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摘 要：文章通过改善己内酰胺工艺流程，以实现对己内酰胺精制工艺改进的研究。文章将原有的包含水反萃、加氢等工艺程序的精制工艺，改成流程为碱洗、脱苯、脱轻、脱重的新工艺，落实工艺改进。工艺流程缩短、物料损耗减少、产品质量提高。文章阐述的己内酰胺精制工艺改进措施可行。
关键词：己内酰胺;工艺改进;物料除杂
中图分类号：TQ245.27 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）03-095-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.044
己内酰胺原料通常含有较多的杂质，容易影响后续以己内酰胺为材料的工业生产效果。因此，在工业生产之前，人们需要对己内酰胺原料加以精制处理，改善其使用效果。但当前的精制工艺存在路线长、产品损耗大等缺陷，应及时加以改进，提升己内酰胺相关工业生产的运行水平。
1 现行精制工艺
现行的精制工艺主要分为两个部分，即物理工艺部分、化学工艺部分。其中物理工艺部分的作用是，利用部分杂质的物理溶解性质，采用萃取、蒸馏、离交等方式，去除己内酰胺中的水溶性杂质、无机离子、苯溶性杂质等，改善己内酰胺的纯度。其中，萃取环节是去除杂质量最大的工艺环节，常用的萃取方法包括苯萃、水反萃等。而化学工艺部分则通常以加氢精制工艺为主，具体的工艺方法包括磁稳定床、连续淤浆床等。但在此过程中，由于离交工艺环节的操作比较繁琐、复杂，而且成本也比较高，还会形成工业废水，因此该领域研究者都在积极探讨精制工艺的改进方法。
2 研究过程
2.1 材料工具
为了验证改进方法的可行性，研究者需要取分别经过新、旧两种精制工艺处理的己内酰胺以及萃取残留物等物质作为样本进行检验，得出其质量品质状态，然后加以对比，验证工艺改进效果。在此过程中，由于己内酰胺质量品质的评估指标主要有吸光值、高锰酸钾值、挥发性碱，因此为了实现上述三项指标的检测，此次研究需要的材料工具包括以下几种：
第一，吸光值检测用材料工具，波长为290nm的WFZ800-D3B型紫外可见分光光度计、水。第二，高锰酸钾值检测用材料工具，高锰酸钾标准溶液、标准比色液、比色管、恒温水浴设施。在此过程中，标准比色液的制备方法为，分别取K2CrO7、Co（NO3）2·6H2O，2mg、3g，然后将两者融入水中，并稀释到1L。第三，挥发性碱检测用材料工具，NaOH溶液，浓度要求为0.1mol/L、HCL溶液，浓度要求为0.1mol/L、混合指示剂、电热套、水。其中，混合指示剂的制备方法为，取0.1mol/L的HCL10ml，将其放入锥形瓶中，然后依次加入30ml水、5～8滴指示剂、浓度为4mol/L NaOH50ml。
2.2 方法
2.2.1 改进措施
在改进过程中，考虑到旧工艺的工艺流程较长，研究者秉承工艺程序最少化的原则，将原有的10个主要精制程序压缩成7个。针对损耗大的问题，经过分析后得出，加氢这一化学精制程序对原料造成的损耗最大，其主要原因在于，精制过程产生的副反应使己内酰胺转化生成为其他物质，导致其不能被继续提取出来，由此形成了损耗大的问题。基于此，研究者在改进过程中，采用了以物理萃取法为主的精制程序设计原则，以减少精制过程中己内酰胺的损耗，增强精制工艺的改进效果。
2.2.2 改进后的工艺流程
经过改进后，即在完成萃取后，对己内酰胺加以苯蒸馏处理，以去除其中的苯杂质，再进行脱水操作，将其中的重组成分杂质去除，最终即可达到优级品己内酰胺。在此过程中，待原料进入萃取塔后，其流动方向由中向上，此时从塔顶向下流的苯溶剂就会与其逆流接触，带走大量的苯溶性杂质。此后，含有承载苯溶性杂质的萃取剂会经过汽提塔的处理，被循环利用。在此过程中，留存在底部的废水则会经过浓缩后，被送到焚烧系统处理。而经过处理的原料会继续流入碱洗水洗系统。在该系统内，1%的NaOH也会与原料进行逆流接触，得出的苯己液会被继续送入脱苯塔，而含有苯己的洗涤液则会流入混合槽，然后与粗酰胺油混合，再次进入萃取环节。在脱苯塔中，主要的处理方式为蒸馏，而蒸馏得出的苯与水，经过冷却、水油分离后，轻组分部分会重返萃取程序，另一部分则会被增压送入脱轻塔中继续精制。
在分离过程中，物料会被加以真空处理，并经由汽液分离罐，被分离成液体己内酰胺、气相组分。其中，液体己内酰胺会进入脱轻塔中继续精制，而气相部分会经过尾凝器的处理，被分成凝结物质以及不凝气体，凝结物质被输送到混合槽中，不凝气体则经处理后排放。在脱轻塔中，物料会被加以减压处理，形成轻组分杂质、含有重组分杂质的己内酰胺、水这三种物质。其中，重组分杂质的己内酰胺会进入脱重塔，并接受冷凝处理，即可得到优级品己内酰胺。此外，气相冷凝液、碱洗洗涤液，以及脱重塔中的釜液，通常均含有一部分残留己内酰胺。为了避免此部分己内酰胺的浪费，上述这些物质均会被送入混合槽中加以混合，并统一被送入到苯萃取塔中，通过再次精制，将其中的己内酰胺提取出来，提高物料的利用率，改善整体精制工艺的落实效果。从整体上来看，由于物料的利用率较高，且萃取的循环利用程序也比较简单，同时针对残留有己内酰胺的工艺产物制定了相应的利用措施，因此所产生的废水、废气量少，物料利用率高，能够提升精制工艺水平，有助于己內酰胺精制领域的可持续发展。
2.2.3 改进效果检测方法
为了验证改进效果，研究者在新、旧工艺下分别取样，并进行了吸光值、高锰酸钾值、挥发性碱这三项检测试验。其中，在吸光值检测中，需要用紫外线可见分光光度计，对萃取程序完毕后所得到的物料进行检测，该检测方法是利用部分杂质能够吸收290nm波段光波的性质，检测杂质的含量，因此该指标值越小，说明杂质含量越少。高锰酸钾值检测的作用原理是，根据部分杂质的还原性，通过以高锰酸钾滴定后其变色时间作为评估依据，来评估物料中的杂质含量，所以该值越大，杂质含量越少。在挥发性碱这一指标中，挥发性碱主要是指芳香族胺类、脂肪族胺类、酰胺杂质，这些杂质是形成于己内酰胺的副反应，会阻止其高度聚合，导致其难以被用于纺丝等产业生产中，影响其使用性能。具体检测方法为蒸馏滴定法，即先将样品进行蒸馏处理，提取其中的碱性低分子物质，然后用盐酸将这些物质吸收起来，再用NaOH滴定。所需的计算公式为，X=。其中，V0为滴定空白试剂所需的NaOH量，m为样品质量，V1为滴定物料所需的NaOH量[1]。 3 结果与分析
在吸光值指标检测中，研究者检测了萃取工艺程序改造前后，经过萃取处理后己内酰胺的比吸光值，且为了保证结果的可靠性，进行了2次检测，并取平均值作为依据，结果如表1所示。在此过程中，吸光值越小说明杂质越少，由此可见，改进后工艺程序的除杂质能力显然优于旧工艺。高锰酸钾值主要是评估己内酰胺中的还原性杂质含量情况，指标值即为高锰酸钾变色时间，指标值越大，杂质含量越小。指标检测结果显示，旧工艺下高锰酸钾变色时间在200s～600s左右，而经过改进后，高锰酸钾的变色时间能够达到1 300s以上，因此改进后工艺精制得出的己内酰胺中所含有的还原性杂质量更少。挥发性碱指标能够反映出己内酰胺副反应生成物的含量，数值越小就说明己内酰胺的纯度越高。在该指标的计算中，研究者进行了两次检测，并取平均数作为依据。结果显示，旧工艺下该指标值为31，经过改进后，该指标值为15.2。在此过程中，由于精制工艺中生成的副产物挥发性碱物质会干扰己内酰胺的高聚合，影响其使用性能，工艺改进后，挥发性碱物质的含量明显减少，说明所得出的产品具有更优良的品质。同时，也说明副反应生成物质量减少，而副反应作为造成己内酰胺损耗的主要因素，其反应生成物的减少，可以说明损耗也在减少。因此，经过改进后的工艺，其在运行过程中造成的己内酰胺损耗更少[2]。
4 讨论
从整体上来看，经过改进后，己内酰胺精制工艺流程缩短，因此前期建设所需的资金会更少。同时，工艺过程中的副反应生成物少，使得物料损耗量也得到了降低，有效解决了旧工艺下流程线路过长、损耗量大的问题，而且在这种物料高效利用的条件下，工艺运行中所产生的废水、废料也比较少。但在此过程中，依然需要注意，由于工艺程序中涉及到冷凝操作，且物料具有聚合性质，因此必须控制好操作條件，以免物料在冷凝管处堵塞，影响工艺操作效果。此外，还要建设好配套的换热网络，以充分利用系统自身产生的热量，节约精制工艺运行能耗，以提升工艺改进水平。
5 结语
综上所述，做好己内酰胺的精制工艺改进工作，能够改善产品的产量和品质。经过上述研究，研究者发现构建一个以物理精制法为主的精制工艺流程，能够有效减少物料损耗，且可使精制后的己内酰胺产品呈现出更高的质量品质状态。因此，可以考虑将上述工艺改进方法运用到实际生产中，提升精制生产水平。
参考文献
[1] 郑燕春，徐先荣，赵孝顺.己内酰胺生产中苯己液碱洗水洗工艺的优化与改进[J].合成纤维工业，2020，44（1）：69-73，78.
[2] 赵殿臣.己内酰胺绿色生产技术研究[J].山西化工，2020，41（1）：108-109，128.
关键词：己内酰胺;工艺改进;物料除杂
中图分类号：TQ245.27 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）03-095-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.044
己内酰胺原料通常含有较多的杂质，容易影响后续以己内酰胺为材料的工业生产效果。因此，在工业生产之前，人们需要对己内酰胺原料加以精制处理，改善其使用效果。但当前的精制工艺存在路线长、产品损耗大等缺陷，应及时加以改进，提升己内酰胺相关工业生产的运行水平。
1 现行精制工艺
现行的精制工艺主要分为两个部分，即物理工艺部分、化学工艺部分。其中物理工艺部分的作用是，利用部分杂质的物理溶解性质，采用萃取、蒸馏、离交等方式，去除己内酰胺中的水溶性杂质、无机离子、苯溶性杂质等，改善己内酰胺的纯度。其中，萃取环节是去除杂质量最大的工艺环节，常用的萃取方法包括苯萃、水反萃等。而化学工艺部分则通常以加氢精制工艺为主，具体的工艺方法包括磁稳定床、连续淤浆床等。但在此过程中，由于离交工艺环节的操作比较繁琐、复杂，而且成本也比较高，还会形成工业废水，因此该领域研究者都在积极探讨精制工艺的改进方法。
2 研究过程
2.1 材料工具
为了验证改进方法的可行性，研究者需要取分别经过新、旧两种精制工艺处理的己内酰胺以及萃取残留物等物质作为样本进行检验，得出其质量品质状态，然后加以对比，验证工艺改进效果。在此过程中，由于己内酰胺质量品质的评估指标主要有吸光值、高锰酸钾值、挥发性碱，因此为了实现上述三项指标的检测，此次研究需要的材料工具包括以下几种：
第一，吸光值检测用材料工具，波长为290nm的WFZ800-D3B型紫外可见分光光度计、水。第二，高锰酸钾值检测用材料工具，高锰酸钾标准溶液、标准比色液、比色管、恒温水浴设施。在此过程中，标准比色液的制备方法为，分别取K2CrO7、Co（NO3）2·6H2O，2mg、3g，然后将两者融入水中，并稀释到1L。第三，挥发性碱检测用材料工具，NaOH溶液，浓度要求为0.1mol/L、HCL溶液，浓度要求为0.1mol/L、混合指示剂、电热套、水。其中，混合指示剂的制备方法为，取0.1mol/L的HCL10ml，将其放入锥形瓶中，然后依次加入30ml水、5～8滴指示剂、浓度为4mol/L NaOH50ml。
2.2 方法
2.2.1 改进措施
在改进过程中，考虑到旧工艺的工艺流程较长，研究者秉承工艺程序最少化的原则，将原有的10个主要精制程序压缩成7个。针对损耗大的问题，经过分析后得出，加氢这一化学精制程序对原料造成的损耗最大，其主要原因在于，精制过程产生的副反应使己内酰胺转化生成为其他物质，导致其不能被继续提取出来，由此形成了损耗大的问题。基于此，研究者在改进过程中，采用了以物理萃取法为主的精制程序设计原则，以减少精制过程中己内酰胺的损耗，增强精制工艺的改进效果。
2.2.2 改进后的工艺流程
经过改进后，即在完成萃取后，对己内酰胺加以苯蒸馏处理，以去除其中的苯杂质，再进行脱水操作，将其中的重组成分杂质去除，最终即可达到优级品己内酰胺。在此过程中，待原料进入萃取塔后，其流动方向由中向上，此时从塔顶向下流的苯溶剂就会与其逆流接触，带走大量的苯溶性杂质。此后，含有承载苯溶性杂质的萃取剂会经过汽提塔的处理，被循环利用。在此过程中，留存在底部的废水则会经过浓缩后，被送到焚烧系统处理。而经过处理的原料会继续流入碱洗水洗系统。在该系统内，1%的NaOH也会与原料进行逆流接触，得出的苯己液会被继续送入脱苯塔，而含有苯己的洗涤液则会流入混合槽，然后与粗酰胺油混合，再次进入萃取环节。在脱苯塔中，主要的处理方式为蒸馏，而蒸馏得出的苯与水，经过冷却、水油分离后，轻组分部分会重返萃取程序，另一部分则会被增压送入脱轻塔中继续精制。
在分离过程中，物料会被加以真空处理，并经由汽液分离罐，被分离成液体己内酰胺、气相组分。其中，液体己内酰胺会进入脱轻塔中继续精制，而气相部分会经过尾凝器的处理，被分成凝结物质以及不凝气体，凝结物质被输送到混合槽中，不凝气体则经处理后排放。在脱轻塔中，物料会被加以减压处理，形成轻组分杂质、含有重组分杂质的己内酰胺、水这三种物质。其中，重组分杂质的己内酰胺会进入脱重塔，并接受冷凝处理，即可得到优级品己内酰胺。此外，气相冷凝液、碱洗洗涤液，以及脱重塔中的釜液，通常均含有一部分残留己内酰胺。为了避免此部分己内酰胺的浪费，上述这些物质均会被送入混合槽中加以混合，并统一被送入到苯萃取塔中，通过再次精制，将其中的己内酰胺提取出来，提高物料的利用率，改善整体精制工艺的落实效果。从整体上来看，由于物料的利用率较高，且萃取的循环利用程序也比较简单，同时针对残留有己内酰胺的工艺产物制定了相应的利用措施，因此所产生的废水、废气量少，物料利用率高，能够提升精制工艺水平，有助于己內酰胺精制领域的可持续发展。
2.2.3 改进效果检测方法
为了验证改进效果，研究者在新、旧工艺下分别取样，并进行了吸光值、高锰酸钾值、挥发性碱这三项检测试验。其中，在吸光值检测中，需要用紫外线可见分光光度计，对萃取程序完毕后所得到的物料进行检测，该检测方法是利用部分杂质能够吸收290nm波段光波的性质，检测杂质的含量，因此该指标值越小，说明杂质含量越少。高锰酸钾值检测的作用原理是，根据部分杂质的还原性，通过以高锰酸钾滴定后其变色时间作为评估依据，来评估物料中的杂质含量，所以该值越大，杂质含量越少。在挥发性碱这一指标中，挥发性碱主要是指芳香族胺类、脂肪族胺类、酰胺杂质，这些杂质是形成于己内酰胺的副反应，会阻止其高度聚合，导致其难以被用于纺丝等产业生产中，影响其使用性能。具体检测方法为蒸馏滴定法，即先将样品进行蒸馏处理，提取其中的碱性低分子物质，然后用盐酸将这些物质吸收起来，再用NaOH滴定。所需的计算公式为，X=。其中，V0为滴定空白试剂所需的NaOH量，m为样品质量，V1为滴定物料所需的NaOH量[1]。 3 结果与分析
在吸光值指标检测中，研究者检测了萃取工艺程序改造前后，经过萃取处理后己内酰胺的比吸光值，且为了保证结果的可靠性，进行了2次检测，并取平均值作为依据，结果如表1所示。在此过程中，吸光值越小说明杂质越少，由此可见，改进后工艺程序的除杂质能力显然优于旧工艺。高锰酸钾值主要是评估己内酰胺中的还原性杂质含量情况，指标值即为高锰酸钾变色时间，指标值越大，杂质含量越小。指标检测结果显示，旧工艺下高锰酸钾变色时间在200s～600s左右，而经过改进后，高锰酸钾的变色时间能够达到1 300s以上，因此改进后工艺精制得出的己内酰胺中所含有的还原性杂质量更少。挥发性碱指标能够反映出己内酰胺副反应生成物的含量，数值越小就说明己内酰胺的纯度越高。在该指标的计算中，研究者进行了两次检测，并取平均数作为依据。结果显示，旧工艺下该指标值为31，经过改进后，该指标值为15.2。在此过程中，由于精制工艺中生成的副产物挥发性碱物质会干扰己内酰胺的高聚合，影响其使用性能，工艺改进后，挥发性碱物质的含量明显减少，说明所得出的产品具有更优良的品质。同时，也说明副反应生成物质量减少，而副反应作为造成己内酰胺损耗的主要因素，其反应生成物的减少，可以说明损耗也在减少。因此，经过改进后的工艺，其在运行过程中造成的己内酰胺损耗更少[2]。
4 讨论
从整体上来看，经过改进后，己内酰胺精制工艺流程缩短，因此前期建设所需的资金会更少。同时，工艺过程中的副反应生成物少，使得物料损耗量也得到了降低，有效解决了旧工艺下流程线路过长、损耗量大的问题，而且在这种物料高效利用的条件下，工艺运行中所产生的废水、废料也比较少。但在此过程中，依然需要注意，由于工艺程序中涉及到冷凝操作，且物料具有聚合性质，因此必须控制好操作條件，以免物料在冷凝管处堵塞，影响工艺操作效果。此外，还要建设好配套的换热网络，以充分利用系统自身产生的热量，节约精制工艺运行能耗，以提升工艺改进水平。
5 结语
综上所述，做好己内酰胺的精制工艺改进工作，能够改善产品的产量和品质。经过上述研究，研究者发现构建一个以物理精制法为主的精制工艺流程，能够有效减少物料损耗，且可使精制后的己内酰胺产品呈现出更高的质量品质状态。因此，可以考虑将上述工艺改进方法运用到实际生产中，提升精制生产水平。
参考文献
[1] 郑燕春，徐先荣，赵孝顺.己内酰胺生产中苯己液碱洗水洗工艺的优化与改进[J].合成纤维工业，2020，44（1）：69-73，78.
[2] 赵殿臣.己内酰胺绿色生产技术研究[J].山西化工，2020，41（1）：108-109，128.