己内酰胺和苯分离直接蒸馏法和间接蒸馏法的对比

摘 要：通过对比分析蒸汽直接蒸馏和间接蒸馏法两种工艺的区别，蒸汽直接加热的热效率高于间接加热，采用蒸汽直接加热更节能。己内酰胺与苯分离过程可与蒸汽接触，通过模拟计算，采用蒸汽直接蒸馏是可行的。

关键词：直接蒸馏;间接蒸馏;模拟

0 引言

己内酰胺是尼龙-6合成纤维和尼龙-6工程塑料的中间体，与涤纶、晴纶在我国并称为三大合成纤维，应用十分广泛。己内酰胺的生产过程的其中一道工序是通过苯萃取粗酰胺油中的己内酰胺，形成己内酰胺和苯的溶液。目前，对己内酰胺和苯进行分离基本上采用的是萃取法，以水作为萃取剂，在萃取塔中进行传质分离，形成己内酰胺水溶液和粗苯。通过ASPEN软件进行理论计算，采用蒸馏法对己内酰胺和苯分离是可行的，分离出的苯作为萃取剂循环利用[1]。

在化工生产中，大多数的工艺介质被加热时，一般都不能和加热的热载体接触，从而在传热设备的选用上，往往以间壁式换热器为多。但也有一些情况下，允许被加热的工艺介质和加热的蒸汽直接接触。

1 蒸汽直接蒸馏和间接蒸馏比较

直接蒸馏没有传热间壁[2]，换热面就是两个介质之间的接触面积。这样，就省却许多金属传热管或传热板面。而且气、液两相接触面积可以通过气泡、液滴分散的形式，增大到间壁式所难以比拟的程度，从而使传热大为强化。当然，管壁本身的热阻，以及壁面两侧带来的污垢热阻问题也不再存在。直接蒸馏由于不用间壁，在传热设备结构上要简单得多，如常用的板式塔、填料塔，喷射塔均可作为直接接触传热用。特别是传热和传质过程同时进行的情况下，它更为有利。蒸汽直接加热的热效率高于间接加热，因为直接加热的热效率几乎为100%，而间接加热有蒸汽的凝结水排出。

允许被处理工艺介质能够和加热蒸汽直接接触是一先决条件，所以这也是它的局限性。

2 蒸馏法分离己内酰胺和苯的可能性

通过Aspen模拟生成己内酰胺和苯的温度--组成相图发现，在己内酰胺和苯形成的二元混合物，分离条件很苛刻。在常压101.325kPa.A下需要到270℃的高温才能分离，己内酰胺作为热敏性物质不能承受如此高的温度，在高温下易聚合结焦。采用的负压操作时，在压力0.66kPa.A下的分离温度为125℃，己内酰胺不会聚合结焦。如果采用负压塔，需增加真空泵，因此增加了设备投资。

在己内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，依据图1，在常压101.325kPa.

A下水和苯的共沸点温度69.35℃，采用水為共沸剂的共沸精馏方法，可在常压工况下对己内酰胺和苯进行分离。

采用蒸汽直接蒸馏，己内酰胺和苯溶液直接与蒸汽接触，蒸汽冷凝发出潜热，水和苯形成共沸物，从而将混合物中的苯带出，同时产生的冷凝水又与己内酰胺形成水溶液。

3 蒸汽直接蒸馏和间接蒸馏对比分析

下文以己内酰胺和苯分离为例，对采用蒸汽直接蒸馏和间接蒸馏进行对比分析。

工艺条件：己内酰胺和苯混合进料17t/h，进料组成为己内酰胺87%，苯13%（均为质量分数），进料温度50℃。

3.1 工艺流程对比

直接蒸馏法中物料从塔顶加入，塔釜不设再沸器，蒸汽从塔釜直接加入，作为热源加热物料并脱除其中的苯，冷却后的冷凝水进入物料，形成己内酰胺水溶液。间接蒸馏法采用塔釜再沸器加热，蒸汽作为热源不与物料接触，物料和工艺水从塔顶加入。两种工艺的流程简图如图2和图3。

3.2 能源消耗及运行费用对比

从流程简图中可看成两种工艺运行时消耗的主要能源是蒸汽、冷却循环水和工艺水，其余如电能和仪表空气等，两种工艺使用量差别不大。主要能源消耗和运行费用对比见表1。

通过对能源消耗和运行费用的对比分析，从表1可知：蒸汽直接蒸馏法相比间接蒸馏法，每年可减少蒸汽用量4480t，从而节省运行费用53.76万元。采用直接蒸馏法不需要加入工艺水，减少了工艺水的使用量。综合计算主要能源年运行费用合计节省了59.32万元。

4 结论

在化工生产中，大多数的传热设备多以间壁式换热器为主，采用的间接加热。本文以己内酰胺和苯分离为例，在允许被加热工艺介质和加热的蒸汽直接接触时，可以采用直接蒸馏，这种工艺的优点：①热效率高，节省蒸汽消耗，降低运行成本;②蒸馏塔无需配套再沸器，减少的设备投资;③操作简单，维修方便。

参考文献：

[1]蒋遥明，李文辉，刘国强等.一种己内酰胺精制装置[P].CN 205575970 U，2016.

[2]化学工程手册编委会.化学工程手册（第1版）第2卷[M].北京：化学工业出版社，1989.

作者简介：

聂浩然（1987- ），男，汉族，湖北仙桃人，本科学历，工程师，研究方向：主要从事化工工艺设计的研究