关于二甲基乙酰胺回收装置的研究与运用

摘要：氨纶纤维能耗最大在于溶剂的回收装置，节能增效是永恒的课题。文章从溶剂二甲基乙酰胺饱和蒸汽压的理论研究着手，并通过试验，得出溶剂在不同温度下饱和蒸汽压，对相关文献公式进行完善，同时研究不同温度下回收装置中溶剂的含量对纤维品质及生产安全性的影响，分析回收装置最佳控制温度及其带来的能耗效益和环境效益。

关键词：二甲基乙酰胺；回收装置；饱和蒸汽压；爆炸极限；能耗；环境效益 文献标识码：A

中图分类号：TH39 文章编号：1009-2374（2017）11-0153-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.078

当前，节约资源和保护环境已成为基本国策，坚持节约优先、保护优先符合氨纶行业发展的战略方向。经过多年发展，氨纶的需求量迅速增加，短短几年产能扩张几倍，市场竞争更激烈，对企业的压力也越来越大，勤修内功、节能增效、降低能耗在成本上的比重成当前首要解决的问题。氨纶纤维生产能耗最大在于溶剂回收装置，对溶剂的回收即对含溶剂的高温空气冷却加热需要的冷却和加热能耗用量，随着新的节能硬件投入，高温空气余热的回收利用以实现最大化，在硬件无法进一步突破的条件下，从溶剂饱和蒸汽角度研究，如何降低溶剂冷却和加热能耗的用量成为当前研究的方向。

1 溶剂二甲基乙酰胺饱和蒸汽压的研究

干法工艺纤维纺丝用二甲基乙酰胺（DMAC）作有机溶剂，一般原液中溶剂浓度65%，在纺丝过程中，溶剂回收装置通过风机将回收装置出口低温空气通过加热输送到纺丝甬道中，热空气侧吹原液细流，将原液细流中溶剂蒸发、固化，挥发出的溶剂进入热空气中，从纺丝甬道中返回的热空气通过溶剂回收装置冷却空气、冷凝、回收DMAC溶剂再利用。冷却的回收装置出口低温空气再次加热进入纺丝甬道循环上述过程。通常为了纤维品质和生产爆炸极限安全性，常降低回收装置出口温度，即降低空气中饱和溶剂浓度，减少空气中携带溶剂含量，降低纺丝甬道中溶剂的浓度也减少溶剂含量对纤维挥发效率的影响。但片面追求回收装置出口低温，能耗成本高、不经济，尤其当下倡导节能增效、向管理要效益的竞争环境下，企业将失去竞争优势。

因此，本文通过研究DMAC饱和蒸汽压与温度关系，得出不同温度下空气中DMAC含量，对纤维品质的影响程度以及生产安全性，总结出DMAC回收装置的出口温度最佳值，并运用于生产。所谓的饱和蒸汽压指一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强。它的大小取决于物质的本性和温度（随温度升高而增加），饱和蒸汽压越大，表示该物质越容易挥发。通常试验室检测液体饱和蒸气压，如纯水，放在一个密闭的容器里，抽走上方空气。当水不断蒸发时，水面上方汽相的压力就不断提高。但是当温度一定时，水的气化速度等于水蒸气的冷凝速度，气液达到平衡状态，汽相压力最终恒定，这时的汽相压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压力。针对氨纶纤维纺丝DMAC溶剂饱和蒸汽压、查找现有相关文献，如：

第一，化学溶剂手册文献数据：标准大气压下DMAC饱和蒸汽压：

第二，BASF相关文献数据：标准大气压下DMAC饱和蒸汽压：

式中：P为饱和蒸汽压，kPa；t为温度，℃；N为1mol空气含DMAC质量，g；M为溶剂摩尔质量，g/mol。

通过对比分析，上述两种技术文献对DMAC饱和蒸气压理论公式差异较大，考虑溶剂的易燃易爆危险性，采用偏离实际值计算出饱和蒸汽下的空气中DMAC含量，将对指导生产溶剂回收装置温度控制带来严重的后果，甚至引起安全事故。为得出DMAC不同温度下饱和蒸气压，我们根据上述检测方法，制作测试装置，在实验室中模拟不同生产温度下实测DMAC饱和蒸汽压。装置盛半杯DMAC溶剂，插入温度计、压力传感器，密封，放入水槽，通冷媒介质精控DMAC溶剂温度，得不同温度下DMAC饱和蒸汽压与化学溶剂手册文献及BASF相关文献对比数据，数据如表1所示：

从上述实验数据：饱和蒸气压随温度升高而提高，当温度提高，DMAC挥发量增大，则空气中DMAC的含量也相应增大，同时实测不同温度下饱和蒸汽压对后续生产运用提供数据支持。

2 溶剂DMAC饱和蒸汽压的运用

高温空气进入纺丝甬道，加热原液，纺丝甬道原液细流蒸发出溶剂进入空气，含有溶剂的热空气进入溶剂回收装置、冷凝回收DMAC、溶剂回收装置出口不同温度下、空气中DMAC含量不同。过高的溶剂含量可能影响原液细流内溶剂挥发速度及挥发量。因此，根据上述DMAC饱和蒸汽压实际的测量，研究空气中不同含量DMAC进入纺丝甬道，对纤维品质、溶剂爆炸极限的影响。

2.1 氨纶纤维品质、生产安全性的研究

按现有工艺60end、900m/min纺速、19.5D、9Nm3/min计算不同温度下，溶剂含量即回收装置带入的DMAC量对纤维品质的影响。温度与溶剂浓度关系见表2所示。

从上述表格可以看出：DMAC浓度0.53%～0.55%远低于溶剂2.0～11.5Vol%爆炸极限，生产安全，同时随着回收装置空气中未冷凝的DMAC占氨纶纤维被热风蒸发出溶剂DMAC比例增大到15.5%时，对纤维品质开始产生一定影响。因此，为确保纤维品质，并考虑回收装置实际存在±1.5℃波动，选择回收装置出口温度5℃控制值相对合理。

2.2 回收装置出口温度与能耗效益的核算

按年产6万吨氨纶计算，回收装置出口温度由原来-5℃提高至+5℃，将原-5℃能耗作为计算基准、数值设定0。提供温度后，项目可实现年经济效益如表3所示。

2.3 回收装置出口温度与环境效益的核算

按每燃烧一吨标准煤产生2.62T二氧化碳、75公斤二氧化硫、7.4公斤氮氧化物计算，回收装置出口温度由原来-5℃提高至+5℃，将原-5℃二氧化碳等作为计算基准、数值设定0。提供温度后，年产6万吨氨纶可在原基础上实现年环境效益如表4所示：

3 结语

我们通过对纤维溶剂DMAC饱和蒸汽压理论研究和试验得出不同温度下对应的不同饱和蒸气压。同时研究不同温度下，对纤维品质和生产安全性的研究，得出合理提高回收装置出口温度，对纤维品质无影响、生产安全，并可实现年效益2130万、年节约标煤9036吨、年减少CO2排放23675吨、年减少SO2排放678吨、年减少NO化物排放67吨，对企业可降低运行成本、降低能耗在成本中比重，增加企业市场竞争优势。同时，自觉地推动绿色发展、循环发展、低碳发展，符合企业长远利益、利国利民。

⒖嘉南

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作者简介：张所俊（1977-），男，江苏高邮人，浙江华峰氨纶股份有限公司高级机械工程师，研究方向：纺织机械；朱东岁（1980-），男，浙江宁波人，浙江华峰氨纶股份有限公司工程师，研究方向：化工机械。