CN202143786U

CN202143786U - 聚碳级双酚a精制设备

Info

Publication number: CN202143786U
Application number: CN 201120193469
Authority: CN
Inventors: 江静; 张巍; 闾肖波
Original assignee: SHANGHAI SINOFLUORO SCIENTIFIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI SINOFLUORO SCIENTIFIC CO Ltd
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-06-09

Abstract

本实用新型提供一种聚碳级双酚A精制设备，包括气液分布器、物料进口、惰性气体进口、热油出口、降膜管、夹管套、热油进口、气液流出管，其特征在于，在降膜管的中部设有丝网层。本实用新型研究了聚碳级双酚A生产中微量苯酚的脱除过程，开发了新型降膜蒸发气提设备与工艺，提出了工业放大的设计模型。小型中试的试验结果表明，降膜蒸发气提装置结构简单，液膜分布均匀，容易实现高真空操作，保证了产品的纯度和色度。惰性气体的引入，强化了传热、传质过程。降膜蒸发气提法与传统的方法相比较有明显优势，对聚碳级双酚A的生产有重要意义。

Description

聚碳级双酚A精制设备

技术领域

本实用新型提供一种聚碳级双酚A精制设备。

背景技术

双酚A(BPA)是制造聚碳酸酯、聚砜及改性酚醛树脂等的重要中间体。工业上用于生产聚碳酸酯的双酚A纯度要求在99.5％以上，而且聚碳级双酚A对色相、凝固点、灰份、铁离子等均有限定，特别是对苯酚的残留量更有严格的规定，苯酚含量一般小于5×10^-5。双酚A中残留的苯酚在生产聚碳酸酯树脂时起到末端封止剂的作用，严重地影响聚碳酸酯树脂的质量。

目前双酚A精制一般采用的工艺流程是将苯酚和丙酮催化反应得到的缩合液，脱轻除去未反应的丙酮后，进行冷却结晶、过滤，除去2，4-双酚A、色满、三酚等杂质，得到双酚A和苯酚的加合物结晶。加合物中苯酚重量含量在30％左右，融熔后可以通过精馏、萃取、洗涤、结晶、降膜蒸发等方法，脱除大部分苯酚。但要脱除残留的微量苯酚困难较大，对设备和工艺需要有特殊的要求。

传统精制工艺存在如下的问题。(1)精馏法：采用精馏法脱除加合物融熔液中苯酚，双酚A物料在高温区，即在再沸器内停留时间过长，容易造成双酚A的分解和焦油等杂质产生，影响产品的纯度和色度，降低双酚A的收率。另外，该法很难将双酚A中的苯酚脱除干净，还需要用萃取和重结晶法补充提纯。(2)洗涤和重结晶法：此法用水作结晶介质，用有机溶剂洗涤晶体以获得高纯度的双酚A。该过程操作条件温和，但需要回收大量的溶剂，并产生大量的含酚废水，过程复杂，能量消耗大。(3)降膜蒸发法：该法使用刮膜蒸发器，在高真空度下脱除双酚A中微量的苯酚。由于存在着转速较高的刮膜转子，设备复杂，投资费用大，故障率高，实现高真空动密封困难较大。

针对双酚A精制这一关键环节，需要开发降膜蒸发气提新型设备和工艺，实现双酚A粗品的精制，完成了规模为10吨/年聚碳级双酚A的小型中试。

实用新型内容

本实用新型克服现有技术的缺点，提供了一种聚碳级双酚A新型精制设备，其采用的技术方案如下所述。

一种聚碳级双酚A精制设备，包括气液分布器、物料进口、惰性气体进口、热油出口、降膜管、夹管套、热油进口、气液流出管，其特征在于，在降膜管的中部设有丝网层。

其中，所述的丝网层的目数为500-1000目。

其中，所述的丝网层的丝径为0.1mm-0.3mm。

其中，所述的丝网层的层数为10-30层。

本实用新型研究了聚碳级双酚A生产中微量苯酚的脱除过程，开发了新型降膜蒸发气提设备与工艺，提出了工业放大的设计模型。小型中试的试验结果表明，新型降膜蒸发气提装置结构简单，液膜分布均匀，容易实现高真空操作，保证了产品的纯度和色度。惰性气体的引入，强化了传热、传质过程。降膜蒸发气提法与传统的方法相比较有明显优势，对聚碳级双酚A的生产有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型实施例中降膜管结构简图；

图2是本实用新型实施例中降膜脱酚小型中试流程简图；

图3是本实用新型实施例中温度对脱酚效果的影响示意图；

图4是本实用新型实施例中压力对脱酚效果的影响示意图；

图5是本实用新型实施例中降液密度对脱酚效果的影响示意图。

主要符号含义：

1、真空泵；2、氮气瓶；3、压力计A、B；4、降膜蒸发器；5、气液分离器；6、产品罐；7、苯酚罐；8、恒温水浴；9、热油炉；10、热油泵；11、气体流量计；12、原料罐；12、缓冲罐；100、气液分布器；200、物料进口；300、惰性气体进口；400、热油出口；500、丝网层；600、降膜管；700、夹管套；800、热油进口；900、气液流出管；

具体实施方式

下面给出本实用新型的较佳的实施例，这些实施例并非限制本实用新型的内容。

实施例

降膜蒸发气提设备是本实用新型研究开发的集蒸发和气提于一体的新型设备，关键设备结构和精制工艺流程见图1、图2。该装置为内降膜式结构，降膜管600内壁采用热挤压成型的特殊工艺，附上一定目数、一定丝径、一定层数的金属丝网层500。降膜管600上端装有切向物料进口200、惰性气体进口300和气液分布器100，下端与气液分离装置相连，夹管套700中加热介质控制降膜蒸发温度和蒸发量。粗双酚A物料与惰性气体从降膜蒸发气提设备的上部加入，通过适宜的气液分布器100，均匀进入降膜管600的内周边，液体在垂直管内以液膜形式流动，并沿途蒸发汽化。残余的液体和蒸气在气液分离罐中分离，未蒸发的残余液体即产品从分离罐底部放出，蒸气经冷凝器冷凝采出，不凝气进入真空系统排空。降膜管和垫网采用316L材质，降膜管长1.6m，内径32mm。气液分布器100也采用316L材质制造。降膜管外部为50mm不锈钢夹套。

配制料液的苯酚为燕山石油化工公司产的分析纯试剂；双酚A为日本三菱石化产的聚碳级产品；N2为普通市售钢瓶气。采用液相色谱分析产品中双酚A、苯酚和杂质；采用分光光度法测定色号。

降膜温度对脱酚效果的影响见图3。操作条件：操作压力(冷凝器气相出口压力，以下同)0.666kPa；物料的降液密度为500kg/(m.h)；粗双酚A中含苯酚3％(质量，以下简称为m)。同简单蒸馏一样，随着降膜温度的增高，苯酚的饱合蒸气压增大，物料残液中苯酚的含量减少，脱酚的效果较好。从图3可见，随着温度的升高，双酚A中的苯酚含量显著地降低，由180℃的0.442％(m)降到230℃下的0.0190％(m)。但是由于双酚A是热敏性物质，温度越高，越容易分解，而且双酚A的饱和蒸气压也随之增高，随着苯酚蒸气离开液相主体的双酚A的量也要增多，即采用过高的降膜温度会降低双酚A的收率。

降膜操作压力对脱酚效果的影响见图4。操作条件：降膜温度190℃；降液密度500kg/(m.h)；粗双酚A含苯酚3％(m)。从图4可以看出压力对脱酚效果的影响明显。在2.667kPa下，降膜蒸发后物料中的苯酚含量为0.987％(m)，在0.533kPa下则下降到0.168％(m)。压力越低，苯酚的相对挥发度也就越大，而且在同样的温度下，压力越低，传质的推动力越大，脱酚效果也就越好。因此，在条件许可的情况下应尽可能地采用高真空进行降膜脱酚。

图5为降膜操作的降液密度(单位周边的降液量)对脱酚效果的影响。操作条件：降膜温度224℃；操作压力0.666kPa；粗双酚A中含苯酚3％(m)。从图5中可以看出降液密度过小或过大脱酚效果都不好，较好的脱酚效果在500-1000kg/(m.h)之间。这是因为降液密度过小时，降膜管无法形成正常的液膜而导致沟流，造成传热管的一部分未被润湿，不仅使传热、传质效率降低，而且会增加污垢，使脱酚效果大大下降。降液密度过大时，液膜太厚，加大了苯酚蒸气从液膜主体逸出的阻力，而且停留时间过短，粗双酚A中的苯酚不能及时被蒸出。

为了考察氮气对脱酚效果的影响，我们从降膜管的入口处补加少量氮气，氮气的加入量以不降低系统的真空度为限。操作条件：降膜温度224℃；操作压力0.666kPa；降液密度500kg/(m.h)；粗双酚A中苯酚含量3％(m)。在本试验条件下，最大的氮气加入量为2.4g/kg双酚A。表1是补加氮气与不补加氮气时的几组对比试验数据。

可见补加氮气以后，脱酚效果明显加强，加快了液膜表面产生的苯酚蒸气向气相主体扩散的过程，提高了传质速率。受实验室本身条件的限制，降膜操作试验过程为间歇过程，试验中采用的降膜管不可能太长，而且受到苯酚气相平衡推动力等因素的限制，一次脱酚达到聚碳级比较困难。因此，采用两级脱酚，即将第一次脱酚的产品出料用作第二次脱酚的原料，进行二次脱酚。表2是在降膜温度224℃；压力0.666kPa；降液密度500kg/(m.h)和氮气加入量2.4g/kg双酚A的工艺条件下进行的一级和二级脱酚的试验数据。

表3为第三组试验的物料衡算表。

从表3物料衡算数据可以看出，苯酚的进出物料量误差较大。这是由于受凝液组成的限制，冷凝器冷凝温度较高，少量苯酚被氮气夹带出系统的缘故。(1)采用特殊的降膜结构，没有动设备，具有结构简单、制造成本低、压力损失小、停留时间短、操作稳定等优点，降膜管特殊的内壁结构使传质和传热面积增大，有利于液膜的均匀分布，使一般的降膜形式具有刮膜相同的效果。抑制了副反应发生，保证了产品的纯度和色度，避免了溶剂回收问题。在降膜过程中加入少量的氮气，作为气体的载体起到了一定的气提作用，强化了传质、传热过程。

降膜蒸发气提装置，在工业生产应用中应尽可能地缩短物料在无效区域的高温停留时间。试验结果表明，如果仅仅经过几秒钟降膜受热过程，物料的颜色不会有明显的变化，杂质总量也不会明显增高，不会影响聚碳级双酚A产品的质量。根据上述试验结果，降膜蒸发气提塔脱酚推荐的操作工艺条件为：降膜温度224℃；压力0.666kPa；降液密度500-1000kg/(m.h)；氮气加入量2.4g/kg双酚A。表4为小型中试装置在该工艺条件下得到的产品与日本三菱石化产品苯酚含量的分析数据比较。

降膜蒸发器的设计。由于蒸气在降液管内流动时的压力损失，蒸气主体的压力PV随降膜管的位置变化而变化。特别是液体沿降膜管向下流动而被浓缩，液体的物性值变化，泡点温度也会发生变化，液膜温度tV也随降膜管的位置变化而变化，所以传热面积必须用如下的积分求得：

A = {&Integral;}_{0}^{0} \frac{dQ}{(T - tv) U}

可用迪塞尔的基本公式进行数值计算，求出液膜的厚度、界膜的导热系数值及距降膜管上端一定距离的点的压力损失。降膜管最小允许液体负荷可进行计算。

本实用新型中采用并流降膜方式，随着物料在降膜管中的不断下降，粗双酚A中苯酚不断蒸发，气相主体中的苯酚蒸气压不断增大，液相主体的苯酚含量不断降低，平衡推动力不断减少。因此，从传质角度来看，对脱酚的效果不利，有必要对逆流降膜蒸发气提方式进行研究。

Claims

1.一种聚碳级双酚A精制设备，包括气液分布器、物料进口、惰性气体进口、热油出口、降膜管、夹管套、热油进口、气液流出管，其特征在于，在降膜管的中部设有丝网层。

2.如权利要求1所述的精制设备，其特征在于，所述的丝网层的目数为500-1000目。

3.如权利要求1所述的精制设备，其特征在于，所述的丝网层的丝径为0.1mm-0.3mm。

4.如权利要求1所述的精制设备，其特征在于，所述的丝网层的层数为10-30层。