CN114599438A - 汽提装置及汽提方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽提装置及汽提方法，更具体地，涉及一种汽提装置及使用该汽提装置的汽提方法，该汽提装置包括：蒸馏塔，蒸馏塔的下部的至少一部分或全部被穿孔；汽提容器，与蒸馏塔的下部一体地连接；以及一个或多个喷嘴，设置在汽提容器的上部。

Description

汽提装置及汽提方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年10月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0128021号的优先权，其公开内容通过引用的方式整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种汽提装置及汽提方法，更具体地，涉及一种能够提高聚合反应产物中包含的未反应单体的去除率并降低装置成本和能源成本的新型汽提装置及汽提方法。
背景技术
通常，乳液聚合或悬浮聚合使用与水共沸的单体，并且在乳液聚合或悬浮聚合之后，未反应单体与聚合物一起残留在反应产物中。
为了通过从反应产物中去除未反应单体来获得固相聚合物，包含未反应单体的蒸汽和聚合物浆料通过使用汽提容器的汽提工序分离并且从聚合物浆料获得固相聚合物，包含未反应单体的蒸汽通过热交换器冷凝，然后通过后续的蒸馏工序分离成未反应单体和水，并且未反应单体重新用于聚合反应。
另外，乳液聚合或悬浮聚合的反应产物由于反应特性而包含诸如乳化剂和分散剂的添加剂。在将高温蒸汽注入存在有这些添加剂的汽提容器中的情况下，形成气泡，并且由于这些气泡，在将蒸汽从汽提容器输送到随后的蒸馏工序的蒸汽输送管线和热交换器中发生结垢(fouling)现象。在发生这种结垢现象的情况下，工艺效率降低，因此需要定期清洁蒸汽输送管线和热交换器。
同时，在从反应产物中去除未反应单体的一系列过程中，为了将从汽提容器中分离出来的蒸汽连续地供给给后续的蒸馏塔，不仅需要缓冲罐，而且需要许多装置，例如将各个部件相互连接的管道、泵和热交换器，从而存在装置成本和能源成本增加的缺点。
因此，需要开发一种能够通过防止上述的乳液聚合或悬浮聚合的反应产物的汽提工序中发生结垢现象来提高工艺效率并降低上述的装置成本和能源成本的新型汽提装置。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种汽提装置和汽提方法，其能够通过防止在乳液聚合或悬浮聚合的反应产物的汽提工序中发生结垢现象来提高工艺效率并降低装置成本和能源成本。
技术方案
根据本发明的一个实施例，一种汽提装置包括：蒸馏塔，所述蒸馏塔的下部的至少一部分或全部被穿孔；汽提容器，所述汽提容器与蒸馏塔的下部一体地连接；以及一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴设置在汽提容器的上部。
根据本发明的另一个实施例，一种汽提方法包括：步骤(S10)，将包含聚合物、未反应单体和水的进料流供应给根据本发明的汽提装置的汽提容器，并将包含未反应单体和水的上部排出流供应给蒸馏塔；步骤(S20)，从汽提容器排出包含聚合物浆料的下部排出流，并将下部排出流供应给固液分离装置；以及步骤(S30)，将包含水的上部排出流从固液分离装置通过水输送管线输送到一个或多个喷嘴。
有益效果
根据本发明，可以提供一种新型汽提装置和汽提方法，其能够通过防止在乳液聚合或悬浮聚合的反应产物的汽提过程中发生结垢现象来提高工艺效率以及降低装置成本和能源成本。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的汽提装置的结构的图。
图2是示出根据现有技术的汽提工序的工艺流程图。
具体实施方式
在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为一般或字典的含义，而是应被解释为基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述自己的发明的原则满足本发明的技术精神的含义和概念。
在本发明中，术语“上部”可以指与距容器或装置的总高度50％以上的高度相对应的部分，术语“下部”可以指与距容器或装置的总高度50％以下的高度相对应的部分。
在本发明中，术语“浆料”可以指固体和液体的混合物或细小的固体颗粒悬浮在水中的悬浮液，术语“聚合物浆料”可以指用于聚合反应的水或溶剂的混合物以及通过聚合反应产生的诸如聚合物的固体含量或固体含量悬浮在水或溶剂中的悬浮液。
在下文中，将参照图1更详细地描述本发明，以帮助理解本发明。
通常，乳液聚合或悬浮聚合使用与水共沸的单体，并且在乳液聚合或悬浮聚合之后，未反应单体与聚合物一起残留在反应产物中。
在现有技术中，为了通过从反应产物中去除未反应单体来获得聚合物，包含未反应单体的蒸汽和聚合物浆料通过使用汽提容器的汽提工序分离并且从聚合物浆料中获得聚合物，包含未反应单体的蒸汽通过热交换器冷凝，然后通过后续的蒸馏工序分离成未反应单体和水，并且未反应单体重新用于聚合反应。
另外，乳液聚合或悬浮聚合的反应产物由于反应特性而包含诸如乳化剂和分散剂的添加剂。在将高温蒸汽注入存在有这些添加剂的汽提容器中的情况下，形成气泡，并且由于这些气泡，在将蒸汽从汽提容器输送到随后的蒸馏工序的蒸汽输送管线和热交换器中发生结垢现象。在发生这种结垢现象的情况下，工艺效率降低，因此需要定期清洁蒸汽输送管线和热交换器。
同时，在从反应产物中去除未反应单体的一系列过程中，为了将从汽提容器中分离出来的蒸汽连续地供应给后续的蒸馏塔，不仅需要缓冲罐，而且需要多个装置，例如将各个部件相互连接的管道、泵和热交换器，从而存在装置成本和能源成本增加的缺点。
因此，本发明的目的是提供一种新型汽提装置和汽提方法，其能够通过防止上述的乳液聚合或悬浮聚合的反应产物的汽提过程中发生结垢现象来提高工艺效率以及降低装置成本和能源成本。
根据本发明，提供一种汽提装置。该汽提装置可以包括：蒸馏塔100，所述蒸馏塔100的下部的至少一部分或全部被穿孔；汽提容器200，所述汽提容器200与蒸馏塔100的下部一体地连接；以及一个或多个喷嘴300，所述一个或多个喷嘴300设置在汽提容器200的上部。
根据本发明的实施例，根据本发明的汽提装置可以是用于通过去除包含在聚合反应的反应产物中的未反应单体来获得高纯度聚合物的装置。此外，根据本发明的汽提装置可以是用于将未反应单体从包含与水共沸的未反应单体的蒸汽中分离的装置。
根据本发明的实施例，汽提装置可以进一步包括设置在汽提容器200的下部的蒸汽入口和设置在汽提容器的侧面的进料流入口。
高温蒸汽可以通过蒸汽入口供应给汽提容器200，并且进料流可以通过进料流入口供应给汽提容器200。如此，在汽提容器200中，可以进行进料流的汽提工序。汽提工序可以是分离并去除溶解在液体中的气体的工序，可以通过例如与蒸汽、惰性气体、空气等直接接触、加热以及加压的方法进行，但本发明不限于此。
作为具体例，通过在汽提容器200中进行的汽提工序进行的单体去除可以通过如下方式进行：通过扩散现象使聚合反应的反应产物中包含的固相聚合物颗粒中残留的未反应单体移动到液相水的同时分离固相聚合物和未反应单体，然后排出包含未反应单体的液相流作为汽提容器200的上部排出流。
作为更具体的示例，汽提工序可以通过如下过程进行：通过经由汽提容器200的蒸汽入口注入的高温蒸汽中包含的热源，汽提容器200中的温度增加，由此扩散率增加；以及通过将包含未反应单体的液相流排出到汽提容器200的上部以增加汽提容器200中固相聚合物与液相之间的未反应单体的浓度差来增加扩散的驱动力的过程。
根据本发明的实施例，供应给汽提容器200的进料流可以包括聚合反应的反应产物。作为具体例，进料流可以包括聚合物、未反应单体和水。
例如，聚合反应可以指基于乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合或本体聚合的反应，但不限于此。作为具体例，聚合反应可以是基于乳液聚合或悬浮聚合的反应。
根据本发明的实施例，供应给汽提容器200的进料流可以从汽提容器200通过汽提工序排出为包含未反应单体和水的上部排出流和包含聚合物浆料的下部排出流。
汽提容器200的上部排出流可以直接供应给蒸馏塔100。在这种情况下，根据现有技术通过单独的热交换器120(参见图2)产生的热源可以用汽提容器200的上部排出流中包含的汽化热代替，使得不需要使用单独的热交换器。
供应给蒸馏塔100的汽提容器200的上部排出流可以从蒸馏塔100通过蒸馏工序排出为包含未反应单体和水的上部排出流和包含水的下部排出流。
蒸馏塔100的下部排出流可以直接供应给汽提容器200。在这种情况下，在水被另外供应给通过扩散进行未反应单体的去除的汽提容器200的同时，汽提容器200中的液相的未反应单体的浓度降低，使得由于在汽提容器200中固相聚合物和液相之间的未反应单体的浓度差的增加使得扩散的驱动力增加，因此提高了包括聚合物浆料的汽提容器200的下部排出流中未反应单体的去除效率。
作为具体示例，通过在汽提容器200中进行的未反应单体的去除对单体的去除可以通过以下方式进行：通过扩散现象使固相聚合物颗粒中残留的未反应单体移动到液相水的同时分离固相聚合物和未反应单体，然后将包含未反应单体的液相流排出作为汽提容器200的上部排出流。
根据本发明的实施例，根据本发明的汽提装置包括蒸馏塔100，蒸馏塔100的下部的至少一部分或全部被穿孔，汽提容器200与蒸馏塔100的下部一体地连接，使得与汽提容器200和蒸馏塔100独立工作的根据现有技术的汽提工序相比，用于工序(参见图3)的装置的数量减少，从而装置成本和能源成本降低。
作为具体示例，在根据现有技术的聚合物的汽提工序(参见图2)中，如上所述，包含气相未反应单体的上部排出流和包含聚合物浆料的下部排出流通过使用汽提容器200的汽提工序被分离，并且包含气相未反应单体的汽提容器200的上部排出流通过第三热交换器210冷凝，然后通过后续的蒸馏工序的蒸馏塔100分离成未反应单体和水。
在这种情况下，提供缓冲罐600以将包含气相未反应单体的汽提容器200的上部排出流供应给后续的蒸馏塔100并保持供应的上部排出流的流速或工艺系统中的压力恒定。即，汽提容器200的上部排出流被储存在缓冲罐600中，然后以恒定的流速被供应给蒸馏塔100。
此外，汽提容器200的上部排出流被供应给蒸馏塔100，包含未反应单体和水的上部排出流和包含水的下部排出流从蒸馏塔100排出。
然后，蒸馏塔100的上部排出流通过第一热交换器110冷凝，然后被供应给倾析器(decanter)500，并且包含水层的水层流和包含未反应单体的有机层流从倾析器500中排出。同时，蒸馏塔100的下部排出流部分地分支，通过第二热交换器120加热，然后回流到蒸馏塔100。
这样，在根据现有技术的聚合物的汽提工序中，存在由于使用大量装置使得装置成本提高的缺点，但是在根据本发明的汽提装置的情况下，在现有技术中必须使用的缓冲罐600、第二热交换器120、第三热交换器210、将缓冲罐600、第二热交换器120、第三热交换器210彼此连接的管道以及设置在管道中的多个泵(未示出)是不必要的，从而具有与现有技术相比装置成本和能源成本降低的效果。
如此，为了减少在根据现有技术的聚合物的汽提工序中产生的高的装置成本和能源成本，在本发明中蒸馏塔100和汽提容器200彼此一体化。然而，如上所述，在乳液聚合或悬浮聚合的反应产物被供应作为汽提容器200的进料流的情况下，通过从反应产物中包含的诸如乳化剂和分散剂的添加剂注入到汽提容器200的下部中的高温蒸汽可能形成气泡。
在汽提容器200的上部排出流中包含气泡并且气泡被供应给蒸馏塔100的情况下，气泡不仅附着到蒸馏塔200的塔板(tray)或壳体(packing)而引起结垢，而且还被包含在从蒸馏塔100排出的上部排出流中而在后续的过程中引起结垢。在发生这种结垢的情况下，工艺效率降低，因此需要定期清洗蒸馏塔200和后续的工艺装置。
为了解决这样的问题，根据本发明的汽提装置可以包括设置在汽提容器200的上部的一个或多个喷嘴300。
一个或多个喷嘴300可以用于通过向在汽提容器200中形成的气泡喷射液体来抑制气泡的形成。作为具体示例，通过一个或多个喷嘴300喷射的液体可以是水，并且可以喷射能够抑制气泡形成的任何液体。
这样，可以从设置在汽提容器200的上部的一个或多个喷嘴300喷射液体，以抑制汽提容器200中气泡的形成，从而防止气泡被包含在具有流向蒸馏塔100的上部流的汽提容器200的上部排出流中。因此，可以防止在蒸馏塔100和后续的工艺设备中发生结垢现象。
根据本发明的实施例，根据本发明的汽提装置可以进一步包括固液分离装置400，该固液分离装置400接收汽提容器200的下部排出流。
聚合物浆料可以从供应给汽提容器200的进料流中分离并排出至汽提容器200的下部。包含聚合物浆料的汽提容器200的下部排出流被供应给固液分离装置400，使得可以排出包含固相最终聚合物的下部排出流和包含水的上部排出流。
固液分离装置可以是执行诸如抽滤、加压过滤、逆流提取、并流提取或离心的过滤分离的装置。作为具体示例，固液分离装置可以是离心机。
这样，汽提容器200的下部排出流被供应给固液分离装置400，从而可以获得固相最终聚合物。
根据本发明的实施例，根据本发明的汽提装置可以进一步包括将一个或多个喷嘴300和固液分离装置400彼此连接的水输送管线410。
排出到固液分离装置400的上部的包含水的上部排出流可以通过水输送管线410输送到一个或多个喷嘴300。即，可以在不单独供应从一个或多个喷嘴300喷射的水的情况下使用在汽提工序中产生的水，因此，具有提高工艺效率的效果。
水输送管线410可以设置有能够控制固液分离装置400的上部排出流供应的流速和压力的流速控制装置(未示出)。作为具体示例，流速控制装置可以是阀或泵，但不限于此。作为更具体的示例，流速控制装置可以是阀。
汽提装置可以进一步包括用于将一个或多个喷嘴300连接到水输送管线410的喷嘴管310。作为具体示例，喷嘴管310可以具有直线形状，但不限于此。
喷嘴300可以包括至少一个喷射口。此外，喷嘴300可以以包括多个喷射口的喷射形式实施。例如，喷嘴300的喷射口的数量可以是1至5、1至4或2至4。作为具体示例，如图1所示，喷嘴200可以以包括三个喷射口的形式实施。
通过喷嘴300喷射的水的喷射压力可以比汽提容器200的工作压力高0.01Mpa至0.5Mpa，或0.05Mpa至0.1Mpa。
在上述范围内的压力下喷射水，使得具有提高在汽提容器200中形成的气泡的去除效率而不妨碍供应给蒸馏塔100的汽提容器200的上部排出流的上部流的效果。
根据本发明的实施例，根据本发明的汽提装置可以进一步包括接收蒸馏塔100的上部排出流的倾析器500。
蒸馏塔100的上部排出流供应给倾析器500，从倾析器500分离成包含水的水层和包含未反应单体的有机层，然后排出。
此外，蒸馏塔100的上部排出流可以通过第一热交换器120，然后被供应给倾析器500。例如，第一热交换器120可以是冷凝器。即，为了促进水层和有机层从倾析器500分离，蒸馏塔100的上部排出流可以在冷凝器120中被冷凝，然后供应给倾析器500。
从倾析器500排出的水层流可以回流至蒸馏塔100以提高汽提容器200的汽提效率。此外，从倾析器500排出的包含未反应单体的有机层流可以被供应给作为前端工序的聚合工序，以再次用于聚合反应。
未反应单体从固相聚合物向液相的扩散可能主要被扩散性和驱动力影响，该驱动力是固相与液相之间的浓度差。随着温度升高，扩散性增加，这可能有利于未反应单体的扩散，并且随着液相中的未反应单体的浓度变低，作为上述的浓度差的驱动力变大，这可能有利于未反应单体的扩散。
由于温度影响聚合物的物理性质，所以存在极限温度。因此，保持汽提容器200中的固相和液相之间的浓度差大以提高蒸汽汽提可能是重要的。在这种情况下，如上所述，从倾析器500排出的水层流回流到蒸馏塔100，水层流中包含的未反应单体在蒸馏塔100中通过蒸馏工序分离成蒸馏塔100的上部排出流，然后，包含水的下部排出流被供应给汽提容器200，使得可以降低汽提容器200中包含的液相的未反应单体的浓度，并且可以相应地增加驱动力，从而提高蒸汽汽提的效率。
根据本发明，提供一种汽提方法，包括：步骤(S10)，将包含聚合物、未反应单体和水的进料流供应给根据本发明的汽提装置的汽提容器，并将包含未反应单体和水的上部排出流供应给蒸馏塔；步骤(S20)，将包含聚合物浆料的下部排出流从汽提容器排出，并将下部排出流供应给固液分离装置；以及步骤(S30)，将包含水的上部排出流从固液分离装置通过水输送管线输送到一个或多个喷嘴。
步骤(S10)可以是这样的步骤：将进料流供应给汽提容器200，通过进料流的蒸汽汽提工序将进料流分离成包含未反应单体和水的上部排出流和包含聚合物浆料的下部排出流，然后将上部排出流供应给蒸馏塔100。
作为具体示例，汽提容器200的上部排出流可以包含气相未反应单体和水。
步骤(S20)可以是这样的步骤：将汽提容器200的下部排出流供应给固液分离装置400以从汽提容器200的下部排出流中获得固相聚合物。
固液分离装置400可以将聚合物和水从包含聚合物浆料的汽提容器200的下部排出流中分离出来，并排出包含水的上部排出流和包含固相聚合物的下部排出流。
步骤(S30)可以是将包含水的上部排出流通过水输送管线410从固液分离装置400输送到一个或多个喷嘴300的步骤，并且可以是去除通过将高温蒸汽注入如上所述存在有进料流中包含的分散剂或乳化剂的汽提容器200中而形成的气泡或者防止气泡形成的步骤。
固液分离装置400的下部排出流的未反应单体相对于进料流的去除率可以为90％以上、90％至100％、或90％至95％。即，与汽提容器200和蒸馏塔100独立工作的根据现有技术的汽提工序相比，在使用根据本发明的汽提装置的汽提方法中，具有不仅装置成本和能源成本降低而且最终聚合物中的未反应单体的去除率提高的效果。
根据本发明的实施例，可以将包含未反应单体和水的上部排出流从蒸馏塔200排出并供应给倾析器500，并且可以从倾析器500分离出水层和包含未反应单体的有机层，然后可以排出各自包括水层和有机层的流。
此外，蒸馏塔100的上部排出流可以通过第一热交换器120，然后被供应给倾析器500。例如，第一热交换器120可以是冷凝器。即，为了便于水层和有机层从倾析器500分离，蒸馏塔100的上部排出流可以在冷凝器120中被冷凝，然后被供应给倾析器500。
从倾析器500排出的水层流可以回流至蒸馏塔100以提高汽提容器200的汽提效率。此外，从倾析器500排出的包含未反应单体的有机层流可以被供应给作为前端工序的聚合工序，以再次用于聚合反应。
以上对根据本发明的汽提装置进行了描述并于附图中图示，但除了以上描述和图示的工序和装置之外，上述仅对用以理解本发明的必要部件进行了描述并图示于附图中，未单独描述和图示的工序和装置可以适当地应用和用于实施根据本发明的汽提装置和汽提方法。

Claims (10)

1.一种汽提装置，包括：
蒸馏塔，所述蒸馏塔的下部的至少一部分或全部被穿孔；
汽提容器，所述汽提容器与所述蒸馏塔的所述下部一体地连接；以及
一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴设置在所述汽提容器的上部。
2.根据权利要求1所述的汽提装置，还包括接收所述汽提容器的下部排出流的固液分离装置。
3.根据权利要求2所述的汽提装置，还包括将所述一个或多个喷嘴与所述固液分离装置彼此连接的水输送管线。
4.根据权利要求1所述的汽提装置，还包括接收所述蒸馏塔的上部排出流的倾析器。
5.一种汽提方法，包括：
步骤(S10)，将包含聚合物、未反应单体和水的进料流供应到根据权利要求1所述的汽提装置的所述汽提容器，并将包含未反应单体和水的上部排出流供应到蒸馏塔；
步骤(S20)，将包含聚合物浆料的下部排出流从所述汽提容器中排出，并将所述下部排出流供应到固液分离装置；以及
步骤(S30)，将包含水的上部排出流从所述固液分离装置通过水输送管线输送到一个或多个喷嘴。
6.根据权利要求5所述的汽提方法，其中，所述进料流是乳液聚合或悬浮聚合的反应产物。
7.根据权利要求5所述的汽提方法，其中，将包含水的下部排出流从所述蒸馏塔中排出并供应到所述汽提容器。
8.根据权利要求5所述的汽提方法，其中，将包含所述未反应单体和水的所述上部排出流从所述蒸馏塔中排出并供应到倾析器，并分离成水层和包含所述未反应单体的有机层。
9.根据权利要求8所述的汽提方法，其中，将包括通过所述倾析器分离的所述水层的水层流再次供应到所述蒸馏塔。
10.根据权利要求5所述的汽提方法，其中，将包含聚合物的下部排出流从所述固液分离装置中排出，并且
所述固液分离装置的所述下部排出流的未反应单体相对于所述进料流的去除率为90％以上。
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