CN111715159B - 一种聚酰胺的连续反应系统 - Google Patents

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Abstract

一种聚酰胺的连续反应系统，包括预热系统、脱轻系统、加热系统、反应系统，脱轻系统位于预热系统的下方，位于加热系统、反应系统的上方，预热系统的管程进口为聚合原料进口，管程出口为聚合原料出口，与脱轻系统的进料口相连，壳程进口为加热介质进口，与脱轻系统的轻组分出口相连，预热系统的壳程通过回流管道与脱轻系统的回流口相连，加热系统的壳程为加热介质通道，管程进口与脱轻系统的排料口相连，加热系统的管程出口与所述反应系统的进料口相连，所述反应系统的工艺蒸汽出口与脱轻系统的加热介质进口相连。本发明结构简单、运行成本低，可有效保证聚酰胺的品质稳定，是生产高端聚酰胺的保证，此外，还有效降低了单位产品的能耗。

Description

一种聚酰胺的连续反应系统
技术领域
本发明涉及化工领域，特别涉及一种聚酰胺的连续反应系统。
背景技术
聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，英文名称Polyamide，它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。聚酰胺可由内酸胺开环聚合制得，也可由二元胺与二元酸缩聚等得到的。聚酰胺(PA)是指主链节含有极性酰胺基团(-CO-NH-)的高聚物。最初用作制造纤维的原料，后来由于PA具有强韧、耐磨、自润滑、使用温度范围宽成为目前工业中应用广泛的一种工程塑料。PA广泛用来代替铜、有色金属制作机械、化工、电器零件，如柴油发动机燃油泵齿轮、水泵、高压密封圈、输油管等。是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、降低成本的要求。PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。
目前，利用二元酸与二元胺聚合得到聚酰胺的工艺，通常是先利用二元酸和二元胺制备盐液，然后输送至反应器进行聚合，反应器产生的副产蒸汽无法被利用，导致聚酰胺的聚合能耗高，此外，还存在不同批次产品的质量不稳定的情况。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种聚酰胺的连续反应系统，其结构简单、运行成本低，可有效保证聚酰胺的品质稳定，是生产高端聚酰胺的保证，此外，还有效降低了单位产品的能耗。
本发明的技术方案是：一种聚酰胺的连续反应系统，包括预热系统、脱轻系统、加热系统、反应系统，所述脱轻系统位于预热系统的下方，位于加热系统、反应系统的上方，所述预热系统的管程进口为聚合原料进口，预热系统的管程出口为聚合原料出口，与脱轻系统的进料口相连，预热系统的壳程进口为加热介质进口，与脱轻系统的轻组分出口相连，预热系统的壳程通过回流管道与脱轻系统的回流口相连，所述加热系统的壳程为加热介质通道，加热系统的管程进口与脱轻系统的排料口相连，加热系统的管程出口与所述反应系统的进料口相连，所述反应系统的工艺蒸汽出口与脱轻系统的加热介质进口相连。
所述脱轻系统包括板式塔，板式塔中设有N层塔板，N≥1。
一循环管的上游端与反应系统的排料口相连，该循环管的下游端与加热系统的管程相连。
一蒸汽管的上游端用于与蒸汽源相连，该蒸汽管的下游端与加热系统的管程相连。
所述加热系统的加热介质采用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽。
所述加热系统的上封头、下封头分别设有夹套，夹套中使用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽作为加热介质。
所述聚合原料为二羧酸和有机二胺混合形成的盐溶液，所述二羧酸为丁二酸、戊二酸、己二酸，所述有机二胺为丁二胺、戊二胺、己二胺。
所述二羧酸为C4～C6的二羧酸的任一种或几种混合，所述有机二胺为C4～C6的二胺的任一种或几种混合。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明聚酰胺的连续反应系统，包括预热系统、脱轻系统、加热系统、反应系统，脱轻系统位于预热系统的下方，位于加热系统、反应系统的上方，其中，预热系统用于对聚合原料(精盐)进行预热，升温，脱轻系统用于除去聚合原料(精盐)中的部分水、轻组分，且拦截其中的大分子二胺，加热系统用于加热聚合原料(精盐)至200-250℃，进行预聚合反应，且进一步分离聚合原料(精盐)中的水、轻组分，保证进入反应系统中的聚合原料(精盐)的纯度，提高目标产品的品质。
2、本发明利用预热系统壳程内冷凝的冷凝液在重力作用下回流至脱轻系统，将聚合原料中的大分子有机二胺拦截，而水分和小分子被蒸出，使得预聚合反应始终在有机二胺过量的情况下进行反应，有效保证了聚酰胺的产品质量稳定，是生产高端聚酰胺的保障。此外，大分子有机二胺被拦截，由脱轻系统排出的轻组分主要为水蒸汽和小分子，这些水蒸汽进入预热系统的壳程中，对进入预热系统管程的聚合原料进行预热，在提高工艺蒸汽利用率、降低聚酰胺合成能耗的前提下，还有效避免了高粘度大分子有机二胺进入预热系统，保障预热系统长周期正常运行。
3、本发明利用反应系统中，聚合原料脱水并进行预聚合，产生大量的工艺蒸汽，这些工艺蒸汽穿过脱轻系统，对预热后的聚合原料进一步加热，且将聚合原料中的部分水及小分子蒸出，进入预热系统，用于对进入预热系统的聚合原料进行预热，提高聚合原料的温度，工艺蒸汽的热能被充分利用，有效降低了聚酰胺合成能耗。
4、本发明脱轻系统中设有塔板，用于滞留聚合原料中的金属离子，降低进入反应系统中金属离子的含量，提高聚酰胺的合成品质，此外，还可有效避免脱轻系统发生堵塞现象。
5、本发明在反应系统的排料口和加热系统的管程之间设置循环管，利用密度差，使反应系统中的聚合原料沿循环管、加热系统的管程不断循环，保持反应系统中反应体系的温度，且无需额外的动力装置。
6、本发明设有一蒸汽管，该蒸汽管用于对加热系统的管程提供蒸汽，通过向加热系统的管程中提供蒸汽，降低加热系统管程内物料的密度，并提高流动性，提高其循环动力，使得反应物在加热系统管程内壁的停留时间降低，有利于换热的同时降低物料处于高温的时间，使得反应后的产物分子量接近一致。
7、加热系统的上封头、下封头分别设有夹套，夹套中使用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽作为加热介质，用于保证被加热介质的温度。
下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
附图中，1为预热系统，11为聚合原料进口，12为聚合原料出口，13为加热介质进口，14为回流管道，2为脱轻系统，21为板式塔，3为加热系统，31为管程进口，32为管程出口，4为反应系统，41为工艺蒸汽出口，5为循环管，6为蒸汽管。
具体实施方式
本发明中，未标明的结构或装置均为化工领域常规的结构或装置，未标明的连接方式或安装方式均采用化工领域常规的方法进行连接或安装，或按照厂商的建议进行连接或安装。
参见图1，为一种聚酰胺的连续反应系统的具体实施例。聚酰胺的连续反应系统包括预热系统1、脱轻系统2、加热系统3、反应系统4。所述脱轻系统2位于预热系统1的下方，位于加热系统3、反应系统4的上方。所述预热系统1的管程进口为聚合原料进口11，预热系统1的管程出口为聚合原料出口12，与脱轻系统2的进料口相连，本实施例中，聚合原料为二羧酸和有机二胺混合形成的盐溶液，且固含量为50-80％，所述二羧酸为丁二酸、戊二酸、己二酸，所述有机二胺为丁二胺、戊二胺、己二胺，具体的，二羧酸为C4～C6的二羧酸的任一种或几种混合，所述有机二胺为C4～C6的二胺的任一种或几种混合。预热系统1的壳程进口为加热介质进口13，与脱轻系统2的轻组分出口相连，通常的，预热系统1的壳程出口对外输出未冷凝的蒸汽，预热系统1的壳程通过回流管道14与脱轻系统2的回流口相连，在预热系统壳程内冷凝的冷凝液在重力作用下，通过回流管回流至脱轻系统，作为回流液，脱轻系统2包括板式塔21，板式塔21中设有N层塔板，N≥1。所述加热系统3的壳程为加热介质通道，加热系统3的加热介质采用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽，为了保证被加热介质的温度，加热系统3的上封头、下封头分别设有夹套，夹套中使用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽作为加热介质，为了降低生产成本，通常采用3.8MPa的蒸汽。加热系统3的管程进口31与脱轻系统2的排料口相连，加热系统3的管程出口32与所述反应系统4的进料口相连。所述反应系统4的工艺蒸汽出口41与脱轻系统2的加热介质进口相连，该工艺蒸汽出口位于反应系统的顶部，显然的，反应系统的底部设有聚合盐出料管，用于对外排料。
进一步的，为了保持反应系统中反应体系的温度，一循环管5的上游端与反应系统4的排料口相连，该循环管5的下游端与加热系统3的管程相连。
进一步的，为了有效控制加热系统对聚合原料的加热温度，一蒸汽管6的上游端用于与蒸汽源相连，该蒸汽管6的下游端与加热系统3的管程相连。
本发明的工作原理为，加热系统的壳程中通入加热介质，通常选用3.8MPa的蒸汽，聚合原料(二羧酸和有机二胺混合形成的盐溶液)由聚合原料进口穿过预热系统、脱轻系统，进入加热系统的管程中，且加热升温至200-250℃，进入反应系统，脱水并进行预聚合反应，产生的工艺蒸汽由工艺蒸汽出口排入脱轻系统中，作为上升蒸汽，使穿过脱轻系统的聚合原料中部分水分和小分子被蒸出，进入预热系统的壳程，对聚合原料进行预热(升温至180-230℃)，且冷凝后，在重力作用下返回至板式塔，作为回流液，使脱轻系统中的大分子有机二胺被拦截，充分利用反应系统的工艺蒸汽，且拦截聚合原料中的有机二胺，使反应系统中的有机二胺始终过量，保证聚酰胺的产品质量稳定。

Claims (7)

1.一种聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，包括预热系统（1）、脱轻系统（2）、加热系统（3）、反应系统（4），
所述脱轻系统（2）位于预热系统（1）的下方，位于加热系统（3）、反应系统（4）的上方，脱轻系统（2）包括板式塔（21），板式塔（21）中设有N层塔板，N≥1，用于除去聚合原料中的部分水、小分子，且拦截其中的大分子二胺，使得预聚合反应始终在有机二胺过量的情况下进行反应，还滞留聚合原料中的金属离子，降低进入反应系统中金属离子的含量，
所述预热系统（1）的管程进口为聚合原料进口（11），预热系统（1）的管程出口为聚合原料出口（12），与脱轻系统（2）的进料口相连，预热系统（1）的壳程进口为加热介质进口（13），与脱轻系统（2）的轻组分出口相连，预热系统（1）的壳程通过回流管道（14）与脱轻系统（2）的回流口相连，
所述加热系统（3）的壳程为加热介质通道，加热系统（3）的管程进口（31）与脱轻系统（2）的排料口相连，加热系统（3）的管程出口（32）与所述反应系统（4）的进料口相连，
所述反应系统（4）的工艺蒸汽出口（41）与脱轻系统（2）的加热介质进口相连，
加热系统的壳程中通入加热介质，以二羧酸和有机二胺混合形成的盐溶液作为聚合原料，由聚合原料进口穿过预热系统、脱轻系统，进入加热系统的管程中，且加热升温至200-250℃，进入反应系统，脱水并进行预聚合反应，产生的工艺蒸汽由工艺蒸汽出口排入脱轻系统中，作为上升蒸汽，使穿过脱轻系统的聚合原料中部分水分和小分子被蒸出，进入预热系统的壳程，对聚合原料预热至180-230℃，且冷凝后，在重力作用下返回至板式塔，作为回流液，使脱轻系统中的大分子有机二胺被拦截，使反应系统中的有机二胺始终过量。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，一循环管（5）的上游端与反应系统（4）的排料口相连，该循环管（5）的下游端与加热系统（3）的管程相连。
3.根据权利要求1所述的聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，一蒸汽管（6）的上游端用于与蒸汽源相连，该蒸汽管（6）的下游端与加热系统（3）的管程相连。
4.根据权利要求1所述的聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，所述加热系统（3）的加热介质采用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽。
5.根据权利要求1所述的聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，所述加热系统（3）的上封头、下封头分别设有夹套，夹套中使用联苯-联苯醚或3.8MPa的蒸汽作为加热介质。
6.根据权利要求1所述的聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，所述聚合原料为二羧酸和有机二胺混合形成的盐溶液，所述二羧酸为C4～C6的二羧酸的任一种或几种混合，所述有机二胺为C4～C6的二胺的任一种或几种混合。
7.根据权利要求6所述的聚酰胺的连续反应系统，其特征在于，所述二羧酸为丁二酸、戊二酸、己二酸，所述有机二胺为丁二胺、戊二胺、己二胺。
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