CN212119595U - 一种制备高纯度有机碱的膜设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及制备物料设备领域，具体为一种制备高纯度有机碱的膜设备，所述膜设备包括纳滤装置和双极膜电渗析装置，所述纳滤装置和双极膜电渗析装置依次连接，所述双极膜电渗析装置为包括至少两个双极膜的两隔式双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置的两个相邻双极膜之间设有第一阴极膜，所述第一阴极膜与两个相邻的双极膜之间分别组成酸室和盐室，所述盐室中设有第二阴极膜，所述第一阴极膜与第二阴极膜之间为第一盐室，所述第二阴极膜与双极膜之间为第二盐室，所述第一盐室与第二盐室之间设有回流管，经纳滤装置初处理后的有机铵盐溶液由第一盐室进入双极膜设备，第一盐室的出水经回流管回流至第二盐室，经第二盐室处理后得到最终出水。

Description

一种制备高纯度有机碱的膜设备

技术领域

本申请涉及制备物料设备领域，具体为一种制备高纯度有机碱的膜设备。

背景技术

有机碱定义很广，主要是指分子中含有氨基的有机化合物，在工业生产上常作为催化剂、表面活性剂而得到广泛的使用。有机碱的生产过程中，均会出现离子的转变，其制备方法包括氧化银法、离子交换树脂法和离子膜电解法。

其中氧化银法生产有机碱是国内的主要生产方法，由于氧化银的成本及产物中含有微量的银离子，其在成本及产品质量上受到双重考验，即使将氧化银替代为氧化汞，亦很难满足市场的需求。而离子交换树脂法利用强碱性阴离子交换树脂，通过实现目标离子的置换来制备有机碱，其预处理困难，且该方法产品中常含有卤素离子，进而合成效率不高，产品难以满足需求；且离子交换树脂的再生过程需要大量的氢氧化钠，加上大量的废液，其处理成本较高。离子膜电解法制备有机碱起源于上世纪60年代，其在传统的电解法基础上在电极板中间加上选择透过性膜，通过离子的选择透过性实现有机碱的制备，该方法虽然产品质量高，操作简单，但是由于电解，在电解板上不避免的产生气体，其能耗较高，改善空间较大。

由此可知，电膜反应器不易引入杂质离子，相较于传统有机碱生产工艺优势明显，尤其是双极膜电渗析系统，其是一种以离子选择性透过膜和双极膜为基础的新型分离和生产工艺，被广泛应用于医药、化工、环境保护等领域。双极膜是由阳离子交换层、水解离界面层与阴离子交换层复合组成的具有三层结构的特殊的离子交换膜，它能在电场的作用下，在水解离界面层上解离水得到质子和氢氧根离子，并且向相应的酸室和碱室移动，而酸室和碱室的离子会被质子或者氢氧根离子取代，而达到产酸和产碱的目；双极膜电渗析在制备有机碱过程中不引入其他成分，且无无污染物质生成，但由于强酸弱碱性有机铵盐在盐室中产生的弱碱解离性弱，电导低，导致达到高纯度时停留时间过长，能耗高。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有技术中强酸弱碱性有机铵盐在盐室中产生的弱碱解离性弱、电导低，从而导致达到高纯度时停留时间过长，能耗高的不足，而提供一种制备高纯度有机碱的膜设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种制备高纯度有机碱的膜设备，所述膜设备包括纳滤装置和双极膜电渗析装置，所述纳滤装置和双极膜电渗析装置依次连接，

所述双极膜电渗析装置为包括至少两个双极膜的两隔式双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置的两个相邻双极膜之间设有第一阴极膜，所述第一阴极膜与两个相邻的双极膜之间分别组成酸室和盐室，

所述盐室中设有第二阴极膜，所述第一阴极膜与第二阴极膜之间为第一盐室，所述第二阴极膜与双极膜之间为第二盐室，所述第一盐室与第二盐室之间设有回流管，

经纳滤装置初处理后的有机铵盐溶液由第一盐室进入双极膜设备，第一盐室的出水经回流管回流至第二盐室，经第二盐室处理后得到最终出水。

作为优选，该膜设备的初始进料的有机铵盐溶液为强酸弱碱有机铵盐溶液，经纳滤装置处理后的有机铵盐溶液的有机铵盐的质量分数为5%~30%。

作为优选，所述纳滤装置的膜组件为高分子中空纤维膜，其膜材料选自聚酰胺、磺化聚醚砜和磺化聚砜中的任意一种。

作为优选，所述双极膜电渗析装置的膜组件为板式模组器，其膜材料选自PVC、PEEK、PET、PES和PVDF中的至少一种。

作为优选，进入所述双极膜电渗析装置的溶液的COD含量小于50mg/L、悬浮物固体含量小于10mg/L、钙离子含量小于1mg/L、镁离子含量小于1mg/L、铁离子含量小于1mg/L。

有机铵盐溶液成分复杂，可能含有钙、镁等杂质离子以及较多的有机物，首先将其送入纳滤装置进行预处理，降低甚至消除其对后续系统稳定运行的影响；经纳滤装置处理后的浓水进入污水处理系统，经纳滤装置进行预处理后的产水进入双极膜电渗析装置，双极膜电渗析装置采用部分循环回流部分出水的方式，得到高纯度的有机碱，使最终产水转化率在90%以上。

本实用新型的有益效果是：

（1）将采用纳滤装置进行预处理后的有机铵盐溶液进行双极膜电渗析技术，保证膜的运行稳定及寿命，并采用两隔室双极膜，其电流效率、转化率及能耗均优于三隔室双极膜，其原因在于在操作相同的条件下，三隔室双极膜系统中相对于两隔室双极膜系统多出一张阳膜，即多存在一个碱室，由于起始在碱室中加入纯水，造成膜整体电阻较高，整个膜堆的热效应高，因产热消耗过多的电能；

（2）传统的两隔室双极膜存在着在盐室的电渗析过程中，当有机铵盐解离性较差时，酸根容易与氢氧根在向着阴膜方向迁移时产生竞争，导致电流效率下降的现象，本申请为了在相同的停留时间下提高电流效率，选用在传统的双极膜电渗析装置的盐室中安插一个阴膜，形成第一盐室和第二盐室，第一盐室的产水经过循环回流至第二盐室，经第二盐室处理后成为最终出水，该方式在相同的停留时间下有效的将电流进行利用，由于回流及双盐室的存在，相同电流作用下可转化更多的有机碱，相当于变相的提高停留时间，使电流效率得到提升；

（3）该设备制备的有机碱相较于传统的化学方法有着更好的收率，并保证了有机碱的纯度，相较于传统的膜法制备有机碱能耗更低，具有广泛的应用前景，提升了企业的市场竞争力。

附图说明

图1为本申请双极膜电渗析装置的结构示意图。

图中： 21-双极膜；22-第一阴极膜；23-酸室；24-盐室；25-第二阴极膜；26-回流管；2a-第一盐室；2b-第二盐室。

具体实施方式

下面通过实施例，结合附图，对本实用新型的技术方案进一步阐述说明。

一种制备高纯度有机碱的膜设备，所述膜设备包括纳滤装置和双极膜电渗析装置，所述纳滤装置和双极膜电渗析装置依次连接，如附图1所示，所述双极膜电渗析装置为包括至少两个双极膜21的两隔式双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置的两个相邻双极膜21之间设有第一阴极膜22，所述第一阴极膜22与两个相邻的双极膜21之间分别组成酸室23和盐室24，所述盐室24中设有第二阴极膜25，所述第一阴极膜22与第二阴极膜25之间为第一盐室2a，所述第二阴极膜25与双极膜21之间为第二盐室2b，所述第一盐室2a与第二盐室2b之间设有回流管26，经纳滤装置初处理后的有机铵盐溶液由第一盐室2a进入双极膜电渗析装置，第一盐室2a的出水经回流管26回流至第二盐室2b，经第二盐室2b处理后得到最终出水。

对进入本申请膜设备的有机铵盐溶液进行预处理，本实施例的预处理采用纳滤装置1将进料去除悬浮物质、化学需氧量及硬度等，保证使用双极膜方法的正常运行，进行预处理后的有机铵盐溶液的进水的SS<10mg/L、COD<50mg/L、钙、镁<1mg/L、铁<1mg/L；纳滤装置的浓水进入厂区污水处理系统，产水的有机铵盐溶液中的有机铵盐的质量分数为5~30%。

如附图1所示，将经纳滤装置处理后的产水进入两隔室双极膜电渗析装置，经双极膜电渗析装置处理后可得到两股溶液，高纯度有机碱及酸，有机碱极为最终产品，酸可作为副产品处理，或者在厂区生产过程中用作他用。

在双极膜电渗析装置中，由于第二阴极膜2b及回流管26的存在，采用部分循环回流部分出水的方式，相同操作条件下，将一股料液的停留时间变相延长，调高了反应的电流效率，有机碱转化率在90%以上，且纯度有所保障。

以上所述的实施例只是本实用新型的较佳方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (3)

1.一种制备高纯度有机碱的膜设备，所述膜设备包括纳滤装置和双极膜电渗析装置，所述纳滤装置和双极膜电渗析装置依次连接，其特征在于，

所述双极膜电渗析装置为包括至少两个双极膜（21）的两隔式双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置的两个相邻双极膜（21）之间设有第一阴极膜（22），所述第一阴极膜（22）与两个相邻的双极膜（21）之间分别组成酸室（23）和盐室（24），

所述盐室（24）中设有第二阴极膜（25），所述第一阴极膜（22）与第二阴极膜（25）之间为第一盐室（2a），所述第二阴极膜（25）与双极膜（21）之间为第二盐室（2b），所述第一盐室（2a）与第二盐室（2b）之间设有回流管（26）。

2.根据权利要求1所述的制备高纯度有机碱的膜设备，其特征在于，所述纳滤装置的膜组件为高分子中空纤维膜。

3.根据权利要求1所述的制备高纯度有机碱的膜设备，其特征在于，所述双极膜电渗析装置的膜组件为板式模组器。

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