交汇点讯 节能减排、环境友好、原料可循环利用……近日，由南京工业大学化工学院2020级本科生邢志伟、蒋子纯、马胤、朱佳轩、吴存存5位同学组建的Alpha团队传来喜报。在南京工业大学化工设计教研中心老师们的指导下，团队设计的“华鲁恒升年产11万吨己二腈项目”，继获得江苏省化工设计竞赛金奖、华东区银奖后，在“天正设计杯”第十七届全国大学生化工设计竞赛全国总决赛中获得特等奖（亚军）。

尼龙66工程塑料由于独特的高抗拉强度、耐磨、抗冲击等优点，被广泛应用于汽车、电器、机械等领域。随着我国尼龙66工程塑料需求的快速增长，其主要原料己二酸、己二胺的需求量也跟着水涨船高，而想要生成己二胺就离不开一种重要的有机化工中间体——己二腈。但由于生产难度大，技术壁垒高，己二腈曾是我国少数几个被“卡脖子”的化工中间体材料之一，在过去很长一段时间内主要依赖进口。Alpha团队创新采用己二酸酯化氨化工艺路线，并设计膜-反应精馏耦合单元及两段式湍动流化床反应器，为己二腈的清洁生产提供了新思路。

“经过前期调研，我们发现目前己二腈生产工艺主要包括丁二烯直接氢氰化法、己二酸催化氨化法等。”Alpha团队队长邢志伟介绍道。考虑到近年来己二酸产能过剩等情况，并结合大赛要求，Alpha团队将重点落于“清洁生产”“绿色低碳循环发展”思路上，独树一帜地设计了己二酸酯化氨化工艺生产己二腈，成为总决赛60支队伍中唯一使用该工艺路线的队伍。

“传统的己二酸催化氨化法采用己二酸与氨气直接腈化工艺，一般采用磷酸或磷酸硼作为催化剂，对设备腐蚀性大，三废多。”Alpha团队队员蒋子纯说，“我们采用的是先酯化后腈化的工艺路线，并以NKC-9型阳离子树脂作为酯化催化剂，对设备腐蚀小，反应过程更加温和、高效、环境友好。” 同时，相对于丁二烯法直接氢氰化法，Alpha团队设计的工艺避免了剧毒原料的使用，采用可靠的动力学数据，工艺路线短，过程符合本质安全。在该工艺中，Alpha团队设置了己二酸酯化工段（点）、己二酸二甲酯腈化工段（点）、己二腈精制工段（点），原料己二酸与甲醇经过这些工序后，就会得到主产物己二腈、副产物环戊酮-2-甲腈和副产物1-氨基-2-氰基环戊烯。

仅有完善的工艺设计还不足以完成竞赛要求，如何将这套工艺的优势最大限度地发挥并将其进行工业化，是团队必须面对的难题。“建立严谨的反应动力学模型是所有团队面临的棘手问题，也是一切设计工作的基础。”Alpha团队队员马胤说，“我们采用幂律模型构建微分方程组，通过Matlab数值积分求解待定参数，模型中包含了正副四个反应的动力学，与实验数据匹配程度高，为后续反应器模型设计工作奠定了基础。”

在后续的反应器设计上，Alpha团队结合工艺要求，设置了两段式湍动流化床反应器，其中换热段持续加热，可以提升己二酸二甲酯的转化率；绝热段则可以避免己二腈发生高温环化等副反应。此外，Alpha团队还采用了热泵、双效、差压热耦合等多种分离技术，并创新性地设计了膜-反应精馏耦合单元，使反应中产生的甲醇能够循环再利用。“比如，使用了我们膜-反应精馏耦合工艺后，与相同转化率、选择性下的双塔方案相比，我们这套工艺冷、热公用工程能耗分别下降41.54%和60.70%，二氧化碳减排49.14%，当然这个数值在所有参赛队伍中不一定是最高的，但是我们整个工艺流程完全可以满足清洁生产、绿色低碳循环发展的要求。”Alpha团队队员朱佳轩介绍道。

在参赛过程中，Alpha团队成员团结协作，完成了工艺选择、设备选型、自动控制、本质安全、环境影响、成本核算、三维工厂布置等全部环节，作品内容完整合理，具有创新性，精彩的汇报展示与答辩赢得了评委的一致认可。“感谢各位老师的悉心指导，培养了我们自主钻研、团结协作、坚韧抗压的能力，让我们更好地了解工程实际，独立地解决工程问题，使我们对于化学工程学科有了更深的认识。”Alpha团队队员吴存存说。

据悉，今年共有432所高校3391支队伍参与此次大赛，参赛人数近1.7万人。经过七大赛区激烈角逐，最终60支队伍进入全国总决赛，大赛共评出特等奖12个、一等奖48个。

通讯员 蒋子纯、韦玮

新华日报·交汇点记者 谢诗涵