CN111760321A - 一种己内酰胺结晶集成系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种己内酰胺结晶集成系统及方法，所述系统包括结晶单元、进料管路、晶浆管路、固液分离单元、晶粒排出管路、母液管路；结晶单元具有1个或多个，固液分离单元具有1个或多个，结晶单元包括结晶釜、外循环设备，结晶釜内部设有搅拌器、导流筒、防涡流挡板，壁上设有进出料口及换热进出口，外循环设备具有1套或多套，每套外循环设备均设有循环泵、若干换热器。己内酰胺结晶集成方法包括预处理和加料、结晶养晶及分离过程。本发明采用多级结晶、分离、智能控制系统，可实现己内酰胺结晶和分离的连续化、大型化，每级结晶采用多级换热，可更好的维持每级结晶温度的稳定；所得产品，晶型规则，产品美观，品质优。

Description

一种己内酰胺结晶集成系统及方法

技术领域

本发明涉及一种结晶纯化系统及方法，具体地说是一种己内酰胺结晶集成系统及方法。

背景技术

己内酰胺，全称ε-己内酰胺，英文名称caprolactam，相对分子量：113.16，分子式：C₆H₁₁NO，室温下为白色片状晶体或结晶性粉末。易溶于水及氯化溶剂、石油烃、乙醇、乙醚、丙酮、苯等有机试剂。受热时易发生聚合反应。己内酰胺是一种重要的有机化工原料，广泛应用于纺织、汽车、电子、机械等领域。己内酰胺是三大合成纤维（涤纶、腈纶和尼龙）的重要生产原料，合成纤维具有强度高，耐磨性好，耐碱、油、水，具有无虫蛀、无霉变等特点，应用广泛。用己内酰胺做的尼龙，民用上可以制成尼龙布广泛用于服装、室内装修、地毯、手套、袜子等，高强度尼龙面料也可以被用来作为一种军用降落伞的材料。此外己内酰胺还是一种重要的医药材料。

己内酰胺生产过程较为复杂，生产过程中会引入或生成较多的杂质，杂质的存在会严重影响产品质量进而影响下游产品，因此如何提高己内酰胺产品的品质一直是困扰本领域技术人员的难题。

通常己内酰胺的精制过程主要有苯萃取、水反萃取、离子交换、加氢、三效蒸发、蒸馏等步骤，用于去除酰胺油中的杂质，得到液态的己内酰胺产品，但液态己内酰胺产品质量不稳定，在存储过程中质量容易发生变化，影响下游产品的品质。在现有技术中有采用降温结晶方法来解决此问题的，通常结晶系统由几台结晶釜组成，每台结晶釜存在传热过程中温差控制困难的问题，温差控制小，推动力小，传热慢，不易结晶，温差控制大，晶体容易挂壁，影响换热，进而影响结晶；为此在降温结晶过程中温差控制不当容易导致传热效果差，传热不均匀，传热面积受限，降温时间长，晶粒成长不匀，晶型不规则，产品外观差，且单台结晶釜产能小，导致整套结晶系统产能低，不能实现大型化、连续化等问题。因此，亟需开发一种能够实现大型化且稳定控制结晶温度的己内酰胺纯化结晶系统及方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种己内酰胺结晶集成系统及其方法，以解决己内酰胺结晶过程中传热控制困难、整套系统产能小、不能实现大型化、连续化的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种己内酰胺结晶集成系统，包括有：

N级顺次设置的结晶单元，用于己内酰胺溶液的结晶及养晶，以及

M级顺次设置的固液分离单元，用于将己内酰胺晶浆进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和己内酰胺母液；

N≥1，M≥1，两者均为整数，且N≥M；

第1~N-1级结晶单元的晶浆出口分别通过晶浆管道与其下一级结晶单元的进料口相连，或者通过晶浆管道与设置在其后的固液分离单元的进料口相连；第1~M-1级固液分离单元的母液出口分别通过母液管道与设置在该级固液分离单元后的结晶单元的进料口相连；

第N级结晶单元的晶浆出口通过晶浆管道与第M级固液分离单元的进料口相连；

所述结晶单元包括结晶釜和外循环设备；所述结晶釜包括釜体、轴向设置在釜体中部的搅拌器、设置在釜体中下部且套设在搅拌器外围的导流筒和设置在搅拌器下方的防涡流挡板，所述导流筒为换热式导流筒，所述防涡流挡板为换热式挡板，在所述釜体外设有夹套；所述外循环设备包括由管道顺次串接的循环泵和若干换热器，所述循环泵的进料端通过管道与釜体的循环液出口相连，最后一个换热器的出料端通过回流管与釜体的循环液回流口相连，在所述回流管上设有晶浆出口。

所述搅拌器包括轴向设置在釜体内部中央的搅拌轴以及设置在搅拌轴上的若干搅拌桨叶，位于搅拌轴底端的搅拌桨叶为刮板式桨叶，所述刮板式桨叶的上缘为曲线型，所述刮板式桨叶的下缘为直线型，且该下缘与搅拌轴呈90~105°夹角，在所述刮板式桨叶上开设有通孔，所述通孔为圆形或方形。

在所述导流筒的侧壁上设有进料管，进料管的一端与导流筒的内部相通，另一端穿出釜体的侧壁，所述进料管与导流筒的侧壁相切；在与进料管相对的导流筒侧壁上设有侧部循环液回流管，侧部循环液回流管的一端与导流筒的内部相通，另一端穿出釜体的侧壁，所述侧部循环液回流管与导流筒的侧壁相切，且侧部循环液回流管的回流液方向与进料管的进液方向均与搅拌器的搅拌方向相同；

所述导流筒为中空换热式导流筒，在导流筒的底部筒体上设有冷源入管，在导流筒的顶部筒体上设有冷源出管，冷源入管和冷源出管均穿出釜体的侧壁。

所述防涡流挡板通过若干支腿连接在釜体底部内壁上，所述防涡流挡板的上板面与刮板式桨叶的下缘配合，且两者间隙不大于8mm；所述防涡流挡板为中空换热式挡板，所述支腿中的两根为中空支腿，且该两根中空支腿均延伸至釜体外，一条作为热源的进口，另一条作为热源的出口。

在所述釜体的顶部设有液位计口、压力计口和顶部循环液回流管，所述顶部循环液回流管延伸至釜体内，其底端呈喇叭状，在所述釜体的侧部设有温度计口；在所述夹套的底部套体上设有夹套冷源入口，在所述夹套的顶部套体上设有夹套冷源出口。

本发明的己内酰胺结晶集成系统还包括用以控制物料流速、温度、液位和压力的智能控制设备；所述外循环设备还包括流量控制器。

一种己内酰胺结晶方法，包括以下步骤：

（1）预处理及加料

设置如上所述的己内酰胺结晶集成系统，向各结晶单元的结晶釜夹套内、导流筒夹层内、外循环设备上的换热器内分别通入冷源，控制第一级结晶单元的温度为比进料温度低5～15℃，向防涡流挡板的夹层内通入热源，控制防涡流挡板的温度比结晶单元的温度高1～5℃，向第一级结晶单元的结晶釜内加入质量浓度为80～95%的己内酰胺溶液，启动搅拌器、循环泵，同时打开回流管上的回流阀，建立外循环，所述物料在各结晶单元的外循环设备中的流速控制为0.2～3m/s；

（2）降温结晶

控制第一级结晶单元结晶釜内搅拌器的搅拌转速为15～80rpm，己内酰胺溶液在第一级结晶单元内降温结晶，形成晶粒，继而生长形成己内酰胺晶浆，己内酰胺晶浆在第一级结晶单元的停留时间为20～60min；

当己内酰胺晶浆中晶体的浓度不大于设定值时，直接进入第二级结晶单元进行养晶，控制第二级结晶单元的温度比第一级结晶单元温度低5~15℃，物料在第二级结晶单元内的停留时间为20～60min；若己内酰胺晶浆的浓度仍不大于设定值，则进入下一级结晶单元继续养晶，下一级结晶单元的温度比上一级结晶单元温度低5~15℃，直至该结晶单元的晶浆出口处晶体浓度大于设定值；

当己内酰胺晶浆中晶体的浓度大于设定值时，己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入固液分离单元；所述设定值为10~40%中的某一值；优选为20~35%之间的某一值。

（3）固液分离

将步骤（2）中得到的符合浓度要求的己内酰胺晶浆进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和母液；所得母液送入该固液分离单元后的结晶单元继续降温结晶，或者送回原生产工艺，当所得母液中己内酰胺的浓度大于0℃下己内酰胺的溶解度时，将该母液送入该固液分离单元后的结晶单元继续降温结晶；当所得母液中己内酰胺的浓度不大于0℃下己内酰胺的溶解度时，将该母液送入原生产工艺的蒸发蒸馏系统。

本发明方法还包括以下步骤：

（4）后处理

将各级固液分离单元排出的己内酰胺晶粒收集后进行干燥，得固态的己内酰胺产品；

或者将各级固液分离单元排出的己内酰胺晶粒收集后，直接送入下游工艺中。

本发明采用多级结晶、分离、智能控制系统，可实现己内酰胺结晶和分离的连续化、大型化，每级结晶采用多级换热，可更好的维持每级结晶温度的稳定；所得产品，晶型规则，产品美观，品质优。

与传统的结晶装置相比，本发明可通过增加外循环系统上的换热器个数而增加传热量，扩大传热面积，进而可增加结晶釜的容积，增加单套系统的产能，实现结晶系统的大型化。本发明中，采用多级结晶单元，可实现多级稳定降温，确保晶体在养晶过程中的稳定性，最大限度的使晶粒的成长过程稳定。本发明的进料及循环液回流方式，及结晶釜内的搅拌器、导流筒、回流喇叭口及外循环系统的设置，可使结晶釜内物料混合的更加均匀，使晶粒成长更均匀，晶型规则，晶体大小基本一致，产品美观，产品品质更优。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是结晶单元的结构示意图。

图3是结晶釜的结构示意图。

图4是结晶釜与外循环设备的布局示意图。

图5是刮板式桨叶的结构示意图。

图6是防涡流挡板的结构示意图。

图7是固液分离单元的结构示意图。

1、进料管路，2、结晶单元，3、晶浆管路，4、固液分离单元，5、晶粒排出管路，6、母液管路；

21、结晶釜，22、外循环设备，23、循环泵，24、换热器；

210、循环液出口，211、热源出口，212、进料管，213、冷源出管，214、夹套冷源出口，215、液位计口，216、压力计口，217、顶部循环液回流管，218、温度计口，219、侧部循环液回流管，220、冷源入管，221、夹套冷源入口，222、热源入口；

101、导流筒，102、板式桨叶，103、搅拌轴，104、回流口端部，105、搅拌器，106、防涡流挡板，107、支撑，108、刮板式桨叶，109、通孔；

40、固液分离单元入口，41、晶粒出口，42、母液出口。

具体实施方式

实施例1：己内酰胺结晶集成系统

如图1所示，本发明的系统包括通过管道相连的若干结晶单元2和若干固液分离单元4。

结晶单元2用于己内酰胺溶液的结晶及养晶，设有一个或多个，当设有多个结晶单元时，分别称为第一级结晶单元、第二级结晶单元、……、第n级结晶单元。每个结晶单元均设有进料口和晶浆出口，上一级结晶单元的晶浆出口通过晶浆管路3与下一级结晶单元的进料口相连，或者通过晶浆管路3与设置在该结晶单元后的固液分离单元的进料口相连，第一级结晶单元的进料口与进料管路1相连。

如图1和图7所示，固液分离单元为一个或多个，当设有多个时，分别称为第一级固液分离单元、第二级固液分离单元、……、第m级结晶单元，用于将己内酰胺晶浆进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和母液。固液分离单元可分布在每一级结晶单元后，也可以间隔一个或多个结晶单元设置，但最后一级结晶单元后一定设置固液分离单元。固液分离单元的进料口通过晶浆管路与设置在其前的结晶单元的己内酰胺晶浆出口相连，固液分离单元的出料端设置晶粒排出管路5和母液管路6，前1~m-1个固液分离单元的母液管路与设置在该固液分离单元后的结晶单元的进料口相连，最后一级固液分离单元的母液管路与己内酰胺生产工艺中的蒸发蒸馏系统相连。

如图2所示，结晶单元包括结晶釜21和若干套外循环设备22。如图3所示，结晶釜21包括釜体以及设置在釜体内部的搅拌器105、导流筒101和防涡流挡板106。在釜体的外面设有夹套，在夹套的底部设有夹套冷源入口221，在夹套的上部设有夹套冷源出口214。在釜体的底部设有循环液出口210，便于己内酰胺溶液的排出。在釜体的顶部设有液位计口215、压力计口216和顶部循环液回流管217，顶部循环液回流管217延伸至釜体内，其端部104呈喇叭状，垂直或顺搅拌方向或逆搅拌方向出料，使回流的己内酰胺溶液与釜内的己内酰胺溶液混合的更加均匀，换热速度更快。在釜体的侧部设有上、中、下三个温度计口218。

搅拌器105为多级特种搅拌器105，以使釜内的物料混合的更加充分。搅拌器105包括搅拌轴103和若干搅拌桨叶，搅拌轴103轴向设置在釜体的中央，位于搅拌轴103最底部的搅拌桨叶为刮板式桨叶108，其它位置的搅拌桨叶为板式桨叶102。如图5所示，刮板式桨叶108的上缘为光滑的曲线型，可降低搅拌时的阻力，其下缘为直线型，且下缘与搅拌轴103呈90~105°夹角。在刮板式桨叶108上可设置通孔109，通孔109为圆形或方形（图5中A为方形通孔，B为圆形通孔），在搅拌过程中，可使粘壁晶粒分散均匀。

导流筒101设置在釜内中下部，套设在搅拌器105的外围，且位于刮板式桨叶108的上方。在搅拌过程中，可根据工艺要求控制釜体内部流体的流向。导流筒101的上缘与釜体的顶部之间有一定的高度空间，以确保己内酰胺溶液在结晶釜21内的停留时间。在导流筒101的一侧设有进料管212，进料管212向外延伸至釜体外，进料管212与导流筒101的筒体侧壁相切，使得己内酰胺溶液在连续不断的加入过程中，切向进入导流筒101内，从而快速分散、混合，减小反应釜内的温度变化。在进料管212对面的导流筒101侧壁上设有侧部循环液回流管219，侧部循环液回流管219向外延伸至釜体外，侧部循环液回流管219与导流筒101内侧壁相切，侧部循环液回流管与进料管为对向进料，且物料在导流筒内流向均顺着搅拌器的搅拌方向，使循环回流液与进料己内酰胺溶液尽快接触，充分混合，快速降低釜内温差。导流筒101为内换热式导流筒101，筒体的侧壁为中空，在导流筒101筒体的下部设有冷源入管220，在导流筒101筒体的上部设有冷源出管213，冷源入管220和冷源出管213均穿出釜体的侧壁。导流筒101的冷源与结晶釜21夹套的冷源分别设置，便于更好的控制釜内的温度。

防涡流挡板106设置在釜体的底部，位于搅拌器105的正下方，且其上板面与搅拌器105底部的刮板式桨叶108的下缘间隙不大于8mm，其下方通过支腿107与釜体的底部内壁相连。防涡流挡板106的板体为平板或圆锥形板体，其上板面与刮板式桨叶108的下缘配合，在搅拌过程中，刮板式桨叶108可及时刮除防涡流挡板106上的己内酰胺晶体，防止在挡板上形成晶粒。也可以将防涡流挡板106设置成中空的内换热式挡板，以更好的防止己内酰胺晶体在其板面上生长。具体的，不相邻的两条支腿107设为中空，并延伸至釜体外，作为热源的进出口，如图3和图6所示。

如图4所示，外循环设备具有多套，绕结晶釜21外周均匀布置。如图2所示，每套外循环设备均包括通过管道依次串接的循环泵23、流量控制器和若干换热器24。物料通过外循环设备上设置的换热器24进行多级换热，使降温速度更快，降温过程更平稳，可更好的维持己内酰胺结晶釜21内温度的稳定。循环泵23入口通过管道与结晶釜21底部的循环液出口210相连接，循环泵23出口通过设有流量控制器的管道与换热器24进口相连，换热器24出口与下一换热器进口相连，依次连接至最后一个换热器，最后一个换热器的物料出口通过回流管道与结晶釜21的顶部循环液回流管217和侧部循环液回流管219相连接，在该回流管道上设有己内酰胺晶浆出口，晶浆出口与晶浆管路3相连。

智能控制设备用于控制装置进料和排出物料的流速，控制进料和结晶釜21内物料的温差，控制外循环设备上的换热器冷媒与物料之间的温差、各换热器之间的温差，控制结晶釜21内的液位、压力、温度等工艺参数，实现结晶装置的智能化。

实施例2：己内酰胺结晶集成方法

采用实施例1所述的系统，结晶单元为4个，固液分离单元为2个，第一级固液分离单元设置在第二级结晶单元后，第二级固液分离单元设置在第四级结晶单元后。

本实施例具体包括以下工艺步骤：

（1）预处理和加料

向各级结晶单元的结晶釜夹套内、导流筒夹层内、外循环设备上的换热器内通入冷源，控制第一结晶单元结晶釜内物料的温度为32℃，向防涡流挡板的夹层内通入热源，控制防涡流挡板的温度为33℃，向结晶单元内加入温度为40℃的质量浓度为81.5%的己内酰胺溶液，启动搅拌器，同时打开上部和下侧部的循环液回流阀，启动循环泵，建立外循环；

物料在外循环设备上的流速控制为1m/s，防止换热器内物料结晶，堵塞设备及管道；

（2）一级降温结晶

控制第一级结晶单元结晶釜内搅拌器的搅拌转速为15rpm，己内酰胺溶液在第一级结晶单元内由于降温的作用，进行结晶，形成晶粒，晶粒开始慢慢成长形成己内酰胺晶浆，己内酰胺晶浆在第一级结晶单元的停留时间为60min；

（3）养晶（二级降温结晶）

开启与第一级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为16.5%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路直接送入第二级结晶单元，控制第二级结晶单元结晶釜内物料的温度为24℃，搅拌器的搅拌转速为15rpm，防涡流挡板上的温度为25℃，物料在第二级结晶单元的停留时间为60min，形成己内酰胺晶浆；

（4）一级固液分离

开启与第二级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为28.4%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第一级固液分离单元进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和第一级母液；

（5）继续养晶（三级降温结晶）

将步骤（4）中得到的第一级母液通过母液管路送入第三级结晶单元，控制第三级结晶单元结晶釜内物料的温度为16℃，搅拌器的搅拌转速为15rpm，防涡流挡板上的温度为17℃，停留时间60min，形成己内酰胺晶浆；

（6）继续养晶（四级降温结晶）

开启与第三级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为18.3%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路直接送入第四级结晶单元，控制第四级结晶单元结晶釜内物料的温度为8℃，搅拌器的搅拌转速为15rpm，防涡流挡板上的温度为9℃，停留时间60min，形成己内酰胺晶浆；

（7）二级固液分离

开启与第四级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为32.5%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第二级固液分离单元进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和第二级母液，将第二级母液送入原生产工艺的蒸发蒸馏系统；

（8）后处理

将各级固液分离单元排出的己内酰胺晶粒收集并进行干燥，得到固态的己内酰胺产品，产品质量符合GB/T13254-2017中的优等品指标。

上述过程中通过智能控制系统控制各级结晶单元的温差、物料流速，实现一键化自动控制，实现结晶系统的连续化、大型化；控制结晶单元内外循环设备上的换热器冷媒与物料之间的温差、各换热器之间的温差，控制结晶釜的进出料速率、液位、压力、温度。

实施例3：己内酰胺结晶集成方法

采用实施例1所述的系统，结晶单元为5个，固液分离单元为3个，第一级固液分离单元设置在第一级结晶单元后，第二级固液分离单元设置在第三级结晶单元后，第三级固液分离单元设置在第五级结晶单元后。

本实施例具体包括以下工艺步骤：

（1）预处理和加料

向各级结晶釜夹套内、导流筒夹层内、外循环设备上的换热器内通入冷源，控制第一结晶单元结晶釜内物料的温度为34℃，向防涡流挡板的夹层内通入热源，控制防涡流挡板的温度为36℃，向结晶单元内加入温度为40℃的质量浓度为94.8%的己内酰胺溶液，启动搅拌器，同时打开上部和下侧部的循环液回流阀，启动循环泵，建立外循环；

物料在外循环设备上的流速控制为2.5m/s，防止换热器内物料结晶，堵塞设备及管道；

（2）一级降温结晶

控制第一级结晶单元结晶釜内搅拌器的搅拌转速为20rpm，己内酰胺溶液在第一级结晶单元内由于降温的作用，进行结晶形成晶粒，晶粒开始慢慢成长形成己内酰胺晶浆，己内酰胺物料在第一级结晶单元的停留时间为50min；

（3）一级固液分离

开启与第一级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为24.8%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第一级固液分离单元进行固液分离，得到第一级母液和己内酰胺晶粒；

（4）养晶（二级降温结晶）

将步骤（3）中得到的第一级母液通过母液管路送入第二级结晶单元，控制第二级结晶单元结晶釜内物料的温度为28℃，搅拌器的搅拌转速为20rpm，防涡流挡板上的温度为30℃，停留时间50min，形成己内酰胺晶浆；

（5）继续养晶（三级降温结晶）

开启与第二级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为14.8%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路直接送入第三级结晶单元，控制第三级结晶单元结晶釜内物料的温度为22℃，搅拌器的搅拌转速为20rpm，防涡流挡板上的温度为24℃，物料停留时间50min，形成己内酰胺晶浆；

（6）二级固液分离

开启与第三级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为23.4%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第二级固液分离单元进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和第二级母液；

（7）继续养晶（四级降温结晶）

将步骤（6）中得到第二级母液通过母液管路送入第四级结晶单元，控制第四级结晶单元结晶釜内物料的温度为16℃，搅拌器的搅拌转速为20rpm，防涡流挡板上的温度为18℃，停留时间50min，形成己内酰胺晶浆；

（6）继续养晶（五级降温结晶）

开启与第四级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为16.8%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路直接送入第五级结晶单元，控制第五级结晶单元结晶釜内物料的温度为10℃，搅拌器的搅拌转速为20rpm，防涡流挡板上的温度为12℃，停留时间50min，形成己内酰胺晶浆；

（7）三级固液分离

开启与第五级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为26.1%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第三级固液分离单元进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和第三级母液，将第三级母液送入原生产工艺的蒸发蒸馏系统。

（8）后处理

将各级固液分离单元排出的己内酰胺晶粒收集，直接送入下游。

该方法可通过智能控制系统控制各级结晶单元的温差、物料流速，实现一键化自动控制，实现结晶系统的连续化、大型化；控制结晶单元内外循环设备上的换热器冷媒与物料之间的温差、各换热器之间的温差，控制结晶釜的进出料速率、液位、压力、温度。

实施例4：己内酰胺结晶集成方法

采用实施例1所述的系统，结晶单元为5个，固液分离单元为3个，第一级固液分离单元设置在第二级结晶单元后，第二级固液分离单元设置在第四级结晶单元后，第三级固液分离单元设置在第五级结晶单元后。

本实施例具体包括以下工艺步骤：

（1）预处理和加料

向各级结晶釜夹套内、导流筒夹层内、外循环设备上的换热器内通入冷源，控制第一结晶单元结晶釜内物料的温度为38℃，向防涡流挡板的夹层内通入热源，控制防涡流挡板的温度为41℃，向结晶单元内加入温度为48℃的质量浓度为93.6%的己内酰胺溶液，启动搅拌器，同时打开上部和下侧部的循环液回流阀，启动循环泵，建立外循环；

物料在外循环设备上的流速控制为2m/s，防止换热器内物料结晶，堵塞设备及管道；

（2）一级降温结晶

控制第一级结晶单元结晶釜内搅拌器的搅拌转速为25rpm，己内酰胺溶液在第一级结晶单元内由于降温的作用，进行结晶形成晶粒，晶粒开始慢慢成长形成己内酰胺晶浆，己内酰胺晶浆在第一级结晶单元的停留时间为55min；

（3）养晶（二级降温结晶）

开启与第一级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为16.5%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路直接送入第二级结晶单元，控制第二级结晶单元结晶釜内物料的温度为28℃，搅拌器的搅拌转速为25rpm，防涡流挡板上的温度为31℃，停留时间55min，形成己内酰胺晶浆；

（4）一级固液分离

开启与第一级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为24.6%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第一级固液分离单元进行固液分离，得到第一级母液和己内酰胺晶粒；

（5）养晶（三级降温结晶）

将步骤（4）中得到第一级母液通过母液管路送入第三级结晶单元，控制第三级结晶单元结晶釜内物料的温度为18℃，搅拌器的搅拌转速为20rpm，防涡流挡板上的温度为21℃，停留时间55min，形成己内酰胺晶浆；

（6）继续养晶（四级降温结晶）

开启与第三级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为15.2%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路直接送入第四级结晶单元，控制第四级结晶单元结晶釜内物料的温度为8℃，搅拌器的搅拌转速为25rpm，防涡流挡板上的温度为11℃，停留时间55min，形成己内酰胺晶浆；

（7）二级固液分离

开启与第四级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为22.2%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第二级固液分离单元进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和第二级母液；

（8）继续养晶（五级降温结晶）

将步骤（7）中得到第二级母液通过母液管路送入第五级结晶单元，控制第五级结晶单元结晶釜内物料的温度为0℃，搅拌器的搅拌转速为25rpm，防涡流挡板上的温度为3℃，停留时间55min，形成己内酰胺晶浆；

（9）三级固液分离

开启与第五级结晶单元相连的晶浆管路上的阀门，检测己内酰胺晶浆中晶体的浓度为24.3%，将己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入第三级固液分离单元进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和第三级母液，将第三级母液送入原生产工艺的蒸发蒸馏系统。

（10）后处理

收集各级固液分离单元排出的己内酰胺晶粒，直接送入下游。

该方法可通过智能控制系统控制各级结晶单元的温差、物料流速，实现一键化自动控制，实现结晶系统的连续化、大型化；控制结晶单元内外循环设备上的换热器冷媒与物料之间的温差、各换热器之间的温差，控制结晶釜的进出料速率、液位、压力、温度。

Claims (10)

1.一种己内酰胺结晶集成系统，其特征是，包括有：

N级顺次设置的结晶单元，用于己内酰胺溶液的结晶及养晶，以及

M级顺次设置的固液分离单元，用于将己内酰胺晶浆进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和己内酰胺母液；

N≥1，M≥1，两者均为整数，且N≥M；

第1~N-1级结晶单元的晶浆出口分别通过晶浆管道与其下一级结晶单元的进料口相连，或者通过晶浆管道与设置在其后的固液分离单元的进料口相连；第1~M-1级固液分离单元的母液出口分别通过母液管道与设置在该级固液分离单元后的结晶单元的进料口相连；

第N级结晶单元的晶浆出口通过晶浆管道与第M级固液分离单元的进料口相连；

所述结晶单元包括结晶釜和外循环设备；所述结晶釜包括釜体、轴向设置在釜体中部的搅拌器、设置在釜体中下部且套设在搅拌器外围的导流筒和设置在搅拌器下方的防涡流挡板，所述导流筒为换热式导流筒，所述防涡流挡板为换热式挡板，在所述釜体外设有夹套；所述外循环设备包括由管道顺次串接的循环泵和若干换热器，所述循环泵的进料端通过管道与釜体的循环液出口相连，最后一个换热器的出料端通过回流管与釜体的循环液回流口相连，在所述回流管上设有晶浆出口。

2.根据权利要求1所述的己内酰胺结晶集成系统，其特征是，所述搅拌器包括轴向设置在釜体内部中央的搅拌轴以及设置在搅拌轴上的若干搅拌桨叶，位于搅拌轴底端的搅拌桨叶为刮板式桨叶，所述刮板式桨叶的上缘为曲线型，所述刮板式桨叶的下缘为直线型，且该下缘与搅拌轴呈90~105°夹角，在所述刮板式桨叶上开设有通孔，所述通孔为圆形或方形。

3.根据权利要求1所述的己内酰胺结晶集成系统，其特征是，在所述导流筒的侧壁上设有进料管，进料管的一端与导流筒的内部相通，另一端穿出釜体的侧壁，所述进料管与导流筒的侧壁相切；在与进料管相对的导流筒侧壁上设有侧部循环液回流管，侧部循环液回流管的一端与导流筒的内部相通，另一端穿出釜体的侧壁，所述侧部循环液回流管与导流筒的侧壁相切；

所述导流筒为中空换热式导流筒，在导流筒的底部筒体上设有冷源入管，在导流筒的顶部筒体上设有冷源出管，冷源入管和冷源出管均穿出釜体的侧壁。

4.根据权利要求1所述的己内酰胺结晶集成系统，其特征是，所述防涡流挡板通过若干支腿连接在釜体底部内壁上，所述防涡流挡板的上板面与刮板式桨叶的下缘配合，且两者间隙不大于8mm；所述防涡流挡板为中空换热式挡板，所述支腿中的两根为中空支腿，且该两根中空支腿均延伸至釜体外，一条作为热源的进口，另一条作为热源的出口。

5.根据权利要求1所述的己内酰胺结晶集成系统，其特征是，在所述釜体的顶部设有液位计口、压力计口和顶部循环液回流管，所述顶部循环液回流管延伸至釜体内，其底端呈喇叭状，在所述釜体的侧部设有温度计口；在所述夹套的底部套体上设有夹套冷源入口，在所述夹套的顶部套体上设有夹套冷源出口。

6.根据权利要求1所述的己内酰胺结晶集成系统，其特征是，还包括用以控制物料流速、温度、液位和压力的智能控制设备；所述外循环设备还包括流量控制器。

7.一种己内酰胺结晶方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）预处理及加料

设置权利要求1所述的己内酰胺结晶集成系统，向各级结晶单元的结晶釜夹套内、导流筒夹层内、外循环设备上的换热器内分别通入冷源，控制第一级结晶单元的温度为比进料温度低5～15℃，向防涡流挡板的夹层内通入热源，控制防涡流挡板的温度比结晶单元的温度高1～5℃，向第一级结晶单元的结晶釜内加入质量浓度为80～95%的己内酰胺溶液，启动搅拌器、循环泵，同时打开回流管上的回流阀，建立外循环；所述物料在各结晶单元的外循环设备中的流速控制为0.2～3m/s；

（2）降温结晶

控制第一级结晶单元结晶釜内搅拌器的搅拌转速为15～80rpm，己内酰胺溶液在第一级结晶单元内降温结晶，形成晶粒，继而生长形成己内酰胺晶浆，己内酰胺晶浆在第一级结晶单元的停留时间为20～60min；

当己内酰胺晶浆中晶体的浓度不大于设定值时，直接进入第二级结晶单元进行养晶，控制第二级结晶单元的温度比第一级结晶单元温度低5~15℃，物料在第二级结晶单元内的停留时间为20～60min；若己内酰胺晶浆的浓度仍不大于设定值，则进入下一级结晶单元继续养晶，下一级结晶单元的温度比上一级结晶单元温度低5~15℃，直至该结晶单元的晶浆出口处晶体浓度大于设定值；

当己内酰胺晶浆中晶体的浓度大于设定值时，己内酰胺晶浆通过晶浆管路送入固液分离单元；

所述设定值为10~40%中的某一值；

（3）固液分离

将步骤（2）中得到的符合浓度要求的己内酰胺晶浆进行固液分离，得到己内酰胺晶粒和母液。

8.根据权利要求7所述的己内酰胺结晶方法，其特征是，还包括以下步骤：

（4）后处理

将固液分离单元排出的己内酰胺晶粒收集后进行干燥，得固态的己内酰胺产品；

或者将固液分离单元排出的己内酰胺晶粒收集后，直接送入下游工艺中；

所得母液送入该固液分离单元后的结晶单元继续降温结晶，或者送回原生产工艺。

9.根据权利要求7所述的己内酰胺结晶方法，其特征是，所述步骤（2）中设定值为20~35%之间的某一值。

10.根据权利要求7所述的己内酰胺结晶方法，其特征是，所述步骤（3）中，当所得母液中己内酰胺的浓度大于0℃下己内酰胺的溶解度时，将该母液送入该固液分离单元后的结晶单元继续降温结晶；当所得母液中己内酰胺的浓度不大于0℃下己内酰胺的溶解度时，将该母液送入原生产工艺的蒸发蒸馏系统。

Images