朱南南 劉先紅

（山東匯豐石化集團(tuán)有限公司企業(yè)技術(shù)中心）

順酐（MA）又名馬來(lái)酸酐，化學(xué)名順丁烯二酸酐，是一種常用的重要有機(jī)化工原料，是需求量?jī)H次于苯酐和醋酐的第三大酸酐，主要用于生產(chǎn)不飽和聚酯、1，4-丁二醇（BDO）、醇酸樹脂，另外還用于農(nóng)藥、涂料、油墨、潤(rùn)滑油添加劑、紡織品整理劑及表面活性劑等領(lǐng)域［1，2］。筆者所在單位年產(chǎn)5萬(wàn)噸正丁烷固定床氧化六氫化鄰苯二甲酸二丁酯（DIBE） 吸收工藝于2016年進(jìn)行改造，引進(jìn)了意大利Conser 公司鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）溶劑吸收工藝。溶劑洗滌系統(tǒng)分為混合、離心分離、干燥3 個(gè)部分。 溶劑在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生分解，同時(shí)順酐在高溫條件下與水反應(yīng)生成順?biāo)?，?dǎo)致溶劑中含有大量苯酐、鄰苯二甲酸、焦油及順?biāo)岬入s質(zhì)。 過(guò)多的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)分離效果變差，離心機(jī)出口水相中溶劑量、溶劑水含量均增加，不僅造成了溶劑的損失，也嚴(yán)重影響了裝 置 的 長(zhǎng) 周 期 穩(wěn) 定 運(yùn) 行［3，4］。 由 此 可見(jiàn)，溶劑洗滌工段離心分離是保證溶劑質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響裝置的運(yùn)行和加工成本，研究各種因素對(duì)離心機(jī)分離效果的影響具有十分重要的意義。 筆者從混合溫度、攪拌速度、劑水比（貧溶劑與脫鹽水比例） 和停留時(shí)間4 個(gè)方面進(jìn)行分析，以期找到離心機(jī)的最佳操作參數(shù)。

1 溶劑洗滌工藝流程及設(shè)備簡(jiǎn)述

1.1工藝流程

溶劑洗滌是將解析順酐后降低了吸收溶解能力的貧溶劑中苯酐、鄰苯二甲酸、富馬酸及副產(chǎn)焦油等雜質(zhì)通過(guò)水洗提純的過(guò)程［5］。 除鹽水經(jīng)換熱器進(jìn)行預(yù)熱并與貧溶劑按照一定的比例進(jìn)入混合罐，在一定的溫度和攪拌作用下，由于雜質(zhì)在水相中的溶解度遠(yuǎn)大于溶劑相，物料在攪拌作用下，大部分雜質(zhì)會(huì)從溶劑轉(zhuǎn)移到水中，實(shí)現(xiàn)了萃取過(guò)程［6］。 然后通過(guò)離心泵將混合液輸送至離心機(jī)，在離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)下利用兩相密度的不同進(jìn)行分離。 離心機(jī)分離出的輕相進(jìn)入水相傾析器，重相經(jīng)加熱進(jìn)入閃蒸罐閃蒸水分后進(jìn)入吸收塔重復(fù)利用（圖1）。

1.2離心機(jī)分離原理

筆者所在單位使用的離心機(jī)型號(hào)是阿法拉伐CHPX-517， 該離心機(jī)屬于碟片式高速固體間歇排放離心機(jī)，正常工作時(shí)轉(zhuǎn)速為4 285r/min，適用于分離兩相密度差較小的物料。 該離心機(jī)的分離原理可以簡(jiǎn)單解釋為： 物料進(jìn)入高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓中，由于存在密度差，在強(qiáng)大的離心力場(chǎng)作用下，受到的離心力并不完全相等，重相向碟片外側(cè)移動(dòng)，輕相向碟片內(nèi)側(cè)移動(dòng)，最終使兩相分離［7］。

圖1 溶劑洗滌工藝流程

1.3實(shí)驗(yàn)儀器及步驟

實(shí)驗(yàn)儀器包括氣相色譜儀（Agilent 7820A）、 溶 劑 含 水 自 動(dòng) 快 速 測(cè) 定 儀（DGN1000XA12）和阿法拉伐 CHPX-517 離心機(jī)。

水中溶劑含量的測(cè)定過(guò)程為： 取0.1g 樣品，加入 100mL 蒸餾水?dāng)嚢?10min， 從樣品中取0.3μL 注入色譜儀中。 其中，柱箱溫度 80℃；檢測(cè)器溫度300℃；分流比50:1；分流流量150mL/min；氫氣流量 30mL/min；空氣流量400mL/min；尾吹氮?dú)饬髁?5mL/min。

溶劑水含量的測(cè)定過(guò)程為： 在燒瓶中加入100mL 試樣，再加入100mL 溶劑，接上水分接收器和冷凝管，開冷凝水，在溶劑含水自動(dòng)快速測(cè)定儀上加熱蒸餾， 根據(jù)餾出水分體積計(jì)算含水量。

2 影響離心機(jī)分離效果的因素分析

影響離心機(jī)分離效果的主要因素包括：貧溶劑中順酐含量、混合罐的溫度、液位、攪拌器轉(zhuǎn)速、離心機(jī)兩相背壓及操作因素等，這些因素相互影響，共同制約著離心機(jī)的運(yùn)行。 筆者主要研究混合溫度、攪拌速度、劑水比和停留時(shí)間對(duì)離心機(jī)分離效果的影響。

2.1混合溫度對(duì)分離效果的影響

在劑水比2:1、 攪拌速度35r/min、 停留時(shí)間80min 的條件下， 考察了混合溫度對(duì)分離效果的影響。 在不同溫度條件下，溶劑中水含量和水中溶劑含量如圖2 所示。

圖2 混合溫度對(duì)離心機(jī)分離效果的影響

由圖2 可以看出，從50~62℃，溶劑中水含量和水中溶劑含量降低， 離心機(jī)分離效果逐漸變好，溶劑單耗下降；從62~70℃，隨著溫度升高，溶劑中水含量和水中溶劑含量逐漸升高，分離效果變差。 這是因?yàn)槿軇┲须s質(zhì)隨溫度升高在水中的溶解度增大，同時(shí)溶劑粘度降低，有利于分離。 溫度大于62℃之后， 雜質(zhì)在水中的溶解度升高，同時(shí)溶劑在水中的溶解度也會(huì)增加，導(dǎo)致分離效果變差，溶劑單耗增加［8，9］。 溫度在 50~70℃時(shí)，裝置運(yùn)行8h 后， 從水相傾析器底部能見(jiàn)到明顯的溶劑層。 因此，用離心機(jī)分離溶劑水洗液，一般情況下溫度應(yīng)控制在60~65℃，本裝置溫度取62℃。

2.2攪拌速度對(duì)分離效果的影響

在劑水比 2:1、 混合溫度 62℃、 停留時(shí)間80min 的條件下， 考察了混合罐攪拌速度對(duì)分離效果的影響。 在不同攪拌速度條件下，溶劑中水含量和水中溶劑含量如圖3 所示。

圖3 攪拌速度對(duì)離心機(jī)分離效果的影響

由圖3 可見(jiàn)， 攪拌速度從 20r/min 增加到34r/min 時(shí)，隨著攪拌速度增加，溶劑中水含量和水中溶劑含量均降低，離心分離效果較好；攪拌速度從34r/min 增加到45r/min 時(shí)，溶劑中水含量和水中溶劑含量均逐漸升高， 設(shè)備分離效果變差。

這是由于攪拌速度較慢時(shí)，溶劑與水混合不充分，富馬酸、順?biāo)岬入s質(zhì)不能充分溶于水中，萃取過(guò)程不完全致使分離效果差，隨著裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，最終會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)無(wú)法分離。 攪拌速度過(guò)快，溶劑水混合物會(huì)發(fā)生乳化現(xiàn)象，離心機(jī)無(wú)法分離乳化后的混合物，導(dǎo)致大量溶劑進(jìn)入水相傾析器。 本裝置混合罐攪拌速度為34r/min 時(shí)分離效果最好。

2.3劑水比對(duì)分離效果的影響

在攪拌速度34r/min、混合溫度62℃、停留時(shí)間80min 的條件下，考察了劑水比對(duì)分離效果的影響。 通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)料量，在不同劑水比條件下測(cè)試離心機(jī)分離效果，溶劑中水含量和水中溶劑含量如圖4 所示。

圖4 劑水比對(duì)離心機(jī)分離效果的影響

由圖4 可知，劑水比為1:1~3.5:1 時(shí)，隨著劑水比增加，溶劑中水含量逐漸降低，水中溶劑含量逐漸升高。 1:1 時(shí)，由于水的比例過(guò)高導(dǎo)致水中溶劑含量較低，且部分水進(jìn)入溶劑中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行， 在溶劑相傾析器頂部會(huì)有明顯的水層，加大了后續(xù)處理難度。 劑水比為3.5:1 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分溶劑進(jìn)入水相，同時(shí)劑水比高，雜質(zhì)的處理量降低，會(huì)影響到后續(xù)程序，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中考慮處理量與處理效率的關(guān)系，本裝置劑水比取2:1。

2.4停留時(shí)間對(duì)分離效果的影響

在攪拌速度35r/min、混合溫度62℃、劑水比2:1 的條件下， 考察了停留時(shí)間對(duì)分離效果的影響。 在穩(wěn)定的進(jìn)料條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)混合罐液位，測(cè)試停留時(shí)間對(duì)離心機(jī)分離效果的影響，溶劑中水含量和水中溶劑含量如圖5 所示。 由圖5 可見(jiàn)，停留時(shí)間由20min 增加到100min 時(shí)，隨著時(shí)間的增加， 溶劑中水含量和水中溶劑含量均降低，離心分離效果較好，停留時(shí)間由100min 增加到150min 時(shí)， 溶劑中水含量和水中溶劑含量均逐漸升高，設(shè)備分離效果變差。

圖5 停留時(shí)間對(duì)離心機(jī)分離效果的影響

停留時(shí)間對(duì)分離效果的影響與攪拌速度是一樣的，停留時(shí)間短，溶劑與水混合不充分，萃取過(guò)程不完全導(dǎo)致分離效果差；停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶劑水混合物長(zhǎng)時(shí)間攪拌發(fā)生乳化現(xiàn)象。

3 結(jié)論

3.1混合溫度62℃時(shí)分離效果最好， 溫度大于62℃之后，雜質(zhì)和溶劑在水中的溶解度均升高，不利于離心分離。

3.2攪拌速度34r/min、停留時(shí)間100min 時(shí)分離效果最好，攪拌速度與停留時(shí)間對(duì)分離效果的影響是一致的。 攪拌速度慢、停留時(shí)間短，溶劑與水混合不充分，富馬酸、順?biāo)岬入s質(zhì)不能充分溶于水中，萃取過(guò)程不完全導(dǎo)致分離效果差；攪拌速度快、停留時(shí)間長(zhǎng)，溶劑水混合物會(huì)發(fā)生乳化現(xiàn)象，離心機(jī)無(wú)法分離乳化后的混合物。

3.3在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮處理量與處理效率的關(guān)系，本裝置劑水比取2:1。 在最佳操作條件下，溶劑中水含量一般在0.50wt%左右，水中溶劑含量一般在0.06wt%左右，減少了溶劑的損失，保證了裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。