CN102352034B - 一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，包括以下步骤：（1）将三效蒸发浓缩好温度在110～130℃的己内酰胺浓缩液进行冷却结晶，冷却至50～95℃，再用搅拌器进行搅拌；（2）将冷却液进行预过滤，通过加压装置加压至0.4～0.6MPa后，进入板框式压滤机压滤，得到己内酰胺浓缩液的清液；（3）将清液放入清液贮罐内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。本发明方法简化除去聚已内酰胺中环状低聚物的流程，已内酰胺浓缩液的环状低聚物去除率高，本发明装置的过滤面积大，纳污能力强，清洗方便，成本低廉。

Description

一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法

技术领域

本发明涉及一种溶液机械过滤领域，具体涉及一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法。

背景技术

目前国外国内工业化生产尼龙6切片的聚合技术，一般采用已内酰胺水解聚合工艺，已内酰胺水解聚合反应是一个可逆平衡的化学反应，不能实现100%的己内酰胺单体转化率，而是以一种低分子量化合物和高分子量化合物的平衡状态结束，其中低分子量化合物部分由己内酰胺单体、水和其它化合物组成，高分子量化合物部分是聚酰胺。低分子量物质在聚合物加工成形过程中会带来一系列的问题，所以必须通过热水萃取固态聚合物切片来把低分子物移走，低分子物的主要成分是未反应的己内酰胺单体，单体组成多环化合物称低聚物，这是由于聚合副反应的结果，在萃取水溶液中可以发现线性低聚物和一些聚合物碎片。

从聚合反应器出来的聚己内酰胺用甲醇萃取发现了下列环状化合物：8.3%左右的单体己内酰胺，1.3%左右的环状二聚物或三聚物，0.6%左右的环状四聚物，0.5%左右的环状五聚物，0.7%左右为更高的环状化合物。其中，环状低聚物的显著特性是高熔点，环状低聚物的熔点在348℃左右，均超过聚酰胺的熔点；其次，环状低聚物在水、己内酰胺熔体和其它有机溶剂中溶解度低；另外，环状低聚物与己内酰胺相比有较低的反应活性。

在采用“蒸发——浓缩液聚合法”生产尼龙6聚酯切片的聚合工艺时，是将低聚物含量约为8～15%萃取液进行三效蒸发浓缩，当浓度达到约80%左右后，将浓缩液直接混合新鲜单体进入聚合反应器，在高压条件下直接进行聚合，该工艺省去了蒸馏工序，实现了聚合装置的无残渣排放，但该工艺由于浓缩液中含有3%左右的低聚体，低具体包括环状低聚体和线性低聚体，在与新鲜已内酰胺混合进行聚合反应时，由于环状低聚物的特性影响，无法重新开环聚合，如果不除去这些物质，将严重影响尼龙6的纺丝、成型等后加工工序，特别是对纺丝工序中的组件堵塞尤为严重，使组件压力快速上升，更换组件频繁。现在国内外采用“己内酰胺水解聚合法”生产尼龙6切片时，为了去除聚己内酰胺中的环状低聚体，都是采用己内酰胺浓缩液蒸馏的方法。该方法是先将浓度为8～15%的己内酰胺萃取水通过三效蒸发，浓缩成浓度为80%的己内酰胺浓缩液，送入蒸馏釜进行间歇蒸馏，先在低真空度下脱去水分，然后在高真空条件下蒸馏己内酰胺单体，回收的己内酰胺单体与新鲜的己内酰胺混合后加入聚合反应器，剩下4%左右的低聚物和少部分单体从蒸馏釜作为残渣排放，蒸馏法去除环状低聚物，这种方法生产一吨成品尼龙6切片需消耗30㎏左右的己内酰胺单体。

发明内容

为了解决上述存在的缺陷，本发明的第一个目的是提供一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法。本发明简化了聚已内酰胺中环状低聚物的流程，降低了成本。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，包括以下步骤：

（1）将三效蒸发浓缩好的温度在110～130℃的己内酰胺浓缩液加入到冷却罐中进行冷却结晶，冷却至50～95℃，再用搅拌器进行搅拌。

（2）将冷却至50～95℃的己内酰胺浓缩液进行预过滤后，通过加压装置进行加压，加压至0.4～0.6MPa后，进入板框式压滤机进行压滤，得到己内酰胺浓缩液的清液。

（3）将己内酰胺浓缩液的清液放入清液贮罐内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。

作为优选，所述的步骤（1）中的冷却罐内设有循环冷却水盘管，在贮罐顶部安装有搅拌器。采用上述的优选方案后，可以通过循环冷却水管中的循环水冷却己内酰胺浓缩液，更加节能；己内酰胺浓缩液里面的环状低聚物随着冷却会有结晶析出，设置搅拌器后，用搅拌器搅拌可以使结晶体均匀分散在冷却后的己内酰胺浓缩液中，防止结晶物沉降堵塞设备和管道。

作为优选，所述的搅拌器上设有叶轮，所述的叶轮为扇形。采用上述的优选方案后，叶轮接触面积较大，搅拌效果更好；己内酰胺浓缩液里面的环状低聚物冷却得到的结晶更为均匀地分散在冷却后的己内酰胺浓缩液中。

作为优选，所述的步骤（2）中的加压装置为离心式泥浆泵或螺杆泵。采用上述的优选方案后，输送浓缩液的效果更好。

作为优选，所述的步骤（2）所述的预过滤利用粗过滤器进行过滤。己内酰胺浓缩液冷却结晶后会存在少量的块料，采用上述的优选方案后，可以滤去这些块料。

作为优选，所述的步骤（2）中所述的板框式压滤机为厢式压滤机。采用上述的优选方案后，板框式压滤机的过滤面积大，纳污量大，操作方便，清洗简单。

作为优选，所述的板框式压滤机的过滤材料采用150～200目的过滤材料。采用上述的优选方案后，更适用本发明的内酰胺浓缩液的过滤，过滤面积可以根据实际使用情况进行设计。过滤材料一般为无纺布滤布。

本发明采用冷却结晶机械过滤的方法，在低温低压的条件下将浓度为80%的浓缩液进行机械过滤，截留浓缩液中的环状低聚物，得到较为纯净的己内酰胺浓缩液，该方法去除己内酰胺浓缩液中的环状低聚物率高，己内酰胺浓缩液冷却到50～95℃后，环状低聚物可以100%结晶析出，高效去除了环状低聚物，而浓缩液中的己内酰胺没有损耗，因为在80℃以上的温度时，己内酰胺在水中的溶解度无穷大，不会结晶析出，本发明的方法操作简单，过滤器的过滤面积大，纳污能力强，清洗方便，特别适合用于“蒸发-浓缩液聚合法”生产高质量的尼龙6切片。此外，本发明的方法物料损耗小，生产一吨尼龙6切片只需消耗已内酰胺物料2㎏左右，而采用蒸馏法去除环状低聚物生产一吨尼龙6切片需消耗己内酰胺30㎏。

一种除去聚已内酰胺环状低聚物的装置，包括浓缩液冷却贮罐，所述的浓缩液冷却贮罐包括浓缩液贮罐和冷却罐，所述的浓缩液贮罐底部设有浓缩液输出管，浓缩液输出管与冷却罐顶部连通，所述的冷却罐的底部设有输出口，输出口处设有输出管，冷却罐的顶部设有冷却水盘管，冷却罐内设有搅拌器，冷却水盘管与输出管连通设置，形成循环冷却水盘管，两者相交连通处与板框式压滤机连通，板框式压滤机出口处设有清液贮罐，所述的输出管上设有粗过滤器和加压泵。

作为优选，所述的板框式压滤机为厢式压滤机，板框式压滤机包括机架、大梁和滤板，机架为碳钢焊接结构，大梁由实心钢板制得，滤板由增强聚丙烯制得。采用上述的优选方案后，板框式压滤机的机架采用碳钢焊接结构，两侧大梁采用实心钢板制作并用实心钢板加强，强度高不易变形，滤板材质为增强聚丙烯，采用大长径比挤出机融料加压塑化，用高压模压成型，压制出来的滤板具有密度高、气孔少、机械性能高等优点，最后进行平面加工，加工表面光洁度高，滤板压紧时密封性能好无泄漏，经久耐用，能满足100℃左右的己内酰胺物料的使用要求。板框式压滤机的过滤面积大，纳污量大，操作方便，清洗简单另外，这种板框式压滤机的手柄采用定位、定向滑轮，进退自如并可减轻操作人员劳动强度。

板框式压滤机在过滤了批量的己内酰胺浓缩液后，可以清理板框式压滤器的滤饼，清洗干净滤布，重新投入使用，过滤下一批次的己内酰胺浓缩液，清理出来的滤饼可以外卖加工成工程塑料。

作为优选，所述的清液贮罐通过管道与一个备用清液罐连通，所述的备用清液罐通过管道与一个熔融罐连通。采用上述的优选方案后，使过滤得到的己内酰胺浓缩液的清液可以随时与新鲜的己内酰胺混合进入聚合反应器进行反应。

本发明的除去聚已内酰胺中低聚物的装置过滤面积大，纳污能力强，清洗方便,成本低廉，投资少，而采用蒸馏法去除环状低聚物的方法设备投资昂贵，两者设备投资相差几十倍，本发明的除去聚已内酰胺中低聚物的装置大大降低了成本。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的装置，包括浓缩液冷却贮罐1，浓缩液冷却贮罐1包括浓缩液贮罐2和冷却罐3，冷却罐3内设有搅拌器31，搅拌器31上设有叶轮311，叶轮311为扇形。浓缩液贮罐2底部设有浓缩液输出管21，浓缩液输出管21上设有浓缩液泵22，浓缩液输出管21与冷却罐3的顶部连通。冷却罐3的底部设有输出口34，输出口34处设有输出管35。冷却罐3的顶部设有冷却水盘管36，冷却水盘管36与输出管35连通设置，形成循环冷却水盘管，两者相交连通处与板框式压滤机4连通，板框式压滤机4出口处设有清液贮罐5。输出管35上设有粗过滤器37和加压泵38。清液贮罐5通过管道与一个备用清液罐6连通，所述的备用清液罐6通过管道与一个熔融罐7连通。

板框式压滤机4为厢式压滤机，板框式压滤机4包括机架、大梁和滤板，机架为碳钢焊接结构，大梁由实心钢板制得，滤板由增强聚丙烯制得。本发明中的板框式压滤机未画出其具体结构。

本发明除去聚已内酰胺中低聚物时利用上述装置进行。

实施例1

一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法包括以下步骤：

（1）将三效蒸发浓缩好的温度为120℃的己内酰胺浓缩液通过浓缩液泵22送到浓缩液的冷却罐3，浓缩液浓度为80%，冷却罐3内有循环冷却水盘管，在冷却罐3的顶部安装有搅拌器31，搅拌器叶轮311为扇形。浓缩液通过循环水冷却至85℃，使己内酰胺浓缩液里面的环状低聚物结晶析出，用搅拌器31搅拌使结晶体均匀分散在冷却后的己内酰胺浓缩液中，防止结晶物沉降堵塞设备和管道。

（2）将冷却至85℃的己内酰胺浓缩液利用粗过滤器37进行预过滤后，再通过加压泵38加压至0.5MPa, 加压泵38为离心式泥浆泵，进入板框式压滤机4压滤。板框式压滤机4的过滤材料采用170目的无纺布滤布，得到己内酰胺浓缩液的清液。

（3）将己内酰胺浓缩液的清液放入清液贮罐5内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。

生产一吨成品尼龙6切片后对消耗的己内酰胺单体进行计算，实施例1消耗3㎏的己内酰胺单体。

实施例2

一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法包括以下步骤：

（1）将三效蒸发浓缩好的温度为110℃的己内酰胺浓缩液通过浓缩液:37送到浓缩液冷却罐3，浓缩液浓度为75%，浓缩液冷却罐3内有循环冷却水盘管，在冷却罐3的顶部安装有搅拌器31，搅拌器31的叶轮311为扇形。浓缩液通过循环水冷却至80℃，使己内酰胺浓缩液里面的环状低聚物结晶析出，用搅拌器31搅拌使结晶体均匀分散在冷却后的己内酰胺浓缩液中，防止结晶物沉降堵塞设备和管道。

（2）将冷却至80℃的己内酰胺浓缩液利用粗过滤器37进行预过滤后，再通过加压泵38螺杆泵加压至0.4MPa, 加压泵38为螺杆泵进入板框式压滤机4压滤。板框式压滤机4的过滤材料采用150目的无纺布滤布，得到己内酰胺浓缩液的清液。

（3）将己内酰胺浓缩液的清液放入清液贮罐5内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。

生产一吨成品尼龙6切片后对消耗的己内酰胺单体进行计算，实施例2消耗2㎏的己内酰胺单体。

实施例3

一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法包括以下步骤：

（1）将三效蒸发浓缩好的温度为130℃的己内酰胺浓缩液通过浓缩液:37送到浓缩液冷却罐31，浓缩液浓度为85%，浓缩液冷却罐31内有循环冷却水盘管，在冷却罐31的顶部安装有搅拌器31，搅拌器31的叶轮311为扇形。浓缩液通过循环水冷却至93℃，使己内酰胺浓缩液里面的环状低聚物结晶析出，用搅拌器31搅拌使结晶体均匀分散在冷却后的己内酰胺浓缩液中，防止结晶物沉降堵塞设备和管道。

（2）将冷却至93℃的己内酰胺浓缩液利用粗过滤器31进行预过滤后，再通过加压泵38加压至0.6MPa, 加压泵38为螺杆泵，进入板框式压滤机4压滤。板框式压滤机的过滤材料采用200目的无纺布滤布，得到己内酰胺浓缩液的清液。

（3）将己内酰胺浓缩液的清液放入清液贮罐5内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。

生产一吨成品尼龙6切片后对消耗的己内酰胺单体进行计算，实施例3消耗3.5㎏的己内酰胺单体。

实施例4

一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法包括以下步骤：

（1）将三效蒸发浓缩好的温度为115℃的己内酰胺浓缩液通过浓缩液:37送到浓缩液冷却罐3，浓缩液浓度为75%，浓缩液冷却罐3内有循环冷却水盘管，在冷却罐3的顶部安装有搅拌器31，搅拌器31的叶轮311为扇形。浓缩液通过循环水冷却至53℃，使己内酰胺浓缩液里面的环状低聚物结晶析出，用搅拌器31搅拌使结晶体均匀分散在冷却后的己内酰胺浓缩液中，防止结晶物沉降堵塞设备和管道。

（2）将冷却至53℃的己内酰胺浓缩液利用粗过滤器37进行预过滤后，再通过加压泵38螺杆泵加压至0.4MPa, 加压泵38为螺杆泵进入板框式压滤机4压滤。板框式压滤机4的过滤材料采用150目的无纺布滤布，得到己内酰胺浓缩液的清液。

（3）将己内酰胺浓缩液的清液放入清液贮罐5内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。

生产一吨成品尼龙6切片后对消耗的己内酰胺单体进行计算，实施例2消耗2㎏的己内酰胺单体。

 本发明采用冷却结晶机械过滤的方法，在低温低压的条件下将浓度为80%左右的浓缩液进行机械过滤，截留浓缩液中的环状低聚物，得到较为纯净的己内酰胺浓缩液，该方法操作简单，过滤器的过滤面积大，纳污能力强，清洗方便，特别适合用于“蒸发-浓缩液聚合法”生产高质量的尼龙6切片。

实施例1～3表述的己内酰胺浓缩液是指含有己内酰胺、己内酰胺的环状二聚体、三聚体、四聚体、五聚体、以及更高的环状低聚体且总含量不低于80%的水溶液，其溶液中还可能含有少量的尼龙6聚合物碎片、粉尘、固体二氧化钛、以及含其它金属的无机物杂质。

在过滤了批量的己内酰胺浓缩液后，可以清理板框式压滤器的滤饼，清洗干净滤布，重新投入使用，过滤下一批次的己内酰胺浓缩液，清理出来的滤饼外卖加工成工程塑料。

Claims (7)

1.一种除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，包括以下步骤：

（1）将三效蒸发浓缩好的温度在110～130℃的己内酰胺浓缩液加入到冷却罐中进行冷却结晶，冷却至50～95℃，再用搅拌器进行搅拌；

（2）将冷却至50～95℃的己内酰胺浓缩液进行预过滤后，通过加压装置进行加压，加压至0.4～0.6MPa后，进入板框式压滤机进行压滤，得到己内酰胺浓缩液的清液；

（3）将己内酰胺浓缩液的清液放入清液贮罐内贮存，己内酰胺浓缩液的清液通过计量泵加入到新鲜己内酰胺贮罐，与新鲜己内酰胺混合后进入聚合反应器。

2.根据权利要求1所述的除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的冷却罐内设有循环冷却水盘管，在贮罐顶部安装有搅拌器。

3.根据权利要求2所述的除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，其特征在于：所述的搅拌器上设有叶轮，所述的叶轮为扇形。

4.根据权利要求1所述的除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的加压装置为离心式泥浆泵或螺杆泵。

5.根据权利要求1所述的除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，其特征在于：所述的步骤（2）所述的预过滤利用粗过滤器进行过滤。

6.根据权利要求1所述的除去聚已内酰胺中环状低聚物的机械方法，其特征在于：所述的步骤（2）中所述的板框式压滤机为厢式压滤机。

7.根据权利要求1所述的除去聚已内酰胺中低聚物的机械方法，其特征在于：所述的板框式压滤机的过滤材料采用150～200目的过滤材料。