己內酰胺精制工藝改進研究

趙冉

摘 要：文章通過改善己內酰胺工藝流程，以實現對己內酰胺精制工藝改進的研究。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，落實工藝改進。工藝流程縮短、物料損耗減少、產品質量提高。文章闡述的己內酰胺精制工藝改進措施可行。

關鍵詞：己內酰胺;工藝改進;物料除雜

中圖分類號：TQ245.27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）03-095-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.044

己內酰胺原料通常含有較多的雜質，容易影響后續以己內酰胺為材料的工業生產效果。因此，在工業生產之前，人們需要對己內酰胺原料加以精制處理，改善其使用效果。但當前的精制工藝存在路線長、產品損耗大等缺陷，應及時加以改進，提升己內酰胺相關工業生產的運行水平。

1 現行精制工藝

現行的精制工藝主要分為兩個部分，即物理工藝部分、化學工藝部分。其中物理工藝部分的作用是，利用部分雜質的物理溶解性質，采用萃取、蒸餾、離交等方式，去除己內酰胺中的水溶性雜質、無機離子、苯溶性雜質等，改善己內酰胺的純度。其中，萃取環節是去除雜質量最大的工藝環節，常用的萃取方法包括苯萃、水反萃等。而化學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定床、連續淤漿床等。但在此過程中，由于離交工藝環節的操作比較繁瑣、復雜，而且成本也比較高，還會形成工業廢水，因此該領域研究者都在積極探討精制工藝的改進方法。

2 研究過程

2.1 材料工具

為了驗證改進方法的可行性，研究者需要取分別經過新、舊兩種精制工藝處理的己內酰胺以及萃取殘留物等物質作為樣本進行檢驗，得出其質量品質狀態，然后加以對比，驗證工藝改進效果。在此過程中，由于己內酰胺質量品質的評估指標主要有吸光值、高錳酸鉀值、揮發性堿，因此為了實現上述三項指標的檢測，此次研究需要的材料工具包括以下幾種：

第一，吸光值檢測用材料工具，波長為290nm的WFZ800-D3B型紫外可見分光光度計、水。第二，高錳酸鉀值檢測用材料工具，高錳酸鉀標準溶液、標準比色液、比色管、恒溫水浴設施。在此過程中，標準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，揮發性堿檢測用材料工具，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 改進措施

在改進過程中，考慮到舊工藝的工藝流程較長，研究者秉承工藝程序最少化的原則，將原有的10個主要精制程序壓縮成7個。針對損耗大的問題，經過分析后得出，加氫這一化學精制程序對原料造成的損耗最大，其主要原因在于，精制過程產生的副反應使己內酰胺轉化生成為其他物質，導致其不能被繼續提取出來，由此形成了損耗大的問題。基于此，研究者在改進過程中，采用了以物理萃取法為主的精制程序設計原則，以減少精制過程中己內酰胺的損耗，增強精制工藝的改進效果。

2.2.2 改進后的工藝流程

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

在分離過程中，物料會被加以真空處理，并經由汽液分離罐，被分離成液體己內酰胺、氣相組分。其中，液體己內酰胺會進入脫輕塔中繼續精制，而氣相部分會經過尾凝器的處理，被分成凝結物質以及不凝氣體，凝結物質被輸送到混合槽中，不凝氣體則經處理后排放。在脫輕塔中，物料會被加以減壓處理，形成輕組分雜質、含有重組分雜質的己內酰胺、水這三種物質。其中，重組分雜質的己內酰胺會進入脫重塔，并接受冷凝處理，即可得到優級品己內酰胺。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酰胺。為了避免此部分己內酰胺的浪費，上述這些物質均會被送入混合槽中加以混合，并統一被送入到苯萃取塔中，通過再次精制，將其中的己內酰胺提取出來，提高物料的利用率，改善整體精制工藝的落實效果。從整體上來看，由于物料的利用率較高，且萃取的循環利用程序也比較簡單，同時針對殘留有己內酰胺的工藝產物制定了相應的利用措施，因此所產生的廢水、廢氣量少，物料利用率高，能夠提升精制工藝水平，有助于己內酰胺精制領域的可持續發展。

2.2.3 改進效果檢測方法

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

3 結果與分析

在吸光值指標檢測中，研究者檢測了萃取工藝程序改造前后，經過萃取處理后己內酰胺的比吸光值，且為了保證結果的可靠性，進行了2次檢測，并取平均值作為依據，結果如表1所示。在此過程中，吸光值越小說明雜質越少，由此可見，改進后工藝程序的除雜質能力顯然優于舊工藝。高錳酸鉀值主要是評估己內酰胺中的還原性雜質含量情況，指標值即為高錳酸鉀變色時間，指標值越大，雜質含量越小。指標檢測結果顯示，舊工藝下高錳酸鉀變色時間在200s～600s左右，而經過改進后，高錳酸鉀的變色時間能夠達到1 300s以上，因此改進后工藝精制得出的己內酰胺中所含有的還原性雜質量更少。揮發性堿指標能夠反映出己內酰胺副反應生成物的含量，數值越小就說明己內酰胺的純度越高。在該指標的計算中，研究者進行了兩次檢測，并取平均數作為依據。結果顯示，舊工藝下該指標值為31，經過改進后，該指標值為15.2。在此過程中，由于精制工藝中生成的副產物揮發性堿物質會干擾己內酰胺的高聚合，影響其使用性能，工藝改進后，揮發性堿物質的含量明顯減少，說明所得出的產品具有更優良的品質。同時，也說明副反應生成物質量減少，而副反應作為造成己內酰胺損耗的主要因素，其反應生成物的減少，可以說明損耗也在減少。因此，經過改進后的工藝，其在運行過程中造成的己內酰胺損耗更少[2]。

4 討論

從整體上來看，經過改進后，己內酰胺精制工藝流程縮短，因此前期建設所需的資金會更少。同時，工藝過程中的副反應生成物少，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、損耗量大的問題，而且在這種物料高效利用的條件下，工藝運行中所產生的廢水、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，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，還要建設好配套的換熱網絡，以充分利用系統自身產生的熱量，節約精制工藝運行能耗，以提升工藝改進水平。

5 結語

綜上所述，做好己內酰胺的精制工藝改進工作，能夠改善產品的產量和品質。經過上述研究，研究者發現構建一個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酰胺產品呈現出更高的質量品質狀態。因此，可以考慮將上述工藝改進方法運用到實際生產中，提升精制生產水平。

參考文獻

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

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