专利名称：一种高低温萃取高效混合结晶装置及用于提纯咔唑的方法
技术领域：
本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种结构简单，工作稳定可靠的小型高低温萃取高效混合结晶装置，利用该装置的两相或多相组分进行萃取结晶实现分离提纯的生产方法。
背景技术：
我国是缺油、少气，煤炭资源丰富的国家，随着我国焦炭行业的大发展，极大推动了其焦炭生产的副产品煤焦油深加工产业的发展，也必然带来以煤为原料的化工产业链的发展，更是我国化学工业的基本特色。据测算全国按年产焦炭1.4亿吨计，则可副产煤焦油4900万吨/年，由于我国长期以来焦化产业重焦炭生产而轻化产综合利用，资源没有很好地加以利用。近年来煤焦油资源的深加工技术得到快速发展和应用，其中焦油中精蒽、咔唑、芴等作为重要的化工原料，其价值最高，如何有效地提纯该类物质一直是焦油深加工行业追求的目标之一。但因煤化工集中度不足，生产规模不集中，煤焦油深加工装置系统能力配套小，分支出不少独立的煤焦油深加工企业。这类企业已更快的步伐向现代化工稳步推进，逐步向精细化工拓展；由传统的仅加工出工业萘、粗酚、洗油等少量高含量的产品外，逐步提取其中含量相对低、而附加值高的产品提取，如精蒽、咔唑、芴、苊、α-甲基萘、β-甲基萘、喹啉、吲哚等产品，而这些产品单纯采用精馏单一方法无法实现提纯达到合格产品程度，主要是由于煤焦油是一组成较为复杂的多相混合物体系，其部分组分沸点及极性接近， 高效的精馏无法实现，进而研究采用萃取结晶方法作为辅助，在蒽油体系中蒽、咔唑、菲等混合体系中表现非常明显。现有技术咔唑的萃取结晶采用高温馏分先进入结晶器，让其自然降温到一定温度，然后在搅拌条件下缓慢加入溶剂，然后加热升温至全部融化，再进行程序降温的工艺路线，控制结晶体粒度。但存在馏分降温时易凝固、不易分散的缺陷，导致溶剂沸腾，出现操作事故，不利于操作控制。为此，本发明人经过综合试验研究，研制开发了一种小型高低温萃取高效混合结晶装置，利用该装置的两相或多相组分进行萃取结晶实现分离提纯的生产方法，试验证明，应用效果良好。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种结构简单，工作稳定可靠，用于高温与低温低沸点介质之间进行传质和传热混合过程的小型高低温萃取高效混合结晶装置；另一目的在于提供一种利用本发明装置提纯咔唑的方法。本发明的第一目的是这样实现的，包括主体、高温介质进料管、溶剂进料管、隔板组以及混合物出料管，所述的主体纵轴一端设置高温介质进料管，并伸入主体内部；主体另一端一侧设置混合物出料管，所述的主体内部交错设置隔板组。本发明的另一目的是这样实现的，包括下列步骤
Α、来自精馏塔的咔唑馏分从高温介质进料管导入萃取混合结晶装置前部，与从溶剂进料管旋流导入的萃取剂充分混合，所述的咔唑馏分与萃取剂的混合体积比为1:2. 5飞；B、混合物沿萃取混合结晶装置内部隔板构成的曲折流道向出口方向流动，边萃取边结晶，混合物出现1(Γ13%结晶物时，将萃取装置内的温度降至45 75°C ；
C、结晶混合液从混合物出料管流出并经过滤分离后得到咔唑晶体。本发明利用流体流动导向原理，有效利用高温介质的柱形流道，与外侧螺旋进入的溶剂逐步均勻混合，实现了恒比传质，并且高温介质与低温溶剂的传热不会发生急剧汽化，突破了高低温介质温差超过50°C严禁直接混合的传统理论和思维定式，降低了热能消耗和溶剂损失；传热和传质过程中温度逐步下降，有助于产生较多的结晶体，实现了萃取与结晶分离的同时完成，使咔唑馏分得以高效提纯。本发明装置体积小巧，结构简单，从工艺优化、环境保护及经济效益等角度出发，提出了一条煤焦油深加工——馏分加工的综合、高效、环保的生产途径。
图1为本发明整体结构示意图； 图2为图1之左视图中1 一高温介质进料管；2—溶剂进料管；3—主体；4-1 一 I隔板；4-2 — II隔板； 4-3—III隔板；4-4一IV隔板；4-5 — V隔板；5—混合物出料管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明加以说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的教导所作得任何变更或替换，均属于本发明的保护范围。如图1、图2所示，本发明包括主体3、高温介质进料管1、溶剂进料管2、隔板组以及混合物出料管5，所述的主体3纵轴一端设置高温介质进料管1，并伸入主体3内部；主体 3另一端一侧设置混合物出料管5，所述的主体3内部交错设置隔板组。所述的溶剂进料管2沿切线方向导入主体3内部，并与高温介质进料管1汇合，溶剂进料管2使溶剂形成螺旋形流道。所述的主体3内，在混合物出料管5的一侧设置隔板组的I隔板4-1、ΙΙΙ隔板4-3、 IV隔板4-4，在混合物出料管5对侧设置隔板组的II隔板4-2、V隔板4-5，并与I隔板4-1、 III隔板4-3、IV隔板4-4依次交叉设置。所述的高温介质进料管1伸入主体3的深度A为主体3总长度的15 25% ；所述的高温介质进料管1的端部与I隔板4-1的间距B小于高温介质进料管1伸入主体3的深度 A，且为主体3总长度的^1 ；所述的I隔板4-1与II隔板4-2的间距C小于高温介质进料管1的端部与I隔板4-1的间距B，为主体总长度的5 8%。所述的主体3优选等直径的圆筒体，其耐压强度更好；与之相应，所述的隔板为圆弧形或圆缺形。本发明咔唑馏分的提纯方法由下列工序完成
A、来自精馏塔的咔唑馏分从高温介质进料管1导入萃取混合结晶装置前部，与从溶剂进料管2旋流导入的萃取剂充分混合，所述的咔唑馏分与萃取剂的混合体积比为1:2. 5飞；
B、混合物沿萃取混合结晶装置内部隔板构成的曲折流道向出口方向流动，边萃取边结晶，混合物出现1(Γ13%结晶物时，将萃取装置内的温度降至45 75°C ；C、结晶混合液从混合物出料管5流出并经过滤分离后得到咔唑晶体。所述A步骤的萃取剂为乙醇、甲苯、甲醚、二甲苯、三甲苯中的一种或一种以上组
口 O所述A步骤的咔唑馏分预先冷却至180°C后，再进入萃取混合结晶装置与萃取剂
混合ο所述A步骤的萃取剂温度为25 35°C。所述A步骤的咔唑馏分与萃取剂的混合体积比为1 3. 5^4. 5。所述C步骤的混合液程序降温至35°C后再进行过滤分离，以增大结晶体个体粒径，有利于分离，提高晶体收率。本发明的工作原理及工作过程
本发明装置的前端为进料分配器，高温介质经高温介质进料管1沿轴向流动进入，而低温溶剂经螺旋式流道逐步与高温介质混合，溶剂部分汽化产生强烈的扰动，也产生一定的压力，随汽相的逐步混合而冷凝，促使高温介质与溶剂混合均勻，实现传热和传质，过度表面汽化产生的扰动增强了混合的均勻性。混合物出现1(Γ13%的结晶物时温度降至约 45°C，混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，使得馏分降低时不易凝固，容易分散，介质与溶剂混合时不会产生的爆沸现象，实现了快速降温结晶。投资较传统工艺的投资节约50%， 运行成本降低45%，经济效益显著。实施例1
利用咔唑馏分与萃取剂三甲苯按1:3. 5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，馏分温度280°C，溶剂温度30°C，混合物出现10%的结晶物，温度降至75°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C，以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需6小时。实施例2
利用咔唑馏分与萃取剂甲苯按1:2. 5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，馏分温度280°C，溶剂温度25°C，混合物出现11%的结晶物，温度降至55°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需5小时。实施例3
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与萃取剂二甲苯按1:4的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度35°C，混合物出现12%的结晶物，温度降至45°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需4小时。实施例4
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与萃取剂甲醚按1:5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度27°C，混合物出现13%的结晶物，温度降至60°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离， 完成分离仅需4小时。实施例5
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与萃取剂乙醇按1:4. 5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度^°C，混合物出现13%的结晶物，温度降至65°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需4小时。实施例6
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与二甲苯和乙醇复配的萃取剂按1:4. 5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度27°C，混合物出现11%的结晶物，温度降至60°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需4. 5小时。实施例7
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与甲苯和甲醚复配的萃取剂按1:5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度30°C，混合物出现13%的结晶物，温度降至 65°C;混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需5小时。实施例8
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与乙醇、二甲苯和三甲苯复配的萃取剂按1:4. 5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度27°C，混合物出现13%的结晶物，温度降至45°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需4小时。实施例9
利用咔唑馏分与甲苯和三甲苯复配的萃取剂甲苯按1:2. 5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，馏分温度280°C，溶剂温度25°C，按1 3混合后，混合物出现 11%的结晶物，温度降至；混合物粘度降低，凝固点降低至-18°C，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需5小时。实施例10
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与由乙醇、甲苯、甲醚和二甲苯复配的萃取剂按1:4的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度35°C，混合物出现10%的结晶物，温度降至60°C ；混合物粘度降低，凝固点降低至_18°C，通过结晶器程序降温至 35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需4. 5小时。实施例11
先将咔唑馏分冷却至180°C后，与由乙醇、甲苯、甲醚、二甲苯和三甲苯复配的萃萃取剂乙醇按1:4.5的体积混合比导入本发明萃取混合结晶装置中进行混合，溶剂温度^rc,混合物出现12%的结晶物，温度降至55°C;混合物粘度降低，凝固点降低至-18°c，通过结晶器程序降温至35°C以增大结晶体，有利于分离，完成分离仅需5小时。
权利要求
1.一种高低温萃取高效混合结晶装置，包括主体(3)、高温介质进料管(1)、溶剂进料管(2)、隔板组以及混合物出料管(5)，其特征是所述的主体(3)纵轴一端设置高温介质进料管(1)，并伸入主体(3)内部；主体(3)另一端一侧设置混合物出料管(5)，所述的主体 (3)内部交错设置隔板组。
2.根据权利要求1所述的高低温萃取高效混合结晶装置，其特征是所述的溶剂进料管(2)沿切线方向导入主体(3)内部，并与高温介质进料管(1)汇合，溶剂进料管(2)使溶剂形成螺旋形流道。
3.根据权利要求1或2所述的高低温萃取高效混合结晶装置，其特征是所述的主体(3)内，在混合物出料管(5)的一侧设置隔板组的I隔板(4-1)、ΙΙΙ隔板(4-3)、IV隔板 (4-4)，在混合物出料管(5)对侧设置隔板组的II隔板(4-2)、V隔板(4-5)，并与I隔板 (4-1),III隔板(4-3)、IV隔板(4-4)依次交叉设置。
4.根据权利要求1或2所述的高低温萃取高效混合结晶装置，其特征是所述的高温介质进料管(1)伸入主体(3)的深度A为主体(3)总长度的15 25% ；所述的高温介质进料管(1)的端部与I隔板(4-1)的间距B小于高温介质进料管(1)伸入主体(3)的深度A，且为主体(3)总长度的纩12%;所述的I隔板(4-1)与II隔板(4-2)的间距C小于高温介质进料管(1)的端部与I隔板(4-1)的间距B，为主体总长度的5 8%。
5.一种利用权利要求广4任意一项所述高低温萃取高效混合结晶装置提纯咔唑的方法，其特征在于包括下列步骤A、来自精馏塔的咔唑馏分从高温介质进料管(1)导入萃取混合结晶装置前部， 与从溶剂进料管(2)旋流导入的萃取剂充分混合，所述咔唑馏分与萃取剂的混合体积比为 1:2. 5 5 ；B、混合物沿萃取混合结晶装置内部隔板构成的曲折流道向出口方向流动，边萃取边结晶，混合物出现1(Γ13%结晶物时，将萃取装置内的温度降至45 75°C ；C、结晶混合液从混合物出料管(5)流出并经过滤分离后得到咔唑晶体。
6.根据权利要求5所述的提纯咔唑的方法，其特征是所述A步骤使用的萃取剂为乙醇、甲苯、甲醚、二甲苯、三甲苯中的一种或一种以上组合。
7.根据权利要求5所述的提纯咔唑的方法，其特征是所述A步骤的咔唑馏分预先冷却至180°C后，再进入萃取混合结晶装置与萃取剂混合。
8.根据权利要求5所述的提纯咔唑的方法，其特征是所述A步骤的萃取剂温度为 25 ;35°C。
9.根据权利要求5或7所述的提纯咔唑的方法，其特征是所述A步骤的咔唑馏分与萃取剂的混合体积比为1:3. 5^4. 5。
10.根据权利要求5所述的提纯咔唑的方法，其特征是所述C步骤的混合液经程序降温至35°C后再进行过滤分离，以增大结晶体个体粒径，有利于分离，提高晶体收率。
全文摘要
本发明公开了一种高低温萃取高效混合结晶装置及用于提纯咔唑的方法，本发明装置包括主体、高温介质进料管、溶剂进料管、隔板组以及混合物出料管，所述的主体纵轴一端设置高温介质进料管，并伸入主体内部；主体另一端一侧设置混合物出料管，所述的主体内部交错设置隔板组。本发明的方法为将来自精馏塔的咔唑馏分从高温介质进料管导入，与从溶剂进料管旋流导入的萃取剂，按1:2.5~5的体积比在装置前部混合；混合物沿萃取混合结晶装置内部隔板构成的曲折流道向出口方向流动，边萃取边结晶；当混合物出现10~13%结晶物时，将萃取装置内的温度降至45~75℃；结晶混合液从混合物出料管流出并经过滤分离后得到咔唑晶体。本发明实现了高温介质与低温溶剂的恒比传质。
文档编号B01D11/04GK102553296SQ201210057560
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者李桂成, 熊柱松, 罗国林 申请人:曲靖众一精细化工股份有限公司