己內酰胺和苯分離直接蒸餾法和間接蒸餾法的對比

摘 要：通過對比分析蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾法兩種工藝的區別，蒸汽直接加熱的熱效率高于間接加熱，采用蒸汽直接加熱更節能。己內酰胺與苯分離過程可與蒸汽接觸，通過模擬計算，采用蒸汽直接蒸餾是可行的。

關鍵詞：直接蒸餾;間接蒸餾;模擬

0 引言

己內酰胺是尼龍-6合成纖維和尼龍-6工程塑料的中間體，與滌綸、晴綸在我國并稱為三大合成纖維，應用十分廣泛。己內酰胺的生產過程的其中一道工序是通過苯萃取粗酰胺油中的己內酰胺，形成己內酰胺和苯的溶液。目前，對己內酰胺和苯進行分離基本上采用的是萃取法，以水作為萃取劑，在萃取塔中進行傳質分離，形成己內酰胺水溶液和粗苯。通過ASPEN軟件進行理論計算，采用蒸餾法對己內酰胺和苯分離是可行的，分離出的苯作為萃取劑循環利用[1]。

在化工生產中，大多數的工藝介質被加熱時，一般都不能和加熱的熱載體接觸，從而在傳熱設備的選用上，往往以間壁式換熱器為多。但也有一些情況下，允許被加熱的工藝介質和加熱的蒸汽直接接觸。

1 蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾比較

直接蒸餾沒有傳熱間壁[2]，換熱面就是兩個介質之間的接觸面積。這樣，就省卻許多金屬傳熱管或傳熱板面。而且氣、液兩相接觸面積可以通過氣泡、液滴分散的形式，增大到間壁式所難以比擬的程度，從而使傳熱大為強化。當然，管壁本身的熱阻，以及壁面兩側帶來的污垢熱阻問題也不再存在。直接蒸餾由于不用間壁，在傳熱設備結構上要簡單得多，如常用的板式塔、填料塔，噴射塔均可作為直接接觸傳熱用。特別是傳熱和傳質過程同時進行的情況下，它更為有利。蒸汽直接加熱的熱效率高于間接加熱，因為直接加熱的熱效率幾乎為100%，而間接加熱有蒸汽的凝結水排出。

允許被處理工藝介質能夠和加熱蒸汽直接接觸是一先決條件，所以這也是它的局限性。

2 蒸餾法分離己內酰胺和苯的可能性

通過Aspen模擬生成己內酰胺和苯的溫度--組成相圖發現，在己內酰胺和苯形成的二元混合物，分離條件很苛刻。在常壓101.325kPa.A下需要到270℃的高溫才能分離，己內酰胺作為熱敏性物質不能承受如此高的溫度，在高溫下易聚合結焦。采用的負壓操作時，在壓力0.66kPa.A下的分離溫度為125℃，己內酰胺不會聚合結焦。如果采用負壓塔，需增加真空泵，因此增加了設備投資。

在己內酰胺和苯的二元混合物中加入水，形成三元混合物后，水和苯形成共沸物，依據圖1，在常壓101.325kPa.

A下水和苯的共沸點溫度69.35℃，采用水為共沸劑的共沸精餾方法，可在常壓工況下對己內酰胺和苯進行分離。

采用蒸汽直接蒸餾，己內酰胺和苯溶液直接與蒸汽接觸，蒸汽冷凝發出潛熱，水和苯形成共沸物，從而將混合物中的苯帶出，同時產生的冷凝水又與己內酰胺形成水溶液。

3 蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾對比分析

下文以己內酰胺和苯分離為例，對采用蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾進行對比分析。

工藝條件：己內酰胺和苯混合進料17t/h，進料組成為己內酰胺87%，苯13%（均為質量分數），進料溫度50℃。

3.1 工藝流程對比

直接蒸餾法中物料從塔頂加入，塔釜不設再沸器，蒸汽從塔釜直接加入，作為熱源加熱物料并脫除其中的苯，冷卻后的冷凝水進入物料，形成己內酰胺水溶液。間接蒸餾法采用塔釜再沸器加熱，蒸汽作為熱源不與物料接觸，物料和工藝水從塔頂加入。兩種工藝的流程簡圖如圖2和圖3。

3.2 能源消耗及運行費用對比

從流程簡圖中可看成兩種工藝運行時消耗的主要能源是蒸汽、冷卻循環水和工藝水，其余如電能和儀表空氣等，兩種工藝使用量差別不大。主要能源消耗和運行費用對比見表1。

通過對能源消耗和運行費用的對比分析，從表1可知：蒸汽直接蒸餾法相比間接蒸餾法，每年可減少蒸汽用量4480t，從而節省運行費用53.76萬元。采用直接蒸餾法不需要加入工藝水，減少了工藝水的使用量。綜合計算主要能源年運行費用合計節省了59.32萬元。

4 結論

在化工生產中，大多數的傳熱設備多以間壁式換熱器為主，采用的間接加熱。本文以己內酰胺和苯分離為例，在允許被加熱工藝介質和加熱的蒸汽直接接觸時，可以采用直接蒸餾，這種工藝的優點：①熱效率高，節省蒸汽消耗，降低運行成本;②蒸餾塔無需配套再沸器，減少的設備投資;③操作簡單，維修方便。

參考文獻：

[1]蔣遙明，李文輝，劉國強等.一種己內酰胺精制裝置[P].CN 205575970 U，2016.

[2]化學工程手冊編委會.化學工程手冊（第1版）第2卷[M].北京：化學工業出版社，1989.

作者簡介：

聶浩然（1987- ），男，漢族，湖北仙桃人，本科學歷，工程師，研究方向：主要從事化工工藝設計的研究