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(jìn)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(jī)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(biāo)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(tuán)， 內(nèi)聚強(qiáng)度和附著力強(qiáng)，具有較高的機(jī)械強(qiáng)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?dú)夥ǎ荷a(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?dú)?，升溫?50°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(jìn)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(dá)標(biāo)。
[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?jǐn)?shù)），視多元醇種類、聚酯目標(biāo)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(jìn)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?dú)饬縼韼С鏊只蛑鸩教岣哒婵斩葋沓槌鏊纸档退嶂?，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?dú)庀到y(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(diǎn)（比如縮合水）物質(zhì)蒸發(fā)、 高沸點(diǎn)二元醇回流。但本發(fā)明的重點(diǎn)不是該分餾結(jié)構(gòu)，而是對其回流管的改進(jìn)。
[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(dāng)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?jǐn)?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(dǎo)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(xiàn)較少。中國專利申請CN97111162改進(jìn)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(jìn)水管和循環(huán)出水管，循環(huán)進(jìn)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(jì)地實現(xiàn)適當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)和效果：改進(jìn)分餾器的底部管路結(jié)構(gòu)降低能耗，利用分餾溫差預(yù)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(dāng)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(biāo)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)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。