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尼龙6,研究背景和意义

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-03-13 16:15:00

 尼龙是指高分子主链中含有重复酰胺基团的热塑性树脂。在尼龙类产品中,由己内酰胺(e-caprolactam,简称单体聚合而成的尼龙6由于其成熟的生产工艺、高韧性、高强度等特性,成为了应用最为广泛的尼龙产品之一。随着聚合技术的不断发展,尼龙6的产能也在不断提高。全球范围内,2016 年尼龙6总产量在500万吨左右,随着尼龙6生产重心不断向亚洲偏移,我国已成为尼龙6生产大国,2016年我国尼龙6总产能为350.3万吨。

 

尼龙6最主要的工业生产技术为水解聚合工艺,主要包含以下几个单元:聚合、萃取和干燥。其中萃取单元主要由萃取塔和萃取液回用两部分组成,可将聚合单元得到的聚合物固体颗粒中的单体与齐聚物降低至0.6wt%以下,以满足工业纺丝等应用需求。萃取塔中常采用热水逆流萃取工艺,其萃取停留时间较长,一般为20小时,随着聚合单元产能的提高,萃取塔大都只能通过简单地加大塔径、塔高或者多塔串联的方式来提高处理量,这妨碍了尼龙6生产过程产能的进一步扩大。为提高萃取效率,BASF和日本株式会社等公司提出了将萃取塔分割成两部分,一部分采用己内酰胺水溶液以除去颗粒中的大部分齐聚物,另一部分采用热水以除去颗粒中的单体CL和剩余的齐聚物,他们指出采用此种工艺,可缩短萃取过程停留时间,然而至今该工艺仍未见工业实际生产报道,这很大一部分原因是缺少对于水和CL水溶液萃取颗粒过程的详细了解,缺少这一传质过程的详细参数(如内扩散系数、平衡常数和外部传质系数)。为切实有效地模拟分析与优化尼龙6萃取过程,需要深入了解体系中液固传质机理与传质动力学;同时为改善塔内液固两相流动以及相间传质,萃取塔中一般每隔固定距离安装有一定形式的内构件,然而内构件的存在,使得塔内颗粒流动变得复杂,偏离理想状态,因此开发新型内构件,改善塔内流动,提高塔内传质效率,是尼龙6萃取塔设备优化的重要方向。

 

萃取塔产生的萃取液中富含单体和齐聚物。为降低尼龙6生产过程的单耗,萃取液回用是萃取单元的另一重要环节。传统萃取液回用方法是将萃取液经三效蒸发,使其水含量浓缩至20 wt%左右,再与新鲜CL混合重新进入聚合单元6。该生产工艺能稳定地回用萃取液,降低尼龙6生产的单耗。然而三效蒸发过程能耗巨大,且由于萃取浓缩液中大量高熔点环状二聚体(cyclic dimer,简称CD)的存在,极易造成过滤器堵塞,影响正常生产。BASF、Invista等 公司提出在回用前先对浓缩液进行水解,能有效地降低体系中CD的含量,但未见相关反应机理和动力学的详细研究。为了萃取液高效回用,需深入了解近临界水水解回用萃取液过程反应规律。

 

 

来源:华南理工大学

作者:秦春曦

 

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