CN101074225A - 应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺 - Google Patents

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一种应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其工艺流程为：来自前系统的新鲜三聚甲醛溶液进入循环泵I、后结晶器和连接管路组成的循环回路与三聚甲醛悬浮液混合，后结晶器内的一部分三聚甲醛悬浮液由输送泵送至离心机进行三聚甲醛晶体与母液的分离，一部分母液返回后结晶器，另一部分母液返回前系统，后结晶器内的一部分三聚甲醛悬浮液由循环泵II输送至套管式结晶器与冷冻水进行热交换，形成三聚甲醛晶核，热交换后的三聚甲醛悬浮液返回后结晶器。此种工艺由于采用了套管式结晶器，换热能力大幅度提高，电耗、冷冻水耗大幅度减少，离心分离获得的产品三聚甲醛含量提高，甲醛含量与现有工艺相比，降低了约一半。

Description

应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺
                              技术领域
本发明属于三聚甲醛制备领域，特别涉及三聚甲醛的冷冻结晶工艺。
                              背景技术
三聚甲醛是聚甲醛生产的一种重要单体，对于聚甲醛的聚合，其单体中的杂质总含量不得超过100PPM。因此，需要将三聚甲醛精制到聚合级纯度。关于三聚甲醛的精制工艺，主要包括：萃取、结晶、变压精馏、临界萃取和膜分离，其中，萃取分离和结晶分离应用更为广泛。
据了解，我国从波兰引进的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺如图1所示，来自前系统的新鲜三聚甲醛溶液进入循环泵I1、后结晶器4和连接管路组成的循环回路与三聚甲醛悬浮液混合，后结晶器4内的一部分三聚甲醛悬浮液由输送泵3送至离心机进行三聚甲醛晶体与母液的分离，一部分母液返回后结晶器4，使三聚甲醛悬浮液的浓度满足流动性要求，另一部分母液返回前系统，后结晶器4内的一部分三聚甲醛悬浮液由循环泵II2输送至槽式结晶器6和7与冷冻水进行热交换，形成三聚甲醛晶核，热交换后的三聚甲醛悬浮液进入三聚甲醛悬浮液收集器5后再返回后结晶器4。上述工艺中的槽式结晶器在一条结晶生产线中设置两台。此种工艺由于采用槽式结晶器作为前结晶器，主要存在以下缺点：1、换热效果不好，冷冻水系统温差很低，需要增加冷冻水系统的循环水量，同时带来系统阻力升高，动力消耗增加。2、结晶器清洗频繁，运行中每两到三天就要清洗一次。频繁的清洗，不仅会增加电耗、冷冻水耗和人力消耗，而且会导致系统运行波动及对环境不利。3、结晶器容积较大，三聚甲醛悬浮液循环量相对较小，在结晶器内停留时间较长，在开车初期，换热器表面干净时，会导致结晶器内三聚甲醛悬浮液过冷度偏高，生成大量细晶。大量细晶的存在，会在三聚甲醛悬浮液中聚集成块，导致管路堵塞，甚至会使整个系统瘫痪；相同质量的晶体，细晶越多，晶体的比表面积会增大很多，由于其吸附作用，在离心分离过程中，会导致甲醛和水等杂质在晶体表面的吸附量增加，从而增加后分离难度；细晶含量多，还会使离心分离系统运行不好。
                              发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，以提高三聚甲醛的产量和质量，降低电耗、冷冻水耗，保证冷冻结晶系统的正常运行。
本发明的技术方案：对前结晶器进行优选，用套管式结晶器替换现有三聚甲醛连续冷冻结晶工艺中使用的槽式结晶器。
本发明所述应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其工艺流程为：来自前系统的新鲜三聚甲醛溶液进入循环泵I、后结晶器和连接管路组成的循环回路与三聚甲醛悬浮液混合，后结晶器内的一部分三聚甲醛悬浮液由输送泵送至离心机进行三聚甲醛晶体与母液的分离，一部分母液返回后结晶器，使三聚甲醛悬浮液的浓度符合流动性要求，另一部分母液返回前系统，后结晶器内的一部分三聚甲醛悬浮液由循环泵II输送至套管式结晶器与冷冻水进行热交换，形成三聚甲醛晶核，热交换后的三聚甲醛悬浮液返回后结晶器，其所含的三聚甲醛晶核在后结晶器中生长，达到工艺要求的粒度。系统可并联设置多条结晶生产线，但每条结晶生产线设置一台套管式结晶器即可满足生产需要。
上述工艺所使用的后结晶器为常规结晶器，主要由槽形容器或罐形容器和设置在容器中的搅拌器构成，既可从市场购买，也可委托加工。上述工艺所使用的套管式结晶器主要由套管组件、与套管组件中的转轴连接的传动机构及电机组成，套管组件的数量根据系统的生产能力确定。
为了更好地实现发明目的，本发明还采取了以下技术措施：
1、三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，在流路设计上，使冷冻水与三聚甲醛悬浮液的流动方向相逆。
2、根据套管式结晶器的结构，三聚甲醛悬浮液既可从套管式结晶器的下部进入、上部输出，又可从套管式结晶器的上部进入、下部输出，本发明选择了三聚甲醛悬浮液由套管式结晶器的下部进入、从套管式结晶器的上部输出的流路设计。
3、优化了工艺参数，套管式结晶器的总传热系数为300W/m2.K～400W/m2.K，三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器内的停留时间控制在1～6分钟，冷冻水流速控制在0.1～1m/s，冷冻水的进水温度为-10～-13℃。
本发明具有以下有益效果：
1、由于采用了套管式结晶器作为前结晶器，换热能力大幅度提高，一台套管式结晶器的换热能力达到了现有工艺使用的两台槽式结晶器的1.8倍，
2、应用了套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶装置的生产能力比现有工艺使用的装置的能力增加了10％(运行时间按年运行7200小时计)。
3、以年产10000吨聚甲醛装置为例，采用套管式结晶器，一台电机功率为7.5kwh，而采用现有的槽式结晶器(从波兰引进)，一台槽式结晶器的电机功率为5.5kwh，因此，就一条结晶生产线而言，每小时可以节省的运行电耗为5.5×2×1.8-7.5＝12.3kwh的电耗，一年可以节省电耗近8.856万度电(以年运行时间为7200小时计)。
4、套管式结晶器比表面积大，与现有的槽式结晶器(从波兰引进)相比，在相同换热面积下，容积更小，三聚甲醛悬浮液流速变高，降低了三聚甲醛悬浮液在结晶器内的过冷度，能有效防止大量细晶生成。
5、套管式结晶器通过低流量、高温差的方式来运行，可以节省冷冻水输送的功率消耗，此外，由于冷冻水量降低，流速降低，可以提升冷冻机组的效率。
6、套管式结晶器每周才清洗一次，比现有工艺使用的槽式结晶器清洗间隔增加了将近一倍，减少了清洗热量的带入量和水耗、人力消耗，有利于结晶系统和冷冻水系统的稳定。
7、从滤饼熔融后的分析来看，本发明所述工艺获得的产品三聚甲醛含量提高，甲醛含量与现有工艺相比，降低了约一半。
8、由于三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器中为低进高出，靠泵出口压力强制流动，整个结晶器内表面全部充满三聚甲醛悬浮液，三聚甲醛悬浮液在结晶器内部的流动过程就是一个混合均化过程，有利于换热器表面三聚甲醛悬浮液的更新，传热更均匀。
9、相对于现有工艺，一条结晶生产线减少了一台前结晶器，并可去掉三聚甲醛悬浮液收集器，不仅可减少设备的投资，而且流程大大缩短，相应的管道变短，管道堵塞几率降低，同时设备安装标高降低，减小输送泵动力消耗。
                              附图说明
图1是我国从波兰引进的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺的工艺流程图；
图2是本发明所述应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺的工艺流程图；
图3是套管式结晶器的结构简图；
图4是套管式结晶器的传动机构示意图；
图5是套管式结晶器中的套管组件的结构简图。
图中，1-循环泵I、2-循环泵II、3-输送泵、4-后结晶器、5-三聚甲醛悬浮液收集器、6-槽式结晶器I、7-槽式结晶器II、8-套管式结晶器、9-电机、10-传动机构、11-内管连接管、12-夹套连接管、13-连接架、14-套管组件、15-链条、16-从动链轮、17-转轴、18-张紧轮、19-刮板组件、20-夹套。
                            具体实施方式
下面结合附图，进一步说明本发明所述工艺及该工艺使用的套管式结晶器的具体结构。下述实施例以年产10000吨聚甲醛装置作为设备和工艺参数选择的依据。
本实施例的工艺流程如图1所示：来自前系统的新鲜三聚甲醛溶液进入循环泵I1、后结晶器4和连接管件组成的循环回路与三聚甲醛悬浮液混合；后结晶器4内的一部分三聚甲醛悬浮液由环泵II2输送至套管式结晶器8与冷冻水进行热交换，形成三聚甲醛晶核，热交换后的三聚甲醛悬浮液返回后结晶器4，三聚甲醛悬浮液由套管式结晶器的下部进入、从套管式结晶器的上部输出，冷冻水由套管式结晶器的上部进入、从套管式结晶器的下部输出，在进行热交换时，冷冻水与三聚甲醛悬浮液的流动方向相逆；后结晶器4内的一部分三聚甲醛悬浮液由输送泵3送至离心机进行三聚甲醛晶体与母液的分离，一部分母液返回后结晶器4，使三聚甲醛悬浮液的浓度满足流动性要求，另一部分母液返回前系统。运行时，新鲜三聚甲醛溶液和母液的加入量与通过输送泵3送至离心机的三聚甲醛悬浮液的量相平衡。
如图1所示，上述工艺的配套装置包括套管式结晶器8、后结晶器4、循环泵I1、环泵II2和输送泵3，套管式结晶器8横置安装。
循环泵I1、环泵II2选用离心泵，输送泵3选用螺杆泵，均为市售商品。
后结晶器主要由罐形容器和设置在容器中的搅拌器构成，既可从市场购买，也可委托加工。
套管式结晶器的结构如图3、图4所示，包括电机9、传动机构10、八组套管组件14。传动机构10为链轮链条传动副，如图4所示，主要由与电机动力输出轴连接的主动链轮、安装在各套管组件转轴17上的从动链轮16以及张紧轮18和链条15组成。套管组件的结构如图5所示，包括外管、套装在外管中的内管、位于内管中的转轴17、安装在转轴上的刮板组件19；外管内壁与内管外壁围成的空间为夹套20，是冷冻水的通路，内管的内孔是三聚甲醛悬浮液的通路；各套管组件的夹套通过夹套连接管12连通，各套管组件的内管通过内管连接管11连通，形成串联式结构，连接架13用于支撑套管，形成框架结构，如图3所示。套管式结晶器的总传热系数为300W/m2.K，三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器8内的停留时间控制在2～4分钟，流量为40～50m3/h，进出套管式结晶器的温度分别为10℃、7℃，冷冻水流速控制在0.2～0.5m/s，冷冻水的进水温度为-11℃，出水温度为-5℃。
本实施例获得的产品经离心分离后，三聚甲醛含量为94.8％，甲醛含量为0.58％。
本发明不限于上述实施例，套管式结晶器中套管组件14的数量、套管式结晶器的换热面积、三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器8内的停留时间、冷冻水流量及进水温度可根据生产能力选择和确定。

Claims (9)

1、一种应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，工艺流程为：来自前系统的新鲜三聚甲醛溶液进入循环泵I(1)、后结晶器(4)和连接管路组成的循环回路与三聚甲醛悬浮液混合，后结晶器(4)内的一部分三聚甲醛悬浮液由输送泵(3)送至离心机进行三聚甲醛晶体与母液的分离，一部分母液返回后结晶器(4)，使三聚甲醛悬浮液的浓度符合流动性要求，另一部分母液返回前系统，其特征在于后结晶器(4)内的一部分三聚甲醛悬浮液由循环泵II(2)输送至套管式结晶器(8)与冷冻水进行热交换，形成三聚甲醛晶核，热交换后的三聚甲醛悬浮液返回后结晶器(4)。
2、根据权利要求1所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，冷冻水与三聚甲醛悬浮液的流动方向相逆。
3、根据权利要求1或2所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于三聚甲醛悬浮液由套管式结晶器(8)的下部进入，从套管式结晶器(8)的上部输出。
4、根据权利要求1或2所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于每条结晶生产线设置一台套管式结晶器(8)。
5、根据权利要求3所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于每条结晶生产线设置一台套管式结晶器(8)。
6、根据权利要求1或2所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于套管式结晶器的总传热系数为300～400W/m2.K，三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器(8)内的停留时间控制在1～6分钟，冷冻水流速控制在0.1～1m/s，冷冻水的进水温度为-10～-13℃。
7、根据权利要求3所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于套管式结晶器的总传热系数为300～400W/m2.K，三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器(8)内的停留时间控制在1～6分钟，冷冻水流速控制在0.1～1m/s，冷冻水的进水温度为-10～-13℃。
8、根据权利要求4所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于套管式结晶器的总传热系数为300～400W/m2.K，三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器(8)内的停留时间控制在1～6分钟，冷冻水流速控制在0.1～1m/s，冷冻水的进水温度为-10～-13℃。
9、根据权利要求5所述的应用套管式结晶器的三聚甲醛连续冷冻结晶工艺，其特征在于套管式结晶器的总传热系数为300～400W/m2.K，三聚甲醛悬浮液与冷冻水进行热交换时，三聚甲醛悬浮液在套管式结晶器(8)内的停留时间控制在1～6分钟，冷冻水流速控制在0.1～1m/s，冷冻水的进水温度为-10～-13℃。
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