己二酸装置真空冷却结晶单元操作的优化

2022-09-12

己二酸是重要的工业制剂、原料, 国内普遍以环乙醇、环已酮为原料, 在催化剂作用下, 经过量硝酸氧化生产己二酸, 收率可达到94%左右, 生产出的己二酸溶液还含有较多的戊二酸、丁二酸副产品。为分离获得己二酸, 还需对产出溶液进行结晶、脱色、再结晶, 从而获得高纯度的已二酸产品。

1 己二酸装置真空冷却结晶过程与存在问题

1.1 己二酸装置真空冷却结晶过程

晶体在溶液中析出过程即为结晶。已二酸结晶亦不例外, 其晶核形成可分为初级均相成核、初级非均相成核、二次成核三个类型, 也代表结晶成核的三个过程。晶体颗粒的大小是影响产品质量的主要因素, 颗粒越大, 比表面积越小, 颗粒表面附着的杂质越少, 产品的纯度、品质越高。初级均相成核主要受溶液性质、己二酸纯度、温度、溶液饱和度等因素影响, 也是流程控制重点, 可控性强。二次成核速率与溶液过饱和度、温度、杂质等因素影响, 溶液化学组成、晶体结构特点其决定性作用。

国内己二酸装置真空冷却结晶工艺流程大同小异。结晶器有多个串联的结晶室, 溶液依次进出隔室, 完成整个析出过程, 各室之间以虹吸管连通, 顶部有冷凝器、真空系统, 后者可控制隔室内温度, 各室内压力呈梯度变化, 溶液在压力差下顺应流动, 溶剂中的水份大量蒸发散热, 从而使己二酸从溶液中析出, 为加速这一过程, 加快热交换, 还常进行搅拌、过滤、分离作业。

己二酸装置真空冷却结晶过程是一个动态的持续性的过程, 对一个结晶室进行单独控制, 无法获得理想效果。一个结晶室结晶过程发生变化, 理论上可影响其后所有结晶过程, 但通过调控, 一定程度上可削弱这种影响, 使最后一个结晶室二次成核达到满意效果, 但一旦发生差错, 可影响整个工艺流程生产效率。故, 需对所有结晶室进行动态控制[1]。

1.2 存在问题

连续生产过程中, 结晶析出的己二酸初结晶往往具有较强的吸附性, 易在隔室内壁结疤, 不仅影响隔室有效体积, 影响溶液整体流动性, 还可能聚集在搅拌器附近, 影响搅拌功率, 甚至可能发生堵塞, 损毁仪器设备。

结疤可分为液面上结疤与液面下结疤两类, 前者主要是因产物沸腾、搅拌溅射在内壁上逐渐聚集的结疤, 后者主要是微结晶引起的结疤。结晶器中, 微结晶主要发生在前几室, 物料温度降温快, 溶解度迅速降低, 时间短, 结晶来不及形成大颗粒而形成微结晶, 微结晶表面积大, 吸附力强, 易在液面下吸附在室壁上。

为提高仪器使用寿命, 延长结晶器运行周期, 结晶室内均设置有清洗装置, 可对壁面、溢流管进行冲洗, 避免堵管, 提高结晶室工作效率。同时, 通过调整结晶室内压力, 控制温度, 也可以溶解结疤的结晶。

2 己二酸装置真空冷却结晶过程单元调整

2.1 调控压力与温度

结晶过程中晶核形成、晶体成长受温度影响较大, 降温过速则析出速度过快, 真空结晶器中压力直接影响温度, 故合理调控结晶器中温度非常重要。按照标准设置压力梯度后, 还应据进料、结晶器状态, 定期调教真空表, 规避指示仪器本身误差, 使整个结晶过程各室内温度、压力达到理想状态。

2.2 加速晶核生长

微结晶形成主要与结晶内溶液己二酸的过饱和度过高有关, 在原有的压力与温度控制下, 己二酸过饱和度, 析出度上升, 结晶生成过速, 结晶微粒相互之间无法凝聚, 而形成微结晶。在结晶器开始结晶室加入含有已二酸结晶的溶液, 以溶液中的己二酸结晶作为晶种, 有助于加速晶体凝结, 对后续的结晶室产生较深远的影响。加入的己二酸结晶液应严格测算, 遵循先加入, 后调控原则, 通过几次连续生产, 测算得出最佳的晶种溶液比例[2]。

2.3 控制搅拌速度

搅拌对结晶形成影响较大, 若速度过快, 增大了碰撞成核的概率, 使晶体碰撞、摩擦, 促晶核生成, 同时搅拌加速了热量耗散, 也有助于晶体析出。通过控制各室搅拌速度可控制晶核成长速度。一般来说, 应控制整个成核流程中各室晶核由少向多发展, 搅拌速度应与室内温度、压力相协调。

2.3 加强监控

现代化数控已被应用于己二酸结晶制备, 结晶器内上方均安装有摄像头, 工作人员可据此直观的观察结晶状况、结晶条件, 同时结晶室内均有收集压力、温度、搅拌速度等参数的传感器, 可将数据实时传输至数控中心, 工作人员据此操作, 可实现对整个流程的控制。为保障整个工艺顺利、安全, 工作人员还需进行冲洗壁面、压力调整的操作[3]。

3 结语

己二酸装置真空冷却结晶单元操作是一个系统性工作, 工作人员应掌握整个工艺流程原理, 了解结晶析出影响因素, 明确各室气压、温度等参数意义, 掌握整个工艺流程, 熟练的运用集控中心监控设备。工作人员应积极积累经验, 学会相关性分析, 积极总结各结晶室参数与结晶生产效率之间的关系, 不断优化操作, 提高结晶器整体生产效用。工作人员还应大胆创新, 学会基本的设备改造技术, 从细节入手, 优化操作。

摘要：己二酸装置真空冷却结晶是己二酸制备的重要工艺流程, 流程主要通过多个串联的结晶隔室完成, 结晶是一个持续性、动态性的过程, 各室内以及整体结晶质量影响因素较多, 结晶室壁结疤是影响结晶效用的主要原因。应通过集控中心, 调控各室内压力与温度、在首个结晶室加入晶种溶液、控制搅拌速度、加强监控等方法加速晶核生长, 提高结晶单元整个工艺流程效用, 延长结晶器运行周期。

关键词：己二酸结晶,真空冷却,操作单元