CN103668490B - 一种氨纶干法纺丝介质循环方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织领域氨纶干法纺丝系统溶剂回收和介质循环，是一种氨纶干法纺丝介质循环方法及系统，本发明以纺丝甬道排出的DMAC和介质的混合气作为处理对象，通过换热器（组）与膜分离的工艺系统回收混合气中的DMAC，分离所得的DMAC送往DMAC储罐，剩余的介质升至一定温度后返回纺丝甬道，作为热风进行干燥纺丝原液中的溶剂。本发明与传统的介质循环系统相比，省去了循环水冷却、冷却水冷却和冷媒冷却的多级冷却工序。该系统工艺过程简单，操作方便，回收率高，节约能耗，易于实现工业化。

Description

一种氨纶干法纺丝介质循环方法及系统

技术领域

本发明涉及纺织领域氨纶干法纺丝系统溶剂回收和介质循环，具体的说是一种氨纶干法纺丝介质循环方法及系统。

背景技术

N,N—二甲基乙酰胺简称DMAC，是重要的有机化工原料、医药中间体、性能优良的溶剂，主要作为耐热合成纤维、塑料薄膜、涂料、医药、丙烯腈纺丝工艺中的溶剂。

氨纶工业化生产已半个多世纪，进入中国已二十多年。氨纶按照纺丝方法有溶液干法、溶液湿法、熔融挤出法和化学反应法，由于干法纺丝具有产品质量优良、强度高、弹性恢复率好、适用面广、产量大等优点，故在全球的氨纶生产工艺中占主导地位。世界上独立拥有氨纶干法纺丝技术的早期氨纶生产厂家有：美国杜邦、德国拜耳、日本东洋纺、日本旭化成、日本东丽等，我国的氨纶生产技术主要来源于上述公司的技术输出，由于技术的保密性，国内无法对该技术深入了解，故国内现有的氨纶企业几乎完全照搬国外技术建设而成，并没有对该技术进行改变。

在氨纶生产工艺中，干法纺丝工序会产生大量的DMAC和热介质的混合气，采用经济有效的工艺回收混合气中的DMAC溶剂并进行介质循环使用，对减少能量消耗、提高企业的经济效益和社会效益及减少环境污染尤其重要。目前氨纶干法纺丝介质循环系统中所用的传统方法为冷凝法+加热法，具体为：将纺丝甬道排出的DMAC和介质的混合气逐级冷却至2-20℃，气态DMAC冷凝为液态。将液态DMAC分离后，汇至DMAC储罐，送至后续精制工序。冷凝后的混合气中仍含有少量的DMAC，将该气体逐级（一般需要多级加热）加热至230-265℃，送至纺丝甬道，作为热风进行纺丝原液中的溶剂干燥。由该法需要先将混合气冷却至较低的温度后再逐级加热至较高温度，其缺点为能耗大，工序繁琐，设备复杂，回收率低，运行成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种氨纶干法纺丝介质循环方法及系统，可以省去循环水冷却、冷却水冷却和冷媒冷却的多级冷却工序，且工艺过程简单，操作方便，回收率高，节约能耗。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种氨纶干法纺丝介质循环方法，将氨纶干法纺丝系统纺丝甬道排出的DMAC和介质的高温混合气通过换热器降至一定温度后进入膜分离器，在膜分离器内通过其气体分离膜将混合气中的DMAC进行分离，所述气体分离膜的透过气中的DMAC由气态冷凝为液态送往DMAC储罐，所述气体分离膜的透余气中的介质返回所述换热器，在所述换热器内将纺丝甬道排出的高温混合气降温时释放的热量用于加热气体分离膜的透余气升至一定温度后返回纺丝甬道作为热风进行干燥纺丝原液中的溶剂。

用于上述方法的氨纶干法纺丝介质循环系统，包括换热器和膜分离器，膜分离器内装有气体分离膜；换热器具有的热侧进口通过管道连接氨纶干法纺丝系统纺丝甬道排出气出口，换热器具有的热侧出口通过管道连接膜分离器具有的气体进口，膜分离器具有的气体排出口通过管道连接所述换热器具有的冷流体进口，换热器具有的冷流体出口通过管道连接至氨纶干法纺丝系统纺丝甬道气体进口，膜分离器底部具有的液体排出口通过管道连接至DMAC储罐。

这样，通过膜分离器将降温后的混合气中的DMAC组分进行有效分离并富集，气体分离膜的透过侧主要为高浓度的DMAC，透余侧为含有微量DMAC的介质气体，分离所得的DMAC送往DMAC储罐，剩余的介质升至一定温度后返回纺丝甬道，作为热风进行干燥纺丝原液中的溶剂。

针对传统氨纶干法纺丝介质循环系统的缺点，该发明主要采用换热器（组）+膜分离的工艺方法，换热器（组）中的核心设备为热管。热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性等优点。在新的氨纶干法纺丝介质循环系统中，热管作为传热中间体，将纺丝甬道排出的混合气降温时释放的热量有效地回收，将回收的热量用于加热分离DMAC后的混合气，达到节能的目的。膜分离的工作原理是利用膜对混合气体的选择透过性实现两者物理分离。混合气体在膜两侧压差推动下，遵循溶解扩散机理，使有机气体优先透过膜得以富集回收，介质被选择性截留与冷凝法相比，膜分离回收率高、能耗低、操作费用低且运行安全。

本发明氨纶干法纺丝介质循环系统，即换热器（组）+膜分离工艺系统，具有工艺过程简单，操作方便，回收率高，节约能耗，易于实现工业化等优点。

本发明需要解决的另一个技术问题是：如何使通过膜分离器的透过气中的DMAC直接由气态变为液态，便于收集。为了解决这个技术问题，本申请通过在膜分离器上通过管道接一个真空泵，通过真空泵将膜分离器中真空度调节到10-95kPa；这样，在限定的真空状态下，膜分离器的透过气中DMAC的蒸汽压大于透过气温度下DMAC的饱和蒸汽压，故气态的DMAC透过膜之后，直接饱和冷凝析出，事半功倍。由此可见，本发明科学的在膜分离器上接有真空泵，通过调节真空度使透过气中的DMAC直接由气态变为液态，巧妙的解决的DMAC的收集问题。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的氨纶干法纺丝介质循环方法，其中换热器为热管、加热器或冷却器。

前述的氨纶干法纺丝介质循环方法，其中介质包括空气、氮气和惰性气体。

前述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其中换热器的热侧出口与所述膜分离器的气体进口之间的连接管道上接有冷却器，用于当高温混合气通过换热器后达不到所需下降温度时的进一步冷却。换热器的冷流体出口与氨纶干法纺丝系统纺丝甬道气体进口之间的连接管道上接有加热器，用于当加热气体分离膜的透余气通过换热器后达不到所需上升温度时的进一步加热。

前述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其中换热器为热管、加热器或冷却器。

前述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其中膜分离器，其罐形为立式罐、卧式罐、球罐或锥形罐。

前述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其中真空泵为水环真空泵、螺杆真空泵、往复真空泵、罗茨真空泵或齿轮泵。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

⑴本发明所述方法可以有效分离回收氨纶纺丝甬道排出气中的DMAC有机溶剂并将介质循环利用，为氨纶干法纺丝介质循环系统建立了新方法。

⑵本发明所述方法采用换热器（组）与膜分离相结合的工艺，该工艺过程简单，操作方便，可直接得到的液态DMAC，与以往工艺相比，省去了循环水冷却、冷却水冷却和冷媒冷却的多级冷却工序。

⑶本发明所述方法分离效果好，节约能耗，并将能量进行有效地综合利用。

总之，本发明以纺丝甬道排出的DMAC和介质的混合气作为处理对象，通过换热器（组）与膜分离的工艺系统回收混合气中的DMAC，膜的透过气为较高纯度的DMAC溶剂，分离所得的DMAC送往DMAC储罐，剩余的介质升至一定温度后返回纺丝甬道，作为热风进行干燥纺丝原液中的溶剂。本发明与传统的介质循环系统相比，省去了循环水冷却、冷却水冷却和冷媒冷却的多级冷却工序。该系统工艺过程简单，操作方便，回收率高，节约能耗，易于实现工业化。

附图说明

图1是本发明的系统连接图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种氨纶干法纺丝介质循环方法，过程如图1所示，该方法包括下述步骤：

㈠从纺丝甬道排出的含有一定浓度DMAC的热介质，温度约为180-230℃。该气体从热管换热器1的热侧进口A进，与热管中的工作介质（包括空气、氮气、惰性气体等）换热，混合气温度约降至一定温度（60-120℃）后，从热管换热器1的热侧出口B排出。热管中的工作介质气化带走热空气放出的热量。

㈡从热管换热器热侧出口B排出的混合气进入冷却器2的进口E，经冷却器2降至一定温度（40-60℃）后，从冷却器2的出口F排出，进入膜分离器3。

㈢从冷却器2的出口F口排出的混合气进入膜分离器3的气体进口G。在真空泵4抽真空保证膜两侧恒定压差的状态下，混合气经膜分离器3中的气体分离膜分离后，透过气中的DMAC由气态冷凝为液态，从膜分离器3的液体排出口J排出进入DMAC缓冲罐；透余气为含有微量DMAC的介质气体，从膜分离器3的气体排出口I排出进入热管换热器1。

㈣从膜分离器的气体排出口I排出的透余气从热管换热器1的冷流体进口D进入，通过热交换的方式将热管中气态工作介质的冷凝热用于自身加热，透余气温度升至一定温度后（150-180℃）从热管换热器1的冷流体出口C排出，进入加热器5。

㈤从热管换热器1排出的混合气从加热器5的气体进口K进入，经加热器加热至230-265℃后，从加热器5的气体出口L排出进入纺丝甬道，作为热风进行纺丝原液中的溶剂干燥。

其中热管的主要作用为：将纺丝甬道排出的混合气降温时释放的热量用于加热膜透余侧的介质，进行热量的有效利用。膜分离系统，包括膜分离器、真空泵及配套设施。膜分离系统的主要作用为：将降温后的混合气中的DMAC组分进行有效分离并富集，膜的透过侧主要为高浓度的DMAC，透余侧为含有微量DMAC的介质。膜分离器对DMAC的有效分离和富集起主要作用，膜分离器中真空度约为10-95kPa。膜分离器，其罐形可为立式罐、卧式罐、球罐、锥形罐等。膜的种类，主要为气体分离膜。透过气中的DMAC由气态变为液态，是指在一定的真空状态下，膜分离器的透过气中DMAC的蒸汽压大于透过气温度下DMAC的饱和蒸汽压，故气态的DMAC透过膜之后，直接饱和冷凝析出。真空泵，可为水环真空泵、螺杆真空泵、往复真空泵、罗茨真空泵、齿轮泵等。

实施例2

本实施例是一种且于实施例1的氨纶干法纺丝介质循环系统，包括换热器1和膜分离器3，膜分离器3内装有气体分离膜；换热器1具有的热侧进口A通过管道连接氨纶干法纺丝系统纺丝甬道排出气出口，换热器1具有的热侧出口B通过管道连接膜分离器3具有的气体进口G，膜分离器3具有的气体排出口I通过管道连接所述换热器1具有的冷流体进口D，换热器1具有的冷流体出口C通过管道连接至氨纶干法纺丝系统纺丝甬道气体进口，膜分离器3底部具有的液体排出口J通过管道连接至DMAC储罐。膜分离器3上通过管路接有真空泵4，通过真空泵4将膜分离器3内的真空度控制为10-95kPa。

其中换热器1的热侧出口B与膜分离器3的气体进口G之间的连接管道上接有冷却器2；用于当高温混合气通过换热器后达不到所需下降温度时的进一步冷却。换热器1的冷流体出口C与氨纶干法纺丝系统纺丝甬道气体进口之间的连接管道上接有加热器5。加热气体分离膜的透余气通过换热器后达不到所需上升温度时的进一步加热。其中换热器为热管、加热器或冷却器。其中膜分离器，其罐形为立式罐、卧式罐、球罐或锥形罐。其中真空泵为水环真空泵、螺杆真空泵、往复真空泵、罗茨真空泵或齿轮泵。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种氨纶干法纺丝介质循环方法，其特征在于：将氨纶干法纺丝系统纺丝甬道排出的DMAC和介质的高温混合气通过换热器降至一定温度后进入膜分离器，在膜分离器内通过其气体分离膜将混合气中的DMAC进行分离，所述气体分离膜的透过气中的DMAC由气态冷凝为液态送往DMAC储罐，所述气体分离膜的透余气中的介质返回所述换热器，在所述换热器内将纺丝甬道排出的高温混合气降温时释放的热量用于加热气体分离膜的透余气升至一定温度后返回纺丝甬道作为热风进行干燥纺丝原液中的溶剂；

所述膜分离器上接有真空泵，通过所述真空泵将膜分离器内的真空度控制为10-95kPa。

2.如权利要求1所述的氨纶干法纺丝介质循环方法，其特征在于：所述换热器为热管、加热器或冷却器。

3.如权利要求1所述的氨纶干法纺丝介质循环方法，其特征在于：所述介质包括空气、氮气和惰性气体。

4.用于权利要求1所述方法的氨纶干法纺丝介质循环系统，其特征在于：包括换热器（1）和膜分离器（3），所述膜分离器（3）内装有气体分离膜；所述换热器（1）具有的热侧进口（A）通过管道连接氨纶干法纺丝系统纺丝甬道排出气出口，所述换热器（1）具有的热侧出口（B）通过管道连接所述膜分离器（3）具有的气体进口（G），所述膜分离器（3）具有的气体排出口（I）通过管道连接所述换热器（1）具有的冷流体进口（D），所述换热器（1）具有的冷流体出口（C）通过管道连接至氨纶干法纺丝系统纺丝甬道气体进口，所述膜分离器（3）底部具有的液体排出口（J）通过管道连接至DMAC储罐。

5.如权利要求4所述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其特征在于：所述膜分离器（3）上通过管路接有真空泵（4），通过所述真空泵（4）将膜分离器（3）内的真空度控制为10-95kPa。

6.如权利要求4或5所述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其特征在于：所述换热器（1）的热侧出口（B）与所述膜分离器（3）的气体进口（G）之间的连接管道上接有冷却器（2）；所述换热器（1）的冷流体出口（C）与氨纶干法纺丝系统纺丝甬道气体进口之间的连接管道上接有加热器（5）。

7.如权利要求6所述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其特征在于：所述换热器为热管、加热器或冷却器。

8.如权利要求6所述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其特征在于：所述膜分离器，其罐形为立式罐、卧式罐、球罐或锥形罐。

9.如权利要求5所述的氨纶干法纺丝介质循环系统，其特征在于：所述真空泵为水环真空泵、螺杆真空泵、往复真空泵、罗茨真空泵或齿轮泵。