尼龍是指高分子主鏈中含有重複酰胺基團的熱塑性樹脂。在尼龍類產品中，由己內酰胺(e-caprolactam，簡稱單體聚合而成的尼龍6由於其成熟的生產工藝、高韌性、高強度等特性，成為了應用最為廣泛的尼龍產品之一。隨著聚合技術的不斷發展，尼龍6的產能也在不斷提高。全球範圍內，2016 年尼龍6總產量在500萬噸左右，隨著尼龍6生產重心不斷向亞洲偏移,我國已成為尼龍6生產大國，2016年我國尼龍6總產能為350.3萬噸。

尼龍6最主要的工業生產技術為水解聚合工藝，主要包含以下幾個單元:聚合、萃取和幹燥。其中萃取單元主要由萃取塔和萃取液回用兩部分組成，可將聚合單元得到的聚合物固體顆粒中的單體與齊聚物降低至0.6wt%以下，以滿足工業紡絲等應用需求。萃取塔中常采用熱水逆流萃取工藝，其萃取停留時間較長，一般為20小時，隨著聚合單元產能的提高，萃取塔大都隻能通過簡單地加大塔徑、塔高或者多塔串聯的方式來提高處理量，這妨礙了尼龍6生產過程產能的進一步擴大。為提高萃取效率，BASF和日本株式會社等公司提出了將萃取塔分割成兩部分，一部分采用己內酰胺水溶液以除去顆粒中的大部分齊聚物，另一部分采用熱水以除去顆粒中的單體CL和剩餘的齊聚物，他們指出采用此種工藝，可縮短萃取過程停留時間，然而至今該工藝仍未見工業實際生產報道，這很大一部分原因是缺少對於水和CL水溶液萃取顆粒過程的詳細了解，缺少這一傳質過程的詳細參數(如內擴散係數、平衡常數和外部傳質係數)。為切實有效地模擬分析與優化尼龍6萃取過程，需要深入了解體係中液固傳質機理與傳質動力學;同時為改善塔內液固兩相流動以及相間傳質，萃取塔中一般每隔固定距離安裝有一定形式的內構件，然而內構件的存在，使得塔內顆粒流動變得複雜，偏離理想狀態，因此開發新型內構件，改善塔內流動，提高塔內傳質效率，是尼龍6萃取塔設備優化的重要方向。

萃取塔產生的萃取液中富含單體和齊聚物。為降低尼龍6生產過程的單耗，萃取液回用是萃取單元的另一重要環節。傳統萃取液回用方法是將萃取液經三效蒸發,使其水含量濃縮至20 wt%左右，再與新鮮CL混合重新進入聚合單元6。該生產工藝能穩定地回用萃取液，降低尼龍6生產的單耗。然而三效蒸發過程能耗巨大，且由於萃取濃縮液中大量高熔點環狀二聚體(cyclic dimer,簡稱CD)的存在，極易造成過濾器堵塞，影響正常生產。BASF、Invista等 公司提出在回用前先對濃縮液進行水解，能有效地降低體係中CD的含量，但未見相關反應機理和動力學的詳細研究。為了萃取液高效回用，需深入了解近臨界水水解回用萃取液過程反應規律。

來源：華南理工大學

作者：秦春曦

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