在物料搅拌床中由残余物溶液分离固体残余物的方法和装置

摘要

本发明描述了分离后由残余物在可蒸发物料和/或溶剂中的溶液中分离固体残余物的方法和设备，加入至多20％(重量)高沸点烃(该烃在可蒸发物料的蒸发条件下是惰性的)将混合物在真空下加热至蒸发温度，从而将可蒸发物料蒸发、抽出并浓缩，从而得到自由流动固态残余物，将残余物溶液引入到保持在蒸发温度的固体粒料的搅拌床上。

说明书

在许多分离工艺中，尤其是蒸馏工艺中，分离后作为釜底产物得到基本上不明的固体残留物，需要将其除去。为了易于处理，在蒸馏过程中不完全分离这些固体残余物，而是以在仍能够蒸发的物料中的溶液的形式或在特别加入的溶剂中的溶液的形式从蒸馏工艺中排除。需要对残余物溶液作进一步处理以得到可蒸发物料，并回收任何所用的溶剂。处理通常这样进行，即将残余物溶液加热至可蒸发物料和溶剂的蒸发温度。抽出蒸发物料，得到固态自由流动残余物，将它送去进行进一步的废料处理操作例如焚化或抛弃。该工艺技术角度的问题是在蒸发可蒸发物料或溶剂的同时，残余物溶液由液态经由粘稠密实状态变成固态残余物。如果蒸发在搅拌设备中间歇式进行，根据在经由粘稠态的过程中所需的搅拌器功力的大增可观察到这种过渡。并且，在粘稠态，向残余物的热传递(引入蒸发热)和产生高浓度可蒸发物料的新表面所需要的混合受到很大阻碍。

这些蒸馏残余物的一个实例是在异氰酸酯，尤其是聚氨酯生产过程中主要成分甲苯二异氰酸酯(TDI)的生产过程中的蒸馏残余物。异氰酸酯的生产是通过将相应的胺光气化来进行的，反应剂在溶剂通常是邻二氯苯中反应。反应的收率约为96-98％，主要形成异氰酸酯聚合物作为副产物。

为得到纯的异氰酸酯，将通过光气化得到的粗品异氰酸酯溶液在几个单独的阶段蒸馏。残余物溶液，对于TDI生产的情况，含大约5-20％的聚合TDI，作为蒸馏塔的底部产物获得。需要从残余物溶液中蒸发TDI的可蒸馏部分和溶剂，以得到固态自由流动的残余物。

按照美国专利2889257，已建议这样处理异氰酸酯生产的残余物溶液，通过将残余物溶液引入到200-350℃的含惰性，高沸点烃的搅拌容器中，将残余物溶液的可蒸发部分蒸发，并抽出，在热的烃油中形成固态残留物颗粒。将热的烃油在搅拌容器和热交换器之间用泵往复运动，而固体颗粒由于重力作用从支流排出。这个本身复杂的工艺的结果，避免了残余物溶液经由粘稠状态的过渡，但该工艺要求复杂的设备，而且，要求每隔一段时间都要对烃油进行处理。

按照近来欧洲专利548685中的建议，在放置了残余物溶液量的5-20％的沥青加料的搅拌容器中，在150-280℃的温度下进行间歇式处理，连续地向其中引入残余物溶液，在2-30毫巴压力下抽出残余物溶液的可蒸发成分。在加料结束时，得到碎的自由流动的物质。显然沥青加料具有以下几个方面的功用。首先是给搅拌容器提供充足的热容量以将残余物溶液的可蒸发成分蒸发，以避免温度变化。在残余物溶液的初步引入过程中，沥青保证了残余物溶液在搅拌容器中的快速分布。避免了搅拌器和容器壁上形成固体残余物结块，而且，促进了小的残余物碎屑的形成。但对于需要很大地提高搅拌功力的经由粘稠态的过渡问题仅有很轻微的减小。而且，其缺点还在于间歇操作的模式需要大量工人，而该模式仅通过几个搅拌容器的轮流操作就可设计为准连续操作模式。

图1是适用于本发明的螺旋干燥器(screw drier)。

图2是代表本发明的方法和设备的简图。

图3是用于本发明的搅拌床的顶视图。

按照本发明，建议将残余物溶液(可选地与20％(重量)基于残余物溶液重量计的沥青混合后)引入到保持在可蒸发物料和/或溶剂蒸发所需的温度的固体粒料的搅拌床上。

因而，本发明的目的是提供分离后由残余物在可蒸发物料和/或溶剂中的溶液中分离固体残余物的方法，可选地加入至多20％(重量)高沸点烃(该烃在可蒸发物料的蒸发条件下是惰性的)，将混合物在真空下加热至蒸发温度，从而将可蒸发物料蒸发、抽出并浓缩，从而得到自由流动固态残余物，其特征在于将残余物溶液引入到保持在蒸发温度的自由流动固体物料的搅拌床上。

最好用前面分离过程中所得到的固体残余物作自由流动固体物料。但其它物料例如沙、砾、浮石、煤屑或其它材料也可用作自由流动固体物料。

最好用异氰酸酯生产—尤其是TDI生产的蒸馏操作的蒸馏底部产物作残余物溶液。

所用的高沸点惰性烃，对于异氰酸酯蒸馏残余物的处理最好是沥青，尤其优选残余物溶液量的1-10％(重量)，更优选1-5％(重量)。

但该方法并不仅限于异氰酸酯生产的蒸馏底部产物的处理，而且通常适用于通过分离可蒸发成分制得固体残余物的溶液或悬浮液的处理。本发明方法的应用领域概括来讲还包括陶瓷悬浮液、颜料悬浮液、或干酪生产过程中得到的乳浆的蒸馏剩余物的处理。作为残余物得到的固体也可以是主要是想要回收的有价值的物质，例如提取工艺后的剩余物。

下面将以异氰酸酯生产的蒸馏底部产物的处理实例为基础描述本发明，但这并不构成对本发明普遍适用性的限制。

本发明方法可间歇式或连续式进行。在间歇式操作中，将自由流动的固体粒料放入带有搅拌器的容器中，使容器达到可蒸发物质的蒸发温度并抽真空。在达到分离的操作条件后，将残余物溶液引入到容器中，经气相排出可蒸发物质。引入残余物溶液的速率应使得平均床温度保持恒定，即该温度不会降低，而且搅拌器的功耗不会升高。

该床优选在刮壁式(wall-sweeping)操作下搅拌，使得受热容器壁与床之间能保证良好的热传递，以及如可能的话进行固态自由流动物料的完全循环，如可能的话，该循环在整个搅拌容器中进行以保证容器中均匀的热分布。在此情况下“刮壁式”指搅拌器与容器壁之间有2-20mm的间隙。

当将残余物溶液引入到搅拌的固体床上时，残余物溶液的分布应达到这样的程度：即在优势温度(prevailing temperature)和2-30毫巴，更优选10-20毫巴的压力下可蒸发成分自发蒸发，而经由粘稠态的过渡生成很薄的膜，使得床的性能不会受到影响。如果是处理TDI蒸馏的残余物溶液，搅拌床优选处于150-280℃，更优180-230℃的温度。

在引入残余物溶液的同时，连续形成固体残余物，使床的质量增加，直到达到容器的容量。然后将容器腾空，其程度应达到容器中所保留的固体量仅为床所需的下一批加料量。

搅拌容器中的自由流动固体残余物的量即腾空后保留于容器中的固体残余物的量优选为容器容量的至少10％，更优选15-30％。

本发明方法优选连续进行。连续法可在受热的，带有脱气装置的轴向输送螺旋干燥器或桨叶干燥器中进行。按照本发明，在螺旋干燥器的入口，将形成床的固体粒料连续引入。将残余物溶液每隔一段时间连续地沿螺旋干燥器的输送方向计量加入，而螺旋干燥器应足以将粒料加热至蒸发温度。将形成的固态残余物在螺旋干燥器的出口连续排出。

为控制引入到螺旋干燥器中的固体粒料(底料)的需要量，而不在螺旋干燥器中残余物溶液的进料点形成液相，残余物溶液的进料最好能沿螺旋干燥器的长度分布。这样所需引入的粒料的量保持在螺旋干燥器产出量的10-30％(重量)。

连续法最好在搅拌容器中进行，呈刮壁式搅拌桨叶形状的搅拌器将容器分成径向部分，使得可以保证物料的环流运动。将残余物溶液沿容器轴向引出。将固体残余物在离残余物溶液入口处尽可能远的位置在容器的径向、沿搅拌器转动方向排出。残余物溶液最好通过与搅拌轴同心排布的几个入口点引入。

将容器的截面径向等分的搅拌叶片最好由大量彼此交叠的小的倾斜的搅拌叶片组成。

理想的是，对床的搅拌应使得残余物颗粒一般沿大致为圆环形的轨道运动。对于适应于搅拌容器载面的搅拌桨叶，这样的圆环形轨道是由搅拌容器的底面呈碟形底而形成的。最理想的情况是，搅拌容器的碟形底向中央逐渐变尖，使搅拌容器呈圆槽形。

固体残余物的连续除去和残余物溶液向床上的引入最好相对于搅拌器转动方面依上面的顺序邻近地进行，使物料床的颗粒由残余物溶液引入的位置经由最好是圆槽形容器进行移动，直至沿搅拌器转动方向呈螺旋形地除去固体残余物。在此，残余物颗粒在与残余物溶液接触后在搅拌容器中达规定的最小停留时间。

本发明的目的也是提供进行该方法的设备，包括带有刮壁式搅拌器的热搅拌容器，在容器中保持减压的设备、将残余物溶液连续引入容器中的设备，由容器中除去自由流动固体残余物的设备。搅拌容器优选有碟形底，并且搅拌容器最优选呈圆槽形形状。

下面根据附图详细解释本发明，这些附图描述了本发明的特别优选的实施方案。

图1是适于本发明方法的螺旋干燥器。螺旋干燥器外壳1有加热夹套2和刮壁式螺旋元件或桨叶3。箭头31标名引入粒料的位置。并且还设置沥青的入口32。将残余物溶液通过带有入口喷嘴4a至4g的管线4引入。通过沿箭头6抽吸除去蒸发的有价值物料。将固体残余物在7除去。

图2是带有加热夹套2和刮壁式搅拌器3的圆槽形搅拌容器1。表面由20表示的固体残余物颗粒床在垂直于搅拌器3运动的方向在搅拌器的转动下，沿箭头21所示的方向作环形运动。将残余物溶液通过阀5和管线4引入，并通过喷嘴4a至4d喷洒在物料上。采用真空泵经由管线6抽出蒸发溶剂和有价值的物料，送往冷凝器(未示出)并蒸馏。将连续形成的固体残余物经由出口7，在冷却盘管8冷却后通过真空锁9回收于容器11。如需要，提供第二个锁10。这是指氮气可能会被引入锁9和10之间，使大气氧进入搅拌容器1的通道被阻绝的情况。带有加热介质供给源13的降膜式蒸发器12被安置于残余物溶液引入搅拌容器的上游，残余物溶液经由管线14引入到该蒸发器中，并可选地通过管线15加入沥青。特别是在使用在分离后的固体残余物含量小于40％(重量)的残余物溶液时要安置降膜式蒸发器，因为搅拌容器的容量可能会因此而显著增加。

图3表示搅拌床的顶视图，用于解释环面颗粒环形轨道运动21。要被排出的残余物的出口7安置在相对于搅拌器的转动方向18而言与残余物溶液的入口4相邻的位置，并且在入口4的后面。