CN114797130A

CN114797130A - 一种溶液的浓缩方法

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Publication number: CN114797130A
Application number: CN202110083157.5A
Authority: CN
Inventors: 杨建春; 朱荣欣; 汪帆
Original assignee: Beijing Nuowei New Material Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Nuowei New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: CN114797130B

Abstract

本发明公开了一种溶液的浓缩方法，所述浓缩方法包括：(1)将待浓缩溶液和热气体接触，得到含有溶剂的气体组分和浓度提高的溶液；(2)将步骤(1)得到的含有溶剂的气体组分中的一部分增压、再加热增温后回用步骤(1)中，作为热气体的至少部分的替代物。通过本发明方法，提高传热效率，避免了常规浓缩过程中局部过热问题，节约了能源。本发明的浓缩方法用于聚合物溶液的浓缩时，能够避免聚合物的降解或结焦，节能、高产制备聚合物浓缩液，尤其适用于粘度大的聚合物溶液的浓缩。

Description

一种溶液的浓缩方法

技术领域

本发明属于聚合物制备领域，具体涉及一种溶液的浓缩方法。

背景技术

聚合物通常的生产方法是在一定的温度下将有机单体在溶剂中催化聚合，得到浓度在3-50wt％的聚合物溶液；在后续聚合物分离、生产过程中，往往需要将聚合物溶液浓缩。由于聚合物分子量大，溶液的粘度随着聚合物溶液的浓度增加而增加，溶液的传热效率随着粘度的增加而显著降低；还有就是聚合物往往存在高温降解问题，因此聚合物溶液的浓缩比较困难。工业上常用的常减压蒸馏、降膜蒸发等浓缩方法，存在能耗高，浓缩过程中局部过热致使聚合物降解或结焦等问题。

发明内容

为了改善上述问题，本发明提供了一种溶液的浓缩方法，避免了常规浓缩过程中局部过热问题，节约了能源。

具体的，本发明提出如下方案：

一种溶液的浓缩方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将待浓缩溶液和热气体接触，得到含有溶剂的气体组分和浓度提高的溶液；

(2)将步骤(1)得到的含有溶剂的气体组分中的一部分经增压和增温后回用步骤(1)中，作为热气体的至少部分的替代物。

进一步地，所述方法具体包括如下步骤：

(1)将待浓缩溶液和热气体置入浓缩器中，得到含有溶剂的气体组分、和浓度提高的溶液；

(2)将含有溶剂的气体组分的一部分置入压缩机中增压，另一部分可以用于回收溶剂；增压后的气体组分再在加热器中加热，得到高温溶剂气体；将高温溶剂气体返回步骤(1)、作为热气体的至少部分的替代物返回浓缩器中回用；从浓缩器中收集浓度提高的溶液。

步骤(2)中，回用的含有溶剂的气体组分的质量为步骤(1)中得到的含有溶剂的气体组分的质量的40-90wt％，优选50-80wt％；示例性地，40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％或上述任意两点值组成的范围中的任一点值。

步骤(2)中，回用的含有溶剂的气体组分的质量占热气体质量的50-100wt％，优选60-100wt％；示例性地，50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％、100wt％或上述任意两点值组成的范围中的任一点值。

其中，从含有溶剂的气体组分到高温溶剂气体的温度增加值为10-120℃，示例性地为10℃、30℃、50℃、60℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃；优选为通过加热器增温。

步骤(2)中，含有溶剂的气体组分的增压可以通过压缩机实现，压比为1.1-5.0，例如1.5-3，示例性为1.1、1.5、2、3、4、5。

步骤(2)中，剩下的含有溶剂的气体组分可以用于回收溶剂。

步骤(1)中，所述热气体的气体可以是空气、呈惰性气体、待浓缩溶液中的溶剂的气态等中的至少一种；

优选地，所述呈惰性气体可以为氮气、氩气、氦气等；

优选地，所述溶剂的气态选自气态C₁-C₆直链烷烃；

进一步地，所述热气体优选为己烷气体。

步骤(1)中，所述待浓缩溶液的质量浓度为1-60wt％，优选5-30wt％。

步骤(1)中，所述待浓缩溶液为聚合物溶解于溶剂形成的溶液。

步骤(1)中，所述聚合物为高分子化合物，优选为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚醚多元醇、顺丁橡胶(BR)、聚异丁烯(PIB)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)、苯乙烯嵌段共聚物或其氢化产物、氢化丁腈橡胶、卤化丁基橡胶、聚异丁烯、聚异戊橡胶、乙丙橡胶等中的至少一种；所述卤化丁基橡胶例如溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶；所述苯乙烯嵌段共聚物优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。

步骤(1)中，所述溶剂优选水或下述有机溶剂中的一种：C_1-4醇、C_1-8烷烃、卤代C_1-8烷烃、C_6-8芳烃和卤代C_6-8芳烃，进一步优选水、苯、甲苯、C_4-8烷烃，更优选为戊烷、己烷；其中，卤素为氟、氯或溴。

优选地，所述C_1-4醇类有机溶剂可以选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种、两种或更多种，优选甲醇、乙醇、异丙醇中的一种、两种或更多种。

步骤(1)中，所述热气体和待浓缩溶液的质量比为0.5-2.0，示例性地为0.5、0.8、1.0、1.5、1.8、2。

步骤(1)中，所述待浓缩溶液和热气体的接触可以在釜、罐或塔器中。

术语解释

术语“C_1-4醇”应理解为表示具有1、2、3或4个碳原子的直链和支链烷基醇，例如可以是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基丙醇、2-甲基-2-丙醇。

术语“C_1-8烷烃”应理解为表示具有1、2、3、4、5、6、7或8个碳原子的直链和支链烷烃，“C₁-C₆直链烷烃”表示具有1、2、3、4、5或6个碳原子的直链烷烃，“C_4-8烷烃”表示具有4、5、6、7或8个碳原子的直链和支链烷烃。所述烷烃是例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、异丙烷、异丁烷、仲丁烷、叔丁烷、异戊烷、2-甲基丁烷、1-甲基丁烷、1-乙基丙烷、1,2-二甲基丙基烷烃、新戊烷、1,1-二甲基丙烷、4-甲基戊烷、3-甲基戊基、2-甲基戊烷、1-甲基戊烷、2-乙基丁烷、1-乙基丁烷、3,3-二甲基丁烷、2,2-二甲基丁烷、1,1-二甲基丁烷、2,3-二甲基丁烷、1,3-二甲基丁烷或1,2-二甲基丁烷等或它们的异构体。

术语“C_6-8芳烃”表示具有6、7或8个碳原子的一价芳香性的单环烃环，例如是具有6个碳原子的环(“C₆芳基”)，例如苯环。当所述C_6-8芳烃被取代时，为单取代。并且，对其取代位点没有限制，例如可以为邻位、对位或间位取代。

有益效果

本发明的方法中，将待浓缩溶液和热气体接触，得到含溶剂的气体组分和浓度提高的溶液，将一部分含溶剂的气体组分增压增温得到高温溶剂气体后，再和溶液接触。通过该方法，提高传热效率，避免了常规浓缩过程中局部过热问题，节约了能源。本发明的浓缩方法用于聚合物溶液的浓缩时，能够避免聚合物的降解或结焦，节能、高产制备聚合物浓缩液，尤其适用于粘度大的聚合物溶液的浓缩。

附图说明

图1为实施例1中溶液浓缩的流程图；

其中：1、待浓缩溶液；2、浓缩器；3、热气体；4、含有溶剂的气体组分；5、回收溶剂的气体；6、压缩机；7、加热器；8、浓度提高的溶液。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

实施例1

本实施例中的溶液浓缩过程如图1所示，具体的，待浓缩溶液1进入浓缩器2，同热气体3接触，从浓缩器2的顶部得到含有溶剂的气体组分4，含有溶剂的气体组分4的一部分作为回收溶剂的气体5去溶剂回收处理步骤，剩余部分通过压缩机6增压，经增压后，再进入加热器7中加热增温，得到高温溶剂气相，高温溶剂气相替代或部分替代热气体3返回浓缩器中，继续给待浓缩溶液1提供热源。浓缩器2下部出浓度提高的溶液。

实施例2

采用实施例1同样的流程，其中所述溶液为溴化丁基橡胶己烷溶液。具体的，将96200kg/h溴化丁基橡胶己烷溶液，其中含溴化丁基橡胶20wt％，在30℃，200kPa进入浓缩塔，同180℃，200kPa，123000kg/h的热己烷气体接触，浓缩塔压力控制在130kPa，塔顶得到164252kg/h气相己烷，温度82.5℃；气相己烷分为两份，其中的123000kg/h气相己烷通过压缩机增压，另一部分41252kg/h去进一步处理回收己烷。气相己烷经压缩机增压得到200kPa，温度98℃的增压己烷气相，进加热器加热升温得到180℃，200kPa的高温己烷气体返浓缩塔，继续同溴化丁基橡胶己烷溶液接触。浓缩塔塔釜得到54948kg/h溴化丁基橡胶浓溶液，其中溴化丁基橡胶浓度35wt％。

压缩机功率为720KW，加热器热能消耗6418KW。

对比例

采用实施例1类似的流程，但是不包括含有溶剂的气体组分4的增压、增温回用步骤，其中所述溶液为溴化丁基橡胶己烷溶液。具体的，将96200kg/h溴化丁基橡胶己烷溶液，其中含溴化丁基橡胶20wt％，在30℃，200kPa进入浓缩塔；30℃己烷经加热器加热得到的180℃，200kPa，123000kg/h的热己烷气体，热己烷气体进入浓缩塔同溴化丁基橡胶溶液接触，浓缩塔压力控制在130kPa，塔顶得到164252kg/h气相己烷，温度82.5℃；气相己烷去进一步处理回收己烷。浓缩塔塔釜得到54848kg/h溴化丁基橡胶浓溶液，其中溴化丁基橡胶浓度35wt％。

加热器热能消耗22723KW。

实施例2中，按照电热转换系数3.29计算，压缩机功率转化为热能耗为720×3.29＝2368.8KW，实施例2中总热能需求为6418+2368.8＝8786.8KW。与对比例比较可见，在同等浓缩效率下，采用本发明方案，节能效果明显。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种溶液的浓缩方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的浓缩方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

3.根据权利要求1-2任一项所述的浓缩方法，其特征在于，步骤(2)中，回用的含有溶剂的气体组分的质量为步骤(1)中得到的含有溶剂的气体组分的质量的40-90wt％，优选50-80wt％。

优选地，步骤(2)中，回用的含有溶剂的气体组分的质量占热气体质量的50-100wt％，优选60-100wt％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的浓缩方法，其特征在于，步骤(2)中，含有溶剂的气体组分的增压可以通过压缩机实现，压比为1.1-5.0，例如1.5-3。

优选地，从含有溶剂的气体组分到高温溶剂气体的温度增加值为10-120℃，优选为通过加热器增温。

优选地，步骤(2)中，剩下的含有溶剂的气体组分可以用于回收溶剂。

5.根据权利要求1-4任一项所述的浓缩方法，其特征在于，步骤(1)中，所述待浓缩溶液为聚合物溶解于溶剂形成的溶液。

优选地，步骤(1)中，所述聚合物为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚醚多元醇、顺丁橡胶(BR)、聚异丁烯(PIB)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)、苯乙烯嵌段共聚物或其氢化产物、氢化丁腈橡胶、卤化丁基橡胶、聚异丁烯、聚异戊橡胶、乙丙橡胶等中的至少一种；所述卤化丁基橡胶例如溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶；所述苯乙烯嵌段共聚物优选为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。

优选地，步骤(1)中，所述待浓缩溶液的质量浓度为1-60wt％，优选5-30wt％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的浓缩方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热气体的气体可以是空气、呈惰性气体、待浓缩溶液中的溶剂的气态等中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的浓缩方法，其特征在于，待浓缩溶液中的溶剂选自水或下述有机溶剂中的一种：C_1-4醇、C_1-8烷烃、卤代C_1-8烷烃、C_6-8芳烃和卤代C_6-8芳烃；其中，卤素为氟、氯或溴。

还优选地，所述溶剂选自水、苯、甲苯、C_4-8烷烃中的至少一种；

更优选地，所述溶剂为戊烷和/或己烷。

8.根据权利要求7所述的浓缩方法，其特征在于，所述C_1-4醇类有机溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇中的一种、两种或更多种；优选甲醇、乙醇、异丙醇中的一种、两种或更多种。

9.根据权利要求1-8任一项所述的浓缩方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热气体和待浓缩溶液的质量比为0.5-2.0。

10.根据权利要求1-9任一项所述的浓缩方法，其特征在于，步骤(1)中，所述待浓缩溶液和热气体的接触可以在釜、罐或塔器中。