CN110885743A - 一种丙烯酰胺生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丙烯酰胺生产工艺，原料丙烯腈利用生物酶催化剂和水反应，生成丙烯酰胺水溶液，再利用精制、浓缩、结晶、离心、干燥等工序，得到丙烯酰胺晶体产品。本发明的优点在于：本发明丙烯酰胺生产工艺，通过该生产系统的配合既能缩短反应时间、又能控制好反应温度，能够提高反应速度、缩短反应时间、降低反应副产物丙烯酸含量、降低水合液的电导率、降低水合液杂质、提高丙烯酰胺产品质量、降低生产成本。

Description

一种丙烯酰胺生产工艺

技术领域

本发明涉及丙烯酰胺生产技术领域，特别涉及一种丙烯酰胺生产工艺。

背景技术

丙烯酰胺是一种白色晶体化学物质，是生产聚丙烯酰胺的原料。聚丙烯酰胺主要用于油气开采、造纸、水处理、矿物洗选、涂料、纺织、冶金、水泥增强剂、高吸水性树脂、黏合剂、皮革复鞣剂等领域。

丙烯酰胺是以丙烯腈为原料水合而成，从20世纪50年代至今，生产工艺先后经历了硫酸水合、铜系催化的化学水合及微生物腈水合酶生物转化3个发展阶段。与铜系催化法相比，微生物法有许多优点：酶催化反应在常温常压下进行，提高了生产安全性；丙烯腈的转化率接近100％，不需回收未反应原料；由于不需采用含铜催化剂，产品中不含铜离子，纯度更高，特别适合生产超高分子量的聚丙烯酰胺；工艺过程简单，设备投资少，生产经济效益高。

但是，目前国内生物转化法生产丙烯酰胺的生产厂家均采用间歇式反应、批式制备，产品质量不易稳定。反应条件控制好坏直接关系到生物转化法生产丙烯酰胺的产品质量和生产成本。

因此，研发一种能够提高产品质量稳定性并降低生产成本的丙烯酰胺生产工艺是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高产品质量稳定性并降低生产成本的丙烯酰胺生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种丙烯酰胺生产工艺，其创新点在于：所述生产工艺包括如下步骤：

步骤1：在种子发酵罐内加入适量的培养基和去离子水，搅拌均匀，然后直接往种子发酵罐中通入蒸汽加热至110～130℃进行消毒，消毒完毕冷却至25～30℃后用无菌接种法介入菌种室配制的菌种，通入无菌压缩空气进行一次发酵，一次发酵后，再进行二次扩大发酵达到发酵指标后，用无菌压缩空气压至发酵液储罐；

步骤2：将发酵液储罐中的发酵液，利用冷冻水降温至-4～6℃后，经碟片式离心机分离除去滤液部分，滤饼菌丝体送至水合反应釜作为催化剂使用；

步骤3：往水合反应釜内再投入定量的去离子水，然后在搅拌的作用下通过罐区变频泵缓慢加入丙烯腈，于15～20℃、常压下进行水合反应，水合过程使用0℃液氨直接蒸发制冷，在微生物催化剂的作用下，丙烯腈很快转化为丙烯酰胺；反应结束后，水合反应液由抽料泵压入中空纤维超滤膜分离器，除去菌丝体，得到粗丙烯酰胺溶液；

步骤4：将粗丙烯酰胺溶液分别流经阳离子树脂交换柱和阴离子树脂交换柱，除去阳、阴杂质离子，得到纯净的丙烯酰胺溶液；

步骤5：将纯净的丙烯酰胺溶液加入配置槽，在配置槽中采用液碱调节PH值并添加阻聚剂，使得料液中的PH值为8～9，阻聚剂浓度为15～20ppm，将调配好的料液放入溶液循环槽；

步骤6：将溶液循环槽中的料液经循环泵送入溶液加热器，加热到88～90℃后进入浓缩塔上部，在浓缩塔内，料液经循环浓缩至丙烯酰胺浓度达60wt％后，浓缩液送至结晶罐，并通过冷冻盐水降温至-4～6℃后，关闭冷冻盐水阀门，结晶一段时间后将晶料从结晶罐中放至离心机，固体在离心力作用下与母液分离，得到含水≤5％的湿料；

步骤7：含水≤5％的湿料落入螺旋输送机运往干燥床进行干燥，湿料在干燥床内与65～70℃的热空气充分接触沸腾流化进行脱水干燥后，得到含水≤0.8％的丙烯酰胺晶体成品。

进一步地，所述步骤1中的培养基为葡萄糖、尿素或硫酸镁中的一种或几种。

进一步地，所述步骤5中的阻聚剂为对羟基苯甲醚。

本发明的优点在于：

(1)本发明丙烯酰胺生产工艺，其中，发酵罐内部通入热蒸汽进行消毒处理，消毒后降温进行菌种的介入，保证菌种发酵质量，无菌空气通过连接管直接通连到罐体内部的底部，内部原有的空气从顶部的放空口排出，空气替换效率高，保证了菌种发酵液的质量，再通过碟片式离心机除去滤液后依次送入水合反应釜、中空纤维超滤膜分离器、配置槽、溶液循环槽、浓缩塔和结晶罐，生成丙烯酰胺水溶液，再利用精制、浓缩、结晶、离心、干燥等工序，并严格控制反应条件，得到质量稳定的丙烯酰胺晶体产品；此外，通过该生产系统的配合既能缩短反应时间、又能控制好反应温度，能够提高反应速度、缩短反应时间、降低反应副产物丙烯酸含量、降低水合液的电导率、降低水合液杂质、提高丙烯酰胺产品质量、降低生产成本；

(2)本发明丙烯酰胺生产工艺，其中，溶液加热器采用蒸汽加热，受热面积大，升温升压快，热效率高，可以大大提高生产效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明丙烯酰胺生产工艺中丙烯酰胺生产系统的结构示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例丙烯酰胺生产系统，如图1所示，包括种子发酵罐1、发酵液储罐2、碟片式离心机3、水合反应釜4、中空纤维超滤膜分离器5、配置槽6、溶液循环槽7、浓缩塔8和结晶罐9。

种子发酵罐1包括罐体，罐体的顶部设有与罐体连通的培养基入口101、去离子水入口102、接种口103及放空口104，罐体的底部中心设有与罐体连通的蒸汽进口105，罐体的一侧边设有与罐体连通的无菌空气入口106，无菌空气入口106通过连接管107直接通连到罐体内部的底部，罐体的另一侧边下部设有与罐体连通的发酵液出口A108，且罐体的内部中心设有搅拌装置A109；罐体外部还设有夹套A110，夹套A110的下方设有冷却水进口A111，夹套A110的上方设有冷却水出口A112。

发酵液储罐2包括罐体，罐体的一侧边上部设有与罐体连通的发酵液进口A201，罐体的另一侧边下部设有与罐体连通的发酵液出口B202，且发酵液出口A108与发酵液进口A201通过管道A连通设置；罐体外部还设有夹套B203，夹套B 203的下方设有冷却水进口B204，夹套B的上方设有冷却水出口B205。

碟片式离心机3的一侧边设有与碟片式离心机3连通的发酵液进口B301，且发酵液出口B202与发酵液进口B301通过管道B连通设置；碟片式离心机3的另一侧边自上而下依次设置有与碟片式离心机3连通的滤液出口302和菌丝体出口303。

水合反应釜4包括釜体，釜体的内部中心设有搅拌装置B401，釜体的顶部设有与釜体连通的菌丝体进口402、氨气出口403和丙烯腈进口404，丙烯腈进口404与丙烯腈罐连通设置，菌丝体出口303与菌丝体进口402通过管道C连通设置；釜体的侧边下部设置有釜体连通的液氨进口405，釜体的底部中心设有与釜体连通的水合液出口406。

中空纤维超滤膜分离器5上设有与中空纤维超滤膜分离器5连通的水合液进口501和半成品出口502，水合液出口406通过管道D与水合液进口501连通设置，且管道D上串联设置有抽料泵10。

配置槽6包括槽体，槽体上设置有与槽体连通的半成品入口601、助剂进口602和料液出口A603，半成品出口502通过管道E与半成品入口601连通设置，且管道E上自中空纤维超滤膜分离器5向配置槽6依次设置有阳离子树脂交换柱11和阴离子树脂交换柱12。

溶液循环槽7的顶部设有与溶液循环槽7连通的料液进口A701和轻组分进口702，溶液循环槽7的侧部设有与溶液循环槽7连通的料液出口B703，且料液出口A603与料液进口A701通过管道F连通。

浓缩塔8包括塔体，塔体的顶部中心设有与塔体连通设置的尾气出口801，塔体的一侧边上部设有与塔体连通的料液进口B802，塔体的另一侧边下部设有与塔体连通的重组分出口803，塔体的底部中心设有与塔体连通的轻组分出口804；轻组分进口702通过管道G与轻组分出口804连通设置，料液出口B703与料液进口B802通过管道H连通设置，且管道H上串联设置有溶液加热器13；作为实施例，更具体的实施方式为溶液加热器13的顶部连通设置有蒸汽进管，溶液加热器的底部连通设置有热水管，采用蒸汽加热，受热面积大，升温升压快，热效率高，可以大大提高生产效率。

结晶罐9包括罐体，罐体的顶部设有与罐体连通的重组分进口901和去离子水进口902，罐体的底部中心设有与罐体连通的出料口903，且出料口903依次与离心机和干燥床连通设置；罐体外部还设有夹套C904，夹套C 904的下方设有冷冻盐水进口905，夹套C904的上方设有冷冻盐水出口906。

本实施例丙烯酰胺生产工艺，生产工艺包括如下步骤：

步骤1：在种子发酵罐1内加入适量的培养基和去离子水，搅拌均匀，然后直接往种子发酵罐1中通入蒸汽加热至110～130℃进行消毒，消毒完毕冷却至25～30℃后用无菌接种法介入菌种室配制的菌种，通入无菌压缩空气进行一次发酵，一次发酵后，再进行二次扩大发酵达到发酵指标后，用无菌压缩空气压至发酵液储罐2；其中，培养基为葡萄糖、尿素或硫酸镁中的一种或几种。

步骤2：将发酵液储罐2中的发酵液，利用冷冻水降温至-4～6℃后，经碟片式离心机3分离除去滤液部分，滤饼菌丝体送至水合反应釜4作为催化剂使用。

步骤3：往水合反应釜4内再投入定量的去离子水，然后在搅拌的作用下通过罐区变频泵缓慢加入丙烯腈，于15～20℃、常压下进行水合反应，水合过程使用0℃液氨直接蒸发制冷，在微生物催化剂的作用下，丙烯腈很快转化为丙烯酰胺；反应结束后，水合反应液由抽料泵压入中空纤维超滤膜分离器，除去菌丝体，得到粗丙烯酰胺溶液；其中，丙烯腈的质量指标如下表：

指标名称	指标
		水份≤	0.45
色度≤	10
		外观	透明液体，无悬浮物
PH值(5％溶液)	6.0-9.0
		电导率(μs/cm)≤	2.5
对羟基苯甲醚，％(m/m)	0.0020-0.0045

步骤4：将粗丙烯酰胺溶液分别流经阳离子树脂交换柱11和阴离子树脂交换柱12，除去阳、阴杂质离子，得到纯净的丙烯酰胺溶液。

步骤5：将纯净的丙烯酰胺溶液加入配置槽6，在配置槽6中采用液碱调节PH值并添加阻聚剂对羟基苯甲醚，使得料液中的PH值为8～9，阻聚剂浓度为15～20ppm，将调配好的料液放入溶液循环槽7。

步骤6：将溶液循环槽7中的料液经循环泵送入溶液加热器13，加热到88～90℃后进入浓缩塔8上部，在浓缩塔8内，料液经循环浓缩至丙烯酰胺浓度达60wt％后，浓缩液送至结晶罐9，并通过冷冻盐水降温至-4～6℃后，关闭冷冻盐水阀门，结晶一段时间后将晶料从结晶罐9中放至离心机，固体在离心力作用下与母液分离，得到含水≤5％的湿料。

步骤7：含水≤5％的湿料落入螺旋输送机运往干燥床进行干燥，湿料在干燥床内与65～70℃的热空气充分接触沸腾流化进行脱水干燥后，得到含水≤0.8％的丙烯酰胺晶体成品，其质量指标如下表：

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种丙烯酰胺生产工艺，其特征在于：所述生产工艺包括如下步骤：

步骤1：在种子发酵罐内加入适量的培养基和去离子水，搅拌均匀，然后直接往种子发酵罐中通入蒸汽加热至110～130℃进行消毒，消毒完毕冷却至25～30℃后用无菌接种法介入菌种室配制的菌种，通入无菌压缩空气进行一次发酵，一次发酵后，再进行二次扩大发酵达到发酵指标后，用无菌压缩空气压至发酵液储罐；

步骤2：将发酵液储罐中的发酵液，利用冷冻水降温至-4～6℃后，经碟片式离心机分离除去滤液部分，滤饼菌丝体送至水合反应釜作为催化剂使用；

步骤3：往水合反应釜内再投入定量的去离子水，然后在搅拌的作用下通过罐区变频泵缓慢加入丙烯腈，于15～20℃、常压下进行水合反应，水合过程使用0℃液氨直接蒸发制冷，在微生物催化剂的作用下，丙烯腈很快转化为丙烯酰胺；反应结束后，水合反应液由抽料泵压入中空纤维超滤膜分离器，除去菌丝体，得到粗丙烯酰胺溶液；

步骤4：将粗丙烯酰胺溶液分别流经阳离子树脂交换柱和阴离子树脂交换柱，除去阳、阴杂质离子，得到纯净的丙烯酰胺溶液；

步骤5：将纯净的丙烯酰胺溶液加入配置槽，在配置槽中采用液碱调节PH值并添加阻聚剂，使得料液中的PH值为8～9，阻聚剂浓度为15～20ppm，将调配好的料液放入溶液循环槽；

步骤6：将溶液循环槽中的料液经循环泵送入溶液加热器，加热到88～90℃后进入浓缩塔上部，在浓缩塔内，料液经循环浓缩至丙烯酰胺浓度达60wt％后，浓缩液送至结晶罐，并通过冷冻盐水降温至-4～6℃后，关闭冷冻盐水阀门，结晶一段时间后将晶料从结晶罐中放至离心机，固体在离心力作用下与母液分离，得到含水≤5％的湿料；

步骤7：含水≤5％的湿料落入螺旋输送机运往干燥床进行干燥，湿料在干燥床内与65～70℃的热空气充分接触沸腾流化进行脱水干燥后，得到含水≤0.8％的丙烯酰胺晶体成品。

2.根据权利要求1所述的丙烯酰胺生产工艺，其特征在于：所述步骤1中的培养基为葡萄糖、尿素或硫酸镁中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的丙烯酰胺生产工艺，其特征在于：所述步骤5中的阻聚剂为对羟基苯甲醚。

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