一种尼龙6熔体精脱挥装置
阅读说明：本技术 一种尼龙6熔体精脱挥装置 (Fine devolatilization device for nylon 6 melt ) 是由 谢灿灿 汤廉 王松林 尹婉钰 王新玉 张冬芝 姜奇杭 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及尼龙生产设备领域,公开了一种尼龙6熔体精脱挥装置,包括：壳体；盖设于壳体顶部开口处的上封板；设于上封板上的熔体进料管；设于壳体内的脱挥分布板,脱挥分布板将壳体分隔为熔体分布腔和真空脱挥腔上下两部分；脱挥分布板上分布有若干脱挥孔；抽真空机构；加热机构；设于壳体底部的熔体出口。本发明装置能够满足尼龙6熔体的脱挥特点,具有物料分布及传热均匀、反应均匀稳定、效率高、生产稳定性高、能耗低等特点。(The invention relates to the field of nylon production equipment, and discloses a nylon 6 melt fine devolatilization device, which comprises: a housing; an upper sealing plate covering the opening at the top of the shell; the melt feeding pipe is arranged on the upper sealing plate; the devolatilization distribution plate is arranged in the shell and divides the shell into a melt distribution cavity and a vacuum devolatilization cavity; a plurality of devolatilization holes are distributed on the devolatilization distribution plate; a vacuum pumping mechanism; a heating mechanism; a melt outlet arranged at the bottom of the shell. The device can meet the devolatilization characteristic of the nylon 6 melt, and has the characteristics of uniform material distribution and heat transfer, uniform and stable reaction, high efficiency, high production stability, low energy consumption and the like.)
技术领域
本发明涉及尼龙生产设备领域，尤其涉及一种尼龙6熔体精脱挥装置。
背景技术
己内酰胺水解聚合的转化率一般在90%左右，意味着聚合物中残余有10%左右的己内酰胺单体和低聚物(也称热水可萃取物，其中单体约占75%，低聚物约占25%)，这些熔体中的杂质对纺丝造成了极大的影响。因此，在PA6纺丝前，需要对切片进行萃取处理，根据FZ/T51004-2011，PA6切片热水可萃取物含量应小于0.5wt%(优等品)。现在工业上普遍采用热水连续萃取工艺，萃取掉PA6切片中的单体和低聚物，使切片中可萃取物含量低于0.5wt%，满足高速纺丝的要求。但在萃取、干燥再熔融过程中需要消耗大量的水和能源，据统计，在PA6切片生产过程中，萃取、干燥过程的能耗占PA6切片生产过程能耗的15-20%，大幅提高了PA6纤维的生产成本。为了消除这些弊端，PA6纺丝技术在未来将往直接纺丝方向推进，熔体直纺相较于切片法纺丝还可大大简化生产流程，单位产量基建投资少，有利于进一步降低纤维生产成本。
目前降低己内酰胺水解聚合过程中热水可萃取物含量的主要方法是对聚合温度的控制，因为己内酰胺聚合是一个随着温度变化而变化的平衡关系，随着温度的升高，更有利于热水可萃取物生成，尤其是环状低聚物，因此可以通过控制聚合温度来有效控制热水可萃取物含量，即低温聚合。要想确保聚合过程处于液态进行，聚合温度需至少大于尼龙6熔点以下10℃，此时的聚合温度仍不能将热水可萃取物控制在可熔体直纺的范围，而且低温聚合还有另外一个缺点，即反应速度较慢，所获的聚合物分子量偏低；由低温聚合物纺制纤维，则必须先将聚合物升至加工温度，然而，这时由于反应存在化学平衡，又形成低分子化合物，与正常的聚合法相比较就没有什么优点了，因此需要辅以其它工艺来降低熔体中热水可萃取物含量。
申请人在前期研究发现，在一定的脱挥条件下，尼龙6熔体中的单体可以有效地脱除，而在此过程中，单体的脱除也会带动其它低聚物，尤其是环状二聚体升华，从熔体中脱除，这就提供了一条降低尼龙6熔体中热水可萃取物含量的途径。因此通过开发尼龙6专用的脱挥装置，实现降低尼龙6熔体中的热水可萃取物含量，同时实现热水可萃取物的高效回用的目标，成为尼龙6产业发展的趋势。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种尼龙6熔体精脱挥装置。本发明装置能够满足尼龙6熔体的脱挥特点，具有物料分布及传热均匀、反应均匀稳定、效率高、生产稳定性高、能耗低等特点。
本发明的具体技术方案为：一种尼龙6熔体精脱挥装置，包括：
壳体；
盖设于所述壳体顶部开口处的上封板；
设于所述上封板上的熔体进料管；
设于壳体内的脱挥分布板，所述脱挥分布板将壳体分隔为熔体分布腔和真空脱挥腔上下两部分；脱挥分布板上分布有若干脱挥孔；
位于脱挥分布板下方的抽真空机构；
为壳体内腔提供热量的加热机构；
设于壳体底部的熔体出口。
本发明精脱挥装置的工作原理为：在纺丝前，尼龙6熔体经过加压泵由熔体进料管进入壳体内的熔体分布腔，熔体均匀流入脱挥分布板表面，由于熔体分布腔的压力较大，并且在加热条件下，熔体在通过脱挥孔的过程中被喷射或挤出形成细流，进入真空脱挥腔。该过程中熔体的脱挥面积得到显著增加，细流状熔体在加热真空状态下，气体的单体及低聚物从熔体中脱离出来，并聚集在真空脱挥腔的顶部，由抽真空机构抽出。脱挥后的尼龙熔体最终由熔体出口出料。经过上述精脱挥处理后，可将尼龙熔体的中热水可萃取物含量由3%左右降低至＜1.5wt%，环状二聚体含量降低至＜0.3wt%。本发明装置的上述结构可以实现尼龙6的脱挥过程，实现物料受热均匀，分配均匀，使反应温度控制在合理的小范围之内，从而达到脱挥效果。
综上，熔体经过精脱挥装置后，可以实现尼龙6的脱挥过程，实现物料受热均匀，分配均匀，使反应温度差异控制在合理范围之内，从而达到稳定、高效的脱挥效果。
与传统的圆盘脱挥器与薄膜蒸发器相比，本装置在脱挥过程中与PA6熔体接触少，避免了高粘熔体粘壁形成凝胶影响熔体品质的问题，也延长了设备的维护周期，降低设备维护成本。
作为优选，所述脱挥孔的轴向截面呈现为上大下小的形状。
作为优选，所述脱挥孔的上部呈半球状，下部呈竖直细管状。
上述脱挥孔形状的设计可最大程度保证熔体流动的稳定性。
作为优选，所述脱挥分布板的厚度在10-25mm。所述脱挥孔上部导孔的直径为0.1-5mm，下部毛细孔的直径为上部的1/4~1/2。将脱挥孔上部的直径限制在0.1-5mm范围，实际生产中可根据熔体粘度调节孔的直径。
作为优选，所述熔体进料管的底部出口为若干均匀朝向脱挥分布板的分配支管。
上述设计可保证熔体能够均匀地通过脱挥分布板流入真空脱挥腔。
作为优选，所述脱挥分布板分为外缘非布孔区、环形布孔区和内缘非布孔区；所述脱挥孔均匀分布于所述环形布孔区内，且环形布孔区低于外缘非布孔区和内缘非布孔区。
作为优选，所述抽真空机构包括水平位于脱挥分布板下方的环形气管、气体出口管和设于壳体外的抽真空泵；所述环形气管和抽真空泵通过气体出口管连通；环形气管上均匀分布有气孔。
本装置在抽真空时考虑到气体的流动会对细流状熔体造成影响，例如由每一脱挥孔流出的单流受气流影响容易相交，造成细流扰动甚至断裂，脱挥面积波动大，导致脱挥效果不稳定。我们将脱挥分布板的环形布孔区的位置设计为低于外缘非布孔区和内缘非布孔区，且同时在环形布孔区四周布置环形气管抽真空，可分散气体流动过程，使气体不直接对着熔体方向，可以最大程度避免细流状熔体在脱挥过程中受到气体流动的干扰。
作为优选，所述脱挥孔在环形布孔区的径向上排列2-3圈。
作为优选，所述环形气管的气孔处设有半开口的挡板。
为了进一步避免抽真空对熔体细流的扰动，并防止熔体被抽入气孔处造成堵塞，本装置在气孔处设有半开口的挡板，可最大程度避免上述情况的发生。
作为优选，所述气体出口管的数量为多个，等距分布于环形气管的圆周上。
作为优选，所述抽真空泵为旋片式真空泵、分子真空泵、喷射真空泵、扩散泵和扩散喷射泵中的一种或多级串联形成的组合。
作为优选，所述环形气管的直径大于环形布孔区的直径。
上述设计可确保抽真空时环形气管位于环形布孔区的周围，可快速直接地对脱离出熔体的脱挥气体抽离。
作为优选，所述加热机构包括包设于壳体外侧壁的热媒夹套和垂直设于壳体内腔中央的热媒加热管。
如果只在壳体外单一设置热媒夹套，在真空状态下物质的传热效果会减弱，壳体内的最里侧和最外侧熔体温度会有一个明显的温度差，靠近壳体的熔体比中心的熔体反应温度高，造成熔体均匀性差。为此，本装置的加热机构由两部分组成，一部分设于壳体外的热媒夹套进行分段加热，一部分从壳体内部加设热媒加热管保证壳体内部温度均匀；上述设计使得整个壳体内温度分布均匀，脱挥效果显著。
作为优选，所述热媒夹套上设有热媒进口和热媒出口；所述热媒加热管的加热介质进口设于壳体的底部外壁上，加热介质出口固定于上封板上并延伸至外界。
作为优选，所述壳体的内腔底部设有刮壁机构；所述刮壁机构包括紧贴壳体内壁的螺带刮刀、与螺带刮刀联动的刮刀驱动轴和外接的驱动器。
尼龙熔体在脱挥后流入壳体底部，容易在内壁上沉积。刮壁机构的设置可有效避免粘壁现象。
作为优选，所述壳体的内壁和螺带刮刀表面设有不粘涂层。
上述部件经过不粘处理后能够避免具有粘性的物料在部件表面的粘附、堆积。
作为优选，所述壳体分为上下两部分，通过法兰连接。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
（1）本发明装置能够满足尼龙6的脱挥特点，具有物料分布及传热均匀、反应均匀稳定、效率高、生产稳定性高、能耗低等特点。可使尼龙6熔体中热水可萃取物含量＜1.5wt%，环状二聚体含量＜0.3wt%。
（2）在抽真空时考虑到气体的流动会对细流状熔体造成影响，导致脱挥效果不稳定。本装置将脱挥分布板的环形布孔区的位置设计为低于外缘非布孔区和内缘非布孔区，且同时在环形布孔区四周布置环形气管，环形气管的气孔处设有半开口的挡板。可分散气体流动过程，使气体不直接对着熔体方向，可以最大程度避免细流状熔体在脱挥过程中受到气体流动的干扰。
（3）本装置脱挥孔的轴向截面呈现为上大下小的形状。上述脱挥孔形状的设计可最大程度保证熔体流动的稳定性。
（4）本装置设计内外热媒双通道，保证了热量的供给量，避免挥份脱除过程中造成的熔体温度大幅波动，此外，也保证了物料均匀受热，保证每一根细流的均匀性。
（5）相比传统的圆盘反应器与薄膜蒸发器，本装置在脱挥过程中与PA6熔体接触少，避免了高粘熔体粘壁形成凝胶影响熔体品质的问题，也延长了设备的维护周期，降低设备维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例1装置的正面剖视图；
图2为本发明实施例1装置的侧面剖视图；
图3为本发明实施例1装置上封板的俯视图；
图4为本发明实施例1装置熔体进料管的结构示意图；
图5为本发明实施例1装置脱挥分布板的俯视图；
图6为本发明实施例1装置环形气管和气体出口管的结构示意图。
附图标记为：壳体1、上封板2、熔体进料管3、脱挥分布板4、脱挥孔5、熔体出口6、热媒夹套8、热媒加热管9、螺带刮刀10、刮刀驱动轴11、法兰12、分配支管31、外缘非布孔区41、环形布孔区42、内缘非布孔区43、环形气管71、气体出口管72、气孔73、挡板74、热媒进口81、热媒出口82、加热介质进口91、加热介质出口92。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。
实施例1
一种尼龙6熔体精脱挥装置，如图1-2所示，包括：壳体1；盖设于所述壳体顶部开口处的上封板2；设于所述上封板上的两个熔体进料管3；设于壳体内的脱挥分布板4； 位于脱挥分布板下方的抽真空机构；为壳体内腔提供热量的加热机构；设于壳体内腔底部的刮壁机构以及设于壳体底部的熔体出口6。其中：
如图1所示，所述壳体分为上下两部分，通过法兰12连接。
如图3-4所示，每个所述熔体进料管的底部出口分岔为两根分配支管31。共四根分配支管均匀朝向脱挥分布板。
如图1-2所示，所述脱挥分布板将壳体分隔为熔体分布腔和真空脱挥腔上下两部分，真空脱挥腔约占2/3的空间。如图5所示，脱挥分布板分为外缘非布孔区41、环形布孔区42和内缘非布孔区43；脱挥孔均匀分布于环形布孔区内（径向上排列2圈），且环形布孔区低于外缘非布孔区和内缘非布孔区。所述脱挥孔的轴向截面呈现为上大下小的形状。优选为上部呈半球状，下部呈竖直细管状。脱挥分布板的厚度为15mm；脱挥孔上部的直径为2mm，下部的直径为上部的1/3。
如图6所示，所述抽真空机构包括水平位于脱挥分布板下方的环形气管71、对向连接于环形气管上的两条气体出口管72和设于壳体外的抽真空泵；所述环形气管和抽真空泵通过气体出口管连通；环形气管上均匀分布有气孔73，气孔处设有半开口的挡板74。环形气管的直径大于环形布孔区的直径。抽真空泵为旋片式真空泵。
如图1-2所示，所述加热机构包括包设于壳体外侧壁的热媒夹套8和垂直设于壳体内腔中央的热媒加热管9。所述热媒夹套上设有热媒进口81和热媒出口82；所述热媒加热管的加热介质进口91设于壳体的底部外壁上，加热介质出口92固定于上封板上并延伸至外界。
如图1-2所示，所述刮壁机构包括紧贴壳体内壁的螺带刮刀10、与螺带刮刀联动的刮刀驱动轴11和外接的驱动器。所述壳体的内壁和螺带刮刀表面设有不粘涂层。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于：脱挥孔均匀分布于环形布孔区内，在径向上排列3圈）。脱挥分布板的厚度为10mm；脱挥孔的直径为1mm，下部的直径为上部的1/3。抽真空泵为分子真空泵。
实施例3
实施例2与实施例1的区别仅在于：脱挥孔均匀分布于环形布孔区内，在径向上排列3圈），脱挥分布板的厚度在25mm；脱挥孔的直径为3mm，下部的直径为上部的1/3。抽真空泵为喷射真空泵和扩散喷射泵两级串联。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
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