用于己内酰胺重排反应的阶梯环形反应腔装置设计研究

王  茂

（安徽昊帆生物有限公司，安徽 安庆 246000）

摘  要：针对已内酰胺生产中贝克曼重排反应传质散热受限、副产物多、能耗高等问题，提出阶梯环形反应腔装置。装置由3~5个同心环形腔室串联组成，非对称翻边设计诱导二次流动，使传质系数提升40%~60%，传热系数提高50%~80%。基于欧拉-欧拉双流体理论建立了多尺度耦合模型，涵盖流体力学、传质传热与反应动力学。工业验证表明，在345℃、0.2MPa工艺条件下，环己酮肟转化率由91%~93%提升至99.1%±0.4%，己内酰胺选择性达97.6%，副产物含量由2.3%降至0.8%，能耗降低28%，催化剂寿命延长80%，显示出显著优势。

关键词：贝克曼重排；阶梯环形反应腔；己内酰胺

己内酰胺（C6HnNO)是尼龙6关键单体，全球需求量持续增长。传统液酸催化贝克曼重排存在腐蚀严重、副产物多、原子经济性低等问题，且釜式反应器传质散热受限，效率低、成本高。气相重排以固体酸替代液体酸，实现连续化并减少腐蚀和废酸，但对传质传热和反应器结构要求更高。为此，本研究提出阶梯环形反应腔装置，借助特殊几何设计强化流体混合与温度控制，结合数学模型与理论分析，验证其在己内酰胺清洁高效生产中的可行性。

1  现状分析与技术需求

1.1  传统反应器技术局限性分析

己内酰胺生产中的贝克曼重排长期依赖传统釜式反应器，但存在显著局限。机械搅拌难以保证均匀浓度场，整体转化率波动±3%。反应放热高达200kJ/mol，而夹套冷却传热系数仅500~800W/（m²·K），高负荷下局部温度超出8～10℃，副产物增加1.5%～2.0%。现有连续流反应器亦存在问题：管式反应器放大效应显著，实验室与工业性能差异15%~20%；喷嘴撞击流虽强化混合，但易堵塞、耗电高，比传统装置电耗增加30% ~ 40% 。

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