收窄聚酯多元醇分子量分布的分餾器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及IPC分類B01D3/32分離技術(shù)中的分餾塔裝置，屬于聚酯多元醇反應(yīng)釜 分餾冷凝設(shè)備裝置的結(jié)構(gòu)改進技術(shù)，尤其是收窄聚酯多元醇分子量分布的分餾器。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酯多元醇通常是由有機二元羧酸，酸酐或酯，與多元醇，包括二元醇、三元醇等， 經(jīng)過酯交換反應(yīng)聚合而成。二元羧酸有己二酸、苯二甲酸或苯二甲酸酐、鹵代苯二甲酸等。 多元醇有1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、一縮二乙二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇等。不同 品種的聚酯多元醇由于種類和結(jié)構(gòu)的不同性質(zhì)也不一樣，聚酯多元醇比較重要的指標包括 羥值、酸值、水分、粘度、分子量、密度以及色度等。聚酯多元醇主要用于生產(chǎn)澆注型聚氨酯 彈性體、熱塑性聚氨酯彈性體、微孔聚氨酯鞋底、PU革樹脂、聚氨酯膠粘劑、聚氨酯油墨及色 漿、織物涂層、聚氨酯涂料等。聚酯型聚氨酯由于分子內(nèi)含有較多的酯基、氨基等極性基團， 內(nèi)聚強度和附著力強，具有較高的機械強度、耐磨性和耐溫性等。
[0003] 聚酯多元醇是由二元羧酸（包括己二酸、苯二甲酸、葵二酸等）與二元醇（1，4-丁 二醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇等）經(jīng)縮合反應(yīng)、脫水聚合而成的末端羥值的聚合物，分子 量以500~5000為主。采用的生產(chǎn)方法是真空氮氣法：生產(chǎn)時首先把二元羧酸與二元醇加 入反應(yīng)器中攪拌熔融，并通入氮氣，升溫至150°C左右反應(yīng)生成水，逐步蒸出，釜內(nèi)生成低聚 酯混合物（低分子量聚酯多元醇）。隨水分的蒸出，將釜內(nèi)溫度逐漸升高，在200~230°C 下，真空度逐步降到l〇〇〇Pa左右，繼續(xù)進行酯化脫水反應(yīng)，并逐步將過量的二元醇和少量 副反應(yīng)產(chǎn)物（低分子聚酯、醛及酮）與反應(yīng)生成的殘留水一起蒸出，直至在線檢測達標。
[0004] 聚酯多元醇的主反應(yīng)方程式如下：
[0005]
[0006] -般醇過量，過量范圍為2 %~20% (質(zhì)量分數(shù)），視多元醇種類、聚酯目標分子量 和工藝條件等因素而定。酯化反應(yīng)是可逆平衡反應(yīng)，所以，必須不斷除去反應(yīng)生成的水，是 反應(yīng)向生產(chǎn)聚酯的正方向進行。其反應(yīng)過程大體可分為酯化反應(yīng)和酯交換反應(yīng)兩個階段： 酯化反應(yīng)為升溫常壓脫水階段，生產(chǎn)低分子聚酯和縮合水；酯化反應(yīng)最后階段反應(yīng)困難幾 乎不出水，此時須提高氮氣量來帶出水分或逐步提高真空度來抽出水分降低酸值，此階段 即為酯交換反應(yīng)。
[0007] 聚酯多元醇生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)大同小異，主要設(shè)備包括反應(yīng)釜、分餾器、冷凝器、廢 水計量罐、真空系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。其中分餾器是重要設(shè)備之一： 分餾結(jié)構(gòu)通常有板式結(jié)構(gòu)和柱狀結(jié)構(gòu)兩種，主要作用是將低沸點（比如縮合水）物質(zhì)蒸發(fā)、 高沸點二元醇回流。但本發(fā)明的重點不是該分餾結(jié)構(gòu)，而是對其回流管的改進。
[0008] 因為聚酯合成反應(yīng)都是二元醇過量即生產(chǎn)羥基（-0H)封端的化合物，醇酸比是決 定聚合度即產(chǎn)品分子量的關(guān)鍵設(shè)計因素，一般隨著聚酯多元醇分子量的增加，醇酸比值會 適當降低。多余的小分子醇如果不能盡快脫除，將會影響工時增加能耗成本，尤其是后期酸 價接近〇. 5mgK0H/g、但羥值超高的話，需要設(shè)法將多余的小分子醇抽出，若直接升高分餾器 的溫度來脫除，時間相對會比較長，比如6KL-批大致需要延長3~5小時。
[0009] 聚酯多元醇是由二元羧酸和多元醇縮聚而成的一種端羥基化合物，必須用過量的 多元醇與二元羧酸反應(yīng)，醇超量一般為2%~20% (質(zhì)量分數(shù)），所以，反應(yīng)過程中除了脫除 反應(yīng)生成的水，同時為了得到理想的分子量聚酯產(chǎn)品，后期還要將多余的醇脫除。原設(shè)備結(jié) 構(gòu)是通過加熱分餾器、加大真空度來實現(xiàn)的，該方法工時長、能耗高。
[0010] 現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)在脫除多余的小分子醇時，需要升高分餾器的溫度，增加真空度，讓 多余的小分子醇通過分餾器流入廢水收集槽，不僅工時長、能耗高，而且由于高溫對聚酯多 元醇的熱氧化作用，還會導致聚酯產(chǎn)品色度加深從而影響外觀和品質(zhì)。
[0011] 已公開的相關(guān)技術(shù)文獻較少。中國專利申請CN97111162改進的用于分離氣體混 合物的分凝分餾塔系統(tǒng)，包括分凝分餾器、塔段和塔釜，所述分凝分餾器設(shè)在塔的上部， 其特征在于分凝分餾器為板翅式分凝分餾器。
[0012] 中國專利申請CN201420386383-種用于生產(chǎn)聚酯二醇的分餾裝置，其包括，一反 應(yīng)釜，所述反應(yīng)釜用于收容生產(chǎn)聚酯二醇的待分餾混合物；一第一分餾塔，所述第一分餾塔 與所述反應(yīng)釜相連；一第一熱交換器，所述第一熱交換器與所述第一分餾塔相連；一第二 分餾塔，所述第二分餾塔與所述第一熱交換器相連；一第二熱交換器，所述第二熱交換器與 所述第二分餾塔相連；一接收罐，所述接收罐與所述第二熱交換器相連；同時，一溫度計， 所述溫度計位于所述第二分餾塔與所述第二熱交換器之間。由于設(shè)置兩組分餾塔和兩組熱 交換器，使得反應(yīng)后形成的共沸物可以被有效的分離成二元醇和水，二元醇回流到反應(yīng)釜， 縮合水流到接收罐。
[0013] 中國專利申請CN201010199848特別是一種對流換熱分餾裝置。它包括蒸發(fā)罐，油 氣排放管線，氣液分離器，組分收集罐，油氣排放管線上設(shè)置有氣液分離器，氣液分離器與 蒸發(fā)罐之間的油氣排放管線上套裝有對流換熱器，對流換熱器的換熱介質(zhì)入口通過計量輸 送裝置與原料罐連通，對流換熱器的換熱介質(zhì)出口通過換熱介質(zhì)輸出管線與蒸發(fā)罐內(nèi)部連 通，氣液分離器的下端口通過液相冷凝器與組份收集罐連通。
[0014] 中國專利申請CN200920000539涉及一種聚酯多元醇縮合水分餾裝置，包含分餾 反應(yīng)釜、分餾塔、冷凝器、收集器、真空栗、水栗和水池，所述分餾反應(yīng)釜的頂部連接至分餾 塔的底部，分餾塔的頂部與冷凝器一端相連接，冷凝器的另一端與收集器的頂部相連，所述 收集器還連接一真空栗，所述冷凝器上連接有循環(huán)進水管和循環(huán)出水管，循環(huán)進水管通過 水栗連接到水池，循環(huán)出水管直接連接至水池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的目的是提供收窄聚酯多元醇分子量分布的分餾器，以簡潔結(jié)構(gòu)技術(shù)方 案，快速有效脫除小分子醇，能經(jīng)濟地實現(xiàn)適當收窄聚酯多元醇分子量分布，使其分子量 分布指數(shù)更小。
[0016] 本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn)：包括粉料漏斗、聚酯反應(yīng)釜、取樣器、 分餾器、U形管、冷凝器和廢水收集槽；聚酯反應(yīng)釜上端安裝粉料漏斗，聚酯反應(yīng)釜上端連 接分餾器，聚酯反應(yīng)釜下部旁安裝并連接取樣器，在分餾器旁安裝冷凝器，在聚酯反應(yīng)釜旁 安裝廢水收集槽，同時在聚酯反應(yīng)釜上端和分餾器下端之間連接回流管，在回流管段上連 接U形管，U形管上的連通底端連接入廢水收集槽，冷凝器底部連接入廢水收集槽；而且，聚 酯反應(yīng)釜與分餾器連接。分餾器與冷凝器連接。在U形管進入聚酯反應(yīng)釜前設(shè)置回流閥。 U形管上部安裝視鏡。
[0017] 尤其是，U形管內(nèi)外徑分別是100A/150A的不銹鋼管，管徑與回流管保持一致；U形 管高度為250mm、寬度為200mm，向下凹。
[0018] 尤其是，在U形管底部接一根短路連接管與廢水收集槽相連，通過U形管上部即分 餾器底部的視鏡來觀察廢水或廢醇收集量，若U形管裝不下時，則可開啟短路連接管將回 收液排至廢水收集槽；若遇聚酯多元醇制程中酸值接近合格，但羥值過高，需要抽除多余的 醇時，則可關(guān)閉U形管回流閥，將冷凝下來的小分子醇通過U形管來收集排至廢水收集槽； 在酸值、羥值合格后，進行真空脫醇脫臭，脫除小分子醇及氣味。
[0019] 尤其是，聚酯反應(yīng)釜和分餾器工作時真空度控制： 「00201
[0021] 〇
[0022] 尤其是，聚酯反應(yīng)釜和分餾器工作時溫度控制過程為：第0-1小時恒溫70°C，第 1-4小時從70°C均勻升溫至150°C，第4-6小時保持恒溫150°C，第6-10小時從150°C均勻 升溫至210°C，第10-18小時保持恒溫至210°C，第18小時從210°C均勻均勻降溫至130°C。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)點和效果：改進分餾器的底部管路結(jié)構(gòu)降低能耗，利用分餾溫差預熱， 其分餾效率高，節(jié)能能穩(wěn)定，安全可靠，節(jié)省成本；同時保證和提高產(chǎn)品品質(zhì)，能大量節(jié)省 生產(chǎn)工時，尤其可明顯節(jié)省脫醇工時，同比6KL-批可從原來的3~5小時縮短到1小時 以內(nèi)，因小分子醇的快速有效脫除，能適當收窄聚酯多元醇分子量分布，分子量分布指數(shù)更 小。鈷-鉬色度更低，酸值更低至〇.lmgKOH/g以內(nèi)。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明實施例1中工藝溫度控制曲線示意圖。
[0026] 附圖標記包括：粉料漏斗1、聚酯反應(yīng)釜2、取樣器3、分餾器4、U形管5、冷凝器6、 廢水收集槽7。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明原理在于，將分餾器4的底部管路改成U字形，可用來截流儲存回流進來的 小分子醇，并且U形管5底部另接一根管子通入廢水收集槽7,如果廢醇廢水回流過多，U形 管5體積不夠，還可直接導入廢水收集槽7。
[0028] 本發(fā)明包括：粉料漏斗1、聚酯反應(yīng)釜2、取樣器3、分餾器4、U形管5、冷凝器6和 廢水收集槽7。
[0029] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0030] 實施例1 :如附圖1所示，聚酯反應(yīng)釜2上端安裝粉料漏斗1，聚酯反應(yīng)釜2上端連 接分餾器4,聚酯反應(yīng)釜2下部旁安裝并連接取樣器3,在分餾器4旁安裝冷凝器6,在聚酯 反應(yīng)釜2旁安裝廢水收集槽7,同時在聚酯反應(yīng)釜2上端和分餾器4下端之間連接回流管， 在回流管段上連接U形管5,U形管5上的連通底端連接入廢水收集槽7,冷凝器6底部連 接入廢水收集槽7。
[0031] 前述中，聚酯反應(yīng)釜2與分餾器4連接。