丙酮氰醇裝置真空系統(tǒng)改造的應(yīng)用

姚 樹 軍

（大慶煉化公司聚合物一廠, 黑龍江 大慶 163411）

丙酮氰醇裝置真空系統(tǒng)改造的應(yīng)用

姚 樹 軍

（大慶煉化公司聚合物一廠, 黑龍江 大慶 163411）

丙酮氰醇裝置自開工以來真空泵一直采用的是蒸汽噴射泵，真空系統(tǒng)一直不穩(wěn)定，蒸汽噴射泵經(jīng)常出現(xiàn)氫氰酸聚合現(xiàn)象，導(dǎo)致裝置不能長周期、高負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)浪費(fèi)了大量的蒸汽。為了解決這一問題，裝置對真空系統(tǒng)進(jìn)行了徹底改造，保證了裝置長周期高負(fù)荷運(yùn)行，針對裝置真空系統(tǒng)改造前后的效果進(jìn)行了分析。

：丙酮氰醇； 真空系統(tǒng)； 改造

丙酮氰醇是由丙酮和氫氰酸在堿性催化劑氫氧化鈉存在下進(jìn)行縮合反應(yīng)制得，反應(yīng)速度很快，同時(shí)放出大量的熱量。若移去多余的反應(yīng)熱量，可以使平衡向生成物方向進(jìn)行，故在生產(chǎn)中采用低溫冷卻法，提高其轉(zhuǎn)化率，盡管在低溫下反應(yīng)，丙酮氰醇純度一般只能達(dá)到 90%～93%，只有經(jīng)過進(jìn)一步提純，方能使純度達(dá)到 97%～99%［1］。

丙酮氰醇為熱敏性物質(zhì)，在堿性、高溫，或者停留時(shí)間過長的條件下都易產(chǎn)生分解，尤其是高純度丙酮氰醇分解速度更快。因此在丙酮氰醇提純技術(shù)上，采用真空精餾的方法，目的是降低精制塔釜溫度，減少丙酮氰醇在高溫下的分解，同時(shí)還采用了一次通過式再沸器加熱方法，縮短丙酮氰醇在高溫區(qū)的停留時(shí)間。丙酮、氫氰酸和少量 H2O 等雜質(zhì)從精制塔塔頂蒸出，在塔底得到純度大于 97%的精丙酮氰醇產(chǎn)品。因此控制好精制塔的負(fù)壓操作（塔頂壓力：0.015 MPa 絕），對裝置的產(chǎn)品質(zhì)量將起到關(guān)鍵作用。

1 真空系統(tǒng)改造前生產(chǎn)流程

1.1 真空系統(tǒng)流程概述

丙酮氰醇裝置原設(shè)計(jì)采用的是二級蒸汽噴射式真空泵抽吸精制塔回流罐的尾氣來實(shí)現(xiàn)精制塔的負(fù)壓操作。精制塔尾氣經(jīng)塔頂冷凝冷卻器冷凝冷卻后，進(jìn)入回流罐，不凝氣體進(jìn)入尾氣冷凝器進(jìn)行再次冷凝，冷凝的液相返回回流罐，不凝氣體被抽吸進(jìn)一級蒸汽噴射泵和蒸汽混合后進(jìn)入一級冷凝器進(jìn)行冷凝，冷凝的液相進(jìn)入真空水封罐，不凝氣體進(jìn)入二級噴射泵和蒸汽混合后進(jìn)入二級冷凝器再次冷凝，經(jīng)過兩級冷凝后不凝氣體在 49 m 處的高空排放大氣，冷凝的液相進(jìn)入真空水封罐（圖 1）。

圖 1 改造前的真空系統(tǒng)流程圖Fig. 1 Vacuum flow chart of the system before reconstruction

1.2 原蒸汽噴射式真空泵的使用狀態(tài)

蒸汽噴射式真空泵工作原理為：使用 1.0 MPa蒸汽通過拉瓦爾噴嘴喉徑時(shí)達(dá)到聲速，到噴嘴的擴(kuò)散部時(shí)，靜壓能全部轉(zhuǎn)化為動能,達(dá)到超聲速，同時(shí)在噴嘴出口處形成真空，被抽氣體在壓差的作用下被抽入混合室和以超聲速的蒸汽一邊混合一邊進(jìn)入文丘里管，然后以亞聲速從文丘里的擴(kuò)散管排出，同時(shí)混合的氣體速度逐漸降低，壓力隨之升高，而后從排出口排出(圖 2)［2］。

圖 2 真空泵工作原理簡圖Fig. 2 The working principle diagram of vacuum pump

在丙酮氰醇的生產(chǎn)過程中，精制塔的真空度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝控制指標(biāo)，真空度達(dá)不到要求塔釜料液中的輕組分不易提餾出來，產(chǎn)品純度達(dá)不到指標(biāo)；真空度過高則使輕組分中夾帶丙酮氰醇過多，產(chǎn)品損失大，且易導(dǎo)致丙酮氰醇分解。精制塔抽真空效果一直不穩(wěn)定，易波動，且無法長周期運(yùn)行，其原因主要有以下幾點(diǎn)：

1.2.1 1.0 MPa 蒸汽對真空泵的影響1.0 MPa 蒸汽是噴射式真空泵的動力來源，蒸汽壓力波動及其干度均對真空泵的性能有較大影響,造成真空系統(tǒng)不穩(wěn)定，滿足不了生產(chǎn)的需要。

1.2.2 一、二級冷凝器的循環(huán)冷卻水對真空泵的影響

一、二級冷凝器的循環(huán)冷卻水溫度應(yīng)≤32 ℃，冷卻水溫度太高，真空泵能力會下降達(dá)不到抽真空的目的。另外，冷卻水溫越高耗用的蒸汽量越多。

冷卻水質(zhì)對真空泵能力有較大的影響。如果水質(zhì)差，硬度高，會造成冷凝器積垢甚至堵塞，嚴(yán)重影響熱交換性能，使蒸汽難于冷凝，從而影響真空度。所以應(yīng)保證循環(huán)冷卻水為純凈的軟化水［3］。

1.2.3 氫氰酸聚合的影響

蒸汽噴射泵所抽氣體中含有氫氰酸、丙酮、水及其它雜質(zhì)。該混合氣體當(dāng)中，氫氰酸是劇毒的化合物，氣態(tài)氫氰酸一般不產(chǎn)生聚合，但在高溫并有水存在時(shí)，會有聚合反應(yīng)出現(xiàn)，聚合開始后，產(chǎn)生的聚合物放出熱量又會引起聚合的連鎖反應(yīng)，從而加速聚合反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)放出大量熱能。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，蒸汽噴射泵所抽氣體中的氫氰酸與高溫的中壓蒸汽混合，在一、二級冷凝器的殼層經(jīng)常發(fā)生聚合而導(dǎo)致堵塞，影響一、二級冷凝器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致精制塔真空度極不穩(wěn)定。不但嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量，而且還需定期停精制塔，堿洗一、二級冷凝器，無法實(shí)現(xiàn)裝置長周期、高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 真空系統(tǒng)改造后的應(yīng)用

在改造之前，考慮丙酮氰醇裝置的加工能力和實(shí)際生產(chǎn)需求，同時(shí)為了解決蒸汽噴射泵冷卻器堵塞影響精制塔真空度等問題，經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)考察、調(diào)研和對真空泵的類型進(jìn)行對比，決定將蒸汽噴射泵換型，換為水環(huán)真空泵。

水環(huán)真空泵是一種粗真空泵，它所能獲得的極限真空為 2.0～4.0 kPa。水環(huán)真空泵的特點(diǎn)是：(1)結(jié)構(gòu)簡單易維修，壓縮氣體的溫度低，排氣溫度僅比進(jìn)氣溫度高 10～15 ℃，極易適合抽吸壓送易燃易爆的氣體；(2)適用范圍廣，配置靈活，可與分離器、換熱器、管線、閥門、儀表、電控裝置組裝在一起，共同放在一個(gè)底盤作為成套設(shè)備使用［4］。水環(huán)真空泵工作原理是葉輪偏心地裝在泵體內(nèi)，啟動時(shí)向泵內(nèi)注入一定高度的水，因此當(dāng)葉片輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水受離心力的作用而在泵體壁上形成旋轉(zhuǎn)水環(huán)，水環(huán)上部內(nèi)表面與輪相切，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)，在前半輪的過程中，水環(huán)內(nèi)表面逐漸與輪脫離，因此在葉輪片間形成空間并逐漸擴(kuò)大，這樣就在吸氣口吸入空氣；在后半轉(zhuǎn)的過程中，水環(huán)的內(nèi)表面漸漸向輪靠近，葉片間的空間容積隨著縮小，葉片間的空氣因此被壓縮而排出。如此葉輪每轉(zhuǎn)動一周，葉片間的空間容積改變一次，每個(gè)葉片間的水好象活塞一樣往復(fù)一次，泵就必須不斷地供給冷水，以吸氣體。由于在工作中，水會發(fā)熱，同時(shí)一部分水會和氣體一起被排走，因此泵在工作中，泵中必須不斷地供給冷水，以冷卻和補(bǔ)充泵內(nèi)消耗的水［5］。供給的冷水以 15 ℃為宜(圖 3)。

圖 3 水環(huán)式真空泵工作原理簡圖Fig. 3 Water ring vacuum pump working principle diagram

將裝置蒸汽噴射泵改為水環(huán)真空泵。改造后精制塔的真空條件是由水環(huán)真空泵抽吸精制塔回流罐的尾氣來實(shí)現(xiàn)的。精制塔餾出物為氫氰酸、丙酮和水，餾出物經(jīng)精制塔塔頂冷凝冷卻器冷凝冷卻后，經(jīng)過回流罐，一部分由精制塔回流泵送到合成系統(tǒng)重新反應(yīng)或送至廢水罐焚燒，另一部分由回流泵送回精制塔塔頂作回流。抽吸的尾氣經(jīng)尾氣冷凝器冷凝后，不凝氣體去水環(huán)真空泵，經(jīng)水環(huán)真空泵抽吸后進(jìn)入氣液分離罐，分離出的氣相排入大氣，液相進(jìn)入廢水罐，送入焚燒爐焚燒。

為了避免水環(huán)真空泵新鮮水的浪費(fèi)，利用原有的閑置設(shè)備將新鮮水進(jìn)行了循環(huán)冷卻使用。排入廢水罐的新鮮水不再焚燒，經(jīng)尾氣吸收泵送至換熱器用冷凍鹽水進(jìn)行冷卻，冷卻后的低溫新鮮水進(jìn)入水環(huán)真空泵作為水環(huán)真空泵工作液進(jìn)行使用。這樣既滿足了水環(huán)真空泵的正常工作，又減少了大量廢水的產(chǎn)生，保證了裝置真空系統(tǒng)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了裝置長周期高負(fù)荷運(yùn)行(圖 4)。

圖 4 真空系統(tǒng)改造后的流程圖Fig.4 The flow diagram of the vacuum system after the transformation

丙酮氰醇裝置真空系統(tǒng)改造項(xiàng)目投用后，不但解決了由于氫氰酸聚合導(dǎo)致蒸汽噴射泵冷凝器堵塞，而且減少廢水量的產(chǎn)生，保證了裝置的連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)約了成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，此改造設(shè)計(jì)充分考慮了裝置的安全生產(chǎn)要求，投用后對裝置的安全生產(chǎn)無不良影響。

3 實(shí)施結(jié)果前后分析對比

真空系統(tǒng)改造以后，裝置負(fù)荷能夠達(dá)到112%，操作也平穩(wěn)了，并且能耗降低很多，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高，各項(xiàng)工藝、設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)均在可控范圍內(nèi)。

3.1 生產(chǎn)負(fù)荷與產(chǎn)品質(zhì)量對比

真空系統(tǒng)改造后比改造前裝置的生產(chǎn)負(fù)荷提高了 27%，丙酮氰醇純度提高了 1.9%，丙酮氰醇純度溶液中游離 CN－和丙酮有所降低，pH 值無明顯變化（表 1）。

3.2 操作條件對比

真空系統(tǒng)改造后，丙酮氰醇裝置在高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不用清洗蒸汽噴射泵，生產(chǎn)操作更加平穩(wěn)（表 2）。

3.3 能耗對比

真空系統(tǒng)改造后，綜合能耗顯著降低（表 3）。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益對比

真空系統(tǒng)改造后，經(jīng)濟(jì)效益成果顯著（表 4）。

表 1 生產(chǎn)負(fù)荷與產(chǎn)品質(zhì)量改造前后的對比Table 1 Comparison of the production load and product quality before and after the transformation

表 2 操作條件改造前后的對比Table 2 Operating conditions before and after the transformation

表 3 能耗改造前后的對比Table 3 Energy consumption comparison before and after the transformation

表 4 成本改造前后的對比Table 4 Cost comparison before and after the transformation

4 結(jié) 論

（1）通過真空系統(tǒng)改造年節(jié)約成本59.21萬元，一次性投資 14 萬元，新工藝方案動力消耗僅為傳統(tǒng)工藝方案的 1/5。

（2）丙酮氰醇裝置的負(fù)荷穩(wěn)定在 1 900 kg/h，年生產(chǎn) 22 300 t 丙酮氰醇，達(dá)到了設(shè)計(jì)負(fù)荷的112%。

（3）產(chǎn)量提高后，丙酮氰醇裝置效益得到提高。

［1］丙酮氰醇裝置操作規(guī)程編寫組.丙酮氰醇裝置操作規(guī)程[S].大慶煉化公司，2008.

［2］夏清,陳常貴.化工原理(上)[M]. 天津:天津出版社，2005.

［3］胡憶溈,于波等.化工設(shè)備與機(jī)器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［4］楊乃恒.真空獲得設(shè)備[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

［5］達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2004．

Transformation of the Vacuum System in Acetone Cyanohydrin Plant

YAO Shu-jun
(Daqing Refining & Chemical Company the First Polymer Plant, Heilongjiang Daqing，163411，China)

The steam-jet pump was always used in the vacuum system during the operation of the acetone cyanohydrin equipment. But the phenomenon of hydrocyanic acid polymerism was oftentimes encountered in steam-jet pump due to the instability of the vacuum plant, which resulted in the short running period of the equipment and high load to waste a large amount of steam. In other to resolve this issue, the vacuum system was transformed to ensure the long period operation of the equipment under high load. At last, operation effects of the equipment before and after the transformation were analyzed.

Acetone cyanohydrin; Vacuum system;Transformation

TQ 024

： A文獻(xiàn)標(biāo)識碼： 1671-0460（2014）07-1230-03

2014-04-30

姚樹軍(1965-)，男，黑龍江大慶人，工程師，1988 年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，研究方向：從事化工生產(chǎn)，E-mail：571034491@qq.com。