CN216711974U - 适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，属于对位芳纶树脂生产领域。包括聚合混合物暂存罐、过滤装置Ⅰ、中和罐、过滤装置Ⅱ、洗涤机及干燥箱等，对利用现有常规技术生产初始PPTA聚合物进行低倍稀释、研磨、一级过滤、中和打浆、二级过滤、洗涤及干燥，提高聚对苯二甲酰对苯二胺质量，同时，实现溶剂回收，且降低溶剂回收能耗，减少污水中无机盐的排放等，为聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺提供先决条件。

Description

适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统

技术领域

本实用新型涉及适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，尤其涉及一种有效分离树脂中有机溶剂、助溶盐物质，以获得高质量聚对苯二甲酰对苯二胺的后处理系统，属于对位芳纶树脂生产领域。

背景技术

对位芳纶，即聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA），又称芳纶1414、芳纶Ⅱ，由于其具有高强度、高模量、高耐热性、高绝缘性、耐化学腐蚀性、高压缩性等特性，广泛用于民用、军事防护领域，如：光缆、轮胎帘子线、高强度索具、高压容器外壳、汽车摩擦片、增强复合材料、防弹材料、装甲板及雷达装置外罩等，是国防建设不可或缺的高性能材料。

高品质的聚对苯二甲酰对苯二胺树脂有利于后续纺丝制备出高性能对位芳纶纤维，其中，在对位芳纶的生产过程中，通常是将对苯二甲酰氯（TPC）与对苯二胺（PPDA）在“NMP-CaCl₂”溶剂体系中进行低温缩聚反应，得到松软呈面包屑状的初始聚合产物。初始聚合产物中包括聚合物PPTA，以及副产物HCl、溶剂NMP、助溶盐CaCl₂以及少量单体和低聚物。在PPTA的后处理洗涤工序阶段，副产物HCl的存在，使浆液呈酸性而容易造成粉体降解；NMP、CaCl₂等杂质的残留，会导致树脂特性粘度下降，灰分偏高，若进入后续的纺丝工序，则会影响纺丝浆液的液晶性质与纤维成形，进而影响PPTA纤维力学性能。

目前，在PPTA的后处理洗涤工序阶段，工业上常采用水作为洗涤介质，利用真空带式滤机逆流洗涤方式分离纯化PPTA，由于PPTA树脂内部具有大量孔洞的蜂窝结构，在短时间内仅仅依靠真空设备提供的负压和重力作用，很难使树脂内部的有机溶剂NMP和助溶盐CaCl₂、HCl以及其它杂质全部析出；而且，涉及的带式滤机洗涤级数较多，设备占地面积大，消耗大量水，生产成本较高，一般为敞开式，使部分有机溶剂容易挥发，降低回收率，对环境污染，不符合环保要求。

现有技术CN111534891A公开“一种芳纶1414生产中的聚合溶剂体系回收工艺”，以及CN212222844U中公开了与之相配合的“一种用于芳纶1414生产中的聚合溶剂体系回收系统”。CN106478940A中公开“制备间位芳纶树脂的连续微反应装置、方法及产品”，其中，具体公开“后处理阶段：聚合物从多级微螺杆装置中流入后处理系统中经中和、过滤和脱泡工序进入成品釜中”；CN110605079A中公开“超声波雾化微混合器、微通道反应器、预聚系统、对位芳纶树脂连续聚合反应系统及方法”，其中，具体公开了“还包括后处理阶段，从缩聚系统(11)中流出的聚合物进入后处理系统中经萃取、洗涤和干燥形成成品。”。

发明内容

本实用新型旨在解决现有技术的不足，而提出了适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统。在本技术方案中，通过聚合混合物暂存罐、过滤装置Ⅰ、中和罐、过滤装置Ⅱ、洗涤机及干燥箱等设置，对利用现有常规技术生产初始PPTA聚合物进行低倍稀释、研磨、一级过滤、中和打浆、二级过滤、洗涤及干燥，提高聚对苯二甲酰对苯二胺质量，同时，实现溶剂回收，且降低溶剂回收能耗，减少污水中无机盐的排放等，为聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺提供先决条件。

为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，包括聚合混合物暂存罐、过滤装置Ⅰ、中和罐、过滤装置Ⅱ、洗涤机及干燥箱，聚合混合物暂存罐设置在过滤装置Ⅰ的工位后侧，过滤装置Ⅰ上聚合物固相出口与中和罐进料口连接，中和罐上出料口与过滤装置Ⅱ上进料口连接，过滤装置Ⅱ上聚合物固相出口设置在洗涤机工位后侧，干燥箱设置在洗涤机工位前侧，干燥箱工位另一侧设置有聚对苯二甲酰对苯二胺储存罐；

所述聚合混合物暂存罐与过滤装置Ⅰ之间设置有研磨机，研磨机连接有稀释剂输送管；

所述中和罐连接有碱液管和除盐水管，洗涤机通过回流管与中和罐连接，在中和罐首次使用时，向其中注入除盐水，除盐水对中和罐中的聚合物固相进行溶解、稀释，便于后续加入高浓度碱液调pH，以及进行搅拌打浆；待本后处理系统正常运行时，将洗涤机排出的洗涤液回流于中和罐，用于稀释打浆，替换除盐水，有效节约水源，降低能耗。

优选的，所述过滤装置Ⅰ、过滤装置Ⅱ均为真空过滤装置。

优选的，所述过滤装置Ⅰ上的滤液出口、过滤装置Ⅱ上的滤液出口均与溶剂回收系统连接。实现NMP- CaCl₂溶剂的回收，节约资源，实现循环经济和环保经济。

优选的，所述中和罐内设置有搅拌机构。

优选的，所述中和罐上设置有pH检测仪和温度检测仪。

优选的，所述中和罐包括至少两级中和罐，可根据实际需求先以高浓度碱液中和，再以低浓度碱液中和，实现后处理工艺的有序性、可控性和稳定性。

优选的，所述洗涤机为带式滤机。

基于本后处理系统，将包括质量分数为8-12%的PPTA聚合物、质量分数为78-88%的NMP、质量分数为4-11%的CaCl₂及质量分数为2-4%的HCl的聚合混合物进行后处理后，可得到特性粘度5.0-7.0、NMP含量小于300ppm、氯离子含量小于200ppm、灰分含量低于50ppm的树脂。

本技术方案中涉及“工位后侧”、“工位前侧”、“另一侧”、“内”、“上”及“之间”等位置关系，是根据实际使用状态下的情况而定义的，为本技术领域内的常规用语，也是本领域术人员在实际使用过程中的常规用语。

在本技术方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是便捷式连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，除非为本实用新型中特别限定或定义。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

一、在本实用新型中，通过聚合混合物暂存罐、过滤装置Ⅰ、中和罐、过滤装置Ⅱ、洗涤机及干燥箱等设置，对利用现有常规技术生产初始PPTA聚合物进行低倍稀释、研磨、一级过滤、中和打浆、二级过滤、洗涤及干燥，提高聚对苯二甲酰对苯二胺质量，同时，实现溶剂回收，且降低溶剂回收能耗，减少污水中无机盐的排放等，为聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺提供先决条件；

二、基于本实用新型的后处理工艺简单，比如：先采用低倍量稀释剂稀释、研磨及过滤，滤液带走大量盐酸和氯化钙以及高浓度NMP滤液，后将聚合物固相洗涤、干燥，即得聚对苯二甲酰对苯二胺；其中，涉及的滤液，可利用中和剂，除去盐酸，得到NMP-CaCl2水溶液，过滤后可直接进入精制纯化阶段，回收溶剂，且降低溶剂回收能耗，减少污水中无机盐的排放；

三、在本实用新型中，采用通过中和罐的设置，实现中和、打浆、搅拌等，加速树脂中NMP等杂质析出，同时利用浆液弱酸性促进聚合物微孔中钙离子析出，有效提升后续的洗涤效率，降低聚合物中NMP、无机盐等残留，降低灰分。此外，中和罐包括至少两级中和罐，即采用分级中和方式，缓解树脂的降解程度，使其保留较高的初始特性粘度，聚合物性能好；

四、在本实用新型中，通过过滤装置Ⅰ、中和罐、过滤装置Ⅱ、洗涤机等设置，对PPTA聚合物进行有效洗涤和分离纯化，减缓聚合物在洗涤阶段的结构降解，较大程度地除去溶剂NMP、助溶盐CaCl₂与副产物杂质，得到特性粘度5.0-7.0、NMP含量小于300ppm、氯离子含量小于200ppm、灰分含量低于50ppm的高品质聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物，为后续纺丝工序生产出高性能对位芳纶纤维提供基础保证。

附图说明

图1为本实用新型中各设备逻辑连接示意图；

图中，1、聚合混合物暂存罐，2、过滤装置Ⅰ，3、中和罐，4、过滤装置Ⅱ，5、洗涤机，6、干燥箱，7、研磨机，8、聚对苯二甲酰对苯二胺储存罐，9、稀释剂输送管，10、碱液管，11、除盐水管，12、回流管，13、搅拌机构，14、pH检测仪，15、温度检测仪，16、溶剂回收系统。

具体实施方式

下面通过对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示：适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，包括聚合混合物暂存罐1、过滤装置Ⅰ2、中和罐3、过滤装置Ⅱ4、洗涤机5及干燥箱6，聚合混合物暂存罐1设置在过滤装置Ⅰ2的工位后侧，过滤装置Ⅰ2上聚合物固相出口与中和罐3进料口连接，中和罐3上出料口与过滤装置Ⅱ4上进料口连接，过滤装置Ⅱ4上聚合物固相出口设置在洗涤机5工位后侧，干燥箱6设置在洗涤机5工位前侧，干燥箱6工位另一侧设置有聚对苯二甲酰对苯二胺储存罐8；聚合混合物暂存罐1与过滤装置Ⅰ2之间设置有研磨机7，研磨机7连接有稀释剂输送管9；中和罐3连接有碱液管10和除盐水管11，洗涤机5通过回流管12与中和罐3连接，在中和罐3首次使用时，向其中注入除盐水，除盐水对中和罐3中的聚合物固相进行溶解、稀释，便于后续加入高浓度碱液调pH，以及进行搅拌打浆；待本后处理系统正常运行时，将洗涤机5排出的洗涤液回流于中和罐3，用于稀释打浆，替换除盐水，有效节约水源，降低能耗。

其中，提出相适应的聚对苯二甲酰对苯二胺生产中的后处理工艺，包括如下步骤：

S1：向特性粘度为5.5-7.5的聚合混合物中加入1-5倍的稀释剂，研磨细化，进行第一次固液分离，得到一级滤液和一级聚合物固相；

S2：将所得的一级聚合物固相置于中和罐3中，加入碱液，调pH、搅拌打浆，得浆液；

S3：将所得的浆液进行第二次固液分离，得到二级滤液和二级聚合物固相；

S4：采用洗涤机5，将所得的二级聚合物固相进行逆流洗涤，干燥后，即得特性粘度5.0-7.0、NMP含量小于300ppm、氯离子含量小于200ppm及灰分含量低于50ppm的聚对苯二甲酰对苯二胺。

实施例2

基于实施例1，本实施例就过滤装置Ⅰ2、过滤装置Ⅱ4，更进一步的，

其中，涉及的过滤装置Ⅰ2、过滤装置Ⅱ4均为真空过滤装置。过滤装置Ⅰ2上的滤液出口、过滤装置Ⅱ4上的滤液出口均与溶剂回收系统16连接。实现NMP- CaCl2溶剂的回收，节约资源，实现循环经济和环保经济。

实施例3

基于实施例1-2，本实施例就中和罐3，更进一步的，

中和罐3内设置有搅拌机构13，中和罐3上设置有pH检测仪14和温度检测仪15。

此外，中和罐3包括至少两级中和罐3，可根据实际需求先以高浓度碱液中和，再以低浓度碱液中和，实现后处理工艺的有序性、可控性和稳定性。

实施例4

基于实施例1-3，本实施例就洗涤机5，更进一步的，

涉及的洗涤机5为带式滤机。

实施例5

基于实施例1-4，本实施例以对100kg的聚合混合物进行后处理为例，以对本技术方案作进一步的说明。

采用现有技术将对苯二甲酰氯（TPC）与对苯二胺（PPDA）在溶剂体系NMP-CaCl₂中进行低温缩聚反应后，产生100kg聚合混合物。

1、聚合混合物包括质量分数为9%的PPTA聚合物、质量分数为81%的NMP、质量分数为5.8%的CaCl₂及质量分数为4.2%的HCl；向聚合混合物加入400kg的稀释剂（其中，NMP质量为320kg，H₂O质量80kg），搅拌打浆后，过滤得到一级滤液（其中，包括NMP质量370kg，CaCl₂质量4.8kg，HCl质量2.7kg，H₂O质量65kg）和一级聚合物固相（其中，包括PPTA质量9kg，NMP质量31kg，CaCl₂质量1.0 kg，HCl质量1.5kg，H₂O质量15kg）；

2、将一级滤液输送至中转储罐后，加入2.21kg氧化钙粉末，搅拌均匀后测定pH中性，此时，该溶液组分包括370kg NMP、9.0 kg氯化钙及65.7 kg水；向该溶液中加入7 kg无水氯化钙，并搅拌均匀至完全溶解后，进精馏塔精馏（采用常规控制工艺），去除水分，获得NMP-氯化钙的溶剂体系，可作为聚合反应溶剂体系再次利用。

3、一级聚合物固相经后续中的带式滤机回流的200kg洗涤液稀释后，输送至第一级中和罐打浆，打浆温度30℃，加入10.9kg的15%NaOH溶液，搅拌打浆中和盐酸（生成2.4kgNaCl），再输送浆液至第二级中和罐，打浆温度30℃，加入1-10kg的5% NaOH溶液，根据pH计调控至5-7范围，经常规技术真空过滤，得到二级聚合物固相和二级滤液，其中，二级滤液包括NMP质量31kg，CaCl₂质量1.0 kg，NaCl质量2.4kg，采用常规工艺萃取后，NMP进入萃取剂中，后经脱溶、脱水及精制处理，获得纯NMP溶剂，氯化钙及氯化钠进入萃余相汽提后，最终以污水排放；

4、将二级聚合物固相采用带式滤机洗涤，采用常规工艺技术，控制洗涤水量200kg，水温50℃，逆流洗涤级数6级，抽滤后，将所得聚合物经干燥箱干燥，得到PPTA树脂。其中，PPTA树脂特性粘度6.7，NMP含量267ppm、氯离子含量186ppm及灰分含量43 ppm。

按本后处理工艺，聚合物混合物中氯化钙（5.8kg）的82.7%（4.8kg）被回用，即污水中氯化钙的排放量减少82.7%；聚合物混合物中氯化氢（4.2kg）的64.3%（2.7kg）被回用，即污水中氯化氢的排放量减少64.3%；聚合物混合物中NMP（81kg）的61.7%（50kg）直接进入精馏工段，不需经过萃取、汽提、精制等工序（产生COD的工序），因此，可有效实现污水中COD的排放量降低61.7%，并实现节能（而萃取、汽提、精制等工序中产生有能耗）。

Claims (7)

1.适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，包括聚合混合物暂存罐（1）、过滤装置Ⅰ（2）、中和罐（3）、过滤装置Ⅱ（4）、洗涤机（5）及干燥箱（6），聚合混合物暂存罐（1）设置在过滤装置Ⅰ（2）的工位后侧，过滤装置Ⅰ（2）上聚合物固相出口与中和罐（3）进料口连接，中和罐（3）上出料口与过滤装置Ⅱ（4）上进料口连接，过滤装置Ⅱ（4）上聚合物固相出口设置在洗涤机（5）工位后侧，干燥箱（6）设置在洗涤机（5）工位前侧，干燥箱（6）工位另一侧设置有聚对苯二甲酰对苯二胺储存罐（8）；

所述聚合混合物暂存罐（1）与过滤装置Ⅰ（2）之间设置有研磨机（7），研磨机（7）连接有稀释剂输送管（9）；

所述中和罐（3）连接有碱液管（10）和除盐水管（11），洗涤机（5）通过回流管（12）与中和罐（3）连接。

2.根据权利要求1所述的适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，所述过滤装置Ⅰ（2）、过滤装置Ⅱ（4）均为真空过滤装置。

3.根据权利要求1或2所述的适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，所述过滤装置Ⅰ（2）上的滤液出口、过滤装置Ⅱ（4）上的滤液出口均与溶剂回收系统（16）连接。

4.根据权利要求1所述的适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，所述中和罐（3）内设置有搅拌机构（13）。

5.根据权利要求1或4所述的适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，所述中和罐（3）上设置有pH检测仪（14）和温度检测仪（15）。

6.根据权利要求1所述的适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，所述中和罐（3）包括至少两级中和罐（3）。

7.根据权利要求1所述的适用于聚对苯二甲酰对苯二胺生产工艺的后处理系统，其特征在于，所述洗涤机（5）为带式滤机。

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