己二酸結晶系統擴容的設計與優化

代世磊，華東旭，李淵博

(河南神馬尼龍化工有限責任公司，河南 平頂山 467013)

0 前言

己二酸又稱肥酸，通常采用環己醇氧化法生產，該方法以銅、釩為催化劑，以硝酸為氧化劑。近年來，我國己二酸裝置不斷投產，新增產量已大大超出市場需求，產能嚴重過剩。

通過對己二酸結晶器現狀進行系統分析，探討設計己二酸結晶器擴容裝置，成功實現了結晶器處理能力的提升，達到了在投資較少的情況下提升己二酸結晶器處理負荷的目的。

1 目前己二酸結晶器結晶系統現狀

公司采用“梅索”型真空連續冷卻結晶器。在己二酸結晶過程中易在結晶器內形成結疤。為避免結疤的生成，結晶器各個隔室內設置攪拌，攪拌器的攪拌作用對己二酸晶核形成的速度和晶體生長影響很大。該結晶器設置了合理的結晶器溫度梯度控制，結晶器各室的溫度由前向后逐室降低，且相鄰隔室間溫差各異，靠前與靠后的隔室溫差較大，中間隔室的溫差較小。溫度梯度的依據是己二酸在含30%硝酸的水溶液中的溶解度曲線，目的是盡量保證各室結晶負荷基本均衡。實現溫度梯度的方法是控制結晶器各室壓力的不同，壓力從前往后依次降低，在結晶負荷基本均衡的情況下，結晶在從前向后的過程中逐漸生成、變大，過程平穩，不會出現大塊結晶或微結晶等不穩定現象。若結晶梯度控制不好，各室結晶負荷不均衡，易造成結晶成長速度不均，而形成大的結晶塊或出現微結晶的現象，進而帶來一系列的問題。通過技術改造，對己二酸結晶器的瓶頸限制因素進行了系統分析，增加了相應的設備，達到了提高結晶器處理負荷的目的。

2 實施優化過程

2.1 對結晶器攪拌進行改造

通過對己二酸結晶曲線的研究和高負荷實驗發現，結晶增長較快的六七八等隔室，是限制結晶器運轉周期的關鍵性因素，主要原因是六七八等隔室結晶成長較快，漿料中的成分并不穩定。通過容積循環率計算，結合物料在不同狀態下黏度的變化，得出一個重要結論：軸流式推進式攪拌器在處理結晶狀態下的己二酸漿料時，降低攪拌轉速反而能獲得理想的效果。據此，技術人員大膽提出設想，給攪拌器電機增加變頻器，將攪拌轉速由550～750 r/min降低至400～600 r/min(攪拌轉速可由變頻器調節)，同時將攪拌葉輪直徑由355 mm增大至400 mm。隨著攪拌效果的提高，伴隨而來的是結晶器隔室間物料溢流不暢的問題。技術人員認為攪拌效果提高后，改變了溢流口入口的物料流動狀態，影響了溢流的正常進行，會出現隔室間溢流不及的現象。解決的辦法是將攪拌長度由2 460 mm截斷350 mm，長度至2 110 mm，避開了溢流口的位置，解決了溢流不暢的現象。

通過增大攪拌器葉輪直徑，縮短攪拌器軸長，增加變頻降低攪拌轉速，獲得了滿意的攪拌效果。在提升結晶器進料量后，結晶器運轉周期能夠延長，結晶器處理能力有所提升。在攪拌器改造后進行了高負荷試驗，結晶器負荷雖有所提升，但仍與結晶器前后工序設備負荷不匹配。通過高負荷試驗的結論得出，結晶器負荷的限制仍是己二酸裝置提產的限制因素。

2.2 新增蒸發罐作為臥式結晶器的前置隔室使用

目前臥式結晶器的隔室數量不足，容積較小，導致結晶器處理負荷無法較大增加。因結晶器體積較大、設備較重，且在廠房內部，無法進行更換，只能通過增加隔室的方法進行擴容。而裝置內結晶器周圍已無多余位置供改造使用，技術人員通過探討研究，提出在室外單獨建立結晶隔室(即下述新增蒸發罐)，隔室通過泵與原臥式結晶器相連。

將原臥式結晶器的進料管線改至新增的蒸發罐，蒸發罐的設備參數：臥式、304L材質、直徑3 m、容積23.2 m3(是原結晶隔室的2.2倍)，容積蒸發罐氣相與氣相冷凝器相連，氣相冷凝器與真空泵相連且其管道上設置有進氣管線，進氣管線上設置有調節閥，以控制蒸發罐的壓力，蒸發罐的液相出口通過泵與原臥式結晶器進口相連。蒸發罐內設置有溢流板和蒸發板。己二酸送入蒸發罐后，通過蒸發降溫，析出晶體，再送至原臥式結晶器進行進一步的降溫結晶，該蒸發器的壓力控制與原臥式結晶器統籌考慮，該蒸發器作為原臥式結晶器的前期處理隔室使用，提高了原結晶器的生產負荷。

3 效果分析

降低己二酸結晶器轉速、增大葉輪直徑后，降低了己二酸分子間碰撞、摩擦，生成晶核速度降慢，結晶顆粒變大，比表面積變小，改善了己二酸的顆粒度。蒸發結晶器作為臥式結晶器的前置隔室使用，通過控制壓力控制結晶顆粒，可以實現將己二酸溶液從不飽和溶液加工成具有一定晶核或結晶顆粒的過飽和溶液，增加了結晶器的穩定運轉周期，提高了己二酸結晶器的結晶負荷。蒸發結晶器技術改造花費資金185萬元，2019年設備投用后，結晶器結晶負荷由42 t/h提升至48 t/h，氧化負荷由5.3 t/h提升至6.05 t/h，己二酸產品產量每小時增加1 t，按照目前每噸利潤1 000元計算，每年可新增利潤800萬元。

4 結論

通過對己二酸結晶擴容系統的設計與優化，解決現有結晶器負荷與前后工序設備負荷不匹配的現象，有效延長了結晶器的運轉周期，為整套裝置的安全穩定長周期運行提供了保障，提高了己二酸的產量，攤薄了噸己二酸成本，從而提高了公司己二酸產品的競爭力。該結晶器擴容系統的成功使用為其他化工行業類似系統的設計與優化提供了成功經驗。