用水蒸汽處理懸浮液或液體的過程中減少泡沫生成的方法

2023-10-06 10:40:59 2

專利名稱：用水蒸汽處理懸浮液或液體的過程中減少泡沫生成的方法
技術領域：
本發明涉及一種在用水蒸汽處理懸浮液或液體的過程中減少泡沫生成的方法。
在作飽合化合物乳化聚合過程中，單體通常不會定量聚合。常常聚合在已知的低百分率下終止。總之，在懸浮液中除了剩餘的單體外，還有所用單體和助劑的伴隨物，例如所用的乳化劑，以及聚合過程中產生的低分子副產物。產品中殘留的無用揮發性有機組分以下統稱「殘留揮發物」。1995年12月15日，96/13/EG委員會關於頒發室內塗料和室內油漆的EG-環境標誌的環境標準的決定中將這種殘留揮發物分成揮發性有機化合物(VOC)和揮發性芳香碳氫化合物。這兩種化合物都涉及到標準壓力條件下沸點(或起始沸點)最高不超過250℃的有機化合物。此外，揮發性芳香碳氫化合物在其結構式中至少含有一個芳香核。這裡所用的統稱「殘留揮發物」係指這類沸點(或起始沸點)最高不超過250℃的有機化合物。
除了懸浮液外，液體亦能含殘留揮發物，例如用一種電解質或酸破壞通過乳化聚合生成的懸浮液時至少會使部分殘留揮發物留在與聚合物分離後的液體中。在處置這類液體時殘留揮發物會產生適合環境的問題。此外，如果殘留揮發物作懸浮液或乳濁液應用，例如在食品或化妝品或室內應用時，這些殘留物是有害的，應儘量將其全部去除。
因此，懸浮液或液體需進行處理，去除其中的殘留揮發物。這種處理稱為去臭。已知各種去臭方法和設備。除去大部分只對不飽合的化合物起作用的化學方法外，大多採用提餾方法，即用提餾氣體通過液體或懸浮液。早就知道使水蒸汽通過預熱的懸浮液或液體能去除殘留揮發物。這種水蒸汽處理，特別是表面張力低於40dyn/cm的聚合物懸浮液，因為它們含有會在懸浮液中形成大量泡沫的乳化劑，從而會有很大的困難。取決於所含乳化劑和其它聚合助劑的種類和濃度、所含單體的種類和數量以及聚合物的顆粒度，其大量泡沫通常使過程變慢，出現困難並且常常不能繼續進行。通過添加去沫劑，例如磷酸鹽烷基配合物與多價金屬鹽組合使用，雖能達到減少泡沫的目的，但添加這類去沫劑經常會使懸浮液的穩定性和技術應用性質受到影響。出於這個原因，大都拒絕添加去沫劑，例如採用一種蒸汽-懸浮液泡沫混合物在高速流動下經受一極快的壓降的方法來代替添加去沫劑。為了消除泡沫，在蒸汽-懸浮液泡沫混合物的運動途徑上採用一個或多個噴嘴狀的管截面縮小部件和折流板和擋板或類似的作用部件。在一種優選的實施方案中，蒸汽-懸浮泡沫混合物高速通過噴嘴之後切線送入真空沉降器中。
本發明的方法優先採用的液體或懸浮液應如下液體本發明的方法採用的液體可以是任一種含可去除殘留揮發物的液體，尤宜採用有成泡沫傾向的水溶液或液體。這類液體的例子可以是從懸浮液或聚合乳濁液中分離出聚合物後的溶液或其它含無用揮發組分並產生泡沫的液體，特別是作溶劑的液體。另一例子可以舉出聚合溶液，特別是水性聚合溶液。這類聚合溶液在聚合後在相應的溶劑中常含有殘留單體和其它能通過去臭過程分離的組分。懸浮液本發明的方法採用的懸浮液可以是任一含可去除的殘留揮發物的懸浮液，這類懸浮液的例子可舉出汙染土壤懸浮液、無機顆粒物懸浮液、生物分子懸浮液，尤其是有機化合物的懸浮液，特別是聚合物懸浮液。這類懸浮液主要是水性懸浮液。
在典型的去臭方法中，懸浮液或液體從塔頂送入，同時從塔的下部區送入水蒸汽，要去臭的懸浮液或液體與水蒸汽逆流通過該塔。在這類逆流塔中，塔頂的壓力比塔底低。在水性懸浮液(特別是聚合物懸浮液)去臭時，在去臭塔塔頂形成真空，要去臭的懸浮液產生泡沫。這很快就會使塔頂完全充滿泡沫。當塔頂充滿泡沫時，泡沫被提餾蒸汽夾帶入後面的汽凝器中。由於這種現象不是均勻地產生，而是呈波動，所以在塔頂引起壓力波動，最終影響整個塔。這種現象防礙塔的穩定操作。由於壓力波動一方面出現塔內及混直至塔板滴水，這將明顯降低塔的效率。此外，在泡沫過多的情況下，產品可能到達汽凝器，並在那裡經出口進入廢水造成流失。如果產品到達冷凝器，大部分會繼續抽入真空泵中再進入廢氣系統。這種現象可重複出現，直到真空泵破壞，廢氣管道堵塞。兩種情況都會使裝置停車，從而相應地損失產量。
為了防止冷凝器和真空系統發生泡沫，曾經在塔頂和冷凝器之間安裝一泡沫分離器，籍助壓力突變破壞泡沫(DE 12 48 943)。這種籍助壓力突變破壞泡沫的方法要求在塔頂和泡沫分離器之間有足夠的壓差。在大量泡沫穩定形成的情況下，如通常的循環去臭過程那樣，這種系統一般會取得良好的結果。但在去臭塔是這種情況，即要考慮泡沫呈波動以及系統中的壓力波動下，常常不能達到為可靠地消除泡沫所需的壓差。其結果泡沫得不到可靠的消除。這就帶來了上面所述的缺點。迄今通過採用大型的從而是昂貴的泡沫分離器作為輔助設備並不能克服這些缺點。
本發明的目的在於改進現存的方法，使生成泡沫的懸浮液或液體進入去臭塔頂部時減少泡沫的生成。
為達到此目的，是採用水蒸汽處理懸浮液或液體時減少泡沫生成的方法，該法通過(a)將水蒸汽導入塔的下部，同時將介質送入塔頂，而且水蒸汽向塔頂作上升運動，(b)介質與水蒸汽接觸生成泡沫。
本發明的方法，其特徵在於，送入工序(a)中的介質是通過懸浮液或液體與水蒸汽在一種設備中混合生成的，而且介質進入塔頂的溫度比在工序(b)中與介質接觸的水蒸汽的溫度高。
出人意料地發現，直接將水蒸汽通入進塔的懸浮液流或液體流中可使塔頂形成的泡沫量減少。仔細的研究表明，如果塔頂進料的懸浮液或液體的溫度低於塔頂調節塔壓的水蒸汽溫度時，則在塔頂進料時會形成特別大量的泡沫。只有根據本發明將足夠熱的直接蒸汽引入懸浮液或液體中，使送入塔頂的介質，即懸濁液-水蒸汽-混合物或液體-水蒸汽-混合物加熱到足夠高的溫度(即高於塔頂的水蒸汽溫度)，才會使泡沫減少到足夠的程度。根據本發明，這可籍助噴嘴達到，該噴嘴置於離塔頂足夠距離的直立的入口管中，並將蒸汽導入懸浮液或液體之中。為此宜採用環隙噴嘴。為使蒸汽均勻分布在懸浮液或液體之中並將其加熱，在此管中直到塔頂入口的途徑上安裝帶大孔的水平板作蒸汽分配器。由此籍助至少一塊有一個孔的板作為擋板以形成背壓。亦可用一隔膜閥作可調節流閥代替或補充擋板。
本發明的其它細節和優點將根據附圖
及實例加以敘述。
附圖表示管1，懸浮液按箭頭2所示的方向進入經截止閥3可隔斷的管。管中安置噴射器4，水蒸汽由有閥6的導管5經噴射器進入。管1分成多個段，即1A至1D，其間有設置孔板，按照流動方向第一孔板7和與7相隔一定距離安裝的第二孔板8均作為蒸汽分布器。第三孔板9作擋板。管1經彎管10與去臭塔(未示出)相連，懸浮液按箭頭11所示的方向流入塔中。
實施例1在一種設備中，用管DN 100作為管1，段1A為100mm長，段1B、1C各為250mm長。按後面塔的尺寸，管1D的長度為5m。各孔板的厚度為3mm。孔板7和8各有三個直徑為40mm的孔，孔板9隻有一個直徑為60mm的孔。經導管2送入10t/h懸浮液。為經導管5導入蒸汽，採用DN 100/50的環隙噴嘴送入達500kg/h蒸汽。壓差為2.5bar，儀表12測得的背壓約為0.5bar。
實施例2在垂直的從原為DN 50擴大至DN 100的管中，內置DN 80/25的環隙噴嘴作蒸汽導入噴嘴，其通過量可達500kg/h蒸汽，管1與處理量為6t/h懸浮液的去臭塔相接。為將蒸汽混入懸浮液，設置3塊擋板，其間距為250mm。頭兩塊板7和8各有三個直徑為30mm的孔，板9隻有一個直徑為40mm的孔。為使蒸汽更好地在懸浮液中冷凝，在懸浮液流先由另一塊擋板節流，其直徑與粘度有關，並界於16-24mm之間，其後再設置一隔膜以達到靈活節流的目的。
操作條件懸浮液1應用實例1一種固體含量高的、粘度中等(約500mPas)、泡沫少的粘接劑懸浮液(ACRCNAL V 210；BASFAG)在53-55℃下以3t/h的流量送入低真空(320mbar)的掛式分離容器(6.3m3體積)以去除揮發性雜質。該產品的泡沫在1分鐘內完全充滿容器。將懸浮液流量減少到1.5t/h亦毫無幫助。只有將真空減至100mbar(相當於46℃下的水蒸汽壓力)才使泡沫減少，這樣該產品可以正常處理量的一半進行純化。
但應達到3t/h懸浮液的處理量。但由於提高真空後氣體速度較高，從流體動力學觀點看來這是不可能的。反之，在較弱的真空下由於泡沫的形成使過程又不能進行。
試驗性地在產品流上安裝了一臺新的蒸汽導入設備，並用它加熱懸浮液。只需加入100kg/h的蒸汽足以使產品完全不帶泡沫地以3t/h(流體動力學上限)的流量加入到分離容器中。
100kg蒸汽可使3t懸浮液的溫度升高約28K，即是說可使懸浮液的溫度比在容器壓力為320mbar下的水的沸點溫度高。後者為71℃。
應用實例2乳濁液(ACRONAL V 210)送入去臭塔以便更好去除其中的低沸點物質。其技術實施方案已在上面敘述並示於附圖。產品以流量為10t/h、溫度為60℃送入塔(300mbar/70℃)，在幾分鐘內塔頂完全充滿泡沫，致使過程中斷。將300kg/h蒸汽加入產品流中可完全抑制泡沫。該蒸汽流相當於將產品的溫度提高25K。
懸浮液2應用實例3一種中等固體含量的、低粘度的和泡沫行為一般的粘接劑懸浮液(Acronal A 323)被送入去臭塔進行氣體提餾。為此約60℃的產品以6t/h的流量送入塔(400mbar和79℃)。在30秒鐘內產品使較小的塔頂充滿泡沫，過程不得不中斷。
同一試驗條件，只混入200kg/h直接蒸汽使懸浮液溫度升高25K，外加較小的蒸汽混合管段DN 80，以及帶3×40孔和1×25mm孔的擋板，裝置運行中未出現問題，頭幾塊塔板上的泡沫甚少(＜10cm泡沫層)。
懸浮液3應用實例4一種泡沫多、粘度低的粘接無紡纖維(ACRONAL S 888 S；BASFAG)的懸浮液經與懸浮液2同樣的塔進行氣體提餾。產品流量為4t/h。原來的入口溫度為75℃，通入200kg/h直接蒸汽後測出溫度升至85℃，塔的壓差為65mbar。如果切斷直接蒸汽的導入，產品的入塔溫度在2分鐘內降至77℃(塔頂溫度為74℃)，產品開始發泡。塔的壓差增至120mbar和以上。
為了避免塔的操作中斷，再通入200kg/h直接蒸汽，幾分鐘內系統穩定到先前的值，塔頂泡沫甚少。壓差為65mbar，入口溫度為85℃。
權利要求
1.一種在用水蒸汽處理懸浮液或液體過程中減少泡沫生成的方法，該方法通過(a)將水蒸汽導入塔的下部，同時將一種介質送入塔頂，而且水蒸汽向塔頂作上升運動，(b)介質和水蒸汽接觸，生成泡沫，其特徵在於，送入工序(a)的介質是通過懸浮液或液體與水蒸汽在一種設備中混合生成的，而且介質進入塔頂的溫度比在工序(b)中與介質接觸的水蒸汽的溫度高。
2.權利要求1的方法，其特徵在於，所採用的塔按逆流塔的原理操作。
3.權利要求1或2的方法，其特徵在於，在所採用的塔的上部壓力降低。
4.權利要求1-3中之一項的方法，其特徵在於，懸浮液/水蒸汽-混合物或液體/水蒸汽-混合物經噴嘴送入塔頂。
5.權利要求1-4中之一項的方法，其特徵在於，懸浮液/水蒸汽-混合物或液體/水蒸汽-混合物進入塔頂時的溫度比與懸浮液/水蒸汽-混合物或液體/水蒸汽-混合物接觸的水蒸汽的溫度高5℃-10℃。
6.權利要求1-5中之一項的方法，其特徵在於，採用管式混合容器作設備。
7.權利要求1-6中之一項的方法，其特徵在於，懸濁液或液體與水蒸汽在設備中混合時懸浮液或液體直接被水蒸汽加熱。
8.權利要求1-7中之一項的方法，其特徵在於，水蒸汽經環隙噴嘴送入設備。
9.權利要求1-8中之一項的方法，其特徵在於，導入的水蒸汽在設備中均勻分布。
10.權利要求9的方法，其特徵在於，設備中採用孔板進行均勻分布。
11.權利要求10的方法，其特徵在於，水蒸汽分布在進入的懸浮液或液體分布後在設備中形成背壓。
全文摘要
本發明涉及一種在用水蒸汽處理懸浮液或液體過程中減少泡沫生成的方法,該方法通過(a)將水蒸汽導入塔的下部,同時將一種介質送入塔頂,而且水蒸汽向塔頂作上升運動,(b)介質和水蒸汽接觸,生成泡沫,其特徵在於,送入工序(a)的介質是通過懸浮液或液體與水蒸汽在一種設備中混合生成的,而且介質進入塔頂的溫度比在工序(b)中與介質接觸的水蒸汽的溫度高。
文檔編號B01D3/34GK1267229SQ98808221
公開日2000年9月20日 申請日期1998年8月14日 優先權日1997年8月18日
發明者W·許賓格, W·霍爾特魯普, W·海德 申請人:Basf公司