一种高纯度丙烯酸用结晶器

技术领域

本发明涉及提纯设备技术领域，特别是涉及一种高纯度丙烯酸用结晶器。

背景技术

高纯丙烯酸是指丙烯酸含量达到99.9％以上的较高纯度丙烯酸，其他杂质：丙烯醛、糠醛、苯甲醛、醋酸、丙酸、马来酸酐、二聚体含量极少，主要用于生产高吸水性树脂(SAP)。目前高纯丙烯酸是对丙烯酸普酸使用精馏法和结晶法去除杂质进行提纯获得：

精馏法：由于粗丙烯酸中的一些杂质(如丙烯醛)的沸点与丙烯酸十分接近，因此采用精馏法制备高纯丙烯酸时，需先添加一种化学品(如联胺、硫醇等)将这些杂质转化成高沸点物质，然后通过精馏脱除杂质。典型的精馏法生产高纯丙烯酸装置主要设备有熟化器(反应器)、丙烯酸精馏塔和丙烯酸回收塔等。

结晶法：结晶法工艺发展较晚，但是目前有后来居上的趋势。由于熔融结晶法不使用溶剂、设备简单，对易聚合、难精馏、高沸点有机物的分离和精制具有独特的优点，目前几乎完全取代精馏法生产高纯丙烯酸。熔融结晶的原理很简单，将一种不纯的、已熔融物质冷却至凝固点，物质形成结晶而从原液中分离出来。由于各种物质的结晶温度不一样，通过控制温度就能将各种物质分离出来以达到提纯的目的。

降膜结晶是一种新型的结晶分离技术，其包括结晶、发汗和熔融三个步骤。其原理为：物料沿结晶内管壁自上而下流动形成液膜。冷却介质沿外管壁流动，通过管壁与物料进行传热使得内管壁的物料膜降温。由于液膜的传热效率高，降温的物料膜到达结晶温度时在流动过程中就结晶。

目前国内外高纯丙烯酸绝大部分采用结晶法生产，用得多的是降膜熔融结晶。由于受结晶管传热面积的限制，现在大部分高纯丙烯酸装置为了提高产量都采取加大结晶管内外壁的温差来加速传热，达到快速降温结晶和升温熔融。这样就造成控温不精，使得降温结晶时结晶管内各个点上的原液膜温度相差很大。降温快的地方温度低原液膜结晶时会将杂质包含在晶体里面，发汗时增加了发汗的难度和发汗量。发汗量达到结晶量的10％，一些精丙烯酸随着发汗液进入低含量槽，导致产品收率下降。

为了保证原液在结晶器内有效结晶，结晶管的长度都很长，一般有18米。冷热媒从结晶器的下部进上部出。经过长距离的换热，冷热媒进出结晶器的温度相差很大。造成结晶管内的晶体在长度方向厚薄不一样、晶体纯度有差异。同样增加了发汗时发汗的难度和发汗量。增加冷热媒进出口管径。

丙烯酸的密度为1.051t/m

受设备条件限制，现有利用冰晶法提纯丙烯酸的装置，无法根据物料的特性对物料进行精准控温。工艺也无法提供详细的控制参数。使得现有的丙烯酸提纯装置温控不精、生产连续性差、自动化程度低。致使现有装置普遍存在产能低、收率低(约60％)、成本高。

发明内容

鉴于现有结晶法提纯丙烯酸装置中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高纯度丙烯酸用结晶器，用于解决采用现有的降膜熔融结晶装置进行分离提纯时能耗高、结晶厚度不均、产品纯度低、收率低，生产连续性差等技术问题。

一种高纯度丙烯酸用结晶器，包括分配段和收集段，分配段用于原液分配，收集段用于流体收集，分配段的上部设有挡板，分配段上设有进料口，收集段的下部设有出料口，其特征在于，所述的分配段和收集段之间设有结晶段，所述的结晶段设有n个结晶区，分别为第1结晶区、第2结晶区……第n结晶区，n≥2，结晶区上分别设有冷热媒进口和冷热媒出口，每两个结晶区之间通过法兰密封连接，结晶区内分别设有一组竖向结晶管，每两个结晶区之间的结晶管相互连通，顶部结晶管的上部与S形管相连通，所述的S形管的上部与挡板相连通，底部结晶管的下部与收集段相连通。S形管作用是将物料均匀分布在每个结晶管，保证结晶成膜厚度均匀。

优选地：为了防上结晶管内的晶体坍塌，尤其在发汗的时候。掉落至原液中的晶体会重新熔化降低了产能、增加了能耗。大块晶体掉落时甚至会造成结晶管拥堵，易使结晶包裹杂质。在发汗过程中，拥堵的结晶管还会造成发汗液无法顺利排出，影响了产品纯度。结晶管中均设有一组等比例圆周状排列的内翅片，其中相邻结晶区内的内翅片之间交叉错位排列，交叉错位排列，即上层结晶区结晶管中的内翅片a与下层结晶区中的内翅片b的翅片角度不同形成错位排列，如此设计一方面可以提高传热效率，还可以防止大块晶体掉落造成结晶管拥堵，保证结晶包裹杂质较少。

优选地：为了增加传热效率，所述的结晶管的外部设有外翅片。

优选地：为了更好的起到导流作用，结晶区中的内翅片的上部设有原液导流板

优选地：为了达到布膜均匀的效果，原液导流板的形状为倒圆锥状。

优选地：为了保证分配段不结晶，所述的分配段上设有伴热管a。

优选地：为了保证收集段的温度，所述的收集段上设有伴热管b。

本发明具有以下有益效果：通过增加内翅片管，换热面积增大一倍，单位时间内成膜厚度由传统降膜结晶器的26.67mm增大到28.26mm。液膜的温度更加均匀，温差小，结晶纯度提高，杂质不容易进入晶体，发汗比率降低至4.95％，通过分段结晶，结晶器结晶冷媒出入口温差由传统降膜结晶器的18.5℃缩小至14℃。产量增大的同时降低冷媒消耗量，降低能耗成本，通过本发明的结构改造还可以防止大块晶体掉落时甚至会造成结晶管拥堵问题，降低了结晶包裹杂质含量，保证发汗液顺利排出，从而提高了产品纯度。

附图说明

图1为本发明的内部结构图；

图2为本发明的结晶管连接处结构图；

图3为本发明的原液导流板结构图；

图4为本发明的结晶管俯视图a；

图5为本发明的结晶管俯视图b；

图6为本发明的结晶管俯视图c。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图6所示：

一种高纯度丙烯酸用结晶器，包括分配段1和收集段6，分配段1的上部设有挡板1-2，分配段1上设有进料口1-1，收集段6的下部设有出料口6-2，所述的分配段1和收集段6之间设有结晶段，所述的结晶段设有2个结晶区2，分别为第1结晶区和第2结晶区，第1结晶区和第2结晶区上分别设有冷热媒进口和冷热媒出口，每两个结晶区2之间通过法兰3密封连接，结晶区内分别设有一组竖向结晶管5，每两个结晶区2之间的结晶管5相互连通，顶部结晶管5的上部与S形管4相连通，所述的S形管4的上部与挡板1-2相连通，底部结晶管5的下部与收集段6相连通，第1结晶区内的结晶管5中均设有一组等比例圆周状排列的内翅片a7，第2结晶区内的结晶管5中设有一组等比例圆周状排列的内翅片b8，内翅片a7和内翅片b8之间交叉错位排列，所述的结晶管5的外部设有外翅片5-3。结晶区中的内翅片的上部设有原液导流板5-1，所述的原液导流板5-1的形状为倒圆锥形。所述的分配段1上设有伴热管a1-3，所述的收集段上设有伴热管b6-1，本发明的结晶区的数量可以根据实际需要进行调整，可以为3个、4个、5个等。

本发明的工作原理如下：使用本发明的设备对粗丙烯酸进行结晶、发汗和熔融达到去除精丙烯酸中的杂质，通过本发明的特殊结构改造，可以解决现有设备存在的诸多问题，一方面降低了能耗、另一方面防止结晶管堵塞，还可以防止杂质进入晶体，本发明的所有工艺都是连贯的，通过DCS来控制和监控。通过自动化工艺，可以保证准确的单个阶段的实现。每个阶段是否需要第二次发汗依据产品来定。

下表为本发明的具体参数与现有设备的具体参数对比：

使用本发明的结晶器制备的高纯丙烯酸产品指标及产量具体见下表：

通过改变结晶器形式：1、增加翅片管，增大换热面积；2、分段结晶，减少冷媒出入口温差。通过自动化批控设计，实现装置自动化运行，最终达到预想目标：1、高纯丙烯酸收率达到98.5％，少量残液作为危废处理。2、自动化程度实现DCS一键运行，无人值守。3、产量可达到7万吨/年，降低产品能耗成本。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。