[发明专利]芳香羧酸的回收脱水共沸蒸馏工艺

说明书

技术领域

本发明有关一种脱水工艺，特别指一种能在乙酸脱水工艺中以脱水率高且已存在非匀相共沸蒸馏塔塔内的对位二甲苯作为挟带剂的芳香羧酸的回收脱水共沸蒸馏工艺。

背景技术

敬请参阅图1所示，为已知乙酸脱水工艺的流程图，按已知许多使用不同挟带剂的乙酸脱水工艺，如Othmer(1941)使用乙酸正丙酯当挟带剂，将乙酸与水分离；如Tanaka和Yamada(1972)使用乙酸丁酯及乙酸乙酯作为分离的挟带剂；如Siirola(1995)应用共沸蒸馏程序，使用乙酸乙酯当挟带剂；如Wasylkiewicz(2000)利用蒸馏边界、蒸余曲线等原理，对乙酸脱水的程序作一分析，所使用的挟带剂为乙酸丁酯，并利用这些原理来预估共沸蒸馏所选择的挟带剂是否可行；如Chien(2004)利用Aspen Plus进行乙酸脱水的计算模拟，分析三种挟带剂对工艺的影响，三种挟带剂分别为乙酸乙酯、乙酸正丁酯与乙酸异丁酯(iso-butyl acetate，IBA)，分析其在蒸馏塔中纯化的效能以及所耗费的成本，得到的结果以乙酸异丁酯(iso-butyl acetate，IBA)为最佳。

从已知文献可以发现，大部分乙酸脱水工艺都是以乙酸酯当作挟带剂，如乙酸甲酯(methyl acetate，MA)、乙酸乙酯、乙酸正丁酯或乙酸异丁酯，但以乙酸酯为挟带剂会有几项缺点：(1) 乙酸酯为外加成分，会增加工艺的成本与系统的自由度，导致操作或是热力学计算较为复杂；(2)在乙酸脱水工艺中进料所含的微量不纯物：对位二甲苯(p-xylene，PX)，会不断累积在塔内，必须设置侧流(side draw)将之排出，而在对位二甲苯(p-xylene，PX)排出的同时也会将挟带剂排出，造成挟带剂的浪费。

已知乙酸脱水工艺以乙酸异丁酯(IBA)为挟带剂，根据Wang等人(2008)所发表的论文设计已知乙酸脱水工艺，此工艺主要由三个共沸蒸馏塔所构成，如图1所示的第一共沸蒸馏塔100’(C1’)、第二共沸蒸馏塔200’(C2’)、第三共沸蒸馏塔300’(C3’)，该非匀相第一共沸蒸馏塔100’(C1’)，包含全冷凝器与再沸器共45个平衡板。操作压力为1大气压(1atm)，总压降假设为0.273大气压。

该进料物流1’(Stream 1)包含水(H₂O)、乙酸(HAc)及少量的乙酸甲酯(MA)、对位二甲苯(PX)，在70.0℃与1大气压(1 atm)情况下，由第9平衡板进入第一共沸蒸馏塔100’(C1’)，而该水(H₂O)与乙酸(HAc)流量皆为1000 kmol/hr，乙酸甲酯(MA)与对位二甲苯(PX)流量分别为30 kmol/hr与0.29 kmol/hr，而其由第8平衡板作侧引流为物流6’ (Stream 6)，而第一共沸蒸馏塔100’(C1’)的塔底产物为物流3’ (Stream 3)。

挟带剂为乙酸异丁酯(IBA)，加入分相槽400(decanter)，该分相槽400’的温度为35℃，分相槽400’的有机相液体全回流至第一共沸蒸馏塔100’(C1’)，因挟带剂乙酸异丁酯(IBA)会随着水相液体、侧流以及塔底产物流出而流失，所以除了回收所得的乙酸异丁酯(IBA)外，还需要以0.446 kmol/hr的流量于物流5’(Stream 5)补充乙酸异丁酯(IBA)。

又因为乙酸异丁酯(IBA)会与水(H₂O)在第一共沸蒸馏塔100(C1’)的塔顶会产生最小共沸物，经冷凝后，流进分相槽400’，使分相槽400’的液体自然分为有机相液体及水相液体，由于有机相液体内含有许多的乙酸异丁酯(IBA)，所以将有机相液体由物流2’(Stream2)全回流至第一共沸蒸馏塔100’(C1’)的乙酸脱水塔。水相液体则全部流入后半段的工艺再进行分离，水相液体所损失的乙酸(HAc)规范需低于0.025 mol%，该第一共沸蒸馏塔100’(C1’)的塔底则分离出高纯度(99.5 mol%)的乙酸(HAc)。