影响顺酐装置离心机分离效果的因素分析

朱南南 刘先红

（山东汇丰石化集团有限公司企业技术中心）

顺酐（MA）又名马来酸酐，化学名顺丁烯二酸酐，是一种常用的重要有机化工原料，是需求量仅次于苯酐和醋酐的第三大酸酐，主要用于生产不饱和聚酯、1，4-丁二醇（BDO）、醇酸树脂，另外还用于农药、涂料、油墨、润滑油添加剂、纺织品整理剂及表面活性剂等领域［1，2］。笔者所在单位年产5万吨正丁烷固定床氧化六氢化邻苯二甲酸二丁酯（DIBE） 吸收工艺于2016年进行改造，引进了意大利Conser 公司邻苯二甲酸二丁酯（DBP）溶剂吸收工艺。溶剂洗涤系统分为混合、离心分离、干燥3 个部分。 溶剂在使用过程中会发生分解，同时顺酐在高温条件下与水反应生成顺酸，导致溶剂中含有大量苯酐、邻苯二甲酸、焦油及顺酸等杂质。 过多的杂质会导致离心机分离效果变差，离心机出口水相中溶剂量、溶剂水含量均增加，不仅造成了溶剂的损失，也严重影响了装 置 的 长 周 期 稳 定 运 行［3，4］。 由 此 可见，溶剂洗涤工段离心分离是保证溶剂质量的关键环节，直接影响装置的运行和加工成本，研究各种因素对离心机分离效果的影响具有十分重要的意义。 笔者从混合温度、搅拌速度、剂水比（贫溶剂与脱盐水比例） 和停留时间4 个方面进行分析，以期找到离心机的最佳操作参数。

1 溶剂洗涤工艺流程及设备简述

1.1工艺流程

溶剂洗涤是将解析顺酐后降低了吸收溶解能力的贫溶剂中苯酐、邻苯二甲酸、富马酸及副产焦油等杂质通过水洗提纯的过程［5］。 除盐水经换热器进行预热并与贫溶剂按照一定的比例进入混合罐，在一定的温度和搅拌作用下，由于杂质在水相中的溶解度远大于溶剂相，物料在搅拌作用下，大部分杂质会从溶剂转移到水中，实现了萃取过程［6］。 然后通过离心泵将混合液输送至离心机，在离心机高速旋转下利用两相密度的不同进行分离。 离心机分离出的轻相进入水相倾析器，重相经加热进入闪蒸罐闪蒸水分后进入吸收塔重复利用（图1）。

1.2离心机分离原理

笔者所在单位使用的离心机型号是阿法拉伐CHPX-517， 该离心机属于碟片式高速固体间歇排放离心机，正常工作时转速为4 285r/min，适用于分离两相密度差较小的物料。 该离心机的分离原理可以简单解释为： 物料进入高速转动的转鼓中，由于存在密度差，在强大的离心力场作用下，受到的离心力并不完全相等，重相向碟片外侧移动，轻相向碟片内侧移动，最终使两相分离［7］。

图1 溶剂洗涤工艺流程

1.3实验仪器及步骤

实验仪器包括气相色谱仪（Agilent 7820A）、 溶 剂 含 水 自 动 快 速 测 定 仪（DGN1000XA12）和阿法拉伐 CHPX-517 离心机。

水中溶剂含量的测定过程为： 取0.1g 样品，加入 100mL 蒸馏水搅拌 10min， 从样品中取0.3μL 注入色谱仪中。 其中，柱箱温度 80℃；检测器温度300℃；分流比50:1；分流流量150mL/min；氢气流量 30mL/min；空气流量400mL/min；尾吹氮气流量25mL/min。

溶剂水含量的测定过程为： 在烧瓶中加入100mL 试样，再加入100mL 溶剂，接上水分接收器和冷凝管，开冷凝水，在溶剂含水自动快速测定仪上加热蒸馏， 根据馏出水分体积计算含水量。

2 影响离心机分离效果的因素分析

影响离心机分离效果的主要因素包括：贫溶剂中顺酐含量、混合罐的温度、液位、搅拌器转速、离心机两相背压及操作因素等，这些因素相互影响，共同制约着离心机的运行。 笔者主要研究混合温度、搅拌速度、剂水比和停留时间对离心机分离效果的影响。

2.1混合温度对分离效果的影响

在剂水比2:1、 搅拌速度35r/min、 停留时间80min 的条件下， 考察了混合温度对分离效果的影响。 在不同温度条件下，溶剂中水含量和水中溶剂含量如图2 所示。

图2 混合温度对离心机分离效果的影响

由图2 可以看出，从50~62℃，溶剂中水含量和水中溶剂含量降低， 离心机分离效果逐渐变好，溶剂单耗下降；从62~70℃，随着温度升高，溶剂中水含量和水中溶剂含量逐渐升高，分离效果变差。 这是因为溶剂中杂质随温度升高在水中的溶解度增大，同时溶剂粘度降低，有利于分离。 温度大于62℃之后， 杂质在水中的溶解度升高，同时溶剂在水中的溶解度也会增加，导致分离效果变差，溶剂单耗增加［8，9］。 温度在 50~70℃时，装置运行8h 后， 从水相倾析器底部能见到明显的溶剂层。 因此，用离心机分离溶剂水洗液，一般情况下温度应控制在60~65℃，本装置温度取62℃。

2.2搅拌速度对分离效果的影响

在剂水比 2:1、 混合温度 62℃、 停留时间80min 的条件下， 考察了混合罐搅拌速度对分离效果的影响。 在不同搅拌速度条件下，溶剂中水含量和水中溶剂含量如图3 所示。

图3 搅拌速度对离心机分离效果的影响

由图3 可见， 搅拌速度从 20r/min 增加到34r/min 时，随着搅拌速度增加，溶剂中水含量和水中溶剂含量均降低，离心分离效果较好；搅拌速度从34r/min 增加到45r/min 时，溶剂中水含量和水中溶剂含量均逐渐升高， 设备分离效果变差。

这是由于搅拌速度较慢时，溶剂与水混合不充分，富马酸、顺酸等杂质不能充分溶于水中，萃取过程不完全致使分离效果差，随着装置长时间运行，最终会导致离心机无法分离。 搅拌速度过快，溶剂水混合物会发生乳化现象，离心机无法分离乳化后的混合物，导致大量溶剂进入水相倾析器。 本装置混合罐搅拌速度为34r/min 时分离效果最好。

2.3剂水比对分离效果的影响

在搅拌速度34r/min、混合温度62℃、停留时间80min 的条件下，考察了剂水比对分离效果的影响。 通过调节进料量，在不同剂水比条件下测试离心机分离效果，溶剂中水含量和水中溶剂含量如图4 所示。

图4 剂水比对离心机分离效果的影响

由图4 可知，剂水比为1:1~3.5:1 时，随着剂水比增加，溶剂中水含量逐渐降低，水中溶剂含量逐渐升高。 1:1 时，由于水的比例过高导致水中溶剂含量较低，且部分水进入溶剂中，经过一段时间运行， 在溶剂相倾析器顶部会有明显的水层，加大了后续处理难度。 剂水比为3.5:1 时，会导致部分溶剂进入水相，同时剂水比高，杂质的处理量降低，会影响到后续程序，因此，在实际生产中考虑处理量与处理效率的关系，本装置剂水比取2:1。

2.4停留时间对分离效果的影响

在搅拌速度35r/min、混合温度62℃、剂水比2:1 的条件下， 考察了停留时间对分离效果的影响。 在稳定的进料条件下，通过调节混合罐液位，测试停留时间对离心机分离效果的影响，溶剂中水含量和水中溶剂含量如图5 所示。 由图5 可见，停留时间由20min 增加到100min 时，随着时间的增加， 溶剂中水含量和水中溶剂含量均降低，离心分离效果较好，停留时间由100min 增加到150min 时， 溶剂中水含量和水中溶剂含量均逐渐升高，设备分离效果变差。

图5 停留时间对离心机分离效果的影响

停留时间对分离效果的影响与搅拌速度是一样的，停留时间短，溶剂与水混合不充分，萃取过程不完全导致分离效果差；停留时间过长，溶剂水混合物长时间搅拌发生乳化现象。

3 结论

3.1混合温度62℃时分离效果最好， 温度大于62℃之后，杂质和溶剂在水中的溶解度均升高，不利于离心分离。

3.2搅拌速度34r/min、停留时间100min 时分离效果最好，搅拌速度与停留时间对分离效果的影响是一致的。 搅拌速度慢、停留时间短，溶剂与水混合不充分，富马酸、顺酸等杂质不能充分溶于水中，萃取过程不完全导致分离效果差；搅拌速度快、停留时间长，溶剂水混合物会发生乳化现象，离心机无法分离乳化后的混合物。

3.3在实际生产中应综合考虑处理量与处理效率的关系，本装置剂水比取2:1。 在最佳操作条件下，溶剂中水含量一般在0.50wt%左右，水中溶剂含量一般在0.06wt%左右，减少了溶剂的损失，保证了装置的长周期稳定运行。