尼龍是指高分子主鏈中含有重復(fù)酰胺基團的熱塑性樹脂。在尼龍類產(chǎn)品中，由己內(nèi)酰胺(e-caprolactam，簡稱單體聚合而成的尼龍6由于其成熟的生產(chǎn)工藝、高韌性、高強度等特性，成為了應(yīng)用最為廣泛的尼龍產(chǎn)品之一。隨著聚合技術(shù)的不斷發(fā)展，尼龍6的產(chǎn)能也在不斷提高。全球范圍內(nèi)，2016 年尼龍6總產(chǎn)量在500萬噸左右，隨著尼龍6生產(chǎn)重心不斷向亞洲偏移,我國已成為尼龍6生產(chǎn)大國，2016年我國尼龍6總產(chǎn)能為350.3萬噸。

尼龍6最主要的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)為水解聚合工藝，主要包含以下幾個單元:聚合、萃取和干燥。其中萃取單元主要由萃取塔和萃取液回用兩部分組成，可將聚合單元得到的聚合物固體顆粒中的單體與齊聚物降低至0.6wt%以下，以滿足工業(yè)紡絲等應(yīng)用需求。萃取塔中常采用熱水逆流萃取工藝，其萃取停留時間較長，一般為20小時，隨著聚合單元產(chǎn)能的提高，萃取塔大都只能通過簡單地加大塔徑、塔高或者多塔串聯(lián)的方式來提高處理量，這妨礙了尼龍6生產(chǎn)過程產(chǎn)能的進一步擴大。為提高萃取效率，BASF和日本株式會社等公司提出了將萃取塔分割成兩部分，一部分采用己內(nèi)酰胺水溶液以除去顆粒中的大部分齊聚物，另一部分采用熱水以除去顆粒中的單體CL和剩余的齊聚物，他們指出采用此種工藝，可縮短萃取過程停留時間，然而至今該工藝仍未見工業(yè)實際生產(chǎn)報道，這很大一部分原因是缺少對于水和CL水溶液萃取顆粒過程的詳細(xì)了解，缺少這一傳質(zhì)過程的詳細(xì)參數(shù)(如內(nèi)擴散系數(shù)、平衡常數(shù)和外部傳質(zhì)系數(shù))。為切實有效地模擬分析與優(yōu)化尼龍6萃取過程，需要深入了解體系中液固傳質(zhì)機理與傳質(zhì)動力學(xué);同時為改善塔內(nèi)液固兩相流動以及相間傳質(zhì)，萃取塔中一般每隔固定距離安裝有一定形式的內(nèi)構(gòu)件，然而內(nèi)構(gòu)件的存在，使得塔內(nèi)顆粒流動變得復(fù)雜，偏離理想狀態(tài)，因此開發(fā)新型內(nèi)構(gòu)件，改善塔內(nèi)流動，提高塔內(nèi)傳質(zhì)效率，是尼龍6萃取塔設(shè)備優(yōu)化的重要方向。

萃取塔產(chǎn)生的萃取液中富含單體和齊聚物。為降低尼龍6生產(chǎn)過程的單耗，萃取液回用是萃取單元的另一重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)萃取液回用方法是將萃取液經(jīng)三效蒸發(fā),使其水含量濃縮至20 wt%左右，再與新鮮CL混合重新進入聚合單元6。該生產(chǎn)工藝能穩(wěn)定地回用萃取液，降低尼龍6生產(chǎn)的單耗。然而三效蒸發(fā)過程能耗巨大，且由于萃取濃縮液中大量高熔點環(huán)狀二聚體(cyclic dimer,簡稱CD)的存在，極易造成過濾器堵塞，影響正常生產(chǎn)。BASF、Invista等 公司提出在回用前先對濃縮液進行水解，能有效地降低體系中CD的含量，但未見相關(guān)反應(yīng)機理和動力學(xué)的詳細(xì)研究。為了萃取液高效回用，需深入了解近臨界水水解回用萃取液過程反應(yīng)規(guī)律。

來源：華南理工大學(xué)

作者：秦春曦

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