CN117244512A - 一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法 - Google Patents

一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117244512A
CN117244512A CN202210657759.1A CN202210657759A CN117244512A CN 117244512 A CN117244512 A CN 117244512A CN 202210657759 A CN202210657759 A CN 202210657759A CN 117244512 A CN117244512 A CN 117244512A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactor
falling film
melt
polycaprolactam
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210657759.1A
Other languages
English (en)
Inventor
陈文兴
吕汪洋
王勇军
陈世昌
张先明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Yuejian Material Technology Co ltd
Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Original Assignee
Shanghai Yuejian Material Technology Co ltd
Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Yuejian Material Technology Co ltd, Zhejiang Sci Tech University ZSTU filed Critical Shanghai Yuejian Material Technology Co ltd
Priority to CN202210657759.1A priority Critical patent/CN117244512A/zh
Publication of CN117244512A publication Critical patent/CN117244512A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/242—Tubular reactors in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0011—Heating features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0082—Regulation; Control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033—Other features
    • B01D5/0054—General arrangements, e.g. flow sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0057—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes
    • B01D5/006—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes with evaporation or distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0078—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation characterised by auxiliary systems or arrangements
    • B01D5/009—Collecting, removing and/or treatment of the condensate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/008—Feed or outlet control devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/08—Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/14—Lactams
    • C08G69/16—Preparatory processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2204/00—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
    • B01J2204/005—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices the outlet side being of particular interest
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2204/00—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
    • B01J2204/007—Aspects relating to the heat-exchange of the feed or outlet devices

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法。该生产系统包括：VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。该方法将己内酰胺、水、分子量调节剂等混合物连续注入VK管中进行水解开环聚合反应，制备聚己内酰胺基础熔体；然后通过管外降膜脱挥反应器高效脱除基础熔体中的单体和低聚物，同时对熔体进行增黏；通过综合调节各原料组分比例和VK管反应器的工艺参数以及设计管外降膜脱挥反应器的相关参数和反应条件，得到热水可萃取物含量小于1.5wt％的聚己内酰胺熔体，最后进行切粒烘干获得高品质聚己内酰胺切片。相较于传统聚己内酰胺热水萃取工艺，大大简化工艺流程，节省大量时间，显著降低生产能耗。

Description

一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法
技术领域
本发明涉及聚酰胺材料领域，尤其涉及一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法。
背景技术
目前，国内外聚己内酰胺工业生产的主要路线是通过己内酰胺聚合得到聚己内酰胺切片，然后通过螺杆熔融再加工成锦纶纤维、工程塑料、薄膜等产品。通常民用纤维级聚己内酰胺切片的相对黏度为2.4～2.8，工业丝级切片相对黏度为3.2～3.8，工程塑料级切片相对黏度一般为2.0～3.2，薄膜级切片相对黏度一般为2.8～4.0。因此，为了开发适用于不同应用领域的聚己内酰胺，通常需要严格控制其相对黏度大小。此外，也可引入其他单体通过共聚开发不同用途的聚己内酰胺共聚物切片，或通过引入功能添加剂制备功能性聚己内酰胺切片，开发出不同应用性能的纤维、塑料、薄膜和管材等产品。
尽管聚己内酰胺因其不同相对黏度、共聚情况及功能改性等应用于不同领域，但目前绝大多数仍采用VK管反应器通过水解开环聚合进行生产。现有VK管反应器可分为一段式反应器和两段式反应器。其中，一段式反应器可在同一反应器内进行预聚合和终缩聚。两段式反应器则是在高压下经第一反应器实现预聚合，进一步在环境压力或真空条件下经第二反应器进行终缩聚以达到所需相对黏度。无论是在一段式反应器还是两段式反应器内，己内酰胺水解开环聚合过程均是可逆反应，聚合达到平衡时己内酰胺转化率只有90％左右，聚合物中会残留10％左右的己内酰胺单体和低聚物，它们的存在会对聚合物的后加工产生严重影响，无论是纤维还是工程塑料、薄膜等应用均需对己内酰胺单体和低聚物进行有效脱除。目前工业上普遍采用热水萃取工艺降低聚己内酰胺中单体和低聚物含量，包含热水萃取等过程，存在工艺流程长、产品耗能高、设备投资大等缺陷，且萃取阶段的耗时是整个聚合阶段的两倍以上，生产效率较低。
发明内容
为了解决VK管反应器制备聚己内酰胺熔体中己内酰胺单体和低聚物含量高且难以有效脱除的技术问题，本发明提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法。通过对聚己内酰胺生产工艺流程进行重新设计，将VK管反应器和管外降膜脱挥反应器有效衔接，并设计总控单元调整和匹配各部分工艺参数，对生产系统进行实时优化控制，省去热水萃取等过程，熔体可直接切粒或与添加组分均匀混合后进行切粒，经烘干可获得热水可萃取物含量小于1.5wt％的高品质聚己内酰胺切片。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下具体技术方案：
一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其特征在于，包括：VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。其工作原理为：VK管反应器用于制备聚己内酰胺基础熔体，基础熔体的相对黏度为1.6～3.8；管外降膜脱挥反应器通过熔体管道与VK管反应器连接，用于脱除所述基础熔体中的己内酰胺单体和低聚物，并实现对聚己内酰胺的增黏，制备高品质聚己内酰胺熔体；切粒系统可对管外降膜脱挥反应器脱挥得到的高品质聚己内酰胺熔体进行切粒，经烘干得到热水可萃取物含量小于 1.5wt％、相对黏度达到1.8～4.5的高品质聚己内酰胺切片；冷凝系统包括冷凝装置和收集装置，冷凝装置与管外降膜脱挥反应器相连接，使抽提出的蒸汽凝结至收集装置中；真空系统与冷凝系统中冷凝装置连接，提供真空动力；总控单元用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
如上所述的VK管反应器为一段式反应器或两段式反应器，反应器均设有进料口和出料口。
所述管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器，反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装搅拌器，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面，使用的降膜管的直径或最大外接圆直径为5～100mm，管长为3～20m，降膜管内有热煤流动通路，用于精确控制反应温度。
所述管外降膜脱挥反应器使用的降膜管优选波节管或星形管，使用的降膜管为星形管时，优选3～12角星形管。所述波节管为沿轴向有直径大小变化，而在外形上呈大直径管节和小直径管节交替平滑过渡连续的管，各管节在轴向上可以是直线管段或弧形管段。所述星形管是指横截面呈多边形的管，所述多边形的边可以是平面边或弧形边。
所述管外降膜脱挥反应器出气口是1个、2个或更多个，出气口可对称分布或分布在一侧，主要根据具体挥发组分的含量对真空抽气口的数量及位置进行设置，出气口与冷凝系统相连。
所述冷凝系统包括冷凝装置和收集装置。
所述冷凝装置是1级、2级或更多级串联或并联的冷凝器的组合，每一级冷凝装置下端均设有凝结液出口与收集装置相连；管外降膜脱挥反应器中抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽自冷凝装置进气口进入进行热交换，单体和低聚物蒸汽凝结至收集装置中。
所述冷凝装置中冷凝器可以是喷淋式冷凝器、隔板式冷凝器、列管式冷凝器、充填式冷凝器、表面式冷凝器、喷射式冷凝器中的一种或多种，也可以是现有技术中用于此目的的所有已知设备。
所述真空系统是泵前增设缓冲罐的旋片式真空泵、蒸汽喷射泵、液环式真空泵、罗茨真空泵、往复式真空泵、螺杆真空泵中的一种或多种串联或并联组合。
所述管外降膜脱挥反应器脱挥得到的高品质聚己内酰胺熔体经熔体管道输送至切粒装置进行切粒前，可在熔体管道上安装在线添加装置或者将熔体管道直接接入螺杆挤出机，通过在线添加装置或者螺杆挤出机在高品质聚己内酰胺熔体中均匀混合添加组分。
在使用上述技术方案所述生产系统的基础上，本发明还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将基础组分己内酰胺、水、分子量调节剂与添加组分按比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，通过水解开环聚合制备相对黏度为1.6～3.8的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将所述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部，经布膜器分配后在降膜管外进行降膜反应，降膜管内热媒流动以精确控制温度，制得高品质聚己内酰胺熔体；
(3)经管外降膜脱挥反应器制得的高品质聚己内酰胺熔体，可直接进行切粒，或在熔体管道上安装在线添加装置或者将熔体管道直接接入螺杆挤出机，加入添加组分均匀混合后再进行切粒，烘干得到热水可萃取物小于1.5wt％、相对黏度达到1.8～4.5的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.2～1.2。
如上所述一种高品质聚己内酰胺的生产方法，其特征在于所述生产方法还包括：从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽在冷凝装置中进行热交换，单体和低聚物凝结至收集装置，获得的凝结液可直接作为基础组分回用或经蒸发浓缩与/或裂解后作为基础组分回用，替代基础组分中部分己内酰胺原料。用于蒸发浓缩的设备可以是现有技术中用于此目的的所有已知设备，优选三效多级蒸发器；用于裂解的设备可以是现有技术中用于此目的的所有已知设备。
根据生产需要，如上所述一种高品质聚己内酰胺的生产方法，步骤(1)中，基础组分中的己内酰胺可以是新鲜己内酰胺原料，也可以是包含新鲜己内酰胺和全部/部分回用己内酰胺单体或低聚物的己内酰胺混合物，还可以是包含新鲜己内酰胺和全部/部分回用己内酰胺单体或低聚物裂解产物的己内酰胺混合物。
如上所述的方法，步骤(1)中，所述基础组分中水的含量是己内酰胺的0.2～5wt％，分子量调节剂的含量是己内酰胺的1.5wt％以下；所述分子量调节剂是有机单元酸、有机二元酸、单元胺、二元胺中的一种或多种的组合。所述有机单元酸为脂肪族 H(CH2)nCOOH，其中，n＝1-10；或芳香族，为苯甲酸或萘甲酸。所述单元胺为脂肪族 H(CH2)m NH2，其中，m＝1-10；或芳香族，为苯胺。所述有机二元酸为脂肪族二元酸 HOOC(CH2)XCOOH，其中x＝1-20；或芳香族二元酸，为对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸或萘二甲酸；所述二元胺为脂肪族二元胺H2N(CH2)yNH2，其中，y＝1-10；或芳香族二元胺，为对苯二胺、萘二胺、间苯二胺、邻苯二胺或二甲苯二胺。
如上所述的方法，步骤(1)中，所述添加组分为消光剂、抗氧剂、防紫外剂中的一种或多种时，相对于基础组分中的己内酰胺，添加组分的添加量为不大于5wt％；其中，消光剂是二氧化钛、硅藻土、二氧化硅中的一种或多种；抗氧化剂是酚类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、半受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、四甲基哌啶胺类抗氧剂、苯并呋喃酮类抗氧剂、羟胺类抗氧剂、叔胺氮氧化物类抗氧剂、双酚单丙烯酸酯类抗氧剂、双亚水杨基二胺类抗氧剂、硫代丙酸酯抗氧剂中的一种或多种；防紫外剂是氧化锌、水杨酸酯类紫外线吸收剂、苯酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂、受阻胺类紫外线吸收剂中的一种或多种。
如上所述的方法，步骤(1)中，所述添加组分为共聚单体时，相对于基础组分中的己内酰胺，添加组分的添加量为不大于40wt％；共聚单体是聚二元醇、芳香族聚酰胺、聚醚、己二酸己二胺盐、癸二酸己二胺盐、己二酸戊二胺盐、癸二酸戊二胺盐、癸二酸癸二胺盐、ω-氨基十一酸、ω-氨基十二酸、ω-十二碳内酰胺、十二碳二酸己二胺盐、十二碳二酸戊二胺盐、对苯二甲酸己二胺盐、对苯二甲酸戊二胺盐中的一种或多种。
如上所述的方法，步骤(3)中，所述添加组分为着色剂、阻燃剂、增强体、分散剂中的一种或多种，相对于基础组分中的己内酰胺，添加组分的添加量不大于40wt％；其中，着色剂是炭黑、酞菁系颜料、喹吖啶酮系颜料、三芳甲烷系颜料、苯并咪唑酮类颜料、偶氮颜料、二恶嗪、异吲哚啉酮、蒽醌、茈酮中的一种或多种；阻燃剂是磷系阻燃剂、磷氮系阻燃剂、氮系阻燃剂、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系阻燃剂、硼酸锌、多磷酸铵的一种或多种；增强体是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种；分散剂是硅烷偶联剂、N-丁基对甲苯磺酰胺、N-环已基对甲苯磺酰胺、间苯二甲酸-5-磺酸钠中的一种或多种，也可以是市面上其他能改进添加剂与聚己内酰胺界面作用的分散剂。
如上所述的方法，步骤(1)中，所述VK管反应器为一段式反应器时，反应温度为220～280℃，反应绝对压力为0.05～0.8MPa，反应至聚己内酰胺基础熔体相对黏度为 1.6～3.4。
如上所述的方法，步骤(1)中，所述VK管反应器为两段式反应器时，前聚合反应器反应温度为220～280℃，反应绝对压力为0.05～1.0MPa，后聚合反应器反应温度为 235～280℃，反应绝对压力为0.02～0.4MPa，反应至聚己内酰胺基础熔体相对黏度为 1.8～3.8。
如上所述的方法，步骤(2)中，所述管外降膜脱挥反应器的反应温度为240～280℃，反应绝对压力为20～500Pa。
所述冷凝装置中冷凝器的温度设置为5～120℃。
本发明将VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统与真空系统依次连接，通过设计总控单元调整和匹配各部分工艺参数，对生产系统进行实时优化控制，可实现高效脱除VK管反应器制得基础熔体中的单体和低聚物，并对基础熔体进行增黏，能获得高品质聚己内酰胺熔体，该熔体可直接切粒获得热水可萃取物含量小于1.5wt％的高品质聚己内酰胺切片。在本发明中，VK管反应器中分子量调节剂含量越少，输送至管外降膜脱挥反应器的熔体增黏潜力越大，更易制备得到相对黏度更高的熔体；VK管反应器中聚合反应温度越高(大于280℃)，单体和低聚物的含量就越多，对管外降膜脱挥反应器中单体和低聚物的脱挥难度就越大；管外降膜脱挥反应器的真空度越高(即反应绝对压力越小)，己内酰胺单体和低聚物脱挥效果越好，真空度太低(大于500Pa)或降膜管太短(小于2m)，己内酰胺单体与低聚物的脱除效果变差，会导致最终熔体中热水可萃取物含量过高，会影响聚己内酰胺熔体质量。此外，管外降膜脱挥反应器的反应温度过高(大于280℃)会导致副反应发生，使熔体品质下降。因此，需要综合调节各原料组分比例，尤其是分子量调节剂的添加量，控制VK管反应器中聚合反应温度，以及设计管外降膜脱挥反应器的相关参数和反应条件来实现高效脱除VK管反应器制得基础熔体中的单体和低聚物，同时利用管外降膜脱挥反应器的增黏规律，有效控制聚己内酰胺熔体的相对黏度在所需范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明设计的聚己内酰胺生产系统及方法是通过管外降膜脱挥反应器、冷凝系统联用对VK管反应器制备的聚己内酰胺基础熔体中约10wt％的高含量己内酰胺单体和低聚物进行有效脱除，其关键是：具有较高沸点的难脱挥环状低聚物尤其是环状二聚体能在己内酰胺等低沸点物质共存下从管外降膜形成的熔体薄膜中高效共沸脱除，最终可获得热水可萃取物小于1.5wt％且相对黏度稳定的高品质聚己内酰胺熔体，并维持降膜过程和后续生产聚己内酰胺切片的生产稳定性和连续性。
(2)本发明优选使用的波节管或3～12角星形降膜管具有独特的降膜导流结构和高效成膜特性，可防止聚己内酰胺熔体管外降膜出现不连续或厚薄不均匀等现象，可持续高效脱除聚己内酰胺熔体中的己内酰胺单体和低聚物，显著提升管外降膜脱挥后聚己内酰胺熔体的产品质量，满足高品质聚己内酰胺切片的生产需求。
(3)本发明能利用聚己内酰胺基础熔体中脱除的高含量己内酰胺充分润湿抽提管道及冷凝系统，并在高温下充分发挥己内酰胺较好溶解己内酰胺低聚体的特性，防止汽化后的低聚物分子在固体壁面析出并富集，从而延长管外降膜脱挥反应器、冷凝系统和抽提管道的清理周期。
(4)本发明中通过冷凝系统中冷凝器与管外降膜脱挥反应器中抽提出的混合蒸汽进行热交换，蒸汽凝结至收集装置中，收集得到含己内酰胺单体和低聚物的凝结液，可直接作为基础组分回用或经蒸发浓缩与/或裂解后作为基础组分回用，实现单体和低聚物的高效回用。
(5)本发明设计的生产系统及方法相较于传统热水萃取工艺节省了大量的时间，通过优化管外降膜脱挥反应器的反应温度和压力，能在更短时间即可有效脱除基础熔体中的单体和低聚物，高效制备相对黏度为1.8～4.5、热水可萃取物小于1.5wt％的高品质聚己内酰胺切片。本发明能在一个较广的范围内，根据需要生产不同目标黏度范围的聚己内酰胺，使本发明能够应用于不同领域，所制备的高品质聚己内酰胺熔体可直接进行切粒或与添加组分均匀混合后进行切粒，经烘干可得到高品质聚己内酰胺切片，并可加工成锦纶民用纤维、工业丝、工程塑料、薄膜等产品，相较于传统热水萃取工艺，省略了热水萃取等过程，大大简化了工艺流程，显著降低了生产能耗，有效解决生产成本高、投资大等问题。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明中一段式VK管反应器与管外降膜脱挥反应器的连接示意图；
图3为本发明中两段式VK管反应器与管外降膜脱挥反应器的连接示意图；
图4为本发明中管外降膜脱挥反应器与冷凝系统的连接示意图；
图5为本发明中管外降膜脱挥反应器与切粒系统的连接示意图；
图6为本发明中管外降膜脱挥反应器使用降膜管的示意图；
附图标记为：
VK管反应器：
一段式VK管反应器1、进料口2、出料口3；
两段式VK管反应器：前聚反应器4、后聚反应器5、前聚反应器进料口6、后聚反应器出料口7；
管外降膜脱挥反应器：立式管外降膜脱挥反应器8、进料口9、出料口10、熔体腔11、布膜器12、降膜管13、热媒进口14、热媒出口15、搅拌器16、出气口17，齿轮泵18；
冷凝装置：冷凝器19、进气口20、出气口21、凝结液出口22；
收集装置：收集罐23、进料口24；
真空系统：缓冲罐25、真空泵组26；
切粒系统：切粒装置27。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
在本发明中，聚己内酰胺相对黏度和热水可萃取物含量的数据均依据国家标准GB/T 38138-2019测试获得，所用聚己内酰胺的测试样品为VK管反应器或管外降膜反应器制备的聚己内酰胺熔体经冷却切粒后的样品，或是管外降膜反应器制备的聚己内酰胺熔体与添加组分均匀混合后进行切粒的样品。
实施例1
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为一段式反应器1，设有1个进料口2和1个出料口3；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口 9与一段式VK管反应器1的出料口3相连，如图2所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4所示；冷凝系统包括2个冷凝器19的串联组合以及1 个收集装置23，冷凝器19均设有1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口 22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为螺杆真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5 所示；总控单元用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，最大外接圆直径为50mm，管长为10m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、对苯二甲酸按100：2：0.4比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，设置一段式VK管反应器反应绝对压力为0.1MPa的常压聚合，反应器上部分反应温度为245℃，反应器中部分反应温度为260℃，反应器下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.18的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为265℃，反应绝对压力为50Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)经管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体进行切粒，烘干后获得相对黏度为2.47、热水可萃取物含量为0.88wt％的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.29；
在本实施例中，设置冷凝器的温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
实施例2
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为两段式反应器，包括前聚合反应器4与后聚合反应器5，分别设有1个进料口 6和1个出料口7；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、 1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与两段式VK管反应器中后聚合反应器的出料口7相连，如图3所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4 所示；冷凝系统包括3个冷凝器19的串联组合和3个收集装置23，冷凝器19均设有1 个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，第一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，最后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为液环真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配VK 管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，最大外接圆直径为60mm，管长为10m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、对苯二甲酸、抗氧化剂N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二甲酰胺(SEED)按100：2： 0.5：0.3比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器中的前聚合反应器，设置前聚合反应器反应绝对压力为0.3MPa，上部分反应温度为260℃，下部分反应温度为270℃，设置后聚合反应器反应绝对压力为0.06MPa，上部分反应温度为270℃，下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为1.83的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为260℃，反应绝对压力为60Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为2.03、热水可萃取物含量为0.97wt％的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.20；
设置冷凝器的温度为80℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
实施例3
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为一段式反应器1，设有1个进料口2和1个出料口3；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口 9与一段式VK管反应器的出料口3相连，如图2所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4所示；冷凝系统包括4个冷凝器19的串联组合和2个收集装置23，冷凝器19均设有1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，最后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为螺杆真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为波节管，最大外接圆直径为40mm，管长为12m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、苯甲酸按100：2：0.58比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，设置一段式VK管反应器反应绝对压力为0.1MPa的常压聚合，反应器上部分反应温度为255℃，反应器中部分反应温度为270℃，反应器下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.45的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为260℃，反应绝对压力为50Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为2.82、热水可萃取物含量为0.92wt％的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.37；
设置冷凝器温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
实施例4
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为一段式反应器1，设有1个进料口2和1个出料口3；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口 9与一段式VK管反应器的出料口3相连，如图2所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4所示；冷凝系统包括4个冷凝器19的串联组合和2个收集装置23，冷凝器19均设有1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，最后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为螺杆真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器脱挥得到的高品质聚己内酰胺熔体经熔体管道输送至切粒装置进行切粒前，将熔体管道直接接入螺杆挤出机，加入添加组分均匀混合后再与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，最大外接圆直径为40mm，管长为12m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、苯甲酸按100：2：0.55比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，设置一段式VK管反应器反应绝对压力为0.1MPa的常压聚合，反应器上部分反应温度为255℃，反应器中部分反应温度为270℃，反应器下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.44的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为260℃，反应绝对压力为50Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)经管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体，通过熔体管道直接接入螺杆挤出机，加入玻璃纤维均匀混合后再进行切粒，其中玻璃纤维的添加量为聚己内酰胺的30wt％，分散剂的添加量为聚己内酰胺的3wt％，最后烘干得到相对黏度为2.80、热水可萃取物含量为1.15wt％的高品质玻璃纤维增强聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.36。
设置冷凝器温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
实施例5
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为两段式反应器，包括前聚合反应器4与后聚合反应器5，分别设有1个进料口 6和1个出料口7；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、 1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与两段式VK管反应器中后聚合反应器的出料口7相连，如图3所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4 所示；冷凝系统包括2个冷凝器19的串联组合以及2个收集装置23，冷凝器19均设有 1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为液环真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，最大外接圆直径为60mm，管长为10m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、苯甲酸、抗氧化剂SEED按100：2：0.26：0.5比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器中的前聚合反应器，设置前聚合反应器反应绝对压力为0.3MPa，上部分反应温度为260℃，下部分反应温度为270℃，设置后聚合反应器反应绝对压力为0.06MPa，上部分反应温度为270℃，下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.88 的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为265℃，反应绝对压力为40Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为3.62、热水可萃取物含量为0.83wt％的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.74；
设置冷凝器的温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
实施例6
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为两段式反应器，包括前聚合反应器4与后聚合反应器5，分别设有1个进料口 6和1个出料口7；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、 1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与两段式VK管反应器中后聚合反应器的出料口7相连，如图3所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4 所示；冷凝系统包括2个冷凝器19的串联组合以及1个收集装置23，冷凝器19均设有 1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为水蒸汽喷射泵和水环真空泵的4级串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配 VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为6角星形管，最大外接圆直径为40mm，管长为12m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、对苯二甲酸、消光剂二氧化钛按100：2：0.17：0.27比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器中的前聚合反应器，设置前聚合反应器反应绝对压力为0.3MPa，上部分反应温度为 265℃，下部分反应温度为275℃，设置后聚合反应器反应绝对压力为0.06MPa，上部分反应温度为275℃，下部分反应温度为255℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为3.28的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为265℃，反应绝对压力为50Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为3.95、热水可萃取物含量为1.08wt％的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.67；
设置冷凝器的温度为72℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
实施例7
本实施例提供了一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK 管反应器为两段式反应器，包括前聚合反应器4与后聚合反应器5，分别设有1个进料口 6和1个出料口7；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、 1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与两段式VK管反应器中后聚合反应器的出料口7相连，如图3所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4 所示；冷凝系统包括3个冷凝器19的串联组合和3个收集装置23，冷凝器19均设有1 个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，第一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，最后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为水蒸汽喷射泵和水环真空泵的3级串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为波节管，最大外接圆直径为70mm，管长为12m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜己内酰胺、水、对苯二甲酸按100：2：0.12比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器中的前聚合反应器，设置前聚合反应器反应绝对压力为0.3MPa，上部分反应温度为255℃，下部分反应温度为270℃，设置后聚合反应器反应绝对压力为 0.06MPa，上部分反应温度为270℃，下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为3.57的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为260℃，反应绝对压力为60Pa，制备得到高品质聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为4.38、热水可萃取物含量为1.22wt％的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.81；
设置冷凝器的温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中。
对比例1
本实施例与实施例1采用相同的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK管反应器为一段式反应器1，设有1个进料口2和1个出料口3；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与一段式 VK管反应器的出料口3相连，如图2所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4所示；冷凝系统包括2个冷凝器19的串联组合以及1个收集装置23，均设有1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为螺杆真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配 VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，不同之处在于，最大外接圆直径为120mm，管长为2m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、对苯二甲酸按100：2：0.4比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，设置一段式VK管反应器反应绝对压力为0.1MPa的常压聚合，反应器上部分反应温度为245℃，反应器中部分反应温度为260℃，反应器下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.18的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为265℃，反应绝对压力为50Pa，制备得到聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为2.27、热水可萃取物含量为2.56wt％的聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.09；
设置冷凝器的温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
对比例2
本实施例与实施例1采用相同的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK管反应器为一段式反应器1，设有1个进料口2和1个出料口3；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与一段式 VK管反应器的出料口3相连，如图2所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4所示；冷凝系统包括2个冷凝器19的串联组合以及1个收集装置23，均设有1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为螺杆真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配 VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，最大外接圆直径为50mm，管长为10m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、对苯二甲酸按100：2：0.4比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，设置一段式VK管反应器反应绝对压力为0.1MPa的常压聚合，反应器上部分反应温度为245℃，反应器中部分反应温度为260℃，反应器下部分反应温度为245℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.17的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，不同之处在于，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为245℃，反应绝对压力为1500Pa，制备得到聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为2.20、热水可萃取物含量为3.65wt％的聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.03；
不同之处在于，设置冷凝器的温度为125℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
对比例3
本实施例与实施例1采用相同的生产系统，其工艺流程如图1所示，包括VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统、总控单元。VK管反应器为一段式反应器1，设有1个进料口2和1个出料口3；管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器8，设有1个进料口9、1个出料口10和1个出气口17，降膜管内设置热媒流动以精确控制温度，热媒自热媒进口14进入、自热媒出口15流出，进料口9与一段式 VK管反应器的出料口3相连，如图2所示；管外降膜脱挥反应器8后依次连接冷凝系统和真空系统，如图4所示；冷凝系统包括2个冷凝器19的串联组合以及1个收集装置23，均设有1个进气口20、1个出气口21和1个下端凝结液出口22，下端凝结液出口22均与收集装置23的进料口24相连，前一级冷凝器进气口与管外降膜脱挥反应器出气口相连，出气口与后一级冷凝器的进气口相连，后一级冷凝器的出气口与真空系统相连；真空系统为螺杆真空泵和罗茨真空泵的串联组合，真空泵26前设有缓冲罐25；管外降膜脱挥反应器出料口10通过熔体管道与切粒装置27相连，如图5所示；总控单元用于调整和匹配 VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
管外降膜脱挥反应器使用的降膜管13为3角星形管，最大外接圆直径为50mm，管长为10m；管外降膜脱挥反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装螺带式搅拌器16，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面；熔体管道均设置齿轮泵18用于输送物料。
使用上述技术方案所述生产系统，本实施例还提供了一种高品质聚己内酰胺的生产方法，包括以下步骤：
(1)将己内酰胺(包括新鲜己内酰胺和回用己内酰胺单体与低聚物)、水、对苯二甲酸按100：2：0.4比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，设置一段式VK管反应器反应绝对压力为0.1MPa的常压聚合，不同之处在于，反应器上部分反应温度为 260℃，反应器中部分反应温度为290℃，反应器下部分反应温度为280℃，通过水解开环聚合反应至获得相对黏度为2.11的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将上述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部熔体腔11内，经布膜器12分配后在降膜管外进行降膜反应，设置管外降膜脱挥反应器的反应温度为265℃，反应绝对压力为50Pa，制备得到聚己内酰胺熔体；
(3)通过管外降膜脱挥反应器制备得到高品质聚己内酰胺熔体可进行切粒，烘干后获得相对黏度为2.23、热水可萃取物含量为1.75wt％的聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.12；
设置冷凝器的温度为75℃，从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽经冷凝器冷凝至收集装置中，凝结液可直接作为基础组分回用，替代基础组分中部分新鲜己内酰胺原料。
由上述实施例与对比例的结果我们可以发现，管外降膜脱挥反应器中降膜管的直径太大和降膜管管长太短(对比例1中)，管外降膜脱挥反应器的反应绝对压力和冷凝器的温度太高(对比例2中)，以及VK管反应器的反应温度太高(对比例3中)，均未能获得热水可萃取物小于1.5wt％的高品质聚己内酰胺切片，且未能实现相对黏度增加值大于等于0.2。因此，本发明将VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统和总控单元连接，利用总控单元调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，能实现生产系统的优化控制，通过设计管外降膜脱挥反应器的降膜管直径、长度等相关参数，以及优化管外降膜脱挥反应器的反应温度和反应绝对压力，可获得相对黏度为1.8～4.5、热水可萃取物小于1.5％的高品质聚己内酰胺切片。
本发明中所用原料、设备，若无特殊说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特殊说明，均为本领域的常规方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变通和改变，这些变通和改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种高品质聚己内酰胺的生产系统，其特征在于包括：
VK管反应器：用于制备聚己内酰胺基础熔体，基础熔体的相对黏度为1.6～3.8；
管外降膜脱挥反应器：通过熔体管道与VK管反应器连接，用于脱除所述基础熔体中的己内酰胺单体和低聚物，并实现对聚己内酰胺的增黏，制备高品质聚己内酰胺熔体；
切粒系统：管外降膜脱挥反应器脱挥得到的高品质聚己内酰胺熔体经熔体管道输送至切粒装置进行切粒，经烘干得到热水可萃取物含量小于1.5wt％、相对黏度达到1.8～4.5的高品质聚己内酰胺切片；
冷凝系统：包括冷凝装置和收集装置，冷凝装置与管外降膜脱挥反应器相连接，使抽提出的蒸汽凝结至收集装置中；
真空系统：与冷凝系统中冷凝装置连接，提供真空动力；
总控单元：用于调整和匹配VK管反应器、管外降膜脱挥反应器、切粒系统、冷凝系统、真空系统各部分工艺参数，实现生产系统的优化控制。
2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述管外降膜脱挥反应器为立式管外降膜脱挥反应器，反应器底部为圆锥体，圆锥体内部安装搅拌器，用于均匀物料和清洁圆锥体壁面，使用的降膜管的直径或最大外接圆直径为5～100mm，管长为3～20m，降膜管内有热煤流动通路，用于精确控制反应温度。
3.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述管外降膜脱挥反应器使用的降膜管优选波节管或星形管，使用的降膜管为星形管时，优选3～12角星形管。
4.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述冷凝装置是1级、2级或更多级串联或并联的冷凝器的组合，每一级冷凝装置下端均设有凝结液出口，均与收集装置相连。
5.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：所述真空系统是泵前增设缓冲罐的旋片式真空泵、蒸汽喷射泵、液环式真空泵、罗茨真空泵、往复式真空泵、螺杆真空泵中的一种或多种串联或并联组合。
6.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于：在管外降膜脱挥反应器脱挥得到的高品质聚己内酰胺熔体输送至切粒装置进行切粒的熔体管道上安装在线添加装置或者将熔体管道直接接入螺杆挤出机，通过在线添加装置或者螺杆挤出机在高品质聚己内酰胺熔体中均匀混合添加组分。
7.一种高品质聚己内酰胺的生产方法，使用权利要求1～6任意一项所述的生产系统，其特征在于包括以下步骤：
(1)将基础组分己内酰胺、水、分子量调节剂与添加组分按比例混合，经预热后连续注入到VK管反应器，通过水解开环聚合制备相对黏度为1.6～3.8的聚己内酰胺基础熔体；
(2)通过管道将所述基础熔体输送至管外降膜脱挥反应器上部，经布膜器分配后在降膜管外进行降膜反应，降膜管内热媒流动以精确控制温度，制得高品质聚己内酰胺熔体；
(3)经管外降膜脱挥反应器制得的高品质聚己内酰胺熔体，可直接进行切粒，或在熔体管道上安装在线添加装置或者将熔体管道直接接入螺杆挤出机，加入添加组分均匀混合后再进行切粒，烘干得到热水可萃取物小于1.5wt％、相对黏度达到1.8～4.5的高品质聚己内酰胺切片，实现相对黏度增加值为0.2～1.2。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于步骤(1)中：所述基础组分中水的含量是己内酰胺的0.2～5wt％，分子量调节剂的含量是己内酰胺的1.5wt％以下；所述分子量调节剂是有机单元酸、有机二元酸、单元胺、二元胺中的一种或多种的组合；添加组分为消光剂、抗氧剂、防紫外剂中的一种或多种时，添加组分相对于基础组分中的己内酰胺，添加组分的添加量为不大于5wt％；添加组分为共聚单体时，添加组分相对于基础组分中的己内酰胺，添加组分的添加量为不大于40wt％。
9.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于步骤(3)中：所述添加组分为着色剂、阻燃剂、增强体、分散剂中的一种或多种，相对于基础组分中的己内酰胺，添加组分的添加量不大于40wt％。
10.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于步骤(1)中：所述VK管反应器为一段式反应器时，反应温度为220～280℃，反应绝对压力为0.05～0.8MPa，反应至聚己内酰胺基础熔体相对黏度为1.6～3.4；所述VK管反应器为两段式反应器时，前聚合反应器反应温度为220～280℃，反应绝对压力为0.05～1.0MPa，后聚合反应器反应温度为235～280℃，反应绝对压力为0.02～0.4MPa，反应至聚己内酰胺基础熔体相对黏度为1.8～3.8；
步骤(2)中：所述管外降膜脱挥反应器的反应温度为240～280℃，反应绝对压力为20～500Pa。
11.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于所述生产方法还包括：从管外降膜脱挥反应器抽出的己内酰胺单体和低聚物蒸汽在冷凝装置中进行热交换，单体和低聚物凝结至收集装置，获得的凝结液可直接作为基础组分回用或经蒸发浓缩与/或裂解后作为基础组分回用，替代基础组分中部分己内酰胺原料。
CN202210657759.1A 2022-06-10 2022-06-10 一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法 Pending CN117244512A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210657759.1A CN117244512A (zh) 2022-06-10 2022-06-10 一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210657759.1A CN117244512A (zh) 2022-06-10 2022-06-10 一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117244512A true CN117244512A (zh) 2023-12-19

Family

ID=89126998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210657759.1A Pending CN117244512A (zh) 2022-06-10 2022-06-10 一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117244512A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101885842B (zh) 锦纶6连续聚合生产工艺
JP5591111B2 (ja) 高粘度ポリエステル溶融物でできた低加水分解性ポリエステル顆粒の製造方法、および該ポリエステル顆粒の製造装置
CN101899152B (zh) 锦纶6连续聚合生产工艺中二氧化钛添加剂的配制
WO2021217997A1 (zh) 大容量尼龙聚合系统
CN102311545B (zh) 一种生产聚酰胺的方法
CN101880386A (zh) 锦纶6连续聚合生产工艺中己内酰胺的回收方法
CN105885037A (zh) 一种聚酰胺5x的生产设备及方法
CN112592472B (zh) 一种低聚物含量低的半芳香族聚酰胺连续化制备方法及其产品
CN111440301B (zh) 一种多功能聚酯连续生产系统
CN1193060C (zh) 聚酰胺组合物和生产聚酰胺组合物的方法
CN112473610A (zh) 半芳族聚酰胺的熔融聚合方法及装置
JP2016511781A (ja) 垂直凝縮管を有する反応器、およびそのような反応器におけるポリアミドの重合方法
CN105013196A (zh) 用于制备聚酰胺的装置、原料浓缩方法、以及聚酰胺的生产设备、生产方法
CN211035759U (zh) 一种降解聚四氢呋喃并回收四氢呋喃的设备
CN117244512A (zh) 一种高品质聚己内酰胺的生产系统及生产方法
CN107674198A (zh) 一种高粘度聚酰胺‑6的制备方法
CN212269953U (zh) 一种尼龙6熔体脱挥反应釜及脱挥装置
CN105085904B (zh) 一种用于制备聚酰胺5x的装置、终聚方法及聚酰胺5x的生产设备、方法
CN117247540A (zh) 一种绿色高效制备聚己内酰胺纤维的生产系统及方法
CN114957651A (zh) 一种pa56切片的连续聚合工艺
CN205907207U (zh) 一种用于制造高粘度聚酰胺的一体化设备
CN113956471B (zh) 低压力下合成高温尼龙的方法
CN113698288B (zh) 一种连续制备粉末状尼龙盐的新方法及配套装置
CN111647154B (zh) 一种聚酰胺的连续反应方法
CN111715159B (zh) 一种聚酰胺的连续反应系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination