меньшей мере одна первая подводящая линия для экстрагирующего агента, по меньшей мере одна вторая подводящая линия для текучей среды, подлежащей экстракции, и по меньшей мере одна отводящая линия для экстрактивной смеси и по меньшей мере одна отводящая линия для рафината, отличающаяся тем, что во внутреннем объеме колонны расположено вертикально направленное разделительное устройство, которое разделяет внутренний объем колонны на несколько вертикально направленных и горизонтально отделенных областей, причем горизонтальная максимальная протяженность каждой области при каждом горизонтальном сечении через корпус колонны, который разделяет разделительное устройство, меньше, чем горизонтальная максимальная протяженность внутреннего объема колонны, области у их верхних краев заканчиваются в совместной головной части колонны, а у их нижних краев - в совместной кубовой части колонны, причем в области головной части колонны и в области кубовой части колонны горизонтальная протяженность внутреннего объема колонны не разделяется разделительным устройством, и у головной части колонны расположена одна из подводящих линий, а у кубовой части колонны расположена другая из подводящих линий. Технический результат - повышение выхода экстрагированного компонента из текучей среды. 2 н. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула