己內(nèi)酰胺和苯分離直接蒸餾法和間接蒸餾法的對比

摘 要：通過對比分析蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾法兩種工藝的區(qū)別，蒸汽直接加熱的熱效率高于間接加熱，采用蒸汽直接加熱更節(jié)能。己內(nèi)酰胺與苯分離過程可與蒸汽接觸，通過模擬計算，采用蒸汽直接蒸餾是可行的。

關(guān)鍵詞：直接蒸餾;間接蒸餾;模擬

0 引言

己內(nèi)酰胺是尼龍-6合成纖維和尼龍-6工程塑料的中間體，與滌綸、晴綸在我國并稱為三大合成纖維，應(yīng)用十分廣泛。己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)過程的其中一道工序是通過苯萃取粗酰胺油中的己內(nèi)酰胺，形成己內(nèi)酰胺和苯的溶液。目前，對己內(nèi)酰胺和苯進行分離基本上采用的是萃取法，以水作為萃取劑，在萃取塔中進行傳質(zhì)分離，形成己內(nèi)酰胺水溶液和粗苯。通過ASPEN軟件進行理論計算，采用蒸餾法對己內(nèi)酰胺和苯分離是可行的，分離出的苯作為萃取劑循環(huán)利用[1]。

在化工生產(chǎn)中，大多數(shù)的工藝介質(zhì)被加熱時，一般都不能和加熱的熱載體接觸，從而在傳熱設(shè)備的選用上，往往以間壁式換熱器為多。但也有一些情況下，允許被加熱的工藝介質(zhì)和加熱的蒸汽直接接觸。

1 蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾比較

直接蒸餾沒有傳熱間壁[2]，換熱面就是兩個介質(zhì)之間的接觸面積。這樣，就省卻許多金屬傳熱管或傳熱板面。而且氣、液兩相接觸面積可以通過氣泡、液滴分散的形式，增大到間壁式所難以比擬的程度，從而使傳熱大為強化。當(dāng)然，管壁本身的熱阻，以及壁面兩側(cè)帶來的污垢熱阻問題也不再存在。直接蒸餾由于不用間壁，在傳熱設(shè)備結(jié)構(gòu)上要簡單得多，如常用的板式塔、填料塔，噴射塔均可作為直接接觸傳熱用。特別是傳熱和傳質(zhì)過程同時進行的情況下，它更為有利。蒸汽直接加熱的熱效率高于間接加熱，因為直接加熱的熱效率幾乎為100%，而間接加熱有蒸汽的凝結(jié)水排出。

允許被處理工藝介質(zhì)能夠和加熱蒸汽直接接觸是一先決條件，所以這也是它的局限性。

2 蒸餾法分離己內(nèi)酰胺和苯的可能性

通過Aspen模擬生成己內(nèi)酰胺和苯的溫度--組成相圖發(fā)現(xiàn)，在己內(nèi)酰胺和苯形成的二元混合物，分離條件很苛刻。在常壓101.325kPa.A下需要到270℃的高溫才能分離，己內(nèi)酰胺作為熱敏性物質(zhì)不能承受如此高的溫度，在高溫下易聚合結(jié)焦。采用的負壓操作時，在壓力0.66kPa.A下的分離溫度為125℃，己內(nèi)酰胺不會聚合結(jié)焦。如果采用負壓塔，需增加真空泵，因此增加了設(shè)備投資。

在己內(nèi)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，依據(jù)圖1，在常壓101.325kPa.

A下水和苯的共沸點溫度69.35℃，采用水為共沸劑的共沸精餾方法，可在常壓工況下對己內(nèi)酰胺和苯進行分離。

采用蒸汽直接蒸餾，己內(nèi)酰胺和苯溶液直接與蒸汽接觸，蒸汽冷凝發(fā)出潛熱，水和苯形成共沸物，從而將混合物中的苯帶出，同時產(chǎn)生的冷凝水又與己內(nèi)酰胺形成水溶液。

3 蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾對比分析

下文以己內(nèi)酰胺和苯分離為例，對采用蒸汽直接蒸餾和間接蒸餾進行對比分析。

工藝條件：己內(nèi)酰胺和苯混合進料17t/h，進料組成為己內(nèi)酰胺87%，苯13%（均為質(zhì)量分數(shù)），進料溫度50℃。

3.1 工藝流程對比

直接蒸餾法中物料從塔頂加入，塔釜不設(shè)再沸器，蒸汽從塔釜直接加入，作為熱源加熱物料并脫除其中的苯，冷卻后的冷凝水進入物料，形成己內(nèi)酰胺水溶液。間接蒸餾法采用塔釜再沸器加熱，蒸汽作為熱源不與物料接觸，物料和工藝水從塔頂加入。兩種工藝的流程簡圖如圖2和圖3。

3.2 能源消耗及運行費用對比

從流程簡圖中可看成兩種工藝運行時消耗的主要能源是蒸汽、冷卻循環(huán)水和工藝水，其余如電能和儀表空氣等，兩種工藝使用量差別不大。主要能源消耗和運行費用對比見表1。

通過對能源消耗和運行費用的對比分析，從表1可知：蒸汽直接蒸餾法相比間接蒸餾法，每年可減少蒸汽用量4480t，從而節(jié)省運行費用53.76萬元。采用直接蒸餾法不需要加入工藝水，減少了工藝水的使用量。綜合計算主要能源年運行費用合計節(jié)省了59.32萬元。

4 結(jié)論

在化工生產(chǎn)中，大多數(shù)的傳熱設(shè)備多以間壁式換熱器為主，采用的間接加熱。本文以己內(nèi)酰胺和苯分離為例，在允許被加熱工藝介質(zhì)和加熱的蒸汽直接接觸時，可以采用直接蒸餾，這種工藝的優(yōu)點：①熱效率高，節(jié)省蒸汽消耗，降低運行成本;②蒸餾塔無需配套再沸器，減少的設(shè)備投資;③操作簡單，維修方便。

參考文獻：

[1]蔣遙明，李文輝，劉國強等.一種己內(nèi)酰胺精制裝置[P].CN 205575970 U，2016.

[2]化學(xué)工程手冊編委會.化學(xué)工程手冊（第1版）第2卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：

聶浩然（1987- ），男，漢族，湖北仙桃人，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：主要從事化工工藝設(shè)計的研究