CN112337139B

CN112337139B - 一种原位补热的超重力脱挥装置及应用

Info

Publication number: CN112337139B
Application number: CN201910734595.6A
Authority: CN
Inventors: 罗勇; 陈建峰; 初广文; 邹海魁; 孙宝昌; 张亮亮
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2039-08-09
Also published as: CN112337139A

Abstract

本发明公开了一种原位补热的超重力脱挥装置，包括壳体、电机、动磁力盘、转子填料、静磁力盘、固定环、液体进料口、气体出口和液体出料口；所述电机的输出轴自壳体顶部穿过壳体延伸到壳体内，电机输出轴的下端头与动磁力盘上端面中心位置固定连接；所述转子填料设置在动磁力盘上表面；电机输出轴与转子填料之间设有空腔；所述转子填料和壳体之间的空腔内纵向设置不锈钢疏水丝网；所述动磁力盘的下方设置静磁力盘；所述静磁力盘通过固定环固定在壳体的侧壁上；本发明超重力脱挥装置的旋转机械能经磁力切割原位转化为热能，自动补充脱挥时VOC气化带走的热量，可维持系统温度稳定。

Description

一种原位补热的超重力脱挥装置及应用

技术领域

本发明涉及一种脱除挥发性物质的装置及应用。更具体地，涉及一种原位补热的超重力脱挥装置及应用。

背景技术

在聚合物生产加工中，聚合物产品脱除挥发性有机化合物(volatile organiccompounds，VOC)过程的重要性仅次于反应过程。在通常的聚合物生产流程中，由聚合反应单元进入工业脱挥器的聚合物系中，挥发性组分含量一般达10％～80％。根据产品的不同用途，脱挥过程通常要将聚合物产品中的VOC降至几千mg/kg甚至几十mg/kg，脱挥过程的能耗常常占到整体能耗的60％以上。此外，随着安全、环保与健康水平的不断提高，不同应用领域对聚合物材料中VOC含量的要求也在不断提高，一些特殊领域的聚合物产品中特定VOC的含量更是被要求低于1mg/kg，如我国食品包装用聚氯乙烯材料中单体含量必须低于1mg/kg；欧盟食品接触级ABS塑料丙烯腈和丁二烯残留量必须低于0.02mg/kg。因此，研究优化聚合物脱挥装备与工艺、实现低能耗高效率的聚合物脱挥过程有重要意义。

工业上聚合物脱挥过程一般可分为3个不同的阶段进行：①闪蒸脱挥，聚合物中挥发分含量从80％降至20％的阶段；②起泡脱挥，聚合物中挥发分含量从20％降至5％的阶段；③扩散脱挥，聚合物中挥发分含量从5％以下继续降至最终要求的mg/kg级。而聚合物脱挥与传统气液分离过程相比有如下难点：①脱挥物系黏度大，流动行为复杂；②过程传质系数小，对分离设备的效率要求很高；③操作条件苛刻，通常在高温并对体系的压力有一定要求，在此条件下聚合物极易发生变色降解，停留时间不宜过长。基于脱挥特性，亟需开发一种新型传质高效、停留时间较短的强化脱挥过程的装备。

近些年在脱挥领域，超重力旋转填充床受到很大的关注。在超重力的作用下，高粘度聚合物流体变成极细的小液滴、液膜，增大比表面积且表面快速更新，从而促进挥发份的快速逸出。超重力法脱挥技术优势在于停留时间短，微观混合均匀，反应效率高且可以进行连续性脱挥等。与传统的脱挥装置相比，其具有占地面积小，脱除效率高，良好的自清洁作用等优点。但是，目前的超重力脱挥装置(如中国专利ZL200710120712.7)，由于脱挥时气化带走了大量的热量，需要通过外壳夹套升温来维持超重力旋转床内空腔和转子的温度以补充脱挥气化带走的热量，在这个过程中，夹套升温首先加热空气，加热的空气然后给转子升温，其效率较低，导致能耗居高不下。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种原位补热的超重力脱挥装置。该装置无需额外的加热装置，而是超重力旋转床的旋转机械能经磁力切割原位转化为热能，自动补充脱挥时VOC气化带走的大量热量，节约了能耗；经检测，使用本发明的超重力脱挥装置，可以节约能耗20-50％。

本发明要解决的第二个技术问题是提供上述超重力脱挥装置的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种原位补热的超重力脱挥装置，包括壳体、电机、动磁力盘、转子填料、静磁力盘、固定环、液体进料口、气体出口和液体出料口；

所述电机的输出轴自壳体顶部穿过壳体延伸到壳体内，电机输出轴的下端头与动磁力盘上端面中心位置固定连接；

所述转子填料设置在动磁力盘上表面；电机输出轴与转子填料之间设有空腔；

所述动磁力盘的下方设置静磁力盘；

所述静磁力盘通过固定环固定在壳体的侧壁上；

所述固定环上设有通孔；

所述液体进料口自壳体延伸到电机输出轴与转子填料之间的空腔内，且管道上设有喷射孔；

所述液体出料口设置在壳体底部；

所述气体出口设置在壳体上部。

优选地，所述动磁力盘和静磁力盘均采用强力磁铁，磁力感应强度为10000-50000高斯。

优选地，所述磁铁可为钕铁硼、钐钴、铝镍钴、铁铬钴。

优选地，所述动磁力盘和静磁力盘之间的距离为0.5-5cm。

优选地，所述壳体与转子填料间可防止不锈钢疏水丝网，用于空腔液体的分散。

优选地，所述动磁力盘的转速为0-3000r/min。

为解决上述第二个技术问题，本发明利用上述超重力脱挥装置在脱挥上的应用，包括如下具体步骤：

S1、将用氮气保护下的原料储罐内的原料液输送到超重力脱挥装置的液体进料口；

S2、开启超重力脱挥装置，利用真空泵对超重力脱挥装置抽真空；调整动磁力盘和转子填料的转速以通过磁力热量对填料进行预热；达到预热温度后，自液体进料口进入的原料液喷射到转子填料上进行分散；

S3、脱挥后的原料液自超重力脱挥装置液体出料口处排出，挥发性气体自气体出口处排出。

优选地，步骤S2中，所述超重力脱挥装置抽真空的真空度为0.07-0.098 MPa。

优选地，步骤S2中，所述动磁力盘和转子填料的转速为0-3000r/min。

优选地，步骤S2中，所述脱挥温度为40-400℃。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

本发明的有益效果如下：

本发明通过旋转磁场原位加热超重力装置，可有效强化热量的产生，进而提高旋转床腔体内部的温度，弥补脱挥时气化带走的热量，原位加热可实现转子填料预热和持续性补热脱挥。同时，借助超重力技术，强化气液之间的传质，提高废气脱出率，从而实现挥发性有机化合物的处理，具有重要的环保、经济和社会效益。备体积小，处理量大，分离效率高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为本发明超重力脱挥装置的结构示意图；

图2为利用本发明超重力脱挥装置脱除TDI的流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

作为本发明的一个方面，本发明一种原位补热的超重力脱挥装置100，包括壳体1、电机2、动磁力盘3、转子填料4、不锈钢疏水丝网5、静磁力盘6、固定环7、液体进料口8、气体出口9和液体出料口10；

所述电机2的输出轴自壳体1顶部穿过壳体1延伸到壳体1内，电机输出轴的下端头与动磁力盘3上端面中心位置固定连接；

所述转子填料4设置在动磁力盘3上表面；电机输出轴与转子填料4之间设有空腔；

所述转子填料4和壳体1之间的空腔内纵向设置不锈钢疏水丝网5；

所述动磁力盘3的下方设置静磁力盘6；电机2带着动磁力盘3和转子填料高速旋转；促进动磁力盘和静磁力盘之间的磁感线高速切割，将机械能转换为热能，用于补充脱挥时气化带走的热量。

所述静磁力盘6通过固定环7固定在壳体1的侧壁上；

所述固定环7上设有通孔；

所述液体进料口8自壳体1延伸到电机输出轴与转子填料4之间的空腔内，且管道上设有喷射孔(图中未示出)；喷射孔喷射的原料液经过转子填料4进行第一次分散，然后在高速旋转剪切力下甩在不锈钢疏水丝网5上进行第二次分散；

所述液体出料口10设置在壳体1底部；

所述气体出口9设置在壳体1上部。

本发明意外发现，通过在超重力脱挥装置内设置动磁力盘3和静磁力盘6，所述动磁力盘3相对于静磁力盘6高速旋转，促进动磁力盘3和静磁力盘6之间的磁感线高速切割，能将机械能转换为热能，用于补充脱挥时气化带走的热量。

根据本发明的某些实施例，所述动磁力盘3和静磁力盘6均采用强力磁铁，磁力感应强度为10000-50000高斯、或10000-50000高斯、或10000-40000高斯、或10000-30000高斯、或10000-20000高斯、或20000-50000高斯、或20000-40000高斯、或20000-30000高斯、或30000-50000高斯、或30000-40000高斯、或40000-50000高斯。

根据本发明的某些实施例，所述动磁力盘3的转速为0-3000r/min；优选200-1400r/min。

根据本发明的某些实施例，所述动磁力盘3和静磁力盘6之间的距离为0.5-5cm。所述动磁力盘转速的大小、磁力感应强度的范围和磁力盘之间的距离都会对机械能转化为热能的大小产生影响。

作为本发明的另一个方面，本发明利用上述超重力脱挥装置在脱挥上的应用，包括如下具体步骤：

S1、将用氮气保护下的原料储罐200内的原料液输送到超重力脱挥装置的液体进料口；

S2、开启超重力脱挥装置，利用真空泵300对超重力脱挥装置抽真空；调整动磁力盘和转子填料的转速以通过磁力热量对填料进行预热；达到预热温度后，自液体进料口进入的原料液喷射到转子填料上进行分散；

根据本发明的某些实施例，步骤S2中，所述超重力脱挥装置抽真空的真空度为0.07-0.098 MPa。

根据本发明的某些实施例，步骤S2中，所述动磁力盘和转子填料的转速为0-3000r/min。

根据本发明的某些实施例，步骤S2中，所述脱挥温度为40-400℃。

实施例1

一种利用本发明超重力脱挥装置脱除聚氨酯预聚物中的TDI的方法：

如图2所示，脱除聚氨酯预聚物中的TDI的参数条件如下：

超重力脱挥装置100的操作条件是：脱除聚氨酯预聚物中的TDI过程中，控制液相流量为100 L/h，动磁力盘和静磁力盘之间的间距为3厘米，磁力感应强度为10000高斯；调节转速200-1400r/min,真空度为0.095 MPa；进口液体中含有2.2％的TDI，脱挥温度110℃。

经电力损耗检测，使用本发明的超重力脱挥装置替代常规超重力反应器，可以节约能耗25％。本发明的TDI脱除率在70％-73％，有较好的TDI脱除效率。

综上所述，本发明通过超重力脱挥装置、电机转速、磁力盘之间的间距、磁力感应强度等参数构成一个整体的技术方案，相互配合才可以得到本发明的脱挥效果；任何条件的逾越均会导致本发明的目的无法达成。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种原位补热的超重力脱挥装置，其特征在于：包括壳体、电机、动磁力盘、转子填料、静磁力盘、固定环、液体进料口、气体出口和液体出料口；

所述动磁力盘的下方设置静磁力盘；

所述静磁力盘通过固定环固定在壳体的侧壁上；

所述固定环上设有通孔；

所述液体出料口设置在壳体底部；

所述气体出口设置在壳体上部。

2.根据权利要求1所述超重力脱挥装置，其特征在于：所述动磁力盘和静磁力盘均采用强力磁铁，磁力感应强度为10000-50000高斯。

3.根据权利要求2所述超重力脱挥装置，其特征在于：所述磁铁为钕铁硼、钐钴、铝镍钴或铁铬钴。

4.根据权利要求1所述超重力脱挥装置，其特征在于：所述动磁力盘和静磁力盘之间的距离为0.5-5cm。

5.根据权利要求1所述超重力脱挥装置，其特征在于：所述动磁力盘和转子填料的转速为0-3000r/min。

6.如权利要求1-5中任一所述超重力脱挥装置在脱挥上的应用，其特征在于，包括如下具体步骤：

7.根据权利要求6所述超重力脱挥装置在脱挥上的应用，其特征在于：步骤S2中，所述超重力脱挥装置抽真空的真空度为0.07-0.098MPa。

8.根据权利要求6所述超重力脱挥装置在脱挥上的应用，其特征在于：步骤S2中，所述动磁力盘和转子填料的转速为0-3000r/min。

9.根据权利要求6所述超重力脱挥装置在脱挥上的应用，其特征在于：步骤S2中，脱挥温度为40-400℃。