專利名稱：從液相分離固體的方法和裝置的制作方法
從液相分離固體的方法和裝置本申請為于2002年7月22日向中國國家知識產^U;專利局提交的中 國專利申請00818550. 6的分案申請。本發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上經常進行的一項任務。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。當要求液相與固體徹底完全分離099%)時，將出現特殊的分離問題。 液相中通常含有必須分離的非揮發性組分。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 種情況出現在在高沸點溶劑中制備某些高性能聚合物中。本發明的方法 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，用二苯氧化物和二卣代芳香 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(函P)及不溶解的和溶解的副產品分開。聚合物中殘留溶劑(醒P) 部分應當低于100卯m。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。根據現有技術，可以通過過濾、然后洗滌濾餅的方法進行分離。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。根據需要在升高的溫度下從固體/液體混合物中蒸發溶劑也是公知技 術。在使用高沸點溶劑如NMP的情況下，i^C時且成本高。另外，非揮發性雜質還保留在PPS固體中，必須在下一個工藝步驟中脫除。從經濟角度考慮，在連續操作的分離裝置中進行上述分離任務仍然引 人關注。本發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。本發明的目的是通過下述方法實現的第一液相中的固體與第二液相 逆流接觸，固體轉移至第二液相。進行本發明的方法時，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50wty。，優選低于10wty。，特別優選低于lwt、在本發明的方法中，第一液相沒有被第二液相大量稀釋。基于液體出 口 (2)中的第一液相計的第二液相的比例低于80wt%，優選低于50wt%， 特別優選低于30wt%。在本發明的方法中， 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 (l)加入的固體的比例優選低于 30wt%，特別優選低于10wtW。在本發明的方法中，固體通過該裝置時由于重力作用而沉降。在本發 明的一個優選實施方案中，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。在本發明的方法中，第一液相優選是有機溶劑，第二液相優選是水。 使用的有機溶劑是如偶極性非質子傳遞溶劑，優選NMP。在本發明的方法中，第一液相和第二液相優選是可混溶的。固體可由一種或多種組分組成。固體的主要組分優選是聚合物如聚亞芳基石克醚，特別優選pps。如果其組分在笫一液相和第二液相中的溶解度不同，則本發明的方法 還可以分離固體混合物。優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選在第二液相中 有良好的溶解性。在一個特別優選的實施方案中，待分離和純化的聚合物如pps在本發 明的工藝條件下在第一液相和第二液相中都不溶解，而待除去的雜質如 鹽和高沸點溶劑能夠溶解在第二液相中。本發明方法的一個特別大的優點是即使在高溫和超大氣壓的條件下 也能連續分離固體。在本發明的方法中，固體密度與第一液相和第二液相的密度不同。為了達到本發明的目的，本發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。本發明第 一個優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，在流動區內洗滌。將此操作 按順序重復n級。沉降盤有一個漏斗狀結構，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。本發明方法4吏用的裝置可以將固體從混合物中分離，使得能夠通過增 加沉降盤數目來降低夾帶固體的第一^Nl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 設計的幾何形狀排列的流動區內，沉清液流經沉降固體，對固體至少進 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。固體從上向下流經本發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。對流動區進行幾何排列，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 降盤的流動區的。用這種方法可以得到沒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。使用本發明方法的裝置的分離效果主要是沉降盤的數目有關。分離效 果通過沉降盤數目與相應的分離任務相適應。分離效果隨沉降盤的數目而提高o本發明的 一個優選實施方案是該裝置有n個沉降盤，其中，n是2-1000 的整數。本發明特別優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。本發明非常優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。本發明第二個優選的實施方案是一種4吏用 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。當通過固體/液體入口 i47v的固體從頂部向下流經本發明方法使用的 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 至下持續增加，這就能夠將固體從混合物中分離，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^目與固體分離。 對橫臂攪拌器進行幾何排列J吏其最大限度地抑止上升液相2形成環 流。具體來說，攪拌葉片幾乎挨著直管內壁。形成的環流能夠削弱本發 明方法的洗滌效率。已經發現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。在一個優選實施方案中，橫臂攪拌教在每一高度 處有3-8個，特別優選有4個攪拌葉片或攪拌板。本發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 數目和間隔高度。可以用平面數使分離效率與各種分離任務相匹配。分 離效率隨平面數的增加而增加。在操作過程中，橫臂攪拌器中速轉動。轉速一般是O. l-1000rpm，優 選1-200rpm,特別優選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P艮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 lmm/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。本發明方法使用的裝置能夠分離粒度〉1 n m的固 體。可以通過增加粒度和密度差改進分離效果。通過改變裝置結構和調節操作條件可以使本發明方法使用的裝置的 分離效率在很寬范圍內與各種分離任務相匹配。在第 一個優選實施方案 中，可以通過調節沉降盤數目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的幾何構形改變裝置的結構。在第二個優選實 施方案中，可以通過調節橫臂攪拌器的平面數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構。通過調節固體/液體混合物的流入和流出il^L、第二液相的流入速度 或橫臂攪拌器的轉速能夠得到有利的操作條件。還可以用多個裝置串聯。在給定處理量的*下，這種排列能夠提高 分離效率。現在借助附圖和實施例說明本發明。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明方法使用的裝置的第一個優選實施方案，該裝置是沉降裝置。圖2示出圖1所示裝置的一部分(重復單元)。圖3示出實現本發明方法的裝置的第二個優選實施方案。圖l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(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)有漏斗狀結構，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(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(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 (0流經固體+;*床，至少進行部分置換洗滌。圖2所示的沉降漏斗包括內漏斗部分(A1)和外漏 斗部分(A2).內漏斗部分(A2)固定在可旋轉中心軸(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)有漏斗狀結構，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。 實施例 實施例1使用的圖1所示類型的試驗裝置的直徑為120mm。該裝置有20個沉 降盤。400g/min的懸浮在N-曱基他咯烷酮(含5wt^的水)中的25wt i的聚亞 苯基琉醚和5wtW的固體氯化鈉的混合物在65TC下加入圖1所示裝置的固 體/液體入口(1)。同時，300ml/min的7jC在50X: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^^L醚在200g水中的 懸浮液。取出的聚亞苯M醚在水中的懸浮液含有低于0. 5wt 4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。為了分離聚亞苯基琉醚，將混合 物干燥。將NMP/水混合物蒸餾后回收NMP。 實施例2
沉降裝置包括一個直管，直管的直徑為60mm,長度為600腿，其上有 多個橫臂攪拌器，攪拌葉片幾乎延伸至管壁。攪拌葉片沿垂直攪拌軸的 高度間隔為50mm。具有頂部和底部的沉降裝置示于圖3。
將攪拌器的速度設為10rpm。 180g/min的懸浮在N-曱基吡咯烷酮(含 5wt。/。的水)中的25wt。/。的聚亞苯^i^危醚和5wty。的固體氯化鈉的混合物在 65。C下加入圖2所示裝置的固體/液體入口 (1)。同時，110ml/min的水在 651C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M醚在80g水中的懸浮液。取出的聚亞苯基琉醚在水中的懸浮 液含有低于0. 2wtW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65wtX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J^克醚，將在出 口 (4)取出的PPS/水混合物干燥。將NMP/水混合物蒸鎦后回收NMP。
這兩個實施例說明在沉降裝置中可以將聚亞苯1^克醚從其與懸浮在 麗P中的氯化鈉的混合物中分離出來，并且不會產生大量稀釋的洗滌液。 不用蒸發大量水，而通過蒸餾就可完全回收麗P。 NMP和氯化鈉與PPS的 分離率大大高于99%。
對NMP的有利回^MLPPS的少量損失使得本發明的方法在工業上引人 關注。
權利要求
1、一種通過在重力作用下的沉降從高沸點溶劑和在聚合物制備過程中形成的副產物分離在所述溶劑中制備的懸浮的聚合物的方法，該方法使用一種包括至少一個固體/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)的裝置，其中，懸浮在包括高沸點溶劑和副產物的第一液相中的聚合物用第二液相逆流洗滌，和包括高沸點溶劑和副產物的第一液相至少部分地被第二液相置換，和該裝置進一步包括用以改善分離效率的攪拌裝置。
2、 根據權利要求l的方法，其中，所述裝置進一步包括至少一個沉 降盤，該沉降盤有至少一個沉降漏斗、至少一個流動區和至少一個沉清 液出口，沉降漏斗上有沉降出口。
3、 根據權利要求2的方法，其中，沉降盤的沉清液出口連接到下一個更高的沉降盤的流動區。
4、 根據權利要求2或3的方法，其中，聚合物在每一個沉降盤中不會直接正對著迎流的洗滌液沉降。
5 、根據權利要求2-4之一的方法，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), 其中n為2-1000的整數。
6、 根據權利要求l-5之一的方法，其中，所述裝置包括一個中心攪 拌軸(G)、 一個頂部UT)、 一個底部(BT)、和一個位于其中的直管(F)。
7、 根據權利要求6的方法，其中，中心攪拌軸(G)有在多個高度 上相互疊放的橫臂攪拌器。
8、 根據權利要求l-7之一的方法，其中，第一液相含有有機溶劑作為主要組分，第二、;M目含有水作為主要組分。
9、 根據權利要求1-8之一的方法，其中，通過固體/液體出口排放 的固體/液體混合物中的基于第二液相計的第一液相的比例低于50wt%。
10、 根據權利要求1-9之一的方法，其中，通過液體出口排放的液體中的基于第一液相計的第二液相的比例低于80wt%。
11、 根據權利要求1-10之一的方法，其中，多個裝置串聯或并聯。
12、 根據權利要求l-ll之一的方法，其中，第一液相和第二液相是 可混溶的。
13、 根據權利要求1-12之一的方法，其中，聚合物的密度與第一液 相和第二液相的密度不同。
14、 根據權利要求1-13之一的方法，其中，懸浮的聚合物的至少部 分置換洗滌在洗滌過程中進行。
15、 根據權利要求1-14之一的方法，其中，聚合物的主要組分是聚 亞芳^5危醚。
16、 根據權利要求15的方法，其中，聚合物的主要組分是聚亞苯基疏醜。
17、 根據權利要求16的方法，其中第一液相中的高沸點溶劑是N-曱基吡咯烷酮。
18、 根據權利要求16的方法，其中，第一液相中的副產物包括氯化 鈉，和所述第一液相還包括水。
19、 根據權利要求17或18的方法，其中，通過所述至少一個固體/ 液體出口 ( 4 )的N-甲基吡咯烷酮的濃度小于液體總含量的lwt%。
20、 根據權利要求19的方法，其中，通過所述至少一個固體/液體 出口 ( 4 )的N-甲基吡咯烷酮的濃度小于液體辱含量的0. 5wt%。
21、 根據權利要求18的方法，其中，待分離的主要副產物是氯化鈉。
22、 根據權利要求18的方法，其中，通過所述至少一個液體出口 ( 2 ) 的氯化鈉的濃度大于a所述至少一個固體/液體入口 (1)的原始氟化 鈉量的99. 5%。
23、 根據權利要求17或18的方法，其中，從所述聚亞芳M醚分 離的N-甲基吡咯烷酮和氯化鈉的量大于iiX所述至少一個固體/液體入 口 ( 1)的原始量的99%。
24、 根據權利要求8的方法，其中，第二液相中的洗滌液體是水b
25、 應用一個裝置以從高沸點溶劑和在聚合物制備過程中形成的副產物中分離在所述溶劑中制備的懸浮的聚合物的方法，所述裝置包括至 少一個固體/液體入口、至少一個固體/液體出口、至少一個液體入口和至少一個液體出口 ，其中所述裝置構造成使得聚合物在其中由于重力作 用而發生沉降，懸浮在包括高沸點溶劑和副產物的第一液相中的聚合物 用第二液相逆流洗滌和包括高沸點溶劑和副產物的第 一液相至少被第二 液相部分置換，和在沉降過程中引入攪拌能。
26、含有少于0. 5wt% N-甲基吡咯烷酮和少于0. 2wt。/。鹽的聚亞苯基 硫醚樹脂固體，所述樹脂已經通過使樹脂固體在重力和攪拌能作用下發 生沉降的裝置進行處理，同時所述樹脂固體懸浮在第一液相中，和其中 第一液相至少被與第一液相逆流方向移動的第二液相部分置換。
全文摘要
本發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，洗滌過程中至少發生部分置換洗滌。
文檔編號B01D11/02GK101229451SQ20071018163
公開日2008年7月30日 申請日期2000年12月13日 優先權日1999年12月17日
發明者M·豪伯斯, R·瓦格納 申請人:提克納有限公司