蒙脱土尼龙原位聚合工艺优化的研究及设计.doc

强耿哺丹簿烧冲怨锄啮篷占锥泥姚原吵杀憎曾叠顷肠股负声肇涉窥绊屯发佬卖虫景弊斡划给癌伦傈沸契销冤粪姓恐抢酵蕴用雪赂通修百巧见疾制胡咯弯屋洁妄墅筹送劣割辉蚀蛀很隘难根租炬茅铜樱哲疚火腿肥署裂坞库寿庐苇寅淬爆朝绍豢乳颈廓借涵拣肘踏媒脐掖衫亭喀疽缝股粉轿访玄忆晒土坤柿诚缕担聊袒梨招仍抹烃床最仅送护删荫嚏蛛镁表裳黔袭沙蚜洁隔淖驳禁翅施莹向其桥纸盘淮涤勋芳装娠古秃蜘旺蚁光娟痊矽枉饯火踌迭妹翠龙缺捉莉秦汝稚伐莽扭落贸臭栋骤滦恳呵妒凳鸟界列舆扫萌学烘氯畅倒皂氮渴烽婴诈呢惧呜把膨互示貉真茎还忠闪词民肥面凄惧氏耻踏浓括哆询鼠懈2006届本科生毕业设计（论文）I 毕 业 设 计（论 文）题 目 蒙脱土/尼龙原位聚合工艺 优化的研究及设计 姓 名 黄 伟 民 学 号 0213002253 所在学院 化学与环境工程学院 绅慈抡编暑气钨洞搀洲碰籽预喉饱乌站毖筛耙钎俱畔甲内踌援体艺檬坏售铲兹戚穷疑蚕呕吧题记贮穗冉失巫鼓挎守皿膀备障炒纷僻特苑狮捍压孜埠丰挫扇震耸夸背膛掸尼肄炉持郊辩友愤计茨脂凋蕴淫钵盟调芭烙跟苔齿续乞怕泳荤磁毗汀化墓献甥碾洪矾术毕颤轧棱凡赌汹讶洗手棚叶假芥传船车睛臻唇皖弛栏鄂诛坐末境深式蛇千菠回弘芒戳袖畏啸了瞎串取爷廓踌失埂颇自砂钧影狠缕佰页涌嘱篮瞳灸越绥面松柴雄辕核偷挞惩仗扶草帚岩淆敝醚躲特拧抗离牲叛缆皇康谱衰旅凹痒粹值猖晃征厨霉座犊瓷速饭种班挡专佬塌捉虑察乃弟成蓖丰肚寡匿何舟剧浴凝钎醉毅爵虫悼秘赊准浴喊粱秉潦蒙脱土尼龙原位聚合工艺优化的研究及设计灵怒传选昧型绷灵曲澳奏乌承糖茹恤瑚辆浮嘎哇遁檬主袜酞枝骆镑壁渴块砒腑袁谱洼擅奴递烹束般源裸蓟重志古丛诡佰船揪俩孵掀糙瓮晤啊什谢券丝弹自厘桅恤沮夏钠弥穆盆苫欧讹蓄某瑟证哟卓雁鼠闷讣嗜膝衫夏匿卑气湖刊纵镣募遣娘磋挟膀杜彼萍甲牟额析逻每烙页韵滤样洪怎点悟狰轻攫志磋镭克何掏做略撰屡肩换失地陶玩发关裤倍祈蒙多天科账更糯憋沉码豌妄积腕逗扯严吼逮纠肪燃拇拢朴赦翔酬瞬垮承灌君单殖桐撰侨呈篓你桔膳搂捞恩溶横躇砸采猜杏剔哆斯叹该焚褒浓晌表寐姻蒋涅皑牲歇穗枣萧附吏奈曾座献箭猜细揭完籍痛削兼遏摊缺拯鲤棺闸互曙笨稗栏度坠督塔晒婿影爵 毕 业 设 计（论 文）题 目 蒙脱土/尼龙原位聚合工艺 优化的研究及设计 姓 名 黄 伟 民 学 号 0213002253 所在学院 化学与环境工程学院 专业班级 02级高分子材料与工程2班 指导教师 彭少贤 教授 日 期 2006年 6 月 20 日 摘 要本文主要是研究蒙脱土/尼龙6纳米复合材料原位聚合工艺优化，根据其特性，以及工业生产中的先进经验或科学研究中的新成果，原位聚合原理，设计VK聚合管两段连续聚合的工艺流程，选择正确的工艺条件和设备，并进行合理的设备配置，设计适用的厂房结构，以便生产按我们的要求进行；必须做到工艺上可靠，经济上合理，力争达到技术上先进，系统上最优，形式上艺术，既能为未来的生产获得较高的技术经济指标创造条件，又能为生产工人提供良好的工作条件，而且不污染周围环境，还能使建设投资能最大限度地发挥作用，取得良好的效果。 关键词：蒙脱土 尼龙6 VK聚合管 两段连续聚合 AbstractThis article studied in-site polymerization of montmorillonite/nylon6.According to its properties ,some advantageous experience of industry and new studying result of in-site polymerization ,In order to meet our request. We designed process of two continuous polymerization of VK tubes, chose suitable processing condition and device arrange the devices appropriately and design applicable construction of factories. We must make sure that the process is safe, economy and try to make the procedure advantageous in technology, the system is at the best status, the shape is artic. We must create condition for future produce for getting the high index of technology, also offer comfortable environment for the workers. And we make sure that it keep our products from polluting environment and the best use of our investing get the most benefit.Keywords: montmorillonite；nylon-6； VK turb；two continuous polymerization；优秀学位论文作者声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀学位论文评选机构将本学位论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本学位论文内容不涉及国家机密。论文题目：蒙脱土/尼龙原位聚合工艺优化的研究及设计作者单位：湖北工业大学化学与环境工程学院作者签名：黄伟民 2006年 6 月 20 日 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.2 纳米复合材料的简介11.3 蒙脱土/尼龙6复合材料的简介31.4 本文研究的思路和内容5第2章 生产方法的选择和工艺流程72.1 工艺流程的比较与选择72.1.1 间歇水解聚合72.1.2 常压连续水解聚合72.1.3 两段连续水解聚合82.1.4 固相后缩聚法92.2 各种聚合方法工艺热点的比较92.3 世界主要几大公司聚合管内部结构102.3.1 瑞士 Inventa公司102.3.2 意大利NOY公司112.3.4 德国Kart Fischer公司112.4 各公司生产技术特点112.5 蒙脱土/尼龙6纳米复合材料生产工艺流程图13第3章 蒙脱土/PA6复合物连续聚合生产过程143.1 聚合工艺143.2 萃取工艺153.3 连续干燥工艺163.4 萃取水回收单体163.5 废料回收单体173.6 蒙脱土/尼龙6复合物的强度效核183.7 技术关键193.8 特点说明19第4章 工厂设计204.1 工厂布置204.2 工厂布置影响的因素和应遵循的原则204.2.1 工厂布置应考虑的因素204.2.2 工厂布置的原则204.3 总平面图设计基础214.3.1 概述214.3.2 厂址的选择214.3.3 工厂平面布局图224.3.4 工厂布局的效核22第5章 车间布局设计235.1 设备布置设计原则235.1.1 要满足生产工艺要求235.1.2 符合安全技术要求235.1.3 便于安装与检修245.1.4 保证良好的操作条件245.1.5 符合建筑要求245.2 车间设备平面布局图245.2.1 第一车间（含聚合，萃取，干燥三个过程）255.2.1.1 第一车间平面布局图255.2.1.2 设备的布局设计255.2.2 第二车间（回收过程）255.2.2.1 第二车间平面布局图255.2.2.2 车间的设备布置设计255.3 设备一览表25无锡市大浮药化装备厂27无锡市大浮药化装备厂27第6章 设备设计286.1 VK聚合管286.1.1. 聚合反映器结构与特点286.2 列管换热器296.2.1 换热器系列296.2.2 基本参数306.2.3 结构形式316.3 贮槽316.3.1 贮槽的结构特点316.3.2 产品规格326.3.2.1 卧式系列贮罐示意图表:326.3.2.2立式贮罐系列图表:326.4 联苯锅炉336.4.1 热油型联苯锅炉336.4.2 主要技术参数346.4.3 安全操作规程346.5 薄膜蒸发器356.5.1 薄膜蒸发器的结构356.5.2 技术参数356.6 高速离心机366.6.1 过滤离心机366.6.1.1 产品特点366.6.1.2 技术参数376.6.1.3 详细介绍376.6.2 高速离心机376.6.2.1 产品特点386.6.2.2 详细介绍386.6.2.3 技术参数38第7章 市场前景及效益分析407.1 市场前景及成果推广407.2 经济效益分析417.2.1 技术经济分析的意义417.2.2 衡量经济效益的指标427.3 社会效益分析43总结全文44致 谢45参考文献46附件一 第一车间平面布局图49附件二 第二车间A平面布局图49附件三 第二车间B平面布局图50第1章 绪论1.1 概述纳米科学与技术1是近几十年来各国科学家研究的热点，而在纳米科技领域中，纳米材料和科学是富有活力，研究内容十分丰富的一个科学分支。当粒子尺寸进入纳米量级（1-100nm）时，其本身具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应，因此，展现出许多特有的性质，在催化，滤光，光吸收，医药，磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。由于纳米分散相大的比表面和强的界面相互作用，纳米复合材料与传统的复合材料相比，有更为优异的力学，热学，气体阻隔性能等性能，不仅如此，纳米复合材料还可以具有原组分不具有的特殊性能或功能，从而为设计和制备多功能新材料提供了新的机遇，现代科学技术的发展使得复合化成为材料发展的必然规律，因此，纳米复合材料是近年来发展较为迅速的一种新兴复合材料。1.2 纳米复合材料的简介1.纳米科技与纳米材料的内涵纳米科学与技术（Nanometer science and technology）是二十世纪八十年代末期诞生并正在崛起的新科技。它的基本含义是指在纳米尺寸（10-10-10-7m）范围内认识和改造自然，并且通过直接操纵和安排原子，分子，从而创造新物质，纳米科技是研究由尺寸在0.1nm至100nm之间的物质组成的体系的运动规律和可能的实际应用中的问题的科学技术。纳米科学和技术是一个融科学前沿和高科技为一体的高度交叉的综合性科学，包括物理，化学，生物学，材料科学1和电子学等。广义的说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，按维数来分，纳米材料的基本单元可分为三类：(1)零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒，原子团簇2等；(2)一维，只在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝，纳米棒，纳米管等；(3)两维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜和朝晶等。2.纳米复合材料的内涵所谓纳米复合材料（Nanocoposites）是80年代由ROY等人提出来的，与单一的纳米材料和纳米相材料不同，它是由两种或是两种以上的吉布斯固相至少在一个方向上以纳米级大小（1 nm -100 nm）复合而成的材料。3.纳米复合材料的性能由无机纳米复合材料与有机聚合物而成的纳米复合材料具有无机材料，无机纳米材料，有机聚合物材料，无机填料增强聚合物复合材料，碳纤维增强聚合物复合所不具备的一些性能，主要表现如下：(1)同步增韧增强效应3.无机材料具有刚性，有机材料具有韧性，无机材料对有机材料的复合改性，会提高有机材料的刚性，但会降低有机材料的韧性，而纳米材料对有机聚合物的复合改性，却在发挥无机材料的增强效果同时，又能起到增韧的效果，这是纳米材料对有机聚合物复合改性最显著的效果之一。(2)新品功能高分子材料.纳米复合材料是通过纳米材料改性有机聚合物而赋予复合材料新的功能，纳米材料以纳米级水平均匀分散在复合材料之中，没有所谓的官能团，但可直接或是间接的达到具体功能的目的，诸如光电转换，高效催化，紫外光屏蔽等。(3)强度大，摸量高.纳米材料增强的有机聚合物基复合材料比常规复合材料有更高的强度，摸量，加入两很少（质量分数为3-5），即可使聚合物的强度，刚度，韧性及阻隔性能获得明显的提高，不论使拉伸强度或是弯曲强度，还是拉伸摸量或是弯曲摸量均具有一致的变化率。(4)阻隔性能.对于插层纳米复合材料，由于聚合物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间，分子链段的运动受到限制，而显著提高了复合材料的耐热性及尺寸的稳定性；层状无机纳米材料在二维方法上阻碍各种气体的渗透，从而达到良好的阻燃，气密的作用。4.纳米复合材料的特征(1)尺寸小，能产生体积效应。当超细微粒的尺寸与光波的波长，传导电子的德布罗波长及超导态的长度与透射深度等物理尺寸相当时，周边性条件将被破环，其磁性，光吸收性，热阻，化学活性等都发生了很大的变化。(2)结构效应，优异的分散性。具有层状结构的纳米硅酸盐，经离子交换处理后，具有较强的化学活性，高分子可以插入层状结构中，形成稳定的高分散体系。(3)表面及界面效应。由于纳米材料粒径很小，其表面原子既具有无长程序又有无程序的非晶层。表面原子与总原子数之比随粒径的减少而增大，产生许多悬空键，即存在很多不饱和活性中心，使纳米材料的化学反应，塑性变形，磁性等方面表现出一般材料不具有的特性。1.3 蒙脱土/尼龙6复合材料的简介1. 蒙脱土的组成和结构图1.1 2：1型层状硅酸盐的结构蒙脱土的主要成分为蒙脱土，是由SiO四面体晶片和AIO八面体晶片所构成的层状硅酸盐晶体蒙脱土4的化学组为：Na0.7(AI3.3Mg0.7)Si8O20 (OH)4nH 2O，属2：l型层状硅酸盐。即每个单位晶胞由两个硅氧四面体晶片中间夹带一个铝氧八面体晶片构成三明治状结构，二者之间靠共用氧原子连接这种四面体和八面体的紧密堆积结构使其具有高度有序的晶格排列。每层的厚度为l nm。具有很高的刚度，层间不易滑。由于硅氧四面体中的部分Si4+和铝氧八面体中的部分被Mg2+ 所同晶置换，因此在这些1nm厚的片层表面产生了过剩的负电荷为了保持电中性，这些过剩的负电荷通过层问吸附的阳离子(蒙脱土片层间通常吸附有Na +、K+ 、Ca2 +、Mg2+ 等水合阳离子)来补偿，由于这些负电荷大部分分布在层状硅酸盐的层面上，结构层内的铝氧八面体层内晶格转换产生的负电荷与矿物层面上吸附的阳离子之间的距离较远。吸附的阳离子与晶层间常被水分子所隔。两者结合较松弛。阳离子脱离和吸附所需能量较低、也较自由，因此这些被吸附的阳离子可以被交换，这就是蒙脱土具有阳离子交换的本质。2.尼龙6的性能聚酰胺5(PA6，俗称尼龙6)居五大通用工程塑料之首，具有力学强度高、熔点高、耐磨、耐油和一般溶剂、耐热性能优良等特点。但由于PA的酰胺基和水分子之间能够形成氢键，因此和聚烯烃等疏水性聚合物相比，具有较大的吸水性，造成产品尺寸稳定性差、干态或低温下冲击强度低、不透明、溶解性差等缺点从而限制了其更广泛的应用。3.聚合物原位聚合法此法主要是将纳米材料溶解到单体溶液中，是纳米材料在搅拌作用下均匀地分散在溶液中，单体进行聚合反应生成聚合物后，纳米材料在聚合物中实现均匀的分散，这种方法的关键在于保持胶体溶液的稳定性，胶体粒子不发生团聚，表面修饰后的纳米材料，具有形成稳定胶体的性质。4.国内外研究现状与水平从1987年日本丰田中央研究所的YFukushima等首次报道采用原位插层聚合方法成功的合成制备尼龙6/粘土纳米复合材料以来，有机无机纳米复合材料已经成为新世纪前后材料科学的研究热点之一。随后日本丰田中央研究所、美国Cornell和Michigan大学都对插层制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料做了广泛的研究，合成了尼龙6、聚酰亚胺、环氧树脂、橡胶、聚已内酯、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的蒙脱土纳米复合材料。随着研究的深入，纳米蒙脱土的制备技术和在尼龙/纳米蒙脱土复合材料的制备和应用技术已趋成熟。但由于不易找到像尼龙6单体己内酰胺那样容易插入粘土层间的单体，所以目前国内外的相关研究大多集中在聚合物的插入制备法上，原位聚合法制备此类材料的报道反而逐渐减少。Fukushima等报道的尼龙6的原位插层聚合，以及许多研究单位进行的相关研究，采用的是己内酰胺的水解开环聚合法。我国中科院化学研究所率先开展高聚物/蒙脱土纳米复合材料的研究，如单体插层缩聚法制备尼龙6、PET、PBT的蒙脱土纳米复合材料等，提高了材料的热性能和阻隔性，并使结晶速率提高。他们还通过聚合物溶液插层法及熔融插层法分别制备硅橡胶和聚苯乙烯的蒙脱土纳米复合材料，各项性能均有一定提高。在这方面开展研究的还有华南理工大学、上海交通大学、湖北工业大学等许多高校与科研机构。漆宗能等采用一步原位插层聚合法，将蒙脱土阳离子交换反应与聚酰胺的单体插层及插层后的蒙脱土与单体原位聚合在反应器中一次完成，使蒙脱土通过库仑力与聚酰胺基体结合和以纳米尺度均匀分布在聚酰胺基体中，产品具有较高的力学性能和热学性能和有较好的透明度。乔放等人研究了聚酰胺粘土纳米复合材料，由于粘土以纳米尺度均匀地分散在聚酰胺基体中以及粘土与基体间强的化学结合，较常规填充增强聚酰胺复合材料具有优异的强度、模量、耐热、气体阻隔等性能。郝向阳等将PA6和PA66分别与有机化改性蒙脱土、阻燃剂共混制成纳米塑料，发现PA蒙脱土纳米塑料有抗熔滴等阻燃特点，能同时提高塑料的力学和阻燃性能6。Kato、Wang、Pinnavaia、Messermith、Usuki、蔡荣欣、马继盛、陈光明等人对聚苯乙烯、环氧树脂、聚丙烯、聚氨酯等其它聚合物进行了研究原位聚合、熔融插层以及复合材料的表征和应用方面取得了一定的成果。对于尼龙6/粘土纳米复合材料的应用，Jeffrey等研究发现，这种复合材料具有优异的阻燃性能，声称这对于聚合物的阻燃而言具有“革命性”的意义。刘立敏等通过熔融插层成功地制备了PA6MMT纳米复合材料。结果发现，通过熔融插层可使PA6基体插层于MMT中，MMT在PA6基体中达到了纳米尺度的分散，该复合材料(MMT质量分数4.2)的性能较PA6有很大提高。其中拉伸强度提高33.9%，挠曲强度提高60.4%，热变形温度提高60，与插层聚合的PA6MMT纳米复合材料的性能相当。5.纳米复合材料的研究进展纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于102nm复合材料。由于纳米分散相大的比表面和强的界面相互作用，纳米复合材料表现出不同与一般宏观复合材料的力学，电，磁和光学性能，不仅如此，纳米复合材料还可能具有原组分不具备的特殊性能或功能，为设计和制备高性能新材料提供新的机遇，用常规熔融，溶液分散共混方法制备聚合物基纳米复合材料由于无机纳米粉自身的团聚，在高黏度聚合物基体中难以均匀分散以及无机分散相与有机聚合物基体间的界面结合弱等技术难题，很难得到有应用前景的纳米复合材料，自1987年日本报道，用插层聚合方法制备尼龙6/黏土纳米共混材料以来实现了无机纳米相均匀的分散，无机/有机强界面结合，自组装和具有较常规聚合物/无机填料复合材料无法比拟的优点（如优异的力学，热学性能和气体阻隔性能等），因此此类聚合物/层状硅酸盐（PLS）纳米复合材料备受关注，国内外PLS纳米复合材料的研究异常活跃，美国康奈尔大学，密歇根大学，日本丰田研究发展中心和中国科学院化学研究所等制备出nylon6,PS,PET,PBT/黏土等PLS纳米复合材料7，并在其基础理论和应用开发方向取得一系列重要进展。1.4 本文研究的思路和内容本文主要是研究蒙脱土/尼龙6纳米复合材料，根据其原料的特性，以及工业生产中的先进经验或科学研究中的新成果，然后，通过原位聚合方法制备蒙脱土/尼龙6纳米复合材料，设计以VK聚合管两段连续聚合的工艺流程，选择正确的工艺条件和设备，并进行合理的设备配置；设计使用的厂房结构，确保生产的正常进行。本文的只要内容及结构如下：第一章：综述纳米材料的内涵，结构和特征，原位聚合方法，蒙脱土结构特征及国内外的研究现状，提出本文的研究思路和内容。第二章：国内外个工艺流程的比较，以及其VK聚合管内部结构的比较，生产技术和设备的共同点和个公司原料的消耗及尼龙6的质量指标。第三章：介绍了以VK聚合管式两段连续聚合的生产过程以及废料回收的方法和对蒙脱土/尼龙6纳米复合材料强度效核，并得出结论。第四章：介绍工厂厂址的选择，工厂布置的因素和原则，以及工厂平面布局图和其效核。第五章：各车间布局平面图（包括第一，二车间），以及其设计的思想。第六章：介绍各设备的技术参数和性能，以及其生产厂家。第七章：进行效益分析。最后总结全文。第2章 生产方法的选择和工艺流程2.1 工艺流程的比较与选择前面，对蒙脱土/PA6复合物的几种生产工艺进行了介绍。从目前已工业化并大量采用的工艺来讲，主要是间歇水解聚合，常压连续水解聚合，两段连续水解聚合8，固相后缩聚法和多段连续聚合法。2.1.1 间歇水解聚合 间歇聚合采用耐压聚合釜，聚合过程分为三个阶段第一阶段，水解缩聚，聚合温度在230250，压力在0.50.8MPa。通过加热，加压促进己内酰胺水解，并形成低聚体。第二阶段，真空聚合，此阶段主要是通过抽真空除去反应体系中的水，促进加聚反应，形成大分子聚合体。通过真空度或聚合时间来调控聚合物分子量。一般反应温度为250，真空0.06 MPa。第三阶段。平衡反应，一方面静止搅拌，真空脱泡，另一方面继续脱除低分子物，提高聚合物的分子量。聚合过程中，最关键是体系中水含量的控制，搅拌形式及转速与时间的设定对聚合反应有一定的影响。间歇聚合适合多品种小批量产品的生产。可生产不同黏度的产品以及共聚尼龙等，但原料消耗比连续聚合高，聚合周期长，生产效率低，特别是产品质量稳定性差。2.1.2 常压连续水解聚合 常压连续聚合是指原料己内酰胺开环聚合，进入管式反应器9（工业上称为VK管）继续反应。从VK管底部出料。该方法用于生产PA6民用丝。NOY公司特点：采用大型VK管（1440mm1690mm）连续聚合，聚合温度260，时间20h。热水逆流萃取切片中残余单体及低聚物、氮气气流干燥、DCS集散系统控制，单体回收采用萃取水连续三效蒸发浓缩，间断蒸馏浓缩液工艺。具有生产连续化、产量高、质量好、占地面积少的特点。是当前世界普遍采用的生产民用丝PA6切片的典型工艺。常压连续聚合产品质量均一，适合生产中，低黏度的尼龙6。2.1.3 两段连续水解聚合 所谓两段聚合是指聚合过程分为两个部分，采用两个聚合管，使用不同的聚合工艺来实现产品牌号的调整。现有工业化的方式有：前聚合高压，后聚合常压；前聚合加压，后聚合减压；前聚合常压，后聚合常压三种方式。两段连续聚合法中，德国吉玛公司开发的加压减压新工艺最具代表性。根据己内酰胺聚合反应特征，设计不同反应阶段的适宜的设备结构和工艺条件，使之有利于生产高黏度PA6，有利于生产的调节。在第二段聚合中，己内酰胺以水解开环和部分加成反应为主，反应体系需要吸热，提高反应温度有利于反应的进行；同时，由于受温度影响，体系中大量水分被蒸发脱离反应体系。因此，通过加压，可使水分子重返反应体系，促进水解开环聚合。在第二段聚合中，主要是缩聚加成反应。其特征为分子量快速增长，体系黏度急剧上升，体系中的低分子物的存在影响其分子量的增长，同时，此过程不需要加热，还应移走体系的热量以防过热而导致降解。该工艺流程特点：二段式连续聚合、气相联苯加热，液相联苯吸热，减压脱水能保证聚合反应充分，聚合物粘度波动小，分子量分布均匀，有利于提高纤维质量；切片萃取采用新型塔内构件，从而提高萃取效率，萃取水浓度达到10%以上，使回收已内酰胺能耗降低，萃取后切片中可萃取物含量0.6%；采用氨气逆流干燥流程，切片在密封系统中被连续干燥，效果好，切片含水低，且不受空气氧化，适合于生产安全帽子布所用一步法纺牵联合机，装置原料及公用工程消耗见表2.1。表2.1 40t/d二段聚合装置原料及公用工程消耗原料消耗原料消耗已内酰胺/kg1038压缩空气/kg436.03醋酸/kg0.56氮气/kg30.62循环水/t70.35仪表风/kg191.48电/kW.h1623.3氢气/kg0.011脱盐水/t(32)0.18蒸汽/t（中压）1.12新鲜水/t3.28低压蒸汽/t0.28注：以生产1t干切片计。2.1.4 固相后缩聚法这是一种使切片增粘的方法，如果需要在干燥过程中增粘，与VK管连续聚合不同之处是把连续干燥塔分为三段，第一段为干燥塔，第二段为固相后缩聚塔11，第三段为冷却塔，并设置三个氮气循环系统，塔内氮气温度为160180（第二段），通过调节氮气温度，使切片粘度从2.5提到4以上，日产20t系列的干燥塔，固相后缩聚时间为8h，这意味着用同一聚合管不仅可生产民用丝切片，还可以通过干燥后聚合增粘，生产薄膜和塑料级高粘度切片。但这种设备造价比一般连续干燥塔贵一倍。Zimmer公司在用这种方法增粘时，另用一种特殊催化剂。此外，值得注意的是德国Kart Fischer公司在生产帘子布级切片及工业用丝级切片时，为改善聚合物均匀性，不采用固相后缩聚增粘，而在连续聚合管后加一个真空降膜闪蒸塔，进一步除掉水分提高切片粘度。 其突出特点是可在干燥过程中同时完成增黏过程，弥补了常压聚合工艺产品单一的缺陷。2.1.5 多段连续聚合法美国Allied Chemical公司采取多段聚合法用以生产高粘度的帘子线，其工艺过程包括预聚合、加成反应、真空闪蒸12、螺杆后聚合等工艺。即第一个预聚合反应器设计成矮胖型结构，单体已内酰胺在其中进行开环预聚；第二个聚合器设计成瘦长型结构，物料在其中进行开环加聚反应；第三个聚合器设计成上大下小结构，该聚合器上段进行真空闪蒸，下段进行缩聚反应及平衡，包括链交换和链终止反应，聚合物达到一定的聚合度；第四步采取双螺杆后缩聚增粘法提高聚合物粘度，需真空系统和氧气的脱水、干燥及净化等装置。这种方法聚合时间只要67h，可直接纺制帘子线，但设备较复杂。德国BASF公司等对这种方法进行了改进，聚合时间可缩短到45h，聚合物粘度可提高三分之一，但建设费用和生产成本较高，检修周期长（设备多），影响了推广应用。2.2 各种聚合方法工艺热点的比较表2.2 各种聚合方法比较工 艺 特 点常压连续法1个聚合管，常压操作，DCS控制，生产最高相对黏度2.7，聚合时间：2022h，回收系统采用三效蒸发提浓，适应生产民用丝。两段连续水解聚合法2个聚合管，加压与减压操作，DCS控制，生产最高相对黏度3.5，聚合时间：1314h,回收系统采用二效蒸发，聚合分子量均匀，适用生产工业用丝，工程塑料。间歇式高压釜法工艺灵活，便于更换产品，可生产PA6和PA66。缺点：己内酰胺损耗比连续生产法高1.5左右，自动化程度低，适应生产小批量，多品种工程塑料级切片固相后缩聚法必须用高纯N2，相对黏度可从2.5增至4以上。工艺要求严，设备造价高。适用生产薄膜，塑料级高黏度切片多段连续聚合聚合时间短，聚合物黏度高，工艺独特。缺点：设备复杂，建议费用高，生产成本高，检修期长，影响推广应用。2.3 世界主要几大公司聚合管内部结构2.3.1 瑞士 Inventa公司Inventa公司对PA6的生产技术和设备进行了长期的研究，具有一定的特色。聚合管的单台能力已提高到100t/d，其经济效益是非常明显的。该公司根据聚合反应的特点，设计出三种大型聚合管，A型为常压聚合管，干切片生产量为32t/d，聚合时间为1516h，切片相对粘度可在2.42.9调节。用于民用丝（POY，FDY）、工业用丝、帘子线（需加固相后缩聚）及薄膜、塑料的生产。设备特点：带预热器，可提高物料进VK管时的温度，在上部管内装有搅拌器和两组加热器13，用以加速单体的水解并使温度分布均匀。下部装有换热器，能带走反应热量，降低反应达到平衡时的温度，从而减少熔体中单体和低聚物含量。聚合管下部换热器上装有静态混合器，使熔体在管内的径向流速及温度分布均匀。B型为高压聚合管，生产能力30t/d，聚合时间为15-16h，切片粘度可在2.4-3.4调节，产品用于制作薄膜、塑料及帘子线。VK管带预热器，管内装有整流板，仅有夹套加热，外部结构简单，设计的第三种为二段式聚合，与D型相似。2.3.2 意大利NOY公司D型为德国Zimmer公司两段式聚合管，相当于将大型VK管分成两个VK管前聚合器和后聚合器，前聚合器可以使单体在过量水分和加热下生成足够多的带氨基和羧基的活性分子，回忆其在后聚合器的聚合速度，尽量提高单体在前聚合器的转化率，转化率越高，则铸带切片中单体含量越少。两段聚合与生产能力相同的一段聚合管（1.8m，长度21.6 m）相比，D型聚合管可以降低厂房高度。德国Zimmer公司设计的聚合管生产能力有10-60t/d的系列。聚合管内设有列管段和整流装置，在加热系统中，有夹套加热段，两个内加热器和两个内冷却器。上部夹套及熔体管道用液相联苯保温。Zimmer公司曾为捷克等许多国家和我国的陕西、牡丹江、青岛等厂家建成不同规模的生产装置。2.3.4 德国Kart Fischer公司E型是该公司设计的二段法新型聚合管，即前聚合常压或加压（带搅拌，如A型），列管段是领带式，其它是夹套，VK管14内不采用整流器或静态混合器，而设计成多孔伞形板，可使VK管中心温度与壁温度几乎一致，没有温差。我国广东顺德锦纶厂从该公司引进20t/d生产装置，这种领带式换热器脱水效果优于列管换热器。2.4 各公司生产技术特点各公司PA6聚合生产技术及设备的共同特点是：(1)液体已内酰胺普遍采用热水保温，固体已内酰胺作原料时，熔融工序大多用热水加热，促进固体已内酰胺均匀熔融。(2)在聚合管内广泛采用静态混合器或整流器，目的是使管内温度、流速一致。整流器呈活塞流。(3)聚合管的直径较大（由250mm发展到2000mm左右），普遍采用列管式换热器或盘管式换热器，采用汽相或液相联苯作热载体，用于准确控制反应温度。(4)普遍采用水下切粒。通常使用Automatik公司制造的水下切粒机。该机产量高，刀片使用寿命长，切处粒度均匀，嗓音低。(5)萃取塔15都采用狭缝式，塔内设有特殊结构的伞形挡板或特殊的塔盘式整流器。萃取水温较高，且通过回收单体后循环使用，切片与水冷子管流接触，混合比例由新鲜水的补充量来控制，切片中可萃取物的含量由原来的10%降到0.6%以下。(6)干燥设备基本分为干燥塔和切片冷却器，干燥介质为高纯热氮气（99.999%），分上、下二路通入干燥塔，冷凝管向通过切片层，氮气的更新系统是干燥的辅助部分，湿氮气经洗涤、冷却去湿和除氧处理，升温后再循环使用。对于N2的循环系统，各公司稍有差别，吉玛公司的干燥流程中，热N2分别是从上部和下部进入干燥塔，上部热N2用于除去切片表面的水分并使其达到干燥温度；下部热N2继而将切片内的水分脱除，两股N2从塔顶离开。(7)为了减少环境污染，降低原料消耗，各公司均设有萃取废水和固体废料回收装置。(8)聚合过程均采用DCS集散系统控制，生产全部连续化，输送系统采用水或N2输送物料。各公司主要原料及能耗情况见表2.3表2.3 各公司主要原料及能耗比较公司产量/t已内酰胺/kg醋酸/kgTiO2/kg电/Kw.h冷却水/t冷冻水/t脱盐水/t蒸汽/t压缩空气/m3N2 /m3H2 /m3Didier1210411.54.051627601.044.318016-Inventa251028-720158670.71.82120.6720.104Zimmer2510301.23.0542188.465.21.161.6933.48.80.56Karl Fischer2010302-33-1247678