一种废旧腈纶纤维水解装置及水解工艺的制作方法 专利技术说明

物理化学装置的制造及其应用技术1.本发明涉及废旧腈纶纤维处理技术领域，具体为一种废旧腈纶纤维水解装置及水解工艺。背景技术：2.降滤失剂是石油开采中最常用的添加剂之一，用于降低钻井液中的水分向地层中渗透，以稳定井壁。目前使用的降滤失剂主要有木质素类、纤维素类等天然降滤失剂，和酚醛树脂类、多元共聚物类等合成降滤失剂。3.人工合成的降滤失剂可以根据钻探条件调整基团种类、分子量，使降滤失剂能够适应不同的钻探环境，相对于天然滤失剂在使用性能上具有明显优势，但由于天然滤失剂来源易得，价格低廉，合成降滤失剂存在成本过高、生产工艺复杂的问题，限制了合成降滤失剂在油田钻探过程中的应用。4.与人工合成的降滤失剂相比，水解聚丙烯腈类降滤失剂一般采用废旧腈纶纤维作为原料，具有原料成本低、使用效果好的优点。废旧腈纶纤维的水解工艺主要有三种，分别为碱法水解、酸法水解以及加压水解，其中酸法水解和加压水解对设备要求较高，故碱法水解为目前应用最广泛的废旧腈纶纤维水解工艺。5.李留忠1.等在研究废腈纶水解工艺时发现，碱法水解的温度越高，水解程度越大，并发现水解温度在95℃-100℃时水解较为充分。但提高水解温度意味着能耗增加，从而提高腈纶水解产物的生产成本。而且由于腈纶水解大多采取间歇操作，而非连续操作，难以对水解产物的热量进行回收，导致了巨大的能量浪费。6.现有技术资料：7.[1]李留忠,于元章,李永华,王敏,严婕,张廷山.废腈纶水解物的制备与表征[j].高分子材料科学与工程,2003(04):169-172.doi:10.16865/j.cnki.1000-7555.2003.04.045。技术实现要素：[0008]本发明的目的在于：提供一种废旧腈纶纤维水解装置及水解工艺，可减少碱法水解过程中的能量损耗，以解决目前的腈纶碱法水解工艺能量浪费的问题。[0009]本发明采用的技术方案如下：[0010]一种废旧腈纶纤维水解装置，包括进料泵、第一反应釜，还包括第二反应釜、原料预热装置，所述第一反应釜、第二反应釜串联，所述第二反应釜还与进料泵直接连通并设有进料阀，所述原料预热装置包括依次连通的第一水箱、第一水泵、第一换热器、第二换热器，所述第一换热器设置于第二反应釜出口处，所述第二换热器设置于进料泵出口处。[0011]优选的，所述原料预热装置还包括依次连通的第二水箱、第二水泵、第三换热器、第四换热器，所述第二反应釜、第一换热器之间设有第三换热器，所述第一反应釜、第二换热器之间设有第四换热器。[0012]优选的，所述原料预热装置还包括气体冷凝器，所述气体冷凝器的壳程与第一反应釜、第二反应釜的排气管线连通，所述气体冷凝器中的冷凝液通过回流管线返回第一反应釜或第二反应釜，所述气体冷凝器的管程与第一换热器连通。[0013]优选的，所述第二反应釜与第三换热器、第一换热器的管程依次连通，所述原料泵与第二换热器、第四换热器的管程依次连通，所述第四换热器的管程连通第一反应釜。[0014]本发明还提出一种废旧腈纶纤维水解工艺，包括如下步骤：[0015]s1：将腈纶废丝投入第二反应釜，并通过进料泵将naoh溶液注入第二反应釜，直至进料完成；[0016]s2：启动第二反应釜的加热器，加热至95℃-100℃，水解反应4h以上；[0017]s3：将腈纶废丝投入第一反应釜，启动第一水泵，然后第二反应釜放料，通过进料泵将naoh溶液注入第一反应釜，直至进料完成；[0018]s4：启动第一反应釜的加热器，加热至95℃-100℃，水解反应2h以上；[0019]s5：将第一反应釜的物料送入第二反应釜继续反应剩余时间；[0020]s6：重复步骤s3-s5，直至所有原料反应完成。[0021]优选的，步骤s3还包括：启动第二水泵，使第三换热器、第四换热器中的水循环流动。[0022]优选的，步骤s2还包括：打开第二反应釜的排气阀和回流阀。[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0024](1)设置了2个反应釜进行轮换，使用第一换热器回收第二反应釜出料时的部分热量，并通过第一换热器和第二换热器之间的热水循环将热量搬运到第二换热器，再利用第二换热器预热第一反应釜的原料，从而回收水解反应产物的部分热量，降低废旧腈纶纤维水解的能耗；[0025](2)通过设置第三换热器和第四换热器，对第二反应釜出料进行两次换热过程，能够更充分地回收第二反应釜水解产物的热量，提高热量回收率，从而进一步降低水解能耗。附图说明[0026]图1为实施例1的流程图。[0027]图2为实施例2的流程图。[0028]图3为实施例3的流程图。[0029]图4为本发明另一实施方式的流程图。[0030]图中标记：100、进料泵；200、第一反应釜；300、第二反应釜；301、进料阀；401、第一水箱；402、第一水泵；403、第一换热器；404、第二换热器；405、第二水箱；406、第二水泵；407、第三换热器；408、第四换热器；409、气体冷凝器。具体实施方式[0031]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0032]实施例1[0033]如图1所示，本实施例提供一种废旧腈纶纤维水解装置，包括进料泵100、第一反应釜200、第二反应釜300以及原料预热装置，第一反应釜200、第二反应釜300串联，第一反应釜200中的物料可通过输送泵送入第二反应釜300进行反应，第二反应釜300还与进料泵100直接连通并设有进料阀301，使进料泵100可直接向第二反应釜300进料，第一反应釜200、第二反应釜300自身带有电加热或蒸汽加热装置作为主要的加热手段。[0034]原料预热装置包括依次连通的第一水箱401、第一水泵402、第一换热器403、第二换热器404，第一换热器403设置于第二反应釜300出口处，第二换热器404设置于进料泵100出口处，第一水箱401中预先注入足量除盐水，在第一水泵402的带动下，第一水箱401中的除盐水依次通过第一水泵402、第一换热器403、第二换热器404，最终返回第一水箱401，使经过第一换热器403加热的除盐水进入第二换热器404作为热源。[0035]该装置用于废旧腈纶纤维的碱法水解时，操作流程如下：[0036]s1：按照预定的原料配比，将腈纶废丝投入第二反应釜300，并通过进料泵100将naoh溶液注入第二反应釜300，直至进料完成，然后开启第二反应釜300的搅拌，将原料混合均匀；[0037]s2：启动第二反应釜300的加热器，加热至95℃-100℃，水解反应4h，得到水解产物，该水解产物的主要成分为水解聚丙烯腈钠盐；[0038]s3：将腈纶废丝投入第一反应釜200，启动第一水泵402，使除盐水在第一水箱401、第一水泵402、第一换热器403、第二换热器404之间循环，然后第二反应釜300放料，关闭进料阀301，通过进料泵100将naoh溶液注入第一反应釜200，直至进料完成；[0039]s4：启动第一反应釜200的加热器，加热至95℃-100℃，水解反应2h以上；[0040]s5：将第一反应釜200的物料送入第二反应釜300继续反应剩余时间，直至原料在第一反应釜200和第二反应釜300中的总反应时间达到4h；[0041]s6：重复步骤s3-s5，直至所有原料反应完成。[0042]该方案的关键点在于，将进行一次碱法水解间歇操作的原料分为多个批次进行，将第一批次的碱法水解反应在第二反应釜300中进行，后续批次原料的碱法水解反应先后在第一反应釜200和第二反应釜300中进行，以利用上一批次水解产物的热量预热后续批次的液态原料。[0043]实施例2[0044]在实施例1的基础上，原料预热装置还包括依次连通的第二水箱405、第二水泵406、第三换热器407、第四换热器408，第二反应釜300、第一换热器403之间设有第三换热器407，第一反应釜200、第二换热器404之间设有第四换热器408，如图2所示。[0045]与实施例1类似，第二水箱405中预先注入足量除盐水，在第二水泵406的带动下，第二水箱405中的除盐水依次通过第二水泵406、第三换热器407、第四换热器408，最终返回第二水箱405，使第二反应釜300中的水解产物依次经过第三换热器407、第一换热器403进行换热，进一步降低水解产物离开第一换热器403的温度，并提高naoh溶液进入第一反应釜200的温度，从而降低第一反应釜200的能耗。[0046]本实施例中，第二反应釜300与第三换热器407、第一换热器403的管程依次连通，原料泵与第二换热器404、第四换热器408的管程依次连通，第四换热器408的管程连通第一反应釜200。[0047]本实施例的装置用于废旧腈纶纤维的碱法水解时，操作流程如下：[0048]s1：按照预定的原料配比，将腈纶废丝投入第二反应釜300，并通过进料泵100将naoh溶液注入第二反应釜300，直至进料完成，然后开启第二反应釜300的搅拌，将原料混合均匀；[0049]s2：启动第二反应釜300的加热器，加热至95℃-100℃，水解反应4h，得到水解产物，该水解产物的主要成分为水解聚丙烯腈钠盐；[0050]s3：将腈纶废丝投入第一反应釜200，启动第一水泵402及第二水泵406，然后第二反应釜300放料，通过进料泵100将naoh溶液注入第一反应釜200，直至进料完成；[0051]s4：启动第一反应釜200的加热器，加热至95℃-100℃，水解反应2h以上；[0052]s5：将第一反应釜200的物料送入第二反应釜300继续反应剩余时间，直至原料在第一反应釜200和第二反应釜300中的总反应时间达到4h；[0053]s6：重复步骤s3-s5，直至所有原料反应完成。[0054]实施例3[0055]在上述实施例的基础上，原料预热装置还包括气体冷凝器409，气体冷凝器409的壳程与第一反应釜200、第二反应釜300的排气管线连通，气体冷凝器409的管程与第一换热器403连通，使用冷水对水解反应过程中产生的气体进行冷却，之后冷却水进入第一换热器403进一步换热升温，气体冷凝器409中的冷凝液通过回流管线返回第一反应釜200或第二反应釜300，冷却后的气相组分从气体冷凝器409的排气口排出，如图3所示。[0056]通过上述设置，在反应过程中，打开第一反应釜200、第二反应釜300的排气阀和回流阀，并启动第一水泵402进行冷凝，使用废气加热第一水箱401中的除盐水，待第二反应釜300开始放料时，第一水箱401中的除盐水便可用于对液体原料进行预热，同时启动第二水泵406，利用水解产物的热量进一步提高液体原料温度。[0057]本实施例中，除了能利用废气的热量外，能够使废气中的一部分气相液化并回流，这些液相主要为水，可以起到稀释的作用，降低水解产物的粘度，便于出料。[0058]此外，离开第一水泵402的除盐水还可以分为两路，如图4所示，一路进入气体冷凝器409吸收废气热量，另一路进入第一换热器403吸收水解产物热量，然后再汇合并进入第二换热器404，通过调整两路除盐水的比例，使汇合时两路除盐水的水温保持一致，以充分回收废气和水解产物的热量。[0059]本发明中，腈纶纤维碱法水解的原料、配比为碱法水解工艺常用的原料和配比，不在本技术的保护范围之内，具体可根据各厂家的碱法水解工艺进行调整，这些原料、配比属于本领域所熟知的技术，故不再赘述。[0060]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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