CN221014549U - 一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,属于化学工程分离技术领域,包括热泵精馏塔、常规精馏塔、第一过滤机、第二储罐、第二冷凝器、结晶机、第二过滤机和蒸发器,热泵精馏塔上端的第一蒸汽出管上设有蒸汽热泵,第一蒸汽出管还通过第二加热器和第一回流管与热泵精馏塔相连;第二加热器与热泵精馏塔相连;常规精馏塔上端的第二蒸汽出管上设有第一冷凝器和第一储罐,第一储罐与水出管和水回流管,回流管与常规精馏塔相连,常规精馏塔侧壁还设有第一酰胺出管;蒸发器上下两端分别设有第二酰胺出管和焦油出管。本实用新型技术更先进,流程更简化,所需设备更少,溶剂回收装置的建设成本也明显降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及从芳纶纤维凝固液中回收聚合物溶剂和助溶剂的分离工艺技术,属于化学工程分离技术领域,具体涉及一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统。
背景技术
芳纶是一种性能优异的特种纤维,其以区别于常规纤维的高强度、耐高温、耐腐蚀、阻燃、尺寸稳定等特性广受欢迎。芳纶可分为间位芳纶和对位芳纶两种,间位芳纶指芳纶1313,对位芳纶主要包括芳纶1414、芳纶Ⅲ,Technora纤维。芳纶均由有机化合物单体在溶剂体系中发生缩合聚合反应生成聚合物,再通过纺丝工艺加工成纤维。溶剂体系包括溶剂和助溶剂两种物质。制造芳纶的生产过程中,溶剂和助溶剂消耗量很大,必须要回收利用,否则生产成本很高,制备的芳纶纤维不具有市场应用前途。
生产芳纶的溶剂包括N~甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N~二甲基乙酰胺(DMAC)等,助溶剂包括氯化锂、氯化钙等物质。助溶剂溶解在溶剂中得到芳纶聚合物的溶剂体系,即酰胺/氯化物溶液。单体通过聚合反应生成芳纶聚合物溶解在酰胺/氯化物溶剂体系中,再通过纺丝技术将芳纶聚合物制备成芳纶纤维。在制造加工过程中,酰胺/氯化物溶剂体系溶解在水中形成酰胺/氯化物/水的混合溶液,再通过溶剂回收技术将酰胺和氯化物从水中进行分离回收,然后重复循环利用。
工业上通常采用萃取技术用氯仿萃取酰胺/氯化物/水溶液分相后得到萃取相溶液和萃余相溶液。萃取相溶液是含大量氯仿、酰胺,以及极少量水和氯化物的混合溶液。萃余相溶液是含大量水、少量氯化物,以及极少量氯仿、酰胺的混合溶液。对于萃取相溶液,通常采用精馏技术进行分离得到酰胺溶剂。对于萃余相溶液中氯化物的回收,既可以通过塔顶和侧线采出的精馏技术进行实现,也可以通过汽提、蒸发技术进行实现。但这两种方法都有一个共同的缺点,即能耗较大,尤其是第一种方法,操作费用高,不利于降低生产成本。
以上技术方法有两个方面缺陷:①氯仿产生的环境污染问题,随着社会进步,国家对环保越来越重视,要求排放废气中氯仿含量小于20ppm,排放废水中氯仿含量小于1ppm,处理氯仿的环境污染课题需要相当的成本投入;②流程复杂导致酰胺和氯化物的回收成本过高,上述工艺路线相对较长,固定资产投资和运行费用均较高,不利于降低纤维生产成本,限制纤维的应用推广。
实用新型内容
为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,对酰胺/氯化物/水的混合溶液进行处理,将酰胺和氯化物从水中进行分离回收,然后重复循环利用。本实用新型既能降低杂环芳纶的生产成本,也能避免环境污染,可实现用经济的投资成本最大限度地回收酰胺溶剂和氯化锂助溶剂。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,包括依次相连的热泵精馏塔、常规精馏塔、第一过滤机、第二储罐、第二冷凝器、结晶机、第二过滤机和蒸发器,所述热泵精馏塔上端的第一蒸汽出管上设置有蒸汽热泵,所述第一蒸汽出管还通过第二加热器和第一回流管与热泵精馏塔相连;所述第二加热器与热泵精馏塔的塔釜相连;所述常规精馏塔上端的第二蒸汽出管上设置有第一冷凝器和第一储罐,所述第一储罐与水出管和水回流管,所述回流管与常规精馏塔相连,所述常规精馏塔侧壁还设置有第一酰胺出管;所述蒸发器上下两端分别设置有第二酰胺出管和焦油出管。
优选的,所述第二储罐与第二冷凝器之间设置有第四离心泵。
优选的,所述常规精馏塔与第一过滤机之间设置有第三离心泵。
优选的,所述热泵精馏塔与常规精馏塔之间设置有第二离心泵。
优选的,所述第一回流管上设置有第一离心泵。
优选的,所述第一回流管通过支流管与第一加热器相连,所述第一加热器设置在酰胺盐水进管上,所述酰胺盐水进管与热泵精馏塔相连。
优选的,所述第二过滤机下端还设置有氯化物出管。
本技术方案的有益效果如下:
一、本实用新型提供的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,显著降低芳纶酰胺溶剂的回收成本:采用萃取法回收芳纶酰胺溶剂是目前主流的生产技术,该技术的工艺流程长,生产设备多,蒸汽消耗量大。萃取法回收芳纶酰胺溶剂的蒸汽单耗达到8.5t/m3。本实用新型的工艺及系统通过热泵精馏技术大幅度降低蒸汽用量,同时通过常规精馏塔和蒸发器充分回收酰胺溶剂,可将芳纶酰胺溶剂的蒸汽单耗降低到2.6t/m3。降低蒸汽用量后也带来另外一个利好,即同时降低塔顶冷凝器的负荷,减少了循环水用量。
二、本实用新型提供的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,有效回收芳纶聚合物助溶剂氯化物:采用萃取法回收芳纶酰胺溶剂所用的萃取剂是氯仿,该方法得到的氯化物水溶液含有的杂质较多,包括氯仿、酰胺溶剂、以及各种氯化盐等。这些杂质可溶解在水中,难以完全去除,需要很复杂的工艺和设备才能将杂质从氯化物中分离出去,得到可以回收使用的氯化物助溶剂。在本实用新型方法中,得到的是氯化物酰胺溶液,其中的氯化盐杂质在酰胺溶剂中溶解度很小,可忽略不计,可通过热过滤方法进行去除。热过滤后得到几乎纯净的氯化物酰胺溶液,然后通过冷却、结晶、过滤得到氯化物固体,得到的氯化物可以直接循环使用。
三、本实用新型提供的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,消除氯仿造成的环境污染:采用萃取法回收芳纶酰胺溶剂所用的萃取剂是氯仿;环保标准对氯仿在环境中排放有明确规定,要求废气排放浓度小于20ppm,废水排放浓度小于1ppm。采用萃取法回收芳纶酰胺溶剂就必须建设额外的环保设施处理废气和废水中的氯仿排放,以使其满足排放标准。在本实用新型方法中,摒弃了萃取法,没有氯仿存在,从工艺上彻底消除了氯仿造成的环境污染问题。
四、本实用新型提供的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,简化溶剂回收工艺流程,降低装置建设成本:萃取法回收芳纶酰胺溶剂的工艺流程长,包括萃取、脱氯仿、精馏、汽提、蒸发、结晶、过滤、氯化锂精制、废气处理、废水处理等过程,生产设备多,建设成本也高。本实用新型方法从根本上改进了芳纶酰胺溶剂的回收工艺,技术更先进,流程更简化,所需设备更少,溶剂回收装置的建设成本也明显降低。
附图说明
图1为本实用新型中使用的工艺流程示意图;
其中:100、热泵精馏塔;101、第一加热器;102、第二加热器;103、第一离心泵;104、蒸汽热泵;105、第二离心泵;106、第一蒸汽出管;107、第一回流管;108、支流管;109、酰胺盐水进管;200、常规精馏塔;201、第三加热器;202、第一冷凝器;203、第三离心泵;204、第四离心泵;205、第一储罐;206、第二冷凝器;207、第二蒸汽出管;208、水出管;209、水回流管;210、第一酰胺出管;300、蒸发器;301、第二酰胺出管;302、焦油出管;400、第二储罐;500、第一过滤机;600、结晶机;700、第二过滤机;701、氯化物出管。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明,但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示,一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,包括依次相连的热泵精馏塔100、常规精馏塔200、第一过滤机500、第二储罐400、第二冷凝器206、结晶机600、第二过滤机700和蒸发器300,所述热泵精馏塔100上端的第一蒸汽出管106上设置有蒸汽热泵104,所述第一蒸汽出管106还通过第二加热器102和第一回流管107与热泵精馏塔100相连;所述第二加热器102与热泵精馏塔100的塔釜相连;所述常规精馏塔200上端的第二蒸汽出管207上设置有第一冷凝器202和第一储罐205,所述第一储罐205与水出管208和水回流管209,所述回流管与常规精馏塔200相连,所述常规精馏塔200侧壁还设置有第一酰胺出管210;所述蒸发器300上下两端分别设置有第二酰胺出管301和焦油出管302。
实施例2
本实施例与实施例1的区别点在于:其中,所述第二储罐400与第二冷凝器206之间设置有第四离心泵204。
其中,所述常规精馏塔200与第一过滤机500之间设置有第三离心泵203。
其中,所述热泵精馏塔100与常规精馏塔200之间设置有第二离心泵105。
其中,所述第一回流管107上设置有第一离心泵103。
其中,所述第一回流管107通过支流管108与第一加热器101相连,所述第一加热器101设置在酰胺盐水进管109上,所述酰胺盐水进管109与热泵精馏塔100相连。
其中,所述第二过滤机700下端还设置有氯化物出管701。
实施例3
本实施例采用实施例2所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,使用时采用如下步骤:
步骤A.将N-甲基吡咯烷酮(NMP)/氯化锂/水的混合溶液从进料口送入热泵精馏塔100进行热泵精馏分离,热泵精馏温度为70℃,理论级数42,操作压力15kPa,操作回流比2,水蒸汽从塔顶排出,通过蒸汽热泵104加压到0.5MPa后进入第二加热器102加热釜液,加热后的水蒸汽分成两股物流,一股作为热泵精馏塔100回流液,一股作为热泵精馏塔100进料物流加热介质,NMP/氯化锂及少量水从塔底采出;
步骤B.对热泵精馏塔100底采出的NMP/氯化钙/水溶液进入常规精馏塔200进行钢轨精馏分离,常规精馏温度为83℃,理论级数26,操作压力10kPa,操作回流比1。常规精馏塔200顶采出水,塔侧线采出NMP溶剂(要求DMAC含量大于99.5%),塔底采出NMP/氯化锂溶液;
步骤C.将常规精馏塔200底采出的NMP/氯化锂溶液送入第一过滤机500进行热过滤,过滤温度60℃,第一过滤机500的滤芯孔径1μm,分离出不溶物和滤液;
步骤D.将步骤C中过滤后的滤液冷却到0℃,使氯化锂在NMP溶剂中结晶成固体,结晶机600的操作温度为0℃,用滤网孔径1μm的第二过滤机700进行过滤,得到回收氯化锂,滤液进入蒸发器300;
步骤E.在蒸发器300中处理氯化锂滤液,蒸发器300中的操作温度95℃,将滤液中的NMP溶剂进一步蒸发、冷凝后回收,釜底残液作为焦油排出,蒸发器300操作压力15kPa。
本实施例从NMP/氯化锂/水混和溶液中回收NMP和氯化锂。NMP回收率98.9%,氯化锂回收率93.7%。
本实施例中,回收1m3溶剂NMP消耗2.6t蒸汽,相对于萃取回收法,酰胺溶剂的蒸汽单耗降低了69%(1-2.6/8.5=69%)。
最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明,而非限制本实用新型的技术方案,尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:包括依次相连的热泵精馏塔(100)、常规精馏塔(200)、第一过滤机(500)、第二储罐(400)、第二冷凝器(206)、结晶机(600)、第二过滤机(700)和蒸发器(300),所述热泵精馏塔(100)上端的第一蒸汽出管(106)上设置有蒸汽热泵(104),所述第一蒸汽出管(106)还通过第二加热器(102)和第一回流管(107)与热泵精馏塔(100)相连;所述第二加热器(102)与热泵精馏塔(100)的塔釜相连;所述常规精馏塔(200)上端的第二蒸汽出管(207)上设置有第一冷凝器(202)和第一储罐(205),所述第一储罐(205)与水出管(208)和水回流管(209),所述第一回流管(107)与常规精馏塔(200)相连,所述常规精馏塔(200)侧壁还设置有第一酰胺出管(210);所述蒸发器(300)上下两端分别设置有第二酰胺出管(301)和焦油出管(302)。
2.根据权利要求1所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:所述第二储罐(400)与第二冷凝器(206)之间设置有第四离心泵(204)。
3.根据权利要求1所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:所述常规精馏塔(200)与第一过滤机(500)之间设置有第三离心泵(203)。
4.根据权利要求1所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:所述热泵精馏塔(100)与常规精馏塔(200)之间设置有第二离心泵(105)。
5.根据权利要求1所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:所述第一回流管(107)上设置有第一离心泵(103)。
6.根据权利要求1所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:所述第一回流管(107)通过支流管(108)与第一加热器(101)相连,所述第一加热器(101)设置在酰胺盐水进管(109)上,所述酰胺盐水进管(109)与热泵精馏塔(100)相连。
7.根据权利要求1所述的一种酰胺氯化物水溶液的回收利用系统,其特征在于:所述第二过滤机(700)下端还设置有氯化物出管(701)。
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Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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