CN112521363B - 一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置以及方法。所述装置包括壳体，所述壳体的顶部设置有物料入口，底部设置有物料出口，两侧分别设置有冷/热剂的入口和出口，且所述冷/热剂的入口的水平位置低于所述冷/热剂的出口的水平位置；所述壳体内部设置有换热管和物料分布器，所述物料分布器设置于壳体上封头的底部；所述换热管的顶部与物料分布器相连，所述换热管的底部通过壳体下封头与物料出口相连，且所述换热管的底部呈收口结构。利用所述装置对碳酸乙烯酯进行结晶提纯的方法可获得纯度≥99.99％的碳酸乙烯酯产品，该纯度可满足一般碳酸乙烯酯工业及其它电池级，特别是动力电池级碳酸乙烯酯工业的产品纯度要求。

Description

一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置以及方法
技术领域
本发明属于碳酸乙烯酯的提纯领域，具体涉及一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置以及方法。
背景技术
近年来，随着电动汽车市场的不断崛起，动力电池作为其中的核心零部件，其需求也在快速增加。目前，动力电池仍以铅酸电池技术、镍氢电池技术、燃料电池技术、锂电池技术为主，其中锂离子电池基于其体积小、重量轻、容量高、寿命长、安全可靠无污染等特点，是目前纯电动车用电池研发的主要方向。
锂离子电池是由电极材料(正、负极)、电解液和隔膜等部分组成,电解液作为电池中锂离子传输的媒介，连接电池的正负极，对于锂电池的各项性能，如循环性能、倍率性能、储存性能等起着至关重要的作用。
锂离子电池的电解液一般是由电解质、高纯溶剂和添加剂等在一定条件下按一定比例配制而成，溶剂是电解液的主体部分，目前市场上常用的有机溶剂有碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。由于各种溶剂的极性、粘性、介电常数等性能各有优劣，为获得具有高离子导电性的溶液，一般都采用PC+DEC，EC+DMC等混合溶剂生产电解液。
碳酸乙烯酯(EC、C3H4O3、CAS号：96-49-1)，是一种性能优良的高沸点溶剂和有机合成中间体，广泛用于纺织印染、高分子合成、电化学、医药等领域，其中精制EC更是作为生产高能锂离子电池电解液的原料之一，具有很高的附加值，因此，随着前述动力锂电池市场的快速发展，动力电池级的精制EC显然具有广阔的开发前景。
传统的EC生产方法为光气法，即采用乙二醇与光气直接反应生成，但其存在工艺流程长、收率低、成本高、光气毒性大、污染严重等缺点,目前已基本淘汰；而以碳酸二乙酯和乙二醇为原料的酯交换法，尽管步骤简单，但原料价格昂贵，采用的锡类催化剂毒性较大，无实际工业应用价值；目前普遍采用以二氧化碳(CO2)和环氧乙烷(EO)为原料直接酯化制备EC的新方法，不仅提高了经济效益，在世界各国对能源及环保不断重视的当下，还提供了一条化学利用CO2资源、发展碳一化工的新途径，收到了明显的社会效益，是一种高效、绿色、环保的合成方法。
由于锂离子电池的性能在很大程度上取决于电池组成材料的性能和制备工艺，如电解液溶剂中存在的少量水、醇、酸会导致锂离子电池比容量、电导率、循环效率等的降低，甚至加速电解液的变质，因此，在动力锂离子电池的生产过程中，对其中电解质溶剂的纯度有严格的要求，通常要求EC纯度达到99.99％。
在EO与CO2的反应产物中，除含有目标产物EC外，还含有少量乙二醇、二乙二醇、水，以及未反应完的EO，甚至可能还含有催化剂的残留等等。目前，工业装置中电池级EC的提纯方法主要是精馏提纯，即对经过粗蒸得到的纯度90％以上的EC进行进一步的精馏，如CN 106588862所述，然而，在精馏提纯过程中，一方面，若精馏过程温度较高、时间较长，容易导致EC的聚合及分解，甚至在原料中有催化剂残留时造成EC更多的分解，因此，为了保证产品纯度，需要降低精馏过程的温度，此时需要非常高的真空度(系统压力约5KPa、绝压)，对设备及操作均有较高的要求，设备及操作成本也较高；另一方面，由于电池级EC的纯度要求很高，此时需要精馏过程的回流比很大，能耗非常高。因此，尽管精馏提纯是目前电池级EC生产的主要方法，但并不是最经济理想的生产方法，亟待改进。
US 3074962中提出采用萃取精馏和(或)共沸精馏的方法分离EC和乙二醇(EG)，除存在上述精馏过程分离提纯EC的共性问题外，该方法还引入了第三种物质：萃取剂或共沸剂，导致分离后的EC纯度仍然不高，仅达到98～99％，根本无法满足电池级EC的产品要求。
采用结晶分离的方法，CN101400667B提出了一种EC溶液经结晶后进入洗涤塔逆流接触的纯化方法，但是，众所周知，洗涤塔中晶体床层不易稳定，对设备的操作要求很高。
除常规的精馏、结晶方法外，CN201010598710.0提出采用分子筛吸附的方法对纯度约为99.9％的EC物料进行脱水、脱乙二醇处理，但分子筛的用量大，且在吸附乙二醇、水的同时也会吸附EC，造成EC的损失和收率的降低，同时，分子筛容易吸附饱和，从而造成EC物料处理量的降低，并且在工业应用时还要进一步考虑分子筛的再生，不是最为理想的分离方法；CN201520913579.0提出采用膜过滤的方法脱除经精馏提纯后、纯度为99.5％的工业级EC物料中的乙二醇和水，但也存在EC物料处理量低、膜成本高、工业化困难等缺点。然而，还需要指出的是，以上均是对纯度本已达到99％以上的高纯EC进行后续处理，以进一步降低某些杂质，如乙二醇和水的含量，却并未考虑EC的前期提纯或整体工艺的设计及优化，如基于环氧乙烷(EO)酯化法制备的EC反应产物的分离，不适用于EC的整体工业应用。
因此，开发用于碳酸乙烯酯，特别是动力电池级EC的直接结晶分离提纯方法，相比目前常规的精馏提纯方法，或是其他分离方法，或是组合分离方法，不仅可以显著降低分离能耗，还可以大大简化设备和操作，直接用于动力电池级EC的工业生产，具有明显的优点。
发明内容
本发明针对现有技术分离提纯碳酸乙烯酯时，能耗高、产品纯度低等技术问题，提供了一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置及方法，利用所述装置进行碳酸乙烯酯提纯的方法，具有获得的产品纯度高、能耗低的优点。
为此，本发明第一方面提供了一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置，其包括：
壳体，所述壳体的顶部设置有物料入口，底部设置有物料出口，两侧分别设置有冷/热剂的入口和出口，且所述冷/热剂的入口的水平位置低于所述冷/热剂的出口的水平位置；
所述壳体内部设置有换热管和物料分布器，所述物料分布器设置于壳体上封头的底部；所述换热管的顶部与物料分布器相连，所述换热管的底部通过壳体下封头与物料出口相连，且所述换热管的底部呈收口结构。
本发明所述装置的主体结构为立式结晶器，所述装置还设有压力及温度测量口，用于检测装置内的温度和压力。
在本发明的一些实施方式中，所述收口结构为倒锥形收口结构或弧形收口结构。该收口结构有利于改善发汗过程中晶体中夹杂的母液与发汗剩余晶体之间的分离效果，保证发汗过程在更高温度、更长时间下的发汗效果，从而提高产品的纯度。优选地，所述收口结构的斜边段或弧形段中点处切线与水平方向的夹角为15～75度，更优选为15～60度。
在本发明的另一些实施方式中，所述换热管的个数为两个或两个以上。本发明对换热管的个数没有明确限定，可以根据实际需要设置相应的换热管个数。
在本发明的一些实施方式中，所述物流分布器上方设置有溢流堰，使得含碳酸乙烯酯的原料经溢流堰进入换热管后可以沿内壁面流动，提高了结晶和发汗过程中物料与冷/热剂间的换热效率，既可以加速碳酸乙烯酯的结晶，提高结晶率，进而提高产品收率，又可以减少碳酸乙烯酯结晶过程中的母液夹带，增加晶体的堆密度，进而提高产品纯度。
在本发明的另一些实施方式中，所述装置还包括氮气入口，用于向装置内通入氮气，所述氮气入口位于壳体顶部。
在本发明的一些实施方式中，所述装置还包括外部物料循环泵，所述外部物料循环泵的入口通过管路与所述物料出口相连，所述外部物料循环泵的出口通过管路与所述物料入口相连。所述外部物料循环泵可用于将物料出口排出的物质泵送回物料入口和维持物料的流动。
在本发明的另一些实施方式中，所述装置还包括外部温度控制系统，所述外部温度控制系统内装有冷/热剂，其出口通过管路与所述冷/热剂入口相连，其入口通过管路与所述冷/热剂出口相连。所述外部温度控制系统用于控制所述装置的温度。
本发明第二方面提供了一种利用如本发明第一方面所述装置进行碳酸乙烯酯的结晶提纯的方法，其包括如下步骤：
S1，将含碳酸乙烯酯的原料经所述装置的物料入口通入到所述装置内，然后经物料分布器分布后，再经溢流堰进入到换热管中；
S2，将冷剂经所述装置的冷/热剂的入口通入到所述装置内，通过外部温度控制系统进行控温，使所述原料内的碳酸乙烯酯在换热管内进行结晶，结晶结束后，排出结晶母液；
S3，将热剂经所述装置的冷/热剂的入口通入到所述装置内，通过外部温度控制系统进行控温，对换热管内的晶体进行发汗，汗液从所述装置的物料出口排出，换热管内剩余的晶体即为纯化后的碳酸乙烯酯产品。
本发明中，所述汗液从晶体层中渗出后经换热管底部排出至壳体下封头，再经位于壳体底部的物料出口排出。
在本发明的一些实施方式中，所述方法还包括：汗液排出后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体进一步熔化后，从物料出口流出，收集获得的纯化后的碳酸乙烯酯产品。
上述方法中，采用熔融结晶方法进行碳酸乙烯酯的分离提纯，由于不引入第三种物质，且结晶后的晶体与母液可以直接分离，具有工艺步骤简单、产品纯度高、能耗低等特点。
在本发明的一些实施方式中，结晶过程中的降温速率为0.01～0.15℃/min，结晶终点温度为15～25℃，结晶终点温度下的恒温时间不小于30min。
在本发明的另一些实施方式中，发汗过程的的升温速率为0.01～0.1℃/min，发汗终点温度为36.5～38℃，发汗终点温度的恒温时间不小于30min。
在本发明的一些实施方式中，结晶过程中晶体的形成为自然结晶或通过加入晶种引发结晶。自然结晶过程不加入晶种，操作相对简便。而引发结晶过程，有利于控制结晶过程的过饱和度，提高晶体产品的纯度。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述晶种为固体质量含量不高于20％的碳酸乙烯酯的晶浆溶液；优选地，所述晶种的加入温度为34～36℃。
在本发明的一些实施方式中，为了提高列管内壁面的换热效率，结晶过程开始后间歇性开启外部物料循环泵，或持续开启外部物料循环泵，保持所述含碳酸乙烯酯的原料缓慢流动，至结晶过程结束。这样不仅可以加速碳酸乙烯酯的结晶，提高结晶率，还可以减少碳酸乙烯酯结晶过程中的母液夹带，从而提高产品的收率及纯度。
在本发明的另一些实施方式中，所述方法在在氮气密封的情况下进行。由于碳酸乙烯酯在空气中特别容易吸潮，采用氮气密封的方式，可以防止从包括原料加料、晶体结晶和发汗，以及物料存储等在内的整个提纯过程中碳酸乙烯酯与空气的接触，避免了空气中水分的引入导致的碳酸乙烯酯分解及碳酸乙烯酯纯度的下降，进而保证分离提纯的效果。
在本发明的一些实施方式中，所述含碳酸乙烯酯的原料中碳酸乙烯酯的质量含量大于等于90％。所述含碳酸乙烯酯的原料可以是直接反应产物、或低浓度反应产物经初步提纯后的碳酸乙烯酯的质量含量大于等于90％的富碳酸乙烯酯物料。也可以是其它质量含量大于等于90％的碳酸乙烯酯物料。受合成方法、催化剂种类、工艺条件不同等多种因素的影响，碳酸乙烯酯反应产物中碳酸乙烯酯的浓度有所差别，有些纯度高于98％、有些纯度则低于90％，针对纯度低于90％的反应产物，经减压精馏、单级熔融结晶或膜分离等常规分离工艺进行初步提纯，再采用本发明所述装置和方法进行进一步的分离提纯，获得高纯度的碳酸乙烯酯产品；同时，相比需要高真空、高回流比的直接精馏分离提纯方法，分离条件温和、能耗显著降低。
基于碳酸乙烯酯的熔融潜热显著低于其汽化潜热，相比传统的精馏提纯方法，本发明所述方法可以显著降低分离过程的能耗，同时工艺过程更温和。
相比其它结晶分离工艺，本发明所述方法在采用的提纯装置上进行了创新，一方面，通过将结晶提纯装置内的换热管的底部设计为倒锥形或弧形收口的结构，改善了发汗过程中从晶体中渗出的汗液与发汗剩余晶体之间的分离效果，从而使晶体的发汗过程可以在更高的发汗温度及更长的发汗时间下进行，促使更多晶体层中附着或夹带的杂质析出，既保证了发汗过程的持续进行，又提高了发汗效果，进而提高了碳酸乙烯酯产品的纯度，取得了更好的技术效果；另一方面，通过在物料分布器上安装溢流堰，以及增加外部循环泵，提高了换热管内壁面的换热效率，既加速了碳酸乙烯酯的结晶，提高结晶率，进而提高产品收率，又减少了碳酸乙烯酯结晶过程中的母液夹带，进而提高产品纯度，也取得了更好的技术效果。
采用本发明所述方法可获得纯度≥99.99％的碳酸乙烯酯产品，该纯度可满足一般碳酸乙烯酯工业及其它电池级，特别是动力电池级碳酸乙烯酯工业的产品纯度要求；另外，本发明所述方法还可进一步与吸附、膜分离等分离方法相结合，以便进一步脱除碳酸乙烯酯晶体产品中的乙二醇、水等杂质，继续提高产品质量。同时，结晶及发汗过程中产生的母液及汗液也可继续进行二级及多级结晶及发汗，以便进一步提高碳酸乙烯酯的产品收率。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明所述碳酸乙烯酯结晶提纯装置的结构示意图。
图2为提纯装置内部换热管的局部示意图。
其中，图中附图标记的含义为：1结晶提纯装置壳体；2换热管；3换热管底部的收口结构；4物料分布器；5溢流堰；6物料入口；7物料出口；8冷/热剂入口；9冷/热剂出口；10氮气入口；11温度测量口；12压力测量口；13外部物料循环泵；14外部温度控制系统；15换热管顶部挡板；16换热管底部挡板；17换热管底部收口结构的斜边段或弧形段中点处切线与水平方向的夹角。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
实施例1
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈倒锥形收口结构，收口结构斜边段与水平方向的夹角为75度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温50min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.989％。
实施例2
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈倒锥形收口结构，收口结构斜边段与水平方向的夹角为60度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.992％。
实施例3
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈倒锥形收口结构，收口结构斜边段与水平方向的夹角为30度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.993％。
实施例4
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈倒锥形收口结构，收口结构斜边段与水平方向的夹角为15度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的EC产品纯度为99.993％。
实施例5
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.993％。
实施例6
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯95.27％、乙二醇2.93％、其他1.80％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.05℃/min、结晶终点温度为20℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.025℃/min、发汗终点温度为36.8℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.994％。
实施例7
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯99.07％、乙二醇0.56％、其他0.37％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.10℃/min、结晶终点温度为22.5℃、结晶终点温度下恒温45min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.05℃/min、发汗终点温度为37.3℃、发汗终点温度下恒温45min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.995％。
实施例8
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯99.51％、乙二醇0.33％、其他0.16％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.15℃/min、结晶终点温度为25℃、结晶终点温度下恒温30min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.10℃/min、发汗终点温度为38℃、发汗终点温度下恒温30min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.996％。
实施例9
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，降温速率为0.05℃/min；当换热管中的物料温度达到34℃时，通过外部循环泵从物料入口加入碳酸乙烯酯的晶浆溶液，固体重量含量为20％，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面结晶，控制结晶过程的过饱和度；结晶过程的结晶终点温度15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.05℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.994％。
实施例10
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯99.51％、乙二醇0.33％、其他0.16％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，降温速率为0.15℃/min；当换热管中的物料温度达到36℃时，通过外部循环泵从物料入口加入碳酸乙烯酯的晶浆溶液，固体重量含量为15％，使包含碳酸乙烯酯原料沿着换热管的内壁面结晶，控制结晶过程的过饱和度；结晶过程的结晶终点温度为25℃、结晶终点温度下恒温30min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.10℃/min、发汗终点温度为38℃、发汗终点温度下恒温30min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.997％。
实施例11
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，降温速率为0.01℃/min；在内壁面开始结晶前保持外部循环泵开启，使包含碳酸乙烯酯的原料持续缓慢流动，至晶体开始出现后关闭外部循环泵，此后每隔120min开启一次外部循环泵，开启时间15min；结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温40min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.994％。
实施例12
采用图1所示的结晶提纯装置，其中装置内换热管的底部呈弧形收口结构，弧形段中点处切线与水平方向的夹角为45度。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，降温速率为0.01℃/min；结晶过程中保持外部循环泵开启，包含碳酸乙烯酯的原料持续缓慢流动，结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温40min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.995％。
对比例1
采用与实施例1相同的原料组成及工艺条件，但装置内的换热管为内径一致、底部无收口的直管。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温40min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.935％。
对比例2
采用与实施例6相同的原料组成及工艺条件，但装置内的换热管为内径一致、底部无收口的直管。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯95.27％、乙二醇2.93％、其他1.80％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器及其上方的溢流堰进入换热管内部，并沿内壁面向下流动。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.05℃/min、结晶终点温度为20℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.025℃/min、发汗终点温度为36.8℃、发汗终点温度下恒温30min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.947％。
对比例3
采用与实施例1相同的原料组成及工艺条件，但装置内的换热管为内径一致、底部无收口的直管，且物料分布器上无溢流堰。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯90.15％、乙二醇6.23％、其他3.62％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器进入换热管内部。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.01℃/min、结晶终点温度为15℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.01℃/min、发汗终点温度为36.5℃、发汗终点温度下恒温40min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.913％。
对比例4
采用与实施例6相同的原料组成及工艺条件，但装置内的换热管为内径一致、底部无收口的直管，且上封头处的物料分布器上无溢流堰。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯95.27％、乙二醇2.93％、其他1.80％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器进入换热管内部。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.05℃/min、结晶终点温度为20℃、终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.025℃/min、发汗终点温度为36.8℃、发汗终点温度下恒温30min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.926％。
对比例5
采用与实施例6相同的原料组成及工艺条件，但装置内的换热管为内径一致、底部无收口的直管，且上封头处的物料分布器上无溢流堰。
重量百分比组成为碳酸乙烯酯95.27％、乙二醇2.93％、其他1.80％的包含碳酸乙烯酯的原料经预热熔化后，从物料入口进入上封头，经物料分布器进入换热管内部。冷剂从冷/热剂入口进入，通过外部温度控制系统进行程序控温，使包含碳酸乙烯酯的原料沿着换热管的内壁面自然结晶，其中降温速率为0.05℃/min、结晶终点温度为20℃、结晶终点温度下恒温60min；停止结晶后，从物料出口排出结晶母液，再通过外部温度控制系统升高温度，将热剂从冷/热剂入口进入，对附着在换热管内壁面上的晶体进行发汗，其中升温速率为0.025℃/min、发汗终点温度为36.3℃、发汗终点温度下恒温60min，汗液在发汗过程中同时通过下封头及物料出口排出；停止发汗后，继续升高热剂温度，将换热管内残留晶体熔化并收集，最终的碳酸乙烯酯产品纯度为99.908％。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (11)

1.一种碳酸乙烯酯的结晶提纯装置，其包括：
壳体，所述壳体的顶部设置有物料入口，底部设置有物料出口，两侧分别设置有冷/热剂的入口和出口，且所述冷/热剂的入口的水平位置低于所述冷/热剂的出口的水平位置；
所述壳体内部设置有换热管和物料分布器，所述物料分布器设置于壳体上封头的底部；所述换热管的顶部与物料分布器相连，所述换热管的底部通过壳体下封头与物料出口相连，且所述换热管的底部呈收口结构；
所述物料分布器上方设置有溢流堰；
所述收口结构为倒锥形收口结构或弧形收口结构，且所述收口结构的斜边段或弧形段中点处切线与水平方向的夹角为15～60度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换热管的个数为两个或两个以上；和/或所述装置还包括氮气入口，所述氮气入口位于壳体顶部。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括外部物料循环泵，所述外部物料循环泵的入口通过管路与所述物料出口相连，所述外部物料循环泵的出口通过管路与所述物料入口相连；和/或所述装置还包括外部温度控制系统，所述外部温度控制系统的出口通过管路与所述冷/热剂入口相连，所述外部温度控制系统的入口通过管路与所述冷/热剂出口相连。
4.一种利用如权利要求1-3中任意一项所述装置进行碳酸乙烯酯的结晶提纯的方法，其包括如下步骤：
S1，将含碳酸乙烯酯的原料经所述装置的物料入口通入到所述装置内，然后经物料分布器分布后，再经溢流堰进入到换热管中；
S2，将冷剂经所述装置的冷/热剂的入口通入到所述装置内，通过外部温度控制系统进行控温，使所述原料内的碳酸乙烯酯在换热管内进行结晶，结晶结束后，排出结晶母液；
S3，将热剂经所述装置的冷/热剂的入口通入到所述装置内，通过外部温度控制系统进行控温，对换热管内的晶体进行发汗，汗液从所述装置的物料出口排出，换热管内剩余的晶体即为纯化后的碳酸乙烯酯产品。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，结晶过程中的降温速率为0.01～0.15℃/min，结晶终点温度为15～25℃，结晶终点温度下的恒温时间不小于30min。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，发汗过程的升温速率为0.01～0.1℃/min，发汗终点温度为36.5～38℃，发汗终点温度的恒温时间不小于30min。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，结晶过程中晶体的形成为自然结晶或通过加入晶种引发结晶。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述晶种为固体重量含量不高于20％的碳酸乙烯酯的晶浆溶液。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述晶种的加入温度为34～36℃。
10.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，结晶过程中间歇性开启外部物料循环泵或持续开启外部物料循环泵；和/或所述方法在氮气密封的情况下进行。
11.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述含碳酸乙烯酯的原料中碳酸乙烯酯的重量含量大于等于90％。
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