趙冉

摘 要：文章通過改善己內(nèi)酰胺工藝流程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)己內(nèi)酰胺精制工藝改進(jìn)的研究。文章將原有的包含水反萃、加氫等工藝程序的精制工藝，改成流程為堿洗、脫苯、脫輕、脫重的新工藝，落實(shí)工藝改進(jìn)。工藝流程縮短、物料損耗減少、產(chǎn)品質(zhì)量提高。文章闡述的己內(nèi)酰胺精制工藝改進(jìn)措施可行。

關(guān)鍵詞：己內(nèi)酰胺;工藝改進(jìn);物料除雜

中圖分類號(hào)：TQ245.27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）03-095-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.044

己內(nèi)酰胺原料通常含有較多的雜質(zhì)，容易影響后續(xù)以己內(nèi)酰胺為材料的工業(yè)生產(chǎn)效果。因此，在工業(yè)生產(chǎn)之前，人們需要對(duì)己內(nèi)酰胺原料加以精制處理，改善其使用效果。但當(dāng)前的精制工藝存在路線長(zhǎng)、產(chǎn)品損耗大等缺陷，應(yīng)及時(shí)加以改進(jìn)，提升己內(nèi)酰胺相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)行水平。

1 現(xiàn)行精制工藝

現(xiàn)行的精制工藝主要分為兩個(gè)部分，即物理工藝部分、化學(xué)工藝部分。其中物理工藝部分的作用是，利用部分雜質(zhì)的物理溶解性質(zhì)，采用萃取、蒸餾、離交等方式，去除己內(nèi)酰胺中的水溶性雜質(zhì)、無機(jī)離子、苯溶性雜質(zhì)等，改善己內(nèi)酰胺的純度。其中，萃取環(huán)節(jié)是去除雜質(zhì)量最大的工藝環(huán)節(jié)，常用的萃取方法包括苯萃、水反萃等。而化學(xué)工藝部分則通常以加氫精制工藝為主，具體的工藝方法包括磁穩(wěn)定床、連續(xù)淤漿床等。但在此過程中，由于離交工藝環(huán)節(jié)的操作比較繁瑣、復(fù)雜，而且成本也比較高，還會(huì)形成工業(yè)廢水，因此該領(lǐng)域研究者都在積極探討精制工藝的改進(jìn)方法。

2 研究過程

2.1 材料工具

為了驗(yàn)證改進(jìn)方法的可行性，研究者需要取分別經(jīng)過新、舊兩種精制工藝處理的己內(nèi)酰胺以及萃取殘留物等物質(zhì)作為樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，得出其質(zhì)量品質(zhì)狀態(tài)，然后加以對(duì)比，驗(yàn)證工藝改進(jìn)效果。在此過程中，由于己內(nèi)酰胺質(zhì)量品質(zhì)的評(píng)估指標(biāo)主要有吸光值、高錳酸鉀值、揮發(fā)性堿，因此為了實(shí)現(xiàn)上述三項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，此次研究需要的材料工具包括以下幾種：

第一，吸光值檢測(cè)用材料工具，波長(zhǎng)為290nm的WFZ800-D3B型紫外可見分光光度計(jì)、水。第二，高錳酸鉀值檢測(cè)用材料工具，高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、標(biāo)準(zhǔn)比色液、比色管、恒溫水浴設(shè)施。在此過程中，標(biāo)準(zhǔn)比色液的制備方法為，分別取K2CrO7、Co（NO3）2·6H2O，2mg、3g，然后將兩者融入水中，并稀釋到1L。第三，揮發(fā)性堿檢測(cè)用材料工具，NaOH溶液，濃度要求為0.1mol/L、HCL溶液，濃度要求為0.1mol/L、混合指示劑、電熱套、水。其中，混合指示劑的制備方法為，取0.1mol/L的HCL10ml，將其放入錐形瓶中，然后依次加入30ml水、5～8滴指示劑、濃度為4mol/L NaOH50ml。

2.2 方法

2.2.1 改進(jìn)措施

在改進(jìn)過程中，考慮到舊工藝的工藝流程較長(zhǎng)，研究者秉承工藝程序最少化的原則，將原有的10個(gè)主要精制程序壓縮成7個(gè)。針對(duì)損耗大的問題，經(jīng)過分析后得出，加氫這一化學(xué)精制程序?qū)υ显斐傻膿p耗最大，其主要原因在于，精制過程產(chǎn)生的副反應(yīng)使己內(nèi)酰胺轉(zhuǎn)化生成為其他物質(zhì)，導(dǎo)致其不能被繼續(xù)提取出來，由此形成了損耗大的問題。基于此，研究者在改進(jìn)過程中，采用了以物理萃取法為主的精制程序設(shè)計(jì)原則，以減少精制過程中己內(nèi)酰胺的損耗，增強(qiáng)精制工藝的改進(jìn)效果。

2.2.2 改進(jìn)后的工藝流程

經(jīng)過改進(jìn)后，即在完成萃取后，對(duì)己內(nèi)酰胺加以苯蒸餾處理，以去除其中的苯雜質(zhì)，再進(jìn)行脫水操作，將其中的重組成分雜質(zhì)去除，最終即可達(dá)到優(yōu)級(jí)品己內(nèi)酰胺。在此過程中，待原料進(jìn)入萃取塔后，其流動(dòng)方向由中向上，此時(shí)從塔頂向下流的苯溶劑就會(huì)與其逆流接觸，帶走大量的苯溶性雜質(zhì)。此后，含有承載苯溶性雜質(zhì)的萃取劑會(huì)經(jīng)過汽提塔的處理，被循環(huán)利用。在此過程中，留存在底部的廢水則會(huì)經(jīng)過濃縮后，被送到焚燒系統(tǒng)處理。而經(jīng)過處理的原料會(huì)繼續(xù)流入堿洗水洗系統(tǒng)。在該系統(tǒng)內(nèi)，1%的NaOH也會(huì)與原料進(jìn)行逆流接觸，得出的苯己液會(huì)被繼續(xù)送入脫苯塔，而含有苯己的洗滌液則會(huì)流入混合槽，然后與粗酰胺油混合，再次進(jìn)入萃取環(huán)節(jié)。在脫苯塔中，主要的處理方式為蒸餾，而蒸餾得出的苯與水，經(jīng)過冷卻、水油分離后，輕組分部分會(huì)重返萃取程序，另一部分則會(huì)被增壓送入脫輕塔中繼續(xù)精制。

在分離過程中，物料會(huì)被加以真空處理，并經(jīng)由汽液分離罐，被分離成液體己內(nèi)酰胺、氣相組分。其中，液體己內(nèi)酰胺會(huì)進(jìn)入脫輕塔中繼續(xù)精制，而氣相部分會(huì)經(jīng)過尾凝器的處理，被分成凝結(jié)物質(zhì)以及不凝氣體，凝結(jié)物質(zhì)被輸送到混合槽中，不凝氣體則經(jīng)處理后排放。在脫輕塔中，物料會(huì)被加以減壓處理，形成輕組分雜質(zhì)、含有重組分雜質(zhì)的己內(nèi)酰胺、水這三種物質(zhì)。其中，重組分雜質(zhì)的己內(nèi)酰胺會(huì)進(jìn)入脫重塔，并接受冷凝處理，即可得到優(yōu)級(jí)品己內(nèi)酰胺。此外，氣相冷凝液、堿洗洗滌液，以及脫重塔中的釜液，通常均含有一部分殘留己內(nèi)酰胺。為了避免此部分己內(nèi)酰胺的浪費(fèi)，上述這些物質(zhì)均會(huì)被送入混合槽中加以混合，并統(tǒng)一被送入到苯萃取塔中，通過再次精制，將其中的己內(nèi)酰胺提取出來，提高物料的利用率，改善整體精制工藝的落實(shí)效果。從整體上來看，由于物料的利用率較高，且萃取的循環(huán)利用程序也比較簡(jiǎn)單，同時(shí)針對(duì)殘留有己內(nèi)酰胺的工藝產(chǎn)物制定了相應(yīng)的利用措施，因此所產(chǎn)生的廢水、廢氣量少，物料利用率高，能夠提升精制工藝水平，有助于己內(nèi)酰胺精制領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

2.2.3 改進(jìn)效果檢測(cè)方法

為了驗(yàn)證改進(jìn)效果，研究者在新、舊工藝下分別取樣，并進(jìn)行了吸光值、高錳酸鉀值、揮發(fā)性堿這三項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn)。其中，在吸光值檢測(cè)中，需要用紫外線可見分光光度計(jì)，對(duì)萃取程序完畢后所得到的物料進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)方法是利用部分雜質(zhì)能夠吸收290nm波段光波的性質(zhì)，檢測(cè)雜質(zhì)的含量，因此該指標(biāo)值越小，說明雜質(zhì)含量越少。高錳酸鉀值檢測(cè)的作用原理是，根據(jù)部分雜質(zhì)的還原性，通過以高錳酸鉀滴定后其變色時(shí)間作為評(píng)估依據(jù)，來評(píng)估物料中的雜質(zhì)含量，所以該值越大，雜質(zhì)含量越少。在揮發(fā)性堿這一指標(biāo)中，揮發(fā)性堿主要是指芳香族胺類、脂肪族胺類、酰胺雜質(zhì)，這些雜質(zhì)是形成于己內(nèi)酰胺的副反應(yīng)，會(huì)阻止其高度聚合，導(dǎo)致其難以被用于紡絲等產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中，影響其使用性能。具體檢測(cè)方法為蒸餾滴定法，即先將樣品進(jìn)行蒸餾處理，提取其中的堿性低分子物質(zhì)，然后用鹽酸將這些物質(zhì)吸收起來，再用NaOH滴定。所需的計(jì)算公式為，X=。其中，V0為滴定空白試劑所需的NaOH量，m為樣品質(zhì)量，V1為滴定物料所需的NaOH量[1]。

3 結(jié)果與分析

在吸光值指標(biāo)檢測(cè)中，研究者檢測(cè)了萃取工藝程序改造前后，經(jīng)過萃取處理后己內(nèi)酰胺的比吸光值，且為了保證結(jié)果的可靠性，進(jìn)行了2次檢測(cè)，并取平均值作為依據(jù)，結(jié)果如表1所示。在此過程中，吸光值越小說明雜質(zhì)越少，由此可見，改進(jìn)后工藝程序的除雜質(zhì)能力顯然優(yōu)于舊工藝。高錳酸鉀值主要是評(píng)估己內(nèi)酰胺中的還原性雜質(zhì)含量情況，指標(biāo)值即為高錳酸鉀變色時(shí)間，指標(biāo)值越大，雜質(zhì)含量越小。指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示，舊工藝下高錳酸鉀變色時(shí)間在200s～600s左右，而經(jīng)過改進(jìn)后，高錳酸鉀的變色時(shí)間能夠達(dá)到1 300s以上，因此改進(jìn)后工藝精制得出的己內(nèi)酰胺中所含有的還原性雜質(zhì)量更少。揮發(fā)性堿指標(biāo)能夠反映出己內(nèi)酰胺副反應(yīng)生成物的含量，數(shù)值越小就說明己內(nèi)酰胺的純度越高。在該指標(biāo)的計(jì)算中，研究者進(jìn)行了兩次檢測(cè)，并取平均數(shù)作為依據(jù)。結(jié)果顯示，舊工藝下該指標(biāo)值為31，經(jīng)過改進(jìn)后，該指標(biāo)值為15.2。在此過程中，由于精制工藝中生成的副產(chǎn)物揮發(fā)性堿物質(zhì)會(huì)干擾己內(nèi)酰胺的高聚合，影響其使用性能，工藝改進(jìn)后，揮發(fā)性堿物質(zhì)的含量明顯減少，說明所得出的產(chǎn)品具有更優(yōu)良的品質(zhì)。同時(shí)，也說明副反應(yīng)生成物質(zhì)量減少，而副反應(yīng)作為造成己內(nèi)酰胺損耗的主要因素，其反應(yīng)生成物的減少，可以說明損耗也在減少。因此，經(jīng)過改進(jìn)后的工藝，其在運(yùn)行過程中造成的己內(nèi)酰胺損耗更少[2]。

4 討論

從整體上來看，經(jīng)過改進(jìn)后，己內(nèi)酰胺精制工藝流程縮短，因此前期建設(shè)所需的資金會(huì)更少。同時(shí)，工藝過程中的副反應(yīng)生成物少，使得物料損耗量也得到了降低，有效解決了舊工藝下流程線路過長(zhǎng)、損耗量大的問題，而且在這種物料高效利用的條件下，工藝運(yùn)行中所產(chǎn)生的廢水、廢料也比較少。但在此過程中，依然需要注意，由于工藝程序中涉及到冷凝操作，且物料具有聚合性質(zhì)，因此必須控制好操作條件，以免物料在冷凝管處堵塞，影響工藝操作效果。此外，還要建設(shè)好配套的換熱網(wǎng)絡(luò)，以充分利用系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量，節(jié)約精制工藝運(yùn)行能耗，以提升工藝改進(jìn)水平。

5 結(jié)語

綜上所述，做好己內(nèi)酰胺的精制工藝改進(jìn)工作，能夠改善產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。經(jīng)過上述研究，研究者發(fā)現(xiàn)構(gòu)建一個(gè)以物理精制法為主的精制工藝流程，能夠有效減少物料損耗，且可使精制后的己內(nèi)酰胺產(chǎn)品呈現(xiàn)出更高的質(zhì)量品質(zhì)狀態(tài)。因此，可以考慮將上述工藝改進(jìn)方法運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，提升精制生產(chǎn)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭燕春，徐先榮，趙孝順.己內(nèi)酰胺生產(chǎn)中苯己液堿洗水洗工藝的優(yōu)化與改進(jìn)[J].合成纖維工業(yè)，2020，44（1）：69-73，78.

[2] 趙殿臣.己內(nèi)酰胺綠色生產(chǎn)技術(shù)研究[J].山西化工，2020，41（1）：108-109，128.