一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统及工艺的制作方法

1.本发明涉及聚合物分离提纯技术领域，特别涉及一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统及工艺。


背景技术：

2.聚醚醚酮(peek)是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物，属特种高分子材料，由4,4'-二氟苯酮、对苯二酚和碳酸钾为原料，以二苯砜为溶剂合成制得。该物质具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，是一类半结晶高分子材料，可用作耐高温结构材料和电绝缘材料，可与玻璃纤维或碳纤维复合制备增强材料，在航空航天领域、医疗器械领域和工业领域有大量的应用。
3.若需要制备较高纯度的peek，需要分离其中溶解的二苯砜溶剂以及naf等盐分，但peek熔点及沸点极高，无法通过精馏方式提纯，现有技术采用萃取溶解二苯砜，并水洗naf的工艺方法。由于peek为固体，在不同分离工序设备之间的转运过程较为困难，一般peek回收过程均在反应釜中完成。
4.现有peek提纯工艺为，将peek-二苯砜混合固体通过人孔投至反应釜，首先进行二苯砜的萃取过程，采用丙酮作为萃取剂，向釜中加入丙酮。二苯砜需要多次萃取，一方面需保证萃取后的丙酮中维持较高的二苯砜含量，便于后期二苯砜与丙酮的分离，另一方面需保证peek中不含二苯砜，提高peek纯度。萃取后期的丙酮中二苯砜含量较低，需在蒸发釜中将丙酮蒸出，蒸出的不含二苯砜的丙酮可重新作为萃取剂萃取二苯砜，直至peek中不再含有二苯砜。第二阶段为水洗丙酮和naf过程，即向反应釜中加入新鲜水，溶解剩余的丙酮以及peek中的naf盐分。水洗过程也需要进行多次，萃取后的含丙酮和naf的水溶液也需要通过精馏设备将丙酮蒸出，同时也要控制加水量以提高水溶液中的naf含量，减少后期废水蒸发量。水洗结束后不含二苯砜以及naf的peek固体从反应釜底部排出。
5.从以上处理工序可以看出，采用反应釜作为peek提纯设备，由于处理工艺本身的不连续性导致操作工序切换较为繁琐，所需的配套设备较多，同时在单独某个工序的处理过程中，釜式设备的局限性进一步降低了peek的提纯效率，工厂若要扩产仅能够通过增加反应釜的数量实现，扩产效果十分不理想。


技术实现要素：

6.本发明在于解决现有技术中存在的peek提纯处理过程仅能通过反应釜进行间歇操作，同时需配置其他相关丙酮回收以及naf水蒸发设备，不仅设备数量较多，而且操作方式为间歇式，处理效率低下，不便于工业化放大的技术问题，本发明提供了一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统及工艺。
7.本发明的第一方面在于提供一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统，用于聚醚醚酮与二苯砜、naf的分离，所述分离提纯系统包括分离塔，所述分离塔自下而上依次设有萃取水洗段、持液段与精馏段；
8.所述分离提纯系统还包括萃取液储罐、第一再沸器、分离塔冷凝器与回流罐，所述萃取水洗段、萃取液储罐、第一再沸器依次串联形成萃取循环回路，所述萃取水洗段、第一再沸器、持液段、精馏段、分离塔冷凝器、回流罐依次串联形成蒸发循环回路；
9.所述分离提纯系统还包括与萃取水洗段串联形成水洗循环回路的水洗液储罐、第二再沸器、副塔冷凝器；
10.所述萃取循环回路、蒸发循环回路、水洗循环回路上分别设置有第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵。
11.进一步，所述第一循环泵设于萃取液储罐与第一再沸器之间，所述第一循环泵的流量控制为5～100m3/h。
12.进一步，所述萃取水系段顶部设有分布器。
13.进一步，所述分离塔冷凝器包括相互串联的分离塔一级冷凝器与分离塔二级冷凝器，所述分离塔一级冷凝器与分离塔二级冷凝器的出口均与回流罐相连。
14.进一步，所述第二循环泵设于回流罐与精馏段之间。
15.进一步，所述第三循环泵设于水洗液储罐与第二再沸器之间。
16.本发明的第二方面在于提供利用上述用于聚醚醚酮的分离提纯系统的分离提纯工艺，包括步骤：
17.(1)萃取：将待分离提纯的聚醚醚酮置于分离塔内，向萃取水洗段加入萃取剂萃取二苯砜，所述萃取剂与二苯砜自流至所述萃取液储罐中，萃取液储罐中的部分萃取剂通过第一循环泵在萃取循环回路中加热循环；
18.(2)萃取剂蒸发：再次加入萃取剂，萃取剂与二苯砜的混合物经第一循环泵进入第一再沸器中加热汽化，而后进入持液段实现气液分离，气相经分离塔冷凝器冷凝得到冷凝液，部分冷凝液返回至分离塔；
19.(3)水洗：向萃取水洗段连续加入超纯水，含有萃取剂与naf的超纯水自流至水洗液储罐，通过第三循环泵进入第二再沸器加热升温后经副塔冷凝器冷凝后回流至萃取水洗段。
20.进一步，步骤(1)中，萃取水洗段中，控制所述萃取剂的液位高度维持恒定。
21.进一步，步骤(2)中，所述冷凝液自流至回流罐，一部分冷凝液通过第二循环泵返回至分离塔的塔顶作为回流液，一部分冷凝液返回至分离塔的萃取水洗段，剩余冷凝液采出。
22.进一步，当聚醚醚酮中的二苯砜含量小于50ppm后，步骤(2)结束；当聚醚醚酮中的naf含量小于50ppm后，步骤(3)结束。
23.与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
24.本发明提出一种新的peek(聚醚醚酮)后处理设备及工艺，可将原有的peek处理过程由间歇式更改为半连续式操作，该peek分离提纯设备为peek三合一处理塔，综合萃取剂(丙酮)萃取、萃取剂(丙酮)蒸发以及水洗萃取剂(丙酮)、naf过程三个工序于一体，减少peek固体物料在不同工序之间进行转移的频率，简化操作工序程序，从而降低物料转移难度，降低工艺操作难度，提高工作效率；另一方面，本发明所设计的新型分离提纯设备，能够在不增加设备数量的前提下显著增大peek处理能力，该设备方便进行工业化放大，具备规模生产的能力，有效降低工厂扩产所需的设备投资成本。
附图说明
25.图1示出本发明实施例分离提纯系统的工艺流程图；
26.图2示出图1中a部分的放大图。
27.附图标记：
28.1、分离塔；2、萃取水洗段；3、持液段；4、精馏段；5、萃取液储罐；6、第一再沸器；7、分离塔一级冷凝器；8、分离塔二级冷凝器；9、回流罐；10、水洗液储罐；11、第二再沸器；12、副塔冷凝器；13、第一循环泵；14、第二循环泵；15、第三循环泵；16、分布器；17、副塔；18、出液口。
具体实施方式
29.以下由特定的具体实施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示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.参见图1-2，本发明的用于聚醚醚酮的分离提纯系统，用于实现聚醚醚酮与二苯砜、naf的分离，该分离提纯系统包括分离塔1，分离塔1自下而上依次设有萃取水洗段2、持液段3与精馏段4；
31.分离提纯系统还包括萃取液储罐5、第一循环泵13、第一再沸器6、分离塔冷凝器、回流罐9与第二循环泵14，其中，萃取水洗段2、萃取液储罐5、第一循环泵13、第一再沸器6依次串联形成萃取循环回路，萃取水洗段2、第一再沸器6、持液段3、精馏段4、分离塔冷凝器、回流罐9依次串联形成蒸发循环回路；
32.分离提纯系统还包括与萃取水洗段2串联形成水洗循环回路的水洗液储罐10、第三循环泵15、第二再沸器11、副塔冷凝器12。
33.聚醚醚酮(peek)与二苯砜均为高熔点物质，在常温条件下为固态，但peek具有一定粒度，无法被丙酮或者水分溶解，二苯砜易溶解于丙酮，naf不易溶于丙酮，易溶于水。基于上述溶解特性，采用丙酮作为萃取剂对二苯砜进行萃取，而后采用水作为溶剂溶解naf以及残余的丙酮。
34.首先，通过气力输送将待分离提纯的peek固体通过加料口输送至peek三合一处理塔-分离塔1的萃取水洗段2，随后开始通入丙酮进行萃取二苯砜的操作：丙酮连续进入萃取水洗段2中，完全浸泡待分离提纯的peek固体，实现对其中的二苯砜的萃取分离，通过控制萃取水洗段2的出液口18的阀门开度以控制萃取后的丙酮-二苯砜混合物的出液量，丙酮的连续加入量以及丙酮-二苯砜混合物出液量的控制以萃取水洗段2内丙酮液位高度维持恒定为准。
35.丙酮-二苯砜混合物通过出液口18自流至萃取液储罐5，而后部分萃取剂丙酮在第一循环泵13的作用下流向第一再沸器6进行再加热并在萃取循环回路中进行强制循环加热流动，使得萃取水洗段2内维持一定的萃取温度，保证萃取反应的顺利进行，萃取液储罐5中
剩余的含二苯砜的丙酮混合溶液连续采出，以实现peek固体与二苯砜的分离，连续采出的含二苯砜的丙酮混合溶液、在第一再沸器6与萃取水洗段2之间往复流动的丙酮以及新加入的丙酮三者之间保持动态平衡，以维持萃取水洗段2内的液位稳定。
36.含二苯砜的丙酮混合溶液中，二苯砜含量维持在较高的浓度，二苯酚浓度为丙酮-二苯酚混合溶液浓度的10％-80％。随着萃取过程的进行，peek中的二苯砜含量不断降低，在此过程中，为保证丙酮中维持较高的二苯砜浓度，可降低丙酮进塔流量以及含二苯砜的丙酮混合溶液采出流量，或者可以间歇性转入丙酮，并间歇性采出含二苯砜的丙酮混合溶液。
37.可选地，第一循环泵13的流量控制为5～100m3/h，通过提高第一循环泵13的流量，促进萃取水洗段2内丙酮与peek-二苯砜的混合程度，提高混合与萃取效果。
38.可选地，丙酮进入萃取水洗段2时采用切线进料形式，使得丙酮液体形成旋流流动形式，进一步加大peek固体的湍动效果，促进萃取水洗段2内丙酮与peek-二苯砜的混合程度，提高混合与萃取效果。
39.可选地，所述萃取水洗段2的分离塔1侧壁上设有氮气进气口，通过向萃取水洗段2底部鼓入氮气，促进peek翻滚，从而有助于嵌于peek之间二苯砜被丙酮溶解。
40.可选地，萃取水洗段2顶部设有分布器16，用于实现丙酮的连续加入。
41.可选地，出液口18设有丝网，用于拦截peek固体，防止萃取水洗段2的peek固体自流至萃取液储罐5中。
42.当萃取过程结束后，peek中的二苯砜含量较低，难以通过萃取将二苯砜分离完全，此时改为萃取剂丙酮的蒸发过程：采用新鲜丙酮连续对萃取水洗段2内的peek进行淋洗，淋洗后的丙酮-二苯砜混合物经第一循环泵13转至第一再沸器6加热汽化，汽化后的混合物进入到持液段3并实现气液分离，其中，液相依靠重力向下进入萃取水洗段2，气相自发向上进入精馏段4，经分离塔冷凝器冷凝后的冷凝液-丙酮自流至回流罐9中，在第二循环泵14的作用下，部分冷凝液(丙酮)返回分离塔1的塔顶作为回流液继续起到精馏的效果，用于保证塔顶丙酮的纯度部分，部分冷凝液(丙酮)返回至分离塔1的萃取水洗段2再次对peek进行淋洗，经过精馏处理后的淋洗所用丙酮不含二苯砜，以保证peek中不再含有二苯砜，而回流罐9中未返回分离塔1的剩余冷凝液作为采出液采出；持液段3中未汽化的丙酮-二苯砜混合物自流至萃取液储罐5中。
43.在丙酮蒸发过程中，萃取水洗段中的部分二苯砜会因加热汽化而随丙酮进入到持液段3，经过精馏段4的精馏作用将气态混合物中的二苯砜与丙酮分离。
44.可选地，分离塔冷凝器包括相互串联设置的分离塔一级冷凝器7与分离塔二级冷凝器8，且分离塔一级冷凝器7与分离塔二级冷凝器8的出口均与回流罐9相连。
45.随着丙酮蒸发过程的进行，peek中的二苯砜含量继续降低，同时萃取液储罐5中的二苯砜含量不断升高，当萃取液储罐5中的二苯砜含量升高至一定含量后，间歇性转出丙酮-二苯砜混合物。
46.可选地，当peek中二苯砜含量降低至小于50ppm后，停止丙酮蒸发过程。
47.当丙酮蒸发过程结束后，peek中已不再含有二苯砜，此时进行后续的超纯水水洗操作：连续向萃取水洗段2的peek粗品中通入超纯水，超纯水可将其中残余的丙酮洗掉，并溶解peek中含有的少量naf。水洗后含丙酮和naf的超纯水自流至水洗液储罐10，再通过第
三循环泵15转至第二再沸器11进行加热升温汽化，汽化后的丙酮与水的混合物进入到副塔17，气相部分经副塔17的副塔冷凝器12冷凝后部分回流返回至萃取水洗段2继续进行水洗，随后再自流至水洗液储罐10，副塔17塔顶部分采出丙酮-水混合物，水洗液储罐10间歇性采出不含丙酮的naf水溶液。若水洗液储罐10中的naf含量较低，通过采蒸出水分以提高naf水溶液中的naf浓度。
48.可选地，当peek中naf含量降低至小于50ppm后,停止超纯水水洗过程。
49.上述分离提纯工艺结束后，peek粗品中不再含有丙酮，且二苯砜及naf含量均可降低至50ppm以下，将超纯水从萃取水洗段2排出，并打开萃取水洗段2底部放料阀，使纯度较高的peek产品依靠重力排放至设备外。
50.本发明的用于聚醚醚酮的分离提纯工艺，由于丙酮萃取过程以及丙酮蒸发过程不含水，而超纯水水洗过程含水，为避免水分混入丙酮萃取过程以及丙酮蒸发过程，本发明设计以上操作分别采用不同的精馏塔、再沸器、以及配套的冷凝器、暂存罐等设备。
51.本发明提出一种新的peek分离提纯工艺，将现有技术中的间歇式操作模式更换为半连续式操作(不同工序切换为间歇式，相同工序进行时可为连续式操作)，能够有效提高peek提纯处理效率：
52.(1)丙酮的萃取过程可实现连续操作，新鲜丙酮连续进入分离塔实现较高含量二苯砜的萃取，萃取后的含二苯砜的丙酮溶液可连续从分离塔采出；
53.(2)丙酮蒸发过程可实现连续操作，新鲜丙酮连续进入分离塔与较低含量二苯砜实现萃取，并受热蒸发，分离塔塔顶连续采出不含二苯砜的部分丙酮，部分丙酮连续返回分离塔继续参与萃取过程；
54.(3)水洗丙酮和naf过程也能够实现连续式操作，超纯水可连续通入分离塔，副塔连续采出丙酮-水混合物。
55.本发明设计了一种新的peek分离提纯设备，该分离提纯设备能够实现丙酮萃取、丙酮蒸发、水洗丙酮和naf三个阶段均在同一套设备中实现，设备集成度高，而且由于该设备配置外置加热器以及冷凝器，能够显著提高加热、蒸发以及冷凝效率，从而轻易实现产量大幅度提高，便于工业化放大。
56.本发明的单套设备即可实现不同处理量要求的peek提纯过程，无需增减设备数量，而仅通过更改本发明设备参数即可。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统，用于聚醚醚酮与二苯砜、naf的分离，其特征在于，所述分离提纯系统包括分离塔，所述分离塔自下而上依次设有萃取水洗段、持液段与精馏段；所述分离提纯系统还包括萃取液储罐、第一再沸器、分离塔冷凝器与回流罐，所述萃取水洗段、萃取液储罐、第一再沸器依次串联形成萃取循环回路，所述萃取水洗段、第一再沸器、持液段、精馏段、分离塔冷凝器、回流罐依次串联形成蒸发循环回路；所述分离提纯系统还包括与萃取水洗段串联形成水洗循环回路的水洗液储罐、第二再沸器、副塔冷凝器；所述萃取循环回路、蒸发循环回路、水洗循环回路上分别设置有第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵。2.根据权利要求1所述的用于聚醚醚酮的分离提纯系统，其特征在于，所述第一循环泵设于萃取液储罐与第一再沸器之间，所述第一循环泵的流量控制为5～100m3/h。3.根据权利要求1所述的用于聚醚醚酮的分离提纯系统，其特征在于，所述萃取水洗段顶部设有分布器。4.根据权利要求1所述的用于聚醚醚酮的分离提纯系统，其特征在于，所述分离塔冷凝器包括相互串联的分离塔一级冷凝器与分离塔二级冷凝器，所述分离塔一级冷凝器的出口与分离塔二级冷凝器的出口均与回流罐相连。5.根据权利要求1所述的用于聚醚醚酮的分离提纯系统，其特征在于，所述第二循环泵设于回流罐与精馏段之间。6.根据权利要求1所述的用于聚醚醚酮的分离提纯系统，其特征在于，所述第三循环泵设于水洗液储罐与第二再沸器之间。7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的用于聚醚醚酮的分离提纯系统的分离提纯工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)萃取：将待分离提纯的聚醚醚酮置于分离塔内，向萃取水洗段加入萃取剂萃取二苯砜，所述萃取剂与二苯砜自流至所述萃取液储罐中，萃取液储罐中的部分萃取剂通过第一循环泵在萃取循环回路中加热循环；(2)萃取剂蒸发：再次加入萃取剂，萃取剂与二苯砜的混合物经第一循环泵进入第一再沸器中加热汽化，而后进入持液段实现气液分离，气相经分离塔冷凝器冷凝得到冷凝液，部分冷凝液返回至分离塔；(3)水洗：向萃取水洗段连续加入超纯水，含有萃取剂与naf的超纯水自流至水洗液储罐，通过第三循环泵进入第二再沸器加热升温后经副塔冷凝器冷凝后回流至萃取水洗段。8.根据权利要求7所述的分离提纯工艺，其特征在于，步骤(1)中，萃取水洗段中，控制所述萃取剂的液位高度维持恒定。9.根据权利要求7所述的分离提纯工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述冷凝液自流至回流罐，一部分冷凝液通过第二循环泵返回至分离塔的塔顶作为回流液，一部分冷凝液返回至分离塔的萃取水洗段，剩余冷凝液采出。10.根据权利要求7所述的分离提纯工艺，其特征在于，当聚醚醚酮中的二苯砜含量小于50ppm后，步骤(2)结束；当聚醚醚酮中的naf含量小于50ppm后，步骤(3)结束。

技术总结
本发明涉及聚合物分离提纯技术领域，特别涉及一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统及工艺。本发明公开一种用于聚醚醚酮的分离提纯系统，包括分离塔，分离塔自下而上依次设有萃取水洗段、持液段与精馏段；还包括萃取液储罐、第一再沸器、分离塔冷凝器与回流罐，萃取水洗段、萃取液储罐、第一再沸器串联形成萃取循环回路，萃取水洗段、第一再沸器、持液段、精馏段、分离塔冷凝器、回流罐串联形成蒸发循环回路；还包括与萃取水洗段串联形成水洗循环回路的水洗液储罐、第二再沸器、副塔冷凝器；各回路上分别设置有循环泵。该设备可实现聚醚醚酮分离提纯的半连续式操作，减少物料转移频率，简化工艺，提高工作效率，同时便于工业化放大。同时便于工业化放大。同时便于工业化放大。


技术研发人员：孙博 王明磊 李振才 孟祥海 王永超
受保护的技术使用者：山东中盛药化设备有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/31