一种用于尼龙6萃取过程中的泡沫消除的新型高位罐

李兵

摘要：在尼龙6生产过程中萃取是现有工艺必不可少的一部分，萃取过程由于单体含量高、低聚物等杂质多、脱水机高速分离、萃取溢流到高位罐位差高等因素造成萃取水产生大量泡沫，经常造成高位罐假液位，不利于连续生产，本文提供了一种可以有效减少的泡沫的方法。

关键词：尼龙6、萃取、萃取水、泡沫、高位罐

一、背景介绍

尼龙6，即聚酰胺6，PA6，主要生产方法阴离子聚合法和水解聚合法。阴离子聚合法反应相对水解开环聚合速度快，工艺控制手段较少，且阴离子聚合反应对于原料己内酰胺的品质要求很高，尤其是含水率要求稳定且在300ppm以下[1]。目前普遍工业上采用的方法是水解开环聚合法，该方法反应过程温和易于控制，适合大规模工业化生产。

尼龙6的工业化生产工序一般包括：熔融工序（目前大部分已改为液体料直用）、添加剂调配工序、聚合工序、切粒工序、萃取工序、干燥工序、冷却输送工序、回收工序等。上述工序中关键工序为聚合工序，此时己内酰胺在有水存在的环境下进行开环反应形成氨基己酸，如下反应式（1）。

氨基己酸与氨基己酸进行加成反应，同时也伴随着少量与己内酰胺进行加成反应如下反应式（2） 。

链增长阶段主要是上阶段生长的短链分子间通过缩聚形成长链分子。在此阶段还会有少量的引发和加成反应进行，但以缩聚反应为主，如下式（3）：

链平衡阶段主要是不同长度的分子链之间进行的酰胺交换反应，类似酯交换;由于不同长度的分子链上的酰胺键受到周围端羧基和端氨基的诱导作用进行了酸解和氨解，进而造成了不同活性的分子链进行了平衡重组。如下式（4）：

值得注意的是在上述每个阶段都会伴随着己内酰胺的水解开环反应，由于水解开环反应不同于阴离子聚合反应，水解开环反应是可逆反应，己内酰胺直到最后反应终了仍有10%左右的己内酰胺存在，而正是由于这部分未反应的己内酰胺需要从物料内除去才有了萃取工序的存在。

二、工业生产萃取过程现状

目前国内尼龙6聚合装置萃取过程，大部分采用的是两段萃取或者三段萃取，萃取剂是水，由于己内酰胺易溶于水，其溶解度为540g/100g水（25℃）[2]。大部分萃取高位槽结构是：罐体、篮式过滤器、溢流管、底部放净管、顶部排气管等。如下图1 。运行过程中一般是由萃取塔溢流经过管道输送至高位罐顶部径向进水经过篮式过滤器，到达一定液位后补充进预萃取塔。此过程中经常发生由于单体含量高、低聚物等杂质多、脱水机高速分离、萃取溢流到高位罐位差高等因素造成萃取水产生大量泡沫，进而造成高位罐假液位，严重时会造成预萃取塔或者萃取塔缺水的情况，不利于连续生产，切片可萃取物含量不稳定，最终影响下游加工。

三、高位罐改造后效果

在尼龙6 生产过程由于己内酰胺水溶液偏弱碱性，在流动过程中由于流速较快，加之萃取塔与预萃取高位罐落差较大，水流在快速流动和撞击过程中会产生大量泡沫。该新型高位槽可以有效减少或者消除单体水流动、撞击过程中产生的泡沫，所述的萃取高位槽，可以作为萃取塔高位槽也可以作为预萃取塔高位槽。单体水从切向流入高位槽（结构1），水流进入罐体后沿罐体内壁流动（结构6），在内筒壁和外筒壁（结构5）之间的圆环空间形成环形流动，在环形流动过程中水流会对泡沫形成一定的拉扯促使其破裂，当此圆环空间水满后开始沿内筒壁开始溢流，内筒壁上沿溢流口处设置有锯齿形结构（结构7），该结构可以使泡沫经过锯齿状结构溢流时泡沫的局部表面张力发生应力集中而破裂。同时在外筒壁设有冷却水管（结构3），该冷却水管的布置高度下至内筒壁下沿，上至单体水进水口下沿，可以根据具体降温效果加以延长。在正常生产中，高位槽萃取水温度约为85～92℃，单体水内部除含有己内酰胺外，还有少量的低聚物，如环状二聚体、三聚体，它们可以作为尼龙6的有机成核剂，其随水温的升高溶解度逐渐增大，水温低于70℃时环状二聚体、三聚体会逐渐析出，析出的二聚体、三聚体会破坏泡沫表面应力平衡，使泡沫加速破裂。

该装置分为外部筒体、切向进料口、底部出料口、泡沫破碎内筒、外部冷却盘管、液位计。该装置主要替代目前在尼龙6生产过程中的萃取高位罐。萃取补水进水或者萃取塔溢流水进水从该装置侧面沿内筒壁切向进入，该部分萃取水含有己内酰胺和低聚物单体，安装位置不同进水浓度也不相同，浓度范围在0.6～10%。单体水在外筒壁与内筒壁间形成环形流动，待内外筒壁的环形结構水满后，单体水开始从内筒壁上沿溢流，内筒壁上沿设置有锯齿状结构，当带有泡沫的单体水溢流时大量泡沫会在此处破碎。同时该装置的进水口下沿与内筒壁下沿之间安装有循环水冷却盘管，由于单体水温度在85～95℃，该温度下的己内酰胺和低聚物相容性较好，而经过冷却降温后，温度约70℃时低聚物开始析出为粒径0.2～0.5mm的颗粒，该部分低聚物可以增加泡沫表面张力，进而造成泡沫破裂。原有的篮式过滤器可以改为外部独立式篮式过滤器，如果产量较小用Y型过滤器也是可以的。罐体结构如图2。

参考文献：

[1]郭宝华，张增民，徐军编著，聚酰胺合金与其应用[M]，机械工业出版社，2010.10

[2]福本 修编，聚酰胺树脂手册[M]，北京：中国石化出版社，1994.4