丙烯腈生产过程中pH值控制的研究

丙烯腈生产过程中pH值控制的研究

朱涵

江苏斯尔邦石化有限公司

摘要：丙烯腈是一种应用广泛的有机化工原料，主要应用领域有合成纤维、塑料、橡胶以及胶粘剂等。在丙烯腈生产的过程中，pH值的控制对丙烯腈最终质量以及产量有重要影响。本文主要聚焦于丙烯腈生产过程，研究如何在生产过程中有效控制pH值。

关键词：丙烯腈；pH值；控制

丙烯腈是一类化学性质极为活泼，无刺激性气味的有机物质。现代工业将其作为一种高分子材料广泛应用。我国目前的丙烯腈生产过程已有较为固定的生产环节，随着生产力与科技的进步，其生产技术也在不断提高。在长期的生产经验之上，人们发现丙烯腈的生产量很大程度上受pH值的影响。因此，相关技术人员开始研究如何通过调整各生产环节的反应环境pH值来提高丙烯腈的回收率以及生产质量。

一、pH值对丙烯腈生产的影响

（一）pH值对丙烯腈回收率的影响

在丙烯腈生产过程中，丙烯腈的回收率直接受pH值的控制与影响。丙烯与氨混合产生丙烯腈的过程中，酸碱催化是必不可少的。适当的酸性或碱性条件可以提高反应速率与回收率。但过高或过低的pH值可能导致副反应，降低丙烯腈的回收率。丙烯腈在水中的溶解度也随pH值的改变而变化。一般来说，在弱酸性条件下，丙烯腈的溶解度较高。然而，过低或过高的pH值可能导致丙烯腈在水中的溶解度降低，从而降低回收率。丙烯腈的回收通常涉及氨和其他反应产物的分离。适当的pH值条件有助于分离丙烯腈，并防止氨等物质的溶解，以提高回收率。因此，在丙烯腈生产过程中，需要控制并维持适当的pH值范围，以提高丙烯腈的回收率。

（二）pH值与丙烯腈生产质量的关系

pH值在丙烯腈生产中也与产品的质量密切相关。pH值的不适当变化可能导致反应体系出现酸碱失衡、副反应增多以及产物纯度下降等问题，从而影响丙烯腈的生产质量。不合适的pH值控制可能导致反应体系中酸碱的失衡。如果pH值过低，即酸性过强，可能会促使副反应发生或产生杂质过多，从而影响丙烯腈的纯度。另一方面，如果pH值过高，即碱性过强，可能导致丙烯腈的分解或聚合反应增多，同样会影响产品的纯度与质量。丙烯腈生产过程中，不合适的pH值可能导致副反应的增多。此外，氨解水生成的氢氧化铵也会对反应体系的酸碱平衡产生不良影响。不稳定的pH值可能会导致丙烯腈的分解或杂质的生成，从而直接影响产品的纯度。丙烯腈作为重要的有机化工原料，其纯度对下游产品的性能与质量至关重要。因此，严格控制pH值，维持反应体系的稳定性，有助于提高丙烯腈的纯度以及产品质量。

（三）pH值对丙烯腈系统操作稳定性的影响

急冷塔、回收塔以及吸收塔等系统的稳定性与反应环境有密切的关系。如果pH值没能控制在合适范围，反应装置中将会出现雾沫等物质，使目标产物丙烯腈被浪费。同时，还会影响回收塔内的压力与温度，降低蒸馏效果。当回收塔内的反应环境酸度过高时，丙烯腈会发生大量水解反应，短时间内产生的官能团会使液体表面张力降低，产生的气泡会影响整个操作系统的稳定。因此，丙烯腈生产技术的关键之处在于系统内部反应环境酸碱度的控制。

二、丙烯腈生产过程中pH值的具体控制方法

（一）急冷塔中控制pH值

在丙烯腈生产过程中，急冷塔是一个关键单元，常用于降低反应体系的温度并促进丙烯腈的生成。在急冷塔中，需要进行pH值的控制，以确保丙烯腈的生成与回收的效果。在急冷塔中设置pH值监测装置，可以实时监测反应体系中的pH值情况。常用的pH值测量仪器有玻璃电极与离子选择性电极等。根据监测到的pH值情况，可以通过添加碱液来控制与调节pH值，在急冷塔中设置碱液投加装置，根据pH值的变化情况自动或手动调节碱液的投加量。急冷塔中还可以采用反馈控制的方式来控制pH值。通过设定合适的目标值，根据实际测量的pH值与目标值的偏差来自动调节碱液的投加量，以实现稳定的pH值控制。选择适当的碱液来进行pH值控制也非常重要，常见的碱液有氨水、氢氧化钠等，选择合适的碱液可以实现pH值的快速调节与稳定控制。

（二）吸收塔中控制pH值

吸收塔内的pH值一般需要控制在5.0—7.0的偏酸性范围，目前的丙烯腈生产过程中，吸收塔内不设置调节pH值的装置，而是在急冷塔后冷却环节或回收塔循环泵的位置进行酸碱度调节。

（三）回收塔中控制pH值

塔顶分离器与循环液体是产物进入回收塔中进行进一步反应的关键之处，主要原因是回收塔中的pH值有其两者决定。要想降低生成物中过氧化物的含量，塔顶分离器中的反应环境需要保持弱酸性，通常会使用碳酸钠与其进行中和反应。循环液体的主要成分是水，为防止聚合反应的发生，其pH值同样需要控制在弱酸范围，如果酸性过强，塔内组件将会被腐蚀损坏。通常情况下会选择将循环液抽出，利用碳酸钠进行中和，或者将收集到的丙烯铵盐进行分解，以保证弱酸环境。

（四）脱氢氰酸塔中控制pH值

在生产过程中，二氧化硫、醋酸等物质会进入脱氢氰酸塔中，二者与氢氰酸发生阻隔聚合反应，使塔中的酸碱度处于弱酸范围。要想使生产中的化学反应效果最佳，pH值控制在4.0—5.0的范围为宜。需要注意的是，脱氢氰塔中的pH值控制应根据具体工艺参数、反应体系特性以及产品质量要求来确定合适的控制策略与操作方式。同时，要协调脱氧氢氰塔与其他操作单元的运行，确保整个生产过程的稳定。

（五）丙烯腈精制塔中控制pH值

氢氰酸塔中的液体产物可以用于丙烯腈精制塔中反应环境的酸碱度控制，以此来保障氰醇生产过程的稳定。氰醇处于碱性环境时容易发生分解反应，导致丙烯腈产物中腈、醛等杂质含量过高。当其处于弱酸环境时，性质最稳定，最终产物纯净度也较高。

（六）乙腈解吸塔中控制pH值

稀乙腈的浓缩过程主要在乙腈解吸塔中进行。在这个过程中，一部分乙腈会发生水解反应，其产物为氨气与醋酸。塔的顶部会释放出一部分蒸发的氨气与乙腈，因此这部分的反应环境为弱碱性。留在釜液中的醋酸会使塔内的反应环境保持在酸性范围。因此，乙腈解吸塔中的反应环境pH值分为两部分，塔顶位置为9.1—9.5的碱性环境，塔底则为5.0左右的酸性环境。

总结

丙烯腈生产过程中的pH值控制是一个复杂而重要的问题。合理的pH值控制策略与参数优化能够提高产品的质量以及产量，降低生产成本。未来的研究可以进一步探索新的pH值测量方法以及控制策略，以推动丙烯腈生产技术的创新与发展。

参考文献：

[1]龚荣庭.浅谈pH值对丙烯腈生产过程的影响及优化措施[J].安徽化工，2022(4).

[2]周宏伟.丙烯腈生产过程中pH值控制的研究[J].中国化工贸易，2019(23).

[3]张沛存.pH值对丙烯腈生产过程的影响分析及对策[J].齐鲁石油化工, 2010(1).