王媛媛　陶兆林　萬 東　張 暉

(1. 蚌埠醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室， 安徽 蚌埠 233030； 2. 安徽天潤(rùn)化學(xué)工業(yè)股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010)

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丙烯酰胺生產(chǎn)過程中的閃蒸提純工藝探討

王媛媛1陶兆林1萬 東2張 暉1

(1. 蚌埠醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室， 安徽 蚌埠 233030； 2. 安徽天潤(rùn)化學(xué)工業(yè)股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010)

在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合丙烯酰胺的實(shí)際生產(chǎn)工藝，探索丙烯酰胺的閃蒸提純工藝。在傳統(tǒng)閃蒸提純工藝的基礎(chǔ)上，運(yùn)用串聯(lián)工藝，使丙烯酰胺循環(huán)反應(yīng)，最終提升產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)工藝的純度是98%，工藝優(yōu)化后使產(chǎn)品雜質(zhì)減少，產(chǎn)品純度提高到99.635%。

丙烯酰胺； 閃蒸提純； 噴射泵； 閃蒸罐

聚丙烯酰胺(PAM)應(yīng)用廣泛，在精細(xì)化工領(lǐng)域具有重要的地位，市場(chǎng)需求量逐年提高[1-2]。丙烯酰胺(AM)作為合成聚丙烯酰胺的主要原料，是一種重要的化工中間體，控制其生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)成本是聚丙烯酰胺生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)[3-4]?，F(xiàn)階段丙烯酰胺的生產(chǎn)方法分為化學(xué)法和生物法[5]，生物法生產(chǎn)的成本太高，因而化學(xué)法成為很多企業(yè)的首選生產(chǎn)方法?；瘜W(xué)法生產(chǎn)是指在一定溫度和壓力條件下，使丙烯腈(AN)與水在骨架銅催化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成丙烯酰胺。但此反應(yīng)過程中殘余的丙烯腈和氮氚三丙烯酰胺(NTPA)、三羥基丙酰胺(HPA)、羥基丙腈(ECH)、丙烯酸(AA)、丙烯醛(AL)等雜質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)能耗增加，對(duì)后續(xù)的聚丙烯酰胺聚合反應(yīng)有很大影響。去除反應(yīng)過程中的雜質(zhì)、提高閃蒸提純效果便成為擺在生產(chǎn)企業(yè)面前的攻關(guān)課題。

為了制得高品質(zhì)聚丙烯酰，本次研究對(duì)丙烯酰胺生產(chǎn)過程中的閃蒸提純工藝、生產(chǎn)操作條件進(jìn)行了優(yōu)化，以減少反應(yīng)中的雜質(zhì)，提高閃蒸提純效果。

1　傳統(tǒng)的閃蒸提純工藝

傳統(tǒng)的丙烯酰胺閃蒸提純工藝設(shè)備由丙烯酰胺罐、閃蒸罐、冷凝器、平衡罐和噴射泵組成。閃蒸提純過程中，利用蒸餾原理使丙烯腈在閃蒸罐中汽化，然后在噴射泵產(chǎn)生的負(fù)壓作用下進(jìn)入冷凝器，被冷凝回收至丙烯腈儲(chǔ)罐中再利用，產(chǎn)物丙烯酰胺被收集在丙烯酰胺罐中。其中，一部分丙烯酰胺通過泵循環(huán)重復(fù)進(jìn)行閃蒸提純，另一部分則進(jìn)入下一道生產(chǎn)工序。整個(gè)閃蒸提純系統(tǒng)通過平衡罐保持負(fù)壓穩(wěn)定。此提純工藝所制得的丙烯酰胺純度在98%左右。圖1所示為傳統(tǒng)的丙烯酰胺閃蒸提純工藝流程。

1 — 丙烯酰胺罐； 2 — 閃蒸罐；3 — 冷凝器； 4 — 平衡罐；5 — 丙烯腈儲(chǔ)罐；6 — 負(fù)壓系統(tǒng)

2　丙烯酰胺閃蒸提純工藝優(yōu)化

2.1優(yōu)化流程

結(jié)合之前的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，使2組閃蒸系統(tǒng)通過串聯(lián)方式運(yùn)行；將進(jìn)入閃蒸罐的入口數(shù)量增加數(shù)倍，在每個(gè)入口加設(shè)擋板，使得液體呈霧狀噴入閃蒸罐，以利于丙烯腈蒸出。經(jīng)過串聯(lián)運(yùn)行，前一級(jí)的丙烯酰胺再次進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行二次閃蒸，進(jìn)一步回收未反應(yīng)完全的丙烯腈，如此循環(huán)使得丙烯酰胺的純度得以提高。圖2所示為優(yōu)化后的丙烯酰胺閃蒸提純工藝流程。

1 — 丙烯酰胺罐；2 — 閃蒸罐；3 — 冷凝器；4 — 平衡罐；5 — 丙烯腈儲(chǔ)罐； 6 — 負(fù)壓系統(tǒng)

2.2操作條件的控制

(1) 閃蒸冷凝器的循環(huán)水控制。冷凝效果將直接影響到丙烯腈的回收和氣體在整個(gè)體系的負(fù)壓干擾，所以在操作過程中應(yīng)保證循環(huán)水充足。

(2) 丙烯酰胺循環(huán)流量和出口流量操作控制。在丙烯酰胺罐中的丙烯酰胺循環(huán)流量和進(jìn)入下一生產(chǎn)工序的流量設(shè)定直接影響到閃蒸的效果。實(shí)際生產(chǎn)中丙烯酰胺的循環(huán)流量應(yīng)控制在15～20m3h，進(jìn)入下一道生產(chǎn)工序的最佳流量控制在2～5m3h。

(3) 噴射泵體系及閃蒸加熱器的溫度控制。整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)壓由噴射泵的高速運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，實(shí)際生產(chǎn)中一般要求負(fù)壓為0.006～0.009MPa，水箱溫度控制在25 ℃以下為宜。如果水箱溫度高于40 ℃，則會(huì)導(dǎo)致負(fù)壓顯著下降而影響丙烯腈的閃蒸效果。閃蒸提純過程中，應(yīng)合理設(shè)定一級(jí)、二級(jí)加熱器的溫度。溫度太高會(huì)使丙烯酰胺發(fā)生自聚反應(yīng)，溫度太低達(dá)不到丙烯腈的沸點(diǎn)則會(huì)導(dǎo)致閃蒸效果變差。一級(jí)加熱器的溫度以60～70 ℃為宜，二級(jí)加熱器的溫度以50～60 ℃為宜，并需隨時(shí)結(jié)合負(fù)壓系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)壓適當(dāng)調(diào)整加熱溫度。

(4)閃蒸罐噴嘴通暢檢查及系統(tǒng)氣密性保障。丙烯酰胺易發(fā)生微聚，嚴(yán)重時(shí)在夏季高溫條件下可能會(huì)堵塞噴嘴，導(dǎo)致丙烯酰胺的噴射不均勻，所以必須定時(shí)檢查噴嘴。閃蒸提純過程中利用負(fù)壓抽出丙烯腈，負(fù)壓一旦下降，必然導(dǎo)致閃蒸效果降低，所以實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)隨時(shí)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。應(yīng)對(duì)負(fù)壓噴射泵的運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤，對(duì)管道各處的破損情況進(jìn)行檢修，特別是設(shè)備開車前必須檢查泵的機(jī)封是否漏水。

(5)設(shè)備的定期清理。由于丙烯酰胺易發(fā)生自聚反應(yīng)，所以每隔一段時(shí)間需要對(duì)閃蒸罐、丙烯酰胺罐、冷凝器及閃蒸彎管進(jìn)行清洗，防止蒸餾效果下降。特別是冷凝器的彎頭處容易被聚合物堵塞，一經(jīng)堵塞，液體將不經(jīng)過冷凝而直接被負(fù)壓系統(tǒng)抽走，導(dǎo)致丙烯腈的回收率下降。在實(shí)際操作過程中一般配制一定濃度的堿液進(jìn)行循環(huán)清洗，循環(huán)不到的部位可以由人工完成清理。

2.3工藝優(yōu)化前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

對(duì)工藝優(yōu)化前后所制產(chǎn)品進(jìn)行多次取樣分析，利用高效液相色譜法(HPLC)對(duì)各組分進(jìn)行分離。計(jì)算出優(yōu)化前后的閃蒸提純產(chǎn)品各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并進(jìn)行比較，結(jié)果如表1。

表1　傳統(tǒng)閃蒸提純工藝與優(yōu)化工藝產(chǎn)品各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)　%

傳統(tǒng)工藝和優(yōu)化工藝產(chǎn)品各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比表明，優(yōu)化工藝可使丙烯腈利用率得以提高，所含雜質(zhì)減少，丙烯酰胺純度由傳統(tǒng)工藝的98%提高到99.635%。優(yōu)化工藝表現(xiàn)出更強(qiáng)的優(yōu)越性。

3　結(jié)　語

現(xiàn)階段，我國(guó)的聚丙烯酰胺市場(chǎng)存在產(chǎn)能過剩的問題，利用高質(zhì)量的原料生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。本次研究對(duì)丙烯酰胺閃蒸提純工藝加以優(yōu)化，有效地降低了雜質(zhì)含量，提高了產(chǎn)品的純度，節(jié)約了成本，減少了污染。研究思路改變了之前聚丙烯酰胺生產(chǎn)過程中僅從聚合工藝角度研究產(chǎn)品質(zhì)量的傳統(tǒng)觀念，為“高分子量、低溶解時(shí)間”的高端聚丙烯酰胺產(chǎn)品生產(chǎn)提供了新思路。

[1] 劉音，常青，于富美，等.聚丙烯酰胺在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2014，33(4)：9-12.

[2] 張蕊，于健，白崗栓.聚丙烯酰胺在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(10)：6093-6095.

[3] 于紹斌.淺析丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)[J].化學(xué)工程與裝備，2012 (10)：54-56.

[4] 李春輝.化學(xué)法丙烯酰胺生產(chǎn)中原料精制工藝技術(shù)研究[J].廣東化工，2011，39(11)： 211-213.

[5] 孟青青，楊建國(guó)，王風(fēng)寰.生物法合成丙烯酸的研究進(jìn)展[J].中國(guó)生物工程雜志，2012，32(10)：119-127.

DiscussionoftheFlashDistillationCraftintheProductionofAcrylamide

WANG Yuanyuan1TAO Zhaolin1WAN Dong2ZHANG Hui1

(1. Department of Chemistry, Bengbu Medical College, Bengbu Anhui 233030, China;2.AnhuiTianrunChemicalIndustryIncorporatedCompany,BengbuAnhui233010,China)

Aflashdistillationcraftoftheacrylamidewasexploredbasedonthelaboratorystudiescombiningwiththeactualproductioncraft.Aftertheimprovementofthetraditionalflashpurificationprocess,seriesprocessisusedtomakethecircularreactionofAcrylamide,whichcanimprovethequalityofproducts.Thepurityofthetraditionalprocessis98%,whileafterprocessoptimizationwhenimpurityoftheacrylamidewasreduced,productpurityincreasesto99.635%.

acrylamide;flashdistillationcraft;injectionpump;flashtank

2015-12-01

安徽省高等教育振興計(jì)劃項(xiàng)目“制藥工程專業(yè)建設(shè)”(2014ZYTZ014)；安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目“新穎生物傳感技術(shù)檢測(cè)T細(xì)胞受體與結(jié)合桿菌抗原多肽結(jié)合的研究”(KJ2016A485)，“表面等離子共振法檢測(cè)T細(xì)胞受體與Mtb-Ag多肽表位結(jié)合的研究”(KJ2015B037BY)

王媛媛(1988 — )，女，安徽省宿州人，碩士，助教，研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué)。

TQ316.2

A

1673-1980(2016)04-0070-02