己二酸结晶系统扩容的设计与优化

代世磊，华东旭，李渊博

(河南神马尼龙化工有限责任公司，河南 平顶山 467013)

0 前言

己二酸又称肥酸，通常采用环己醇氧化法生产，该方法以铜、钒为催化剂，以硝酸为氧化剂。近年来，我国己二酸装置不断投产，新增产量已大大超出市场需求，产能严重过剩。

通过对己二酸结晶器现状进行系统分析，探讨设计己二酸结晶器扩容装置，成功实现了结晶器处理能力的提升，达到了在投资较少的情况下提升己二酸结晶器处理负荷的目的。

1 目前己二酸结晶器结晶系统现状

公司采用“梅索”型真空连续冷却结晶器。在己二酸结晶过程中易在结晶器内形成结疤。为避免结疤的生成，结晶器各个隔室内设置搅拌，搅拌器的搅拌作用对己二酸晶核形成的速度和晶体生长影响很大。该结晶器设置了合理的结晶器温度梯度控制，结晶器各室的温度由前向后逐室降低，且相邻隔室间温差各异，靠前与靠后的隔室温差较大，中间隔室的温差较小。温度梯度的依据是己二酸在含30%硝酸的水溶液中的溶解度曲线，目的是尽量保证各室结晶负荷基本均衡。实现温度梯度的方法是控制结晶器各室压力的不同，压力从前往后依次降低，在结晶负荷基本均衡的情况下，结晶在从前向后的过程中逐渐生成、变大，过程平稳，不会出现大块结晶或微结晶等不稳定现象。若结晶梯度控制不好，各室结晶负荷不均衡，易造成结晶成长速度不均，而形成大的结晶块或出现微结晶的现象，进而带来一系列的问题。通过技术改造，对己二酸结晶器的瓶颈限制因素进行了系统分析，增加了相应的设备，达到了提高结晶器处理负荷的目的。

2 实施优化过程

2.1 对结晶器搅拌进行改造

通过对己二酸结晶曲线的研究和高负荷实验发现，结晶增长较快的六七八等隔室，是限制结晶器运转周期的关键性因素，主要原因是六七八等隔室结晶成长较快，浆料中的成分并不稳定。通过容积循环率计算，结合物料在不同状态下黏度的变化，得出一个重要结论：轴流式推进式搅拌器在处理结晶状态下的己二酸浆料时，降低搅拌转速反而能获得理想的效果。据此，技术人员大胆提出设想，给搅拌器电机增加变频器，将搅拌转速由550～750 r/min降低至400～600 r/min(搅拌转速可由变频器调节)，同时将搅拌叶轮直径由355 mm增大至400 mm。随着搅拌效果的提高，伴随而来的是结晶器隔室间物料溢流不畅的问题。技术人员认为搅拌效果提高后，改变了溢流口入口的物料流动状态，影响了溢流的正常进行，会出现隔室间溢流不及的现象。解决的办法是将搅拌长度由2 460 mm截断350 mm，长度至2 110 mm，避开了溢流口的位置，解决了溢流不畅的现象。

通过增大搅拌器叶轮直径，缩短搅拌器轴长，增加变频降低搅拌转速，获得了满意的搅拌效果。在提升结晶器进料量后，结晶器运转周期能够延长，结晶器处理能力有所提升。在搅拌器改造后进行了高负荷试验，结晶器负荷虽有所提升，但仍与结晶器前后工序设备负荷不匹配。通过高负荷试验的结论得出，结晶器负荷的限制仍是己二酸装置提产的限制因素。

2.2 新增蒸发罐作为卧式结晶器的前置隔室使用

目前卧式结晶器的隔室数量不足，容积较小，导致结晶器处理负荷无法较大增加。因结晶器体积较大、设备较重，且在厂房内部，无法进行更换，只能通过增加隔室的方法进行扩容。而装置内结晶器周围已无多余位置供改造使用，技术人员通过探讨研究，提出在室外单独建立结晶隔室(即下述新增蒸发罐)，隔室通过泵与原卧式结晶器相连。

将原卧式结晶器的进料管线改至新增的蒸发罐，蒸发罐的设备参数：卧式、304L材质、直径3 m、容积23.2 m3(是原结晶隔室的2.2倍)，容积蒸发罐气相与气相冷凝器相连，气相冷凝器与真空泵相连且其管道上设置有进气管线，进气管线上设置有调节阀，以控制蒸发罐的压力，蒸发罐的液相出口通过泵与原卧式结晶器进口相连。蒸发罐内设置有溢流板和蒸发板。己二酸送入蒸发罐后，通过蒸发降温，析出晶体，再送至原卧式结晶器进行进一步的降温结晶，该蒸发器的压力控制与原卧式结晶器统筹考虑，该蒸发器作为原卧式结晶器的前期处理隔室使用，提高了原结晶器的生产负荷。

3 效果分析

降低己二酸结晶器转速、增大叶轮直径后，降低了己二酸分子间碰撞、摩擦，生成晶核速度降慢，结晶颗粒变大，比表面积变小，改善了己二酸的颗粒度。蒸发结晶器作为卧式结晶器的前置隔室使用，通过控制压力控制结晶颗粒，可以实现将己二酸溶液从不饱和溶液加工成具有一定晶核或结晶颗粒的过饱和溶液，增加了结晶器的稳定运转周期，提高了己二酸结晶器的结晶负荷。蒸发结晶器技术改造花费资金185万元，2019年设备投用后，结晶器结晶负荷由42 t/h提升至48 t/h，氧化负荷由5.3 t/h提升至6.05 t/h，己二酸产品产量每小时增加1 t，按照目前每吨利润1 000元计算，每年可新增利润800万元。

4 结论

通过对己二酸结晶扩容系统的设计与优化，解决现有结晶器负荷与前后工序设备负荷不匹配的现象，有效延长了结晶器的运转周期，为整套装置的安全稳定长周期运行提供了保障，提高了己二酸的产量，摊薄了吨己二酸成本，从而提高了公司己二酸产品的竞争力。该结晶器扩容系统的成功使用为其他化工行业类似系统的设计与优化提供了成功经验。