低质量分数丙烯酸溶液的工业分离方法

（天津长芦汉沽盐场有限责任公司,天津300480）

丙烯酸是重要的有机合成原料及合成树脂单体，是聚合速度非常快的乙烯类单体。是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成。其主要的生产工艺为丙烯两步催化氧化法制取丙烯酸。在新技术开发或作为副产品生产中，丙烯酸往往以低质量分数溶液形式存在，提纯难度大，多以废水形式处理，处理费用高，对环境影响大。本文主要通过改进现有丙烯酸提纯工艺，论证低质量分数丙烯酸提纯的可行性。

1 丙烯酸精制工工艺

目前国内主流丙烯酸生产装置采用的丙烯酸精制工艺多为共沸精馏工艺，主要通过共沸精馏塔、醋酸塔、重组分提纯塔。通过这三塔对60%～70%的丙烯酸溶液进行提纯精制。其中共沸精馏塔是将丙烯酸溶液中的水分脱出，属于重要工序，工艺(如图 1)。

60%丙烯酸溶液进入共沸精馏塔，通过加热循环与甲苯混合，发生共沸，丙烯酸溶液中的水及醋酸等轻组分和共沸剂甲苯以共沸气相组分由塔顶流出，经冷凝后进行分流，甲苯循环使用。塔釜中生产脱水丙烯酸，进行后续的脱醋酸、脱重组分工序。该工艺流程相对简单，设备投资低，产品精制质量高，是行业内最为普及的生产精制工艺。非常适合处理较高浓度丙烯酸溶液。

图1

2 共沸精馏工艺提纯低质量分数丙烯酸溶液可行性

提纯工艺的可行性，主要根据其能耗情况。根据60%和15%丙烯酸溶液采用共沸精馏工艺提纯所需能耗对比，来模拟共沸精馏工艺提纯低质量分数丙烯酸溶液的可行性。

2.1 60%丙烯酸溶液提纯能耗

根据丙烯酸共沸精馏过程各共沸剂比较[1]中，甲苯与水的共沸温度为84.1℃。该温度下水的汽化潜热C[2]为2293.1KJ/kg。若采用甲苯共沸精馏的工艺对质量分数w1为60%的丙烯酸溶液进行提纯，每得到1t丙烯酸，需分离水的质量m1，耗能N1计算如下：

经计算，则在共沸精馏阶段需要消耗1.53×106KJ热量，折合标煤52kg（1Kg发热量29307.6KJ）。

2.2 15%丙烯酸溶液提纯能耗

而采取甲苯共沸精馏提纯质量分数w2为15%丙烯酸溶液，每得到1t丙烯酸，需分离水的质量m2，需耗能N2计算如下：

经计算，则在共沸精馏阶段需要消耗1.3×107KJ热量，折合标煤444kg。

2.3 结论

因此可得出结论：采用传统的甲苯共沸精馏质量分数为15%的低质量分数丙烯酸溶液将比提纯70%质量分数的丙烯酸溶液所需耗能8.5倍。采用甲苯共沸精馏低质量分数丙烯酸溶液不具备经济性。

3 低质量分数丙烯酸溶液精制工艺改进

采用共沸精馏工艺精制丙烯酸溶液，耗能主要集中在将溶液中的水以气态脱出。改变低质量分数丙烯酸溶液中的水的脱出方式，是工艺改进的方向。

改进思路是采用溶剂萃取法，通过有机溶剂将低质量分数丙烯酸的丙烯酸萃取出来，再对丙烯酸的有机溶液进行精馏。

3.1 低质量分数丙烯酸溶液萃取工艺描述

基于萃取法的一个流程设置，在该流程中萃取剂为醋酸异丙酯。详细流程如图2：

图2

3.1.1 萃取

来自吸收汽提单元的质量分数15%的丙烯酸水溶液进入萃取塔，同时加入的还有定量的萃取剂（醋酸异丙酯）。在萃取塔内，丙烯酸、醋酸等组分被萃取到富含萃取剂中形成萃取相，从塔的上部排出并送至溶剂分离塔。萃取相中丙烯酸质量分数在23%左右，水含量在9%左右。萃取塔中的萃取相，主要是含有微量丙烯酸（0.6%左右）、醋酸和少量萃取剂（2.5%左右）的水，则从萃取塔的下部排出进入溶剂回收塔。

3.1.2 溶剂回收

在溶剂回收塔中，萃取相中的水，则从溶剂分离塔的塔釜排出。该部分水可作为急冷水，返回到急冷塔中吸收丙烯酸，同时根据系统物料平衡情况，适时排出部分水，进入废水处理系统。

3.1.3 溶剂分离

进入溶剂分离塔的萃取相，在塔中进行萃取剂与丙烯酸、醋酸的分离。萃取剂和萃取相中的水分从塔顶馏出，其中，萃取剂被送回萃取塔。溶剂分离塔的塔釜几乎不含萃取剂和水。其丙烯酸含量达到95%左右，另外还有3%（质量分数）左右的醋酸和少量的其他组分（如马来酸、二聚体等）。

塔釜中的脱水丙烯酸，在经过后续的醋酸分离与重组分脱除工序，完成提纯工艺，得到丙烯酸产品，其后续工艺与共沸精馏工艺通用，不再赘述。

3.2 萃取工艺技术优势

采用萃取法提纯低质量分数丙烯酸溶液，有效规避了分离低质量分数丙烯酸溶液中的大量水分所需要消耗的能量。相较共沸精馏工艺提纯低质量分数丙烯酸溶液，萃取法精制低质量分数丙烯酸溶液的能耗将降低80%以上，为工业化提纯低质量分数丙烯酸溶液提供了有利条件。

4 结论

4.1 本文通过热力学计算，论证了现有的共沸精馏工艺提纯低质量分数丙烯酸溶液，所遇到的能耗极大的问题。

4.2 通过萃取法工艺流程的描述，论证了通过萃取法提纯低质量分数丙烯酸溶液的可行性。

4.3 为工业化提纯质量分数为15%的低质量分数丙烯酸溶液提供了依据。