关键词 ： 丙烯酸 ； 生产工艺
1 探讨丙烯酸的氧化操作
1.1丙烯氧化制作丙烯酸
尽管丙烯酸的生产制备技术较为多元化，相关生产制备技术也已经被广泛运用到化工生产中。但是当前最为常见的生产工艺依然是把丙烯直接氧化成丙烯酸。主要借助空气中的氧气与丙烯发生反应，在水蒸气、高温条件下进行氧化，同时借助催化剂完成氧化反应。从化学角度来说，丙烯的氧化大致可以分成两个极端：第一个阶段是丙烯被氧化成丙烯醛，第二阶段是丙烯醛继续氧化成丙烯酸。在这两个反应过程中，还会产生一些醋酸、丙酸和乙酸等产物。
1.2丙烯酸的生产工艺操作流程
通过调查不难发现，丙烯氧化丙烯酸的生产工艺缺乏统一的准则，制作工艺操作流程也较为多变。我们可以大体把丙烯酸的生产工艺操作分成以下两类：第一类：一次性地将反应气体通过催化剂床层，而后将产物通过分离单元进行提纯，这样副产物、未充分反应的原料等都会被分离出来，排除整个生产系统。第二类：将没经过吸收后的气体一次性地再次引入反应器中，与新进入的空气、丙烯继续反应。这种工艺流程的优点在于能够提高原材料的利用率，且吸收后的水蒸气能够提供二次反应的水分，不再需要专门设置增湿设备。需要注意的是无论哪种工艺流程，丙烯酸氧化过程都会受到催化剂特性和设备等因素的影响。
2 生产丙烯酸的直接氧化法
丙烯酸的生产工艺中比较常见的是直接氧化法，这种生产工艺主要是运用水蒸气、空气和丙烯作为原料完成生产工作，生产过程中将三者按照一定的比例通过催化剂床层发生氧化反应。丙烯在第一反应器中氧化成丙烯醛，在第二反应器中氧化成丙烯酸。其中水蒸气发挥稀释作用，避免爆炸的同时，防止副反应的发生。反应化学方程式为 ：CH2==CH—CH3+O2→ CH2==CH—CHO+H2O+0.34MJCH2==CH—CHO+O2→ CH2==CH—COOH+0.25MJ反应中除产生丙烯酸，还因发生副反应生成醋酸、碳氧化物等。
3 生产丙烯酸的相关子系统研究
生产丙烯酸的工艺中，直接氧化法的操作较为复杂繁琐，其中有不少子系统，具体如下所示：包括丙烯系统、空气系统、反应系统、急冷吸收系统、废气废水处理系统等，接下来逐一进行分析。
3.1 生产丙烯酸的丙烯系统
生产丙烯酸的过程中，丙烯系统是一项必不可少的子系统，其存在的主要作用就是完成奇台丙烯的制备工作，也就是液体丙烯由丙烯罐进入到进料消气器缓冲消气后，进入到蒸发器中进行气化处理。通过调节将蒸发器上部气相压力控制在 0.6MPa，并将蒸发器中的液位调节至50%。同时，经过热器进行过热处理，将丙烯气体的出口温度控制在（50±5）℃。丙烯气体从过热器出来后，调节流量后进入进料混合器，和增湿空气充分混合。
3.2 生产丙烯酸的空气系统
空气系统的存在主要是为了给丙烯酸的生产提供充足的空气。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在空气系统中适当增加空气中的水含量，严格控制混合物进入到易燃区。同时，注重在密封气中充入干燥密封气，达到保养催化剂的目的。另外，检查紧急停车所需条件，发生异常后能够及时停车。
3.3 生产丙烯酸的反应系统
把丙烯与增湿后的空气均匀混合在一起后，放入列管式固定床反应器中，并向其中加入催化剂，在一定温度条件下发生反应生成部分丙烯酸以及丙烯醛。考虑到丙烯醛可能发生深度氧化生成CO2与 CO，因此，在固定床反应器下部设置由热水泵、闪蒸器构成的冷却段，有效阻止丙烯醛深度氧化情况的发生。出口气体和补加的空气进行充分混合后进入另个列管式固定床反应器，进一步氧化成丙烯酸。该反应器的列管中装有催化剂，列管间分布有热载体。
3.4 生产丙烯酸的急冷吸收系统
在生产丙烯酸的过程中，完成上面的操作之后，把出口气体输送扫流出物冷却器中，等到其温度降到160~180℃后，输送至塔中进一步降低温度，以防止生成丙烯酸聚合物。在流出物冷却器中通过调节排气量将上部的气相压力控制在0.28~0.35MPa，并将液位控制在 50%。塔底液是含有 50% 的丙烯酸水溶液，因此，需要做进一步精制处理。精制处理采用共沸蒸馏法，从丙烯酸中将醋酸与水分离出去。塔底液中的丙烯酸液体含有少量的醋酸，一部分通过再沸器进行强制循环，另一部分被送至醋酸塔进行脱酯酸处理。需要注意的是：为防止聚合，一方面向塔中添加干燥密封气。另一方面向回流与进料液体中添加阻聚剂。醋酸塔为板式塔，负责减压蒸馏少量丙烯酸、甲苯、水、醋酸。蒸馏出的物质进行冷凝处理。塔底液中的丙烯酸液体含有少量重组分，一部分经过再沸器强制循环，另一部分进入到丙烯酸精制塔中作脱重组分处理。丙烯酸在精制塔中被减压蒸馏后由塔顶蒸出，蒸出物做冷凝处理后，一部分到塔顶重新回流至塔中，另一部分被丙烯酸成品冷却器冷凝。塔底液一部分进行强制循环，一部分经薄膜蒸发器作真空蒸发处理，实现重组分中丙烯酸的回收。薄膜蒸发器由 MP 夹套加热，从顶部蒸出的含丙烯酸的气体返回上一步塔的底部。底部液冷却处理后进入到二聚物罐，一路自身循环，一路送至装桶处。
3.5 生产丙烯酸的废气废水处理系统
为了进一步减少丙烯酸生产过程中的废气和废水物质排放，我们需要充分发挥废气废水处理系统的作用，及时进行清洁工作。当前科技发展迅速，生产企业应结合自身生产实际，采用合理的废气废水处理技术，在保证处理质量的基础上，降低成本。传统的废气废水处理方法为焚烧法，可获得较好的处理效果，但排放的废水中含有 NaCl、Na2SO3、 Na2SO4，给环境造成一定程度的污染，因此，生产企业可考虑采用催化氧化法进行处理，即，将废水经热交换器加热至 200~250℃，进入反应器，控制压力 6.0~8.0kPa，温度为230~300℃，在催化剂床层将有机物氧化成水与二氧化碳。
4 结束语
在化工生产原料中，丙烯酸起到了不可替代的重要作用，丙烯酸的生产工艺也较为复杂繁琐，涉及到许多的子系统。为保证丙烯酸生产工作的顺利进行，生产企业应做好相关生产工艺研究。本文通过研究得出以下结论 ：1）丙烯酸生产方法较多，其中直接氧化法较为常用，生产企业可根据生产原理做好生产工艺的设计，以及生产系统的合理布局。2）丙烯酸生产涉及较多子系统，要求生产单位明确各生产子系统的作用，做好各子系统运行参数的研究与优化，不断提高产品质量及生产效率。
参考文献：
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[2] 单伟 . 丙烯酸生产工艺水资源代谢分析及优化调控研究 [J]. 江苏科技信息， 2016，（20）： 73-76.
论文作者:陈波
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2月4 期
论文发表时间:2020/4/30