甲醇低壓羰基法合成醋酸工藝流程中的合成釜、閃蒸罐、精餾塔、吸收塔、再生塔、換熱器、分離罐、泵等設(shè)備的材質(zhì)要求特殊,有鋯合金、哈氏合金、C-276合金、低碳不銹鋼等,根據(jù)不同的介質(zhì)選擇相應(yīng)的耐蝕材料是關(guān)鍵,至于設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型遵循一般的化工單元操作的要求即可。下面介紹幾臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型。
① 合成釜 反應(yīng)釜體積的確定:反應(yīng)釜的能力與反應(yīng)釜的有效體積和催化劑的活性成正比。
設(shè)備的材質(zhì)和加工:反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)含有大量的碘化氫、醋酸等強(qiáng)腐蝕、還原性介質(zhì),對材料的耐腐性要求高,材料的選擇經(jīng)歷了哈氏B、哈氏B-2、鋯復(fù)合板幾個(gè)階段,目前都采用鋯復(fù)合板來制作。鋯復(fù)合板的焊接是該設(shè)備制作的關(guān)鍵,國內(nèi)外只有為數(shù)不多的幾家單位具備該設(shè)備的制造能力。
反應(yīng)液的攪拌:從反應(yīng)機(jī)理我們知道該反應(yīng)的反應(yīng)速率與銠、碘濃度有關(guān),與一氧化碳、甲醇濃度無關(guān),但是該反應(yīng)器的液相進(jìn)、出物流多,流量大,回流液體溫度與釜溫相差較大,氣體進(jìn)料量也很大,同時(shí)局部的一氧化碳分壓低和局部溫度高都會(huì)導(dǎo)致催化劑的沉淀失活,因此攪拌器的設(shè)計(jì)選型也是一個(gè)關(guān)鍵,要確保氣液兩相能均勻混合,充分接觸、反應(yīng)、由于設(shè)備體積大,攪拌軸長,因此設(shè)置3~4層攪拌槳,最底層的攪拌槳為圓盤渦輪式,用于將大的一氧化碳?xì)馀荽蛩?,有助于氣體分布擴(kuò)散;上面幾層選用平板槳,提供大的溶液循環(huán),液體軸向流動(dòng),有助于液體溫度分布均勻。
② 閃蒸罐 來自反應(yīng)釜的高溫、高壓介質(zhì)經(jīng)調(diào)節(jié)閥減壓后物料汽化,以切線方向進(jìn)入閃蒸罐,進(jìn)料管呈喇叭狀。閃蒸罐提供足夠的氣液分離空間,以便含有催化劑的微小液滴不至于被氣流帶到精餾系統(tǒng)失活沉淀,造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失;同時(shí)閃蒸罐內(nèi)可以設(shè)置氣液分離裝置,最簡單有效的分離裝置為在閃蒸罐頂部氣相出口處安裝一只倒置漏斗狀的破旋渦設(shè)備,該設(shè)備由破旋擋板、集液槽、散液環(huán)和導(dǎo)液管組成。由于除沫裝置簡單,主要還是靠重力沉降分離。
閃蒸罐的材質(zhì)一般選用哈氏合金B(yǎng)-2、B-3,價(jià)格昂貴,當(dāng)裝置設(shè)計(jì)能力很大時(shí),仍按重力沉降來設(shè)計(jì)必然導(dǎo)致設(shè)備尺寸較大,這時(shí)就要選用高效除霧裝置來縮小閃蒸罐直徑,減少投資。高效的霧沫器一般選用絲網(wǎng)除霧器,可以選擇專業(yè)廠家來設(shè)計(jì)。
③ 輕、重相分離罐 初分塔頂部物料組成有大量的碘甲烷、醋酸、水以及少量的醋酸甲酯、甲醇、長鏈烷烴等,還有一部分不凝性氣體。塔頂冷凝液在分離罐中會(huì)分層形成上下兩層,有明顯的界面。含有大量碘甲烷和少量的醋酸、醋酸甲酯、長鏈烷烴等組成密度較大的一相,常稱為重相:含有大量醋酸、水及少量的碘甲烷、醋酸甲酯、甲醇等組成密度較小的一相,常稱為輕相。工藝要求輕、重兩相要分開,輕相一部分泵至塔頂回流,一部分泵回反應(yīng)釜;重相要全部泵回反應(yīng)釜。
基于上述工藝要求,就要設(shè)置一只輕、重相分離罐。由于輕、重兩相的密度相差明顯,其內(nèi)部構(gòu)造可以簡單、液體停留時(shí)間可以較短即可達(dá)到徹底分離的目的。最簡單的設(shè)計(jì)可以按普通分層器來考慮。分層器的構(gòu)造描述如下:來自塔頂冷凝器的氣液混合物,從分離罐封頭一側(cè)進(jìn)入,被一矩形擋板分為上下2個(gè)通道,氣體和輕相從擋板上方流過,重相從下方流過,氣體從分離罐上部開口排出,輕重兩相繼續(xù)沿著分離罐軸向緩慢流動(dòng),并進(jìn)一步徹底分離,重相進(jìn)入分離罐下部集液罐中,從集液罐底部流出;輕相流到另一側(cè)封頭處流出。分離罐內(nèi)分別設(shè)置輕重兩相的液位測量計(jì)。復(fù)雜設(shè)計(jì)可以在內(nèi)部設(shè)置散堆填料或復(fù)層擋板有助于輕重兩相的分離。
④ 精餾塔 根據(jù)工藝要求,一般設(shè)置3~4只精餾塔,由于介質(zhì)腐蝕性強(qiáng),設(shè)備材料特殊,價(jià)格昂貴。因此,精餾塔內(nèi)件一般選用篩板塔盤或浮閥塔盤,很少選用填料。