影響順酐裝置離心機分離效果的因素分析

朱南南 劉先紅

（山東匯豐石化集團有限公司企業技術中心）

順酐（MA）又名馬來酸酐，化學名順丁烯二酸酐，是一種常用的重要有機化工原料，是需求量僅次于苯酐和醋酐的第三大酸酐，主要用于生產不飽和聚酯、1，4-丁二醇（BDO）、醇酸樹脂，另外還用于農藥、涂料、油墨、潤滑油添加劑、紡織品整理劑及表面活性劑等領域［1，2］。筆者所在單位年產5萬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年進行改造，引進了意大利Conser 公司鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）溶劑吸收工藝。溶劑洗滌系統分為混合、離心分離、干燥3 個部分。 溶劑在使用過程中會發生分解，同時順酐在高溫條件下與水反應生成順酸，導致溶劑中含有大量苯酐、鄰苯二甲酸、焦油及順酸等雜質。 過多的雜質會導致離心機分離效果變差，離心機出口水相中溶劑量、溶劑水含量均增加，不僅造成了溶劑的損失，也嚴重影響了裝 置 的 長 周 期 穩 定 運 行［3，4］。 由 此 可見，溶劑洗滌工段離心分離是保證溶劑質量的關鍵環節，直接影響裝置的運行和加工成本，研究各種因素對離心機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） 和停留時間4 個方面進行分析，以期找到離心機的最佳操作參數。

1 溶劑洗滌工藝流程及設備簡述

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、富馬酸及副產焦油等雜質通過水洗提純的過程［5］。 除鹽水經換熱器進行預熱并與貧溶劑按照一定的比例進入混合罐，在一定的溫度和攪拌作用下，由于雜質在水相中的溶解度遠大于溶劑相，物料在攪拌作用下，大部分雜質會從溶劑轉移到水中，實現了萃取過程［6］。 然后通過離心泵將混合液輸送至離心機，在離心機高速旋轉下利用兩相密度的不同進行分離。 離心機分離出的輕相進入水相傾析器，重相經加熱進入閃蒸罐閃蒸水分后進入吸收塔重復利用（圖1）。

1.2離心機分離原理

筆者所在單位使用的離心機型號是阿法拉伐CHPX-517， 該離心機屬于碟片式高速固體間歇排放離心機，正常工作時轉速為4 285r/min，適用于分離兩相密度差較小的物料。 該離心機的分離原理可以簡單解釋為： 物料進入高速轉動的轉鼓中，由于存在密度差，在強大的離心力場作用下，受到的離心力并不完全相等，重相向碟片外側移動，輕相向碟片內側移動，最終使兩相分離［7］。

圖1 溶劑洗滌工藝流程

1.3實驗儀器及步驟

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

水中溶劑含量的測定過程為： 取0.1g 樣品，加入 100mL 蒸餾水攪拌 10min， 從樣品中取0.3μL 注入色譜儀中。 其中，柱箱溫度 80℃；檢測器溫度300℃；分流比50:1；分流流量150mL/min；氫氣流量 30mL/min；空氣流量400mL/min；尾吹氮氣流量25mL/min。

溶劑水含量的測定過程為： 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，在溶劑含水自動快速測定儀上加熱蒸餾， 根據餾出水分體積計算含水量。

2 影響離心機分離效果的因素分析

影響離心機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、攪拌器轉速、離心機兩相背壓及操作因素等，這些因素相互影響，共同制約著離心機的運行。 筆者主要研究混合溫度、攪拌速度、劑水比和停留時間對離心機分離效果的影響。

2.1混合溫度對分離效果的影響

在劑水比2:1、 攪拌速度35r/min、 停留時間80min 的條件下， 考察了混合溫度對分離效果的影響。 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 混合溫度對離心機分離效果的影響

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。 這是因為溶劑中雜質隨溫度升高在水中的溶解度增大，同時溶劑粘度降低，有利于分離。 溫度大于62℃之后， 雜質在水中的溶解度升高，同時溶劑在水中的溶解度也會增加，導致分離效果變差，溶劑單耗增加［8，9］。 溫度在 50~70℃時，裝置運行8h 后， 從水相傾析器底部能見到明顯的溶劑層。 因此，用離心機分離溶劑水洗液，一般情況下溫度應控制在60~65℃，本裝置溫度取62℃。

2.2攪拌速度對分離效果的影響

在劑水比 2:1、 混合溫度 62℃、 停留時間80min 的條件下， 考察了混合罐攪拌速度對分離效果的影響。 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 攪拌速度對離心機分離效果的影響

由圖3 可見， 攪拌速度從 20r/min 增加到34r/min 時，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，溶劑中水含量和水中溶劑含量均逐漸升高， 設備分離效果變差。

這是由于攪拌速度較慢時，溶劑與水混合不充分，富馬酸、順酸等雜質不能充分溶于水中，萃取過程不完全致使分離效果差，隨著裝置長時間運行，最終會導致離心機無法分離。 攪拌速度過快，溶劑水混合物會發生乳化現象，離心機無法分離乳化后的混合物，導致大量溶劑進入水相傾析器。 本裝置混合罐攪拌速度為34r/min 時分離效果最好。

2.3劑水比對分離效果的影響

在攪拌速度34r/min、混合溫度62℃、停留時間80min 的條件下，考察了劑水比對分離效果的影響。 通過調節進料量，在不同劑水比條件下測試離心機分離效果，溶劑中水含量和水中溶劑含量如圖4 所示。

圖4 劑水比對離心機分離效果的影響

由圖4 可知，劑水比為1:1~3.5:1 時，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，由于水的比例過高導致水中溶劑含量較低，且部分水進入溶劑中，經過一段時間運行， 在溶劑相傾析器頂部會有明顯的水層，加大了后續處理難度。 劑水比為3.5:1 時，會導致部分溶劑進入水相，同時劑水比高，雜質的處理量降低，會影響到后續程序，因此，在實際生產中考慮處理量與處理效率的關系，本裝置劑水比取2:1。

2.4停留時間對分離效果的影響

在攪拌速度35r/min、混合溫度62℃、劑水比2:1 的條件下， 考察了停留時間對分離效果的影響。 在穩定的進料條件下，通過調節混合罐液位，測試停留時間對離心機分離效果的影響，溶劑中水含量和水中溶劑含量如圖5 所示。 由圖5 可見，停留時間由20min 增加到100min 時，隨著時間的增加， 溶劑中水含量和水中溶劑含量均降低，離心分離效果較好，停留時間由100min 增加到150min 時， 溶劑中水含量和水中溶劑含量均逐漸升高，設備分離效果變差。

圖5 停留時間對離心機分離效果的影響

停留時間對分離效果的影響與攪拌速度是一樣的，停留時間短，溶劑與水混合不充分，萃取過程不完全導致分離效果差；停留時間過長，溶劑水混合物長時間攪拌發生乳化現象。

3 結論

3.1混合溫度62℃時分離效果最好， 溫度大于62℃之后，雜質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、停留時間100min 時分離效果最好，攪拌速度與停留時間對分離效果的影響是一致的。 攪拌速度慢、停留時間短，溶劑與水混合不充分，富馬酸、順酸等雜質不能充分溶于水中，萃取過程不完全導致分離效果差；攪拌速度快、停留時間長，溶劑水混合物會發生乳化現象，離心機無法分離乳化后的混合物。

3.3在實際生產中應綜合考慮處理量與處理效率的關系，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，保證了裝置的長周期穩定運行。