杨彬
山东华鲁恒升化工股份有限公司 山东德州253000
摘要：实际生产和理论分析均证明：推进式搅拌在提高己二酸结晶颗粒大小上都有明显的促进效果，同时搅拌叶轮大小及转速都对保证混合效果是否完全起到较大作用。
关键词：己二酸；结晶反应器；环己醇
0 引言
含氧多元酸杂多酸及其盐类化合物由于具有强酸性、氧化性和溶解性等优异性能#，因而在有机催化合成、废物治理等领域有广泛用途。己二酸是生产尼龙一66、聚氨酯、合成树脂、塑料增塑剂、润滑剂、粘合剂等的重要工业原料，也广泛用作食品添加剂。当前工业生产方法主要是以环己醇和环己酮为原料的硝酸氧化法，生产中产生大量氮氧化物、硝酸蒸汽及高浓度废酸液，严重污染环境。采用杂多化合物为催化剂，清洁氧源H：O替代HNO的绿色合成工艺是该领域的研究热点之一。在MESSO分步结晶器中，生成结晶颗粒大小的关键在于控制结晶速度和保证结晶效果。本文以己二酸结晶过程为例，围绕搅拌工作原理，搅拌类型及结晶机理，在保证混合效果的前提下对搅拌器的选型进行了分析。
1 实验过程
在己二酸生产中，己二酸的分离是关键的一个步骤。硝酸环己醇制取法中，在己二酸的溶液中存在大量的NO3-离子存在。同时，其生成的产物包括戊二酸，丁二酸等。现国内装置多利用丁二酸，戊二酸，己二酸的溶解度不同使己二酸结晶分离出来，再利用活性炭脱色。离心机洗涤等方式对生成结晶进行更一步的提纯。由于己二酸的溶解度曲线随着温度变化较为显著，故在生产中多使用真空式结晶器。本装置使用MESSO多隔室连续强制湍流真空结晶器，由于各室过饱和度不易控制，为了保证结晶颗粒大小和结晶器的运转周期，搅拌的选型尤为重要。
结晶器中间有隔板，隔板上方有溢流口，将水平槽分成若干单室。各室气相不相混合，最终进入真空泵进行气相的综合处理。每个隔室内均有搅拌搅动浆料，每个室内真空度均不同，从而导致各室压力及温度从前向后以此下降。
此类结晶器优点为没有明显的换热面，热能利用好，且不容易结疤，大大延长了结晶器的使用寿命。然而如果结晶器各室的过饱和度不一致，则会使结晶器各室负荷难达到平衡，从而导致系统特别是结晶器中间后部大块晶簇和细晶的产生。同时由于采取真空式结晶器的使用，为了避免真空系统受到影响较大，未设置母液酸溢流及底部结晶底流管线。
为了保证液体在设备内充分混合，结晶器内物料先是破碎形成块状、团状,随着搅拌过程的继续，块团的尺寸逐渐减小，同时混合通过块团边界层进行扩散，逐渐扩散内部。而结晶过程，恰为结晶物质从溶液本体向晶体表面扩散。结晶物质在表面上吸附，最简单的粒子沿表面移动，最后以某种方式进入晶格。在结晶过程中，只需要有宏观上的混合，而如果其微观上混合过程过于强烈，反而不利于结晶过程的进行，生成细晶过多。由此，其结晶器内搅拌模式可以仿照混合性轴向搅拌进行设计制造。
晶体成长的主要阶段为：结晶物质从溶液本体向晶体表面扩散，晶体成长的质量速度，取决于溶液的过饱和度。同时还取决于溶液中温度、压力、液相的搅拌强度及特性，各种场的作用，是否有杂质的存在等原因。
液体在结晶器内停留时间不应过长，晶体成长速度慢，则结晶时间势必相应延长，晶体成长分散的概率就会变大，从而导致产品在粒度上分布范围过宽，引起大量细晶或晶簇的产生。为了保证液体在各个室内所受力场相似，同时保证各个室内的液位基本相似，将返混可能引起的影响降低到最小，其各个室内的搅拌类型应当相同。按照桨叶对流体的作用产生的流体类型可以将其流型划分为轴向流和径向流两种。其轴向流或径向流，主要和剪切量（He）和循环量(Qd)来表示。搅拌功率一定时，剪切作用和循环作用是两个相反的因子。剪切和循环分别用功率准数Np和排量准数Nqd来表示。
对于MESSO强制湍流结晶器，由于结晶室较多，各室过饱和度不易控制，容易出现结晶过程不稳定的情况。
液体在结晶器内流动过程呈湍流状态，混合主要由宏观混合所控制。搅拌剪切力过大，则会导致晶体破碎，引发二次结晶现象的产生。最终降低产品的平均粒度，甚至产生较多细晶，使晶体表面附着母液酸过多。而轴向搅拌，浆片对搅拌的剪切力过大，会对搅拌的成长起到抑制作用。并且流体的运动状态也不适合物料的混合，为了保证底部物料有一定的上升速度，必须增加搅拌的转速，从而增加剪切力，抑制颗粒的成长。
3计算过程
在结晶的过程中，应当选取合适的搅拌，注意搅拌类型和转速。搅拌过小，则可能引起结晶器内部各处晶浆分布不均匀。可如果转速过大，则会引发结晶颗粒过细，诱导大量细晶的产生。同时搅拌如果径向力过大，则可引起“介稳区”范围过于狭窄，同样引起大量细晶的产生。因此，应当综合考虑搅拌转速和叶轮形式，减小细晶及二次结晶现象的发生。
对于MESSO结晶器，搅拌器使用三桨叶轴流式搅拌，液体黏度为，叶片速度为。装置共有两种搅拌选用：物料黏度μ=1.0mpa.s，密度ρ=1098kg/m3，容器容积V=60m3，负荷约20t/h。搅拌A直径D为220mm，转速N为1500r/min，搅拌B直径
D为400mm，转速N为450r/min。
两搅拌进行分别计算。对于两个搅拌，其混合时间均小于液体停留时间15min（过程可根据参考书目计算，由于过程较复杂，资料不同公式有区别）。对于搅拌A叶端速度U=0.22*3.14*
1500/60=17.27m/s对于搅拌B叶端速度U=0.4*3.14*450/
60=9.42m/s，小于搅拌A速度。
对于搅拌在保证混合效果的前提下，应当尽量减小叶端速度。搅拌设备尺寸大，则叶轮去最大剪切速度变大，平均剪切速度变小，有助于防止细晶的过量产生。综上，选用搅拌B更适合结晶器稳定的运行。同时实验证明，结晶器搅拌A运行时，母液酸中的分析浓度要高于搅拌B运行时的速度。
4 结论
在溶液中，液体黏度和溢流速度，停留时间等因素决定搅拌的类型，合适的叶轮转速和叶轮大小对结晶过程起到明显的促进作用。当然影响颗粒大小的因素很多，为了最终保证分离效果，达到能耗更低，还需要进一步的研究。
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