CN110652738A - 一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工设备技术领域，具体公开了一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置，包括筒体、热媒分布器、降膜管固定板、物料分布器、降膜管支撑板、降膜管、热媒管、热媒进口、热媒出口、聚合物进口、聚合物出口；降膜管支撑板的下方设有若干层倾斜设置的脱挥板；筒体的筒壁下端还设有气相出口、脱挥板热媒进口和脱挥板热媒出口，脱挥板内部均设有热媒通道，脱挥板热媒进口、热媒通道与脱挥板热媒出口依次连通。本装置能使聚合物保持稳定的脱挥温度和良好的流动性，物料在降膜管处进行脱挥的同时，还会在脱挥板处进一步脱挥，以保证物料完全脱除挥发组分，脱挥效率高。

Description

一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置

技术领域

本发明涉及化工设备领域，特别是涉及一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置。

背景技术

在聚合物或高分子行业，由于聚合反应的动力学和热力学限制，聚合物产品中会有部分单体的残留，这些单体的存在会严重影响产品的性能。为了提高此部分产品的性能，需要将这些单体进行脱除。另外，一部分聚合物的聚合工艺采用的溶液聚合工艺，在溶液聚合完成之后，需要将聚合物中的溶剂进行高效的脱除，避免在聚合物中残留。由于聚合物中未反应的单体会残留的溶剂大多数是挥发性物质，因此需要将聚合物中的挥发性物质去除，这个过程通常称之为脱挥过程。

聚合物脱挥过程是在聚合物生产领域必不可少的一个关键环节，从聚烯烃到聚酯都普遍存在。聚合物的脱挥过程是一种分离过程，将挥发组分从处于熔融相的聚合物中去除。聚合物在聚合反应完成后，必须在聚合结束后将挥发组分及时移除。脱除挥发组分的温度一般相对较高，在50-380℃之间，并且与被脱挥聚合物的物性有关，脱挥压力差别较大，可以在绝压几帕到几十巴的压力下进行，这主要取决于聚合物中所含挥发性物质的物性和聚合物产品本身的要求决定的。

在脱挥过程中，聚合物组分与挥发性组分之间的分离是基于在相同的条件下两者挥发性的差异进行分离，由两者的化学势的差异驱动的。挥发性物质在聚合物中的化学势是器在特定相中与温度、浓度和压力有关的函数，可以通过增加聚合物的温度以及降低物质的分压使它从聚合物相扩散到气相，来加强质量传递的驱动力。

目前聚合物的脱挥大部分采用落条式闪蒸脱挥、喷雾脱挥或挤出机脱挥，落条式闪蒸脱挥和喷雾脱挥，在脱挥过程中，由于挥发组分的蒸发，会导致物料温度的下降，流动性降低，对于单体含量比较高的聚合物体系是不适用的。而挤出机脱挥，脱挥效率低，设备投资大，运行费用高，很难满足高单体含量的聚合物体系的脱挥过程。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置，用于解决高粘度熔体或聚合物在脱挥过程中，由于挥发分物质的挥发导致熔体温度下降，粘度增大，流动性变差，进而导致聚合物在脱挥器内无法流动，造成设备堵塞、脱挥效率低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置，包括筒体，所述筒体内部从上至下依次设有热媒分布器、降膜管固定板和物料分布器，所述筒体内部设有若干竖向设置的降膜管和热媒管，所述降膜管套设在热媒管上，降膜管上端设有开口，下端为封闭状，热媒管的上端和下端均设有开口；所述降膜管和热媒管的上端均固定安装在降膜管固定板上，所述降膜管的下端穿过物料分布器，物料分布器位于降膜管的上端处；所述筒体的顶部设有热媒进口，热媒进口与热媒管相连通；所述筒体的筒壁上端设有热媒出口和聚合物进口，所述热媒出口的位置高于降膜管的顶端，热媒出口与降膜管相连通，所述聚合物进口的位置在降膜管固定板与物料分布器之间；所述筒体的底部设有与所述聚合物进口相连通的聚合物出口；所述降膜管支撑板的下方设有若干层倾斜设置的脱挥板，脱挥板沿着竖直方向交错设置；所述筒体的筒壁下端设有气相出口、脱挥板热媒进口和脱挥板热媒出口，气相出口的位置高于最上方的脱挥板；所述脱挥板内部均设有热媒通道，脱挥板热媒进口、热媒通道与脱挥板热媒出口依次连通。

本基础方案的工作原理在于：热媒从热媒进口进入到热媒分布器上，进入热媒管中，从热媒管的下端流入降膜管中，然后从降膜管内侧从下向上流动，最后由筒体上端的热媒出口流出；含有挥发组分的聚合物或粘稠溶液，从聚合物进口进入到物料分布器上，物料分布器在降膜管外壁均匀分布物料，使物料在降膜管外壁上以降膜的形式在重力作用下从上至下均匀流动，再沿着脱挥板呈膜状继续向下流动，物料在流动过程中，与降膜管进行换热，脱挥组分挥发，从气相出口排出，最后经脱挥处理后的物料从聚合物出口流出。

进一步，所述脱挥板的层数为1-20层，所述脱挥板之间的距离为100-800mm。

进一步，所述脱挥板与水平方向的夹角为10-80°。脱挥板的具体角度可根据不同的聚合物性质进行调整。

进一步，所述筒体内部还设置有位于物料分布器与脱挥板之间的降膜管支撑板，所述降膜管支撑板位于降膜管的下端处，降膜管支撑板上设有若干位置与降膜管一一对应的通孔，降膜管的下端穿过通孔。除支撑强度所必须的连接外，降膜管支撑板的非开孔区域设置有大面积的镂空设计，便于高粘度流体和挥发分气相组分顺利通过降膜管支撑板。降膜管支撑板的主要对降膜管起到支撑限位作用，避免装置在运输、吊装、使用等过程中，因晃动而导致降膜管发生径向移动，同时降膜管的下端为自由端，没有固定在降膜管支撑板上，便于降膜管自由伸缩，从而消除脱挥过程中由热胀冷缩引起的应力的影响。

进一步，所述降膜管支撑板上的通孔大于降膜管的外径。允许降膜管少量的径向移动，同时保证物料能够顺利地通过降膜管支撑板，对物料的流动不产生任何影响。

进一步，所述筒体内部设有挡板，所述挡板倾斜设置在气相出口处。挡板的设置，可以避免聚合物进入气相出口，而导致管道堵塞。

进一步，所述气相出口连接有用于冷凝收集脱除的挥发性组分的冷凝器。

进一步，所述冷凝器可与真空装置相连，所述真空装置包括捕集器和真空泵，所述捕集器为喷淋捕集器或冷却捕集器。

进一步，所述热媒管与降膜管之间设有若干个固定元件，以避免热媒管的颤动和震动。

进一步，所述固定元件包括若干个水平设置且沿着热媒管周向均布的支撑板，支撑板的一端固定连接在热媒管的外壁上，支撑板的另一端与降膜管的内壁相接触。支撑板采用单面焊接，在避免热媒管发生颤动和震动的同时，可使降膜管具有一定的活动空间。

进一步，所述固定元件的数量为三个，三个固定元件沿着竖直方向依次间隔均匀分布设置。

进一步，所述降膜管固定板与筒体内壁密封连接，降膜管固定板为双层结构，热媒管的上端固定连接在降膜管固定板的上层，降膜管的上端固定连接在降膜管固定板的下层。两个固定板中间的空间为热媒流通的通道，双层固定板的封闭结构，可避免热媒和物料混合而污染物料，同时便于热媒的流动。

如上所述，本发明的可持续给热的膜式脱除挥发分装置，具有以下有益效果：

1、采用本装置进行脱挥时，高粘度熔体或者聚合物在筒体内沿降膜管外壁从上至下成膜状流动，在流动的同时，完成挥发性组分的脱除，降膜管与聚合物能够不间断的进行热量传递，使聚合物能够维持稳定的脱挥温度，保持良好的流动性，避免由于挥发组分的闪蒸，导致聚合物温度下降而引起的物料流动性下降，固化，从而堵塞脱挥装置，进而解决由于挥发性组分闪蒸或挥发导致的物料流动性变差的问题，避免挥发组分固化而堵塞脱挥装置。同时，物料在脱挥器内以膜状流动，具有很大的比表面积和较长的停留时间，有利于聚合物的挥发性组分的脱除。

2、本发明中，物料在降膜管处进行脱挥的同时，还会在脱挥板处进一步脱挥，以保证物料完全脱除挥发组分，同时有效提高脱挥效率。

3、由于常规脱挥过程中，物料在进入脱挥装置前需要保持过热状态，以便在脱挥装置内有足够的热量来供给挥发组分的挥发吸热，而过热状态的聚合物温度会很高，这对于热敏性物质是十分不利的。而本脱挥装置内部可以进行持续的换热，可以避免聚合物的过热状态，有利于减少热敏性聚合物的热降解。

综上所述，本发明提供的脱挥装置，具有很大的操作弹性，尤其适用于热敏性聚合物以及单体含量或溶剂含量很大的聚合物。本发明所述的装置，不仅可以单独使用，也可以将两套或多套装置串联使用，直至达到最终要求的脱挥效果。

附图说明

图1本发明实施例中装置的纵向剖视图；

图2为图1中降膜器支撑板的俯视图。

图3为图1中降膜管的横向剖视图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

附图标记说明：

热媒进口1、热媒分布器2、热媒出口3、物料分布器4、降膜管5、热媒管6、筒体7、降膜管固定板8、降膜管支撑板9、通孔91、气相出口10、气相口挡板11、脱挥板热媒出口12、脱挥板13、聚合物出口14、脱挥板热媒进口15、聚合物进口16、支撑板17。

如图1所示，一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置，包括筒体7，筒体7内部从上至下依次设有热媒分布器2、降膜管固定板8、物料分布器4、降膜管支撑板9，筒体7内部设有若干竖向设置的降膜管5和热媒管6，降膜管5套设在热媒管6上，降膜管5上端设有开口，下端为封闭状，热媒管6的上端和下端均设有开口；降膜管5和热媒管6的上端均固定安装在降膜管固定板8上，降膜管5的下端依次穿过物料分布器4和降膜管支撑板9，物料分布器4位于降膜管5的上端处，降膜管支撑板9位于降膜管5的下端处；筒体7的顶部设有热媒进口1，热媒进口1与热媒管6相连通；筒体7的筒壁上端设有热媒出口3和聚合物进口16，热媒出口3的位置高于降膜管5的顶端，热媒出口3与降膜管5相连通，聚合物进口16的位置在降膜管固定板8与物料分布器4之间；筒体7的底部设有与聚合物进口16相连通的聚合物出口14；降膜管支撑板9的下方设有若干层倾斜设置的脱挥板13，脱挥板13沿着竖直方向交错设置；筒体7的筒壁下端设有气相出口10、脱挥板热媒进口15和脱挥板热媒出口12，气相出口10的位置高于最上方的脱挥板13；所述脱挥板13内部均设有热媒通道，脱挥板热媒进口15、热媒通道与脱挥板热媒出口12依次连通。

筒体7为物料的脱挥提供适宜的环境，包括惰性气流、合适的脱挥压力等，同时起到支撑整体设备的作用。

热媒进口1，为热媒进入装置的通道，其作用为脱挥装置提供一个合适的脱挥温度。热媒出口3为热媒的流出口，回到热媒***以备下一周期的循环。

聚合物进口16，为待处理的聚合物进入脱挥装置的通道。聚合物出口14，为经过脱除挥发组分的物料流出脱挥装置的通道。

热媒分布器2位于热媒进口1的下方，热媒进入筒体7内后，热媒分布器2保证热媒在各个降膜管5与热媒管6之间均匀分布，其结构形式为一带孔的水平圆形不锈钢板，水平圆形不锈钢板边缘焊接有一圈垂直的带孔不锈钢板。

物料分布器4为外降膜分布器，外降膜分布器在降膜管5外壁均匀分布聚合物，使聚合物在降膜管5外以降膜的形式在重力作用下均匀流动。外降膜器需承受一定的压力，聚合物在输送泵的作用下，将聚合物通过压力均布在降膜管5外侧。

降膜管5为降膜脱挥区域，降膜管5内侧热媒从下向上流动，形成稳定的温度梯度，温度自上向下逐渐升高，降膜管5外侧物料从上向下流动。聚合物在脱挥过程中，随着挥发分的挥发，聚合物温度下降，可以很快由降膜管5将热量补充至初始温度，使聚合物在脱挥过程中温度波动极小，保证了脱挥操作的稳定。

热媒管6在降膜管5内部，起热媒导流和输送的作用。热媒管6与降膜管5之间设有三个固定元件，以避免热媒管6的颤动和震动。结合图3所示，固定元件由三个水平设置且沿着热媒管6周向均布的支撑板17组成，支撑板17为不锈钢板，且沿着热媒管6周向呈120°间隔排列，支撑板17采用单面焊接，即支撑板17的一端固定连接在热媒管6的外壁上，支撑板17的另一端与降膜管5的内壁相接触。固定元件可进一步避免热媒管6发生颤动和震动。

降膜管固定板8为双层结构，热媒管6的上端焊接在降膜管固定板8的上层，降膜管5的上端焊接在降膜管固定板8的下层，且降膜管固定板8与筒体7内壁密封连接，两个固定板中间的空间为热媒流通的通道，双层固定板的封闭结构，可避免热媒和物料混合而污染物料，同时便于热媒的流动。

结合图2所示，降膜管支撑板9为多孔结构，降膜管支撑板9上设有若干位置与降膜管5一一对应的通孔91，降膜管5的下端穿过通孔91，通孔91大于降膜管5的外径；降膜管支撑板9除支撑强度所必须的连接外，降膜管支撑板9的非开孔区域设置有大面积的镂空设计，便于高粘度流体和挥发分气相组分顺利通过降膜管支撑板。降膜管支撑板9的主要对降膜管5起到支撑限位作用，避免装置在运输、吊装、使用等过程中，因晃动而导致降膜管5发生径向移动，同时降膜管5的下端为自由端，没有固定在降膜管支撑板9上，便于降膜管5自由伸缩，从而消除脱挥过程中由热胀冷缩引起的应力的影响。降膜管支撑板9上的通孔91大于降膜管5的外径，允许降膜管5少量的径向移动，同时保证物料能够顺利地通过降膜管支撑板9，对物料的流动不产生任何影响。

气相出口10，为脱除的挥发性组分提供流出筒体7的通道，根据聚合物的特性及挥发性物质的特性，此处可以为真空、微正压及正压，压力可以从几帕到几十巴。此外，气相出口10还连接有用于冷凝收集脱除的挥发性组分的冷凝器。具体的，冷凝器可与真空装置相连，所述真空装置包括捕集器和真空泵，所述捕集器为喷淋捕集器或冷却捕集器，真空装置和冷凝器配合，可将挥发性组分充分冷凝收集起来。

筒体7内部设有挡板，挡板倾斜设置在气相出口10处。挡板的设置，可以避免聚合物进入气相出口10，而导致管道堵塞。

脱挥板热媒进口15，为脱挥板13内热媒进入脱挥板13的通道。脱挥板热媒出口12，为脱挥板13内部热媒的流出口。

脱挥板13为物料进入到脱挥装置底部进一步脱挥的场所，脱挥板13内部设有热媒通道，物料在脱挥板13可以进一步加热。物料在脱挥板13上以薄膜形式流动，具有较大的比表面积，能将聚合物中的挥发性组分进一步分离。具体的，脱挥板13与水平方向的夹角为10-80°，具体角度的大小可根据不同的聚合物性质进行调整设计；脱挥板13的层数为1-20层，脱挥板13之间的距离为100-800mm。

本装置的具体使用过程如下：

热媒从热媒进口1进入到热媒分布器2上，进入热媒管6中，从热媒管6的下端流入降膜管5中，然后从降膜管5内侧从下向上流动，最后由筒体7上端的热媒出口3流出；含有挥发组分的聚合物或粘稠溶液，以一定温度从聚合物进口16进入到物料分布器4上，物料分布器4在降膜管5外壁均匀分布物料，使物料在降膜管5外壁上以降膜的形式在重力作用下从上至下均匀流动；物料在流动过程中，由于筒体7内的压力低于物料进入脱挥装置的压力，聚合物在进入脱挥装置时，首先发生部分闪蒸，闪蒸后的物料在降膜管5外壁成膜状流动的同时，聚合物与降膜管5进行换热，使聚合物温度保持稳定并可控。聚合物在降膜管5外壁流动的同时，进行成核、扩散和逃逸过程，增大聚合物脱挥的比表面积，也保证聚合物在脱挥装置中有足够的时间完成脱挥过程的质量传递。在降膜管5中没有完全脱除挥发组分的物料，还可进一步的进入到下层脱挥板13中，进一步脱挥；而脱挥组分以气相的形式从气相出口10流出筒体7，最后经脱挥处理后的物料从聚合物出口14流出。

本发明提供的脱挥装置，具有很大的操作弹性，尤其适用于热敏性聚合物以及单体含量或溶剂含量很大的聚合物，在降膜管5进行脱挥的同时，还在脱挥板13处进一步完成脱挥操作，处理效率高。本装置不仅可以单独使用，也可以将两套或多套装置串联使用，直至达到最终要求的脱挥效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可持续给热的膜式脱除挥发分装置，其特征在于，包括筒体，所述筒体内部从上至下依次设有热媒分布器、降膜管固定板和物料分布器，所述筒体内部设有若干竖向设置的降膜管和热媒管，所述降膜管套设在热媒管上，降膜管上端设有开口，下端为封闭状，热媒管的上端和下端均设有开口；所述降膜管和热媒管的上端均固定安装在降膜管固定板上，所述降膜管的下端穿过物料分布器，物料分布器位于降膜管的上端处；所述筒体的顶部设有热媒进口，热媒进口与热媒管相连通；所述筒体的筒壁上端设有热媒出口和聚合物进口，所述热媒出口的位置高于降膜管的顶端，热媒出口与降膜管相连通，所述聚合物进口的位置在降膜管固定板与物料分布器之间；所述筒体的底部设有与所述聚合物进口相连通的聚合物出口；所述降膜管支撑板的下方设有若干层倾斜设置的脱挥板，脱挥板沿着竖直方向交错设置；所述筒体的筒壁下端设有气相出口、脱挥板热媒进口和脱挥板热媒出口，气相出口的位置高于最上方的脱挥板；所述脱挥板内部均设有热媒通道，脱挥板热媒进口、热媒通道与脱挥板热媒出口依次连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述脱挥板的层数为1-20层，所述脱挥板之间的距离为100-800mm。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述脱挥板与水平方向的夹角为10-80°。脱挥板的具体角度可根据不同的聚合物性质进行调整。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述筒体内部还设置有位于物料分布器与脱挥板之间的降膜管支撑板，所述降膜管支撑板位于降膜管的下端处，降膜管支撑板上设有若干位置与降膜管一一对应的通孔，降膜管的下端穿过通孔。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述降膜管支撑板上的通孔大于降膜管的外径。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述筒体内部设有挡板，所述挡板倾斜设置在气相出口处。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述气相出口连接有用于冷凝收集脱除的挥发性组分的冷凝器。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述热媒管与降膜管之间设有若干个固定元件。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述固定元件包括若干个水平设置且沿着热媒管周向均布的支撑板，支撑板的一端固定连接在热媒管的外壁上，支撑板的另一端与降膜管的内壁相接触。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述降膜管固定板与筒体内壁密封连接，降膜管固定板为双层结构，热媒管的上端固定连接在降膜管固定板的上层，降膜管的上端固定连接在降膜管固定板的下层。

Images