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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