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脱挥装置技术介绍

作者:   时间:2026-06-03   浏览次数:63

脱挥是一种从聚合物体系中分离低分子量组分的工艺过程。在聚合物生产中,脱挥是不可或缺的关键操作单元,其目的是从聚合物熔体或溶液中脱除未反应单体、溶剂及其他挥发性杂质,以提高聚合物的性能、回收单体和溶剂、满足环境要求、去除异味和提高聚合度。聚合物脱挥具有粘度高、扩散系数小、相平衡高度非理想等特点,操作条件苛刻,脱挥工艺能耗通常占全工艺流程的60%~70%,技术难度极大。

东庚深耕聚合物分离工艺多年,成功开发并工程化了DSXL脱挥装置技术,通过静态混合高效换热与真空脱挥装置相结合的工艺路线,为PLA、POE、PMMA、COC、PCL等多种聚合物提供高效、低能耗的脱挥解决方案,并已获得多个大型工业项目的成功验证。

1)技术原理:DSXL高效换热器 + 真空脱挥装置

DSXL脱挥装置技术的核心是配备高效DSXL型混合内插件的列管换热器。聚合物走管程,导热介质(导热油或蒸汽)走壳程。管内嵌入的DSXL型混合元件在层流状态下对聚合物流体进行强制界面更新,持续引导流体靠近管壁,从根本上改变了传统换热器中抛物线型的速度和温度分布,使聚合物获得均匀、精确的加热,消除局部过热和高温停留,大幅降低产品变色与降解风险。

聚合物经DSXL换热器加热至目标温度后,通过分布器均匀落入真空脱挥装置,在高真空条件下以落条形式扩大聚合物的比表面积,进行挥发式闪蒸,下落过程中的拉伸或者断裂将会形成新的表面,挥发物迅速从聚合物体逃逸并被抽走,脱除后的聚合物汇集于脱挥装置底部,由出料泵采出。根据原料挥发分物质种类及其含量,结合聚合物产品指标要求,可配置1~3级串联脱挥系统,逐级降低挥发物含量,达到目标规格。

2)技术特点与核心优势

● 无运动部件,电耗大幅降低:采用导热油或蒸汽作为加热介质,无需电机驱动布膜或混合机构,装置电耗仅为双螺杆挤出机方案的约1/10,长周期运行成本优势显著。

● 保护聚合物形态,防止降解:有效避免高剪切力对聚合物链的机械损伤,尤其适合剪切敏感型聚合物(如PLA、COC、PO等),产品颜色纯正、分子量分布窄。

● 高效均匀传热,防止焦化堵塞:DSXL内插件强制界面更新,无滞留死区,聚合物受热均匀,长周期运行无结焦、无堵塞风险,保障装置长期稳定运行。

● 宽粘度适用范围:处理粘度最高可达8000 Pa·s,既适用于低粘度聚合物溶液,也可用于高粘度熔体,兼顾热塑性材料与弹性体。

● 残余挥发物含量低:采用多级串联与真空强化技术,出口挥发物含量可降低至数十ppm至数百ppm量级,满足多种高端聚合物产品质量要求。

● 维护费用低,运行稳定:动部件极少,泄漏风险低,日常维护工作量小,综合运行费用远低于螺杆类脱挥设备。

● 规模灵活,易于放大:单套设备即可实现较大产能,无需多台并联,占地面积小,扩产时设备放大逻辑简单明确。

3)技术方案对比

东庚DSXL脱挥装置技术与市场主流脱挥工艺对比如下:

对比项目

DSXL脱挥装置

双螺杆挤出机

薄膜蒸发器

聚合物剪切力

无剪切,保护聚合物形态

剪切力极强,易降解

有剪切,程度适中

运动部件

无,电耗低、维护少

电机驱动,能耗高

电机布膜,密封易泄漏

设备制造

设备简单,费用低

加工难度高,费用高

有搅拌,费用适中

适用粘度

0.01~8000 Pa·s

高粘度(但剪切大)

低至中粘度

加热方式

导热油/蒸汽

电加热为主,能耗高

导热油/蒸汽

放大性

单套设备易放大

受设备尺寸限制

受设备尺寸限制

残余挥发物

可达数十ppm级别

脱挥效率偏低

较高

维护费用

低,动部件少

高,动部件多

中等

4)东庚多级DSXL脱挥系统设计能力

东庚拥有完整的脱挥系统工程化能力,涵盖工艺模拟、水力学计算、机械设计、内件加工、整体装置集成和开车调试,提供“交钥匙”式服务。

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脱挥系统设计流程 

5)广泛的聚合物应用覆盖

东庚DSXL脱挥装置技术已成功应用于多种聚合物体系,典型应用覆盖如下:

聚合物

主要脱除挥发物

出口挥发物浓度(参考)

聚乳酸(PLA)

丙交酯单体

~3000 ppm

聚烯烃弹性体(POE)

正己烷/庚烷溶剂

~200 ppm

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

MMA、MA单体

~5000 ppm

环烯烃共聚物(COC)

单体、环己烷等

~200 ppm

聚己内酯(PCL)

ε-己内酯单体

~4000 ppm

苯乙烯-马来酸酐(SMA)

丁酮溶剂

~2%

聚甲醛(POM)

三氧杂环己烷

~80 ppm

案例一:安徽丰原集团聚乳酸(PLA)项目丙交酯单体脱挥

安徽丰原集团有限公司是国内最大的聚乳酸(PLA)生产企业之一,旗下聚乳酸业务规模处于全球前列。

聚乳酸生产采用丙交酯开环聚合工艺,聚合后产品中含有一定量的残余丙交酯单体,须经脱挥工序将其脱除至合格水平,方可进入后续切粒、纺丝等加工环节。丙交酯单体沸点较高、聚合物粘度大,对脱挥工艺要求苛刻。

东庚依托DSXL脱挥装置技术,为该项目提供了大规模工业级脱挥装置系统。两级串联脱挥工艺有效脱除PLA中残余丙交酯,装置采用导热油加热,无高剪切损伤,PLA产品色泽纯正、分子量分布均匀,充分满足下游纺丝和薄膜级产品要求。

案例二:湖南聚仁化工聚己内酯(PCL)中试脱挥项目

湖南聚仁化工新材料科技有限公司是国内较早开展PCL产业化探索的企业之一。

PCL生产采用ε-己内酯开环聚合工艺,聚合产物中含有一定量的残余单体,需通过脱挥工艺予以脱除。ε-己内酯沸点约为205℃,PCL聚合物粘度适中,对脱挥工艺的温度控制和产品停留时间均有较高要求。

东庚为聚仁PCL中试装置提供两级DSXL脱挥装置系统,聚合物走管程、导热油走壳程,DSXL混合元件保证均匀加热,结合真空脱挥有效脱除残余ε-己内酯单体。装置顺利运行,产品质量达到设计指标,为后续PCL产业化放大积累了宝贵的工程数据和操作经验,助力中国PCL国产化进程。

案例三:聚烯烃弹性体(POE)脱挥工程实践

POE采用溶液聚合工艺,聚合完成后产品中含有大量溶剂(正己烷或庚烷,含量可达80%以上)及少量共聚单体,脱挥是将聚合物与溶剂分离的核心工序,对溶剂脱除效率和产品纯净度均有严苛要求。POE属于弹性体,剪切敏感、易粘结,对脱挥设备的选型提出了更高挑战。

东庚依托DSXL脱挥技术在高粘度、剪切敏感聚合物领域的技术积累,与DSR盘管式换热器相比,东庚DSXL换热器传热系数更高,物料停留时间更短,POE产品不易变黄;管程内混合元件强制更新界面,无滞留死区,高粘度POE熔体在长周期运行中不结焦、不堵塞,设备稳定性更优。

东庚已为多个POE项目提供脱挥系统解决方案,服务规模从数百吨/年中试到万吨级工业装置,其中包括蓝海新材料(通州湾)有限责任公司、贝欧亿(山东)新材料有限公司、衢州星传新材料科技有限公司等。

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