本技術(shù)涉及丙烯醛水合法制三羥基丙醛及化工節(jié)能，具體涉及一種采用熱泵精餾分離水和三羥基丙醛的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、三羥基丙醛是一種具有廣泛用途的重要有機化工原料。它是制備生物滅菌劑、抗感染治療劑、生物交聯(lián)劑、新型生物材料的主要原料。3-羥基丙醛(3-hpa)既是一種有效的抗菌劑可用于食品防腐和輔助治療，也是丙烯醛、丙烯酸和1,3-丙二醇等眾多有機化合物的合成前體，在化學工業(yè)中具有廣闊的應用前景和市場前景。

2、三羥基丙醛工業(yè)化的生產(chǎn)方法，工業(yè)上主要通過環(huán)氧乙烷羰基化，丙烯醛水合法和從甘油出發(fā)的生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)3-hpa。

3、丙烯醛水合法制備三羥基丙醛工藝條件成熟且產(chǎn)率高，由于石油等非再生資源的日益減少以及世界人口和環(huán)境壓力的增加，3-hpa在化學工業(yè)上的應用價值引起人們的重視。丙烯醛水合反應就是丙烯醛在催化劑作用下與水發(fā)生加成得到3-hpa。利用多相催化反應丙烯醛水合可以獲得較高的轉(zhuǎn)化率和選擇性而且分離簡便，水合反應的轉(zhuǎn)化率和選擇性均達到85％以上。

4、文獻elsc.201300122提出了一種分離三羥基丙醛和原料混合物的萃取精餾工藝，并提出了幾種類型的萃取劑和精餾方式，但這些萃取分離效果并不顯著，且萃取劑消耗較大。

5、專利cn1116041162a提出了一種從3-羥基丙醛的產(chǎn)物體系中分離和回收丙烯醛的方法。該方法利用減壓精餾和薄膜蒸發(fā)耦合分離丙烯醛，其中通過薄膜蒸發(fā)的優(yōu)勢可以減少產(chǎn)物體系在精餾塔內(nèi)的停留時間，從而極大地降低環(huán)狀二聚體或線性多聚體副產(chǎn)物的含量，進而降低后續(xù)分離難度，使丙烯醛和3-羥基丙醛高穩(wěn)定性的從丙烯醛水合制3-羥基丙醛的產(chǎn)物體系中分離出來，并通過多塔精餾方案將丙烯醛中的乙醛、丙醛、丙酮等雜質(zhì)去除，但該方法操作成本高，增加了控制的復雜性。

6、專利cn109704950a提出了一種較為簡單的工藝，對含有3-羥基丙酸的粗品水溶液進行處理，利用萃取和重結(jié)晶的方法相結(jié)合，使回收的3-羥基丙酸的純度得到大大的提升，但該方法的處理量小，不能連續(xù)生產(chǎn)。

7、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在粗三羥基丙醛分離工藝中存在諸多問題：(1)分離效果不佳：萃取精餾方法即便嘗試了多種萃取劑，但分離效果不理想，萃取成本大高(2)操作成本高：減壓精餾和薄膜蒸發(fā)方法雖然可以減少副產(chǎn)物生成，但設(shè)備投資和運行成本高，控制復雜；(3)處理量小，不能連續(xù)生產(chǎn)：重結(jié)晶方法雖然能提高純度，但處理量小，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本技術(shù)的目的在于提供一種采用熱泵精餾分離水和三羥基丙醛的裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)分離效果不佳、能耗高、處理量小、操作成本高、副產(chǎn)物處理難度大的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案：

3、一種采用熱泵精餾分離水和三羥基丙醛的裝置，包括水回收塔、換熱器、三羥基甲醛分水罐、壓縮機、塔底冷凝器、塔頂冷凝器、分水罐、回流泵和三羥基丙醛回收塔；

4、其中，水回收塔的塔底通過減壓閥與換熱器流體相連；所述換熱器與三羥基丙醛分水罐流體相連，三羥基丙醛分水罐的頂部獲得水氣相i，其底部獲得三羥基丙醛以及副產(chǎn)物；三羥基甲醛分水罐的頂部通過壓縮機與塔底冷凝器流體相連，塔底冷凝器與水回收塔的塔底流體相連；三羥基甲醛分水罐的底部通過回流泵與三羥基丙醛回收塔的塔底流體相連，三羥基丙醛回收塔的塔頂與水回收塔的塔底流體相連。

5、優(yōu)選地，還包括再沸器，三羥基丙醛回收塔的塔底餾出物經(jīng)過再沸器后再次回到三羥基丙醛回收塔的塔底，再沸器為三羥基丙醛回收塔塔釜供熱。

6、優(yōu)選地，所述水回收塔的內(nèi)部設(shè)有多塊塔板，所述塔板的數(shù)量為15～30。

7、優(yōu)選地，所述三羥基丙醛回收塔內(nèi)塔板數(shù)量為2～10。

8、本技術(shù)還提供了一種采用熱泵精餾分離水和三羥基丙醛的方法，所述方法采用上述裝置分離水和三羥基丙醛，該方法具體包括如下回路：

9、回路1：粗三羥基丙醛從水回收塔的塔頂進入，塔底物質(zhì)經(jīng)過減壓閥減壓后進入換熱器進行換熱，換熱后進入三羥基丙醛分水罐，得到水氣相i和三羥基丙醛與副產(chǎn)物的混合物；

10、回路2：回路1中得到的水氣相i通過壓縮機壓縮后進入塔底冷凝器冷卻，冷卻后回到水回收塔；

11、回路3：回路1中得到的三羥基丙醛與副產(chǎn)物的混合物通過回流泵進入三羥基丙醛回收塔；同時，三羥基丙醛回收塔通過再沸器為其塔釜供熱；

12、回路4：水回收塔塔頂餾出物i進入換熱器換熱，并為水回收塔的塔釜供熱，換熱后塔頂餾出物i進入塔頂冷凝器冷卻，冷卻后進入分水罐進行分離；分水罐的底部產(chǎn)出回收水，其頂部產(chǎn)出水氣相ii從塔頂進入水回收塔；

13、回路5：三羥基丙醛回收塔塔頂產(chǎn)出塔頂餾出物ii從塔底進入水回收塔，其塔底產(chǎn)出物進入后續(xù)分離裝置。

14、優(yōu)選地，所述水回收塔的操作溫度為100℃～135℃，操作壓力為-0.05mpa～1mpa。

15、優(yōu)選地，所述水回收塔的操作壓力為-0.05mpa～0.3mpa，塔頂溫度為80℃～90℃，塔釜溫度為90℃～120℃；在回路2中，所述水氣相i進入水回收塔的位置為塔內(nèi)第一塊塔板的位置處。

16、優(yōu)選地，所述三羥基丙醛回收塔的操作壓力為-0.05mpa～0.3mpa，塔頂溫度為100℃～120℃，塔釜溫度為140℃～180℃；在回路3中，回路1中得到的三羥基丙醛與副產(chǎn)物的混合物進入三羥基丙醛回收塔的位置為塔內(nèi)第一塊塔板的位置處。

17、優(yōu)選地，所述壓縮機的出口壓力為0.1mpa～0.2mpa，出口溫度為110℃～130℃。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有如下有益效果：

19、1、本技術(shù)設(shè)計了一種采用熱泵精餾技術(shù)分離水和三羥基丙醛的裝置，通過利用分離粗三羥基丙醛的精餾塔塔頂與塔釜溫度不超過20℃的特點，使用熱泵精餾技術(shù)，通過壓縮機將水回收塔塔頂餾出物低品位的熱量變?yōu)楦咂肺坏臒嵩?，并通過系統(tǒng)內(nèi)熱集成，充分使用系統(tǒng)內(nèi)部的熱量，減少外界公用工程的消耗。即使用少量的電耗，節(jié)省大量的蒸汽消耗，產(chǎn)生了節(jié)約裝置運行成本的效果。

20、2、本技術(shù)所述裝置將水回收塔塔頂?shù)酿s出物經(jīng)過換熱器后，通過逆流換熱的方式，能夠?qū)⒏邷匚锪?塔頂餾出物)的熱量傳遞至低溫物流(水回收塔的塔底物流)，減少外部加熱需求，提高了能源效率；同時，通過冷凝器將水氣相i的熱量進行有效的回收，降低能耗；并且，通過三羥基丙醛分水罐進行了水氣相和三羥基丙醛及副產(chǎn)物的有效分離，提高產(chǎn)品的純度，也進一步降低后續(xù)處理難度；進一步，水回收塔與三羥基丙醛回收塔之間形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)了物料的多次循環(huán)利用，減少了物料浪費，提高了整體的物料利用率。

21、3、本技術(shù)所述方法具有很好的操作靈活性與穩(wěn)定性，通過減壓閥控制塔底壓力，保持塔內(nèi)壓力在設(shè)定范圍內(nèi)，防止超壓或低壓帶來的操作問題，確保了水回收塔的操作穩(wěn)定性和安全性；通過回流泵控制三羥基丙醛及副產(chǎn)物的回流量，能夠靈活調(diào)節(jié)塔內(nèi)的操作條件，提高分離效果。