丙烯酰胺生產過程中的閃蒸提純工藝探討

王媛媛　陶兆林　萬 東　張 暉

(1. 蚌埠醫(yī)學院化學教研室， 安徽 蚌埠 233030； 2. 安徽天潤化學工業(yè)股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010)

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丙烯酰胺生產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)學院化學教研室， 安徽 蚌埠 233030； 2. 安徽天潤化學工業(yè)股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010)

在實驗室研究的基礎上，結合丙烯酰胺的實際生產工藝，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上，運用串聯工藝，使丙烯酰胺循環(huán)反應，最終提升產品質量。傳統(tǒng)工藝的純度是98%，工藝優(yōu)化后使產品雜質減少，產品純度提高到99.635%。

丙烯酰胺； 閃蒸提純； 噴射泵； 閃蒸罐

聚丙烯酰胺(PAM)應用廣泛，在精細化工領域具有重要的地位，市場需求量逐年提高[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，控制其生產質量及生產成本是聚丙烯酰胺生產過程中的重要環(huán)節(jié)[3-4]?，F階段丙烯酰胺的生產方法分為化學法和生物法[5]，生物法生產的成本太高，因而化學法成為很多企業(yè)的首選生產方法?；瘜W法生產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)生化學反應，生成丙烯酰胺。但此反應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，會導致反應能耗增加，對后續(xù)的聚丙烯酰胺聚合反應有很大影響。去除反應過程中的雜質、提高閃蒸提純效果便成為擺在生產企業(yè)面前的攻關課題。

為了制得高品質聚丙烯酰，本次研究對丙烯酰胺生產過程中的閃蒸提純工藝、生產操作條件進行了優(yōu)化，以減少反應中的雜質，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，然后在噴射泵產生的負壓作用下進入冷凝器，被冷凝回收至丙烯腈儲罐中再利用，產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)重復進行閃蒸提純，另一部分則進入下一道生產工序。整個閃蒸提純系統(tǒng)通過平衡罐保持負壓穩(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 — 丙烯腈儲罐；6 — 負壓系統(tǒng)

2　丙烯酰胺閃蒸提純工藝優(yōu)化

2.1優(yōu)化流程

結合之前的生產經驗，使2組閃蒸系統(tǒng)通過串聯方式運行；將進入閃蒸罐的入口數量增加數倍，在每個入口加設擋板，使得液體呈霧狀噴入閃蒸罐，以利于丙烯腈蒸出。經過串聯運行，前一級的丙烯酰胺再次進入閃蒸系統(tǒng)進行二次閃蒸，進一步回收未反應完全的丙烯腈，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 — 丙烯腈儲罐； 6 — 負壓系統(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體系的負壓干擾，所以在操作過程中應保證循環(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)流量和進入下一生產工序的流量設定直接影響到閃蒸的效果。實際生產中丙烯酰胺的循環(huán)流量應控制在15～20m3h，進入下一道生產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。整個系統(tǒng)的負壓由噴射泵的高速運轉而產生，實際生產中一般要求負壓為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 ℃，則會導致負壓顯著下降而影響丙烯腈的閃蒸效果。閃蒸提純過程中，應合理設定一級、二級加熱器的溫度。溫度太高會使丙烯酰胺發(fā)生自聚反應，溫度太低達不到丙烯腈的沸點則會導致閃蒸效果變差。一級加熱器的溫度以60～70 ℃為宜，二級加熱器的溫度以50～60 ℃為宜，并需隨時結合負壓系統(tǒng)產生的負壓適當調整加熱溫度。

(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，嚴重時在夏季高溫條件下可能會堵塞噴嘴，導致丙烯酰胺的噴射不均勻，所以必須定時檢查噴嘴。閃蒸提純過程中利用負壓抽出丙烯腈，負壓一旦下降，必然導致閃蒸效果降低，所以實際生產中應隨時對各設備進行維護和保養(yǎng)。應對負壓噴射泵的運行情況進行跟蹤，對管道各處的破損情況進行檢修，特別是設備開車前必須檢查泵的機封是否漏水。

(5)設備的定期清理。由于丙烯酰胺易發(fā)生自聚反應，所以每隔一段時間需要對閃蒸罐、丙烯酰胺罐、冷凝器及閃蒸彎管進行清洗，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，一經堵塞，液體將不經過冷凝而直接被負壓系統(tǒng)抽走，導致丙烯腈的回收率下降。在實際操作過程中一般配制一定濃度的堿液進行循環(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)化前后產品質量對比

對工藝優(yōu)化前后所制產品進行多次取樣分析，利用高效液相色譜法(HPLC)對各組分進行分離。計算出優(yōu)化前后的閃蒸提純產品各組分質量分數，并進行比較，結果如表1。

表1　傳統(tǒng)閃蒸提純工藝與優(yōu)化工藝產品各組分質量分數　%

傳統(tǒng)工藝和優(yōu)化工藝產品各組分質量分數對比表明，優(yōu)化工藝可使丙烯腈利用率得以提高，所含雜質減少，丙烯酰胺純度由傳統(tǒng)工藝的98%提高到99.635%。優(yōu)化工藝表現出更強的優(yōu)越性。

3　結　語

現階段，我國的聚丙烯酰胺市場存在產能過剩的問題，利用高質量的原料生產出高品質的產品是提高市場競爭力的關鍵。本次研究對丙烯酰胺閃蒸提純工藝加以優(yōu)化，有效地降低了雜質含量，提高了產品的純度，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過程中僅從聚合工藝角度研究產品質量的傳統(tǒng)觀念，為“高分子量、低溶解時間”的高端聚丙烯酰胺產品生產提供了新思路。

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

[2] 張蕊，于健，白崗栓.聚丙烯酰胺在農業(yè)生產中的應用及研究進展[J].安徽農業(yè)科學，2012，40(10)：6093-6095.

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

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

[5] 孟青青，楊建國，王風寰.生物法合成丙烯酸的研究進展[J].中國生物工程雜志，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劃項目“制藥工程專業(yè)建設”(2014ZYTZ014)；安徽省高等學校自然科學研究項目“新穎生物傳感技術檢測T細胞受體與結合桿菌抗原多肽結合的研究”(KJ2016A485)，“表面等離子共振法檢測T細胞受體與Mtb-Ag多肽表位結合的研究”(KJ2015B037BY)

王媛媛(1988 — )，女，安徽省宿州人，碩士，助教，研究方向為應用化學。

TQ316.2

A

1673-1980(2016)04-0070-02