PPTA的逆流水洗工業化裝置及改進

余平天，馬 超，魏建毅，趙 輝

(1.中國平煤神馬集團材料加工有限責任公司，河南平頂山467000;2.中國平煤神馬集團尼龍化工事業部，河南 平頂山467000)

PPTA的逆流水洗工業化裝置及改進

余平天1，馬 超2*，魏建毅2，趙 輝2

(1.中國平煤神馬集團材料加工有限責任公司，河南平頂山467000;2.中國平煤神馬集團尼龍化工事業部，河南 平頂山467000)

介紹了聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)樹脂的逆流水洗工業化裝置及其工藝流程，并提出了改進措施。結果表明:采用真空帶式逆流水洗機對PPTA樹脂進行了水洗，使用工業純水作為洗滌介質，經7～8級水洗，水洗液中的氮甲基吡咯烷酮(NMP)質量分數達40%以上，水洗效果好;通過在真空帶式逆流水洗機后增設2級攪拌水洗裝置，水洗后PPTA樹脂的灰分含量可降至300 μg/g，滿足PPTA樹脂工業化生產要求。

聚對苯二甲酰對苯二胺 逆流水洗 真空帶式逆流水洗機 攪拌 改造

對位芳綸即聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維，具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸堿、重量輕等優良性能，應用非常廣泛，并被列入國家戰略儲備材料。

生產PPTA的主要原材料為對苯二胺和對苯二甲酰氯，因反應劇烈放熱，且反應時間非常短，如不采取必要措施，PPTA的最終產品質量在工業化生產過程中很難精確控制。因此，在PPTA的工業化生產過程中，通常采用分段反應和將原材料溶于適當的有機溶劑以吸收反應熱等措施。為提高對苯二胺和對苯二甲酰氯在有機溶劑中的溶解度，有機溶劑中通常還添加了一定量的氯化鈣作為助溶劑，氯化鈣的質量分數約為溶劑總質量的6%～9%。作為添加劑使用的這些物質，在反應最終完成以后，必須通過一定的處理方式從PPTA中予以去除，否則，必會直接影響到PPTA在各個產業化領域的應用。

在PPTA的工業化生產過程中，溶解對苯二胺和對苯二甲酰氯的有機溶劑大多選擇N-甲基吡咯烷酮(NMP)，鑒于NMP和水能以任何比例混溶，而氯化鈣在該混合液中的溶解性也非常好，PPTA的洗滌可選擇使用工業純水作為洗滌介質。由于有機溶劑和助溶劑并未參與PPTA的聚合反應，并且反應前所有物料均處于均勻混合狀態，反應后該狀態并未改變，亦即NMP有機溶劑、氯化鈣助溶劑以及其他雜質小顆粒依舊均勻地鑲嵌在PPTA中，通過常規洗滌形式，很難做到將這些物質完全去除，并且如采用常規洗滌形式，洗滌液中的NMP濃度過低，會導致溶劑的回收成本過高，也會制約到PPTA的工業化生產。

1 真空帶式逆流水洗機及工藝流程

為解決洗滌液中有機溶劑濃度過低的問題，采用逆流水洗工藝對PPTA進行洗滌。采用逆流水洗工藝，作為洗滌劑的水首先從洗滌的最末端注入，此時水中無雜質，PPTA粉體經過多次洗滌，其中的有機溶劑和其他雜質含量也降至最低，可得到最好的洗滌效果;經過這次洗滌，含有一定量NMP溶劑的水從物料洗滌的反方向進入上一級洗滌區，經過洗滌后的水洗液所含的有機溶劑含量會進一步富集;當洗滌的次數足夠多，水洗液中的有機溶劑含量就會足夠高，此時就可以得到滿足工藝處理要求的回收液。

考慮到PPTA的外觀特征為粉末狀固體，在進行水洗洗滌時，可以采用濾餅過濾的洗滌形式。經過反復設備選型，最終選用了真空帶式逆流水洗機來進行PPTA的水洗。在逆流水洗機正常運行時，一級水洗液(即純水)首先從逆流水洗機的出料端噴淋到位于濾布上方的PPTA上，此時經過之前n－1次水洗，物料中的有機溶劑、助溶劑及其他雜質，其含量都已經被降到最低，所以能夠得到最接近或符合質量要求的樹脂產品;經過第1次水洗的水洗液通過真空泵的抽吸作用，通過集液管進入到一級水洗液積液罐，再用泵輸送到2級水洗液進口，對樹脂進行第2次水洗，通過第二次水洗，水洗液中的有機溶劑含量進一步富集;以此類推，當水洗液被輸送到n次水洗液進口，對PPTA進行第n次噴淋水洗后，水洗液中的有機溶劑含量達到最高，如果此時有機溶劑的濃度能夠滿足溶劑回收的工藝要求，就可以輸送到溶劑回收工序進行回收利用。

為確保達到最滿意的水洗效果，對各級的水洗液都進行了取樣檢測，檢測結果證明，經過7～8級的水洗，樹脂中的有機溶劑接近全部洗出，此時如果繼續增加水洗級數，此后各級水洗液中的NMP含量已經變化不大，為確保水洗效果，將逆流水洗機的水洗級數確定為10～11級，此時水洗液中的NMP質量分數提高到40%以上，達到了行業認可的較高水平。

為驗證真空帶式逆流水洗機對PPTA進行水洗的可靠性，對PPTA的灰分進行了檢測。檢測結果表明，盡管在最后幾道水洗工序中析出的雜質已經非常稀少，但是樹脂中仍然含有大量的灰分，其中包括大量氯化鈣助溶劑以及其他金屬離子類雜質，這些雜質的最高含量甚至高達20 000 μg/g以上，此時即使對逆流水洗機的其他各項工藝參數反復調整，但依然未能解決樹脂灰分指標偏高的問題，事實證明，真空帶式逆流水洗機不能夠完全滿足PPTA粉體的水洗要求，尤其是灰分指標的要求。

2 設備及工藝改進

鑒于使用真空帶式逆流水洗機不能夠完全滿足PPTA粉體的水洗要求，該設備必須進行改進。PPTA灰分較高的原因是PPTA內部的微觀多孔結構。在PPTA聚合的工藝過程中，由于大量使用了有機溶劑和助溶劑，這些物質在未水洗前的樹脂中最高質量分數達90%，經過水洗，有機溶劑和其他雜質最終雖然都會析出，但經過水洗，當這些物質析出以后，從微觀上來講，其位置就會被大量的微孔結構所代替，形成了所謂的蜂窩狀微觀結構。有機溶劑、助溶劑以及其他雜質的大分子潛藏在微孔的內部，具有大量孔洞的微觀蜂窩結構限制了這些大分子的快速移動，如果僅僅依靠真空設備提供的負壓和重力作用，這些大分子無法在短時間之內有效析出。

為驗證微孔結構深層的雜質能否順利標出，采取加攪拌裝置，增加洗滌時間以及離心甩干等措施。由于PPTA粉體的水洗是在水溶液中進行的，因此，采取了帶攪拌的水洗裝置與真空帶式逆流水洗機相結合的方式，綜合了攪拌水洗裝置水洗效果好、真空帶式逆流水洗操作簡單的優點，將原有真空帶式逆流水洗設備水洗級數調整為6～7級，置于兩組帶攪拌的水洗裝置之前，經過試運行，取得了非常好的效果。經檢測，水洗所得到的PPTA樹脂的最低灰分含量可降低至300 μg/g，完全保證了PPTA工業化應用的需要，該指標已經達到或超過國外同類產品。帶攪拌的逆流水洗裝置如圖1所示。

圖1 帶攪拌的逆流水洗裝置工藝流程Fig.1 Flow chart of countercurrent rinsing machine with stirring function

從圖1可見，使用帶攪拌的逆流水洗機組對PPTA粉體進行水洗，首先需對第二洗滌區的攪拌裝置補充新水，待與PPTA粉體混合均勻，并繼續攪拌一段時間后，將該混合液輸送至對應的脫水機組進行脫水處理，脫除的水分經過收集，輸送進入第一洗滌區，作為該區的洗滌水使用，此即為二次水洗液，第一洗滌區的處理過程與第二洗滌區基本相同。經過兩次處理的水洗液，因其中含有一定量的有機溶劑，為提高溶劑回收的效率、減少對環境的污染以及降低廢水處理費用，二次水洗后的水洗液收集后作為真空帶式逆流水洗機的水洗液補充新水使用。

3 結論

a.采用真空帶式逆流水洗機對PPTA樹脂進行水洗，水洗級數為7～8，水洗液中的NMP質量分數達40%以上，但PPTA中灰分含量仍較高。

b.通過在6級真空帶式逆流水洗機后增設2級攪拌水洗裝置，水洗后的PPTA樹脂灰分含量可降至300 μg/g;同時水洗液中的NMP質量分數亦達到40%以上，改進后的設備完全滿足了PPTA樹脂工業化生產的需要。

Reformation of countercurrent rinsing industrialized unit for PPTA

Yu Pingtian1，Ma Chao2，Wei Jianyi2，Zhao Hui2
(1.China Shenma Material Processing Co.，Ltd.，Pingdingshan467000;2.Nylon Chemical Industry Division，China Shenma Co.，Ltd.，Pingdingshan467000)

The countercurrent rinsing industrialized unit and the technological process thereof were introduced for poly(p-phenylene terephthalamide)(PPTA)resin.And the reformation plan was put forward.The results showed that the mass fraction of 1-methyl-2-pyrrolidinone(NMP)exceeded 40%in washing water，which indicated a fairly good rinsing effect，when a vacuum belt countercurrent rinsing machine was used to wash PPTA resin at grade 7－8 with industrial pure water as washing medium;the ash content of PPTA resin was decreased to 300 μg/g after rinsing，which completely satisfied the commercial PPTA resin production requirements，as a two-stage stirring and rinsing unit was introduced after vacuum belt countercurrent rinsing unit.

poly(p-phenylene terephthalamide);countercurrent rinsing;vacuum belt countercurrent rinsing machine;stirring;reformation

TQ323.6;TQ051.8

B

1001-0041(2012)05-0068-02

2012-02-20;修改稿收到日期:2012-08-22。

余平天(1949—)，高級工程師，從事設備使用及維護工作。

* 通訊聯系人。E-mail:ruiyu1229@163.com。