工藝概述
種子罐培養(yǎng)基經(jīng)實(shí)消滅菌后接入菌種，通過(guò)控制溫度，壓力，聚丙烯酰胺通風(fēng)量培養(yǎng)成熟，在壓力差作用下將菌種打入實(shí)消后的發(fā)酵液貯罐，國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)聚丙烯酰胺的方法打入發(fā)酵液離心機(jī)分離出水合反應(yīng)所需的生物活性酶，在混合罐中加水稀釋后，由泵打入催化反應(yīng)釜。在催化反應(yīng)釜中，先打入無(wú)離子水。精丙烯腈在操作員及色譜儀的控制下，緩慢加入并與水化合生成丙烯酰胺。反應(yīng)后的粗丙烯酰胺溶液經(jīng)反應(yīng)液貯罐打入反應(yīng)液離心機(jī)，分離去除掉反應(yīng)中殘留的菌種后，送到粗丙烯酰胺貯罐，再通過(guò)粗丙烯酰胺輸送泵送入氣提釜，聚丙烯酰胺,pam,陰離子聚丙烯酰胺,非離子聚丙烯酰胺,陽(yáng)離子聚丙烯酰胺--鞏義市泰和水處理材料有限公司在氣提釜中通過(guò)控制一定的溫度和真空度，去除丙烯酰胺中的低沸物。氣提之后的丙烯酰胺溶液到達(dá)中轉(zhuǎn)罐，再經(jīng)過(guò)丙烯酰胺輸送泵打入膜分離系統(tǒng)中除掉丙烯酰胺溶液中大分子纖維蛋白，因膜分離系統(tǒng)處理量有限，處理不了的粗丙烯酰胺回到中轉(zhuǎn)罐，這樣通過(guò)泵與丙烯酰胺中轉(zhuǎn)罐形成一個(gè)循環(huán)處理，通過(guò)膜分離出來(lái)的丙烯酰胺溶液進(jìn)入炭柱罐進(jìn)行膠色處理后進(jìn)入中轉(zhuǎn)罐。由丙烯酰胺輸送泵經(jīng)過(guò)泵入陰陽(yáng)離子交換塔除掉溶液中多余的離子后，成為精丙烯酰胺單體，打入精丙烯酰胺貯罐，通過(guò)精丙烯酰胺輸送泵送到聚合車間。

工藝流程
主要包括AN原料制備，空氣凈化，生物發(fā)酵，催化反應(yīng)和丙烯酰胺精制工序，工藝流程見(jiàn)圖3-12。

(1)AN原料制備。本工序的目的是脫除AN原料在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中所加的阻聚劑(對(duì)苯二酚單甲基醚)。從儲(chǔ)罐中來(lái)的AN經(jīng)加熱后進(jìn)閃蒸罐，在真空狀態(tài)下閃蒸，氣相經(jīng)冷凝，冷卻后進(jìn)AN中間儲(chǔ)罐，各工序連續(xù)操作。
(2)空氣凈化。目的是生產(chǎn)無(wú)油，無(wú)菌的空氣，供細(xì)菌培養(yǎng)用風(fēng)。壓縮空氣(0.35MPa)經(jīng)冷卻分離出部分水分，控制空氣露點(diǎn)在20℃以下，再加熱后進(jìn)總過(guò)濾器，消除空氣中雜菌，送發(fā)酵工序。
(3)生物發(fā)酵。其作用是培養(yǎng)產(chǎn)生含腈水合酶的細(xì)菌。第一步是將培養(yǎng)基送入種子罐。繁殖罐，發(fā)酵罐；第二步是用蒸汽對(duì)設(shè)備及培養(yǎng)液進(jìn)行嚴(yán)格消毒；第三步是移種，繁殖，發(fā)酵，生產(chǎn)出具有較高酶活性的發(fā)酵液。本工序?yàn)殚g歇操作。
(4)催化反應(yīng)是在生物酶催化劑的作用下，完成AN與H2O轉(zhuǎn)化為AM的反應(yīng)。發(fā)酵液經(jīng)固定化細(xì)胞技術(shù)生產(chǎn)出顆粒狀的生物酶催化劑，與水按一定配比進(jìn)催化反應(yīng)器；精制后的AN經(jīng)計(jì)量后滴加至催化反應(yīng)器，控制反應(yīng)器內(nèi)溶液中AN濃度在3%-4%之間，同時(shí)控制反應(yīng)器的溫度。待AM達(dá)到預(yù)定濃度(AN濃度≤500mg/L)時(shí)進(jìn)AM中間罐。生物的催化劑有效活性為兩個(gè)周期，兩周期后，經(jīng)過(guò)濾分離后送去焚燒。
(5)AM精制是分離AM中因原料所帶入的輕組分雜質(zhì)及培養(yǎng)基，催化劑，設(shè)備帶入的生物細(xì)胞，有機(jī)物，金屬離子等雜質(zhì)。AM水溶液在真空狀態(tài)下閃蒸，脫除AN原料帶入的輕組分雜質(zhì)；進(jìn)活性炭過(guò)濾器及超濾膜脫色，除去生物細(xì)胞，有機(jī)物等；再經(jīng)離子交換樹(shù)脂脫金屬離子，產(chǎn)出滿足后續(xù)工藝要求的AM水溶液產(chǎn)品。

AM精制工藝
以AN為原料用微生物催化水合法生產(chǎn)的丙烯酰胺必須進(jìn)行精制，這是因?yàn)榫酆戏磻?yīng)中的鏈增長(zhǎng)劑對(duì)AM溶液中的無(wú)機(jī)離子和有機(jī)雜質(zhì)反應(yīng)敏感，會(huì)大大降低PAM相對(duì)分子質(zhì)量。
在催化水合反應(yīng)中脫落的酶細(xì)胞和固化劑中的有機(jī)大分子會(huì)造成活性碳-離子交換樹(shù)脂處理容量降低，每次精制的AM單體量?jī)H為樹(shù)脂量的十幾倍左右，樹(shù)脂頻繁的再生使酸堿的消耗量增大，沖洗水增多，樹(shù)脂的壽命降低，成本升高。勝利油田研制開(kāi)發(fā)了超濾膜-陽(yáng)床精制工藝技術(shù)，比使用活性碳-離子交換樹(shù)脂成本大大降低，還解決了對(duì)PAM相對(duì)分子質(zhì)量的影響問(wèn)題。

超濾膜-陽(yáng)床精制工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3-13。該工藝流程可由AM閃蒸，AM精制，超濾膜精制3部分組成。
(I)AM閃蒸。
從水合工段來(lái)的粗28% AM進(jìn)AM儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，再經(jīng)泵送至AM閃蒸塔，在高真空條件下閃蒸，分離除去原料AN中所帶的輕組分雜質(zhì)及未反應(yīng)完的微量AN，AM經(jīng)循環(huán)接受釜后經(jīng)泵送至粗30% AM儲(chǔ)罐。為提高閃蒸效果，閃蒸塔設(shè)置了AM循環(huán)流程。
(2)AM精制。
粗30%AM儲(chǔ)罐的AM溶液由泵依次送入活性碳過(guò)濾器，AM膜精制裝置及陽(yáng)離子交換床，以除去雜質(zhì)和金屬離子，再經(jīng)冷卻器送入精30% AM儲(chǔ)罐，最后經(jīng)泵送至PAM裝置。
(3)超濾膜精制。
AM單體(含菌體等雜質(zhì))，經(jīng)過(guò)濾后送至AM循環(huán)罐，待AM循環(huán)罐料滿后，開(kāi)啟超濾循環(huán)泵，料液進(jìn)一步過(guò)濾，除去單體中的大懸物后進(jìn)入陽(yáng)離子交換床，大量單體則回流至AM循環(huán)罐。
若超濾膜過(guò)料量下降或物料供應(yīng)不及時(shí)，則需進(jìn)行清洗操作。用脫鹽水或空氣將袋式過(guò)濾器中的殘余AM單體壓至陽(yáng)離子交換床，部分料液壓至AM循環(huán)罐，然后用清洗箱中的脫鹽水將超濾系統(tǒng)清洗干凈。
(4)工藝參數(shù)。
①AM閃蒸系統(tǒng)主要工藝參數(shù)。
AM閃蒸系統(tǒng)真空度：>0.05MPa；
AM閃蒸系統(tǒng)通氣量：3m3/h；
AM閃蒸系統(tǒng)出料量：6m3/h。
②超濾裝置工藝參數(shù)。
超濾操作溫度：<18℃；
超濾裝置精制量：6m3/h；
超濾裝置操作壓力：<0.5MPa。
③陽(yáng)床工藝參數(shù)。
陽(yáng)床出料電導(dǎo)率：<200μs/cm；
陽(yáng)床出料pH值：5.4；
陽(yáng)床出料AM濃度：30%。
④30%精制AM儲(chǔ)罐工藝條件。
儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存溫度：夏季13℃，冬季15℃；
儲(chǔ)罐內(nèi)通空氣量：0.025m3空氣/m3；
儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存單體濃度：30%。

硫酸水合法
首先采用等摩爾比的丙烯腈和水，在H2SO4存在下，于80-100℃進(jìn)行水合，先生成丙烯酰胺硫酸鹽，然后再用氨(或燒堿，生石灰)中和，結(jié)晶分離出丙烯酰胺產(chǎn)品和副產(chǎn)品硫酸銨。其反應(yīng)如下：

該法優(yōu)點(diǎn)是易制得結(jié)晶單體。主要缺點(diǎn)是原料丙烯腈等消耗定額高，產(chǎn)品純度低，收率低，產(chǎn)生大量含丙烯酰胺的硫酸鹽和廢液，污染環(huán)境。

催化水合法
20世紀(jì)70年代初，國(guó)外先后開(kāi)發(fā)了在骨架銅催化劑作用下丙烯腈與水直接反應(yīng)生成的工藝。其反應(yīng)如下：

催化水合法比硫酸水合法產(chǎn)品純度高，收率高，基本無(wú)三廢，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。目前世界上主要采用催化水合法生產(chǎn)丙烯酰胺。
采用的骨架銅催化劑是二元或二元以上的合金，經(jīng)堿處理后溶解掉一部分，留下活潑態(tài)的金屬成為骨架銅。骨架銅催化劑有Cu-Cr合金，Cu-Ni合金及Cu-Al-Zn合金等。反應(yīng)器采用總浮床或固定床均可。美國(guó)道化學(xué)公司采用固定床連續(xù)催化技術(shù)，用Cu-Cr作催化劑，產(chǎn)品是50% AM水溶液；日本三井東亞化學(xué)株式會(huì)社和日本三菱化學(xué)公司采用總浮床連續(xù)催化水合技術(shù)，用Cu-Ni作催化劑，產(chǎn)品是50% AM水溶液和晶體；目前我國(guó)AM生產(chǎn)通常用Cu-Al-Zn骨架銅催化劑，采用固定床連續(xù)催化水合工藝。
(1)美國(guó)道氏化學(xué)公司丙烯酰胺生產(chǎn)工藝。
美國(guó)道氏化學(xué)公司生產(chǎn)的丙烯酰胺和聚丙烯酰胺已有30多年歷史。它采用固定床水合反應(yīng)器，工藝流程見(jiàn)圖3-14。

原料丙烯腈進(jìn)廠后，先進(jìn)填料精制塔進(jìn)行精制。
反應(yīng)條件為：丙烯腈：無(wú)離子水=1：3(摩爾比)
催化劑為Cu-Cr合金，按要求加工。丙烯腈單程轉(zhuǎn)化率為45%-70%。隨著生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，催化劑活性逐漸下降，大約兩個(gè)月左右再生一次。再生時(shí)反應(yīng)器切換使用。
美國(guó)道氏化學(xué)公司固定床反應(yīng)塔尺寸：直徑約為0.46m，高約為4.6m。每條生產(chǎn)線有4座反應(yīng)塔并聯(lián)操作。除閃蒸塔，精餾塔外，在單體工藝流程中沒(méi)有離子交換樹(shù)脂或加絡(luò)合劑脫除金屬離子的裝置，而是在制造聚合物時(shí)加以處理。
單體產(chǎn)品規(guī)格：濃度為48%-52%，銅離子為12-25μg/g，不溶物小于100μg/g，其余為水。強(qiáng)調(diào)在單體中要有一定含量的銅離子，在儲(chǔ)運(yùn)中起阻聚作用，消耗定額(按每噸丙烯酰胺什算)：丙烯腈為750kg，無(wú)離子水為1000kg，催化劑為1kg。
(2)日本三菱化學(xué)公司丙烯酰胺生產(chǎn)工藝。
日本三菱化成公司從1962年開(kāi)始生產(chǎn)丙烯酰胺至今也有40多年歷史。日木三菱化學(xué)公司采用懸浮床反應(yīng)器裝置。除反應(yīng)器外，另有催化劑回收，制造設(shè)備。1993年大慶油田引進(jìn)該公司生產(chǎn)工藝。
懸浮床反應(yīng)的特點(diǎn)是要求催化劑在反應(yīng)溶液中呈懸浮狀態(tài)。懸浮床催化劑粒徑小，在溫度和催化劑粒子之間的相互摩擦作用下，使其更小，因此反應(yīng)后的AM水溶液需經(jīng)過(guò)有高效捕集作用的進(jìn)濾器去除催化劑微粒。否則，會(huì)將殘留的細(xì)粉末帶到AM溶液中，這對(duì)后面的精制工序甚至聚合工序會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
懸浮床反應(yīng)的流程是向丙烯腈和水的混合液加入金屬銅催化劑，在70-120℃的條件下通過(guò)輸液泵連續(xù)進(jìn)入催化水合反應(yīng)器中進(jìn)行水合反應(yīng)，反應(yīng)后帶有銅催化劑的AM水溶液經(jīng)過(guò)濾器，使AM水溶液與催化劑分開(kāi)。稀AM水溶液進(jìn)入濃縮器濃縮，再經(jīng)調(diào)濃生產(chǎn)出30%-50% AM水溶液，然后經(jīng)活性碳離子交換樹(shù)脂精制后得產(chǎn)品。AM濃縮液也可以經(jīng)結(jié)晶，干燥來(lái)生產(chǎn)結(jié)晶固體AM產(chǎn)品。從AM濃縮器出來(lái)的未反應(yīng)物丙烯腈經(jīng)冷凝回收返回反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)。由催化劑過(guò)濾器過(guò)濾出來(lái)的催化劑經(jīng)再生處理或連同補(bǔ)加新催化劑一起送入催化水合反應(yīng)器。如此形成一個(gè)閉路循環(huán)。
日本三菱化成公司的懸浮床工藝所用催化劑由于是不斷循環(huán)的，活性基本保持不變。生產(chǎn)裝置所用的催化劑由本身的催化劑回收制造工段生產(chǎn)，只需從市場(chǎng)上購(gòu)金屬銅和鎳即可，催化劑消耗為1-2Kg/t AM。
①產(chǎn)品性能。

②工藝特點(diǎn)。
在催化劑作用下，直接連續(xù)從丙烯腈生產(chǎn)AM，不產(chǎn)生副產(chǎn)物如硫酸銨，硫酸鈉等，工藝由以下幾個(gè)工段組成：水合，濃縮，精制，催化劑生產(chǎn)和再生。工藝流程圖見(jiàn)圖3-15。
③工藝流程說(shuō)明。
水合：將丙烯腈和水連續(xù)送入水合反應(yīng)器，在懸浮催化劑作用下將丙烯腈直接轉(zhuǎn)化為AM。將反應(yīng)所生成AM溶液。與催化劑分離，送到濃縮工段。
濃縮：用蒸發(fā)法將AM水溶液連續(xù)濃縮到50%(重量)，蒸發(fā)出的水和未反應(yīng)的丙烯腈一道被回收返回到水解工段。
精制：連續(xù)除去AM濃縮水溶液中極少量雜質(zhì)，即得純的AM水溶液。
催化劑的生產(chǎn)和再生：將催化反應(yīng)器中用過(guò)的一部分催化劑從反應(yīng)器中抽出再生。

國(guó)內(nèi)丙烯酰胺生產(chǎn)技術(shù)
(1)工藝流程。
丙烯腈和水經(jīng)計(jì)量泵按規(guī)定配比混合配料，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱送入串聯(lián)的固定床反應(yīng)器(一般直徑φ=0.3m，高度H=2m，內(nèi)裝顆粒狀或球狀催化劑)進(jìn)行雙塔兩段催化。在骨架鋼(Cu-Al-Zn)催化劑作用下，丙烯腈水合轉(zhuǎn)化
                                   為丙烯酰胺，見(jiàn)圖3-16。


第一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)定常數(shù)A，B，C，L和M；
第二，假定催化劑進(jìn)料率，反應(yīng)器容積，反應(yīng)器中催化劑濃度，計(jì)算催化劑殘留時(shí)間；
第三，給出一個(gè)確定的反應(yīng)溫度。
K·值可從這些方程式中計(jì)算。
反應(yīng)速度由產(chǎn)率決定，所以假定反應(yīng)溫度，催化劑進(jìn)料率，AAM選擇性AN進(jìn)料率(CF)和轉(zhuǎn)化率(η)，可通過(guò)逼近法計(jì)算出反應(yīng)速率。
④副反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)。
ECH：滯留時(shí)間增長(zhǎng)，ECH增加。反應(yīng)溫度的波動(dòng)對(duì)ECH影響不大。
ACA：滯留時(shí)間增長(zhǎng)和反應(yīng)溫度升高，都使ACA增加。
PAM：滯留時(shí)間增長(zhǎng)和反應(yīng)溫度升高，都使PAM增加。
HPA：滯留時(shí)間增長(zhǎng)和反應(yīng)溫度升高，都使HPA增加。
NTPA：NTPA隨ACA增加而增加。
(3)反應(yīng)溫度與反應(yīng)壓力。
反應(yīng)溫度：120-130℃；
反應(yīng)壓力：0.2-0.3MPa。
(4)骨架銅催化劑的性能及選擇性。
在丙烯腈的分子中，含有C=C雙鍵和C叁鍵，所以丙烯腈在水合反應(yīng)時(shí)就有兩種水合反應(yīng)產(chǎn)生，一是在C=C雙鍵上的水合反應(yīng)，如：

另一種是C≡N叁鍵上的水合反應(yīng)，如：

顯然C≡N叁價(jià)鍵上的反應(yīng)，產(chǎn)物是丙烯酰胺，而C=C雙鍵的反應(yīng)產(chǎn)物，是羥基丙腈，是想要的抑制反應(yīng)，上述兩種水合反應(yīng)的取向是由催化劑的選擇性所決定的。因此，催化劑制備所采用的合金比冶煉方法及使用時(shí)催化劑的工藝條件，都是影響催化劑選擇性的關(guān)鍵因素?？傊呋瘎┗钚?，選擇性是影響丙烯腈轉(zhuǎn)化率及丙烯酰胺收率的最重要因素。
①提濃。
為了滿足單體產(chǎn)品和干粉生產(chǎn)的需要，必須將含丙烯酰胺濃度達(dá)到聚合濃度，在提濃的過(guò)程中既要把丙烯腈和水蒸發(fā)掉，又要保證丙烯酰胺在濃縮過(guò)程中不發(fā)生聚合。所以要采用添加阻聚劑，降低操作溫度，防止聚合的同時(shí)在塔底部吹空氣的方法。一般采用強(qiáng)制循環(huán)閃蒸提濃工藝。催化液經(jīng)減壓閥進(jìn)入蒸發(fā)室，蒸發(fā)出的丙烯腈和水經(jīng)冷凝，回收利用。生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)，基本無(wú)三廢。經(jīng)閃蒸后的丙烯酰胺水溶液，進(jìn)入蒸發(fā)釜進(jìn)一步蒸發(fā)濃縮到要求的濃度。
②精制。
經(jīng)過(guò)閃蒸提濃后的精丙烯酰胺，還會(huì)有大量的銅，鐵離子和少量氮基三丙酰胺(NT-PA)等副產(chǎn)物，如不除去，將會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)工段聚丙烯酰胺的產(chǎn)品質(zhì)量，精制工段的目的就是要除去這些雜質(zhì)。
原料制備系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量有較大波動(dòng)。因此需采用新型樹(shù)脂除去水合反應(yīng)物中帶來(lái)的銅，鐵離子和副產(chǎn)物NTPA。
對(duì)精制系統(tǒng)的器材有特殊要求，其原因是丙烯酰胺有易聚合的傾向，這種傾向受器材材質(zhì)的影響較大，如鐵進(jìn)入系統(tǒng)中，就會(huì)導(dǎo)致丙烯酰胺聚合。因此，精制系統(tǒng)的器材都要用非金屬材料做襯里，使其不易聚合。
精制塔中離子交換樹(shù)脂方程式：

(5)工藝概述。
①催化劑制備。
催化劑：主要成分為金屬銅的銅-鉻催化劑。銅-鉻催化劑是直接水合工藝生產(chǎn)丙烯酰胺的基礎(chǔ)。在催化劑制備中，次磷酸鈉和硫酸銅，在硫酸的作用下，溫度大約在50℃的條件下反應(yīng)生成一氫化銅，然后一氫化銅被氫氧化鈉分解生成催化劑Cu++。一氫化銅分解時(shí)產(chǎn)生大量的氫氣。
反應(yīng)方程式：
2CuSO4+3NaH2PO2+2H2O→2CuH+3NaHPO2+2H2SO4
2CuH+2H2SO4+4NaOH→2Cu++ +Na2SO4+4H2O+H2
如果催化劑僅為Cu++，活性較低，因此按鉻，銅的原子比大約為Cr/Cu=0.05的比例加入鉻。
催化劑的制備和貯存：盡管銅-鉻催化劑(以后簡(jiǎn)稱催化劑)有較高的活性，隨著丙烯腈水合反應(yīng)時(shí)間的消逝，催化劑活性也逐漸降低，因此不斷的補(bǔ)充催化劑，以補(bǔ)償催化劑活性的降低。消耗的催化劑應(yīng)以每天1.5批間歇反應(yīng)進(jìn)行回收。但是，因反應(yīng)器中滯留的催化劑量明顯大于催化劑的生產(chǎn)能力，所以裝置建成開(kāi)工時(shí)唯有催化劑制備工段應(yīng)提前開(kāi)工。
因催化劑在空氣中易氧化從而產(chǎn)生熱量，所以一定要注意催化劑的貯存條件，如溫度和氧氣的控制。
催化劑生產(chǎn)中，因一氫化銅的分解而產(chǎn)生大量氫氣。應(yīng)特別注意在N2中處理催化劑，不能將催化劑置于干燥條件下。
②催化劑回收工段。
在丙烯酰胺生產(chǎn)中，催化劑隨著反應(yīng)時(shí)間的消逝，其活性逐漸降低。因此，催化劑從二級(jí)反應(yīng)器中排至廢催化劑罐時(shí)，大約每天排放兩次。
為了再生廢催化劑，應(yīng)將廢催化劑再轉(zhuǎn)化成催化劑產(chǎn)品中的主要化學(xué)品-硫酸銅。
對(duì)廢催化劑進(jìn)行徹底清洗(10W%催化劑鉆并液中，丙烯酰胺含量應(yīng)低于300mg/L)。
另一方面，過(guò)濾的反應(yīng)劑經(jīng)過(guò)丙烯酰胺回收罐收集到濃縮工段，變成10%淤漿后，分離出的催化劑經(jīng)過(guò)濾和清洗，在廢催化劑溶解罐中，與硫酸和空氣進(jìn)行反應(yīng)，硫酸銅溶液再次用于催化劑制備中。
反應(yīng)方程式：Cu+H2SO4+1/2O2→CuSO4+H2O
催化劑中含有的少量鉻也同步再生。應(yīng)及時(shí)補(bǔ)給在每個(gè)操作中消耗的銅鹽和鉻鹽。
③反應(yīng)。
丙烯腈和水在催化劑作用下，直接反應(yīng)生成丙烯酰胺。
反應(yīng)如下：丙烯腈初始濃度為35%(65%為水)，催化劑濃度為20%，壓力為0.35MPa(一級(jí)反應(yīng)器)，溫度為90-95℃。每個(gè)反應(yīng)器停留時(shí)間為3h，3個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)。反應(yīng)產(chǎn)率高，達(dá)到轉(zhuǎn)化率為90%-92%，選擇性為99.6%。
來(lái)自丙烯腈裝置的丙烯腈，貯存在丙烯酰胺裝置的丙烯腈罐中二丙烯腈經(jīng)丙烯腈加熱器調(diào)節(jié)溫度，然后送至脫氧提塔中除去丙烯腈溶解氧。然后，丙烯腈送到一級(jí)反應(yīng)器中。
未反應(yīng)的丙烯腈在濃縮工段加收，然后與新催化劑混合，送到R-311循環(huán)。
反應(yīng)劑經(jīng)過(guò)安裝在每個(gè)反應(yīng)器內(nèi)部的燭式過(guò)濾器，在每個(gè)反應(yīng)器間的壓差作用下，只有過(guò)濾液通過(guò)燭式過(guò)濾器。
④濃縮工段。
將反應(yīng)劑濃縮到50%水溶液，送到精制工段；回收反應(yīng)劑中未反應(yīng)的丙烯腈(大約是進(jìn)到反應(yīng)器中丙烯酰胺的10%)，循環(huán)到反應(yīng)工段。
在閃蒸罐中，經(jīng)減壓(大約6.27kPa)閃蒸出水和丙烯腈進(jìn)行濃縮。
反應(yīng)劑的顯熱和50℃熱水作為濃縮的熱源。濃縮過(guò)程中，要控制蒸發(fā)量，以便保持丙烯酰胺的濃度為50%。丙烯酰胺濃度用丙烯酰胺濃度計(jì)測(cè)量。
另一方面，50%的丙烯酰胺水溶液在無(wú)氧的情況下，即使在20℃低溫也容易聚合。因此，要吹入空氣到混合罐中以保持溶解氧含量，并回收未反應(yīng)的丙烯腈。
冷卻用脫鹽水，再用CW和液氨來(lái)冷卻脫鹽水。
蒸發(fā)的丙烯腈用冷卻水冷凝后，送到回收丙烯腈水脫氧汽提塔中，用N2汽提出丙烯腈水溶液中的O2。與由K型過(guò)濾器回收來(lái)的丙烯腈一起貯存在回收丙烯腈水罐中，用泵將其送至反應(yīng)工段循環(huán)。
⑤精制工段。
精制工段也可分為下列兩個(gè)工藝：一個(gè)是丙烯腈汽提工藝-將50%丙烯酰胺水溶液中存留的約3000mg/L丙烯腈降到50mg/L以下；另一個(gè)是離子交換樹(shù)脂精制工藝-將少量催化劑溶解產(chǎn)生的Cu2+和反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物NTPA脫除。
丙烯腈汽提工藝：在丙烯腈汽提塔中通入空氣，汽提出濃縮液中的丙烯腈。排出氣中含丙烯腈大約3000mg/L，超出了工作環(huán)境允許值(20mg/L)。從安全和衛(wèi)生角度考慮，讓丙烯腈廢氣經(jīng)過(guò)K型過(guò)濾器廢丙烯腈氣體吸附器。廢氣中，丙烯腈被K型過(guò)濾器中活性碳纖維吸收。經(jīng)過(guò)蒸汽解吸和冷卻，丙烯腈以丙烯腈水形式同收。使排出廢氣中丙烯腈濃度降到20mg/L以下。
離子交換樹(shù)脂精制：
反應(yīng)工段中溶解的銅離子(Cu2+)和NTPA(水合反應(yīng)的副產(chǎn)物)，經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)脂塔吸收脫除。兩個(gè)規(guī)格相同的塔(一個(gè)運(yùn)行，另一個(gè)再生備用)，再生用HCl和NaCl,每5天一次，依據(jù)NTPA變化。當(dāng)NTPA從丙烯酰胺溶液中除去，溶液pH值就會(huì)降到約5.5。即使溶解氧的存在，也可能會(huì)導(dǎo)致聚合。因此，在塔出口處用NaOH將pH值調(diào)到6-7。接著，在產(chǎn)品工段加入10mg/L(對(duì)丙烯酰胺溶液)硫脲(Thiuurea)作為阻聚劑。
丙烯酰胺溶液有很易聚合的傾向，這種傾向會(huì)受容器材質(zhì)影響。例如pH值在6-7范圍內(nèi)就可以認(rèn)為在不銹鋼容器中，長(zhǎng)期操作也不會(huì)聚合。
但如果pH值較低。在不銹鋼容器中，幾個(gè)小時(shí)就會(huì)有聚合物生成。因此，表面用不會(huì)引起聚合的苯酚樹(shù)脂作襯里，使其難以聚合。基于同樣原因，出口管線等涂有聚四氟乙烯。
產(chǎn)品工段：50%丙烯酰胺水溶液臨時(shí)貯存在兩個(gè)檢查罐中，在檢查中要加入10mg/L(對(duì)丙烯酰胺溶液)的硫脲(阻聚劑)。