CN117607199A - 一种异氰酸酯中水分含量检测方法及其在水分在线监控中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异氰酸酯中水分含量检测方法,该方法步骤:1)将水含量已知的异氰酸酯样品作为校正集,分别向校正集中各样品通入氮气进行汽提,检测汽提后的氮气的露点温度,将汽提后的氮气露点温度与异氰酸酯含水量相关联,建立氮气露点温度与含水量计量模型;2)采用与步骤1)相同的汽提条件,对待测异氰酸酯样品进行氮气汽提,检测汽提后的氮气露点温度,根据氮气露点温度与含水量计量模型计算出待测样品的含水量。该方法具有开发成本低、方法简单、灵敏度高等优点,可以实现在线分析及监测异氰酸酯装置中间品及产品中的水含量,在装置发生异常时能够迅速发现并及时采取措施。
Description
技术领域
本发明属于异氰酸酯产品或中间品中水分含量检测以及在线监测技术领域,具体涉及一种高灵敏度的异氰酸酯中水分含量的检测方法及其在异氰酸酯生产装置中产品及中间品水含量在线监控中的应用。
背景技术
异氰酸酯是重要的有机合成中间体,目前工业上一般采用光气法生产异氰酸酯,然而使用该方法得到的粗异氰酸酯产品中包含多种异构体及聚合生成的的多环重组分,因此需要通过蒸馏、精馏、结晶等操作对其进行分离纯化,得到纯异构体或特定组成的异构体混合物。
由于异氰酸酯中存在大量的NCO基团,它可以与水等含有活性氢的物质发生剧烈的化学反应,生成难溶于异氰酸酯的脲类物质。在生产装置中,如果由于管线、塔设备、换热器等设备存在漏点而导致水分进入异氰酸酯中,水与异氰酸酯中的NCO反应生成的脲会造成输送管线、泵过滤器等发生堵塞,不利于装置的连续生产,堵塞清理也增加了装置的运行成本。另一方面在储存和运输过程中由于储运温度较低,进入体系中的少量水分与异氰酸酯缓慢反应,在包装前水分并未反应完全,无法在包装前通过过滤有效地除去脲,导致水分在包装后的桶或者槽车中继续反应生成脲,影响产品的使用及质量。
工业上主要采用高真空精馏的手段进行异氰酸酯粗产品的分离,考虑到生产基地所处的环境湿度较大,特别是在南方夏季潮湿的环境中,受生产装置的密闭性影响,空气中的水分很容易进入生产和包装管路和设备中。
目前异氰酸酯领域常见的水分含量检测主要通过色谱法、光谱法进行分析,但这些方法一般都需要通过离线分析操作,且测定过程繁琐,耗时耗力,难以实现异氰酸酯中水分含量的实时监测。公开专利CN107703096A利用近红外法直接对异氰酸酯样品水含量进行在线测定,但分析定量限只能达到0.005%以上,无法满足生产装置的微量水分泄漏的监测要求;专利CN114112965A提供了一种监测异氰酸酯中痕量水分的在线分析方法,但需要通过负载有催化剂的膜反应测定生成的二氧化碳的量进行折算,过程较为复杂,且成本较高。
因此,开发低成本、高灵敏度的异氰酸酯中水分含量的在线监测方法对于保证异氰酸酯的高效稳定生产具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于,针对异氰酸酯的高效稳定生产中面临的技术难题,提供一种高灵敏度的异氰酸酯产品或中间品中水分含量的检测方法及其在异氰酸酯生产装置中的应用,能够快速、准确地实现异氰酸酯中水分含量的实时监测。
为了实现上述目的,本发明采用如下所述的技术方案:
第一方面,本发明提供一种异氰酸酯中水分含量检测方法,该方法包括以下步骤:
1)将水含量已知的异氰酸酯样品作为校正集,分别向校正集中各样品通入氮气进行汽提,检测汽提后的氮气露点温度,将汽提后的氮气露点温度与异氰酸酯含水量相关联,建立氮气露点温度与含水量计量模型;
2)采用与步骤1)相同的汽提条件,对待测异氰酸酯样品进行氮气汽提,检测汽提后的氮气露点温度,根据氮气露点温度与含水量计量模型计算出待测异氰酸酯样品的含水量。
在一些具体示例中,所述异氰酸酯样品选自二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异氰酸苯酯中的一种或多种;优选为二苯基甲烷二异氰酸酯;
优选地,所述二苯基甲烷二异氰酸酯选自4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2-二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或多种。
在一些具体示例中,步骤1)所述作为校正集的异氰酸酯样品,其水含量为0-0.1wt%,例如0wt%、0.001wt%、0.005wt%、0.01wt%、0.05wt%、0.1wt%等,优选为0.001-0.05wt%,以异氰酸酯样品的总重量为100%计;
优选地,所述校正集中,异氰酸酯样品中的水分含量按梯度分布,梯度值优选为10-200ppm,例如10ppm、50ppm、100ppm、150ppm、200ppm等。
在一些具体示例中,步骤1)所述校正集中,异氰酸酯样品的数量不少于20个,例如20个、30个、40个、50个、60个等,优选20-60个。所述异氰酸酯样品对其来源没有特别要求,可以购买得到,也可以自行制备得到,可以为生产过程的实际物料,也可通过在实际物料中添加特定含量的水分制得。
在一些具体示例中,步骤1)所述异氰酸酯样品的水含量,可以采用能够检测异氰酸酯样品中水分含量的任意方法进行测试,优选采用真空干燥法、红外光谱法、气相色谱法或卡尔费休法进行测试,将其测定值作为异氰酸酯含水量实际值,得到水含量已知的异氰酸酯样品,并将其定义为校正集异氰酸酯样品。
在一些具体示例中,步骤1)向校正集各异氰酸酯样品中通入氮气进行汽提时,汽提条件包括:汽提压力为0-1MPaG,例如0MPaG、0.2MPaG、0.4MPaG、0.6MPaG、0.8MPaG、1MPaG等,优选0.05-0.25MPaG,氮气流速为0.1-10L/min,例如0.1L/min、0.5L/min、1L/min、3L/min、5L/min、7L/min、9L/min等,优选1-3L/min;异氰酸酯样品流速为0.5-0.9kg/min,例如0.5kg/min、0.6kg/min、0.7kg/min、0.8kg/min、0.9kg/min等,优选0.6-0.8kg/min,停留时间为0.5-30min,例如0.5min、5min、10min、15min、20min、25min、30min等,优选1-10min;汽提温度(即汽提罐的伴热温度)为40-60℃,例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等,优选45-50℃。
在一些具体示例中,步骤1)汽提后的氮气露点温度,可以采用任意露点温度测试方法进行测试,露点仪可以为现有的任意类型,优选采用冷镜式露点仪、阻容法露点仪、电解法露点仪、半导体激光露点仪、晶体振荡式露点仪、红外露点仪中的任一种露点仪进行测量,更优选采用阻容法露点仪;
优选地,所述阻容法露点仪的流量测试范围为0.1-10L/min,例如0.1L/min、0.5L/min、1L/min、3L/min、5L/min、7L/min、9L/min等,分辨率为0.01-0.1℃;
优选地,对每个异氰酸酯样品汽提后的氮气重复检测20-40次,取平均值作为氮气露点温度。
在一些具体示例中,步骤1)所述氮气露点温度与含水量化学计量模型的建立方法,是通过将校正集中各异氰酸酯样品汽提后的氮气露点温度与各异氰酸酯样品的水含量相关联,通过多元数据回归分析方法建立化学计量模型,该方法为领域内公知的;
优选地,所述多元数据回归分析方法为偏最小二乘回归法;
具体地,所述氮气露点温度与含水量化学计量模型的建立方法,是以校正集中含水量最低的样品汽提后氮气露点温度作为基准氮气露点温度,通过将基准氮气露点温度、校正集中其他样品汽提后氮气露点温度与异氰酸酯含水量相关联,通过多元数据回归分析方法建立氮气露点温度与含水量计量模型;
上述含水量最低的样品同时也要求是含水量很低的样品,含水量通常小于0.1ppm;而低于0.1ppm一般情况下达到分析方法检测限,很难检测出来,也可以默认含水量为0;因此,优选地,所述含水量最低的样品为含水量小于0.1ppm的样品,也可以约等于为含水量为0的样品。
更具体地,举例说明一种所述氮气露点温度与含水量化学计量模型的建立方法,过程包括如下的步骤:
首先,针对不同含水量的氮气通过软件进行物性模拟,分别得到对应的氮气露点温度,利用偏最小二乘回归法将模拟得到的氮气露点温度和氮气含水量数据点拟合,得到氮气露点温度与氮气含水量的模拟计量模型1-1;优选地,采用ASPEN软件对不同含水量的氮气进行物性模拟,为领域内公知方法,具体操作过程本发明不再赘述;
然后,将校正集样品由步骤1)汽提得到的氮气露点温度、基准氮气露点温度分别代入模拟计量模型1-1中,可计算得到对应的模拟氮气含水量,再根据步骤1)中氮气从异氰酸酯样品中汽提出的水量(将其记为异氰酸酯汽提后氮气含水量),及步骤1)汽提过程的汽提氮气流速、异氰酸酯样品流速(分别记为汽提氮气流速、汽提异氰酸酯流速),结合:
异氰酸酯含水量计算值=(汽提氮气流速×异氰酸酯汽提后氮气含水量)/汽提异氰酸酯流速,
推导出异氰酸酯含水量计算值的计量模型1-2;
由于氮气无法将异氰酸酯样品中所有水分全部汽提出来,因此由计量模型1-2得到的异氰酸酯含水量计算值与异氰酸酯含水量实际值会存在一定的差异,因此,需将校正集中样品的含水量实际值与通过计量模型1-2计算得到的异氰酸酯含水量计算值相关联,通过偏最小二乘法得到异氰酸酯含水量实际值和异氰酸酯含水量计算值的计量模型2,由此计算异氰酸酯含水量实际值。
需要说明的是,上述过程涉及到的软件模拟及推导过程均为领域内常规技术手段,技术人员可以参考现有技术进行推导和计算,本发明没有特别限定,不需要逐一说明。
在一些具体示例中,对建立的所述氮气露点温度与含水量化学计量模型进行偏差检验。根据本发明提供的办法,为使化学计量模型的准确度更高,可以通过改变氮气汽提过程中氮气和异氰酸酯样品的流量,使模型偏差最小。具体地,化学计量模型的准确度可以由相关系数R2来体现,优选地,所述氮气露点温度与含水量化学计量模型相关系数R2大于98.9%。
第二方面,本发明还提供了上述异氰酸酯中水分含量的检测方法的应用,用于检测异氰酸酯装置产品或中间品中水分含量,能够快速、准确地实现异氰酸酯中水分含量的实时监测。
在一些优选实施方式中,本发明提供一种异氰酸酯生产中水含量的在线监控方法,步骤包括:
(1)建立校正集异氰酸酯样品的氮气露点温度与含水量计量模型;
(2)在异氰酸酯装置的监控位点上增加支路,通过支路将待测异氰酸酯样品以一定的流速输送至汽提罐底部,在汽提罐内维持一定的液位,随后在汽提罐底部通入一定流速的氮气对待测异氰酸酯样品进行汽提,汽提后的氮气从罐顶部排出进入露点仪在线测定露点温度,汽提后的待测异氰酸酯样品通过管线输送至后续异氰酸酯储罐中;
(3)将步骤(2)测试得到的露点温度代入步骤(1)建立的氮气露点温度与含水量计量模型,计算得到监控位点上待测异氰酸酯样品的含水量。
在一些具体示例中,步骤(1)所述校正集异氰酸酯样品的氮气露点温度与含水量计量模型,采用与上述异氰酸酯中水分含量的检测方法中步骤1)相同的方法建立。
在一些优选示例中,步骤(2)由汽提罐底部通入氮气,在所述汽提罐内的氮气入口处连接气体分布器,优选采用管式气体分布器。
在一些优选示例中,步骤(2)所述汽提罐顶部通过管路连接气液分离罐,汽提后的氮气从罐顶部排出通过气液分离罐分离后,再进入露点仪在线测定露点温度。
在一些具体示例中,步骤(2)所述汽提,压力为0-1MPaG,例如0MPaG、0.2MPaG、0.4MPaG、0.6MPaG、0.8MPaG、1MPaG等,优选0.05-0.25MPaG,温度为40-60℃,例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等,优选45-50℃。
在一些具体示例中,步骤(2)所述待测异氰酸酯样品以一定的流速输送至汽提罐底部,所述待测异氰酸酯样品流速为0.5-0.9kg/min,例如0.5kg/min、0.6kg/min、0.7kg/min、0.8kg/min、0.9kg/min等,优选0.6-0.8kg/min;
优选地,所述待测异氰酸酯样品输送至汽提罐底部后,在汽提罐中的停留时间为0.5-30min,例如0.5min、5min、10min、15min、20min、25min、30min等,更优选为1-10min;
优选地,所述待测异氰酸酯样品输送至汽提罐底部后,在汽提罐内维持液位为10-80%,例如10%、30%、50%、70%、80%等,更优选为30-50%。
在一些具体示例中,步骤(2)在汽提罐底部通入一定流速的氮气对待测异氰酸酯样品进行汽提,所述氮气流速为0.1-10L/min,例如0.1L/min、0.5L/min、1L/min、3L/min、5L/min、7L/min、9L/min等,更优选为1-3L/min。
在一些具体示例中,步骤(2)异氰酸酯装置涉及的各管线及汽提罐、气液分离罐均采用40-60℃,例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等伴热,优选采用45-50℃伴热;
优选地,所述伴热形式采用本领域常规选择,例如电伴热、温水伴热等,优选采用电伴热。
在一些具体示例中,步骤(3)是通过PC主机将待测异氰酸酯样品汽提后氮气的露点温度代入计量模型,计算出待测样品的含水量;
优选地,所述PC主机通过有线方式将监控位点的待测异氰酸酯样品中的水含量传输至控制室DCS屏幕,并设置DCS高限警报;更优选地,所述DCS高限警报中水含量的报警值为10-50ppm,例如10ppm、20ppm、30ppm、40ppm、50ppm等。
采用本发明所述的在线监控方法,操作人员在实施查看时,通过与正常值对比判断是否有水分含量的异常,当实际测试值高于设定值时自动报警,提醒操作人员进行异常排查和处理。
在一些具体示例中,步骤(2)每个监控位点上待测异氰酸酯样品汽提后氮气的露点温度采集时间间隔为2-20min,例如2min、5min、10min、15min、20min等。采用本发明所述的在线监控方法,对每个样品的分析时间只需要几十秒,且可以实现连续测定,能够有效的实现生产过程中异氰酸酯产品或中间品中水含量的实时监测,实现了对异氰酸酯产品质量的精准把控,避免进水引起的产品质量问题对下游客户的影响;并且可以及时发现生产装置上漏水等异常工况,避免问题影响进一步扩大。
与现有技术相比,本发明技术方案带来的有益效果在于:
(1)本发明所述异氰酸酯中水含量的检测方法,能够实现快速、准确测试异氰酸酯产品中水分含量,具有开发成本低、方法简单、灵敏度高等优点,不仅避免了滴定分析中人为主观判断的影响,保证了分析结果的准确性,同时也节省了大量的人力物力成本,较为经济。
(2)本发明所述方法可以实现在线分析及监测,只需在异氰酸酯装置的监控位点上增加支路并安装在线监测系统,就能够在生产和输送过程中实现对异氰酸酯产品或中间品中水分含量的快速、准确的实时在线监测,其灵敏度较高,检出限低,且不干扰正常的生产,无需离线检测,不仅可以第一时间发现装置漏水等异常问题,及时采取措施,降低损失,同时有效地对包装前产品质量进行监控,避免了产品在客户使用过程中的不良影响。
附图说明
图1为本发明异氰酸酯生产中水含量在线监测控方法流程示意图;
图2为氮气露点与水分含量关系曲线;
图3为实施例1待测样品中水分含量的预测值与实验真实值相关曲线;
图4为实施例3待测样品中水分含量的预测值与实验真实值相关曲线。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例:
本发明实施例采用的主要测试方法:
1.实验室水分含量的测试方法:
标准实验室水分含量值测定方法:水分通过AKF-2010V卡尔费休(KarlFischer)水分测定仪进行测试,主要操作步骤为:首先使用仪器的“吸溶剂”功能向滴定池内注入约30mL的无水甲醇,随后使用仪器“打空白”功能滴定至终点,去除滴定池内的水分,仪器就绪并保持终点状态。测量时,用经过干燥处理的微量进样针精确抽取10μL纯水,选择仪器标定功能,将纯水注入到滴定池内液面以下,开始标定,1min后,蜂鸣指示器响并且显示终点指示灯亮起,对其标定3次,若3次结果都在误差范围内进行试样的测定,为了保证结果的准确度,每个样品分别测定三次取平均值,根据测试结果计算水分含量。
2.阻容法露点仪水分含量的测试方法:
选用NK-301A薄膜电容型露点仪测试样品中水分的含量,测量时,开上流量调理阀,把调理流量设置为在0.5L/min,测量时间为8min,分辨率为0.1℃。
本发明实施例采用的主要原料来源信息如下:
二苯基甲烷二异氰酸酯:万华化学;万华宁波MDI分离装置。
实施例1:
对于4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4-MDI),异氰酸酯中水分含量的检测方法,具体步骤如下:
1)收集异氰酸酯分离装置(该装置参见CN101003497A)输送泵出口的精制4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯样品共20个,其中4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯样品的纯度为97.0-99.0wt%,水含量为0-0.05wt%,作为待测样品;
利用上述实验室水分含量的测试方法,测定上述20个待测样品中的含水量,选取含水量最低的待测样品向其中按梯度添加水分,添加水分含量的梯度为10ppm,实现添加量10-200ppm范围内的梯度水分含量,得到共计20个加标样品,作为校正集;
利用实验室水分含量的测试方法,测定以上共40个样品的准确水含量(异氰酸酯含水量实际值)。
2)分别将上述40个样品在氮气环境下进行汽提,汽提压力为0.05MPaG,汽提温度为45℃,氮气流速为3L/min,4,4-MDI样品的进料流速为0.8kg/min,停留时间为5min;汽提罐的电伴热温度为45℃;利用薄膜型露点仪测定每个样品汽提后的氮气露点温度,且每个样品测定20次,取平均值作为该含水量下样品的氮气露点温度;其中含水量最低的样品测试得到的氮气露点温度作为基准氮气露点温度。
3)利用ASPEN软件分别对含水量为0.1-10mg/L的不同氮气样品汽提过程物性模拟,得到对应的氮气露点温度,并将得到的氮气含水量和氮气露点温度数据拟合得到关系曲线图(如图2所示),利用偏最小二乘回归法得到氮气露点温度(T露点温度)与氮气含水量(y含水量)的模拟计量模型1-1,如式1-1所示,相关系数R2=0.9986,模型理想可靠。
式中,y含水量:氮气含水量,mg/L;
T露点温度:氮气露点温度,℃。
将20个校正集样品由步骤2)汽提得到的氮气露点温度(T汽提后氮气露点温度)、基准氮气露点温度(T基准露点温度)分别代入计量模型1-1中,计算得到对应的模拟氮气含水量,再根据氮气从异氰酸酯样品中汽提出的水量(将T基准露点温度代入式1-1得到对应的氮气含水量,将T汽提后氮气露点温度代入式1-1得到汽提终点对应的氮气含水量,两个含水量的差值乘以氮气流量,就是从异氰酸酯样品中汽提出的水量),基于:
异氰酸酯含水量计算值=(汽提氮气流速×异氰酸酯氮气含水量)/汽提异氰酸酯流速,并结合式1-1,推导得到异氰酸酯含水量计算值(C计算值)的计量模型1-2,如式1-2所示,
式中,C计算值:异氰酸酯含水量计算值;
VN2:汽提氮气流速,L/min;V异氰酸酯:汽提异氰酸酯流速,g/min;
T基准露点温度:基准氮气露点温度,℃;T汽提后氮气露点温度:汽提后氮气露点温度,℃。
4)使用上述建立的氮气露点温度与含水量计量模型1-2分别代入20个校正集样品由步骤2)中得到的氮气露点温度,计算出待测样品的含水量,作为计算值,计算值与由步骤1)得到的准确水含量的相关曲线如图3所示,相关性系数r=0.9993,通过偏最小二乘法拟合可得到含水量实际值和计算值的计量模型2,如式1-3所示,
C实际值=5.0329*C计算值-17.3554 式1-3
C实际值:异氰酸酯含水量实际值。
5)将20个待测样品分别通过模型2计算得到含水量C实际值,与步骤1测定的准确水含量(异氰酸酯含水量实际值)最大偏差为2ppm,该计量模型预测的准确度能够满足生产监控的需要。
实施例2:
将实施例1建立的异氰酸酯氮气露点温度与含水量计量模型(式1-3)应用于异氰酸酯输送过程中含水量的在线监控,采用4,4-MDI的分离装置(4,4-MDI分离精制工艺的阐述参见CN 101003497A)出口位置作为监控位点,在线检测装置如图1所示,具体步骤如下:
(1)在4,4-MDI分离装置出口管线上增加支路,通过支路将待测4,4-MDI样品以0.8kg/min的流速输送至汽提罐底部,在汽提罐内维持30%的液位,停留时间为5min;随后在汽提罐底部以3L/min的流速通入氮气对待测4,4-MDI样品进行汽提,在汽提罐内的氮气入口处连接管式气体分布器,汽提罐顶部通过管路连接气液分离罐;汽提压力为0.05MPaG,汽提温度为45℃,汽提罐的电伴热温度为45℃;
汽提后的氮气从罐顶部排出,通过气液分离罐分离后进入露点仪在线测定露点温度,汽提后的待测异4,4-MDI样品通过管线输送至后续储罐中;
(2)通过PC主机将步骤(1)测试得到的露点温度代入实施例1建立的氮气露点温度与含水量计量模型1-1中,计算得到监控位点上待测4,4-MDI样品的含水量。
(3)PC主机通过有线方式将监控位点的待测4,4-MDI样品中的水分含量传输至控制室DCS屏幕,设置DCS高限警报中水含量的报警值为10ppm;计算得到监控位点上待测4,4-MDI样品的含水量高于设定的报警值时,DCS自动报警,提醒操作人员进行异常排查和处理。
实施例3:
对于2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4-MDI),异氰酸酯中水分含量的检测方法,具体步骤1)-步骤4)参照实施例1,区别仅在于:
步骤1)中将4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯样品替换为2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯样品,其中2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯样品的纯度为56.0-62.0wt%,水含量为0-0.05wt%,作为待测样品;其中,推导过程及推导出的异氰酸酯含水量计算值的计量模型1-2与实施例1相同;
步骤4)中计算值与由步骤1)得到的准确水含量的相关曲线如图4所示,通过偏最小二乘法可得到含水量实际值和计算值的计量模型2,如式1-3所示,
C实际值=5.0252*C计算值-16.7104 式1-3
相关性系数r=0.9989,通过模型2计算得到的含水量与实际含水量值最大偏差为2.7ppm,该计量模型预测值的准确度能够满足生产监控的需要。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种异氰酸酯中水分含量检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将水含量已知的异氰酸酯样品作为校正集,分别向校正集中各样品通入氮气进行汽提,检测汽提后的氮气露点温度,将汽提后的氮气露点温度与异氰酸酯含水量相关联,建立氮气露点温度与含水量计量模型;
2)采用与步骤1)相同的汽提条件,对待测异氰酸酯样品进行氮气汽提,检测汽提后的氮气露点温度,根据氮气露点温度与含水量计量模型计算出待测异氰酸酯样品的含水量。
2.根据权利要求1所述的异氰酸酯中水分含量检测方法,其特征在于,所述异氰酸酯样品选自二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异氰酸苯酯中的一种或多种;优选为二苯基甲烷二异氰酸酯;
优选地,所述二苯基甲烷二异氰酸酯选自4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2-二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的异氰酸酯中水分含量检测方法,其特征在于,步骤1)所述作为校正集的异氰酸酯样品,其水含量为0-0.1wt%,优选为0.0005-0.05wt%,以异氰酸酯样品的总重量为100%计;
优选地,所述校正集中,异氰酸酯样品中的水分含量按梯度分布,梯度值优选为10-200ppm;和/或
步骤1)所述校正集中,异氰酸酯样品的数量不少于20个,优选20-60个;和/或
步骤1)所述异氰酸酯样品的水含量,采用真空干燥法、红外光谱法、气相色谱法或卡尔费休法进行测试。
4.根据权利要求1-3任一项所述的异氰酸酯中水分含量检测方法,其特征在于,步骤1)向校正集各异氰酸酯样品中通入氮气进行汽提时,汽提条件包括:汽提压力为0-1MPaG,优选0.05-0.25MPaG,氮气流速为0.1-10L/min,优选1-3L/min;异氰酸酯样品流速为0.5-0.9kg/min,优选0.6-0.8kg/min,停留时间为0.5-30min,优选1-10min;汽提温度为40-60℃,优选45-50℃;和/或
步骤1)汽提后的氮气的露点温度,采用冷镜式露点仪、阻容法露点仪、电解法露点仪、半导体激光露点仪、晶体振荡式露点仪、红外露点仪中的任一种露点仪进行测量,优选采用阻容法露点仪;
优选地,所述阻容法露点仪的流量测试范围为0.1-10L/min,分辨率为0.01-0.1℃;
优选地,对每个异氰酸酯样品汽提后的氮气重复检测20-40次,取平均值作为氮气露点温度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的异氰酸酯中水分含量检测方法,其特征在于,步骤1)所述氮气露点温度与含水量化学计量模型的建立方法,是通过将初始氮气露点温度、校正集中各异氰酸酯样品汽提后的氮气露点温度与各异氰酸酯样品的水含量相关联,通过多元数据回归分析方法建立化学计量模型;
优选地,是以校正集中含水量最低的样品测试得到的氮气的露点温度作为基准氮气露点温度,通过将基准氮气露点温度、校正集中其他样品汽提后的氮气露点温度与异氰酸酯含水量相关联,通过多元数据回归分析方法建立氮气露点温度与含水量计量模型;
优选地,对建立的所述氮气露点温度与含水量化学计量模型进行偏差检验;和/或
优选地,所述多元数据回归分析方法为偏最小二乘回归法。
6.根据权利要求1-5任一项所述异氰酸酯中水分含量的检测方法的应用,用于检测异氰酸酯装置产品或中间品中水分含量。
7.一种异氰酸酯生产中水含量的在线监控方法,其特征在于,步骤包括:
(1)建立校正集异氰酸酯样品的氮气露点温度与含水量计量模型;
(2)在异氰酸酯装置的监控位点上增加支路,通过支路将待测异氰酸酯样品以一定的流速输送至汽提罐底部,在汽提罐内维持一定的液位,随后在汽提罐底部通入一定流速的氮气对待测异氰酸酯样品进行汽提,汽提后的氮气从罐顶部排出进入露点仪在线测定露点温度,汽提后的待测异氰酸酯样品通过管线输送至后续异氰酸酯储罐中;
(3)将步骤(2)测试得到的露点温度代入步骤(1)建立的氮气露点温度与含水量计量模型,计算得到监控位点上待测异氰酸酯样品的含水量。
8.根据权利要求7所述的在线监控方法,其特征在于,步骤(1)所述校正集异氰酸酯样品的氮气露点温度与含水量计量模型,采用与权利要求1所述异氰酸酯中水分含量的检测方法中步骤1)相同的方法建立。
9.根据权利要求7或8所述的在线监控方法,其特征在于,步骤(2)由汽提罐底部通入氮气,在所述汽提罐内的氮气入口处连接气体分布器,优选采用管式气体分布器;和/或
步骤(2)所述汽提罐顶部通过管路连接气液分离罐,汽提后的氮气从罐顶部排出通过气液分离罐分离后,再进入露点仪在线测定露点温度;和/或
步骤(2)所述汽提,压力为0-1MPaG,优选0.05-0.25MPaG,温度为40-60℃,优选45-50℃;和/或
步骤(2)所述待测异氰酸酯样品流速为0.5-0.9kg/min,优选0.6-0.8kg/min;优选地,所述待测异氰酸酯样品输送至汽提罐底部后,在汽提罐中的停留时间为0.5-30min,更优选为1-10min;
优选地,所述待测异氰酸酯样品输送至汽提罐底部后,在汽提罐内维持液位为10-80%,更优选为30-50%;和/或
步骤(2)所述氮气流速为0.1-10L/min,更优选为1-3L/min;和/或
步骤(2)异氰酸酯装置涉及的各管线及汽提罐、气液分离罐均采用40-60℃伴热,优选采用45-50℃伴热。
10.根据权利要求7-9任一项所述的在线监控方法,其特征在于,步骤(3)是通过PC主机将待测异氰酸酯样品汽提后氮气的露点温度代入计量模型,计算出待测样品的含水量;
优选地,所述PC主机通过有线方式将监控位点的待测异氰酸酯样品中的水含量传输至控制室DCS屏幕,并设置DCS高限警报;更优选地,所述DCS高限警报中水含量的报警值为10-50ppm;和/或
步骤(2)每个监控位点上待测异氰酸酯样品汽提后氮气的露点温度采集时间间隔为2-20min。
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