關于二甲基乙酰胺回收裝置的研究與運用

張所俊　朱東歲

摘要：氨綸纖維能耗最大在于溶劑的回收裝置，節能增效是永恒的課題。文章從溶劑二甲基乙酰胺飽和蒸汽壓的理論研究著手，并通過試驗，得出溶劑在不同溫度下飽和蒸汽壓，對相關文獻公式進行完善，同時研究不同溫度下回收裝置中溶劑的含量對纖維品質及生產安全性的影響，分析回收裝置最佳控制溫度及其帶來的能耗效益和環境效益。

關鍵詞：二甲基乙酰胺；回收裝置；飽和蒸汽壓；爆炸極限；能耗；環境效益 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH39 文章編號：1009-2374（2017）11-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.078

當前，節約資源和保護環境已成為基本國策，堅持節約優先、保護優先符合氨綸行業發展的戰略方向。經過多年發展，氨綸的需求量迅速增加，短短幾年產能擴張幾倍，市場競爭更激烈，對企業的壓力也越來越大，勤修內功、節能增效、降低能耗在成本上的比重成當前首要解決的問題。氨綸纖維生產能耗最大在于溶劑回收裝置，對溶劑的回收即對含溶劑的高溫空氣冷卻加熱需要的冷卻和加熱能耗用量，隨著新的節能硬件投入，高溫空氣余熱的回收利用以實現最大化，在硬件無法進一步突破的條件下，從溶劑飽和蒸汽角度研究，如何降低溶劑冷卻和加熱能耗的用量成為當前研究的方向。

1 溶劑二甲基乙酰胺飽和蒸汽壓的研究

干法工藝纖維紡絲用二甲基乙酰胺（DMAC）作有機溶劑，一般原液中溶劑濃度65%，在紡絲過程中，溶劑回收裝置通過風機將回收裝置出口低溫空氣通過加熱輸送到紡絲甬道中，熱空氣側吹原液細流，將原液細流中溶劑蒸發、固化，揮發出的溶劑進入熱空氣中，從紡絲甬道中返回的熱空氣通過溶劑回收裝置冷卻空氣、冷凝、回收DMAC溶劑再利用。冷卻的回收裝置出口低溫空氣再次加熱進入紡絲甬道循環上述過程。通常為了纖維品質和生產爆炸極限安全性，常降低回收裝置出口溫度，即降低空氣中飽和溶劑濃度，減少空氣中攜帶溶劑含量，降低紡絲甬道中溶劑的濃度也減少溶劑含量對纖維揮發效率的影響。但片面追求回收裝置出口低溫，能耗成本高、不經濟，尤其當下倡導節能增效、向管理要效益的競爭環境下，企業將失去競爭優勢。

因此，本文通過研究DMAC飽和蒸汽壓與溫度關系，得出不同溫度下空氣中DMAC含量，對纖維品質的影響程度以及生產安全性，總結出DMAC回收裝置的出口溫度最佳值，并運用于生產。所謂的飽和蒸汽壓指一定的溫度下，與同種物質的液態（或固態）處于平衡狀態的蒸汽所產生的壓強。它的大小取決于物質的本性和溫度（隨溫度升高而增加），飽和蒸汽壓越大，表示該物質越容易揮發。通常試驗室檢測液體飽和蒸氣壓，如純水，放在一個密閉的容器里，抽走上方空氣。當水不斷蒸發時，水面上方汽相的壓力就不斷提高。但是當溫度一定時，水的氣化速度等于水蒸氣的冷凝速度，氣液達到平衡狀態，汽相壓力最終恒定，這時的汽相壓力稱為水在該溫度下的飽和蒸汽壓力。針對氨綸纖維紡絲DMAC溶劑飽和蒸汽壓、查找現有相關文獻，如：

第一，化學溶劑手冊文獻數據：標準大氣壓下DMAC飽和蒸汽壓：

第二，BASF相關文獻數據：標準大氣壓下DMAC飽和蒸汽壓：

式中：P為飽和蒸汽壓，kPa；t為溫度，℃；N為1mol空氣含DMAC質量，g；M為溶劑摩爾質量，g/mol。

通過對比分析，上述兩種技術文獻對DMAC飽和蒸氣壓理論公式差異較大，考慮溶劑的易燃易爆危險性，采用偏離實際值計算出飽和蒸汽下的空氣中DMAC含量，將對指導生產溶劑回收裝置溫度控制帶來嚴重的后果，甚至引起安全事故。為得出DMAC不同溫度下飽和蒸氣壓，我們根據上述檢測方法，制作測試裝置，在實驗室中模擬不同生產溫度下實測DMAC飽和蒸汽壓。裝置盛半杯DMAC溶劑，插入溫度計、壓力傳感器，密封，放入水槽，通冷媒介質精控DMAC溶劑溫度，得不同溫度下DMAC飽和蒸汽壓與化學溶劑手冊文獻及BASF相關文獻對比數據，數據如表1所示：

從上述實驗數據：飽和蒸氣壓隨溫度升高而提高，當溫度提高，DMAC揮發量增大，則空氣中DMAC的含量也相應增大，同時實測不同溫度下飽和蒸汽壓對后續生產運用提供數據支持。

2 溶劑DMAC飽和蒸汽壓的運用

高溫空氣進入紡絲甬道，加熱原液，紡絲甬道原液細流蒸發出溶劑進入空氣，含有溶劑的熱空氣進入溶劑回收裝置、冷凝回收DMAC、溶劑回收裝置出口不同溫度下、空氣中DMAC含量不同。過高的溶劑含量可能影響原液細流內溶劑揮發速度及揮發量。因此，根據上述DMAC飽和蒸汽壓實際的測量，研究空氣中不同含量DMAC進入紡絲甬道，對纖維品質、溶劑爆炸極限的影響。

2.1 氨綸纖維品質、生產安全性的研究

按現有工藝60end、900m/min紡速、19.5D、9Nm3/min計算不同溫度下，溶劑含量即回收裝置帶入的DMAC量對纖維品質的影響。溫度與溶劑濃度關系見表2所示。

從上述表格可以看出：DMAC濃度0.53%～0.55%遠低于溶劑2.0～11.5Vol%爆炸極限，生產安全，同時隨著回收裝置空氣中未冷凝的DMAC占氨綸纖維被熱風蒸發出溶劑DMAC比例增大到15.5%時，對纖維品質開始產生一定影響。因此，為確保纖維品質，并考慮回收裝置實際存在±1.5℃波動，選擇回收裝置出口溫度5℃控制值相對合理。

2.2 回收裝置出口溫度與能耗效益的核算

按年產6萬噸氨綸計算，回收裝置出口溫度由原來-5℃提高至+5℃，將原-5℃能耗作為計算基準、數值設定0。提供溫度后，項目可實現年經濟效益如表3所示。

2.3 回收裝置出口溫度與環境效益的核算

按每燃燒一噸標準煤產生2.62T二氧化碳、75公斤二氧化硫、7.4公斤氮氧化物計算，回收裝置出口溫度由原來-5℃提高至+5℃，將原-5℃二氧化碳等作為計算基準、數值設定0。提供溫度后，年產6萬噸氨綸可在原基礎上實現年環境效益如表4所示：

3 結語

我們通過對纖維溶劑DMAC飽和蒸汽壓理論研究和試驗得出不同溫度下對應的不同飽和蒸氣壓。同時研究不同溫度下，對纖維品質和生產安全性的研究，得出合理提高回收裝置出口溫度，對纖維品質無影響、生產安全，并可實現年效益2130萬、年節約標煤9036噸、年減少CO2排放23675噸、年減少SO2排放678噸、年減少NO化物排放67噸，對企業可降低運行成本、降低能耗在成本中比重，增加企業市場競爭優勢。同時，自覺地推動綠色發展、循環發展、低碳發展，符合企業長遠利益、利國利民。

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作者簡介：張所俊（1977-），男，江蘇高郵人，浙江華峰氨綸股份有限公司高級機械工程師，研究方向：紡織機械；朱東歲（1980-），男，浙江寧波人，浙江華峰氨綸股份有限公司工程師，研究方向：化工機械。

（責任編輯：王 波）