优化控制参数提高丙烯酰胺质量

李春辉

摘 要：在产品质量是企业生命的今天，产品质量已成为一个企业在市场立足的根本和发展根本，产品质量的优劣决定产品的生命，乃至企业的发展命运，没有质量就没有市场，没有质量就没有效益，没有质量就没有发展，本文主要阐述通过选择装置关键控制参数，并利用系统化的方法对装置关键控制参数进行优化，提高装置的经济效益 ，同时相应的提高了产品质量您。

关键词：质量;聚合物;浓度;真空度;温差;蒸发量;PH值

1  概述

1.1丙烯酰胺装置生产工艺概述

装置以丙烯腈、水为原料，在装置自产铜催化剂作用下水合生产丙烯酰胺。装置分水合、浓缩、丙烯腈气提、精制、产品、催化剂、制冷等工序，采用DCS控制系统，是一套技术、设备、控制都比较先进的化学法丙烯酰胺生产装置。

在水合系统：原料水和丙烯腈同时进入反应器，在催化剂作用下直接发生反应，生成大约42%浓度的丙烯酰胺溶液。

在浓缩系统：反应液在浓缩工段闪蒸出大量水和未反应的丙烯腈，提浓到大约50%;

在精制系统：被提浓的液体在汽提工段汽提出的殘余丙烯腈，使溶液中丙烯腈含量小于50ppm同时丙烯酰胺溶液在此除去副产物及铜离子;最后产品检测合格后以备外输。

催化剂系统主要可分为两个部分：催化剂制备系统和催化剂回收系统。

本系统生产主要成份为金属铜的铜-铬催化剂。催化剂是直接水合工艺生产丙烯酰胺的基础。在催化剂制备罐中，次磷酸钠（SHP：NaH2PO2）和硫酸铜（CuSO4），在硫酸的作用下，温度大约50℃的条件下反应生成一氢化铜（CuH），然后，一氢化铜（CuH）被氢氧化钠分解生成催化剂-铜。为了再生废催化剂，应将废催化剂转化成催化剂产品中的主要化学品—硫酸铜（CuSO4）。在废催化剂溶解罐（N-2305）中，与硫酸（H2SO4）和空气进行反应，硫酸铜溶液再次用于催化剂制备中。

2 系统参数的调整优化

2.1反应系统关键控制参数的优化调整

2.1.1调整反应系统的催化剂的浓度、活性、反应温度，从而提高反应的转化率。

丙该装置的总丙烯腈设计值为35%，生产过程中通过及时调整丙烯腈和脱盐水的进料比，将总丙烯腈保持在设计值，是获得高转化率的先决条件。

根据反应速率方程式知，影响反应转化率的主要因素是反应液中丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度、催化剂浓度及反应温度。随反应温度的升高，催化剂浓度的提高，丙烯腈的转化率也随之增大，但催化剂的消耗量随温度的升高而增大，反应温度每升高1℃，丙烯腈的转化率会提高2%，但催化剂的消耗量也会增加75克，在100%生产负荷时，本装置的设计反应温度94℃—97℃，催化剂设计浓度为20%。为获得较高的转化率，且平衡反应温度提高和催化剂消耗量增大的矛盾，我们利用系统化的方法和技术经济理论，将反应温度降低为92℃—94℃，将催化剂浓度提高至23%左右，从而取得了较好的效果。

2.2浓缩系统调整

浓缩系统通过减压蒸发将反应液的浓度浓缩到47—51%，同时回收未反应的丙烯腈。丙烯酰胺溶液随着浓度、温度的升高，聚合的趋势将增大，生成的聚合物将增多，为减少聚合物的生成，通过各项参数的调整优化，提高产品甲醇的溶解性，减少聚合物的生成，从而达到提高产品的质量的目的。

2.2.2 浓缩系统真空度的调整

浓缩系统T-2322内部绝对压力PICA2321在6～9Kpa， T-2322压力由喷射泵J-2321保持在6～9KPa（低于大气压），通过 PICA2321压力控制阀由泄放氮气来控制。

通过将浓缩系统的真空度提高1KPa、把闪蒸罐的出入口温差控制在1.6—2.0℃的范围内以及将闪蒸罐的入口温度由原来的43℃左右降低为41℃左右，

2.2.3热水辅助系统温度的调整

由于反应温度的降低，可使用于反应器冷却和浓缩系统加热的热水系统的温度适当降低，将热水的温度由原来的48—50℃调整为46—48℃，从而为调整浓缩系统闪蒸罐的出入口温差提供了良好的条件。

2.2.4循环水量的调整

由于反应系统温度 浓缩系统温度的调整后，浓缩系统的温度相应的降低，使系统的负荷降低，减少循环水的用量，从而降低了装置的综合能耗。

2.2.5调整产品的浓度

将产品的浓度控制指标由原来的49%左右调整为47%左右，在满足产品浓度的前提下，适当的降低产品的浓度可减少聚合物生成。

2.2.6 精制塔PH控制

精制塔出口溶液PH在树脂一个运行周期（7天）的初期和末期，发生PH偏低的情况：在树脂在氯化钠再生完毕后，采用脱盐水洗涤，洗涤结束时洗涤水呈酸性，且采集再生后的树脂样品，使用氯化钠溶液浸泡后，浸泡液也呈酸性，说明树脂进行氯化钠再生后水洗不充分，针对此情况，适当调节盐酸再生量由原来的1.5吨，调整为1.0吨，盐酸排出时脱盐水流率由6.5m3/h提高至8.5m3/h;增加了再生后精制塔的水洗时间氯化钠再生时间由100min增加至200min，进料完毕后氯化钠浸泡时间由6小时增加至72小时，通过水洗后精制塔在运行的初期和末期，PH值运行稳定，后期不需要进液碱进行PH的调节控制，从而确保产品质量。

3.经济效益分析

1）减少循环水用量： E-2322循环冷却水消耗50 m3/h，循环冷却水单价为0.45元/m3，按360天计算，则此成果产生经济效益

50m3/h ×24h×360天×0.45元/m3=194400元

2）清洗过滤器聚合物，每次减少产品损失50kg

每投用期（3个月）减少100次拆洗次数，丙烯酰胺单价10000元/吨计算：100*0.05*10000=100000元/年。

冲洗过滤器耗脱盐水量：100次/年*0.8立/次*16.52 元/立=1321元/年。减少废水100次/年*0.8立/次*30元/立=2400元/年。

3）减少精制塔再生盐酸用量25吨/年*3500元/吨=8.75万元。

通过采取以上措施年可增加经济效益39万元。

结论：

利用技术经济理论和系统化的方法对装置的关键控制参数进行调整优化，不仅保证了装置的平稳高效运行，提高了装置的产品质量，而且降低综合能耗，取得了良好的经济效益，使装置的技术经济水平得到了显著提高。

参考文献：

[1]5万吨/年丙烯酰胺生产装置？操作规程？ 1999年6月版

[2]化工原理2009-06-01 第1版