40年后――尼龍6聚合裝置

1、40年后xx6聚合裝置 阿加菲（Aquafil）公司最具現(xiàn)代化的尼龍6聚合工廠沃爾夫卡拉夏克（德國(guó)） （本文刊登在 1997 年 12 月 國(guó)際化纖”雜志（Chemical Fibers International第 47 期上）40 年 前的 1957年，當(dāng)我開(kāi)始為尼龍 6聚合裝置搞設(shè)計(jì)的時(shí)候， “專(zhuān)家們”說(shuō)： VK罐的直徑不可能超過(guò)400mm VK罐的容量最大只能是500公斤/天 幸運(yùn)的是 “專(zhuān)家們 ”所說(shuō)的并未成為現(xiàn)實(shí)。今天，我們已設(shè)計(jì)并制造了直徑 為2500mm,容量為150，000公斤/天的VK罐。今天， 專(zhuān)家們”說(shuō)： 將萃取部分的內(nèi)酰胺水直接循環(huán)到聚合部分不影響聚合物的質(zhì)量是不可能

2、 的。然而，阿加菲（Aquafil）公司15年前就開(kāi)始成功地直接循環(huán)。實(shí)踐證明阿 加菲公司尼龍 6 聚合物所含低聚物等同于或低于用新鮮或新鮮 +回收的內(nèi)酰胺生 產(chǎn)的聚合物。同時(shí)還顯示出阿加菲公司聚合物優(yōu)異的性能，在FDY紡絲上也很 好。阿加菲公司 LDR?actam Direct Recyclin）g ）已內(nèi)酰胺直接回收聚合工藝具有 以下主要特點(diǎn)： 1. 不浪費(fèi)任何原材料，內(nèi)酰氨 100%使用， 2. 封閉的水回路， 3. 無(wú)廢水， 4. 無(wú)內(nèi)酰氨和低聚物廢料， 5. 公用工程消耗極低， 6. 切片干燥后，幾乎無(wú)粉塵， 7. 裝置生產(chǎn)簡(jiǎn)單，很少需要維修，節(jié)省維修費(fèi)用， 簡(jiǎn)介 尼龍6是從S已內(nèi)酰

3、胺中制造出來(lái)，其工藝是由德國(guó)人 PAULSCHLACK授 于 1938 年開(kāi)發(fā)出來(lái)。 內(nèi)酰胺環(huán)在高溫下打開(kāi)。在標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)情況下需要水。一 打開(kāi)環(huán)之后，除去水和加聚作用，可以獲得的分子重量取決于溫度，停留時(shí) 間，壓力和添加劑。為穩(wěn)定鏈的長(zhǎng)度，可添加劑來(lái)堵住鏈的末端，以達(dá)到避免 相對(duì)粘度進(jìn)一步提高的目的。 在達(dá)到一種平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)停止。這種平衡大多數(shù)取決于聚合物的溫 度，然后將聚合物從反應(yīng)器中排出來(lái)，固化，切粒。在一般的生產(chǎn)廠，這種平 衡狀態(tài)大約是聚合物的 89%至 91% b.w.。 余下的含在切片中，含有未反應(yīng)過(guò)的已內(nèi)酰胺和不同類(lèi)型的低聚物。 因?yàn)橹荒茉试S大約 0.6% b.w

4、 .的這樣物質(zhì)存在于產(chǎn)品中，才能將產(chǎn)品供給下家，所以下道工序 就是將這樣的物質(zhì)從產(chǎn)品中除去，這道工序就叫萃取，用熱水進(jìn)行，將一定量 的熱水送到萃取部分，排水時(shí)，水中含有未反應(yīng)過(guò)的內(nèi)酰胺和低聚物。必須回 收內(nèi)酰胺和低聚物，因?yàn)樗麄兌际莾r(jià)格不菲的原材料。 其它工藝中，人們只能從水中萃取 6%到10% b.w.，而阿加菲LDRZL藝（內(nèi) 酰胺直接回收）能萃取 14%。內(nèi)酰胺水從提濃裝置，被送去蒸餾。從這兒廢料 被送去解聚，化學(xué)處理，過(guò)濾，回到蒸餾，然后到聚合。這種工藝消耗大量的 能源，廢料和廢水很多。切片從萃取裝置被送去干燥，然后包裝，紡絲或其它 生產(chǎn)裝置。 在一些對(duì)產(chǎn)品中內(nèi)酰胺和低聚物含量不要求低

5、的工廠，它們將在一個(gè)特殊 的真空反應(yīng)器，即： 圓盤(pán)反應(yīng)器中被分離，這就省卻了萃取，可以直紡和干燥。 xxxx公司LDR聚合工藝，內(nèi)酰胺混合 內(nèi)酰胺不是固體就是熔體，需要用熔化站來(lái)熔化，并用氮?dú)鈦?lái)防止氧化。 內(nèi)酰胺從液體內(nèi)酰胺儲(chǔ)存罐用泵被打入內(nèi)酰胺混合罐中 -通過(guò)一只質(zhì)量流量計(jì)。 醋酸或其它鏈阻滯劑，來(lái)自萃取的高濃度內(nèi)酰胺水或水，或其它添加劑通過(guò)計(jì) 量系統(tǒng)分別配制到混合罐中。這些成份根據(jù)自動(dòng)程序混合一段時(shí)間，配方由控 制系統(tǒng)設(shè)定?；旌瞎迲?yīng)選好尺寸，以保證相同的混合料的喂入，這種混合料然 后被喂入起碼能滿(mǎn)足二十四小時(shí)生產(chǎn)能力的儲(chǔ)存罐中。 在許多情況下，尤其是如果工廠的產(chǎn)量大，而且又是一條線(xiàn)，我們認(rèn)

6、為最 好生產(chǎn)有光聚合物。 物料的改變，無(wú)論是通過(guò)二氧化碳還是其它添加劑，可以在紡絲廠和其它 生產(chǎn)部門(mén)添加色母粒進(jìn)行。也可以將色母粒熔體或其它添加劑在聚合后，鑄帶 和切片前加入溶體中。 連續(xù)聚合 通過(guò)一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的熱交換器用泵將罐中混合內(nèi)酰胺打到預(yù)聚合反應(yīng)器 中。在熱交換器中，混合料在壓力的作用下，被加熱到反應(yīng)溫度。在預(yù)聚合反 應(yīng)器中（直立，夾套壓力容器），化學(xué)反應(yīng)在高溫高壓下開(kāi)始。預(yù)聚合反應(yīng)器 是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，以保證全廠的熔體能夠均勻流動(dòng)。 熱交換器，反應(yīng)器，總體管線(xiàn)是用熱媒爐產(chǎn)生的導(dǎo)生蒸汽進(jìn)行加熱保溫 的。通過(guò)壓力和控制下一個(gè)反應(yīng)器，即神奇的 VK罐的料位，相對(duì)粘度約為 1.5的預(yù)聚合物被送至

7、VK罐，在這兒獲得所需要的最終粘度。VK罐是一種 直立夾套容器，在大氣壓力和高溫下運(yùn)行。VK罐的特殊插入板保證熔體的均勻 流動(dòng)。 VK-罐的名稱(chēng)來(lái)源于德語(yǔ)” V-Rohr就是” VereinfachtKontinuierlich,譯成英” 文就是” Simplified Continuous譯成中文就是 簡(jiǎn)化，連續(xù)-罐”。 在預(yù)聚合反應(yīng)器和VK罐中的反應(yīng)過(guò)程中，水和一部分內(nèi)酰胺被蒸發(fā)掉，蒸 汽在一個(gè)合適的冷凝系統(tǒng)中冷凝，冷凝水被送到水蒸發(fā)裝置，回收內(nèi)酰胺。 在VK罐的底部，熔體由齒輪泵排出。泵將熔體通過(guò)加熱的熔體管線(xiàn)打到鑄 帶頭。鑄帶頭的設(shè)計(jì)很有講究，頂部連帶一個(gè)進(jìn)料熔體過(guò)濾器。 在鑄帶頭部份

8、，熔體通過(guò)分配板和一個(gè)噴頭形成帶狀。在每個(gè)鑄帶頭下面 配備一個(gè)用于鑄帶的帶有傳動(dòng)鑄帶輥的水冷卻槽。帶狀熔體在水槽中固化，冷 卻，然后被送到切粒裝置。 鑄帶頭和切粒裝置的數(shù)量取決于工廠的規(guī)模，對(duì)于每天40噸以上的裝置， 應(yīng)使用水下切粒機(jī)。 冷卻槽的水用泵連續(xù)循環(huán)，并在板式熱交換器中冷卻。 連續(xù)萃取，干燥和切片輸送 切成片從切粒機(jī)的出口出來(lái)，進(jìn)入一個(gè)用于分離漏切部分的振動(dòng)篩。然后 進(jìn)入充滿(mǎn)了熱水的切片 +水罐中。用泵將水和切片連續(xù)不斷地從這個(gè)罐送到切片 和水分離的萃取塔的頂部，水再流到切片 +水罐中，在萃取塔中，切片從頂部流 向底部。萃取塔為直立的圓筒容器，內(nèi)部設(shè)計(jì)獨(dú)特以保證切片的活塞式流動(dòng)， 防

9、止切片在塔中混合。在萃取塔中，切片自上而下流動(dòng)，而98C到110C的熱 水卻以相反的方向流動(dòng)。通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)，在溢流處得到高濃度的內(nèi)酰胺，也 可以得到塔內(nèi)的同樣的切片停留時(shí)間。作為對(duì)萃取塔的供水，使用從內(nèi)酰胺水 提濃裝置來(lái)的蒸餾水，因此關(guān)閉水回路。蒸汽在水進(jìn)入萃取塔之前就將其加 熱。可以通過(guò)一個(gè)特殊的加熱器將萃取塔中的水和切片進(jìn)一步加熱。在萃取塔 的底部，一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)器連續(xù)不斷地將切片排出。旋轉(zhuǎn)器的速度可以通 過(guò)萃取塔的儀器來(lái)調(diào)節(jié)。然后，用泵將水和切片送到安裝在切片干燥器頂部的 切片與水分離器。在切片與水分離器中，切片得以與水分離。水重新回到旋轉(zhuǎn) 器，而切片被送到干燥器。 干燥器是圓筒形

10、的直立容器，內(nèi)部設(shè)計(jì)很講究，目的是確保切片的活塞式 流動(dòng)。在重力下，切片從頂部落到底部。在干燥器的底部有一個(gè)冷卻器，用于 在儲(chǔ)存切片之前將其降溫，除此之外起到回收熱量的效果。在高產(chǎn)能的裝置 上，切片的冷卻由單獨(dú)的氮?dú)庀到y(tǒng)進(jìn)行的，同樣也能回收熱量。 通過(guò)熱氮?dú)庀蚯衅南喾捶较虼祫?dòng)切片前進(jìn)行干燥，根據(jù)干燥器的能力， 干燥器配有一個(gè)或一個(gè)以上的氮?dú)夤芫€(xiàn)。特殊設(shè)計(jì)的無(wú)封口的風(fēng)機(jī)在整個(gè)系統(tǒng) 中循環(huán)氮?dú)?。氮?dú)馕涨衅械乃?。含有水份的氮?dú)庠诟稍锲鞯捻敳砍鋈ァ?氮?dú)獾囊徊糠种苯又匦录訜?，送回到干燥器，余下的氮?dú)馔ㄟ^(guò)一個(gè)氮?dú)饫鋮s系 統(tǒng)除去水份。冷氮?dú)馔ㄟ^(guò)切片冷卻器，氮?dú)饧訜崞?，然后重新進(jìn)入干燥器。冷 凝過(guò)的

11、純水流到水蒸發(fā)裝置的純水罐中，再回到萃取部分，因此關(guān)閉水回路。 由于切片冷卻器中的切片熱量回收，因而節(jié)省了大量的能源。氮?dú)饫鋮s系統(tǒng)分 為兩部分： 一部分是氮?dú)馑鋮s器；一部分是氮?dú)饫鋬鏊鋮s器。因此，大部分熱 量由價(jià)格低廉的冷卻塔水取走。從干燥器的底部，切片進(jìn)入一個(gè)輸送罐，然后 送去儲(chǔ)存。切片的輸送由氮?dú)膺M(jìn)行。我們的輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)⑤斔瓦^(guò)程中 的粉塵降低到可以忽略的地步。 連續(xù)式內(nèi)酰胺水蒸發(fā)和水儲(chǔ)存 整個(gè)裝置的所有含有內(nèi)酰胺的水由一個(gè)內(nèi)酰胺罐收集，用泵以均勻的速度 將其送到提濃裝置，在其進(jìn)入裝置前使其過(guò)濾，除去雜質(zhì)。 水先進(jìn)入第 3 蒸發(fā)器，蒸發(fā)器是在最低內(nèi)酰胺蒸發(fā)和最低溫度但在最高真

12、空下進(jìn)行的。第 3 蒸發(fā)器是用第 2蒸發(fā)器的蒸汽來(lái)加熱的。水從第 3蒸發(fā)器出 來(lái)后，進(jìn)入由第 1 蒸發(fā)器蒸汽加熱的第 2蒸發(fā)器。水從第 2蒸發(fā)器出來(lái)后，到 達(dá)由蒸汽加熱的第 1 蒸發(fā)器，最終大約 80%的內(nèi)酰胺提濃在此得以實(shí)現(xiàn)。 80%的內(nèi)酰胺水被送到儲(chǔ)存罐，由泵使其保持循環(huán)，直到通過(guò)混合與下一批 內(nèi)酰胺自動(dòng)混用。 因此，我們能夠使用百分之百的內(nèi)酰胺，不浪費(fèi)任何一點(diǎn)內(nèi)酰胺和低聚 物。 蒸發(fā)冷凝過(guò)得干凈水被送到凈水儲(chǔ)存罐，再送到萃取部分，關(guān)閉了水回 路。本系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)受考驗(yàn)，效果理想，管道和設(shè)備幾乎不堵，并具有 下列優(yōu)點(diǎn)： 1. 無(wú)液體廢料， 2. 無(wú)需蒸餾內(nèi)酰胺， 3. 無(wú)需破裂低聚物，

13、 4. 無(wú)需處理殘?jiān)鼜U料， 5. 脫鹽水的消耗大為減少， 6. 只有三級(jí)蒸發(fā)系統(tǒng)，能源消耗低， 計(jì)量 控制電源系統(tǒng) 整個(gè)工廠由電腦全自動(dòng)控制管理，數(shù)字和模擬系統(tǒng)由控制系統(tǒng)輸入和輸 出。整個(gè)工廠的每個(gè)部分都由 DCS系統(tǒng)以實(shí)時(shí)方式進(jìn)行控制。在 DCS系統(tǒng)中， 添加了一臺(tái)電腦，內(nèi)裝阿加菲公司的特殊軟件。每個(gè)站配有一臺(tái)彩色監(jiān)視器， 并可自行工作。每個(gè)系統(tǒng)都配有一臺(tái)打印機(jī)。工廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)每 30天自動(dòng)儲(chǔ)存 起來(lái)，以備取用。本系統(tǒng)可以提供 100張圖頁(yè)，如工廠各部門(mén)單個(gè)工藝流程 圖，圖表，圖表文字和條形碼。在本系統(tǒng)中，為保險(xiǎn)起見(jiàn)設(shè)置了密碼，只有有 關(guān)人員才能打開(kāi)機(jī)器。本系統(tǒng)可以有5個(gè)操作密碼，一個(gè)工程設(shè)

14、計(jì)密碼。 公用工程的消耗 上述所提到的工廠按 1000公斤萃取和干燥切片來(lái)計(jì)算，其中公用工程的消 耗如下： 電： 100KWH 熱媒： 187,000KCAL=218 KWH 蒸汽： 1013 kg （包括內(nèi)酰胺熔化部分 ） 冷凝水： （溫度=33C /42 C） 50m3 冷凍水： 溫度 =8C /14C ） 30m3 脫鹽水： 0.1m3 氮?dú)猓?5 NM3 壓縮儀表氣：5 NM3 原材料消耗 呂已內(nèi)酰胺: 每產(chǎn)1000公斤熔體消耗1001公斤已內(nèi)酰胺 醋酸: 根據(jù)需要 二氧化鈦: 根據(jù)需要 作者簡(jiǎn)介 沃爾夫 卡拉夏克(Wolf Karasiak生于1940年，在德國(guó)柏林高等技術(shù)大學(xué)學(xué) 習(xí)

15、機(jī)械工程，1963年畢業(yè)。1958年到1978年，他供職于卡菲休(Karl Fische) 公司。1963年開(kāi)始，他負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)聚酯連續(xù)聚合工藝以及所有的聚酯項(xiàng)目。稍后 他被任命為工程設(shè)計(jì)部門(mén)的負(fù)責(zé)人。在開(kāi)發(fā)聚酯連續(xù)聚合工藝的過(guò)程中，他發(fā) 明了無(wú)軸圓盤(pán)反應(yīng)器，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)：3, 761, 059,和反應(yīng)器頂部、真空管線(xiàn)高 溫加熱，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)：3, 630, 686以及其它工藝。他是世界上使用乙二醇真空 噴射器來(lái)取代蒸汽真空噴射器的第一人。1979年到1988年，他在其它化工和環(huán) 保公司工作，同時(shí)作為化纖工業(yè)的顧問(wèn)。在此期間，80年代初，他首先提出了 將工藝塔的乙二醇循環(huán)到漿料混合器中，今天大多數(shù)聚酯工藝都這么做。與此 同時(shí)，他首次提出三級(jí)聚酯連續(xù)聚合系統(tǒng)。其工藝的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和技術(shù)秘密由意 大利雷迪