二聚酸生產工藝設計分析

崔靜雅

（中國中輕國際工程有限公司，北京，100026）

二聚酸是一種成分復雜的混合物，因主要成分含有兩個羧酸基團而得名，是一種重要的油脂化學品，由天然油脂中的不飽和脂肪酸(油酸、亞油酸)聚合而成，聚合物主要成分為單酸、二聚酸和多聚酸。它是一種重要的化工中間體，在涂料、表面活性劑、潤滑劑、印刷油墨、塑料及復合固體火箭燃料和發動機絕熱黏接材料中均有十分重要的用途。

近年來，二聚酸的市場需求量和價格也在逐年攀升。20世紀20年代，美國就開始了研究，40年代已有商品生產，70年代末生產能力已達到20萬噸。80年代開始，我國二聚酸主要用于生產酰胺樹脂，當時由于國內產量少、檔次低，每年都要大量進口。大力發展二聚酸產品，提高其質量和純度勢在必行，而發展的關鍵就在于選取先進的生產工藝，尤其是先進的提純工藝。21世紀始，國內生產廠家開始引進國外先進的提純工藝——分子蒸餾工藝，并結合國內使用情況進行技術研究、消化吸收。本文以某企業二聚酸的生產工藝為基礎，對生產工藝進行簡要分析。

2 二聚酸生產工藝

油酸在催化劑白土和助催化劑碳酸鋰的作用下，經過聚合反應得到單酸、二聚酸、多聚酸以及白土等的混合物。此混合物經過酸化、物理分離方法去除白土和一些雜質后，得到僅有二聚酸、單酸和多聚酸這3種成分的粗二聚酸。粗二聚酸再經過三級分子蒸餾，分離出幾種不同產品。二聚酸的生產工藝主要包括以下幾個化工單元：

（1）油酸催化聚合單元。油酸在催化劑加壓條件下進行縮合反應，生成單酸，二聚酸，多聚酸、二聚酸鋰及二氧化碳；

（2）酸化單元。在聚合產物中加入磷酸，將與二聚酸結合的金屬陽離子以磷酸鹽沉淀的形式析出，以免金屬離子進入下一單元；

（3）過濾和水洗分離單元。酸化后的聚合物經過過濾和水洗離心分離去除白土等雜質，得到粗二聚酸；

（4）分子蒸餾單元。粗二聚酸經過蒸餾脫水后，經1#分子蒸餾后，得到99.5%單酸和80%二聚酸，經2#分子蒸餾后，分離出輕組分，再經3#分子蒸餾后，分離出重組分65%多聚酸，得到產品98%高純二聚酸。

二聚酸生產工藝流程如圖1。

圖1 二聚酸生產工藝方塊圖

2.1 油酸催化聚合單元

2.1.1 聚合反應方程式

2.1.2 工藝流程描述

油酸由罐區泵入油酸分散釜，白土、碳酸鋰經計量罐加入油酸分散釜后充分混合，下料至縮合反應釜，放料結束后用氮氣將分散釜和下料管內物料吹掃至縮合反應釜。啟動反應釜攪拌，工藝水經計量罐加入至反應釜。反應前，反應釜還需進行氮氣置換。反應釜用熱油加熱至180～200℃，因為反應為放熱反應，反應開始后溫度會升至約230℃，調節閥自動控制關閉熱油，適當打開冷油，待反應溫度升至約250℃時，利用反應釜內盤管冷油調節，保持釜內溫度245～250℃。反應過程中產生的少量水，會變成蒸汽，使反應釜壓力升高，通過氣動調節閥與反應釜壓力聯鎖釋放一定壓力，自動控制反應釜壓力維持在約0.45MPa，保溫3小時，完成縮合反應。然后泄壓至尾氣系統，降溫至180～190℃[1]。

2.2 酸化單元

2.2.1 酸化反應方程式

2.2.2 工藝流程描述

配置好的85%磷酸用計量泵打入反應釜內進行酸化反應，反應釜繼續降溫，在約140℃下保溫30分鐘。氣體部分經過冷凝器排至尾氣處理系統，可凝液體進入污水隔油池。

2.3 過濾和水洗分離單元

反應懸浮液在反應釜內降溫至100～110℃后泵入壓濾機，分離出的二聚酸暫存至濾液暫存罐，經過濾后的含有磷酸鹽和白土濾餅委外處理。二聚酸濾液加30%～40%的水，使用碟式離心機進行水洗分離，得到粗二聚酸進入縮合酸暫存罐待用。

2.4 分子蒸餾單元

縮合酸暫存罐中的粗二聚酸經閃蒸脫水后泵送入長程薄膜蒸發器 (夾套導熱油溫度170～180℃)，蒸餾出水分及低沸點物質后的粗二聚酸經齒輪泵進入1#短程薄膜蒸發器 (夾套導熱油溫度240～250℃)，分離出單體酸和普通二聚酸（80%）。部分普通二聚酸送入2#短程薄膜蒸發器 (夾套導熱油溫度260～270℃)，分離出輕組分經輕組分接受罐打回到縮合酸暫存罐。重組分繼續由齒輪泵送入3#短程薄膜蒸發器(夾套導熱油溫度280～290℃)，分離出高純二聚酸（98%）和重餾分，其中高純二聚酸（98%）進入高純二聚酸儲罐，重餾分為多聚酸，送入多聚酸儲罐。

3 工藝特點

（1）反應物油酸含有雙鍵，易氧化，所以久置于空氣中或高溫條件下，油酸會被氧化，顏色變深并有腐敗氣味。因此在聚合反應前要進行氮氣置換，有了氮氣的保護就保證了在反應過程中不會出現氧化反應，保證了產品的質量。

（2）聚合反應前，不僅要加入反應物油酸，催化劑白土和助催化劑碳酸鋰，還需要加入適量的工藝水。因為聚合反應溫度很高，在高溫時，白土中的水分將全部逸出，會造成白土催化能力下降，從而影響產品的色澤。

（3）在油酸發生聚合反應時，堿的加入可以提高二聚酸的選擇性。有研究表明，在眾多堿性典型助劑中，不同種類的助催化劑在一定程度上影響聚合物轉化率、二聚酸選擇性和產品色澤。而碳酸鋰是其中效果最好的，它不僅可以整體提高聚合物的轉化率和二聚酸的選擇性，還能很好的改善產物的色澤。

（4）分子蒸餾技術非常適合像二聚酸這類高沸點、熱敏性物料的有效無損分離。首先，分子蒸餾的操作真空度高、操作溫度低。二聚酸由于其本身高沸點，很難利用傳統的真空蒸餾工藝生產出高純的二聚酸，而分子蒸餾工藝在遠低于混合物沸點的溫度下就能實現物質的分離。其次，分子蒸餾的受熱時間短，這使得二聚酸產品的色澤和品質優于傳統蒸餾法生產出的產品。再次，產品的分離程度高，從而達到二聚酸與單酸和多聚酸有效分離的目的，可以生產濃度高達95%以上的高純二聚酸，其中單酸含量小于1%，多聚酸含量小于4%。

（5）二聚酸生產工藝采用自動化生產工藝，避免了由于手動控制不當所造成的事故隱患；設置了自動添加輔料系統并配套了除塵設施，避免對作業人員產生的職業傷害；產品通過連續化蒸餾提純工藝制取，提高了生產效率。

（6）反應釜置換和反應過程中排出的廢氣、真空系統逸散的尾氣全部收集到裝置的尾氣處理系統，處理達標后通過排氣筒集中排放，大大減少了廠內無組織廢氣的排放量，減少了對周圍大氣環境的影響[2-3]。

4 結語

二聚酸生產新工藝與國內同類技術相比，具有自動化程度高、設備維修費用低，生產靈活性好，產品質量高等特點。生產過程中根據本工藝特點可實現連續化、密閉化、自動化、智能化的生產工藝過程。