丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝優(yōu)化

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝優(yōu)化作者：蔡堯來源：中國科技博覽2013年第29期摘要：丙烯酸甲酯目前所采用的工藝是連續(xù)化的生產(chǎn)工藝，是利用新鮮的和回收過來的丙烯酸和甲醇，并通過一定的比例調(diào)和，將其連續(xù)的送到酯化反應(yīng)器里，讓其在固體酸的催化劑以及特殊溫度下所進(jìn)行的酯化反應(yīng)。而本文就是對丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝優(yōu)化方面進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：丙烯酸甲酯 生產(chǎn)工藝 優(yōu)化中圖分類號：J523 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）29-060-02目前，丙烯酸甲酯已經(jīng)作為重要的

2、有機(jī)化工原料在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。生產(chǎn)過程中，由于酯化反應(yīng)的可逆性和物料的可聚性，在離開反應(yīng)器之后仍會有部分未反應(yīng)的原料及反應(yīng)后的副產(chǎn)物。為了最大化的提高原料利用率，工藝上選擇通過萃取、精餾和催化裂化等方式將那一部分原料及副產(chǎn)物進(jìn)行分離回收來實(shí)現(xiàn)提高原料利用率，降低生產(chǎn)成本的目的。再通過提純精制得到丙烯酸甲酯。根據(jù)物料自身的特點(diǎn)和性質(zhì)，按照分離所提出的精制要求，基本上回收采用的方法是精餾和萃取，而提純精致所采用的方法是減壓精餾。一、丙烯酸甲酯的生產(chǎn)現(xiàn)狀近幾年來，我國的丙烯酸甲酯市場發(fā)展非常迅速，而這幾年的發(fā)展更是迅猛，丙烯酸甲酯的市場需求量已經(jīng)增長高達(dá)6，稍稍有高于GDP的增長趨勢。在中

3、國以外的亞洲其他地區(qū)發(fā)展更為迅猛。面對如此大的市場吸引力，丙烯酸甲酯的生產(chǎn)商們都在紛紛想辦法來擴(kuò)大產(chǎn)能來迎合市場的需求。然而目前，我國在丙烯酸甲酯的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展上不算景氣，最主要的原因是原材料缺乏，供不應(yīng)求，生產(chǎn)成本高導(dǎo)致銷售價(jià)格偏高，無法正常維持市場發(fā)展。所以丙烯酸甲酯的工藝優(yōu)化迫在眉睫。二、工藝優(yōu)化的方法針對上述我過丙烯酸甲酯生產(chǎn)現(xiàn)狀，降低原料的成本，減少公用工程的應(yīng)用，都是可以降低丙烯酸甲酯價(jià)格的因素。另外一個根本的解決方案就是改變生產(chǎn)工藝提高轉(zhuǎn)化率和選擇性來提高產(chǎn)品收率。工藝的優(yōu)化方法有：1.從反應(yīng)摩爾比來說，上面是甲酯反應(yīng)的機(jī)理方程式，又方程式可以看出丙烯酸和甲醇在投料上的摩爾比理論

4、上應(yīng)該是1：1.產(chǎn)出1份丙烯酸甲酯和1份水。由于酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為了使反應(yīng)向目標(biāo)產(chǎn)物方向進(jìn)行，常用的方法有改變反應(yīng)摩爾比來使反應(yīng)向正方向進(jìn)行，然而甲醇和丙烯酸甲酯的沸點(diǎn)較為接近，丙烯酸和丙烯酸甲酯的沸點(diǎn)相差較遠(yuǎn)，為了后續(xù)系統(tǒng)提純得到目標(biāo)產(chǎn)物，工藝上選擇了丙烯酸過量的方法來讓酯化反應(yīng)向正方向進(jìn)行。但不是一味的加大丙烯酸的加入量，經(jīng)過了實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)，使丙烯酸和甲醇的摩爾比是1：0.75時轉(zhuǎn)化率符合經(jīng)濟(jì)效益。2.從反應(yīng)的溫度上面來說，提高溫度能夠加快反應(yīng)的速率，但是因?yàn)轷セ磻?yīng)又稱為可逆反應(yīng)，所以當(dāng)溫度不斷的上升到一定程度后，逆反應(yīng)的速率就會不斷的隨之加快。因此反應(yīng)溫度不是越高越好。而在高溫情

5、況下，聚合和加成等一些副反應(yīng)的速率也會不斷上升導(dǎo)致反應(yīng)選擇性下降，收率隨之降低。另外反應(yīng)溫度太高，對磺酸型陽離子交換樹脂（催化劑）的活性也有影響。所以，酯化反應(yīng)溫度最好不要太高，起初反應(yīng)溫度一般都是調(diào)整在75，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率和收率調(diào)整反應(yīng)溫度。3.從催化劑的方面考慮，由于磺酸型陽離子交換樹脂時具有很強(qiáng)的酸性，副反應(yīng)作用很少，也沒有廢酸的污染，再加上催化效率較強(qiáng)，催化劑不會分離的特點(diǎn)，在產(chǎn)品的后處理簡單方便等等優(yōu)點(diǎn)選擇了它。加上丙烯酸甲酯工藝的反應(yīng)器采用的是固定床式反應(yīng)器，為了能夠?qū)嵭羞B續(xù)化生產(chǎn)，所以采用的是磺酸型陽離子交換樹脂用來做催化劑。每批催化劑的使用壽命是2-3年，一開始新的催化劑活性最強(qiáng)

6、，隨著使用時間的推移，一些催化劑中毒失活導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，因此在回收酸的流程上面增加一個反應(yīng)循環(huán)過濾器，將回收酸中一部分鐵離子過濾掉避免催化劑中毒失活。除了游離態(tài)的變價(jià)金屬離子外，還要防止堿進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，同時要避免反應(yīng)溫度控制太高，另外每次停車檢修期間一定要做好催化劑的保養(yǎng)工作。同時催化劑還是可再生資源，再生后可以重復(fù)的使用，是現(xiàn)代新型的比較高效的催化劑。延長催化劑的使用壽命也是一個工藝優(yōu)化的方法。4.反應(yīng)壓力方面，酯化反應(yīng)一般都會控制壓力在250kPa（G）。原因是酯化反應(yīng)要求液相物料在超過75以上的條件下才能進(jìn)行，但是在常壓下甲醇的沸點(diǎn)只在64.5左右，所以在75反應(yīng)環(huán)境下將汽化，導(dǎo)致催化劑

7、、丙烯酸和甲醇的接觸機(jī)會越來越少，三者之間接觸的時間逐漸縮短，。這樣一來，甲醇的轉(zhuǎn)化利用率會大幅度的降低，達(dá)不到原設(shè)計(jì)的60-70的轉(zhuǎn)化利用率要求。然而壓力太高也是不允許的，壓力的提高會延長物料在反應(yīng)器中的停留時間，反應(yīng)時間的延長會使副反應(yīng)增多，顯然這個結(jié)果也不是我們所希望得到的。因此控制反應(yīng)器出口壓力為正壓，防止甲醇汽化，同時根據(jù)催化劑使用時期的不同會改變反應(yīng)器出口壓力來維持甲醇轉(zhuǎn)化率。5.分離回收利用未反應(yīng)的原料，提高原料的利用率。1）甲醇的回收。甲醇的回收應(yīng)該采用先萃取而后精餾的方法，利用丙烯酸甲酯很難溶解于水，而甲醇卻能任意比溶于水的特點(diǎn)，所以可以先用水把甲醇從一些混合的物料當(dāng)中萃取分

8、離出來，接下來再采用常壓精餾的方法從萃取相中把甲醇分離并進(jìn)行回收至反應(yīng)器中再次參與反應(yīng)。分析化驗(yàn)得出回收甲醇中水的含量在10%左右最佳。2）丙烯酸的回收。在對丙烯酸進(jìn)行回收的過程中，丙烯酸作為高沸點(diǎn)物料會有一部分在精餾塔底經(jīng)過反應(yīng)循環(huán)過濾器進(jìn)行過濾，除去鐵離子還有雜質(zhì)后重新的返回反應(yīng)器參與反應(yīng)?；厥账嶂兴臐舛纫彩潜３衷?0%最佳。其余一部分丙烯酸，連同副反應(yīng)產(chǎn)物首先進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器進(jìn)行物理分離，將丙烯酸蒸發(fā)返回前一個系統(tǒng)中再回收到反應(yīng)器內(nèi)。在薄膜蒸發(fā)器中未被分離的副產(chǎn)物再進(jìn)入重組分分解器內(nèi)，外加催化劑在155左右的環(huán)境下裂解成丙烯酸后再次回到前面的系統(tǒng)內(nèi)回收利用到反應(yīng)器內(nèi)，重組分分解器無法分解

9、的物料會排出系統(tǒng)。在這里排放的物料在保證工藝穩(wěn)定的情況下應(yīng)盡量的少，我們以焦油比來定義酸的利用率，焦油比當(dāng)然是越小越好。6.萃取系統(tǒng)的優(yōu)化。萃取系統(tǒng)是用來分離丙烯酸甲酯和甲醇的系統(tǒng)，由于丙烯酸甲酯和甲醇沸點(diǎn)差接近20，直接利用精制分離，從設(shè)備和操作費(fèi)用上考慮都是不經(jīng)濟(jì)的。因此利用甲醇和水互溶，丙烯酸甲酯難溶于水的物理性質(zhì)設(shè)計(jì)了萃取塔來分離出甲醇。萃取相甲醇水溶液再進(jìn)入精制系統(tǒng)進(jìn)行甲醇和水分離，分離出來的水再進(jìn)入萃取塔內(nèi)當(dāng)成萃取劑回收利用，減少水的浪費(fèi)。萃取塔的操作條件是盡量的保持低溫，一般是保持在20最佳。另外萃取比也是一個重要的操作條件，一般保持在1.01：1最適宜。系統(tǒng)缺水時會用脫鹽水補(bǔ)充

10、，水變多或者水質(zhì)變差的時候會排出系統(tǒng)焚燒而不污染環(huán)境。7.設(shè)備動力的優(yōu)化。萃取系統(tǒng)是一個正壓操作的系統(tǒng)，控制萃取界面時可直接用控制閥調(diào)整塔釜出料量來達(dá)到控制目標(biāo)。一般系統(tǒng)會增加一個緩沖罐來儲存萃取塔底下排出的甲醇水溶液，再通過機(jī)泵將甲醇水溶液打到精制回收塔。在此可以刪去緩沖罐和機(jī)泵，直接通過界位調(diào)節(jié)閥輸送物料進(jìn)入精制回收塔。減少動靜設(shè)備的投入也是一個優(yōu)化方案，還能減少工業(yè)用電。同時設(shè)備就如同化工裝置內(nèi)的骨骼，在日常操作里面，我們應(yīng)該愛護(hù)設(shè)備，保護(hù)設(shè)備，維護(hù)設(shè)備。讓我們的設(shè)備保持在一個最佳的運(yùn)行狀態(tài)和備用狀態(tài)下，減少設(shè)備的損壞和維修都是優(yōu)化生產(chǎn)的一個辦法。這樣在設(shè)備和能源方面優(yōu)化也是節(jié)能增效的有

11、效辦法。8.能源應(yīng)用的優(yōu)化。甲酯裝置的精制系統(tǒng)一般會利用負(fù)壓精餾的方法。負(fù)壓精餾主要是降低各物質(zhì)的沸點(diǎn)。這樣可以運(yùn)用較少的蒸汽便能將物料分離出來。另外較低的溫度也能減少物料的聚合，減少副反應(yīng)的產(chǎn)生。在能源的應(yīng)用上，減少公用工程的應(yīng)用也是一個優(yōu)化方向。9.阻聚效果的優(yōu)化。丙烯酸，丙烯酸甲酯都是易聚合的物質(zhì)，聚合反應(yīng)伴隨著整個生產(chǎn)過程過。聚合物的生成能造成精制塔掛壁，塔板和管道堵塞；機(jī)泵入口過濾器堵塞，機(jī)封磨損泄露；閥門卡澀或者無法關(guān)嚴(yán)，儀表測量失真。從而影響著整個生產(chǎn)過程，因此防止聚合是非常重要的。常用的防聚手段有分化學(xué)手段和物理手段；化學(xué)手段基本上就是添加阻聚劑和阻聚空氣，按照阻聚機(jī)理的不同可

12、分為加成型，鏈轉(zhuǎn)移型和電荷轉(zhuǎn)移型。而物理阻聚常用的方式有：減少相變；縮短停留時間，減少死角；使阻聚劑混合均勻；降低溫度；減少變價(jià)金屬；消除組分波動。三、丙烯酸甲酯的工藝路線經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動下的丙烯酸甲酯也有了更大的發(fā)展空間和余地，競爭就要面對優(yōu)勝略汰的選擇，市場本身存在一定的漏洞和缺口，市場發(fā)展的潛規(guī)則就是要在某一時段根據(jù)市場的發(fā)展來淘汰一些落后的技術(shù)和一些經(jīng)濟(jì)效益較差的裝置，所以要想增強(qiáng)市場的競爭力，就要預(yù)備和引進(jìn)一些適合市場發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，擁有較強(qiáng)的具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)裝置來配合市場強(qiáng)有力的競爭。首先：企業(yè)的內(nèi)部要搞好團(tuán)結(jié)，內(nèi)部管理上要有所加強(qiáng)和提升，盡量降低一些運(yùn)營成本和生產(chǎn)過程中的單耗，資金

13、是企業(yè)發(fā)展的后盾，所以降低成本來迎合市場的發(fā)展需求。其次，一個企業(yè)的靈魂是員工，有一群具備超強(qiáng)素質(zhì)的員工那就等于有了一個神的靈魂。因此必須加強(qiáng)員工素質(zhì)的培養(yǎng)，同步提升員工的操作水平，使裝置的生產(chǎn)平穩(wěn)。一套裝置可以平穩(wěn)生產(chǎn)，設(shè)備零維修，生產(chǎn)零事故，人身零傷害。讓員工高高興興上班來，平平安安回家去。這樣的企業(yè)中的員工會有一種歸屬感，面對靈魂中流淌著一股滾燙血液的企業(yè)，想被淘汰也很難。再次：生產(chǎn)企業(yè)的本身可以多關(guān)注國內(nèi)外一些同類生產(chǎn)裝置的發(fā)展動態(tài)，盡可能的優(yōu)化自己的工藝流程，使自己立于不敗之地。最后：除了本身對丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化外，還要拓展原有的原料來源。根據(jù)市場的定位，在保證一部分大生產(chǎn)企業(yè)正常運(yùn)行的前提下，關(guān)閉一些單耗大，又內(nèi)部管理不善，效益下滑的小企業(yè)。對于丙烯酸甲酯生產(chǎn)工藝優(yōu)化方面，在材料的選擇上要盡可能的根據(jù)對比，選擇成本低，經(jīng)濟(jì)效益相對好，最重要的是污染小的企業(yè)。在各個國家掌握的原料和技術(shù)工藝的前提下，紛紛開展企業(yè)本身對新工藝的研究，盡可能讓原材料的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化的趨勢，根據(jù)當(dāng)前丙烯酸甲酯生產(chǎn)發(fā)