關(guān)于二甲基乙酰胺回收裝置的研究與運(yùn)用

張所俊　朱東歲

摘要：氨綸纖維能耗最大在于溶劑的回收裝置，節(jié)能增效是永恒的課題。文章從溶劑二甲基乙酰胺飽和蒸汽壓的理論研究著手，并通過(guò)試驗(yàn)，得出溶劑在不同溫度下飽和蒸汽壓，對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)公式進(jìn)行完善，同時(shí)研究不同溫度下回收裝置中溶劑的含量對(duì)纖維品質(zhì)及生產(chǎn)安全性的影響，分析回收裝置最佳控制溫度及其帶來(lái)的能耗效益和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：二甲基乙酰胺；回收裝置；飽和蒸汽壓；爆炸極限；能耗；環(huán)境效益 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH39 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.078

當(dāng)前，節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境已成為基本國(guó)策，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先符合氨綸行業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，氨綸的需求量迅速增加，短短幾年產(chǎn)能擴(kuò)張幾倍，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更激烈，對(duì)企業(yè)的壓力也越來(lái)越大，勤修內(nèi)功、節(jié)能增效、降低能耗在成本上的比重成當(dāng)前首要解決的問(wèn)題。氨綸纖維生產(chǎn)能耗最大在于溶劑回收裝置，對(duì)溶劑的回收即對(duì)含溶劑的高溫空氣冷卻加熱需要的冷卻和加熱能耗用量，隨著新的節(jié)能硬件投入，高溫空氣余熱的回收利用以實(shí)現(xiàn)最大化，在硬件無(wú)法進(jìn)一步突破的條件下，從溶劑飽和蒸汽角度研究，如何降低溶劑冷卻和加熱能耗的用量成為當(dāng)前研究的方向。

1 溶劑二甲基乙酰胺飽和蒸汽壓的研究

干法工藝?yán)w維紡絲用二甲基乙酰胺（DMAC）作有機(jī)溶劑，一般原液中溶劑濃度65%，在紡絲過(guò)程中，溶劑回收裝置通過(guò)風(fēng)機(jī)將回收裝置出口低溫空氣通過(guò)加熱輸送到紡絲甬道中，熱空氣側(cè)吹原液細(xì)流，將原液細(xì)流中溶劑蒸發(fā)、固化，揮發(fā)出的溶劑進(jìn)入熱空氣中，從紡絲甬道中返回的熱空氣通過(guò)溶劑回收裝置冷卻空氣、冷凝、回收DMAC溶劑再利用。冷卻的回收裝置出口低溫空氣再次加熱進(jìn)入紡絲甬道循環(huán)上述過(guò)程。通常為了纖維品質(zhì)和生產(chǎn)爆炸極限安全性，常降低回收裝置出口溫度，即降低空氣中飽和溶劑濃度，減少空氣中攜帶溶劑含量，降低紡絲甬道中溶劑的濃度也減少溶劑含量對(duì)纖維揮發(fā)效率的影響。但片面追求回收裝置出口低溫，能耗成本高、不經(jīng)濟(jì)，尤其當(dāng)下倡導(dǎo)節(jié)能增效、向管理要效益的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，企業(yè)將失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

因此，本文通過(guò)研究DMAC飽和蒸汽壓與溫度關(guān)系，得出不同溫度下空氣中DMAC含量，對(duì)纖維品質(zhì)的影響程度以及生產(chǎn)安全性，總結(jié)出DMAC回收裝置的出口溫度最佳值，并運(yùn)用于生產(chǎn)。所謂的飽和蒸汽壓指一定的溫度下，與同種物質(zhì)的液態(tài)（或固態(tài)）處于平衡狀態(tài)的蒸汽所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。它的大小取決于物質(zhì)的本性和溫度（隨溫度升高而增加），飽和蒸汽壓越大，表示該物質(zhì)越容易揮發(fā)。通常試驗(yàn)室檢測(cè)液體飽和蒸氣壓，如純水，放在一個(gè)密閉的容器里，抽走上方空氣。當(dāng)水不斷蒸發(fā)時(shí)，水面上方汽相的壓力就不斷提高。但是當(dāng)溫度一定時(shí)，水的氣化速度等于水蒸氣的冷凝速度，氣液達(dá)到平衡狀態(tài)，汽相壓力最終恒定，這時(shí)的汽相壓力稱為水在該溫度下的飽和蒸汽壓力。針對(duì)氨綸纖維紡絲DMAC溶劑飽和蒸汽壓、查找現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)，如：

第一，化學(xué)溶劑手冊(cè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下DMAC飽和蒸汽壓：

第二，BASF相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下DMAC飽和蒸汽壓：

式中：P為飽和蒸汽壓，kPa；t為溫度，℃；N為1mol空氣含DMAC質(zhì)量，g；M為溶劑摩爾質(zhì)量，g/mol。

通過(guò)對(duì)比分析，上述兩種技術(shù)文獻(xiàn)對(duì)DMAC飽和蒸氣壓理論公式差異較大，考慮溶劑的易燃易爆危險(xiǎn)性，采用偏離實(shí)際值計(jì)算出飽和蒸汽下的空氣中DMAC含量，將對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)溶劑回收裝置溫度控制帶來(lái)嚴(yán)重的后果，甚至引起安全事故。為得出DMAC不同溫度下飽和蒸氣壓，我們根據(jù)上述檢測(cè)方法，制作測(cè)試裝置，在實(shí)驗(yàn)室中模擬不同生產(chǎn)溫度下實(shí)測(cè)DMAC飽和蒸汽壓。裝置盛半杯DMAC溶劑，插入溫度計(jì)、壓力傳感器，密封，放入水槽，通冷媒介質(zhì)精控DMAC溶劑溫度，得不同溫度下DMAC飽和蒸汽壓與化學(xué)溶劑手冊(cè)文獻(xiàn)及BASF相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)比數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表1所示：

從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：飽和蒸氣壓隨溫度升高而提高，當(dāng)溫度提高，DMAC揮發(fā)量增大，則空氣中DMAC的含量也相應(yīng)增大，同時(shí)實(shí)測(cè)不同溫度下飽和蒸汽壓對(duì)后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)用提供數(shù)據(jù)支持。

2 溶劑DMAC飽和蒸汽壓的運(yùn)用

高溫空氣進(jìn)入紡絲甬道，加熱原液，紡絲甬道原液細(xì)流蒸發(fā)出溶劑進(jìn)入空氣，含有溶劑的熱空氣進(jìn)入溶劑回收裝置、冷凝回收DMAC、溶劑回收裝置出口不同溫度下、空氣中DMAC含量不同。過(guò)高的溶劑含量可能影響原液細(xì)流內(nèi)溶劑揮發(fā)速度及揮發(fā)量。因此，根據(jù)上述DMAC飽和蒸汽壓實(shí)際的測(cè)量，研究空氣中不同含量DMAC進(jìn)入紡絲甬道，對(duì)纖維品質(zhì)、溶劑爆炸極限的影響。

2.1 氨綸纖維品質(zhì)、生產(chǎn)安全性的研究

按現(xiàn)有工藝60end、900m/min紡速、19.5D、9Nm3/min計(jì)算不同溫度下，溶劑含量即回收裝置帶入的DMAC量對(duì)纖維品質(zhì)的影響。溫度與溶劑濃度關(guān)系見(jiàn)表2所示。

從上述表格可以看出：DMAC濃度0.53%～0.55%遠(yuǎn)低于溶劑2.0～11.5Vol%爆炸極限，生產(chǎn)安全，同時(shí)隨著回收裝置空氣中未冷凝的DMAC占氨綸纖維被熱風(fēng)蒸發(fā)出溶劑DMAC比例增大到15.5%時(shí)，對(duì)纖維品質(zhì)開(kāi)始產(chǎn)生一定影響。因此，為確保纖維品質(zhì)，并考慮回收裝置實(shí)際存在±1.5℃波動(dòng)，選擇回收裝置出口溫度5℃控制值相對(duì)合理。

2.2 回收裝置出口溫度與能耗效益的核算

按年產(chǎn)6萬(wàn)噸氨綸計(jì)算，回收裝置出口溫度由原來(lái)-5℃提高至+5℃，將原-5℃能耗作為計(jì)算基準(zhǔn)、數(shù)值設(shè)定0。提供溫度后，項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)年經(jīng)濟(jì)效益如表3所示。

2.3 回收裝置出口溫度與環(huán)境效益的核算

按每燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生2.62T二氧化碳、75公斤二氧化硫、7.4公斤氮氧化物計(jì)算，回收裝置出口溫度由原來(lái)-5℃提高至+5℃，將原-5℃二氧化碳等作為計(jì)算基準(zhǔn)、數(shù)值設(shè)定0。提供溫度后，年產(chǎn)6萬(wàn)噸氨綸可在原基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)年環(huán)境效益如表4所示：

3 結(jié)語(yǔ)

我們通過(guò)對(duì)纖維溶劑DMAC飽和蒸汽壓理論研究和試驗(yàn)得出不同溫度下對(duì)應(yīng)的不同飽和蒸氣壓。同時(shí)研究不同溫度下，對(duì)纖維品質(zhì)和生產(chǎn)安全性的研究，得出合理提高回收裝置出口溫度，對(duì)纖維品質(zhì)無(wú)影響、生產(chǎn)安全，并可實(shí)現(xiàn)年效益2130萬(wàn)、年節(jié)約標(biāo)煤9036噸、年減少CO2排放23675噸、年減少SO2排放678噸、年減少NO化物排放67噸，對(duì)企業(yè)可降低運(yùn)行成本、降低能耗在成本中比重，增加企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，自覺(jué)地推動(dòng)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，符合企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)利益、利國(guó)利民。

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作者簡(jiǎn)介：張所俊（1977-），男，江蘇高郵人，浙江華峰氨綸股份有限公司高級(jí)機(jī)械工程師，研究方向：紡織機(jī)械；朱東歲（1980-），男，浙江寧波人，浙江華峰氨綸股份有限公司工程師，研究方向：化工機(jī)械。

（責(zé)任編輯：王 波）