CN215138669U - 一种nmp渗透汽化脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种NMP渗透汽化脱水装置，包括原料处理单元、膜分离单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一热交换设备、第一储罐和第二储罐；其中所述的膜分离单元设有物料入口、渗余物出口和渗透物出口；所述的膜分离单元的渗余物出口与第二储罐连接；所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接。本发明的装置基于分子筛膜分离技术的装置及方法进行含水NMP的深度脱水，采用至少两级蒸汽渗透膜装置，实现NMP深度脱水；还可根据处理量大小及废NMP溶剂含水量的不同，灵活选择间歇或连续脱水操作方式，切换灵活，方便操作。

Description

一种NMP渗透汽化脱水装置

技术领域

本发明涉及高纯度NMP生产领域，具体涉及一种NMP渗透汽化脱水装置。

背景技术

NMP是N～甲基吡咯烷酮的缩写。N～甲基吡咯烷酮(NMP)是一种有机溶剂，具有低毒性、高沸点、难挥发、强溶解性、化学性质稳定等诸多优势。高纯度的NMP产品广泛用在锂电池、碳纳米管导电浆料、液晶电子、半导体、绝缘材料等行业。随着锂电池行业的崛起和快速发展，高纯度NMP在动力电池、储能电池等领域的需求日益增多。在锂电池生产过程中，高纯度NMP极大地影响着涂布的质量、效果及锂电池能量密度的改善。在配料阶段，作为PVDF溶剂，在一定粘度范围内能保持稳定的浆料；在涂布阶段，作为浆料的主要液体载体，有非常好的润湿性和流动性；在涂布烘烤阶段，以稳定的速度从湿膜中挥发，形成孔径、分布均匀的多孔微电极结构。

NMP品质主要受纯度、水分和金属离子等关键指标影响。锂电池对NMP的纯度，尤其是水含量限制很严格，要求水含量小于0.02％，甚至更低。目前国产NMP中水的含量普遍大于0.03％，难以满足锂电池行业要求。

渗透汽化，包括蒸气渗透，是用于气(液)体混合物分离的一种新型的膜技术，在膜两侧组分压差的推动下，组分通过扩散透过膜层，在渗透侧汽化为蒸气。渗透汽化膜的效率高，单级能实现很高的分离度，而且能耗低，相比较于精馏过程能耗能节省1/2～2/3。同时过程简单，无需过多的配套处理，***可靠、稳定性高，在分离过程中不引入其他组分，属于环境友好技术。

发明内容

本发明的目的即在于提供一套NMP渗透汽化脱水装置，并基于此公开一种NMP脱水精制的方法。

为实现此目的，本发明首先提供一套NMP渗透汽化脱水装置，包括原料处理单元、膜分离单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一热交换设备、第一储罐和第二储罐；其中所述的膜分离单元设有物料入口、渗余物出口和渗透物出口；所述的膜分离单元的渗余物出口与第二储罐连接；所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接。

另一方面，本发明提供利用上述NMP渗透汽化脱水装置的一种NMP渗透汽化脱水的方法，包括：含水NMP原料以1200±100kg/批次的质量流率经预热后进入第一储罐，缓冲后的原料进入膜分离单元一次脱水，渗透物进入渗透物处理单元；一次脱水的渗余物进入第二储罐，继续循环输送到膜分离单元二次脱水，二次脱水的渗余物进入第一储罐，当检测到渗余物含水率符合产品要求时，采出NMP产品。

本发明采用基于分子筛膜分离技术的装置及方法进行含水NMP的深度脱水，采用至少两级蒸汽渗透膜装置，实现NMP深度脱水；还可根据处理量大小及废NMP溶剂含水量的不同，灵活选择间歇或连续脱水操作方式，切换灵活，方便操作。

附图说明

图1是本发明一种NMP渗透汽化脱水装置图，其中：

1、第一热交换设备；2、第一储罐；3、第二储罐；4、第一流体输送设备；5、第二热交换设备；6、第一膜分离组件；7、第二膜分离组件；8、渗透物处理设备；9、第三储罐；10、第二流体输送设备。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

本发明所述的一种NMP渗透汽化脱水装置，包括原料处理单元、膜分离单元和渗透物处理单元，待处理的含水NMP原料经过原料处理单元进入膜分离单元进行脱水，水分子透过分子筛膜形成渗透物，进入渗透物处理单元。分子尺寸较大的NMP则被分子筛膜截留，形成超低水含量的NMP产品。

具体实施方式中，包括原料处理单元、膜分离单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一热交换设备1、第一储罐2和第二储罐3；所述的膜分离单元包括第一膜分离组件6和第二膜分离组件7；所述的原料处理单元和膜分离单元之间还设有第一流体输送设备4和第二热交换设备5；所述的渗透物处理单元包括渗透物处理设备8、第三储罐9和第二流体输送设备10；其中，所述的膜分离单元设有物料入口、渗余物出口和渗透物出口；所述的膜分离单元的渗余物出口与第二储罐3连接；所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接；所述的第二储罐3的物料出口连接第一流体输送设备4。

上述本发明所述的一种NMP渗透汽化脱水装置中：

所述的第一热交换设备1提供原料预热的场所。根据工艺需求，第一热交换设备1可以选择但不限于固定管板式列管换热器、浮头式列管换热器、U型管列管换热器、螺旋板式换热器、螺旋管缠绕换热器、板式换热器。

所述的第一储罐2用于含水NMP原料的缓冲存储。

所述的第二储罐3用于渗余物的缓冲存储。

所述的第一流体输送设备4用于将含水原料物输送至膜分离单元，具体可选择但不限于离心泵、容积式泵。

所述的第二热交换设备5用于接收来自原料物处理单元的含水NMP原料，并对其进行热交换。第二热交换器5可以选择但不限于固定管板式列管换热器、浮头式列管换热器、U型管列管换热器、螺旋板式换热器、螺旋管缠绕换热器、板式换热器。

所述的膜分离单元用于实现NMP和水的高效分离。为实现该目的，所述的膜分离单元优选无机分子筛膜分离单元，由n(n是正整数)个分子筛膜组件组成。膜组件可以是单管程或多管程，单个膜组件面积可控于5平米到300平米。每套装置中设置的膜组件个数n根据分离目的确定；当n大于1时，根据物料情况、分离目标等，可将膜组件串联或并联。另一方面，从组件结构上，本发明可以采用但不限于恒温膜组件或折流板式膜组件等具体形式。本发明的具体实施方式中，分子筛膜组件的可具体举例但不限于板式、管式、中空纤维式或螺旋板式分子筛膜组件，优选管式分子筛膜组件。适用的分子筛类型包括LTA，SOD，FAU，MOR，FER，MFI，PHI，BEA，CHA，ERI，及其混晶分子筛膜，优选A型分子筛膜。

所述的渗透物处理设备8用于接收来自膜分离单元的渗透物，并对其进一步处理。该渗透物处理设备8可以选择但不限于真空机组、带蒸汽冷凝回收的真空机组。

所述的第三储罐9为渗透物缓冲罐，缓冲后由第二流体输送设备10输出。该第二流体输送设备10可举例但不限于离心泵、容积式泵。

在上述装置的结构描述中，对于本领域技术人员可以通过本领域现有技术确定的零部件未予以描述，这些零部件可举例但不限于：用于连接各个设备的管道、控制物料进出的阀门等。并且，结合上文描述，本领域技术人员可以在现有技术的指导下，根据设计需要及要求确定最为合适的设备选择及选型，毋庸赘述。

本发明另一方面提供一种NMP渗透汽化脱水的方法，该方法利用上述本发明的装置进行NMP脱水，包括如下步骤：

(1)含水量为1～20％的NMP原料，以1200±100kg/批次的质量流率经第一热交换设备1预热至120±10℃，进入第一储罐2缓冲，经第一流体输送设备4和第二热交换设备5以120±2℃温度输送进入第一膜分离组件6和第二膜分离组件7进行一次脱水，渗透物经渗透物处理设备8后进入第三储罐9，由第二流体输送设备10排出体系；

(2)一次脱水后的渗余物输送至第二储罐3，由第一流体输送设备4继续循环输送到膜分离单元进行二次脱水；二次脱水后的渗余物输送至第一储罐2，循环上述步骤；渗透物的累计质量流率为180±15kg/批次，其中总含水量大于99.5％；当检测到渗余物含水率满足产品要求，则采出为NMP产品。

下面以实施例对本发明的内容及效果做进一步说明，但不应理解为对本发明内容任意形式的限定。本实施例中，所述的方法中使用如附图1所示意的一种NMP渗透汽化脱水装置，装置中各个设备的选用如下所述：

所述的第一热交换设备1选用固定管板式列管换热器。

所述的第一储罐2为第一缓冲罐。

所述的第二储罐3为第二缓冲罐。

所述的第一流体输送设备4选用离心泵。

所述的第二热交换设备5选用固定管板式列管换热器。

所述的第一膜分离组件6选用管式分子筛膜组件；分子筛膜选用A型分子筛膜。

所述的第二膜分离组件7选用管式分子筛膜组件；分子筛膜选用A型分子筛膜。

所述的渗透物缓冲罐8选用带蒸汽冷凝回收的真空机组。

所述的第三储罐9为渗透物缓冲罐。

所述的第二流体输送设备10选用离心泵。

结合上述装置实施的一种NMP渗透汽化脱水的方法包括如下步骤：

(1)来自锂电池生产车间涂布工段的废溶剂NMP原料，含水量为15％，还含有少量烷酮类高沸点杂质，以1200kg/批次的质量流率经固定管板式列管换热器1预热至120℃，进入第一缓冲罐2缓冲，经离心泵4和固定管板式列管换热器5以120℃的温度输送进入管式分子筛膜组件6和管式分子筛膜组件7(所选择的分子筛膜的膜面积总计为72m²)进行一次脱水，渗透物经带蒸汽冷凝回收的真空机组8处理后进入渗透物缓冲罐9，由离心泵10排出体系；

(2)一次脱水后的渗余物输送至第二缓冲罐3，由离心泵4继续循环输送到膜分离单元进行二次脱水，二次脱水后的渗余物进入第一缓冲罐2，循环上述步骤；渗透物的累计质量流率为180kg/批次，其中总含水量大于99.5％；当检测到渗余物含水率满足小于180ppm，采出NMP产品；

经过本装置处理，得到的渗透物中NMP质量浓度小于1％，整个工艺NMP回收率＞99％。同时，每吨NMP产品的蒸汽消耗约为0.15吨。

Claims (6)

1.一种NMP渗透汽化脱水装置，其特征在于，包括原料处理单元、膜分离单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一热交换设备(1)、第一储罐(2)和第二储罐(3)；

其中所述的膜分离单元设有物料入口、渗余物出口和渗透物出口；所述的膜分离单元的渗余物出口与第二储罐(3)连接；

所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种NMP渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的原料处理单元和膜分离单元之间设有第一流体输送设备(4)和第二热交换设备(5)。

3.根据权利要求1所述的一种NMP渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的膜分离单元包括第一膜分离组件(6)和第二膜分离组件(7)。

4.根据权利要求1所述的一种NMP渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的渗透物处理单元包括渗透物处理设备(8)、第三储罐(9)和第二流体输送设备(10)。

5.根据权利要求1所述的一种NMP渗透汽化脱水装置，其特征在于，所述的第二储罐(3)的物料出口连接第一流体输送设备(4)。

6.根据权利要求1所述的一种NMP渗透汽化脱水装置，其特征在于，包括原料处理单元、膜分离单元和渗透物处理单元，其中：所述的原料处理单元包括第一热交换设备(1)、第一储罐(2)和第二储罐(3)；所述的膜分离单元包括第一膜分离组件(6)和第二膜分离组件(7)；所述的原料处理单元和膜分离单元之间还设有第一流体输送设备(4)和第二热交换设备(5)；所述的渗透物处理单元包括渗透物处理设备(8)、第三储罐(9)和第二流体输送设备(10)；

其中，所述的膜分离单元设有物料入口、渗余物出口和渗透物出口；所述的膜分离单元的渗余物出口与第二储罐(3)连接；所述的膜分离单元的渗透物出口与渗透物处理单元连接；

所述的第二储罐(3)的物料出口连接第一流体输送设备(4)。

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