丙烯酰胺生产过程中的闪蒸提纯工艺探讨

王媛媛　陶兆林　万 东　张 晖

(1. 蚌埠医学院化学教研室， 安徽 蚌埠 233030； 2. 安徽天润化学工业股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010)



丙烯酰胺生产过程中的闪蒸提纯工艺探讨

王媛媛1陶兆林1万 东2张 晖1

(1. 蚌埠医学院化学教研室， 安徽 蚌埠 233030； 2. 安徽天润化学工业股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010)

在实验室研究的基础上，结合丙烯酰胺的实际生产工艺，探索丙烯酰胺的闪蒸提纯工艺。在传统闪蒸提纯工艺的基础上，运用串联工艺，使丙烯酰胺循环反应，最终提升产品质量。传统工艺的纯度是98%，工艺优化后使产品杂质减少，产品纯度提高到99.635%。

丙烯酰胺； 闪蒸提纯； 喷射泵； 闪蒸罐

聚丙烯酰胺(PAM)应用广泛，在精细化工领域具有重要的地位，市场需求量逐年提高[1-2]。丙烯酰胺(AM)作为合成聚丙烯酰胺的主要原料，是一种重要的化工中间体，控制其生产质量及生产成本是聚丙烯酰胺生产过程中的重要环节[3-4]。现阶段丙烯酰胺的生产方法分为化学法和生物法[5]，生物法生产的成本太高，因而化学法成为很多企业的首选生产方法。化学法生产是指在一定温度和压力条件下，使丙烯腈(AN)与水在骨架铜催化剂的作用下发生化学反应，生成丙烯酰胺。但此反应过程中残余的丙烯腈和氮氚三丙烯酰胺(NTPA)、三羟基丙酰胺(HPA)、羟基丙腈(ECH)、丙烯酸(AA)、丙烯醛(AL)等杂质，会导致反应能耗增加，对后续的聚丙烯酰胺聚合反应有很大影响。去除反应过程中的杂质、提高闪蒸提纯效果便成为摆在生产企业面前的攻关课题。

为了制得高品质聚丙烯酰，本次研究对丙烯酰胺生产过程中的闪蒸提纯工艺、生产操作条件进行了优化，以减少反应中的杂质，提高闪蒸提纯效果。

1　传统的闪蒸提纯工艺

传统的丙烯酰胺闪蒸提纯工艺设备由丙烯酰胺罐、闪蒸罐、冷凝器、平衡罐和喷射泵组成。闪蒸提纯过程中，利用蒸馏原理使丙烯腈在闪蒸罐中汽化，然后在喷射泵产生的负压作用下进入冷凝器，被冷凝回收至丙烯腈储罐中再利用，产物丙烯酰胺被收集在丙烯酰胺罐中。其中，一部分丙烯酰胺通过泵循环重复进行闪蒸提纯，另一部分则进入下一道生产工序。整个闪蒸提纯系统通过平衡罐保持负压稳定。此提纯工艺所制得的丙烯酰胺纯度在98%左右。图1所示为传统的丙烯酰胺闪蒸提纯工艺流程。

1 — 丙烯酰胺罐； 2 — 闪蒸罐；3 — 冷凝器； 4 — 平衡罐；5 — 丙烯腈储罐；6 — 负压系统

2　丙烯酰胺闪蒸提纯工艺优化

2.1优化流程

结合之前的生产经验，使2组闪蒸系统通过串联方式运行；将进入闪蒸罐的入口数量增加数倍，在每个入口加设挡板，使得液体呈雾状喷入闪蒸罐，以利于丙烯腈蒸出。经过串联运行，前一级的丙烯酰胺再次进入闪蒸系统进行二次闪蒸，进一步回收未反应完全的丙烯腈，如此循环使得丙烯酰胺的纯度得以提高。图2所示为优化后的丙烯酰胺闪蒸提纯工艺流程。

1 — 丙烯酰胺罐；2 — 闪蒸罐；3 — 冷凝器；4 — 平衡罐；5 — 丙烯腈储罐； 6 — 负压系统

2.2操作条件的控制

(1) 闪蒸冷凝器的循环水控制。冷凝效果将直接影响到丙烯腈的回收和气体在整个体系的负压干扰，所以在操作过程中应保证循环水充足。

(2) 丙烯酰胺循环流量和出口流量操作控制。在丙烯酰胺罐中的丙烯酰胺循环流量和进入下一生产工序的流量设定直接影响到闪蒸的效果。实际生产中丙烯酰胺的循环流量应控制在15～20m3h，进入下一道生产工序的最佳流量控制在2～5m3h。

(3) 喷射泵体系及闪蒸加热器的温度控制。整个系统的负压由喷射泵的高速运转而产生，实际生产中一般要求负压为0.006～0.009MPa，水箱温度控制在25 ℃以下为宜。如果水箱温度高于40 ℃，则会导致负压显著下降而影响丙烯腈的闪蒸效果。闪蒸提纯过程中，应合理设定一级、二级加热器的温度。温度太高会使丙烯酰胺发生自聚反应，温度太低达不到丙烯腈的沸点则会导致闪蒸效果变差。一级加热器的温度以60～70 ℃为宜，二级加热器的温度以50～60 ℃为宜，并需随时结合负压系统产生的负压适当调整加热温度。

(4)闪蒸罐喷嘴通畅检查及系统气密性保障。丙烯酰胺易发生微聚，严重时在夏季高温条件下可能会堵塞喷嘴，导致丙烯酰胺的喷射不均匀，所以必须定时检查喷嘴。闪蒸提纯过程中利用负压抽出丙烯腈，负压一旦下降，必然导致闪蒸效果降低，所以实际生产中应随时对各设备进行维护和保养。应对负压喷射泵的运行情况进行跟踪，对管道各处的破损情况进行检修，特别是设备开车前必须检查泵的机封是否漏水。

(5)设备的定期清理。由于丙烯酰胺易发生自聚反应，所以每隔一段时间需要对闪蒸罐、丙烯酰胺罐、冷凝器及闪蒸弯管进行清洗，防止蒸馏效果下降。特别是冷凝器的弯头处容易被聚合物堵塞，一经堵塞，液体将不经过冷凝而直接被负压系统抽走，导致丙烯腈的回收率下降。在实际操作过程中一般配制一定浓度的碱液进行循环清洗，循环不到的部位可以由人工完成清理。

2.3工艺优化前后产品质量对比

对工艺优化前后所制产品进行多次取样分析，利用高效液相色谱法(HPLC)对各组分进行分离。计算出优化前后的闪蒸提纯产品各组分质量分数，并进行比较，结果如表1。

表1　传统闪蒸提纯工艺与优化工艺产品各组分质量分数　%

传统工艺和优化工艺产品各组分质量分数对比表明，优化工艺可使丙烯腈利用率得以提高，所含杂质减少，丙烯酰胺纯度由传统工艺的98%提高到99.635%。优化工艺表现出更强的优越性。

3　结　语

现阶段，我国的聚丙烯酰胺市场存在产能过剩的问题，利用高质量的原料生产出高品质的产品是提高市场竞争力的关键。本次研究对丙烯酰胺闪蒸提纯工艺加以优化，有效地降低了杂质含量，提高了产品的纯度，节约了成本，减少了污染。研究思路改变了之前聚丙烯酰胺生产过程中仅从聚合工艺角度研究产品质量的传统观念，为“高分子量、低溶解时间”的高端聚丙烯酰胺产品生产提供了新思路。

[1] 刘音，常青，于富美，等.聚丙烯酰胺在油田生产中的应用[J].石油化工应用，2014，33(4)：9-12.

[2] 张蕊，于健，白岗栓.聚丙烯酰胺在农业生产中的应用及研究进展[J].安徽农业科学，2012，40(10)：6093-6095.

[3] 于绍斌.浅析丙烯酰胺生产技术[J].化学工程与装备，2012 (10)：54-56.

[4] 李春辉.化学法丙烯酰胺生产中原料精制工艺技术研究[J].广东化工，2011，39(11)： 211-213.

[5] 孟青青，杨建国，王风寰.生物法合成丙烯酸的研究进展[J].中国生物工程杂志，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

安徽省高等教育振兴计划项目“制药工程专业建设”(2014ZYTZ014)；安徽省高等学校自然科学研究项目“新颖生物传感技术检测T细胞受体与结合杆菌抗原多肽结合的研究”(KJ2016A485)，“表面等离子共振法检测T细胞受体与Mtb-Ag多肽表位结合的研究”(KJ2015B037BY)

王媛媛(1988 — )，女，安徽省宿州人，硕士，助教，研究方向为应用化学。

TQ316.2

A

1673-1980(2016)04-0070-02