一種用于尼龍6萃取過(guò)程中的泡沫消除的新型高位罐

李兵

摘要：在尼龍6生產(chǎn)過(guò)程中萃取是現(xiàn)有工藝必不可少的一部分，萃取過(guò)程由于單體含量高、低聚物等雜質(zhì)多、脫水機(jī)高速分離、萃取溢流到高位罐位差高等因素造成萃取水產(chǎn)生大量泡沫，經(jīng)常造成高位罐假液位，不利于連續(xù)生產(chǎn)，本文提供了一種可以有效減少的泡沫的方法。

關(guān)鍵詞：尼龍6、萃取、萃取水、泡沫、高位罐

一、背景介紹

尼龍6，即聚酰胺6，PA6，主要生產(chǎn)方法陰離子聚合法和水解聚合法。陰離子聚合法反應(yīng)相對(duì)水解開環(huán)聚合速度快，工藝控制手段較少，且陰離子聚合反應(yīng)對(duì)于原料己內(nèi)酰胺的品質(zhì)要求很高，尤其是含水率要求穩(wěn)定且在300ppm以下[1]。目前普遍工業(yè)上采用的方法是水解開環(huán)聚合法，該方法反應(yīng)過(guò)程溫和易于控制，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

尼龍6的工業(yè)化生產(chǎn)工序一般包括：熔融工序（目前大部分已改為液體料直用）、添加劑調(diào)配工序、聚合工序、切粒工序、萃取工序、干燥工序、冷卻輸送工序、回收工序等。上述工序中關(guān)鍵工序?yàn)榫酆瞎ば颍藭r(shí)己內(nèi)酰胺在有水存在的環(huán)境下進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)形成氨基己酸，如下反應(yīng)式（1）。

氨基己酸與氨基己酸進(jìn)行加成反應(yīng)，同時(shí)也伴隨著少量與己內(nèi)酰胺進(jìn)行加成反應(yīng)如下反應(yīng)式（2） 。

鏈增長(zhǎng)階段主要是上階段生長(zhǎng)的短鏈分子間通過(guò)縮聚形成長(zhǎng)鏈分子。在此階段還會(huì)有少量的引發(fā)和加成反應(yīng)進(jìn)行，但以縮聚反應(yīng)為主，如下式（3）：

鏈平衡階段主要是不同長(zhǎng)度的分子鏈之間進(jìn)行的酰胺交換反應(yīng)，類似酯交換;由于不同長(zhǎng)度的分子鏈上的酰胺鍵受到周圍端羧基和端氨基的誘導(dǎo)作用進(jìn)行了酸解和氨解，進(jìn)而造成了不同活性的分子鏈進(jìn)行了平衡重組。如下式（4）：

值得注意的是在上述每個(gè)階段都會(huì)伴隨著己內(nèi)酰胺的水解開環(huán)反應(yīng)，由于水解開環(huán)反應(yīng)不同于陰離子聚合反應(yīng)，水解開環(huán)反應(yīng)是可逆反應(yīng)，己內(nèi)酰胺直到最后反應(yīng)終了仍有10%左右的己內(nèi)酰胺存在，而正是由于這部分未反應(yīng)的己內(nèi)酰胺需要從物料內(nèi)除去才有了萃取工序的存在。

二、工業(yè)生產(chǎn)萃取過(guò)程現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)尼龍6聚合裝置萃取過(guò)程，大部分采用的是兩段萃取或者三段萃取，萃取劑是水，由于己內(nèi)酰胺易溶于水，其溶解度為540g/100g水（25℃）[2]。大部分萃取高位槽結(jié)構(gòu)是：罐體、籃式過(guò)濾器、溢流管、底部放凈管、頂部排氣管等。如下圖1 。運(yùn)行過(guò)程中一般是由萃取塔溢流經(jīng)過(guò)管道輸送至高位罐頂部徑向進(jìn)水經(jīng)過(guò)籃式過(guò)濾器，到達(dá)一定液位后補(bǔ)充進(jìn)預(yù)萃取塔。此過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生由于單體含量高、低聚物等雜質(zhì)多、脫水機(jī)高速分離、萃取溢流到高位罐位差高等因素造成萃取水產(chǎn)生大量泡沫，進(jìn)而造成高位罐假液位，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成預(yù)萃取塔或者萃取塔缺水的情況，不利于連續(xù)生產(chǎn)，切片可萃取物含量不穩(wěn)定，最終影響下游加工。

三、高位罐改造后效果

在尼龍6 生產(chǎn)過(guò)程由于己內(nèi)酰胺水溶液偏弱堿性，在流動(dòng)過(guò)程中由于流速較快，加之萃取塔與預(yù)萃取高位罐落差較大，水流在快速流動(dòng)和撞擊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。該新型高位槽可以有效減少或者消除單體水流動(dòng)、撞擊過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫，所述的萃取高位槽，可以作為萃取塔高位槽也可以作為預(yù)萃取塔高位槽。單體水從切向流入高位槽（結(jié)構(gòu)1），水流進(jìn)入罐體后沿罐體內(nèi)壁流動(dòng)（結(jié)構(gòu)6），在內(nèi)筒壁和外筒壁（結(jié)構(gòu)5）之間的圓環(huán)空間形成環(huán)形流動(dòng)，在環(huán)形流動(dòng)過(guò)程中水流會(huì)對(duì)泡沫形成一定的拉扯促使其破裂，當(dāng)此圓環(huán)空間水滿后開始沿內(nèi)筒壁開始溢流，內(nèi)筒壁上沿溢流口處設(shè)置有鋸齒形結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)7），該結(jié)構(gòu)可以使泡沫經(jīng)過(guò)鋸齒狀結(jié)構(gòu)溢流時(shí)泡沫的局部表面張力發(fā)生應(yīng)力集中而破裂。同時(shí)在外筒壁設(shè)有冷卻水管（結(jié)構(gòu)3），該冷卻水管的布置高度下至內(nèi)筒壁下沿，上至單體水進(jìn)水口下沿，可以根據(jù)具體降溫效果加以延長(zhǎng)。在正常生產(chǎn)中，高位槽萃取水溫度約為85～92℃，單體水內(nèi)部除含有己內(nèi)酰胺外，還有少量的低聚物，如環(huán)狀二聚體、三聚體，它們可以作為尼龍6的有機(jī)成核劑，其隨水溫的升高溶解度逐漸增大，水溫低于70℃時(shí)環(huán)狀二聚體、三聚體會(huì)逐漸析出，析出的二聚體、三聚體會(huì)破壞泡沫表面應(yīng)力平衡，使泡沫加速破裂。

該裝置分為外部筒體、切向進(jìn)料口、底部出料口、泡沫破碎內(nèi)筒、外部冷卻盤管、液位計(jì)。該裝置主要替代目前在尼龍6生產(chǎn)過(guò)程中的萃取高位罐。萃取補(bǔ)水進(jìn)水或者萃取塔溢流水進(jìn)水從該裝置側(cè)面沿內(nèi)筒壁切向進(jìn)入，該部分萃取水含有己內(nèi)酰胺和低聚物單體，安裝位置不同進(jìn)水濃度也不相同，濃度范圍在0.6～10%。單體水在外筒壁與內(nèi)筒壁間形成環(huán)形流動(dòng)，待內(nèi)外筒壁的環(huán)形結(jié)構(gòu)水滿后，單體水開始從內(nèi)筒壁上沿溢流，內(nèi)筒壁上沿設(shè)置有鋸齒狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)帶有泡沫的單體水溢流時(shí)大量泡沫會(huì)在此處破碎。同時(shí)該裝置的進(jìn)水口下沿與內(nèi)筒壁下沿之間安裝有循環(huán)水冷卻盤管，由于單體水溫度在85～95℃，該溫度下的己內(nèi)酰胺和低聚物相容性較好，而經(jīng)過(guò)冷卻降溫后，溫度約70℃時(shí)低聚物開始析出為粒徑0.2～0.5mm的顆粒，該部分低聚物可以增加泡沫表面張力，進(jìn)而造成泡沫破裂。原有的籃式過(guò)濾器可以改為外部獨(dú)立式籃式過(guò)濾器，如果產(chǎn)量較小用Y型過(guò)濾器也是可以的。罐體結(jié)構(gòu)如圖2。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭寶華，張?jiān)雒?，徐軍編著，聚酰胺合金與其應(yīng)用[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2010.10

[2]福本 修編，聚酰胺樹脂手冊(cè)[M]，北京：中國(guó)石化出版社，1994.4