一種五氟乙烷的提純方法與流程
2023-05-19 02:55:31
本發明屬於五氟乙烷提純技術領域，尤其涉及一種五氟乙烷的提純方法。
背景技術：
五氟乙烷(hfc-125)已被作為新一代的消耗臭氧層物質(ods)替代品而廣泛應用於製冷劑、發泡劑、推進劑和滅火劑。在生產過程的粗產品中常含有其他的滷代烴雜質，唯有cfc-115具有與hfc-125接近的沸點(cfc-115的沸點-38.7℃，hfc-125的沸點-48.5℃)，而且這兩種化合物的相對揮發度接近於1，僅靠普通的分餾技術無法將它們徹底分離而達到提純hfc-125的目的。萃取精餾法是解決這一問題的有效途徑，但普遍存在萃取分離效率不夠高、萃取劑價格昂貴或hfc-125產品中萃取劑的殘留量較高等問題，造成hfc-125產品純度難有提高。
技術實現要素：
本發明目的在於解決現有技術中存在的上述技術問題，提供一種五氟乙烷的提純方法，工藝簡單，易於控制，採用萃取精餾再蒸餾的方式，分離效率高，將粗產物有效分離，分離後的成品五氟乙烷純度可達99.9％以上，純度高，品質好，分離後的副產物五氟一氯乙烷則進行回收利用，再轉化為產品五氟乙烷，提高了副產物的利用率，變廢為寶。
為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種五氟乙烷的提純方法，其特徵在於包括如下步驟：
(a)預備反應裝置：首先利用常規方法檢查精餾塔、蒸餾塔、回流罐及固定床反應器的氣密性，在精餾塔內安裝液體分布器，均勻布置精餾塔和蒸餾塔內的填料，再預熱精餾塔和蒸餾塔，避免操作過程中裝置出現漏氣現象而影響產物的收率，布置填料分布均勻，可有效提高粗品精餾分離的效果，從而提高成品的純度，提前預熱裝置可有效減少萃取時間，加快分離效率，降低能耗；
(b)萃取精餾：將五氟乙烷粗產物從精餾塔中部的入料口打入，同時將萃取劑從精餾塔上部的入液口加入，萃取劑經進液管順勢流入液體分布器中，導流管將萃取劑引流入分配管中，再依次流向各支布液管，經排液孔噴淋而下，五氟乙烷粗產物氣流上升，在折流板的引導下，兩者進入填料中接觸，形成連續逆流萃取，控制塔底溫度為110～140℃，塔頂溫度為35～65℃，壓力控制在1.2～1.5mpa，粗產物為五氟乙烷和五氟一氯乙烷的混合共沸物，將兩者與萃取劑接觸，增加它們之間的相對揮發度，以達到分離提純的目的，液體分布器將萃取劑噴淋均勻，配合均勻布置的填料，有效增加液相萃取劑與氣相粗產物的接觸面積和接觸時間，從而提高萃取效果，經萃取分離後的五氟一氯乙烷繼續上升至精餾塔塔頂，溶解了五氟乙烷的萃取液則靠重力下流至塔底，實現萃取分離；
(c)蒸餾純化：精餾塔塔頂排出的氣相產物進入第一冷凝器，冷凝後的液體一部分經回流管回流入精餾塔中，剩餘液體在回流罐中儲存起來，精餾塔塔底排出五氟乙烷和萃取劑的混合液，將該混合液送入到蒸餾塔中，控制蒸餾塔塔釜溫度為40～45℃，萃取劑和五氟乙烷分離，五氟乙烷從蒸餾塔塔頂排出，經第二冷凝器冷凝後作為成品送入貯藏罐中，萃取劑則從蒸餾塔塔底排出，經循環泵重新打入至精餾塔的入液口中，五氟一氯乙烷從精餾塔塔頂收集，冷凝後的回流液繼續參與萃取精餾過程，形成一個萃取循環過程，從而提高分離後各產物的純度，在蒸餾塔內將萃取劑和五氟乙烷分離，分離後的萃取劑繼續打回到精餾塔中循環利用，提高了萃取劑的利用率，浪費率低，貯藏罐中收集的五氟乙烷純度高，可達99.9％以上，符合使用要求；
(d)副產物利用：將回流罐中收集的五氟一氯乙烷與氫氣、氮氣的混合氣體混合後一起通入到固定床反應器中，固定床反應器中的反應溫度為250～300℃，反應壓力為常壓，催化劑為採用浸漬法得到的pd/活性炭，反應結束後收集終產物，採用加氫脫氯的方法將原粗產物中分離出來的五氟一氯乙烷轉化為五氟乙烷，既解決了五氟一氯乙烷的處理問題，又方便合成了產品五氟乙烷，提高了副產物的利用率。
進一步，步驟(b)中萃取劑為丙酮和環已酮的混合液，丙酮與環已酮的質量比為5～8：1，採用以丙酮為主環已酮為輔的萃取劑組合，五氟乙烷易於溶解在萃取劑中，而五氟一氯乙烷難溶於萃取中，易於揮發，使相對揮發度增大，有效提高萃取分離效率，從而有效提高五氟乙烷的產品質量優級品率，組合型萃取劑存在協同效應，對相對揮發度的提高程度大於相應的單一萃取劑，價格低廉易得、選擇性高，且可回收循環使用，合理控制萃取劑用量，可減少動力消耗和操作成本。
進一步，步驟(b)中通過旋渦泵接流量計的方式將萃取劑加入到精餾塔中，旋渦泵通過多次連續做功的方式把能量傳遞給萃取劑，使丙酮和環已酮混合均勻，流動性強，以旋流的方式送入精餾塔中。
進一步，步驟(a)中精餾塔內設有支撐柵板，支撐柵板位於液體分布器的下方，支撐柵板之間設有不鏽鋼波紋絲網規整填料，該填料由若干平行直列的不鏽鋼波紋網片排列組成的圓盤狀填料，具備較高的分離能力，增大了氣、液兩相的接觸面積，並為提高氣相的湍動程度創造條件，以利於傳質，支撐柵板用於隔斷、保護填料，以防被上升氣流吹動，使填料分布均勻，防止填料散亂分布在精餾塔內，方便控制空隙率，減小氣體通過阻力，提高傳質效果。
進一步，支撐柵板上設有折流板，相鄰折流板等距分布，折流板呈曲線型，有效引導粗產物上升氣流與下流的萃取劑進入填料，相互接觸，從而提高萃取分離效率。
進一步，精餾塔內設有濾網，濾網位於支撐柵板與液體分布器之間，在萃取精餾過程中，氣流上升，濾網起到吸附、阻止氣流中雜質通過的作用，降低雜質堵塞液體分布器的風險，以確保液體分布器可在長時間內有效運行。
進一步，步驟(b)中液體分布器包括分配管、導流管和布液管，導流管設於分配管上，導流管連通分配管，布液管設於分配管的兩側，布液管連通分配管，相鄰布液管等距分布，布液管的底面上均勻分布有排液孔，進液管連通導流管，萃取劑經進液管順勢流入導流管中，在重力作用下，導流管將萃取劑引流入分配管中，再依次流向各支布液管，經排液孔噴淋而下，相鄰布液管等距分布，保證各噴淋點位置對稱、排列均勻、單位面積流率均勻，氣體通過的截面積大，提高了氣相和液相的接觸面積，從而提高萃取效果，該液體分布器結構緊湊空間小，製造容易，不易堵塞，操作彈性大。
進一步，導流管與進液管之間設有密封套，密封套包括上卡套與下夾套，上卡套與下夾套為一體結構，上卡套設於進液管的下端，下夾套設於導流管的頂端，密封套提高了導流管與進液管之間的連接緊密性，不會出現漏氣、漏液的現象，密封套具有彈性，抗壓、抗衝擊能力強，結構簡單，實用性強。
本發明由於採用了上述技術方案，具有以下有益效果：
本發明工藝簡單，易於控制，採用萃取精餾再蒸餾的方式，分離效率高，將粗產物有效分離，分離後的成品五氟乙烷純度可達99.9％以上，純度高，品質好，分離後的副產物五氟一氯乙烷則進行回收利用，再轉化為產品五氟乙烷，提高了副產物的利用率，變廢為寶，並精簡萃取流程，極大減少了萃取分餾的開車時間，並為五氟乙烷優級品率的提升創造了條件，整個流程形成一個萃取循環過程，分離後的萃取劑再次循環利用，價廉，浪費率低，有效減少成本。
本發明中液體分布器結構緊湊空間小，製造容易，不易堵塞，操作彈性大，各噴淋點位置對稱、排列均勻、單位面積流率均勻，萃取劑從排液孔噴淋而出，範圍大，提高了萃取劑和粗產物上升氣流的接觸面積，從而提高萃取效果，有效提高萃取分離效果，從而提高後續收集的五氟乙烷純度。
附圖說明
下面結合附圖對本發明作進一步說明：
圖1為本發明一種五氟乙烷的提純方法的結構示意圖；
圖2為本發明中液體分布器的結構示意圖；
圖3為本發明中液體分布器和進液管連接的結構示意圖。
圖中：1-精餾塔；2-蒸餾塔；3-回流罐；4-液體分布器；5-支撐柵板；6-入料口；7-入液口；8-分配管；9-導流管；10-布液管；11-排液孔；12-進液管；13-密封套；14-上卡套；15-下夾套；16-折流板；17-濾網；18-第一冷凝器；19-回流管；20-第二冷凝器；21-貯藏罐；22-循環泵。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，為本發明一種五氟乙烷的提純方法，包括如下步驟：
(a)預備反應裝置：首先利用常規方法檢查精餾塔1、蒸餾塔2、回流罐3及固定床反應器的氣密性，在精餾塔1內安裝液體分布器4，均勻布置精餾塔1和蒸餾塔2內的填料，再預熱精餾塔1和蒸餾塔2，避免操作過程中裝置出現漏氣現象而影響產物的收率，布置填料分布均勻，可有效提高粗品精餾分離的效果，從而提高成品的純度，提前預熱裝置可有效減少萃取時間，加快分離效率，降低能耗。精餾塔1內設有支撐柵板5，支撐柵板5位於液體分布器4的下方，支撐柵板5之間設有不鏽鋼波紋絲網規整填料，該填料由若干平行直列的不鏽鋼波紋網片排列組成的圓盤狀填料，具備較高的分離能力，增大了氣、液兩相的接觸面積，並為提高氣相的湍動程度創造條件，以利於傳質，支撐柵板5用於隔斷、保護填料，以防被上升氣流吹動，使填料分布均勻，防止填料散亂分布在精餾塔1內，方便控制空隙率，減小氣體通過阻力，提高傳質效果。
(b)萃取精餾：將五氟乙烷粗產物從精餾塔1中部的入料口6打入，同時通過旋渦泵接流量計的方式將萃取劑從精餾塔1上部的入液口7加入，萃取劑為丙酮和環已酮的混合液，丙酮與環已酮的質量比為5～8：1，採用以丙酮為主環已酮為輔的萃取劑組合，五氟乙烷易於溶解在萃取劑中，而五氟一氯乙烷難溶於萃取中，易於揮發，使相對揮發度增大，有效提高萃取分離效率，從而有效提高五氟乙烷的產品質量優級品率，組合型萃取劑存在協同效應，對相對揮發度的提高程度大於相應的單一萃取劑，價格低廉易得、選擇性高，且可回收循環使用，合理控制萃取劑用量，可減少動力消耗和操作成本。旋渦泵通過多次連續做功的方式把能量傳遞給萃取劑，使丙酮和環已酮混合均勻，流動性強，以旋流的方式送入精餾塔1中。
液體分布器4包括分配管8、導流管9和布液管10，導流管9設於分配管8上，導流管9連通分配管8，布液管10設於分配管8的兩側，布液管10連通分配管8，相鄰布液管10等距分布，布液管10的底面上均勻分布有排液孔11，排液孔11的孔徑為10～15mm，保證各噴淋點位置對稱、排列均勻、單位面積流率均勻，氣體通過的截面積大，提高了氣相和液相的接觸面積，從而提高萃取效果。入液口7連通進液管12，進液管12為折型管，具有斜度，利於萃取劑下流。進液管12連通導流管9，導流管9與進液管12之間設有密封套13，密封套13包括上卡套14與下夾套15，上卡套14與下夾套15為一體結構，上卡套14設於進液管12的下端，下夾套15設於導流管9的頂端，密封套13提高了導流管9與進液管12之間的連接緊密性，不會出現漏氣、漏液的現象，密封套13具有彈性，抗壓、抗衝擊能力強，結構簡單，實用性強。該液體分布器4結構緊湊空間小，製造容易，不易堵塞，操作彈性大。支撐柵板5上設有折流板16，相鄰折流板16等距分布，折流板16呈曲線型，有效引導粗產物上升氣流與下流的萃取劑進入填料，相互接觸，從而提高萃取分離效率。精餾塔1內設有濾網17，濾網17位於支撐柵板5與液體分布器4之間，在萃取精餾過程中，氣流上升，濾網17起到吸附、阻止氣流中雜質通過的作用，降低雜質堵塞排液孔11的風險，以確保液體分布器4可在長時間內有效運行。
萃取劑經進液管12順勢流入液體分布器4中，導流管9將萃取劑引流入分配管8中，再依次流向各支布液管10，經排液孔11噴淋而下，五氟乙烷粗產物氣流上升，在折流板16的引導下，兩者進入填料中接觸，形成連續逆流萃取，控制塔底溫度為110～140℃，塔頂溫度為35～65℃，壓力控制在1.2～1.5mpa，粗產物為五氟乙烷和五氟一氯乙烷的混合共沸物，將兩者與萃取劑接觸，增加它們之間的相對揮發度，以達到分離提純的目的，液體分布器4將萃取劑噴淋均勻，配合均勻布置的填料，有效增加液相萃取劑與氣相粗產物的接觸面積和接觸時間，從而提高萃取效果，經萃取分離後的五氟一氯乙烷繼續上升至精餾塔1塔頂，溶解了五氟乙烷的萃取液則靠重力下流至塔底，實現萃取分離。
(c)蒸餾純化：精餾塔1塔頂排出的氣相產物進入第一冷凝器18，冷凝後的液體中一部分回流液經回流管19回流入精餾塔1中，剩餘液體在回流罐3中儲存起來，五氟一氯乙烷從精餾塔1塔頂收集，冷凝後的回流液繼續參與萃取精餾過程，形成一個萃取循環過程，從而提高分離後各產物的純度。精餾塔1塔底排出五氟乙烷和萃取劑的混合液，將該混合液送入到蒸餾塔2中，控制蒸餾塔2塔釜溫度為40～45℃，五氟乙烷的沸點為-48.5℃，與萃取劑的沸點差異較大，分離簡單，分離後的五氟乙烷從蒸餾塔2塔頂排出，經第二冷凝器20冷凝後作為成品送入貯藏罐21中，貯藏罐21中收集的五氟乙烷純度高，可達99.9％以上，符合使用要求。萃取劑則從蒸餾塔2塔底排出，經循環泵22重新打入至精餾塔1的入液口7中，分離後的萃取劑繼續打回到精餾塔1中循環利用，提高了萃取劑的利用率，浪費率低。可增設蒸餾塔2和循環泵22的數量，蒸餾塔2之間相互連接，採用多次蒸餾的方式將五氟乙烷中殘留的萃取劑分離出來，從而提高最終成品五氟乙烷的純度。
(d)副產物利用：將回流罐3中收集的五氟一氯乙烷與氫氣、氮氣的混合氣體混合後一起通入到固定床反應器中，固定床反應器中的反應溫度為250～300℃，反應壓力為常壓，催化劑為採用浸漬法得到的pd/活性炭，採用氮氣稀釋氫氣的條件下進行反應，可有效減少反應的熱效應，提高五氟一氯乙烷的轉化率，反應結束後收集終產物，採用加氫脫氯的方法將原粗產物中分離出來的五氟一氯乙烷轉化為五氟乙烷，既解決了五氟一氯乙烷的處理問題，又方便合成了產品五氟乙烷，提高了副產物的利用率。
本發明工藝簡單，易於控制，採用萃取精餾再蒸餾的方式，分離效率高，將粗產物有效分離，分離後的成品五氟乙烷純度可達99.9％以上，純度高，品質好，分離後的副產物五氟一氯乙烷則進行回收利用，再轉化為產品五氟乙烷，提高了副產物的利用率，變廢為寶，並精簡萃取流程，極大減少了萃取分餾的開車時間，並為五氟乙烷優級品率的提升創造了條件，整個流程形成一個萃取循環過程，分離後的萃取劑再次循環利用，價廉，浪費率低，有效減少成本。
本發明中液體分布器4結構緊湊空間小，製造容易，不易堵塞，操作彈性大，各噴淋點位置對稱、排列均勻、單位面積流率均勻，萃取劑從排液孔11噴淋而出，範圍大，提高了萃取劑和粗產物上升氣流的接觸面積，從而提高萃取效果，有效提高萃取分離效果，從而提高後續收集的五氟乙烷純度。
以上僅為本發明的具體實施例，但本發明的技術特徵並不局限於此。任何以本發明為基礎，為解決基本相同的技術問題，實現基本相同的技術效果，所作出的簡單變化、等同替換或者修飾等，皆涵蓋於本發明的保護範圍之中。