СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ФРОНТА НАРАСТАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЛОЯ В ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПРОМЫВНОЙ КОЛОННЕ
METHOD OF ADJUSTING CRYSTALLINE LAYER RISE FRONT POSITION IN HYDRAULIC WASH COLUMN

Настоящее изобретение относится к области очистки целевых продуктов, а именно к способу регулирования положения фронта нарастания кристаллического слоя в гидравлической промывной колонне с ограничивающей ее цилиндрической огибающей (1) (смотри фиг.1, нумерация позиций на которой аналогична нумерации, указанной в формуле изобретения), внутри которой через колонну параллельно оси цилиндра проходит одна или несколько фильтровальных труб (2), между стенками которых вблизи второго конца колонны расположен по меньшей мере один фильтр (3), образующий единственное непосредственное соединение находящегося под давлением Р1 внутреннего объема фильтровальных труб с внутренним объемом колонны, в соответствии с которым:
- по меньшей мере один поток суспензии (4), который содержит суспендированные в маточном щелоке кристаллы подлежащего очистке (выделению в максимально чистом состоянии) вещества, непрерывно вводят (например, посредством насоса (6)) в первый конец (5) колонны под давлением Р2, превышающим давление Р1,
- маточный щелок (7) вводят во внутренний объем фильтровальных труб через фильтры и выводят из колонны через фильтровальные трубы,
- в первый конец колонны и/или в пространство между ним и началом фильтров при необходимости вводят регулирующий щелок (9),
- вследствие введения маточного щелока и при необходимости регулирующего щелока в колонне формируется кристаллический слой (10) подлежащего очистке вещества с обращенным к первому концу колонны фронтом нарастания (11), на который непрерывно наслаиваются кристаллы вводимой суспензии,
- под действием силы, обусловленной потерями гидравлического напора потока маточного, и при необходимости наличия регулирующего щелока в колонне кристаллический слой перемещается (13) мимо фильтров в промывную зону, расположенную между фильтрами и вторым концом (12) промывной колонны,
- с противоположной фронту нарастания стороны (14) кристаллического слоя непрерывно удаляют кристаллы,
- удаляемые кристаллы плавят (15) и часть расплава в виде потока промывочной жидкости (16) пропускают через кристаллический слой со второго конца колонны в направлении, противоположном направлению перемещения кристаллов, и
- положение фронта нарастания регулируют изменением расхода вводимого в промывную колонну регулирующего щелока и/или вводимой в промывную колонну суспензии (4).
Настоящее изобретение в особенности относится к регулированию описанной в международных заявках WO 01/77056, WO 04/35514, WO 03/41883, WO 02/9839, WO 03/41832, немецкой заявке на патент DE-A 10036881 и международных заявках WO 02/55469 и WO 03/78378 гидравлической промывной колонны, которая предназначена для выделения и очистки кристаллов акриловой кислоты из их суспензии в содержащей примеси акриловой кислоте. Нумерация позиций в указанных публикациях аналогична нумерации, приведенной на прилагаемых к настоящему описанию чертежах.
Термины «цилиндрический» и «трубчатый» используют в настоящем описании для обозначения тел любой геометрической формы с круглым или близким к круглому (например, эллиптическим или многоугольным) поперечным сечением (например, сечением правильного четырехугольника, шестиугольника или восьмиугольника).
В соответствии с настоящим описанием под маточным щелоком прежде всего подразумевают расплавы, содержащие подлежащие очистке вещества и примеси, и/или растворы, содержащие подлежащие очистке вещества и растворители или смеси растворителей, а также примеси. Под «расплавом удаляемых кристаллов в виде потока промывочной жидкости» предпочтительно подразумевают как расплав удаляемых кристаллов, так и насыщенные растворы удаляемых кристаллов в растворителях, соответственно смесях растворителей. В соответствии с этим «расплавить удаляемые кристаллы» одновременно означает также «растворить удаляемые кристаллы в растворителях, соответственно смесях растворителей, до точки насыщения». Особое значение имеет акриловая кислота (сама по себе, а также в виде ее солей или сложных эфиров), используемая прежде всего для синтеза полимеров, находящих применение в самых разнообразных сферах (например, для изготовления клеев, суперабсорбентов, связующих).
Способ типа, указанного в начале описания, известен (смотри, например, европейскую заявку на патент ЕР-А 097405, немецкую заявку на патент DE-A 10036881, международные заявки WO 03/041832, WO 02/09839, WO 03/041833, WO 01/77056 и WO 03/063997).
Подобный способ, как правило, включает стадию чрезвычайно эффективной и экономически благоприятной суспензионной кристаллизации, целью которой является обеспечение высокой степени чистоты целевого химического соединения (вещества).
Дело в том, что при синтезе того или иного химического соединения целевое вещество обычно образуется не в виде чистого продукта, а в виде компонента смеси соединений, которая наряду с целевым веществом содержит примеси, такие как непревращенные исходные соединения, растворители, побочные продукты или нежелательные изомеры.
В случае, если целевым веществом является способное кристаллизоваться соединение (например, акриловая кислота), которое по завершении процесса его синтеза присутствует в жидкой смеси соединений или может быть переведено в состав этой смеси (подобные процессы синтеза акриловой, соответственно метакриловой кислоты описаны, например, в европейской заявке на патент ЕР-А 1 015 411, немецких заявках на патент DE-А 196 06 877, DE-A 103 36 386, европейской заявке на патент ЕР-А 792 867, немецкой заявке на патент DE-A 102 35 847, международных заявках WO 03/078378 и WO 02/055469), в качестве метода очистки, обеспечивающего высокую степень чистоты целевого химического соединения, рекомендуется использовать чрезвычайно эффективную и экономически благоприятную суспензионную кристаллизацию (прежде всего кристаллизацию из расплава).
При этом на практике используют то обстоятельство, что при промывке кристаллов жидкостью происходит максимально полное вытеснение примесей из кристаллической решетки, которые остаются в маточном щелоке. Преимущество суспензионной кристаллизации по сравнению с послойной кристаллизацией состоит в том, что она может быть реализована в виде непрерывного технологического процесса. Кроме того, в связи с относительно более низкой скоростью роста образующихся при суспензионной кристаллизации кристаллов они обладают чрезвычайно высокой степенью чистоты. Несмотря на низкую скорость роста кристаллов, технология суспензионной кристаллизации может быть реализована с высокой производительностью, поскольку в связи с большим количеством одновременно растущих кристаллов процесс кристаллизации протекает на большой суммарной площади.
Высокочистые кристаллы целевого соединения получают уже в результате осуществления одноступенчатой кристаллизации. Суспензионную кристаллизацию в принципе можно реализовать как из раствора, так и из расплава.
При этом технологической стадией, оказывающей решающее влияние на степень чистоты подвергаемого кристаллизации целевого продукта, является отделение высокочистых кристаллов от соответствующего маточного щелока, содержащего сконцентрированные примеси и незакристаллизовавшиеся компоненты целевого продукта, которые реализуют в виде процесса разделения твердой и жидкой фаз.
Для реализации подобного процесса разделения используют промывные колонны. Используемые промывные колонны, как правило, обладают ограничивающими их технологический объем стенками цилиндрической формы (так называемой образующей).
Перед технологическим объемом часто располагается распределительный объем, в который вводят подлежащую разделению в промывной колонне суспензию кристаллов. На пути от распределительного объема к технологическому объему суспензию кристаллов максимально равномерно распределяют по поперечному сечению последнего. В технологическом объеме, прежде всего благодаря удалению маточного щелока, формируется плотный кристаллический слой, который в дальнейшем перемещается через этот объем (принудительное перемещение кристаллического слоя в колоннах может происходить как сверху вниз, так и снизу вверх). Поперечное сечение технологического объема обычно бывает постоянным по всей длине колонны. Через кристаллический слой противотоком пропускают расплав ранее выделенных в колонне кристаллов (или их насыщенный раствор в растворителях, соответственно смесях растворителей), используемый в качестве промывочной жидкости.
Для формирования плотного (компактного) кристаллического слоя в промывной колонне на практике используют разные методы. Кристаллическую суспензию в промывные колонны, функционирующие в соответствии с гравитационным принципом, вводят сверху вниз, и кристаллический слой формируется в процессе седиментации суспензии исключительно благодаря эффекту ее перемещения под действием силы тяжести. В предлагаемом в настоящем изобретении способе принятую в подобных промывных колоннах технологию разделения не используют.
Промывные колонны с принудительным транспортом или перемещением кристаллического слоя отличаются от указанных выше гравиметрических промывных колонн тем, что в направлении перемещения (или транспорта) кристаллического слоя действует по меньшей мере одна сила, отличающаяся от силы тяжести.
Промывные колонны с принудительным транспортом кристаллического слоя в принципе могут являться колоннами, функционирующими под давлением (называемыми также гидравлическими промывными колоннами или гидравлическими колоннами), и механическими колоннами.
Механические промывные колонны оборудованы устройством для принудительного механического перемещения кристаллов. Подобным устройством в простейшем случае может являться полупроницаемый плунжер, проницаемый для маточного щелока и непроницаемый для содержащихся во вводимой в промывную колонну суспензии кристаллов (смотри фиг.3 в описании международной заявки WO 03/041832), перемещение которого создает давление, необходимое для уплотнения кристаллов и транспорта кристаллического слоя. Уплотнение кристаллов, сопровождающееся формированием кристаллического слоя, и перемещение последнего могут быть реализованы также в механической промывной колонне благодаря отделению маточного щелока посредством фильтра и механическому перемещению кристаллов от фильтра к кристаллическому слою с помощью вращающегося подающего устройства (например, шнека, мешалки или спирали) (смотри фиг.4 в описании международной заявки WO 03/041832). При этом фильтры могут быть также встроены во вращающиеся подающие устройства. В предлагаемом в настоящем изобретении способе принятую в механических промывных колоннах технологию разделения не используют.
В гидравлических промывных колоннах, используемых для реализации предлагаемого в настоящем изобретении способа, суспензию кристаллов перемещают в конец находящейся под давлением промывной колонны цилиндрической формы, например показанным на фиг.1 насосом (6), или под действием гидростатической разности давлений. Параллельно оси цилиндра через промывную колонну проходит по меньшей мере одна фильтровальная труба ((2) на фиг.1), снабженная по меньшей мере одним фильтром ((3) на фиг.1), находящимся на определенном расстоянии от места ввода суспензии кристаллов в колонну и образующим единственное непосредственное соединение находящегося под давлением Р1 внутреннего объема фильтровальной трубы с внутренним объемом промывной колонны.
Фильтровальные трубы обычно проходят через промывную зону, однако эта часть промывной колонны обычно не бывает пустотелой (смотри, например, международные заявки WO 01/77056, WO 03/41833 и WO 03/41832). Проходящую через промывную зону часть фильтровальных труб называют также вытеснителем.
Поток жидкости, обусловленный более высоким давлением на входе в колонну (Р2) по сравнению с давлением Р1, обеспечивает уплотнение кристаллов, приводящее к формированию кристаллического слоя, и перемещение последнего.
Маточный щелок вытекает из промывной колонны, проходя через фильтр (позади фильтра может преобладать атмосферное давление, разрежение или избыточное давление). Кристаллический слой характеризуется так называемым фронтом нарастания кристаллов ((11) на фиг.1), на который непрерывно наслаиваются кристаллы вводимой в колонну суспензии. Таким образом, фронт нарастания кристаллов представляет собой переходный участок от суспензии к кристаллическому слою и характеризуется относительно резким возрастанием содержания кристаллов в суспензии. Фронт нарастания кристаллов отделяет суспензионную зону ((17) на фиг.1) от кристаллического слоя. Фронт нарастания кристаллов часто называют также фронтом фильтрования.
3
3
3
3
С другой стороны кристаллического слоя, противоположной фронту нарастания кристаллов, осуществляют непрерывное удаление ((14) на фиг.1) растущих кристаллов. Кристаллы можно удалять, например, своего рода роторным ножом или с помощью скребков, непрерывно отделяющих кристаллы от кристаллического слоя. Кристаллы можно непрерывно удалять так же, как предложено в международной заявке WO 03/063997. Согласно данной заявке непрерывное отделение кристаллов от кристаллического слоя осуществляют под действием соответствующего импульса промывочного расплава. Направление перемещения кристаллического слоя определяется, во-первых, непрерывным наслаиванием кристаллов в зоне фронта их нарастания, а во-вторых, непрерывным удалением растущих кристаллов со стороны кристаллического слоя, противоположной фронту нарастания, причем кристаллический слой может перемещаться как сверху вниз, так и снизу вверх. Отделенные от кристаллического слоя кристаллы предпочтительно после их повторного суспендирования в чистом расплаве (соответственно в растворителе или смеси растворителей) плавят благодаря реализации процесса теплопередачи (соответственно растворения предпочтительно до точки насыщения). Часть расплава (чистого расплава) выводят в виде потока чистого продукта ((20) на фиг.1), а другую часть чистого расплава в качестве промывочной жидкости рециркулируют (возвращают под давлением) в направлении, противоположном направлению перемещения кристаллического слоя, вводя ее в технологический объем с противоположной фронту нарастания кристаллов стороны. При этом температура промывочной жидкости обычно соответствует точке плавления кристаллов. Повторное суспендирование обычно предпочтительно осуществляют в примыкающем к концу кристаллического слоя отдельном объеме (суспендирующем объеме (21) на фиг.1), в который отделенные от кристаллического слоя кристаллы загружают, например, посредством вращающегося ножа. В целесообразном варианте осуществления изобретения суспензию далее направляют в контур циркуляции расплава ((22) на фиг.1) через теплообменник ((15) на фиг.1), который подвергают косвенному нагреванию с целью плавления кристаллов. Из контура циркуляции часто выводят от 70 до 80% масс., а в благоприятных ситуациях (например, при выраженной рекристаллизации в промывной зоне) даже от >80 до 100% масс. расплавленных кристаллов в виде потока чистого продукта ((20) на фиг.1). Отбор чистого продукта целесообразно регулировать посредством соответствующего регулировочного клапана ((23) на фиг.1). Рециркуляцию расплава предпочтительно осуществляют посредством нагнетательного насоса ((24) на фиг.1). Расход отделенного от кристаллического слоя очищенного кристаллизата в циркуляционном контуре предпочтительно составляет от 2 до 30 м/ч/м, чаще всего от 5 до 20 м/ч/м (в пересчете на расплав). Таким образом, в производственно-техническом отношении целесообразным является низкое содержание кристаллов в редиспергированной суспензии, что является благоприятным с точки зрения ее транспорта.
Расход чистого расплава, направляемого в качестве промывочного расплава из контура циркуляции в промывную колонну, целесообразно регулировать давлением в контуре циркуляции (суспендирующем объеме), которое определяется непосредственной настройкой регулирующего клапана. Как правило, речь идет о части общего количества отделенного от кристаллического слоя кристаллизата.
Плавление отделяемых от кристаллического слоя кристаллов можно осуществлять также непосредственно в промывной колонне (например, с помощью нагревательных устройств, соответствующим образом смонтированных в противоположном от фронта нарастания конце технологического объема). В подобном случае из колонны отбирают лишь часть образующегося расплава. Другая часть расплава поднимается по гидравлической промывной колонне вверх в виде промывочного расплава.
Вследствие перемещения чистого расплава в направлении, противоположном направлению перемещения кристаллического слоя, пропитанный прежде всего маточным щелоком кристаллический слой практически вдавливается в чистый расплав (и наоборот), и содержащийся в кристаллическом слое маточный щелок преимущественно легко вытесняется чистым расплавом (с образованием максимально стабильной границы раздела фаз чистого расплава и маточного щелока).
Вследствие протекания указанного выше процесса в стационарном рабочем режиме на определенном уровне кристаллического слоя (между фильтром и местом удаления кристаллов) устанавливается фронт промывки (граница раздела фаз), которым называют участок кристаллического слоя, на котором наблюдаются максимальные температурные и концентрационные градиенты (в пределах фронта промывки происходит квазифазовый переход от чистого расплава к маточному щелоку (соответственно к смеси маточного и регулирующего щелоков); во фронте промывки температура практически резко возрастает от более низкой температуры маточного щелока до более высокой температуры чистого расплава; выше и ниже фронта промывки температура в основном сохраняется неизменной). Поскольку во фронте промывки чистый расплав и маточный щелок, как указано выше, грубо говоря, приходят в столкновение друг с другом, на уровне фронта промывки наблюдается также скачкообразное изменение концентрации нежелательных примесей (от их содержания в маточном щелоке до их содержания в чистом расплаве). Область между фронтом промывки кристаллов и фронтом их нарастания называют зоной маточного щелока, а область между фронтом промывки и концом кристаллического слоя, противоположным фронту нарастания кристаллов, называют зоной чистого расплава.
Поскольку содержащая примеси суспензия обладает температурой кристаллизации, более низкой по сравнению с точкой плавления чистого продукта, то, кроме того, уже во фронте промывки наблюдается выравнивание температуры холодных кристаллов и промывочного расплава, сопровождаемое частичной или полной рекристаллизацией последнего. Это позволяет регенерировать по меньшей мере часть промывочного расплава. Другая часть промывочного расплава вместе с отделившимся маточным щелоком покидает промывочную колонну, проходя через фильтр, и может быть возвращена, например, в зону формирования подлежащей очистке жидкой смеси соединений или направлена на дополнительную очистку ((25) на фиг.1) и/или при необходимости, по меньшей мере частично, использована в качестве ниже более подробно рассмотренного регулирующего щелока ((9) на фиг.1).
Рассмотренная выше рекристаллизация промывочного расплава протекает тем более явно, чем ниже температура кристаллизации по сравнению с температурой плавления чистого продукта (соответственно по сравнению с температурой насыщения промывочного раствора), причем типичная разность указанных температур составляет от 5 до 15 К. В случае количественной рекристаллизации из рассмотренного выше контура циркуляции расплава ((22) на фиг.1) в качестве чистого продукта может быть выведено 100% расплавленных кристаллов.
Поперечное сечение технологического объема гидравлической промывной колонны может обладать формой круга, овала или многоугольника (например, правильного многоугольника).
Для обеспечения адекватного эффекта очистки в промывной зоне (части кристаллического слоя между начинающимся удалением кристаллов и началом фильтра) фронт промывки следует позиционировать таким образом, чтобы он располагался на определенном минимальном уровне над местом удаления кристаллов. Для обеспечения эффективной эксплуатации гидравлической промывной колонны аналогичным образом должен быть позиционирован также фронт нарастания кристаллов.
Поскольку под действием силы, обусловленной потерями гидравлического напора потока маточного щелока (соответственно маточного и регулирующего щелоков), кристаллический слой перемещается в промывную зону мимо фильтров по другую их сторону, слишком большая протяженность зоны концентрирования (то есть области кристаллического слоя от фронта нарастания кристаллов до начала промывной зоны) энергетически неблагоприятна для эксплуатации гидравлической промывной колонны. По мере увеличения протяженности зоны концентрирования возрастает трение, а следовательно, потери напора потока. И наоборот, недостаточная протяженность зоны концентрирования рассматривается как недостаток, если эта зона при необходимости оказывается слишком коротка для формирования кристаллического слоя, обладающего удовлетворительной плотностью. Кроме того, слишком низкие потери гидравлического напора потока не допускают возможности удовлетворительного перемещения кристаллического слоя.
Для обеспечения стабильного режима эксплуатации гидравлической промывной колонны, то есть определенного выхода очищенных кристаллов в расчете на единицу объема в единицу времени при постоянной высокой эффективности очистки, необходима стабильная компенсация внешних возмущающих воздействий, оказывающих влияние на положение фронта промывки и фронта нарастания кристаллов. Подобными возмущающими воздействиями могут быть, например, колебания расхода потока суспензии, варьирование распределения кристаллов по размерам или изменения в смеси продуктов, направляемой в кристаллизатор из процесса синтеза.
При этом положение фронта промывки обычно регулируют соответствующей настройкой расхода промывочного расплава. Положение фронта промывки можно регулировать, например, как указано в немецкой заявке на патент DE-A 10036881.
Поскольку положение фронта нарастания кристаллов, соответственно фронта фильтрования зависит от гидравлических условий в промывной колонне (они определяют скорость перемещения кристаллического слоя), то согласно немецкой заявке на патент DE-A 10036881 и международной заявке WO 02/09839 с целью оказания воздействия на потери гидравлического напора, а следовательно, напорное усилие в промывной колонне, предлагается часть пропущенного через фильтр маточного щелока (и при необходимости промывочного расплава, а также при необходимости регулирующего щелока) возвращать насосом в качестве регулирующего щелока ((9) на фиг.1) в конец промывной колонны, противоположный месту удаления кристаллов, и/или в область между этим концом колонны и началом фильтра (при необходимости регулирующий щелок одновременно подают насосом в несколько точек). При этом расход подлежащего рециркуляции регулирующего щелока целесообразно регулировать соответствующим насосом ((8) на фиг.1), варьируя частоту его вращения, и/или посредством дополнительного регулирующего клапана. В принципе для использования в качестве регулирующего щелока пригодны также расплавы и/или растворы (предпочтительно насыщенные подлежащим очистке веществом), содержащие подлежащее очистке вещество, которые отличаются от маточного щелока или идентичны ему и могут происходить из внешнего источника (то есть не из самой промывной колонны, а, например, из кристаллизатора и/или другой стадии процесса синтеза подлежащего очистке вещества). В качестве регулирующего щелока, очевидно, можно использовать также смеси регулирующих щелоков указанных выше типов, более подробно рассмотренных ниже. Регулирующий щелок можно подавать также в промывную колонну не посредством насоса, а за счет гидростатического напора. Очевидна также возможность комбинирования обоих указанных вариантов подачи регулирующего щелока в промывную колонну. В качестве регулирующего щелока можно использовать, например, также маточный щелок, отбираемый непосредственно из кристаллизатора, используемого для создания потока суспензии ((4) на фиг.1), соответственно находящуюся в кристаллизаторе суспензию. Для максимально полного исключения рекристаллизации в зоне концентрирования чистота регулирующего щелока предпочтительно не превышает чистоту маточного щелока. Таким образом, регулирующим щелоком может являться также сам используемый для суспензионной кристаллизации исходный расплав. Кроме того, в качестве регулирующего щелока можно использовать жидкости, в которых подлежащее очистке вещество, с одной стороны, плохо или вообще нерастворимо и которые, с другой стороны, обладают точкой затвердевания, более низкой по сравнению с температурой, вводимой в промывную колонну кристаллизационной суспензии. Так, например, если в режиме непрерывной эксплуатации показанной на фиг.1 гидравлической промывной колонны кристаллический слой поднимается (фронт нарастания кристаллов перемещается вверх), расход регулирующего щелока (а следовательно, и потери гидравлического напора потоков маточного и регулирующего щелоков в промывной колонне) возрастает, тогда как при опускающемся кристаллическом слое расход регулирующего щелока уменьшается. При этом расход регулирующего щелока можно варьировать в соответствии с определенной графической, например линейной, зависимостью расхода от времени. В другом варианте или в дополнение к вышеуказанному варианту с целью регулирования положения фронта нарастания кристаллов можно соответствующим образом увеличивать или уменьшать расход самой суспензии (4).
При нагнетании регулирующего щелока в несколько точек (на нескольких уровнях) пространства между концом промывной колонны, противоположным месту удаления кристаллов, и началом фильтра (в разных точках обычно следует использовать разное давление нагнетания, которое в целесообразном варианте можно регулировать посредством клапанов и которое соответствует существующему в данной точке промывной колонны давлению или несколько превышает его; нагнетаемые регулирующие щелоки могут обладать отличающимся друг от друга химическим составом, причем предпочтительным является их одинаковый химический состав) увеличение, соответственно уменьшение, (суммарного) расхода регулирующего щелока может быть реализовано благодаря увеличению, соответственно уменьшению расхода каждого из отдельных потоков. При этом указанное повышение, соответственно уменьшение, предпочтительно осуществляют таким образом, чтобы отношение объемов регулирующего щелока, вводимых в разные точки промывной колонны в единицу времени, оставалось постоянным. К потокам регулирующего щелока могут относиться также так называемые холостые потоки. Речь идет о потоках регулирующего щелока, расход которых сохраняют стабильным вне зависимости от параметров фронта нарастания кристаллов. Подобные потоки вносят едва ли не основной вклад в регулирование. Предпочтительно используют лишь один регулирующий поток, который нагнетают (насосом) под давлением Р2 предпочтительно в конец промывной колонны, противоположный месту удаления кристаллов (в суспензионную зону). Подобный регулирующий поток предпочтительно является исключительно потоком щелока ((9) на фиг.1), выводимого из промывной колонны через фильтровальные трубы, и в целесообразном варианте его вводят (перекачивают) в промывную колонну регулирующим насосом S ((8) на фиг.1).
Однако в принципе регулирующий поток можно подавать также в промывную колонну, добавляя его к направляемому в промывную колонну суспензионному потоку (4), например, перед насосом (6) и/или после него.
Для контроля положения фронта нарастания кристаллов, соответственно фронта фильтрования, рекомендуется использовать предложенный в международной заявке WO 02/09839, а также в немецкой заявке на патент DE-A 100 36 881 метод оптического детектирования. Однако недостаток подобного метода состоит в том, что цилиндрическая образующая промывной колонны по крайней мере в месте измерения должна быть выполнена из прозрачного материала (например, стекла). Однако образующую технологического объема гидравлической промывной колонны предпочтительно выполняют из металла (смотри, например, международную заявку WO 03/041832). Хотя в металлической стенке в принципе и могут быть смонтированы прозрачные окна, однако обеспечение их герметичности (необходимой в случае использования гидравлической промывной колонны) является непростой производственно-технической задачей, и применение прозрачных окон прежде всего при переработке опасных веществ вызывает опасения с точки зрения обеспечения техники безопасности. Кроме того, контроль положения фронта нарастания кристаллов через окна с ограниченной видимостью не может быть выполнен с достаточно высокой точностью. В связи с этим гораздо более предпочтительными являются варианты контроля (наблюдения) положения фронта нарастания кристаллов, охватывающего всю протяженность зоны концентрирования. Дополнительно используемые оптические датчики обладают сравнительно высокой стоимостью.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить усовершенствованный способ регулирования положения фронта нарастания кристаллического слоя в гидравлической промывной колонне, в соответствии с которым для определения расхода регулирующего щелока и/или суспензии, подлежащих введению в гидравлическую колонну в тот или иной момент времени, используют параметры, предпочтительно измеряемые согласно уровню техники.
Указанная задача решается согласно изобретению благодаря способу регулирования положения фронта нарастания кристаллического слоя в гидравлической промывной колонне с ограничивающей ее цилиндрической огибающей (1), внутри которой через колонну параллельно оси цилиндра проходит одна или несколько фильтровальных труб (2), между стенками которых вблизи второго конца колонны расположен по меньшей мере один фильтр (3), образующий единственное непосредственное соединение находящегося под давлением Р1 внутреннего объема фильтровальных труб с внутренним объемом колонны, в соответствии с которым:
- по меньшей мере один поток суспензии (4), который содержит суспендированные в маточном щелоке кристаллы подлежащего очистке вещества, непрерывно вводят (например, посредством насоса (6)) в первый конец (5) колонны под давлением Р2, превышающим давление Р1,
- маточный щелок (7) вводят во внутренний объем фильтровальных труб через фильтры и выводят из колонны через фильтровальные трубы,
- в первый конец колонны и/или в пространство между ним и началом фильтров при необходимости вводят регулирующий щелок (9),
- вследствие введения маточного щелока и при необходимости регулирующего щелока в колонне формируется кристаллический слой (10) подлежащего очистке вещества с обращенным к первому концу колонны фронтом нарастания кристаллов (11), на который непрерывно наслаиваются кристаллы вводимой суспензии,
- под действием силы, обусловленной потерями гидравлического напора потока маточного и при необходимости регулирующего щелока в колонне, кристаллический слой перемещается (13) мимо фильтров в промывную зону, расположенную между фильтрами и вторым концом (12) промывной колонны,
- с противоположной фронту нарастания кристаллов стороны (14) кристаллического слоя непрерывно удаляют кристаллы,
- удаляемые кристаллы плавят (15) и часть расплава в виде потока промывочной жидкости (16) пропускают через кристаллический слой со второго конца колонны в направлении, противоположном направлению перемещения кристаллов, и
- положение фронта нарастания кристаллов регулируют изменением расхода вводимого в промывную колонну регулирующего щелока и/или вводимой в промывную колонну суспензии (4),
отличающемуся тем, что
SK
для установления (регулирования) расхода вводимых в промывную колонну регулирующего щелока и/или суспензии (4) используют по меньшей мере одно значение разности давлений ΔP, имеющейся в колонне между по меньшей мере одной точкой в расположенной перед фронтом нарастания кристаллов суспензионной зоне (17) и по меньшей мере одной точкой в зоне, расположенной между фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя (предпочтительно в зоне концентрирования (18) кристаллического слоя, ограниченной началом промывной зоны (19)).
SK
SKB
Согласно изобретению для регулирования расхода подлежащих введению в промывную колонну регулирующего щелока и/или суспензии в качестве разности давлений ΔP используют разность давлений ΔP между скорректированным давлением во внутренней точке суспензионной зоны и скорректированным давлением во внутренней точке зоны, находящейся между фронтом нарастания и концом кристаллического слоя, скорректированную с учетом гидростатического перепада давления.
Основные принципы предлагаемого в изобретении способа применительно к гидравлической промывной колонне схематически изображены на фиг.2 в виде режима давления, скорректированного с учетом гидростатического перепада давления. Приведенные на фиг.2 цифровые позиции означают:
1 средство для непрерывного отделения кристаллов от кристаллического слоя (например, вращающийся нож),
2 кристаллический слой,
3 суспензионная зона,
4 фронт нарастания кристаллов,
5 фильтровальная труба,
6 зависимость давления внутри гидравлической промывной колонны, скорректированного с учетом гидростатического перепада давления, от длины колонны.
Словосочетание «давление, скорректированное с учетом гидростатического перепада давления» в данном случае означает давление в определенной точке гидравлической промывной колонны за вычетом характерного для данной точки гидростатического давления. Указанное давление для упрощения в нижеследующем описании называют скорректированным давлением Р. При этом под гидростатическим давлением подразумевают давление, создаваемое в данной точке массой расположенной выше колонны.
В пределах суспензионной зоны скорректированное давление в основном постоянно и соответствует перемещающему давлению Р2. После фронта нарастания кристаллов скорректированное давление внутри кристаллического слоя (зоны концентрирования) уменьшается до уровня фильтра в соответствии с прогрессивной зависимостью.
На уровне удаления кристаллов скорректированное давление соответствует давлению промывки. Речь идет о давлении, под которым промывочный расплав рециркулируют в промывную колонну. Величина этого давления в пределах промывной зоны также уменьшается (часто примерно линейно). Отношение перемещающего давления к давлению промывки сохраняется постоянным и не зависит от трения.
SKB
Результат измерения разности между скорректированным давлением во внутренней точке суспензионной зоны и скорректированным давлением во внутренней точке зоны, находящейся между фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя (предпочтительно концентрационной зоны), представляет собой разность давлений ΔP, служащую мерой оценки мгновенного рабочего состояния промывной колонны и в предпочтительном варианте может быть использована для установления расхода подлежащих введению в промывную колонну регулирующего щелока и/или суспензии.
SKB
SK
При высоких значениях параметра ΔP, которые часто наблюдают на практике в случае максимально высоких выходов очищенного кристаллизата в расчете на единицу объема в единицу времени и обусловленными этим обстоятельством максимально высокими расходами через колонну, соответственно максимально высокими значениями перемещающего давления, разность давлений ΔP (без корректирования с учетом гидростатического перепада давления) невелика и пренебрежимо мала для необходимой, соответственно заданной четкости регулирования.
SK
В подобных случаях в соответствии с предлагаемым в изобретении способом для установления расхода подлежащего введению в промывную колонну регулирующего щелока и/или суспензии (4) можно использовать также непосредственные значения ΔP, то есть значения разности давлений без учета гидростатического перепада давления.
SK
SKB
Однако согласно изобретению прежде всего для обеспечения повышенной точности регулирования расхода подлежащих введению в промывную колонну регулирующего щелока и/или суспензии (4) предпочтительным является использование для установления их расхода параметра ΔP, скорректированного с учетом гидростатического перепада давления, то есть использование параметра ΔP.
SK
SK
SKB
SK
SKB
С учетом вышеизложенного в отсутствие особых указаний под параметром ΔP в дальнейшем описании подразумевают как ΔP, так и ΔP. Таким образом, все относящееся в нижеследующем описании к параметру ΔP в равной степени относится и к соответствующему параметру ΔP.
SK
Согласно изобретению любые используемые для определения разности давлений ΔP реперные точки в зоне между фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя предпочтительно находятся между местом удаления кристаллов и расположенной ближе всего к нему точкой ввода регулирующего потока, который не является холостым потоком. Согласно изобретению целесообразно, чтобы расстояние подобных, ближе всего расположенных точек ввода до начала фильтра (если смотреть со стороны фронта нарастания кристаллов) составляло по меньшей мере пятую часть, предпочтительно по меньшей мере четвертую часть и особенно предпочтительно по меньшей мере третью часть, от протяженности зоны концентрирования.
SK
SK
SK
При обусловленном неполадками смещении положения фронта нарастания кристаллов внутри промывной колонны происходит изменение параметра ΔP (при условии, что положение обеих точек измерения давления внутри промывной колонны остается неизменным). При начинающемся смещении вниз показанного на фиг.2 фронта нарастания кристаллов параметр ΔP уменьшается. Это сигнализирует о необходимости сокращения расхода регулирующего щелока и/или увеличения расхода суспензии (4). При начинающемся смещении вверх показанного на фиг.2 фронта нарастания кристаллов параметр ΔP увеличивается. Это сигнализирует о необходимости повышения расхода регулирующего щелока и/или сокращения расхода суспензии (4).
SK
Несложное экспериментальное определение параметра ΔP возможно благодаря выполнению в цилиндрической образующей двух сквозных отверстий, расположенных в одном и том же месте окружности предпочтительно одно над другим. Одно из указанных отверстий находится на уровне суспензионной зоны (например, (8) на фиг.2), тогда как другое отверстие расположено на уровне зоны концентрирования (например, (7) на фиг.2), соответственно в зоне между фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя. Другие концы присоединенных к сквозным отверстиям трубопроводов соединены с измерительной головкой, фиксирующей разность давлений непосредственно между местами расположения обоих отверстий и, как правило, преобразующий измеренный параметр в другой, например, электрический сигнал.
SKB
SKB
SKB
SKB
В случае, если оба соединенных с измерительной головкой трубопровода расположены на одинаковом уровне, детектируемая измерительной головкой разность давлений между обоими отверстиями обычно не учитывает существующий гидростатический перепад давления, то есть при используемом методе измерений осуществляется соответствующая автоматическая корректировка. В этом случае результатом измерения является непосредственное значение параметра ΔP. Очевидно, что к соответствующей отдельной измерительной головке может быть присоединен любой трубопровод. При расположении измерительных головок на одинаковом уровне соответствующий параметр ΔP означает простую разность измеренных этими головками давлений. Параметр ΔP особенно просто можно определить с помощью мембраны для измерения разности давлений. Один из двух трубопроводов примыкает к левой стороне мембраны, в то время как другой трубопровод примыкает к ее правой стороне. Снабженная мембраной измерительная головка показывает непосредственное значение ΔP.
Во избежание закупоривания трубопроводов их предпочтительно заполняют жидкостью. Пригодными жидкостями являются, например, маточный щелок и чистый расплав. В случае суспензии растворимых в воде кристаллов (например, кристаллов акриловой кислоты) в качестве заполняющей жидкости целесообразно использовать также воду. В отличие от акриловой кислоты вода неспособна к радикальной полимеризации, и, кроме того, обладает отличной способностью растворять растущие рядом со сквозными отверстиями или внутри них кристаллы акриловой кислоты. Вода предпочтительно содержит растворенное в ней небольшое количество ингибитора полимеризации (например, фенотиазина, монометилового эфира гидрохинона, п-нитрозофенола, гидрохинона, нитрозодиэтиланилина, 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-N-оксида и/или 4-оксо-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-N-оксида). В процессе непрерывной эксплуатации промывной колонны целесообразно время от времени или непрерывно заменять заполняющую трубопроводы воду. Во избежание сопротивления перемещению кристаллического слоя соответствующее отверстие с внутренней стороны образующей гидравлической промывной колонны предпочтительно закрывают расположенной заподлицо с поверхностью заглушкой.
SK
Целесообразный в производственно-техническом отношении входной диаметр подобных отверстий, предназначенных для измерения ΔP, с наружной стороны колонны составляет ≤5 мм, часто ≤3 мм, как правило ≥1 мм. В производственно-техническом отношении может оказаться целесообразным непрерывное или ступенчатое сужение диаметра отверстий в направлении внутрь колонны.
SK
Согласно изобретению сквозное отверстие зоны концентрирования находится от фронта нарастания кристаллов на расстоянии, составляющем по меньшей мере одну треть, особенно предпочтительно по меньшей мере две трети и еще более предпочтительно по меньшей мере три четверти от общей протяженности зоны концентрирования. Сквозное отверстие зоны концентрирования, очевидно, может располагаться также на уровне фильтра. Расположение находящейся вне суспензионной зоны реперной точки для определения параметра ΔP внутри промывной колонны согласно изобретению является менее предпочтительным.
SK
Гидростатический перепад давления, очевидно, может быть определен также расчетным путем (по известным значениям удельной массы) и вычтен из результата измерения разности давлений ΔP (например, в случае, если трубопроводы проходят от сквозных отверстий к головкам для измерения давления, находящимся на разной высоте).
SK
В зоне концентрирования (соответственно в общей зоне, ограниченной фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя) на одной и той же высоте, очевидно, можно выполнить также несколько сквозных отверстий, предпочтительно равномерно распределенных по окружности гидравлической промывной колонны. Это позволяет одновременно определять несколько значений разности давлений ΔP и использовать результаты определения для установления (регулирования) расхода регулирующего щелока и/или суспензии (4).
SK
SK
1
2
Согласно изобретению для установления расхода регулирующего щелока, вводимого, соответственно рециркулируемого в промывную колонну насосом, и/или для установления расхода вводимой в промывную колонну суспензии (4) предпочтительно используют отношение V двух значений разности давлений (ΔP) и (ΔP) (оба параметра предпочтительно скорректированы с учетом соответствующего им гидростатического перепада давления), которые характеризуются тем, что соответствующие им реперные точки находятся в зоне концентрирования (соответственно в общей зоне, ограниченной фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя) на разной высоте. Соответствующие им реперные точки суспензионной зоны предпочтительно расположены на одинаковой высоте. Однако реперные точки суспензионной зоны в принципе могут быть расположены также на разных уровнях. Для обоих значений перепада давления можно использовать также одну и ту же реперную точку суспензионной зоны.
В стационарном рабочем режиме указанное отношение V составляет более 0 (значение 0 соответствует исчезающе малой протяженности кристаллического слоя) и менее 1 (значение 1 соответствует бесконечной протяженности кристаллического слоя), нередко ≥0,1 (соответственно ≥0,2) и ≤0,8. Это прежде всего относится к случаю, если обе расположенные вне суспензионной зоны реперные точки находятся в зоне концентрирования.
При изменении положения фронта нарастания кристаллов отношение V изменяется, что инициирует изменение расхода регулирующего щелока и/или суспензии (4). В случае смещения вверх показанного на фиг.1 фронта нарастания кристаллов отношение V увеличивается и инициирует повышение расхода вводимого регулирующего щелока и/или уменьшение расхода вводимой суспензии (4). В случае смещения вниз показанного на фиг.1 фронта нарастания кристаллов отношение V уменьшается и инициирует снижение расхода вводимого регулирующего щелока и/или снижение расхода вводимой суспензии (4).
SK
SK
1
2
Преимущество использования отношения V в качестве индикатора изменения положения фронта нарастания кристаллов состоит в том, что различные причины для изменения положения этого фронта (например, изменение расхода протекающей через кристаллический слой жидкости и/или изменение формы и/или размеров кристаллов) в равной степени воздействуют как на параметр (ΔP), так и на параметр (ΔP), в связи с чем отношение V независимо от подобных воздействий сохраняется неизменным.
SK
SK
1
2
Как показано на фиг.2, наиболее простое экспериментальное определение параметров (ΔP) и (ΔP) становится возможным благодаря выполнению над сквозным отверстием (7) вдоль зоны концентрирования гидравлической промывной колонны (соответственно общей зоны, ограниченной фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя) дополнительного сквозного отверстия (9) (сквозные отверстия (7), (9) и (8) не смещены относительно друг друга на окружности гидравлической промывной колонны, а расположены непосредственно одно над другим).
В подобном случае одно из двух ответвлений, например, присоединенного к сквозному отверстию (8) разветвляющегося напорного трубопровода примыкает к левой стороне одной из мембран для измерения разности давлений. К правой стороне этой мембраны примыкает, например, напорный трубопровод, присоединенный к сквозному отверстию (9), а к правой стороне другой мембраны соответствующим образом примыкает напорный трубопровод, присоединенный к сквозному отверстию (7).
На окружности гидравлической промывной колонны, очевидно, могут быть выполнены, например, до пяти или четырех сквозных отверстий (7), (8) и (9) (предпочтительно просверленных на одинаковом уровне). Это позволяет одновременно контролировать целую серию отношений V. Расход регулирующего щелока и/или суспензии (4) с производственно-технической точки зрения целесообразно увеличивать или уменьшать лишь в том случае, если преобладающая часть отношений V характеризуется метрологически обнаруживаемым отклонением в одном и том же направлении.
Перемещающее давление (его избыточное значение) в гидравлической промывной колонне зачастую достигает 10 бар, нередко 6 бар и часто находится в интервале от 1 до 5 бар, соответственно от 0,5 до 4 бар. Потери гидравлического напора потока маточного щелока, как правило, находятся в интервале от ≥100 мбар до ≤5 бар, соответственно ≤10 бар.
Частота вращения роторного ножа чаще всего находится в интервале от >0 до ≤100 об/мин, соответственно ≤60 об/мин. Температура в контуре циркуляции расплава обычно превышает температуру плавления подвергнутых промывке удаляемых кристаллов на величину, составляющую от 0,01 до 5°С, часто от 0,1 до 3°С.
Общая высота кристаллического слоя в гидравлической промывной колонне в типичном случае составляет от 300 до 2000 мм, зачастую от 500 до 1500 мм, нередко от 400 до 1000 мм. Длина фильтрующего элемента часто составляет от 20 до 200 мм. Информация, касающаяся параметров отверстий фильтрующего элемента, приведена на странице 7 описания международной заявки WO 03/041833. Длина вытеснителей фильтровальных труб обычно составляет от 100 до 500 мм. Типичный внутренний диаметр гидравлической промывной колонны составляет от 300 до 3000 мм. Типичный внутренний диаметр фильтровальных труб составляет от 5 до 200 мм, часто от 10 до 100 мм, нередко от 20 до 80 мм.
В случае промышленного использования предлагаемого в изобретении способа количество фильтровальных труб составляет от 3 до 200 или более. Длина зоны промывки в типичных случаях от 0,5 до 20 раз, предпочтительно от 1 до 8 раз и еще более предпочтительно от 2 до 5 раз, больше расстояния между образующей и ближайшей к ней фильтровальной трубой, которое, как правило, составляет от 25 до 500 мм, нередко от 40 до 250 мм, часто от 80 до 200 мм.
SK
SK
1
2
Согласно изобретению предпочтительно, если при отношении двух (предпочтительно скорректированных) значений разности давлений (ΔP) и (ΔP), равном V, расстояние между двумя реперными точками (между соответствующими сквозными отверстиями), предпочтительно находящимися в зоне концентрирования (соответственно в общей зоне, ограниченной фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя), составляет от 10 до 1000 мм, предпочтительно от 50 до 500 мм и особенно предпочтительно от 100 до 300 мм, соответственно 200 мм. Согласно изобретению целесообразное расстояние между двумя ближайшими к фронту нарастания кристаллов реперными точками, предпочтительно расположенными в зоне концентрирования, и фронтом нарастания составляет от 100 до 2000 мм, предпочтительно от 200 до 1000 мм.
Преимущества предлагаемого в изобретении способа прежде всего состоят в его экономичности и возможности непрерывного регулирования технологического процесса, соответственно управления этим процессом. Способ прежде всего можно реализовать в гидравлических промывных колоннах, описанных, например, в международных заявках WO 03/041833 и WO 03/041832. Разность температур маточного щелока и чистого расплава может составлять 15°С и более. Указанная разность температур нередко составляет от 4 до 10°С, а при незначительном содержании примесей в маточном щелоке зачастую даже не выходит за пределы интервала от 2 до 4°С.
Как указано выше, предлагаемый в изобретении способ прежде всего пригоден для сопровождаемого очисткой выделения кристаллов акриловой кислоты (соответственно метакриловой кислоты) из их суспензии в загрязненном расплаве акриловой кислоты (соответственно метакриловой кислоты), описанного в международных заявках WO 01/77056, WO 02/55469 и WO 03/78378. Прежде всего это относится к случаю, если кристаллы акриловой кислоты обладают формой от кубической до формы прямоугольных параллелепипедов с отношением длины к толщине (L:D), находящимся в интервале от 1:1 до 6:1, предпочтительно от 1:1 до 4:1 и особенно предпочтительно от 1,5:1 до 3,5:1. При этом толщина кристаллов (D) обычно составляет от 20 до 600 мкм, часто от 50 до 300 мкм. Длина кристаллов (L) обычно находится в интервале от 50 до 1500 мкм, часто от 200 до 800 мкм.
Речь идет прежде всего о суспензиях, которые могут быть получены, например, суспензионной кристаллизацией сырых акриловых кислот, содержащих:
от 65, 70, 75 или 85 до 99,5% масс. акриловой кислоты,
≥0, как правило, от 0,1 до 40% масс. или до 20% масс. воды,
≥0, как правило, от 0,001 до 5% масс. акролеина,
≥0, как правило, от 0,001 до 10% масс. метакролеина,
≥0, как правило, от 0,001 до 10% масс. метакриловой кислоты,
≥0, как правило, от 0,01 до 5% масс. уксусной кислоты,
≥0, как правило, от 0,01 до 5% масс. пропионовой кислоты,
≥0, как правило, от 0,001 до 5% масс. формальдегида,
≥0, как правило, от 0,001 до 5% масс. других альдегидов (при известных
условиях также одного другого альдегида, например, бензальдегида) и
≥0, как правило, от 0,01 до 5% масс. малеиновой кислоты.
В особенности речь идет о суспензиях, которые могут быть получены, например, суспензионной кристаллизацией сырых акриловых кислот и содержат:
≥70% масс. акриловой кислоты,
до 20% масс. воды,
до 15% масс. уксусной кислоты,
до 5% масс. пропионовой кислоты,
до 5% масс. низкомолекулярных альдегидов,
до 3% масс. ингибиторов полимеризации и
до 5% масс. олигомеров акриловой кислоты (аддуктов Майкла).
Прежде всего речь идет о суспензиях, которые могут быть получены, например, суспензионной кристаллизацией сырых акриловых кислот и содержат:
от 90 до 98% масс. акриловой кислоты,
от 0,2 до 5% масс. воды,
от 0,001 до 3% масс. акролеина,
от 0,001 до 3% масс. метакролеина,
от 0,01 до 3% масс. уксусной кислоты,
от 0,001 до 3% масс. пропионовой кислоты,
от 0,001 до 3% масс. других альдегидов и
0,001 до 3% масс. малеиновой кислоты.
При этом предпочтительным является осуществление суспензионной кристаллизации по меньшей мере в двух или по меньшей мере в трех параллельно функционирующих суспензионных кристаллизаторах. Полученные в них суспензии кристаллов направляют в общую буферную емкость, в которой совокупную суспензию кристаллов с целью гомогенизации подвергают непрерывному перемешиванию. Содержимое буферной емкости направляют далее предпочтительно по меньшей мере в две, особенно предпочтительно по меньшей мере в три параллельно функционирующие гидравлические промывные колонны. Пуск в эксплуатацию как параллельно функционирующих суспензионных кристаллизаторов, так и параллельно функционирующих гидравлических промывных колонн может быть смещен во времени или может осуществляться одновременно. Последующее образование кристаллической корочки также бывает смещено во времени и может быть надлежащим образом устранено со смещением во времени.
При этом отдельную промывную колонну и отдельный суспензионный кристаллизатор конструируют таким образом, чтобы две находящиеся в эксплуатации производственные единицы могли взять на себя функцию третьей, при известных условиях вышедшей из строя производственной единицы.
Предпочтительно используемые суспензионные кристаллизаторы приведены, например, в международной заявке WO 04/35514.
Предлагаемый в изобретении способ пригоден также для переработки суспензий других кристаллов, например, таких как суспензии кристаллов ксилола, в соответствии с европейской заявкой на патент ЕР-А 97405. Оптимальные результаты получают также при переработке суспензий кристаллов N-винилпирролидона.
Важным преимуществом предлагаемого в изобретении способа является также возможность его использования в гидравлических промывных колоннах с металлической образующей. При этом под металлами подразумевают как чистые металлы, так и сплавы, например, углеродистые стали, основные железные сплавы (специальная сталь, например, с добавками хрома (Cr) и никеля (Ni)) или основные никелевые сплавы (например, марки сплава Хастелой). В случае подлежащей выделению и очистке акриловой кислоты предпочтительным материалом металлической образующей является специальная сталь, прежде всего специальная сталь марок 1.4571, 1.4541, 1.4306 или 1.4404. Толщина ограничивающих технологический объем металлических стенок в целесообразном варианте составляет от 3 до 30 мм, часто от 4 до 20 мм и чаще всего от 5 до 15 мм. Последнее относится прежде всего к специальной стали.
Предлагаемый в изобретении способ можно использовать также в тех случаях, если образующая гидравлической промывной колонны выполнена из стекла или синтетического полимера.
SK
SKB
Типичное значение параметра ΔP или ΔP согласно предлагаемому в изобретении способу зачастую составляет от 50 до 8000 мбар, нередко от 100 до 4000 мбар, часто от 200 до 1000 мбар, соответственно до 750 мбар.
Типичное значение отношения V согласно предлагаемому в изобретении способу составляет от 0,1 до 0,8, часто от 0,2 до 0,4.
Предлагаемый в изобретении способ регулирования может быть основан на использовании указанных выше параметров.
Предлагаемый в изобретении способ регулирования, очевидно, можно использовать в сочетании со способами регулирования, известными из немецкой заявки на патент DE-A 10036881 и международной заявки WO 02/09839.
Подобным пригодным альтернативным способом является также радиометрический метод определения расхода регулирующего щелока и/или суспензии (4). В этом случае используют гамма-излучатель, лучи которого пронизывают кристаллический слой. Экстинкция при пропускании излучения через кристаллический слой зависит от протяженности последнего, а следовательно, от положения фронта нарастания кристаллов. Указанный способ также позволяет простейшим образом регулировать (устанавливать) расход регулирующего щелока и/или суспензии (4) по ослаблению излучаемого сигнала.
Согласно изобретению предпочтительно выбирают в основном стационарный поток суспензии (4) и положение фронта нарастания кристаллов регулируют в основном исключительно варьированием расхода регулирующего щелока. Таким образом, предлагаемый в изобретении способ прежде всего включает в себя способ регулирования гидравлической промывной колонны с ограничивающей ее цилиндрической огибающей (1), внутри которой через колонну параллельно оси цилиндра проходит одна или несколько фильтровальных труб (2), между стенками которых вблизи второго конца колонны расположен по меньшей мере один фильтр (3), образующий единственное непосредственное соединение находящегося под давлением Р1 внутреннего объема фильтровальных труб с внутренним объемом колонны, в соответствии с которым:
- по меньшей мере один поток суспензии (4), который содержит суспендированные в маточном щелоке кристаллы подлежащего очистке вещества, непрерывно вводят (например, посредством насоса (6)) в первый конец (5) колонны под давлением Р2, превышающим давление Р1,
- маточный щелок (7) вводят во внутренний объем фильтровальных труб через фильтры и выводят из колонны через фильтровальные трубы,
- в первый конец колонны и/или в пространство между ним и началом фильтров вводят регулирующий щелок (9),
- вследствие введения маточного щелока и при необходимости регулирующего щелока в колонне формируется кристаллический слой (10) подлежащего очистке вещества с обращенным к первому концу колонны фронтом нарастания кристаллов (11), на который непрерывно наслаиваются кристаллы вводимой суспензии,
- под действием силы, обусловленной потерями гидравлического напора потоков маточного щелока и регулирующего щелока в колонне, кристаллический слой перемещается (13) мимо фильтров в промывную зону, расположенную между фильтрами и вторым концом (12) промывной колонны,
- с противоположной фронту нарастания кристаллов стороны (14) кристаллического слоя непрерывно удаляют кристаллы,
- удаляемые кристаллы плавят (15) и часть расплава в виде потока промывочной жидкости (16) пропускают через кристаллический слой со второго конца колонны в направлении, противоположном направлению перемещения кристаллов, и
- положение фронта нарастания кристаллов регулируют изменением расхода вводимого в промывную колонну регулирующего щелока,
отличающийся тем, что
SK
для установления (регулирования) расхода вводимого в промывную колонну регулирующего щелока используют по меньшей мере одно значение разности давлений ΔP, имеющейся в колонне между по меньшей мере одной точкой в расположенной перед фронтом нарастания кристаллов суспензионной зоне (17) и по меньшей мере одной точкой в зоне, расположенной между фронтом нарастания кристаллов и концом кристаллического слоя (предпочтительно в зоне концентрирования (18) кристаллического слоя, ограниченной началом промывной зоны (19)).
Примеры
Газообразную смесь продуктов двухступенчатого гетерогенно катализируемого парофазного окисления пропилена подвергали фракционирующей конденсации в колонне для фракционирующей конденсации, через боковой отвод которой отбирали 1,5 т/ч сырой акриловой кислоты, обладающей следующим составом:
акриловая кислота
96,1% масс.,
акролеин
446 млн<sup>-1</sup> масс.,
аллилакрилат
20 млн<sup>-1</sup> масс.,
диакриловая кислота
3764 млн<sup>-1</sup> масс.,
уксусная кислота
7460 млн<sup>-1</sup> масс.,
фурфураль
6719 млн<sup>-1</sup> масс.,
бензальдегид
7131 млн<sup>-1</sup> масс.,
пропионовая кислота
751 млн<sup>-1</sup> масс.,
фенотиазин
91 млн<sup>-1</sup> масс.,
монометиловый эфир гидрохинона
247 млн<sup>-1</sup> масс.,
вода
0,83% масс.
Содержание воды в сырой акриловой кислоте повышали до 2,3% масс. непрерывным добавлением 22,5 кг/ч воды, после чего продукт с температурой 20°С направляли в суспензионный кристаллизатор. В качестве кристаллизатора использовали кристаллизатор с охлаждаемыми дисками (изготовитель фирма GMF, Нидерланды) емкостью 2500 литров с семью дисками диаметром 1,25 м. В качестве охлаждающего агента через диски пропускали смесь воды с гликолем (70/30% об.) с температурой на входе, составляющей от 1,5 до 2°С. Расплав и охлаждающий агент пропускали через кристаллизатор противотоком. Пропущенный через кристаллизатор расплав остывал до 8°С, количество образовавшихся при охлаждении кристаллов составляло около 24% масс. в пересчете на общую массу суспензии.
Часть полученной суспензии ротационно-поршневым насосом с регулируемой частотой вращения непрерывно направляли в гидравлическую промывную колонну. Промывная колонна обладала цилиндрическим технологическим объемом с внутренним диаметром 263 мм, металлические стенки которого толщиной 5 мм были выполнены из специальной стали марки 1.4571. Промывная колонна была оснащена смонтированной по ее центру фильтровальной трубой для отведения жидкости с наружным диаметром 48 мм и толщиной стенок 2 мм, выполненной из аналогичной специальной стали. Длина технологического объема составляла 1230 мм.
Длина фильтровальной трубы составляла 1225 мм. Длина фильтра составляла 60 мм. Фильтр был смонтирован внутри фильтровальной трубы на расстоянии 970 мм от ее верхнего конца. Удаление кристаллов, образующихся на нижней стороне промывной колонны, осуществляли ножом, вращающимся с частотой 60 об/мин. Кристаллический слой перемещался сверху вниз.
-1
SKB
SKB
Удаленные кристаллы подвергали повторному суспендированию в контуре циркуляции расплава, эксплуатируемом при температуре 14°С (точке плавления выделенных очищенных кристаллов). При этом во вводимую в циркуляционный контур суспензию добавляли используемый в качестве ингибитора полимеризации монометиловый эфир гидрохинона (278 млнмасс.) и барботировали воздух. Посредством теплообменника осуществляли косвенный теплообмен циркулирующей в контуре суспензии с целью максимально полного плавления повторно суспендированных в ней кристаллов. В качестве насоса для циркуляции расплава использовали центробежный насос двойного действия с контактным уплотнительным кольцом (1500 об/мин). В качестве уплотняющей жидкости использовали смесь воды с гликолем (85/15% об.), которую подвергали косвенному охлаждению охлаждающей водой. Положение фронта промывки в промывной колонне контролировали несколькими приборами для измерения температуры, аксиально расположенными на разных уровня колонны, и регулировали при согласовании с расходом отбираемого из контура циркуляции расплава чистого продукта. Контроль высоты кристаллического слоя (положения фронта нарастания кристаллов) осуществляли по отрегулированной на 250 мбар скорректированной разности давлений ΔP, существующей в стационарном состоянии между первым сквозным отверстием, находящимся в пределах суспензионной зоны, и вторым сквозным отверстием, расположенным на 300 мм ниже первого сквозного отверстия (на фиг.3 показана типичная зависимость параметра ΔP (ось ординат, мбар) от расстояния (ось абсцисс, мм) между фронтом нарастания кристаллов и вторым сквозным отверстием при неизменном положении первого сквозного отверстия). В гидравлическую промывную колонну вводили 1400 кг/ч суспензии из кристаллизатора с охлаждающими дисками. Температура суспензии составляла около 8°С. В верхней части колонны устанавливалось избыточное давление, которому соответствовал диапазон от 2,0 до 2,2 бар со средним значением 2,05 бар. Избыточное давление в нижнем конце колонны составляло от 1,8 до 2,0 бар. Расход регулирующего щелока (части стекающего через фильтр материального потока), возвращаемого соответствующим насосом в промывную колонну (в точку линии подачи суспензии, расположенную позади ротационно-поршневого насоса), в стационарном режиме эксплуатации колонны составлял 1400 кг/ч.
Из контура циркуляции расплава отбирали 325 кг/ч чистого продукта (очищенной акриловой кислоты). Это соответствовало выходу чистого продукта, составляющему 96,7% масс. в пересчете на количество вводимых в промывную колонну с суспензией кристаллов. Чистый продукт обладал следующим составом:
акриловая кислота
99,75% масс.,
акролеин
не обнаружен,
аллилакрилат
не обнаружен,
уксусная кислота
1457 млн<sup>-1</sup> масс.,
фурфураль
3 млн<sup>-1</sup> масс.,
бензальдегид
2 млн<sup>-1</sup> масс.,
пропионовая кислота
209 млн<sup>-1</sup> масс.,
фенотиазин
не обнаружен,
монометиловый эфир гидрохинона
278 млн<sup>-1</sup> масс.,
вода
<0,05% масс.
Фронт промывки и фронт нарастания кристаллов в течение всего времени эксперимента характеризовались удовлетворительной стабильностью.
Предварительное описание заявки на патент США №60/673339 (подана 21.04.2005) включено в настоящую заявку в качестве ссылки. Указанное описание может содержать многочисленные изменения и расхождения по сравнению с настоящим описанием. В связи с этим следует исходить из того, что осуществление изобретения в соответствии с представленной ниже формулой может отличаться от указанного предварительного описания.