一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置和方法，所述装置包括带搅拌储罐、板式换热器、气液混合器、第一空气加热器、第二空气加热器、脱VOC塔、冷却塔、真空系统与尾气吸收塔，所述储罐出口与板式换热器入口连接，所述板式换热器出口、空气加热器分别与气液混合器底部入口连接，所述气液混合器出口与脱VOC塔上部入口连接，所述空气加热器与脱VOC塔底部入口连接，所述脱VOC塔顶部气体出口与冷却塔入口连接，所述脱VOC塔底部出口为净味乳液产品出口。本发明专利技术的装置和方法可高效去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物，以压缩空气为气源条件实现了零污染、零排放，连续化运行安全、高效，大大降低了生产能耗与处理成本。

A device and method for removing volatile organic compounds from acrylic emulsion

The invention relates to a device and a method for removing volatile organic compounds in acrylic emulsion. The device comprises a stirred tank, a plate heat exchanger, a gas-liquid mixer, a first air heater, a second air heater, a VOC tower, a cooling tower, a vacuum system and a tail gas absorption tower, wherein the outlet of the tank is connected with the inlet of the plate heat exchanger, and the outlet of the plate heat exchanger is connected with the plate. The air heater is respectively connected with the bottom inlet of the gas-liquid mixer, and the outlet of the gas-liquid mixer is connected with the upper entrance of the VOC tower, and the air heater is connected with the bottom entrance of the VOC tower, and the gas outlet at the top of the VOC tower is connected with the inlet of the cooling tower, and the bottom outlet of the said VOC tower is a outlet of the pure taste emulsion product. The device and method of the invention can effectively remove volatile organic compounds in acrylic emulsion, and achieve zero pollution and zero discharge under the condition of compressed air as gas source. The continuous operation is safe and efficient, and greatly reduces the production energy consumption and processing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置与方法
本专利技术涉及一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置与方法。该处理方法是物理分离过程，在去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的同时，能有效去除丙烯酸乳液的味道，可用于生产净味丙烯酸乳液。属于石油化工领域。
技术介绍
随着人们对环境保护的关注，水性丙烯酸乳液产品以其优异的性能、较低的生产成本得以高速发展，已经成为水性涂料领域产量最大的树脂种类。挥发性有机化合物(简称VOC)是指所有标准沸点低于250℃的有机化合物，包含残留单体、杂质、溶剂及反应副产物等，水性丙烯酸乳液聚合过程难免会产生VOC。VOC的挥发会造成环境污染，除此之外VOC往往具有强烈的气味，甚至部分种类的VOC在ppm级别即会产生强烈刺激性气味儿，长期接触更会对人体健康产生严重影响，尤其在建筑涂料、个人护理及水性油墨等领域。近年高端水性市场上丙烯酸乳液产品VOC含量依然达到千级ppm，如何进一步降低水性丙烯酸乳液中VOC含量及气味问题是近年来科学研究和工业生产领域中急需解决的重要议题。专利CN103113525公布了一种低气味聚合物乳液的制备方法，采用简单减压蒸馏方式去除VOC中部分易挥发组份。该方法处理方式苛刻，需在90℃、绝压5KPa操作条件下减压蒸馏3～5h，然而丙烯酸乳液长时间暴露在高温、高真空、过度沸腾环境中会对性能与稳定性产生较大影响。除此之外该方法处理效率与收率较低，处理过程会有大量凝胶与结皮产生，装置清理难度较大，目前更多停留在实验室小试阶段，只能处理少量样品，难以工业化生产。专利CN105169730公开了一种丙烯酸乳液VOC脱离方法及其装置，采用水蒸汽与惰性气体的混合汽与丙烯酸乳液在蒸发器内发生VOC脱离，该方法采用惰性气体与水蒸汽作为气源条件，处理成本高，处理过程需要严格控制气体种类配比，操作复杂，并且惰性气体在操作过程中存在一定危险性，泄露易导致人体窒息。装置产生的尾气与脱离出的VOC组份未做相应处理直接排入大气，污染环境。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的为提供了一种高效去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置与方法，以压缩空气为气源条件实现了零污染、零排放，连续化运行安全、高效，大大降低了生产能耗与处理成本，所得低VOC含量、净味丙烯酸乳液可广泛应用于建筑涂料、个人护理、胶黏剂及水性油墨等高端市场领域。为实现上述目的，本专利技术提出了一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置，其包括带搅拌储罐、板式换热器、气液混合器、第一空气加热器、第二空气加热器、脱VOC塔、冷却塔、真空系统与尾气吸收塔，所述带搅拌储罐出口与板式换热器入口连接，所述板式换热器出口、第一空气加热器分别与气液混合器底部入口连接，所述气液混合器出口与脱VOC塔上部入口连接，所述第二空气加热器与脱VOC塔底部入口连接，所述脱VOC塔顶部气体出口与冷却塔入口连接，所述脱VOC塔底部出口为净味乳液产品出口。进一步地，所述冷却塔气体出口可与真空系统入口连接，所述真空系统的尾气管线与尾气吸收塔入口连接，冷却塔液体出口为废水出口。进一步地，所述脱VOC塔底部出口分出一个支路返回板式换热器。进一步地，所述板式换热器出口通过流量调节阀与气液混合器底部入口连接。进一步地，所述第一空气加热器通过减压阀、空气流量调节阀与气液混合器底部入口连接，以及所述第二空气加热器通过减压阀、空气流量调节阀与脱VOC塔底部入口连接。进一步地，所述气液混合器为多层套管式结构或带有板孔的管式结构。优选地，所述气液混合器顶部出口与脱VOC塔从下至上的高度的3/5～9/10处，优选约2/3处连接。进一步地，所述脱VOC塔为板式塔，塔内安装有筛板，筛板数量为10～30块。优选地，所述脱VOC塔顶部安装有纯水喷射器，喷嘴沿塔壁向下，或优选斜向下喷射，使喷射方向与垂直线间呈锐角。对喷射嘴数目及位置没有限制。优选地，所述脱VOC塔底部安装有气体分布器，气体分布器一般呈圆形、U型或多层结构，气体喷嘴方向优先选择向下或斜向下方，对喷射嘴数目没有限制，喷嘴优选为环隙喷嘴。优选地，所述脱VOC塔顶部与冷却塔连接。本专利技术进一步提供了一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的方法，该方法包括：(A)将丙烯酸乳液和任选的助剂在带有搅拌的储罐中混合均匀，通过板式换热器加热至一定温度(例如35-65℃，优选40-50℃)，与热空气(例如35-75℃，优选50-60℃)一起进入气液混合器(优选热空气与乳液发生并流接触)，形成均匀乳液-空气混合物，(B)乳液-空气混合物与另一组空气(例如温度为35-65℃，优选40-50℃)一起进入脱VOC塔(优选乳液-空气混合物与另一组空气一起进入脱VOC塔发生对流接触)，由脱VOC塔脱除挥发性有机化合物后得到净味乳液，挥发性有机化合物进入冷却塔冷凝为液体。上述净味乳液部分(例如按照特定需求)直接包装出料，另一部分净味乳液返回板式换热器重复处理，因此对直接包装出料的净味乳液与返回板式换热器处理的净味乳液的质量比没有任何限制，例如可以为1:0.1-10，优选1:0.5-1.5。进一步地，在冷却塔中没有冷凝的小部分挥发性有机化合物通过真空系统抽气进入尾气吸收塔处理，经尾气吸收塔处理后排出的是空气。优选地，步骤(A)中丙烯酸乳液经过板换加热后与热空气按照1:0.1-5，优选1:0.5-2，的体积比进入气液混合器底部，形成均匀乳液-空气混合物；和/或，步骤(B)中，乳液-空气混合物与另一组空气的体积比为1：10-100，优选1：40-60。本专利技术中，助剂可添加或不添加，例如其选自表面活性剂、成膜助剂或消泡剂中的一种或多种。优选地，步骤(A)中与丙烯酸乳液混合的热空气温度大于等于乳液温度，温差为0～40℃，优选5-30℃，更优选8-15℃。优选地，步骤(B)中，乳液-空气混合物进入脱VOC塔顶部，另一组热空气进入脱VOC塔底部。优选地，另一组热空气温度小于等于混合物温度，温差为0～35℃，优选为5-30℃，更优选8-15℃。优选地，脱VOC塔顶部纯水喷射器以预定间隔喷射纯水，用以补充乳液失去的水及清洗塔壁。优选地，间隔喷射时间为1～20min，优选5-10min，纯水温度小于脱VOC塔操作压力下饱和水蒸汽温度。优选地，脱VOC塔操作压力为负压，优先选择-20～-50KPa。优选地，脱VOC塔底部出料为净味丙烯酸乳液，按照特定需求部分净味乳液直接包装出料，部分乳液进入板式换热器重复处理过程直至达到特定需求。根据所述的去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的方法，单次处理可去除丙烯酸乳液中50％以上的挥发性有机化合物。挥发性有机化合物进入冷却塔，大部分挥发性有机化合物被冷凝入废水中，废水回收处理，小部分挥发性有机化合物通过真空系统进入尾气吸收塔处理，经尾气吸收塔处理后排出的是空气。优选地，真空系统抽气量远大于补充空气总量(例如为补充空气总量的1.5-5倍，按体积计算)。本专利技术的优点：本专利技术的装置和方法可高效去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物，以压缩空气为气源条件实现了零污染、零排放，连续化运行安全、高效，大大降低了生产能耗与处理成本，所得低VOC含量、净味丙烯酸乳液可广泛应用于建筑涂料、个人护理、胶黏剂及水性油墨等高端市场领域。附图说明图1为本专利技术的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置，其包括带搅拌储罐、板式换热器、气液混合器、第一空气加热器、第二空气加热器、脱VOC塔、冷却塔、真空系统与尾气吸收塔，所述储罐出口与板式换热器入口连接，所述板式换热器出口、第一空气加热器分别与气液混合器底部入口连接，所述气液混合器出口与脱VOC塔上部入口连接，所述第二空气加热器与脱VOC塔底部入口连接，所述脱VOC塔顶部气体出口与冷却塔入口连接，所述脱VOC塔底部出口为净味乳液产品出口。

【技术特征摘要】
1.一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的装置，其包括带搅拌储罐、板式换热器、气液混合器、第一空气加热器、第二空气加热器、脱VOC塔、冷却塔、真空系统与尾气吸收塔，所述储罐出口与板式换热器入口连接，所述板式换热器出口、第一空气加热器分别与气液混合器底部入口连接，所述气液混合器出口与脱VOC塔上部入口连接，所述第二空气加热器与脱VOC塔底部入口连接，所述脱VOC塔顶部气体出口与冷却塔入口连接，所述脱VOC塔底部出口为净味乳液产品出口。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却塔气体出口与真空系统入口连接，所述真空系统尾气管线与尾气吸收塔入口连接；和/或，所述脱VOC塔底部出口分出一个支路返回板式换热器。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述板式换热器出口通过流量调节阀与气液混合器底部入口连接。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一空气加热器通过减压阀、空气流量调节阀与气液混合器底部入口连接，以及所述第二空气加热器通过减压阀、空气流量调节阀与脱VOC塔底部入口连接。5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述气液混合器为多层套管式结构或带有板孔的管式结构。6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述气液混合器顶部出口与脱VOC塔从下至上的高度的3/5～9/10处，优选约2/3处连接。7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述脱VOC塔为板式塔，塔内安装有筛板，筛板数量为10～30块。8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述脱VOC塔顶部安装有纯水喷射器，喷嘴沿塔壁向下，或斜向下喷射，使喷射方向与垂直线间呈锐角。9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述脱VOC塔底部安装有气体分布器，气体分布器呈圆形、U型或多层结构，气体喷嘴方向优先选择向下或斜向下方。10.一种去除丙烯酸乳液中挥发性有机化合物的方法，该方法包括：(A)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：马磊，乔义涛，贾元峰，杨建强，李树森，韩晶，孙家宽，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37