CN201809302U - 高收率间接聚合两步法pla合成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高收率间接聚合两步法PLA合成系统，包括依次连接的乳酸脱水装置、预聚装置、齐聚物解聚环化装置、粗丙交酯精制装置、丙交酯开环聚合装置、聚合物脱单装置和丙交酯精制残液处理装置，所述丙交酯精制残液处理装置包括闪蒸装置、冷凝装置、萃取装置和固液分离装置，所述固液分离装置的滤饼出口通过物料传送机构连接熔化罐，所述闪蒸装置的重组份出口连接所述齐聚物解聚环化装置的进料端，所述滤液罐的滤液出口连接所述乳酸脱水装置的进料端，所述熔化罐的出口连接所述预聚装置的进料端。本实用新型工艺合理，装置简单，操作方式灵活，有效地提高L-丙交酯的总收率。

Description

高收率间接聚合两步法PLA合成系统 

技术领域

本实用新型涉及一种高收率间接聚合两步法PLA合成系统，属于化工领域，用于聚乳酸的合成生产。 

背景技术

聚乳酸(PLA)是以乳酸(LA)为原料制得的高分子聚合物。LA可用生物质原料(如玉米等谷物)制得，生物质原料可再生，LA的产品PLA可生物降解为二氧化碳和水，因此PLA被誉为“绿色纤维”。 

PLA合成的系统路线有两种：直接聚合一步法和间接聚合两步法。高分子量PLA都是由两步法(丙交酯开环聚合)制得，该系统一般包括乳酸脱水、预聚、齐聚物解聚环化、粗丙交酯精制、丙交酯开环聚合和聚合物脱单等主要工序。 

粗丙交酯主要由L-丙交酯(左旋)、m-丙交酯(内消旋)、少量低聚物、乳酸及水等组成，其中m-丙交酯是L-丙交酯的同分异构体杂质，且在低聚物及水存在的环境下，容易发生热分解、异构化反应等，因此，粗丙交酯精制具有较大难度。粗丙交酯精制可采用精馏、熔融结晶、重结晶、萃取等方法，以制得纯度≥99.5％(wt)的丙交酯。熔融结晶一般在结晶组份的熔点附近操作，操作温度低，不需要其他助剂或溶剂，能耗低，绿色环保，适合于具有热敏性及含同分异构体杂质的粗丙交酯的提纯。在丙交酯精制系统中，采用熔融结晶技术产生的精制残液量为粗丙交酯的15～25％(wt)，且其中丙交酯浓度为55～65％(wt)，因此，必须对丙交酯精制残液进行回收处理， 以提高丙交酯的总收率。 

专利CN101555243A公开了一种精丙交酯的制取方法及生产装置(参见图1)，其中涉及到一种丙交酯精制残液的处理技术。该技术是将丙交酯精制残液进行离心式薄膜蒸发装置8处理，蒸发分离得到的气相丙交酯返回到解聚环化顶部冷凝系统10中，或经单独的冷凝系统9冷凝后返回到丙交酯精制工序，而蒸发分离得到的残留物返回到预聚工序，或解聚环化工序，或在判断出由于杂质含量过高而不利于提高丙交酯收率的情况下废弃。 

此技术存在的问题是：1、过程中没有考虑到异构体杂质m-丙交酯的处理或分离，造成解聚环化、丙交酯精制及残液蒸发分离装置中组份m-丙交酯的累积，不仅增加了过程中的能量消耗，同时也不利于物料的回收利用，制约了丙交酯的总收率；2、周期性的排放蒸发分离的残留物，造成进入解聚环化、丙交酯精制及蒸发分离装置的流量及组份浓度周期性变化，不利于系统的稳定运行，不利于提高产品质量。 

实用新型内容

为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种高收率间接聚合两步法PLA合成系统，采用这种合成系统可以有效地回收利用丙交酯精制残液中的各种有用成份，减少能量消耗，提高丙交酯的总收率，同时还有利于保证系统的稳定运行。 

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种高收率间接聚合两步法PLA合成系统，包括依次连接的乳酸脱水装置、预聚装置、齐聚 物解聚环化装置、粗丙交酯精制装置、丙交酯开环聚合装置和聚合物脱单装置，还包括丙交酯精致残液处理装置，所述丙交酯精制残液处理装置包括闪蒸装置、冷凝装置、萃取装置和固液分离装置，所述闪蒸装置设有待闪蒸物料进口、闪蒸蒸气出口和重组份出口，所述冷凝装置设有待冷凝物料进口、凝液出口和不凝气体出口，所述萃取装置设有待萃取物料进口、萃取剂进口和萃取后浆料出口，所述固液分离装置设有待分离物料进口、滤饼出口和滤液出口，所述闪蒸装置的待闪蒸物料进口连接所述粗丙交酯精制装置的丙交酯精制残液出口，所述闪蒸装置的闪蒸蒸气出口连接所述冷凝装置的待冷凝物料进口，所述冷凝装置的凝液出口连接所述萃取装置的待萃取物料进口，所述萃取装置的萃取后浆料出口连接所述固液分离装置的待分离物料进口。 

所述闪蒸装置优选采用刮膜蒸发器。 

所述冷凝装置内通常应设有气液分离空间，所述冷凝装置的不凝气体出口连接真空系统。 

所述萃取装置通常采用萃取釜，所述待萃取物料进口和所述萃取剂进口可分别设置在所述萃取釜的上部和/或顶部，所述萃取后浆料出口可设置在所述萃取釜的下部或底部。 

所述萃取釜内通常设有搅拌器，所述搅拌器的驱动装置可以安装在所述萃取釜的顶部。 

所述萃取装置的萃取后浆料出口与所述固液分离装置的待分离物料进口之间的连接管道上通常应设有泵。 

所述固液分离装置的滤饼出口可以通过物料传送机构连接熔化 罐，所述固液分离装置的滤液出口可以通过管道等方式连接滤液罐。 

所述闪蒸装置的重组份出口可以连接所述齐聚物解聚环化装置的进料端，以实现低聚物等有机组份的回用。 

所述滤液罐的滤液出口可以连接所述乳酸脱水装置的进料端，以实现m-丙交酯和乳酸等有机组份的回用。 

所述熔化罐的出口可以连接所述预聚装置的进料端，以实现L-丙交酯的回用。 

本实用新型的有益效果是：由于改进了丙交酯精制残液的处理方式，利用异构体杂质m-丙交酯比较容易溶于水并发生水解、而L-丙交酯则很难溶解在水中的原理，通过水萃取的方式将m-丙交酯分离出去，从而避免了m-丙交酯在体系中的累积和在处理过程中能量的大量消耗，根据申请人的实验，采用本发明后，异构体杂质m-丙交酯的去除率可以达到90％～95％；由于通过闪蒸、冷凝、水萃取、固液分离等各步骤分离出来的各种物料可以返回PLA合成系统的相应工序中进行回用，减少了物料的的排放量，大大提高了丙交酯的总收率，根据申请人的实验，采用本发明后，L-丙交酯的总收率同现有技术相比可以提高5％～10％；由于处理系统可以实现连续的工作，能够保证整个PLA合成体系的稳定运行；由于在萃取中采用水为萃取剂，萃取条件温和，容易实现工程化，有利于简化工艺过程，降低生产成本。 

附图说明

图1是CN101555243A中丙交酯精制残液处理的系统流程图。 

图2是本实用新型的丙交酯精制残液处理的系统流程图。 

具体实施方式

参见图2，本实用新型提供的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，可以有效地将丙交酯精制残液中不同性质和回用方式的有机物组成进行分离，并根据其特点，将各种分离出来的有机物分别回用于本系统中的不同生产工序，以实现丙交酯精制残液的充分回收，并且不影响系统的稳定运行，同时，可运用于不同品质的原料乳酸和各种合成及分离技术得到的粗丙交酯精制残液，因此具备较好的适用性。 

本实用新型包括依次连接的乳酸脱水装置、预聚装置、齐聚物解聚环化装置、粗丙交酯精制装置、丙交酯开环聚合装置和聚合物脱单装置，这些装置构成了PLA合成过程中主要的生产工序，同时，通过设置高效的丙交酯精制残液处理装置，对精制残液进行处理并回用于适宜的生产工序。所述丙交酯精制残液处理装置包括闪蒸装置1、冷凝装置2、萃取装置3、固液分离装置5、熔化罐6和滤液罐7，所述闪蒸装置设有待闪蒸物料进口、闪蒸蒸气出口和重组份出口，所述闪蒸蒸气出口连接所述冷凝装置的待冷凝物料进口，所述冷凝装置的凝液出口连接所述萃取装置的待萃取物料进口，所述萃取装置的萃取后浆料出口连接所述固液分离装置的待分离物料进口，所述固液分离装置的滤饼出口连接熔化罐，所述熔化罐的液体出口连接所述预聚装置的进料端，所述固液分离装置的滤液出口连接所述滤液罐，所述滤液罐的出口连接所述乳酸脱水装置的进料端，以分别实现所述溶化后滤饼和所述滤液中有用组份的回用。 

所述闪蒸装置的待闪蒸物料进口构成所述丙交酯精制残液处理装置的进口，用于连接粗丙交酯精制装置的丙交酯精制残液出口，以便对丙交酯精制残液进行处理。 

所述闪蒸装置优选刮膜蒸发器等闪蒸设备，刮膜蒸发器传热系数大，蒸发强度高，适宜热敏性物料，有利于提高效率。通常，送入闪蒸装置的精制残液中丙交酯的含量可以达到55～65％(wt)，采用的蒸发温度可以控制在200℃～250℃，蒸发压力可以控制在5mmHg～15mmHg，由此可以脱除精制残液中包含低聚物的重组份，可以将这些重组份通过管道等方式输送回到所述的解聚环化装置进料端，以实现低聚物重组份的回收利用。 

所述冷凝装置通常设有待冷凝物料进口、凝液出口和不凝气体出口，所述闪蒸装置形成的闪蒸蒸气通过管道接入所述冷凝装置的待冷凝物料进口，经过冷凝后得到闪蒸凝液和不凝气体。所述冷凝装置的凝液出口通过管道等方式连接所述萃取装置的待萃取物料进口，由此将闪蒸凝液送入所述的萃取装置。 

所述冷凝装置内通常应设有用于气液分离的空间(或气液分离装置)，以分离冷凝后形成的闪蒸凝液和不凝气体。在冷凝过程中，闪蒸蒸气中的丙交酯、乳酸及其他有机组份被冷凝成液相，形成闪蒸凝液，不凝气体则可以通过真空系统抽出，以保持冷凝装置内的真空度并且避免不凝气体的累积。 

所述闪蒸凝液的主要杂质包括m-丙交酯和乳酸，为了进一步去除这些杂质，采用萃取釜对所述闪蒸凝液进行萃取。由于异构体杂质 m-丙交酯及乳酸比较容易溶于水中，而L-丙交酯则很难溶解，因此选择简单、低成本的水萃取方式进行萃取。萃取后，异构体杂质m-丙交酯以及乳酸溶解在水中，形成液相，而绝大部分L-丙交酯以固相析出，形成固液两相体系，通过对这种两相体系进行固液分离，就形成可回用的物料。 

所述萃取装置可采用萃取釜、萃取槽以及其他任意适宜形式的萃取设备，通常所述的待萃取物料进口和萃取剂进口设置在萃取装置的上部或顶部，而所述的萃取后浆料出口设置在萃取装置的下部或底部。所述萃取温度可选10℃～50℃，水萃比(萃取用水的质量与闪蒸凝液的质量之比值)可选1∶2～3∶1，停留时间可选10min～60min，由此可以获得满意的萃取效果。 

所述萃取装置的萃取后浆料出口连接所述固液分离装置的待分离物料进口，以便将萃取后浆料送入固液分离装置进行固液分离，通常可以在相应的连接管道上设置泵4，以提供或补充浆料的输送的动力。 

所述固液分离装置设有待分离物料进口、滤液出口和滤饼出口，可以采用转鼓压力过滤机等适宜的设备，萃取后浆料经过固液分离后，形成湿滤饼和滤液，所述湿滤饼送入熔化罐进行熔化，所述滤液送入滤液罐。 

由于所述湿滤饼中包含大部分的L-丙交酯，熔化后的湿滤饼可送入所述预聚装置的进料端，由此实现这些物料的回用。所述熔化罐可以采用任意适宜的现有技术或其他技术，例如具备加热装置的熔化 罐，所述熔化罐内通常可以设有搅拌器，以便改善熔化效果。 

所述滤液中含有大量的二聚体和乳酸等有机组份，为实现这些有机组份的回用，将滤液通过管道送入所述乳酸脱水装置的进料端进行脱水浓缩。所述滤液罐可以采用任意适宜的现有技术或其他技术，例如可以呈罐状、池状或其他适宜形状的设备。 

本发明的主要工艺流程为：来自PLA合成系统的丙交酯精制残液被送入刮膜蒸发器等闪蒸装置进行加热闪蒸，得到的闪蒸蒸气自所述刮膜蒸发器的闪蒸蒸气出口排出并送入冷凝器内，刮膜蒸发器内的闪蒸脱除物(低聚物等重组份)经过所述刮膜蒸发器的重组份出口排出并收集，进入所述刮膜蒸发器冷凝器的闪蒸蒸气被冷凝，其中m-丙交酯、L-丙交酯和乳酸进入液相，构成凝液，不凝气体被与所述刮膜蒸发器冷凝器相连的真空系统抽出，凝液进一步被送入萃取釜，此处采用水萃取，萃取釜可以称为水萃塔，在所述水萃塔中m-丙交酯和乳酸溶解到水中成为液相，L-丙交酯难溶于水被析出成为固相，从而构成固液两相体系，为了将L-丙交酯和主要杂质(包括m-丙交酯和乳酸)进行有效分离，所述固液两相自所述水萃塔的萃取后浆料出口排出并通过泵输送至离心机，经过固液分离得到湿滤饼和滤液，分离的湿滤饼含有大量的L-丙交酯，被送入熔化罐进行熔化以备用，分离的滤液含有大量的有机组份，经过滤液收集装置(滤液罐)收集以回用。 

可以根据PLA合成工艺中制得的粗丙交酯中的丙交酯异构体杂质浓度和低聚物浓度的不同，选择其中的部分工艺步骤进行相应的处理， 而省略其中不需要的步骤。 

Claims (10)

1.一种高收率间接聚合两步法PLA合成系统，包括依次连接的乳酸脱水装置、预聚装置、齐聚物解聚环化装置、粗丙交酯精制装置、丙交酯开环聚合装置和聚合物脱单装置，其特征在于还包括丙交酯精制残液处理装置，所述丙交酯精制残液处理装置包括闪蒸装置、冷凝装置、萃取装置和固液分离装置，所述闪蒸装置设有待闪蒸物料进口、闪蒸蒸气出口和重组份出口，所述冷凝装置设有待冷凝物料进口、凝液出口和不凝气体出口，所述萃取装置设有待萃取物料进口、萃取剂进口和萃取后浆料出口，所述固液分离装置设有待分离物料进口、滤饼出口和滤液出口，所述闪蒸装置的待闪蒸物料进口连接所述粗丙交酯精制装置的丙交酯精制残液出口，所述闪蒸装置的闪蒸蒸气出口连接所述冷凝装置的待冷凝物料进口，所述冷凝装置的凝液出口连接所述萃取装置的待萃取物料进口，所述萃取装置的萃取后浆料出口连接所述固液分离装置的待分离物料进口。

2.如权利要求1所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述闪蒸装置采用刮膜蒸发器。

3.如权利要求1所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述冷凝装置内设有气液分离空间，所述冷凝装置的不凝气体出口连接真空系统。

4.如权利要求1所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述萃取装置采用萃取釜，所述待萃取物料进口和所述萃取剂进口分别设置在所述萃取釜的上部和/或顶部，所述萃取后浆料出口设置在所述萃取釜的下部或底部。

5.如权利要求4所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述萃取釜内设有搅拌器，所述搅拌器的驱动装置安装在所述萃取釜的顶部。

6.如权利要求5所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述萃取装置的萃取后浆料出口与所述固液分离装置的待分离物料进口之间的连接管道上设有泵。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述固液分离装置的滤饼出口通过物料传送机构连接熔化罐，所述固液分离装置的滤液出口连接滤液罐。

8.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述闪蒸装置的重组份出口连接所述齐聚物解聚环化装置的进料端。

9.如权利要求7所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述滤液罐的滤液出口连接所述乳酸脱水装置的进料端。

10.如权利要求7所述的高收率间接聚合两步法PLA合成系统，其特征在于所述熔化罐的出口连接所述预聚装置的进料端。

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