低質量分數丙烯酸溶液的工業分離方法

（天津長蘆漢沽鹽場有限責任公司,天津300480）

丙烯酸是重要的有機合成原料及合成樹脂單體，是聚合速度非常快的乙烯類單體。是最簡單的不飽和羧酸，由一個乙烯基和一個羧基組成。其主要的生產工藝為丙烯兩步催化氧化法制取丙烯酸。在新技術開發或作為副產品生產中，丙烯酸往往以低質量分數溶液形式存在，提純難度大，多以廢水形式處理，處理費用高，對環境影響大。本文主要通過改進現有丙烯酸提純工藝，論證低質量分數丙烯酸提純的可行性。

1 丙烯酸精制工工藝

目前國內主流丙烯酸生產裝置采用的丙烯酸精制工藝多為共沸精餾工藝，主要通過共沸精餾塔、醋酸塔、重組分提純塔。通過這三塔對60%～70%的丙烯酸溶液進行提純精制。其中共沸精餾塔是將丙烯酸溶液中的水分脫出，屬于重要工序，工藝(如圖 1)。

60%丙烯酸溶液進入共沸精餾塔，通過加熱循環與甲苯混合，發生共沸，丙烯酸溶液中的水及醋酸等輕組分和共沸劑甲苯以共沸氣相組分由塔頂流出，經冷凝后進行分流，甲苯循環使用。塔釜中生產脫水丙烯酸，進行后續的脫醋酸、脫重組分工序。該工藝流程相對簡單，設備投資低，產品精制質量高，是行業內最為普及的生產精制工藝。非常適合處理較高濃度丙烯酸溶液。

圖1

2 共沸精餾工藝提純低質量分數丙烯酸溶液可行性

提純工藝的可行性，主要根據其能耗情況。根據60%和15%丙烯酸溶液采用共沸精餾工藝提純所需能耗對比，來模擬共沸精餾工藝提純低質量分數丙烯酸溶液的可行性。

2.1 60%丙烯酸溶液提純能耗

根據丙烯酸共沸精餾過程各共沸劑比較[1]中，甲苯與水的共沸溫度為84.1℃。該溫度下水的汽化潛熱C[2]為2293.1KJ/kg。若采用甲苯共沸精餾的工藝對質量分數w1為60%的丙烯酸溶液進行提純，每得到1t丙烯酸，需分離水的質量m1，耗能N1計算如下：

經計算，則在共沸精餾階段需要消耗1.53×106KJ熱量，折合標煤52kg（1Kg發熱量29307.6KJ）。

2.2 15%丙烯酸溶液提純能耗

而采取甲苯共沸精餾提純質量分數w2為15%丙烯酸溶液，每得到1t丙烯酸，需分離水的質量m2，需耗能N2計算如下：

經計算，則在共沸精餾階段需要消耗1.3×107KJ熱量，折合標煤444kg。

2.3 結論

因此可得出結論：采用傳統的甲苯共沸精餾質量分數為15%的低質量分數丙烯酸溶液將比提純70%質量分數的丙烯酸溶液所需耗能8.5倍。采用甲苯共沸精餾低質量分數丙烯酸溶液不具備經濟性。

3 低質量分數丙烯酸溶液精制工藝改進

采用共沸精餾工藝精制丙烯酸溶液，耗能主要集中在將溶液中的水以氣態脫出。改變低質量分數丙烯酸溶液中的水的脫出方式，是工藝改進的方向。

改進思路是采用溶劑萃取法，通過有機溶劑將低質量分數丙烯酸的丙烯酸萃取出來，再對丙烯酸的有機溶液進行精餾。

3.1 低質量分數丙烯酸溶液萃取工藝描述

基于萃取法的一個流程設置，在該流程中萃取劑為醋酸異丙酯。詳細流程如圖2：

圖2

3.1.1 萃取

來自吸收汽提單元的質量分數15%的丙烯酸水溶液進入萃取塔，同時加入的還有定量的萃取劑（醋酸異丙酯）。在萃取塔內，丙烯酸、醋酸等組分被萃取到富含萃取劑中形成萃取相，從塔的上部排出并送至溶劑分離塔。萃取相中丙烯酸質量分數在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）、醋酸和少量萃取劑（2.5%左右）的水，則從萃取塔的下部排出進入溶劑回收塔。

3.1.2 溶劑回收

在溶劑回收塔中，萃取相中的水，則從溶劑分離塔的塔釜排出。該部分水可作為急冷水，返回到急冷塔中吸收丙烯酸，同時根據系統物料平衡情況，適時排出部分水，進入廢水處理系統。

3.1.3 溶劑分離

進入溶劑分離塔的萃取相，在塔中進行萃取劑與丙烯酸、醋酸的分離。萃取劑和萃取相中的水分從塔頂餾出，其中，萃取劑被送回萃取塔。溶劑分離塔的塔釜幾乎不含萃取劑和水。其丙烯酸含量達到95%左右，另外還有3%（質量分數）左右的醋酸和少量的其他組分（如馬來酸、二聚體等）。

塔釜中的脫水丙烯酸，在經過后續的醋酸分離與重組分脫除工序，完成提純工藝，得到丙烯酸產品，其后續工藝與共沸精餾工藝通用，不再贅述。

3.2 萃取工藝技術優勢

采用萃取法提純低質量分數丙烯酸溶液，有效規避了分離低質量分數丙烯酸溶液中的大量水分所需要消耗的能量。相較共沸精餾工藝提純低質量分數丙烯酸溶液，萃取法精制低質量分數丙烯酸溶液的能耗將降低80%以上，為工業化提純低質量分數丙烯酸溶液提供了有利條件。

4 結論

4.1 本文通過熱力學計算，論證了現有的共沸精餾工藝提純低質量分數丙烯酸溶液，所遇到的能耗極大的問題。

4.2 通過萃取法工藝流程的描述，論證了通過萃取法提純低質量分數丙烯酸溶液的可行性。

4.3 為工業化提純質量分數為15%的低質量分數丙烯酸溶液提供了依據。