一种生产聚丙烯腈碳纤维的dmso水溶液精馏残渣的回收利用方法
阅读说明：本技术 一种生产聚丙烯腈碳纤维的dmso水溶液精馏残渣的回收利用方法 (Method for recycling DMSO (dimethyl sulfoxide) aqueous solution rectification residues in production of polyacrylonitrile carbon fibers ) 是由 陈秋飞 丁正南 常维平 李宇 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生产聚丙烯腈碳纤维的DMSO水溶液精馏残渣的回收利用方法。聚丙烯腈碳纤维生产过程中产生含DMSO水溶液,通过对水溶液的浓缩及精馏实现DMSO回收再利用,然而精馏过程中会产生大量的废渣,不仅导致再沸器换热效率的降低,且造成大量的热能及成本的浪费。本发明通过NaOH与溶解在DMSO水溶液中的低分子量聚丙烯腈发生水解反应,当DMSO达到一定浓度时,加入电解质将水解生成的高沸物聚丙烯酸钠聚沉,利用气浮池实现聚丙烯酸钠的分离,再经压滤,漂洗,造粒等工艺获得副产聚丙烯酸钠,可用于水处理剂、盐水精制及胶乳增稠等工业领域,做到变废为宝,同时减少污染,实现降本增效。气浮池下层淡黄色清夜继续浓缩后进入精馏塔,减压蒸馏获得成品DMSO。(The invention discloses a recycling method of DMSO (dimethyl sulfoxide) aqueous solution rectification residues for producing polyacrylonitrile carbon fibers. The production contains DMSO aqueous solution in the polyacrylonitrile carbon fiber production process, realizes DMSO through the concentration and the rectification to the aqueous solution and retrieves and recycle, nevertheless can produce a large amount of waste residues among the rectification process, not only leads to reboiler heat exchange efficiency's reduction, and causes the waste of a large amount of heat energy and cost. According to the invention, NaOH and low-molecular-weight polyacrylonitrile dissolved in a DMSO aqueous solution are subjected to hydrolysis reaction, when the DMSO reaches a certain concentration, electrolyte is added to perform coagulation on high-boiling-point sodium polyacrylate generated by hydrolysis, separation of sodium polyacrylate is realized by using an air flotation tank, and a byproduct sodium polyacrylate is obtained by processes such as pressure filtration, rinsing, granulation and the like. And (4) continuously concentrating the light yellow clear liquid at the lower layer of the air floatation tank, then feeding the light yellow clear liquid into a rectifying tower, and carrying out reduced pressure distillation to obtain a finished product DMSO.)
技术领域
本发明涉及碳纤维生产领域，特别涉及的是一种生产聚丙烯腈碳纤维的DMSO水溶液精馏残渣的回收利用方法。
背景技术
碳纤维因其优异的物理、力学和热学等性能，在航空航天、交通运输、体育用品等领域应用广泛。目前市场上的碳纤维主要以聚丙烯腈为原丝制备得到。DMSO是一种优良有机溶剂，大量用于聚丙烯腈原丝的制备过程，并最终形成含20wt％-30wt％DMSO的废水。如专利CN105731568A中，通过对废水减压脱水后再精馏回收，可有效的降低生产成本和环境污染。然而精馏过程中，废水中溶解的低分子量聚丙烯腈及DMSO分解物等组成的高沸物易产生物料粘度增加，传热降低，清洗周期缩短，同时高沸物的干化及其焚烧处理而产生巨额费用等问题，造成了严重的系统不稳定性、资源浪费和昂贵的生产成本。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，溶解的低分子量聚丙烯腈为主要原因，通过减压精馏前对其进行水解后回收，减少对精馏系统的影响，同时也可作为副产聚丙烯酸钠创造新的经济价值。本发明提出了一种生产聚丙烯腈碳纤维的DMSO水溶液精馏残渣的回收利用方法。该方法的步骤如下：
第一步，在生产聚丙烯碳纤维的DMSO废水输送管道中，通过计量泵定量加入NaOH溶液，调节pH，经静态混合器混合后收集在储罐中，通过外置循环泵使储罐内DMSO废水不断循环，保持均一。
第二步，通过流量计控制外置循环泵去往脱水塔的流量，废水经过再沸器升至一定温度后，进入脱水塔，塔底液经再沸器升温循环至塔底，控制塔内温度及塔顶压力。
第三步，通过塔底采出调节阀开度控制DMSO质量浓度，利用聚沉剂溶液计量泵定量的将聚沉剂加入至DMSO水溶液管道中，聚沉剂溶液计量泵开度与DMSO溶液流量计联动，经静态混合器充分混合，控制混合物料的温度，经管道流入水槽，并在水槽中保温搅拌一段时间。
第四步，水槽中混合液经液位差溢流至气浮沉淀池，下层清液经过输送泵进入脱水塔再沸器升温、减压蒸馏后进入精馏塔，精馏残渣量减少了95％以上；上层固体通过刮板收集后经泵送至压滤机。
第五步，经压滤后所得固体通过母液润洗，再压滤，粉碎，得淡黄色粗品。
第六步，将粗品按一定比例加入甲醇中，升温，恒温搅拌反应一段时间，通过压滤机压滤后，送入烘箱烘干造粒获得成品聚丙烯酸钠固体。
本发明具有以下优点：
1.DMSO水溶液中随着聚丙烯酸钠浓度提升变粘稠，回收系统容易发生换热器、运输管道的堵塞，造成生产不稳定及热能浪费；本发明将DMSO水溶液中高沸物聚丙烯酸钠提前剥离，换热器清洗周期由1天延长至15天，蒸汽的消耗量降低了20％，提高了DMSO精馏的效率，降低生产成本。
2.原回收系统中通过干化机将高废物从蒸馏残液中剥离出来，不仅浪费了大量蒸汽而且废料组分复杂，只能作为危险固废委托处理。本发明通过简单的水溶液处理工艺，将聚丙烯酸钠从水中沉淀出来，再通过一定的处理工艺，获得高分子量聚丙烯酸钠，不仅减少了危险固废的排放，同时赋予其新的功能及经济价值，变废为宝，减少了资源的浪费，增加了公司经营效益，降低了生产成本。
附图说明
图1为DMSO废水精馏残渣的回收利用工艺流程示意图。
具体实施方式
以下通过不同的聚沉剂实施例对本发明进一步说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不限于下述的实施例。
本发明的一种生产聚丙烯腈碳纤维的DMSO水溶液精馏残渣的回收利用方法，其步骤如下：
第一步，在生产聚丙烯碳纤维的DMSO废水输送管道中，通过计量泵定量加入NaOH溶液，调节pH，经静态混合器混合后收集在储罐中，通过外置循环泵使储罐内DMSO废水不断循环，保持均一；
第二步，通过流量计控制外置循环泵去往脱水塔的流量，废水经过再沸器升至一定温度后，进入脱水塔，塔底液经再沸器升温循环至塔底，控制塔内温度及塔顶压力；
第三步，通过塔底采出调节阀开度控制DMSO质量浓度，利用聚沉剂溶液计量泵定量的将聚沉剂加入至DMSO水溶液管道中，聚沉剂溶液计量泵开度与DMSO溶液流量计联动，经静态混合器充分混合，控制混合物料的温度，经管道流入水槽，并在水槽中保温搅拌一段时间；
第四步，水槽中混合液经液位差溢流至气浮沉淀池，下层清液经过输送泵进入脱水塔再沸器升温、减压蒸馏后进入精馏塔，精馏残渣量减少了95％以上；上层固体通过刮板收集后经泵送至压滤机；
第五步，经压滤后所得固体通过母液润洗，再压滤，粉碎，得淡黄色粗品；
第六步，将粗品按一定比例加入甲醇中，升温，恒温搅拌反应一段时间，通过压滤机压滤后，送入烘箱烘干造粒获得成品聚丙烯酸钠固体。
第一步中NaOH溶液质量浓度为25-50％。
第一步中pH控制在8-12之间。
第二步中浓缩温度为120-165℃，浓缩停留时间3-5h，塔顶压力0.5Mpa。
第三步中聚沉剂为FeCl3或AlCl3，质量浓度为10-50％，添加量为1-5kg溶液/吨DMSO废液。
第三步中DMSO质量浓度为35％-65％，温度85-110℃。
第四步中气浮沉淀池为电解气浮池。
第五步母液为饱和聚丙烯酸钠甲醇溶液。
第六步物料与甲醇的质量比为1:10～2:10。
聚沉剂为FeCl3实施例
第一步，在生产聚丙烯碳纤维浓度为15％的DMSO废水输送管道中，通过计量泵以10kg/h流量加入质量浓度为30％的NaOH溶液，调节pH至9-10，经静态混合器混合后收集在储罐中，通过外置循环泵使储罐内DMSO废水不断循环，保持均匀。
第二步，控制进入脱水塔的储罐中DMSO溶液流量为20t/h，废水经过再沸器升温至129℃，进入脱水塔，塔底液经再沸器升温循环至塔底，控制釜底温度145℃，塔顶压力0.45Mpa。
第三步，利用聚沉剂质量浓度为20％FeCl3溶液按20kg/h的速度加入至DMSO水溶液管道中，聚沉剂溶液计量泵开度与塔底采出DMSO溶液流量计联动，通过调节阀开度控制DMSO质量浓度为55％，经静态混合器充分混合，控制混合物料的温度为105℃，经管道流入水槽，并在水槽中保温搅拌，停留时间为2h。
第四步，水槽中混合液经液位差溢流至立式电解气浮池，停留时间1h，下层清液经过输送泵进入脱水塔再沸器升温、减压蒸馏后进入精馏塔，精馏残渣量减少了97％；上层固体通过刮板收集后经泵送至压滤机。
第五步，经压滤后所得固体通过母液多次润洗，再压滤，粉碎，得淡黄色粗品。
第六步，将200KG粗品按质量比15％加入甲醇中，升温60℃，恒温搅拌反应一段时间，通过压滤机压滤后，送入烘箱烘干造粒，5h后取出，获得成品聚丙烯酸钠固体。
聚沉剂为CaCl2对比例
第一步，在生产聚丙烯碳纤维浓度为15％的DMSO废水输送管道中，通过计量泵以10kg/h流量加入30％的NaOH溶液，调节pH至9-10，经静态混合器混合后收集在储罐中，通过外置循环泵使储罐内DMSO废水不断循环，保持均匀。
第二步，控制进入脱水塔的储罐中DMSO溶液流量为20t/h，废水经过再沸器升温至129℃，进入脱水塔，塔底液经再沸器升温循环至塔底，控制釜底温度145℃，塔顶压力0.45Mpa。
第三步，利用聚沉剂20％CaCl2溶液按20kg/h的速度加入至DMSO水溶液管道中，DMSO水溶液仍为红棕色，无固体析出。
聚沉剂为NaCl对比例
第一步，在生产聚丙烯碳纤维浓度为15％的DMSO废水输送管道中，通过计量泵以10kg/h流量加入30％的NaOH溶液，调节pH至9-10，经静态混合器混合后收集在储罐中，通过外置循环泵使储罐内DMSO废水不断循环，保持均匀。
第二步，控制进入脱水塔的储罐中DMSO溶液流量为20t/h，废水经过再沸器升温至129℃，进入脱水塔，塔底液经再沸器升温循环至塔底，控制釜底温度145℃，塔顶压力0.45Mpa。
第三步，利用聚沉剂20％NaCl溶液按20kg/h的速度加入至DMSO水溶液管道中，DMSO水溶液仍为红棕色，无固体析出。
聚沉剂为ZnCl2实施例
第一步，在生产聚丙烯碳纤维浓度为15％的DMSO废水输送管道中，通过计量泵以10kg/h流量加入30％的NaOH溶液，调节pH至9-10，经静态混合器混合后收集在储罐中，通过外置循环泵使储罐内DMSO废水不断循环，保持均匀。
第二步，控制进入脱水塔的储罐中DMSO溶液流量为20t/h，废水经过再沸器升温至129℃，进入脱水塔，塔底液经再沸器升温循环至塔底，控制釜底温度145℃，塔顶压力0.45Mpa。
第三步，利用聚沉剂20％ZnCl2溶液按20kg/h的速度加入至DMSO水溶液管道中，DMSO水溶液仍为红棕色，无固体析出。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施案例而已，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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内。