優(yōu)化控制參數(shù)提高丙烯酰胺質(zhì)量

李春輝

摘 要：在產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)生命的今天，產(chǎn)品質(zhì)量已成為一個(gè)企業(yè)在市場(chǎng)立足的根本和發(fā)展根本，產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣決定產(chǎn)品的生命，乃至企業(yè)的發(fā)展命運(yùn)，沒(méi)有質(zhì)量就沒(méi)有市場(chǎng)，沒(méi)有質(zhì)量就沒(méi)有效益，沒(méi)有質(zhì)量就沒(méi)有發(fā)展，本文主要闡述通過(guò)選擇裝置關(guān)鍵控制參數(shù)，并利用系統(tǒng)化的方法對(duì)裝置關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益 ，同時(shí)相應(yīng)的提高了產(chǎn)品質(zhì)量您。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量;聚合物;濃度;真空度;溫差;蒸發(fā)量;PH值

1 ?概述

1.1丙烯酰胺裝置生產(chǎn)工藝概述

裝置以丙烯腈、水為原料，在裝置自產(chǎn)銅催化劑作用下水合生產(chǎn)丙烯酰胺。裝置分水合、濃縮、丙烯腈氣提、精制、產(chǎn)品、催化劑、制冷等工序，采用DCS控制系統(tǒng)，是一套技術(shù)、設(shè)備、控制都比較先進(jìn)的化學(xué)法丙烯酰胺生產(chǎn)裝置。

在水合系統(tǒng)：原料水和丙烯腈同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑作用下直接發(fā)生反應(yīng)，生成大約42%濃度的丙烯酰胺溶液。

在濃縮系統(tǒng)：反應(yīng)液在濃縮工段閃蒸出大量水和未反應(yīng)的丙烯腈，提濃到大約50%;

在精制系統(tǒng)：被提濃的液體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同時(shí)丙烯酰胺溶液在此除去副產(chǎn)物及銅離子;最后產(chǎn)品檢測(cè)合格后以備外輸。

催化劑系統(tǒng)主要可分為兩個(gè)部分：催化劑制備系統(tǒng)和催化劑回收系統(tǒng)。

本系統(tǒng)生產(chǎn)主要成份為金屬銅的銅-鉻催化劑。催化劑是直接水合工藝生產(chǎn)丙烯酰胺的基礎(chǔ)。在催化劑制備罐中，次磷酸鈉（SHP：NaH2PO2）和硫酸銅（CuSO4），在硫酸的作用下，溫度大約50℃的條件下反應(yīng)生成一氫化銅（CuH），然后，一氫化銅（CuH）被氫氧化鈉分解生成催化劑-銅。為了再生廢催化劑，應(yīng)將廢催化劑轉(zhuǎn)化成催化劑產(chǎn)品中的主要化學(xué)品—硫酸銅（CuSO4）。在廢催化劑溶解罐（N-2305）中，與硫酸（H2SO4）和空氣進(jìn)行反應(yīng)，硫酸銅溶液再次用于催化劑制備中。

2 系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化

2.1反應(yīng)系統(tǒng)關(guān)鍵控制參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整

2.1.1調(diào)整反應(yīng)系統(tǒng)的催化劑的濃度、活性、反應(yīng)溫度，從而提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。

丙該裝置的總丙烯腈設(shè)計(jì)值為35%，生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)及時(shí)調(diào)整丙烯腈和脫鹽水的進(jìn)料比，將總丙烯腈保持在設(shè)計(jì)值，是獲得高轉(zhuǎn)化率的先決條件。

根據(jù)反應(yīng)速率方程式知，影響反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的主要因素是反應(yīng)液中丙烯腈濃度、丙烯酰胺濃度、催化劑濃度及反應(yīng)溫度。隨反應(yīng)溫度的升高，催化劑濃度的提高，丙烯腈的轉(zhuǎn)化率也隨之增大，但催化劑的消耗量隨溫度的升高而增大，反應(yīng)溫度每升高1℃，丙烯腈的轉(zhuǎn)化率會(huì)提高2%，但催化劑的消耗量也會(huì)增加75克，在100%生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)，本裝置的設(shè)計(jì)反應(yīng)溫度94℃—97℃，催化劑設(shè)計(jì)濃度為20%。為獲得較高的轉(zhuǎn)化率，且平衡反應(yīng)溫度提高和催化劑消耗量增大的矛盾，我們利用系統(tǒng)化的方法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)理論，將反應(yīng)溫度降低為92℃—94℃，將催化劑濃度提高至23%左右，從而取得了較好的效果。

2.2濃縮系統(tǒng)調(diào)整

濃縮系統(tǒng)通過(guò)減壓蒸發(fā)將反應(yīng)液的濃度濃縮到47—51%，同時(shí)回收未反應(yīng)的丙烯腈。丙烯酰胺溶液隨著濃度、溫度的升高，聚合的趨勢(shì)將增大，生成的聚合物將增多，為減少聚合物的生成，通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，提高產(chǎn)品甲醇的溶解性，減少聚合物的生成，從而達(dá)到提高產(chǎn)品的質(zhì)量的目的。

2.2.2 濃縮系統(tǒng)真空度的調(diào)整

濃縮系統(tǒng)T-2322內(nèi)部絕對(duì)壓力PICA2321在6～9Kpa， T-2322壓力由噴射泵J-2321保持在6～9KPa（低于大氣壓），通過(guò) PICA2321壓力控制閥由泄放氮?dú)鈦?lái)控制。

通過(guò)將濃縮系統(tǒng)的真空度提高1KPa、把閃蒸罐的出入口溫差控制在1.6—2.0℃的范圍內(nèi)以及將閃蒸罐的入口溫度由原來(lái)的43℃左右降低為41℃左右，

2.2.3熱水輔助系統(tǒng)溫度的調(diào)整

由于反應(yīng)溫度的降低，可使用于反應(yīng)器冷卻和濃縮系統(tǒng)加熱的熱水系統(tǒng)的溫度適當(dāng)降低，將熱水的溫度由原來(lái)的48—50℃調(diào)整為46—48℃，從而為調(diào)整濃縮系統(tǒng)閃蒸罐的出入口溫差提供了良好的條件。

2.2.4循環(huán)水量的調(diào)整

由于反應(yīng)系統(tǒng)溫度 濃縮系統(tǒng)溫度的調(diào)整后，濃縮系統(tǒng)的溫度相應(yīng)的降低，使系統(tǒng)的負(fù)荷降低，減少循環(huán)水的用量，從而降低了裝置的綜合能耗。

2.2.5調(diào)整產(chǎn)品的濃度

將產(chǎn)品的濃度控制指標(biāo)由原來(lái)的49%左右調(diào)整為47%左右，在滿足產(chǎn)品濃度的前提下，適當(dāng)?shù)慕档彤a(chǎn)品的濃度可減少聚合物生成。

2.2.6 精制塔PH控制

精制塔出口溶液PH在樹(shù)脂一個(gè)運(yùn)行周期（7天）的初期和末期，發(fā)生PH偏低的情況：在樹(shù)脂在氯化鈉再生完畢后，采用脫鹽水洗滌，洗滌結(jié)束時(shí)洗滌水呈酸性，且采集再生后的樹(shù)脂樣品，使用氯化鈉溶液浸泡后，浸泡液也呈酸性，說(shuō)明樹(shù)脂進(jìn)行氯化鈉再生后水洗不充分，針對(duì)此情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)鹽酸再生量由原來(lái)的1.5噸，調(diào)整為1.0噸，鹽酸排出時(shí)脫鹽水流率由6.5m3/h提高至8.5m3/h;增加了再生后精制塔的水洗時(shí)間氯化鈉再生時(shí)間由100min增加至200min，進(jìn)料完畢后氯化鈉浸泡時(shí)間由6小時(shí)增加至72小時(shí)，通過(guò)水洗后精制塔在運(yùn)行的初期和末期，PH值運(yùn)行穩(wěn)定，后期不需要進(jìn)液堿進(jìn)行PH的調(diào)節(jié)控制，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3.經(jīng)濟(jì)效益分析

1）減少循環(huán)水用量： E-2322循環(huán)冷卻水消耗50 m3/h，循環(huán)冷卻水單價(jià)為0.45元/m3，按360天計(jì)算，則此成果產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益

50m3/h ×24h×360天×0.45元/m3=194400元

2）清洗過(guò)濾器聚合物，每次減少產(chǎn)品損失50kg

每投用期（3個(gè)月）減少100次拆洗次數(shù)，丙烯酰胺單價(jià)10000元/噸計(jì)算：100*0.05*10000=100000元/年。

沖洗過(guò)濾器耗脫鹽水量：100次/年*0.8立/次*16.52 元/立=1321元/年。減少?gòu)U水100次/年*0.8立/次*30元/立=2400元/年。

3）減少精制塔再生鹽酸用量25噸/年*3500元/噸=8.75萬(wàn)元。

通過(guò)采取以上措施年可增加經(jīng)濟(jì)效益39萬(wàn)元。

結(jié)論：

利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)理論和系統(tǒng)化的方法對(duì)裝置的關(guān)鍵控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，不僅保證了裝置的平穩(wěn)高效運(yùn)行，提高了裝置的產(chǎn)品質(zhì)量，而且降低綜合能耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，使裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平得到了顯著提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]5萬(wàn)噸/年丙烯酰胺生產(chǎn)裝置？操作規(guī)程？ 1999年6月版

[2]化工原理2009-06-01 第1版