1、实践与经验合成纤维工业，（）：收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：王玉良（），男，工程师，从事化工生产技术与管理工作。：。环己酮氨肟化工艺原料配比数学模型的构建及应用分析王 玉 良（中石化巴陵石油化工有限公司，湖南 岳阳）摘 要：以环己酮氨肟化反应的实际生产数据为基础，构建双氧水 环己酮摩尔配比（）与氨肟化反应釜清液中环己酮含量（）、环己酮肟单位生产成本（）之间的数学模型，并应用数学模型分析了原料环己酮、双氧水价格变动对 的影响。结果表明：建立的数学模型相关系数为 ，相关性较强，与实际值误差较小；环己酮价格较高时，降低 对 的影响较小，而双氧水价格较高时，降低 对 影响较大；在实际生产控制
2、中，的控制应综合考虑生产成本与产品质量之间的关系，依据建立的数学模型，在原料价格发生变动时，通过对 进行有针对性的调整，从而实现生产成本与产品质量的最优化。关键词：己内酰胺 环己酮 摩尔配比 转化率 数学模型 效益优化中图分类号：文献标识码：文章编号：（）己内酰胺是一种重要的有机化工原料，主要用途是通过聚合生成聚酰胺 切片，再进一步加工成聚酰胺 纤维、工程塑料、薄膜。根据质量和指标的不同，聚酰胺 切片有不同的侧重应用领域。随着下游市场需求量的进一步增大，截至 年底，国内已建成投产或在建己内酰胺装置达 套，国内己内酰胺总产能已达 。淤浆床环己酮氨肟化法制环己酮肟是己内酰胺生产中的核心单元，目前国
3、内环己酮肟生产装置 采用环己酮氨肟化法工艺，即在一定条件下，环己酮、双氧水、氨反应生成环己酮肟，然后环己酮肟在发烟硫酸的作用下进行重排反应生成己内酰胺，在整个反应链中氨肟化反应的控制是关键。随着氨肟化法生产己内酰胺工艺的研究深入，各企业的工艺控制参数及产品质量已大体相近，如何进一步降低生产成本成为各己内酰胺企业竞争的着眼点。作者以中石化巴陵石油化工有限公司己内酰胺部氨肟化装置实际生产数据为基础，构建了双氧水 环己酮摩尔配比（）与氨肟化反应釜清液中环己酮含量（）、环己酮肟单位生产成本（）之间的数学模型，以期通过模型优化生产工艺，降低生产成本。氨肟化反应机理目前，关于以钛硅分子筛（）作为反应催化剂
4、的环己酮氨肟化工艺的反应机理主要存在两种观点。第一种观点称为羟胺机理，认为 与双氧水发生反应生成含钛过氧化物，然后气氨在催化剂的作用下被含钛过氧化物氧化为羟胺，再与环己酮发生反应生成环己酮肟。第二种观点称为亚胺机理，认为气氨和环己酮先生成环己酮亚胺，环己酮亚胺再被钛和双氧水的中间体氧化成环己酮肟。张向京等利用原位漫反射红外光谱法对环己酮氨肟化反应过程的研究表明，氨水与环己酮首先吸附在表面 上生成环己酮亚胺，然后生成肟。亚胺机理可以较为贴切地解释一些副产物的形成原因，但亚胺机理并不能否定羟胺机理的可能性，顾耀明等认为主反应符合羟胺机理，副反应符合亚胺机理。影响环己酮氨肟化反应的主要因素包括催化剂
5、的活性、反应釜的温度、反应釜的压力、，以及反应时间、催化剂浓度等。在催化剂的催化能力不变的情况下，对各影响因素进行调整与优化，促进主反应的速度和靶向性、减少副产物的产生是提升环己酮肟质量的关键。原料配比数学模型的构建及验证 模型构建数学模型是基于数学理论和方法，对实际问题的一种抽象和简化，用数学符号、数学关系式、数学命题、图形、图表等来刻画客观事物的本质属性与其内在联系。当数学模型与经济研究问题有机地结合在一起时，就产生了经济模型。在氨肟化反应温度 ，压力 ，催化剂质量分数为 的条件下，以氨肟化装置反应釜清液中 与 的部分数据作散点图，见图。图 与反应清液中 之间的关系 利用 软件中 函数与
6、函数对图 中数据进行拟合分析，得到 与 的函数关系，见式（）。（）根据氨肟化反应方程式由式（）计算。（）式中：为双氧水流量，为环己酮流量，为双氧水浓度。为简化计算，取 为 ，此时反应釜内溶液总流量为 ，则环己酮转化率（）的计算见式（）。（）（）不考虑液氨成本，与原料双氧水单价（）、环己酮单价（）、环己酮肟产量（）之间的关系见式（）。（）（）根据氨肟化反应方程式由式（）计算。（）将式（）、式（）、式（）代入式（），由此得到 与 的关系式，见式（）。（）（）模型验证从表 可以看出：的计算值与实际值基本相符，误差在可接受范围内，实际值与计算值相关系数为 ，相关性较强。另外，从表 还可以看出，随着 增
7、大，先减小后增大，即 先增大后减小，当 为 时，最小，最高，继续提高，双氧水处于超量状态，相应的副反应增加，造成主反应转化率下降，上升，说明控制反应的，有利于提高。表 不同 下 的计算值与实际值 计算值，实际值，设定 为，为 元，为 元，代入式（），计算得到不同 下的 见表。表 不同 下的 ，（元）从表 可以看出，随着 的提高，随之增大，而 先增大后减小，与 的增长趋势不一致，说明并不是 越大，越小。这是因为在氨肟化反应过程中，要使反应釜中的环己酮全部消耗，就需要加入更多的双氧水，但双氧水加入量有个极限值（在 左右），超过这个极限值，副反应会增多（如双氧水分解等），导致未反应的环己酮增多，生成
8、的环己酮肟减少，而 是按加入到反应釜的环己酮和双氧水的总费用计算（无论是否参与反应），故 增大、也增大，同时未反应的环己酮进入到后工序还会影响最终己内酰胺产品的质量。合 成 纤 维 工 业 年第 卷 原料配比数学模型的应用实际生产过程中，通常控制在 ，分别选取 为 与 ，考察不同原料单价下通过降低 对收益影响。从表 可以看出，不变时，随着 的提高，降低 产生的收益逐步降低，如 为 元、为 元 时，由 降至 ，产生收益为 元；为 元 时，由 降至 ，产生收益为 元，说明 较高时，降低 产生的收益较低，有可能不足以抵消质量损失所导致的收益损失（越低，己内酰产品质量越好），故此时通过减小 来降低 不
9、可取。表 不同 下 对 的影响 （元）（元）（元）为 为 差值 从表 可以看出，不变时，随 的升高，降低 产生的收益逐步提高，如 为 元、为 元 时，由 降至 ，产生收益为 元；为 元 时，由 降至，产生收益为 元，说明 较高时，降低 产生的收益较高，有可能超过质量损失所导致的收益损失，此时就可以考虑通过减小 来降低。表 不同 下 对 的影响 （元）（元）（元）为 为 差值 故在环己酮氨肟化工艺控制过程中，的控制应综合考虑生产成本与产品质量之间的关系，在一定范围内降低 可以提高收益，但随着 的降低，系统中会出现酮累积现象，进而对工艺控制产生负面影响。因此，在原料的价格发生变动时，有针对性的对
10、进行优化调整，是实现产品质量与生产成本最优化的有效手段。结论 建立了 与氨肟化反应釜清液中、之间的数学模型，该模型相关系数为 ，相关性较强，与实际值误差较小。氨肟化反应过程中，随着 的提高，先减小后增大，先增大后减小，当 为 时，最小，最高，产品质量最好；随着 的提高，增大，减小 有利用降低，但会导致副反应增多，影响产品质量。较高时，降低 对 的影响较小，而 较高时，降低 对 影响较大。在实际生产控制中，的控制应综合考虑生产成本与产品质量之间的关系，依据建立的数学模型，在原料价格发生变动时，通过对 进行有针对性的调整，从而实现生产成本与产品质量的最优化。参 考 文 献 易春旺 尼龙 聚合技术和
11、功能性产品进展 合成纤维工业，（）：孙欲晓，赵伟，杨明辉 己内酰胺的生产及市场分析 化学工业，（）：王彦伟 锦纶 产业链生产现状及市场分析与展望 合成纤维工业，（）：王伟，王卉，陈卓 国内外己内酰胺市场现状与发展趋势 合成纤维工业，（）：李富菊，任成韵，任振坛，等 环己酮氨肟化反应控制条件的优化研究 中国化工贸易，（）：刘卫东 氨肟化法制备环己酮肟的工艺条件的优化 广州化工，（）：张向京，马瑞平，乔永志，等 钛硅分子筛 上液相氨氧化制环己酮氨肟机理的原位红外分析 河北科技大学学报，（）：顾耀明，刘春平，程立泉，等 钛硅分子筛催化环己酮氨肟化工业试验 化工进展，（）：周贤玲 浅谈经济数学模型及其
12、应用 经济研究导刊，（）：张德美 膜分离回收甲醇合成驰放气的模型研究及其应用 北京：北京化工大学，丁欣怡 己内酰胺连续水解聚合数值模拟及流程分析 杭州：浙江理工大学，李晓光 混合建模方法研究及其在化工过程中的应用 北京：北京化工大学，第 期 王玉良 环己酮氨肟化工艺原料配比数学模型的构建及应用分析 （，）：，（）（）（），；，；，：；（上接第 页），（，；，）：（）（），；，：；国内外动态平煤神马高强高模浸胶帘子布填补国内技术空白 年 月 日，平煤神马集团自主研发的高强高模浸胶帘子布成功完成生产线小试，产品及技术打破国外垄断、填补国内空白，达到国际先进水平，这是继 年 月高强高模工业丝得到国际
13、客户认可后的又一次重大突破。该系列新产品是平煤神马集团立足行业高端、调整产品结构、性能迭代升级的一项新成果，主要采用特殊的紧张热定型浸胶新工艺生产，具有强度高、模量高、尺寸稳定性好等突出优势，可作为骨架材料广泛应用于各类新型轮胎，对于进一步提升企业核心竞争力，更好满足国内市场需求具有重要战略意义。近年来，平煤神马集团帘子布发展公司大力实施创新驱动发展战略，坚持走高端特色之路，着力打造具有核心竞争力的科技创新高地，相继研发出一系列高端差异化产品，为企业提高质量效益奠定了坚实基础。高强高模工业丝及高强高模浸胶帘子布就是该公司持之以恒不断创新的代表性新产品。（通讯员 肖英芝）合 成 纤 维 工 业 年第 卷
