專利名稱：從液相分離固體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從液相分離固體的方法和裝置。
從液相分離固體是工業(yè)上經(jīng)常進(jìn)行的一項任務(wù)。其中的一個例子是從堿性母液中分離氫氧化鋁晶體。在分離時，重要的是使固體盡可能完全與液相分開，同時又不會得到大量稀釋的洗滌液。
當(dāng)要求液相與固體徹底完全分離(＞99％)時，將出現(xiàn)特殊的分離問題。液相中通常含有必須分離的非揮發(fā)性組分。在這種情況下，干燥固體不能解決分離問題。相反，固體需要洗滌，又不會得到稀釋的洗滌液。這種情況出現(xiàn)在在高沸點溶劑中制備某些高性能聚合物中。本發(fā)明的方法特別涉及在高沸點溶劑中制備的聚合物，在這一過程中還形成鹽或在后面需要中和的酸或堿。這些方法的例子是用二胺和二酰氯制備聚芳酰胺，用二酚或二苯氧化物和光氣制備聚碳酸酯，用二苯氧化物和二鹵代芳香烴制備聚砜、聚醚砜或聚醚酮，或用二芳基二氯代硅烷和二苯氧化物制備聚亞芳基硅氧烷。具體來說，術(shù)語“高性能聚合物”包括聚亞芳基硫化物。
在制備聚(對亞苯基)硫醚(PPS)時，該聚合物必須與高沸點的N-甲基吡咯烷酮(NMP)及不溶解的和溶解的副產(chǎn)品分開。聚合物中殘留溶劑(NMP)部分應(yīng)當(dāng)?shù)陀?00ppm。生成的含NMP的稀釋洗滌液在蒸餾時需要很高的費用，因此，必須避免。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，可以通過過濾、然后洗滌濾餅的方法進(jìn)行分離。但是，必須使用大量洗滌液體用于使液相和固體徹底完全分離，這必將需要大量加工處理費用。
根據(jù)需要在升高的溫度下從固體/液體混合物中蒸發(fā)溶劑也是公知技術(shù)。在使用高沸點溶劑如NMP的情況下，這耗時且成本高。另外，非揮發(fā)性雜質(zhì)還保留在PPS固體中，必須在下一個工藝步驟中脫除。
從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在連續(xù)操作的分離裝置中進(jìn)行上述分離任務(wù)仍然引人關(guān)注。
本發(fā)明的目的是提供一種從固體/液體混合物中分離固體的方法和裝置，液相與固體幾乎完全分離，同時又不會得到大量稀釋的洗滌液。
本發(fā)明的目的是通過下述方法實現(xiàn)的第一液相中的固體與第二液相逆流接觸，固體轉(zhuǎn)移至第二液相。
進(jìn)行本發(fā)明的方法時，在一個裝置中使第一液相中的固體與第二液相逆流接觸，該裝置有至少一個固體/液體入口(1)，至少一個固體/液體出口(4)，至少一個液體入口(3)和至少一個液體出口(2)(參看

圖1和圖3)。
第一液相中的固體加入固體/液體入口(1)。第二液相加入液體入口(3)。固體幾乎完全通過固體/液體出口(4)排到第二液相中。第一液相盡可能完全徹底地通過液體出口(2)排出。
在本發(fā)明的方法中，只有少量的第一液相和固體一起通過固體/液體出口(4)排到第二液相中。基于固體/液體出口(4)的第二液相計的第一液相的比例低于50wt％，優(yōu)選低于10wt％，特別優(yōu)選低于1wt％。
在本發(fā)明的方法中，第一液相沒有被第二液相大量稀釋?；谝后w出口(2)中的第一液相計的第二液相的比例低于80wt％，優(yōu)選低于50wt％，特別優(yōu)選低于30wt％。
在本發(fā)明的方法中，一般來說，只有少量固體被帶入通過液體出口(2)。這一部分固體占通過固體/液體入口(1)加入的固體的比例優(yōu)選低于30wt％，特別優(yōu)選低于10wt％。
在本發(fā)明的方法中，固體通過該裝置時由于重力作用而沉降。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，固體/液體混合物中的固體在該裝置中至少沉降一次，用第二液相逆流洗滌沉降的固體。
在本發(fā)明的方法中，第一液相優(yōu)選是有機(jī)溶劑，第二液相優(yōu)選是水。使用的有機(jī)溶劑是如偶極性非質(zhì)子傳遞溶劑，優(yōu)選NMP。
在本發(fā)明的方法中，第一液相和第二液相優(yōu)選是可混溶的。
固體可由一種或多種組分組成。固體的主要組分優(yōu)選是聚合物如聚亞芳基硫醚，特別優(yōu)選PPS。
如果其組分在第一液相和第二液相中的溶解度不同，則本發(fā)明的方法還可以分離固體混合物。優(yōu)選的是固體的主要組分在第一液相和第二液相中都不溶解。待分離的固體或第一液相的次要組分優(yōu)選在第二液相中有良好的溶解性。
在一個特別優(yōu)選的實施方案中，待分離和純化的聚合物如PPS在本發(fā)明的工藝條件下在第一液相和第二液相中都不溶解，而待除去的雜質(zhì)如鹽和高沸點溶劑能夠溶解在第二液相中。
本發(fā)明方法的一個特別大的優(yōu)點是即使在高溫和超大氣壓的條件下也能連續(xù)分離固體。
在本發(fā)明的方法中，固體密度與第一液相和第二液相的密度不同。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的方法使用的裝置包括至少一個頂部、至少一個底部和至少一個有n個沉降盤的中部。
本發(fā)明第一個優(yōu)選的實施方案是一種使用一種裝置的方法，該裝置至少有一個沉降盤(ST)，該沉降盤包括至少一個帶沉降出口的沉降漏斗、至少一個流動區(qū)和至少一個沉清液出口。
固體沉降在每一個沉降盤的沉降漏斗中，在流動區(qū)內(nèi)洗滌。將此操作按順序重復(fù)n級。沉降盤有一個漏斗狀結(jié)構(gòu)，終止于底部出口，該出口表示固體/液體出口。頂部有一個固體/液體混合物的入口，該入口使固體/液體混合物到達(dá)最上面的沉降盤。頂部還有一個出口，用于排放來自最上面沉降盤的沉清液。
本發(fā)明方法使用的裝置可以將固體從混合物中分離，使得能夠通過增加沉降盤數(shù)目來降低夾帶固體的第一液相比例。
沉降盤上下疊放。沉降盤的沉清液出口與下一個更高的沉降盤的流動區(qū)連接。沉降盤的沉清液包含第一液相和第二液相的混合物。在按精心設(shè)計的幾何形狀排列的流動區(qū)內(nèi)，沉清液流經(jīng)沉降固體，對固體至少進(jìn)行部分置換洗滌。通過這種方法，一個沉降盤的沉清液用作其上面沉降盤的洗滌液。新洗滌液以純第二液相的形式通過液體入口(3)加入最下面的沉降盤的流動區(qū)。固體從上向下流經(jīng)本發(fā)明方法使用的裝置時，洗滌液從底部向上流動。這種逆流原理能夠非常有效地將第一液相與固體分離。
對流動區(qū)進(jìn)行幾何排列，使固體不會以正對著每一個沉降盤中迎流的洗滌液沉降。固體流到下一個沉降盤的通道不會被逆流流經(jīng)該裝置的洗滌液阻塞，因為洗滌液是通過單獨的沉清液出口輸送到下一個更高的沉降盤的流動區(qū)的。用這種方法可以得到?jīng)]有受到大的阻礙的沉降，因此，沉降速度慢的固體也能夠被分離。
使用本發(fā)明方法的裝置的分離效果主要是沉降盤的數(shù)目有關(guān)。分離效果通過沉降盤數(shù)目與相應(yīng)的分離任務(wù)相適應(yīng)。分離效果隨沉降盤的數(shù)目而提高。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案是該裝置有n個沉降盤，其中，n是2-1000的整數(shù)。
本發(fā)明特別優(yōu)選的一個實施方案是該裝置有n個沉降盤，其中，n是3-200的整數(shù)。
本發(fā)明非常優(yōu)選的一個實施方案是該裝置有n個沉降盤，其中，n是4-100的整數(shù)。
本發(fā)明第二個優(yōu)選的實施方案是一種使用一種裝置的方法，該裝置包括一個有中心攪拌軸的直管。該攪拌軸至少在一個高度上有一個橫臂攪拌器。在橫臂攪拌器的一個水平面上排列有多個攪拌葉片或攪拌板。
當(dāng)通過固體/液體入口進(jìn)入的固體從頂部向下流經(jīng)本發(fā)明方法使用的裝置時，洗滌液從底部向上流動。通過第二液相對第一液相的置換從上至下持續(xù)增加，這就能夠?qū)⒐腆w從混合物中分離，從而降低夾帶固體的第一液相比例。新洗滌液以純第二液相的形式通過液體入口(3)在中部底端處加入該裝置。這種逆流原理能夠非常有效地將第一液相與固體分離。
對橫臂攪拌器進(jìn)行幾何排列，使其最大限度地抑止上升液相2形成環(huán)流。具體來說，攪拌葉片幾乎挨著直管內(nèi)壁。形成的環(huán)流能夠削弱本發(fā)明方法的洗滌效率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)橫臂攪拌器的每一高度至少有兩個攪拌葉片或攪拌板是有用的。在一個優(yōu)選實施方案中，橫臂攪拌器在每一高度處有3-8個，特別優(yōu)選有4個攪拌葉片或攪拌板。
本發(fā)明方法使用的裝置的分離效率基本上取決于橫臂攪拌器平面的數(shù)目和間隔高度。可以用平面數(shù)使分離效率與各種分離任務(wù)相匹配。分離效率隨平面數(shù)的增加而增加。
在操作過程中，橫臂攪拌器中速轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速一般是0.1-1000rpm，優(yōu)選1-200rpm，特別優(yōu)選5-50rpm。
最上面的沉降盤或頂部的直徑比下面沉降盤的直徑大通常是有利的。這樣能夠降低液體出口(2)中的固體比例，出口(2)形成最上面沉降盤的沉清液出口。
合適的固體/液體混合物是其中有靠重力作用而沉降的固體的混合物。固體含量的上限取決于混合物的流動性。該裝置也能分離比例非常小的固體。
固體的密度與液相的密度不同。液相中固體的沉降速度大于1mm/min。固體沉降速度取決于固體與液相的密度差，固體的平均粒度、粒度分布和液相的粘度。本發(fā)明方法使用的裝置能夠分離粒度＞1μm的固體?？梢酝ㄟ^增加粒度和密度差改進(jìn)分離效果。
通過改變裝置結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)操作條件可以使本發(fā)明方法使用的裝置的分離效率在很寬范圍內(nèi)與各種分離任務(wù)相匹配。在第一個優(yōu)選實施方案中，可以通過調(diào)節(jié)沉降盤數(shù)目n、沉降漏斗的傾斜度、沉降出口和沉清液出口的幾何形狀及流動區(qū)的幾何構(gòu)形改變裝置的結(jié)構(gòu)。在第二個優(yōu)選實施方案中，可以通過調(diào)節(jié)橫臂攪拌器的平面數(shù)n、每一平面的垂直距離及攪拌葉片或攪拌板的形狀改變裝置的結(jié)構(gòu)。
通過調(diào)節(jié)固體/液體混合物的流入和流出速度、第二液相的流入速度或橫臂攪拌器的轉(zhuǎn)速能夠得到有利的操作條件。
還可以用多個裝置串聯(lián)。在給定處理量的條件下，這種排列能夠提高分離效率。
現(xiàn)在借助附圖和實施例說明本發(fā)明。
附圖附圖由圖1、圖2和圖3組成。
圖1通過實施例示出本發(fā)明方法使用的裝置的第一個優(yōu)選實施方案，該裝置是沉降裝置。
圖2示出圖1所示裝置的一部分(重復(fù)單元)。
圖3示出實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置的第二個優(yōu)選實施方案。
圖1和圖2所示的裝置有至少一個沉降漏斗(A)、至少一個流動區(qū)(B)和至少一個沉清液出口(C)，沉降漏斗(A)上有沉降出口(D)。
圖1所示裝置的底部(BT)有漏斗狀結(jié)構(gòu)，在底部出口處終止，該出口同時表示固體/液體出口(4)。頂部(KT)有一個固體/液體混合物入口(1)。頂部(KT)還有一個液體出口(2)。中部(MT)包含n個沉降盤，并有一個液體入口(3)。
圖2所示的沉降盤(ST)有一個沉降漏斗(A)、一個流動區(qū)(B)和一個沉清液出口(C)，沉降漏斗(A)上有沉降出口(D)。在流動區(qū)(B)中，第一液相和第二液相的混合物從下一個低級沉清液出口(C)流經(jīng)固體松散床，至少進(jìn)行部分置換洗滌。圖2所示的沉降漏斗包括內(nèi)漏斗部分(A1)和外漏斗部分(A2)，內(nèi)漏斗部分(A2)固定在可旋轉(zhuǎn)中心軸(E)上。
圖3所示的裝置有一個直管(F)和一個中心攪拌軸(G)。攪拌軸有在多個高度上相互疊放的橫臂攪拌器。每一高度有四個圓形攪拌板，這些板幾乎延伸至管壁。
圖3所示裝置的底部(BT)有漏斗狀結(jié)構(gòu)，在底部出口處終止，該出口同時表示固體/液體出口(4)。頂部(KT)上有一個液體出口(2)。管(F)的上端有一個固體/液體混合物入口(1)。洗滌液通過入口(3)加入。
400g/min的懸浮在N-甲基吡咯烷酮(含5wt％的水)中的25wt％的聚亞苯基硫醚和5wt％的固體氯化鈉的混合物在65℃下加入圖1所示裝置的固體/液體入口(1)。同時，300ml/min的水在50℃下加入液體入口(3)。通過固體/液體出口(4)取出300g/min的100g聚亞苯基硫醚在200g水中的懸浮液。取出的聚亞苯基硫醚在水中的懸浮液含有低于0.5wt％的原先加入的氯化鈉。在固體/液體出口(4)取出的含水液相中的NMP含量低于1％。
在液體出口(2)處，排放出含有高于99.5％的原先加入的氯化鈉的水和NMP的混合物。NMP/水混合物含有高于65wt％的NMP。沒有觀察到可測定量的PPS固體通過液體出口(2)排出。為了分離聚亞苯基硫醚，將混合物干燥。將NMP/水混合物蒸餾后回收NMP。
將攪拌器的速度設(shè)為10rpm。180g/min的懸浮在N-甲基吡咯烷酮(含5wt％的水)中的25wt％的聚亞苯基硫醚和5wt％的固體氯化鈉的混合物在65℃下加入圖2所示裝置的固體/液體入口(1)。同時，110ml/min的水在65℃下加入液體入口(3)。通過固體/液體出口(4)取出125g/min的45g聚亞苯基硫醚在80g水中的懸浮液。取出的聚亞苯基硫醚在水中的懸浮液含有低于0.2wt％的原先加入的氯化鈉。在固體/液體出口取出的含水液相中的NMP含量低于0.5wt％。
在液體出口(2)處，排放出含有高于99.5％的原先加入的氯化鈉的水和NMP的混合物。NMP/水混合物含有高于65wt％的NMP。沒有觀察到可測定量的PPS固體通過液體出口(2)排出。為了分離聚亞苯基硫醚，將在出口(4)取出的PPS/水混合物干燥。將NMP/水混合物蒸餾后回收NMP。
這兩個實施例說明在沉降裝置中可以將聚亞苯基硫醚從其與懸浮在NMP中的氯化鈉的混合物中分離出來，并且不會產(chǎn)生大量稀釋的洗滌液。不用蒸發(fā)大量水，而通過蒸餾就可完全回收NMP。NMP和氯化鈉與PPS的分離率大大高于99％。
對NMP的有利回收及PPS的少量損失使得本發(fā)明的方法在工業(yè)上引人關(guān)注。
權(quán)利要求
1.一種從第一液相分離固體的方法，其中，第一液相中的固體與第二液相逆流接觸，固體轉(zhuǎn)移至第二液相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一液相中的固體與第二液相逆流接觸是在一個裝置中進(jìn)行的，該裝置有(a)至少一個固體/液體入口，(b)至少一個固體/液體出口，(c)至少一個液體入口，和(d)至少一個液體出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，固體被逆流洗滌，在洗滌過程中，至少進(jìn)行部分置換洗滌。
4.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-3的方法，其中，第一液相含有有機(jī)溶劑作為主要組分，第二液相含有水作為主要組分。
5.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-4的方法，其中，固體的主要組分是聚合物。
6.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-5的方法，其中，固體的主要組分是聚亞芳基硫醚，特別是PPS。
7.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-6的方法，其中，基于固體/液體出口(4)中的第二液相計的第一液相的比例低于50wt％，優(yōu)選低于10wt％，特別優(yōu)選低于1wt％。
8.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-7的方法，其中，基于固體/液體出口(2)中的第一液相計的第二液相的比例低于80wt％，優(yōu)選低于50wt％，特別優(yōu)選低于30wt％。
9.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-8的方法，其中，第一液相和第二液相是可混溶的。
10.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-9的方法，其中，固體密度與第一液相和第二液相的密度不同。
11.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-10的方法，其中，裝置有n級，n是≥1的整數(shù)。
12.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-11的方法，其中，固體通過該裝置時由于重力作用而沉降。
13.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-12的方法，其中，固體在每一個沉降盤中不會正對著迎流的洗滌液沉降。
14.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-13的方法，其中，裝置包括至少一個頂部(KT)、至少一個底部(BT)和位于二者之間的至少一個有n個沉降盤的中部(MT)。
15.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求1-14的方法，其中，多個裝置串聯(lián)或并聯(lián)。
16.一種從第一液相分離固體的裝置，其中，第一液相中的固體與第二液相逆流接觸，固體轉(zhuǎn)移至第二液相。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中，第一液相中的固體與第二液相逆流接觸，該裝置有(a)至少一個固體/液體入口，(b)至少一個固體/液體出口，(c)至少一個液體入口，和(d)至少一個液體出口。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的裝置，其中，固體被逆流洗滌，在洗滌過程中，至少進(jìn)行部分置換洗滌。
19.根據(jù)權(quán)利要求16-18的裝置，該裝置至少有一個沉降盤(ST)，該沉降盤包括至少一個帶沉降出口的沉降漏斗、至少一個流動區(qū)和至少一個沉清液出口。
20.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求16-19的裝置，其中，沉降盤的沉清液出口與下一個更高的沉降盤的流動區(qū)連接。
21.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求16-20的裝置，其中，固體在每一個沉降盤中不會以正對著迎流的洗滌液沉降。
22.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求16-21的裝置，該裝置包括至少一個頂部(KT)、至少一個底部(BT)和位于二者之間的至少一個有n個沉降盤的中部(MT)。
23.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求16-22的裝置，該裝置內(nèi)部有一個可轉(zhuǎn)動的軸(E)。
24.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求16-23的裝置，其中，多個這樣的裝置串聯(lián)或并聯(lián)。
25.根據(jù)一個或多個權(quán)利要求16-24的裝置的用途，該裝置用于分離懸浮在液體中的固體。
全文摘要
本發(fā)明涉及從第一液相分離固體的方法和裝置，其中，第一液相中的固體與第二液相接觸，固體轉(zhuǎn)移至第二液相。在洗滌過程中逆流洗滌固體，洗滌過程中至少發(fā)生部分置換洗滌。
文檔編號B01D11/00GK1424934SQ00818550
公開日2003年6月18日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者M·豪伯斯, R·瓦格納 申請人:提克納有限公司