CN113244854A - 一种高纯度tgic加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯度TGIC加工系统，包括合成釜、环化釜，过滤装置、分层器、蒸馏釜、结晶釜和离心机，所述过滤装置和分层器间设置有水洗罐；所述蒸馏釜与结晶釜间设置有预结晶釜。本发明通过在现有设备基础上增加了水洗罐，物料在静置分层前先通过水洗，去除料液内游离氯离子和催化剂铵盐等杂质，从而提高TGIC的纯度。同时，通过预结晶釜形成均相成核，避免杂质包裹在晶体内。此外，通过系统内各设备的调整，从而提高产品的纯度，可广泛应用于TGIC生产加工技术领域。

Description

一种高纯度TGIC加工系统
技术领域
本发明涉及TGIC加工技术领域，尤其是涉及一种高纯度TGIC加工系统。
背景技术
TGIC(异氰脲酸三缩水甘油酯)是应用于粉末涂料中的一种固化剂，由于其具有热稳定性好、耐候性好、耐黄变性优、力学性能卓越而被广泛使用。TGIC的加工也随着工业产业的升级，对TGIC的纯度要求越来越高。TGIC的加工主要工艺步骤包括合成、环化、过滤、水洗、蒸馏、结晶和离心，每个环节的处理不当，都会影响TGIC成品的纯度，现有加工系统，TGIC产品的纯度基本在92～95％，对于一些纯度要求高的电子行业，目前的加工系统获得的TGIC产品已不能满足其要求，因此，需要对现有加工系统中的各设备进行调整改进，以提高TGIC产品的纯度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高纯度TGIC加工系统，解决现有TGIC加工系统获得的TGIC产品纯度低的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高纯度TGIC加工系统，包括合成釜、环化釜，过滤装置、分层器、蒸馏釜、结晶釜和离心机，所述过滤装置和分层器间设置有水洗罐；所述蒸馏釜与结晶釜间设置有预结晶釜；
所述水洗罐包括水洗罐体，所述水洗罐体内从上到下间隔设置有一组筛板，水洗罐体的顶部设置有进料口，水洗罐体的下部位于最底层筛板的下方设置有水洗液进口；所述水洗罐体的底部且位于水洗液进口的下方为锥形集料仓，锥形集料仓的底部设置有出料口；
所述预结晶釜包括预结晶釜体，设置在预结晶釜体内的第二搅拌桨；所述预结晶釜的温度位于蒸馏釜和结晶釜之间，温度为45℃～62℃。
为减少逆反应的发生，从而减少杂质的含量和提高得率，所述环化釜包括环化釜体，设置在环化釜体内的第一搅拌桨，在第一搅拌桨的外侧圆周方向上间隔均匀设置有一组挡片，挡片与环化釜体内壁间设置有回流间隙；所述环化釜体上设置有排汽管，排汽管上设置有第一冷凝器，所述第一冷凝器的另一端连接设置有接收罐，接收罐的底部连接设置有回流管；所述接收罐上还设置有第一抽真空管。
为进一步保证环化釜的真空度，所述环化釜体上还设置有片碱进料缓存器，所述片碱进料缓存器包括缓存舱，缓存舱的进料端设置有进料阀，缓存舱的出料端设置有出料阀，所述缓存舱上还连接设置有第二抽真空管。
为提高蒸馏釜的去杂效果，所述蒸馏釜包括蒸馏釜体，所述蒸馏釜体的顶部设置有进去离子水口和甲醇进料口，蒸馏釜体的顶部还设置有排气口和甲醇排气口；所述进去离子水口和甲醇进料口上均安装有进液管，所述进液管一直延伸至蒸馏釜体的底部，且在进液管的出液口位置处设置有进液单向阀。
为避免TGIC在蒸馏釜内局部结晶将杂质和副产品包裹入结晶体内，所述甲醇进料口管道连接有甲醇高位槽，所述甲醇高位槽内设置有保温装置且甲醇高位槽的出料口高度高于甲醇进料口。
为进一步去除挥发性的杂质，所述离心机之后还设置有混料机，所述混料机为螺旋混料机，包括混料机舱体，水平设置在混料机舱体内的转动轴，设置在转动轴上的一组混料桨；所述混料机舱体上设置有排气管，混料机舱体的外侧还设置有夹套。
为进一步提高水洗罐的水洗效果，所述筛板的一端与水洗罐体间设置有流动间隙，且相邻两筛板与水洗罐体间的流动间隙相对设置；所述筛板的网孔目数为5～8目。
为去除固体盐，所述过滤装置包括板框过滤器和精密过滤器，所述板框过滤器的纱网目数为200～300目，所述精密过滤器的纱网目数为800～1000目。
为便于α型TGIC和β型TGIC的分离结晶，所述第二搅拌桨的下方设置有可收折的结晶收集网，所述预结晶釜体的底部设置有可开启的底盖，底盖上设置有结晶出料口。
本发明的有益效果：本发明通过在现有设备基础上增加了水洗罐，物料在静置分层前先通过水洗，去除料液内游离氯离子和催化剂铵盐等杂质，从而提高TGIC的纯度。所述水洗罐采取下端进水，上端进料的结构，在自重力的作用下使有机相由高处穿过水层，对液滴内的氯离子、催化剂等进行去除，水洗效果好。所述蒸馏釜和结晶釜间设置预结晶釜，由于预结晶釜温度处于蒸馏釜和结晶釜之间，通过预结晶釜进一步去除杂质和进行预结晶，从而使TGIC能够实现均相成核，避免TGIC直接从蒸馏釜到结晶釜，温差过大，形成非均相成核，导致杂质包裹在晶体内的问题，从而大大提高TGIC产品的纯度。本发明还对环化釜、蒸馏釜的结构进行了改进，环化釜采用密闭的负压环境下进行，并通过排汽管不断将釜内的水蒸气排出，减少逆反应的发生，从而提高产品的得率和减少杂质的含量，在源头上控制杂质的数量。同时，环化釜体中的挡片，能够提高对片碱的剪切力，从而提高片碱与物料的接触面积，提高反应效率，使片碱反应的更加彻底，减少残留量。所述蒸馏釜设有进去离子水口和甲醇进料口，可以先后通过添加去离子水和甲醇，通过先后添加去离子水和甲醇参与蒸馏，从而带走更多的环氧氯丙烷及其他易蒸发的杂质，提高TGIC粗产品的纯度。蒸馏釜内还设置进液管，通过进液管进入的甲醇和去离子水直接混入TGIC溶液内，与物料进行充分混合，从而提高气提去杂的效果。同时，通过甲醇高温槽对甲醇进行加热，避免冷甲醇进入蒸馏釜后，导致蒸馏釜内局部温度降低，使局部物料提前结晶，结晶颗粒容易包裹副产品，影响产品纯度的问题。所述混料机能够进一步去除挥发性的杂质，进一步提高TGIC产品的纯度。因此，本发明通过对系统的一系列改进，能够显著提高TGIC生产加工的纯度及得率。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中合成釜的结构示意图。
图3为本发明中环化釜的结构示意图。
图4为本发明中水洗罐的结构示意图。
图5为本发明中蒸馏釜的结构示意图。
图6为本发明中预结晶釜的结构示意图。
图7为本发明中预结晶釜内结晶收集网的安装结构示意图。
图8为本发明中离心机和混料机的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种高纯度TGIC加工系统，如图1所示，包括依次设置的合成釜1、环化釜2、过滤装置3、水洗罐8、分层器4、蒸馏釜5、预结晶釜9、结晶釜6、离心机7和混料机10。本发明通过在滤装置3和分层器4间设置水洗罐8，对料液进行水洗去杂，同时，在蒸馏釜5与结晶釜6间设置有预结晶釜9，通过预结晶避免形成非均相成核，导致杂质包裹在晶体内的问题。以下具体描述本发明各设备的结构，以更好的说明本发明能够提高TGIC加工的纯度。
如图2所示，所述合成釜1包括合成釜体11，设置在合成釜体11内的第一冷却盘管12，所述合成釜体11上设置有第三抽真空管13。在现有合成釜的基础上增加了第三抽真空管13，本领域技术人员都知道，合成反应的原料环氧氯丙烷通常含有一定量的水分，在进行合成反应时，水会促进副反应的发生，从而增加副产物的含量，减少产品的产量。因此，本系统增加第三抽真空管13，在添加环氧氯丙烷后，进行抽真空处理，去除环氧氯丙烷中的水分，保证合成反应的稳定性，减少副反应的发生，从而提高产品的纯度和得率，同时减少后道去杂的难度。
如图3所示，所述环化釜2包括环化釜体21，设置在环化釜体21内的第一搅拌桨22，在第一搅拌桨22的外侧圆周方向上间隔均匀设置有一组挡片29，挡片29与环化釜体21内壁间设置有回流间隙210。优选的，挡片29沿圆周方向设置有6个，所述回流间隙210的宽度为5～8cm。该结构能够提高添加入环化釜内片碱的破碎速度和破碎率，使片碱与合成釜过来的物料混合的更加均匀，使环化反应进行的更加彻底。
为减少水蒸气对环化反应的影响，减少逆反应的方式，所述环化釜体21上设置有排汽管23，排汽管23上设置有第一冷凝器24，所述第一冷凝器24的另一端连接设置有接收罐25，接收罐25的底部连接设置有回流管26；所述接收罐25上还设置有第一抽真空管27。通过第一抽真空管27将环化釜体21内的蒸汽抽出，从而减少逆反应的发生，提高正向反应的比例，进而提高产品的得率。蒸汽中包含水蒸气和气化后的环氧氯丙烷成分，气体通过冷凝器24冷凝并在接收罐25内存储静置分层，底部为有机相的环氧氯丙烷，上层为水，然后通过底部回流管26将环氧氯丙烷回流至环化釜体21。所述环化反应的化学式为中间体三(2-羟基-3-氯丙基)三聚氰酸酯+NaOH＝TGIC+NaCl+H2O，由于该反应时一个可逆的反应，因此，正常反应情况下，一部分产物会出现逆反应，从而降低TGIC产品的得率。通过排汽管23将产生的水蒸气抽出，从而可以减少逆反应发生的概率。
为保证釜体的负压环境，所述环化釜体21上还设置有片碱进料缓存器28，所述片碱进料缓存器28包括缓存舱281，缓存舱281的进料端设置有进料阀282，缓存舱281的出料端设置有出料阀283，所述缓存舱281上还连接设置有第二抽真空管284。所述片碱添加时，先打开进料阀282，使片碱进入缓存舱281内，然后关闭进料阀282，第二真空管284工作对缓存舱281抽真空，操作完成后打开出料阀283向环化釜体21内进料。
环化完成后的料液进入过滤装置3进行过滤，去除料液中的NaCl等固体成分。所述过滤装置3包括板框过滤器31和精密过滤器32，所述板框过滤器31的纱网目数为200～300目，所述精密过滤器32的纱网目数为800～1000目。经过两道过滤去杂后得到的料液进入水洗罐8进行水洗。
如图4所示，所述水洗罐8包括水洗罐体81，所述水洗罐体81内从上到下间隔设置有一组筛板82，水洗罐体81的顶部设置有进料口83，水洗罐体81的下部位于最底层筛板82的下方设置有水洗液进口84；所述水洗罐体81的底部且位于水洗液进口84的下方为锥形集料仓85，锥形集料仓85的底部设置有出料口86。所述筛板82的一端与水洗罐体81间设置有流动间隙87，且相邻两筛板82与水洗罐体81间的流动间隙87相对设置。即若顶层筛板82右侧与水洗罐体81连接，筛板82左侧与水洗罐体81留有流动间隙87，那下一层筛板82即固定在左侧水洗罐体81上，右侧与水洗罐体81间留有流动间隙87。该结构使得部分料液除了从筛板82的筛孔向下流外，另一部分料液在筛板82上流动并从流动间隙87落入下一层的筛板82，从而增加料液的流动距离，充分进行水洗。所述筛板82的网孔目数为5～8目。为保证水流对料液足够的冲洗压力，所述水洗液进口84的进水压力大于进料口83的进料压力。
所述水洗罐采取下端进水洗液，上端进料的结构，在自重力的作用下料液下沉，水上浮，水通过筛板中的网孔不断冲击料液，对料液进行水洗，经过多层冲洗，料液最终进入底部的锥形集料仓，再从出料口排出，该结构水洗效果好，使用自重力洗涤方式，使有机相由高处穿过水层，对液滴内的氯离子、催化剂等进行去除。且不会对有机相物料进行较大扰动，利于下一步的静置分层。经水洗后的料液进入分层器4静置分层，去除上层的水相，得下层的有机相料液。在本系统中，可以设置多组水洗罐8和分层器4进行多道水洗静置，以提高水洗的效果，也可以将分层器4静置后的有机相料液回流至水洗罐8进行多道水洗，即采用一个水洗罐8和一个分层器4进行循环使用。
经多道水洗和静置后的料液送入蒸馏釜5进行蒸馏去杂，从而得到TGIC粗产品。如图5所示，所述蒸馏釜5包括蒸馏釜体51，设置在蒸馏釜体51内的蒸馏搅拌桨52，为进一步提高混合的速度和均匀性，所述蒸馏搅拌桨52为框式搅拌桨。所述蒸馏搅拌桨52与蒸馏釜体51内壁的距离为15～45cm。当蒸馏搅拌桨52转动时，蒸馏搅拌桨52将TGIC溶液甩在釜体内壁上，从而在釜体内壁上形成一层薄膜，进而增大蒸发的面积，有利于杂质的蒸发，提高蒸馏的速度和效果。
所述蒸馏釜体51的顶部设置有主进料口53，用于加入水洗静置后的有机相料液。所述蒸馏釜体51的顶部还设置有进去离子水口54和甲醇进料口55，分别向蒸馏釜体51内添加去离子水和甲醇，通过先后添加去离子水和甲醇参与蒸馏，从而带走更多的环氧氯丙烷及其他易蒸发的杂质，提高TGIC粗产品的纯度。第一步用水进去混合蒸馏，带出一部分ECH残留；第二步用甲醇，形成三元共沸，把第一步的水和残留在内的少量ECH再次带出。经过此两步，最大程度的降低ECH残留，又可以减少水分含量。所述蒸馏釜体51的顶部还设置有排气口56和甲醇排气口57。所述甲醇排气口57连接设置有甲醇回收装置511，用于回收甲醇，提高甲醇的利用率和降低生产成本。所述甲醇进料口55连接设置有甲醇高位槽512，甲醇高位槽512内设置有甲醇加热管59对甲醇进行加热保温，从而保证进入蒸馏釜5内的甲醇处于设定的温度范围内。避免冷甲醇进入蒸馏釜后，导致蒸馏釜内局部温度降低，使局部物料提前结晶，结晶颗粒容易包裹副产品，影响产品纯度的问题。通过甲醇加热保温，避免杂质包裹在结晶颗粒内，有利于蒸馏釜内杂质的去除。
所述进去离子水口54和甲醇进料口55上均安装有进液管58，所述进液管58一直延伸至蒸馏釜体51的底部。通过进液管能够减少甲醇或去离子水的损失量，同时能够使甲醇或去离子水与TGIC溶液充分混合，提高蒸发的速度和效果，使杂质去除的更加彻底。
当蒸馏完成后，向蒸馏获得的TGIC粗产品中加入质量比为1:2～3的甲醇进行混合得到混合浆料，将混合浆料送入预结晶釜进行预结晶。如图6所示，所述预结晶釜9包括预结晶釜体91，设置在预结晶釜体91内的第二搅拌桨92；所述第二搅拌桨92为框式桨，所述预结晶釜体91的外壁上设置有第二冷却盘管96。第二冷却盘管96保证预结晶釜体91内的温度始终处在设定的范围内，并通过框式桨不断的搅拌，去除多余的杂质，并形成晶核。所述预结晶釜9的温度位于蒸馏釜5和结晶釜6之间，温度为45℃～62℃。通过在蒸馏釜5与结晶釜6间增设一个预结晶釜9，蒸馏釜5出来的高温TGIC粗产品先进入预结晶釜9，再进入结晶釜6，逐步降温，避免温度急剧下降，造成非均相成核，导致杂质包裹在晶体内，从而影响晶体的纯度。所述预结晶釜9的温度，有利于TGIC晶核的形成，从而为下一步结晶釜6结晶提供高纯度的晶核，从而大大提高TGIC产品的纯度。
预结晶釜9出来的TGIC产品进入结晶釜6进行结晶，结晶温度从25-35℃逐渐降温至5-10℃，从而获得TGIC结晶体。为进一步去除TGIC成品中的杂质，所述结晶釜之后还设置有离心机7，通过离心作用去除杂质。为去除离心后残留在TGIC成品中的甲醇，如图8所示，所述离心机7之后还设置有混料机6，所述混料机10为螺旋混料机，包括混料机舱体101，水平设置在混料机舱体101内的转动轴102，设置在转动轴102上的一组混料桨103，所述混料机舱体101顶部设置有排气管104。离心机7处理后的物料通过管链输送机送至混料机10后，在混料桨103的作用下，对物料进行打碎混匀，在搅拌的过程中不断析出多余的甲醇，并通过排气管排出。为进一步保证混料的效果，所述混料机舱体101的外侧还设置有夹套105，通过在夹套105内添加冷水或者热水，从而改变混料机舱体101内的温度，使混料机舱体101内的物料始终处在合适的范围内。
实施例2：一种高纯度TGIC加工系统，如图1所示，包括依次设置的合成釜1、环化釜2、过滤装置3、水洗罐8、分层器4、蒸馏釜5、预结晶釜9、结晶釜6、离心机7和混料机10。
如图6所示，所述预结晶釜9包括预结晶釜体91，设置在预结晶釜体91内的第二搅拌桨92；所述第二搅拌桨92为框式桨，所述预结晶釜体91的外壁上设置有第二冷却盘管93；所述预结晶釜体91内的温度为58～62℃。在预结晶搅拌桨92的下方设置有可收折的结晶收集网93，所述结晶收集网93的目数为800-1000目。所述预结晶釜体91的底部设置有可开启的底盖94，底盖94上设置有结晶出料口95。所述β型TGIC结晶后停留在结晶收集网93上，未结晶的TGIC粗品通过底盖94上的结晶出料口95流向结晶釜进行结晶，形成α型TGIC。当浆料排完后，打开底盖94，将结晶收集网93收起，方便对β型TGIC的收集。
如图7所示，所述结晶收集网93的具体结构为中间高、四周低的伞状结构，类似雨伞的打开和回收结构，具体的，结晶收集网93的下方设置有一组伞骨931，伞骨931的一端转动安装在固定环932上，固定环932固定安装有第一转动轴承933，第一转动轴承933转动安装在搅拌桨92的转轴上，使得伞骨931呈放射状分布。还设置有一组与伞骨931转动连接的支撑骨934，所述支撑骨934的另一端转动安装在活动环935上，活动环935套在预结晶搅拌桨92的转轴上可上下滑动，所述活动环935与预结晶搅拌桨92的转轴间设置有第二转动轴承936，所述预结晶搅拌桨92的转轴上还设置有可伸缩的定位块921，定位块921可手动按压伸缩，也可以采用其他结构控制其伸缩。当定位块921伸出时，支撑住活动环935，使结晶收集网93处于打开状态，当定位块921通过手动或其他方式收入搅拌桨92的转轴内时，由于活动环935失去支撑力，向下滑动，使结晶收集网93收起，位于结晶收集网93上的β型TGIC掉落，此时底盖94，完成对β型TGIC的收集。
结晶完成后，分别将预结晶釜收集的β型TGIC和结晶釜获得的α型TGIC输入至离心机7和混料机10进一步去杂，从而得到高纯度的α型TGIC和β型TGIC。其他同实施例1。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高纯度TGIC加工系统，包括合成釜(1)、环化釜(2)、过滤装置(3)、分层器(4)、蒸馏釜(5)、结晶釜(6)和离心机(7)，其特征在于：所述过滤装置(3)和分层器(4)间设置有水洗罐(8)；所述蒸馏釜(5)与结晶釜(6)间设置有预结晶釜(9)；
所述水洗罐(8)包括水洗罐体(81)，所述水洗罐体(81)内从上到下间隔设置有一组筛板(82)，水洗罐体(81)的顶部设置有进料口(83)，水洗罐体(81)的下部位于最底层筛板(82)的下方设置有水洗液进口(84)；所述水洗罐体(81)的底部且位于水洗液进口(84)的下方为锥形集料仓(85)，锥形集料仓(85)的底部设置有出料口(86)；
所述预结晶釜(9)包括预结晶釜体(91)，设置在预结晶釜体(91)内的第二搅拌桨(92)；所述预结晶釜(9)的温度位于蒸馏釜(5)和结晶釜(6)之间，温度为45℃～62℃。
2.如权利要求1所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述环化釜(2)包括环化釜体(21)，设置在环化釜体(21)内的第一搅拌桨(22)，在第一搅拌桨(22)的外侧圆周方向上间隔均匀设置有一组挡片(29)，挡片(29)与环化釜体(21)内壁间设置有回流间隙(210)；所述环化釜体(21)上设置有排汽管(23)，排汽管(23)上设置有第一冷凝器(24)，所述第一冷凝器(24)的另一端连接设置有接收罐(25)，接收罐(25)的底部连接设置有回流管(26)；所述接收罐(25)上还设置有第一抽真空管(27)。
3.如权利要求2所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述环化釜体(21)上还设置有片碱进料缓存器(28)，所述片碱进料缓存器(28)包括缓存舱(281)，缓存舱(281)的进料端设置有进料阀(282)，缓存舱(281)的出料端设置有出料阀(283)，所述缓存舱(281)上还连接设置有第二抽真空管(284)。
4.如权利要求1所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述蒸馏釜(5)包括蒸馏釜体(51)，所述蒸馏釜体(51)的顶部设置有进去离子水口(52)和甲醇进料口(53)，蒸馏釜体(51)的顶部还设置有排气口(54) 和甲醇排气口(55)；所述进去离子水口(52)和甲醇进料口(53)上均安装有进液管(56)，所述进液管(56)一直延伸至蒸馏釜体(51)的底部，且在进液管(56)的出液口位置处设置有进液单向阀(57)。
5.如权利要求4所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述甲醇进料口(53)管道连接有甲醇高位槽(58)，所述甲醇高位槽(58)内设置有保温装置(59)且甲醇高位槽(58)的出料口高度高于甲醇进料口(53)。
6.如权利要求1所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述离心机(7)之后还设置有混料机(10)，所述混料机(10)为螺旋混料机，包括混料机舱体(101)，水平设置在混料机舱体(101)内的转动轴(102)，设置在转动轴(102)上的一组混料桨(103)；所述混料机舱体(101)上设置有排气管(104)，混料机舱体(101)的外侧还设置有夹套(105)。
7.如权利要求1所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述筛板(82)的一端与水洗罐体(81)间设置有流动间隙(87)，且相邻两筛板(82)与水洗罐体(81)间的流动间隙(87)相对设置；所述筛板(82)的网孔目数为5～8目。
8.如权利要求1所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述过滤装置(3)包括板框过滤器(31)和精密过滤器(32)，所述板框过滤器(31)的纱网目数为200～300目，所述精密过滤器(32)的纱网目数为800～1000目。
9.如权利要求1所述的高纯度TGIC加工系统，其特征在于：所述第二搅拌桨(92)的下方设置有可收折的结晶收集网(93)，所述预结晶釜体(91)的底部设置有可开启的底盖(94)，底盖(94)上设置有结晶出料口(95)。
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