可溶性高分子聚合物的脱挥方法及其装置

1.一种可溶性高分子聚合物的脱挥方法，其特征在于：该脱挥方法是在真空状态下连续进行的，该方法包括以下步骤：
步骤一、将可溶性聚合物溶液置入一个可以搅拌的保温容器内；
步骤二、将可溶性聚合物溶液用计量式压力泵从所述保温容器内压入到连续式真空脱挥机的布料器内；
步骤三、所述布料器将可溶性聚合物溶液均匀分布真空脱挥机内的连续传动的加热装置上；
步骤四、经过所述加热装置加热后的可溶性聚合物进入连续传动的冷却装置上；
步骤五、经过所述冷却装置冷却后的干燥可溶性聚合物进入一个接料器内；
所述的加热装置和冷却装置集中在真空脱挥机内的履带上，靠近所述布料器履带部分上下层面之间通入热媒构成加热装置，该履带的另一端上下层面之间通入冷媒构成冷却装置；所述热媒温度范围为25℃ ~ 150℃，所述冷媒温度范围为-10℃~ 10℃；所述履带靠近布料器的4/5部分为加热部分，该履带其余的1/5部分为冷却部分。
2.根据权利要求1所述的可溶性高分子聚合物的脱挥方法，其特征在于，该方法适合的可溶性高分子聚合物为：
合成水溶性高分子聚合物，选自： 聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇、聚乙二醇类、聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮/醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸、甲基丙烯酸聚合物、聚马来酸酐、烷基乙烯基醚/马来酸酐共聚物的水解物、聚山梨酸、聚乙烯亚胺、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素及其钠盐、纤维素醚、水溶性聚氨酯树脂；
天然水溶性高分子聚合物，选自：卡拉胶、明胶、果胶、黄原胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、瓜儿豆胶、β-环状糊精、麦芽糊精、水溶性淀粉以及淀粉衍生物；
在挥发性溶剂中可溶的高分子聚合物，选自：聚丙烯酰胺类、聚乙烯醇类、聚乙二醇类、聚乙烯吡咯烷酮类、乙烯基吡咯烷酮/醋酸乙烯共聚物、聚马来酸酐、烷基乙烯基醚/马来酸酐共聚物的水解物、聚山梨酸、聚乙烯亚胺、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、羟丙基甲基纤维素 在醇类、烃类、酮类、脂类溶剂中的溶解物，根据不同聚合物在不同溶剂中的溶解情况，其溶液的固含量为 0.5% ~ 40%。
3.一种实现权利要求1所述可溶性高分子聚合物脱挥方法的脱挥装置，其特征在于：
该脱挥装置是由搅拌式保温容器、计量式压力泵、真空脱挥机和接料器组成，计量式压力泵连接保温容器和真空脱挥机，该真空脱挥机内部分有加热区和冷却区，所述接料器与真空脱挥机的冷却区连接。
4.根据权利要求3所述的脱挥装置，其特征在于：所述的真空脱挥机内部加热区和冷却区分布在履带上，在该真空脱挥机前部履带上下层面之间通有热媒形成加热区，在该真空脱挥机后部履带上下层面之间通有冷媒形成冷却区。
5.根据权利要求4所述的用于可溶性高分子聚合物的脱挥装置，其特征在于：所述真空脱挥机前部履带上方有一个布料器。
6.根据权利要求5所述的脱挥装置，其特征在于：所述的保温容器是搅拌式带夹套保温容器。
7.根据权利要求3至6所述的任一项脱挥装置，其特征在于：所述真空脱挥机上方通过出气管路引入冷凝器，所述冷凝器的另一端上方与真空机组连通，所述的接料器是由切料铡刀、底部的收料斗和螺旋式出料搅笼组成，切下的物料通过搅笼输送到真空脱挥机外部的粉碎机，经粉碎的物料通过一个底部筛网进入管道，该管道通过一个开启着的阀门和接料罐相连。

可溶性高分子聚合物的脱挥方法及其装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种在真空状态下连续地对可溶性高分子聚合物进行脱挥的方法和实现该方法的脱挥装置。\n背景技术\n[0002] 迄今为止可溶性高分子聚合物的脱挥技术有很多种方式，一般情况下如果分子量在8000～30万之间的可溶性高分子聚合物，使用喷雾干燥办法是一个最通用的做法。美国专利US 4,794,167和US4,892,932公布了使用喷雾干燥办法来干燥聚合物的相关办法。\n另外，美国专利US5252704公布了一种以聚乙烯基吡咯烷酮作为分散助剂对玻璃化转变温度小于50℃的可再分散溶解聚合物的喷雾干燥办法。\n[0003] 但是喷雾干燥对于产品的成分、玻璃化转变温度等有较多的限制。对于分子量大于30万以上的高分子聚合物，喷雾干燥存在雾化困难，雾滴与热空气接触时间太短不能将雾滴干燥，粘性大的物质在干燥塔内壁大量粘附堆积等问题。因此事实上存在很多可溶性聚合物不能用喷雾干燥办法进行干燥的问题，同时喷雾干燥也存在着能耗大、热空气耗用大，有机溶剂回收困难，能耗高，存在空气和噪声污染等问题。\n[0004] 美国专利US 5,394,622公布了一种以分区温度控制层(带)来干燥不同温控区的较厚的聚合物溶液的技术，其特点是用不同温度的热空气来干燥铺在底盘或传输带上的较厚的聚合物膜层的来干燥聚合物并防止含溶剂聚合物在干燥过程中起泡的问题，从而得到一种均匀的、外表光洁的聚合物干燥膜。这个技术能够实现连续作业，但是不能够在真空条件下进行，因此不能利用负压条件下的低温蒸发，对物料的防污染措施也不能做到很理想。\n[0005] 对于高分子量、高粘度的水溶性聚合物聚乙烯吡咯烷酮溶液的干燥，中国专利CN1821690、日本专利特开2002-146033公开了一种使用压涂辊将聚合物水溶液涂布在转鼓式干燥机的外表传热面上进行干燥，然后用刮板将干燥后的聚合物薄膜剥离的干燥办法。这个办法的明显缺点是干燥在开放的操作空间里进行，环境的湿度对于干燥的影响很大，需要很高的温度才能将高聚物内的水分排除，但较高的温度对于聚合物来讲往往会造成分子链断裂，聚合度下降等问题，因此聚乙烯吡咯烷酮的K值在干燥前和干燥后有较大的下降；同时聚合物中排出来的水分(蒸汽)进入了操作环境，并只能由操作环境解决水汽的移去；开放式的操作还带来了物料、操作人员、操作环境的相互交叉污染问题，并且这样的问题不能由改进环境的洁净度、改进操作人员的个人保护完全解决，比如粘附在干燥机表面的聚合物在干燥后有时会从其表面崩出，溅落到地面或空气中，由此会带来了很多操作以及管理上的不便。同时，对于包含水以外的其他溶剂的可溶性聚合物，因该方法不能回收溶剂、而且在开放环境下的溶剂污染问题无法解决。同样，该方法也存在与喷雾干燥法类似的问题——热能效率较低；还有一个明显的缺点是，如果聚合物的热敏性较高的话，在常压的开放空间里，势必要求干燥或脱挥的介质温度较高、加热的时间较长，这样对于某些热敏性聚合物，势必会造成聚合度的降低、和氧化反应的发生，以及产生颜色、气味上的变化等问题。\n[0006] 普通的间歇式真空干燥机只能在常压下进出物料，每次进出料必须频繁作负压和常压的转换，非常繁琐且多数依赖人工操作，工作效率低下，对于大多数工业规模的可溶性聚合物产品来说，只能用于实验或中试规模的生产、不能用于规模化的生产目的。同时还存在物料、环境和操作人员间的相互交叉污染的可能。\n[0007] 因此，有必要发明一种改进的可溶性聚合物产品的脱挥方法，它可以在密闭的空间内、在真空或者高真空的条件下，用较低的介质温度，并且以连续的进料和出料的方式对可溶性聚合物进行脱挥的方法，同时最大限度回收溶剂(或水)、脱挥过程中的物料和环境、操作人员完全隔离状态下的干燥或脱挥。\n发明内容\n[0008] 本发明所要解决的技术问题是实现在密闭真空或高真空状态下连续的对可溶性聚合物进行脱挥或干燥的方法和实现该方法的脱挥装置，同时达到用相对较低的温度进行脱挥以降低高温对聚合物的聚合度降解，最大程度回收溶剂(或水)实现脱挥过程中的物料和环境、操作人员完全隔离状态下的脱挥或干燥，从而减少脱挥时间、增加效率、降低能耗，并且使产品生产过程更好地符合GMP的规范要求。如果溶剂为水的情形下，可以得到水分小于5％的干燥聚合物粉末，如果溶液一般有机溶剂的聚合物溶液，则可得到3％以下的聚合物粉末或粒状产物。\n[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种可溶性高分子聚合物的脱挥方法和实现该方法的脱挥装置，其中该脱挥方法是在真空状态下连续进行的，该方法包括以下步骤：\n[0010] 步骤一、将可溶性聚合物溶液置入一个可以搅拌的保温容器内；\n[0011] 步骤二、将可溶性聚合物溶液用计量式压力泵从所述保温容器内压入到连续式真空脱挥机的布料器内；\n[0012] 步骤三、所述布料器将可溶性聚合物溶液均匀分布真空脱挥机内的连续传动的加热装置上；\n[0013] 步骤四、经过所述加热装置加热后的可溶性聚合物进入连续传动的冷却装置上；\n[0014] 步骤五、经过所述冷却装置冷却后的干燥可溶性聚合物进入一个接料装置内。\n[0015] 作为一种优选方案，所述的加热装置和冷却装置集中在真空脱挥机内的履带上，靠近所述布料器履带部分上下层面之间通入热媒构成加热装置，该履带的另一端上下层面之间通入冷媒构成冷却装置。\n[0016] 进一步，所述热媒温度范围为25℃～150℃，所述冷媒温度范围为-10℃～10℃。\n[0017] 进一步，所述履带靠近布料器的4/5部分为加热部分，该履带其余的1/5部分为冷却部分。\n[0018] 作为一种优选方案，该方法适合的可溶性高分子聚合物为：\n[0019] 合成水溶性高分子聚合物，包括：聚丙烯酰胺类(阴离子、非离子、两性离子)、聚乙烯醇、聚乙二醇类、聚乙烯吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮/醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸、甲基丙烯酸聚合物、聚马来酸酐、烷基乙烯基醚/马来酸共聚物(烷基乙烯基醚/马来酸酐共聚物的水解物)、聚山梨酸、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素及其钠盐、纤维素醚、水溶性聚氨酯树脂；\n[0020] 天然水溶性高分子聚合物，包括：卡拉胶、明胶、果胶、黄原胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、瓜儿豆胶、β-环状糊精、麦芽糊精、水溶性淀粉以及淀粉衍生物；\n[0021] 在挥发性溶剂中可溶的高分子聚合物，包括：聚丙烯酰胺类(阴离子、非离子、两性离子)、聚乙烯醇类、聚乙二醇类、聚乙烯吡咯烷酮类、乙烯基吡咯烷酮/醋酸乙烯共聚物、聚马来酸酐、烷基乙烯基醚/马来酸共聚物(烷基乙烯基醚/马来酸酐共聚物的水解物)、聚山梨酸、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、羟丙基甲基纤维素在醇类、烃类、酮类、脂类溶剂中的溶解物，根据不同聚合物在不同溶剂中的溶解情况，其溶液的固含量可以从0.5％～40％；\n[0022] 无机水溶性高分子聚合物，包括：硅酸镁铝、硅酸镁锂、硅酸镁钠、膨润土和改性膨润土、水辉石和改性水辉石。\n[0023] 本发明提供的实现可溶性高分子聚合物脱挥方法的脱挥装置，该脱挥装置是由搅拌式保温容器、计量式压力泵、真空脱挥机和接料器组成，计量式压力泵连接保温容器和真空脱挥机，该真空脱挥机内部分有加热区和冷却区，所述接料器与真空脱挥机的冷却区连接。\n[0024] 进一步，所述的真空脱挥机内部加热区和冷却区分布在履带上，在该真空脱挥机前部履带上下层面之间通有热媒形成加热区，在该真空脱挥机后部履带上下层面之间通有冷媒形成冷却区。\n[0025] 进一步，所述真空脱挥机前部履带上方有一个布料器。\n[0026] 进一步，所述的保温容器是搅拌式带夹套保温容器。\n[0027] 作为一种优选方案，所述真空脱挥机上方通过出气管路引入冷凝器，所述冷凝器的另一端上方与真空机组连通，所述的接料器是由切料铡刀、底部的收料斗和螺旋式出料搅笼组成，切下的物料通过搅笼输送到真空脱挥机外部的粉碎机，经粉碎的物料通过一个底部筛网进入管道，该管道通过一个开启着的阀门和接料罐相连。\n[0028] 本发明的有益效果在于：\n[0029] 1、本发明技术方案能够用相对较低的温度进行脱挥以降低高温对聚合物的聚合度降解，对于水溶性聚合物的水溶液，可以从最低25℃，最高不超过80C的温度下快速的干燥聚合物，并且最大程度的降低对物料聚合度的降解。\n[0030] 2、本发明技术方案可以最大程度回收溶剂(或水)。\n[0031] 3、本发明技术方案实现脱挥过程中的物料和环境、操作人员完全隔离状态下的脱挥或干燥，从而减少脱挥时间、增加效率、降低能耗，使产品生产过程更好地符合GMP的规范要求。\n[0032] 4、本发明技术方案的特点在于，如果溶剂为水的情形下，可以得到水分小于5％的干燥聚合物粉末，如果溶剂为一般有机溶剂的聚合物溶液，则可得到3％以下的聚合物粉末或粒状产物。\n[0033] 5、本发明技术方案的特点在于，其加热的介质(热媒)可以是热水、蒸汽、导热油，因大多数可溶性聚合物可以在高真空条件下低温脱挥的特点，可以利用回收的带余热的蒸汽凝结水、利用锅炉余热再生的热水等热能介质，从而降低碳排放，达到节能环保的目的。\n[0034] 说明书附图\n[0035] 下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细描述。\n[0036] 图1是本发明脱挥方法中所使用的脱挥装置结构示意图。\n具体实施方式\n[0037] 实施例1：\n[0038] 如图1所示，原料：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K120 11％溶液(博爱新开源制药股份有限公司生产)，黏度：7176mPa.s(Brookfield RVT黏度计@25℃，64#转子，转速12rpm)，K值：122。所使用的脱挥方法如下所述：\n[0039] 第一、将PVP溶液用密闭管道泵入一个可以搅拌的带夹套保温的容器A中。\n[0040] 第二、将PVP溶液用压力泵按照250kg/hr的速率压入连续式真空脱挥机C内，由布料器C1将溶液均匀的分布到转动的履带C2上。通过热水加热履带中间层的加热盘管C3，控制履带上方的温度传感器的温度在55℃～80℃，履带行进速度400cm/hr；所述脱挥机脱挥层面总长为7500mm，最后1500mm为冷却段C4，盘管内通0～5℃的冷水使得脱挥干燥好的PVP降温。脱挥机中蒸发出来的水蒸汽被真空机拉出室外，先进入冷凝器E，冷媒温度为在3℃～5℃，冷凝下来的蒸馏水收集到专用储罐中。\n[0041] 第三、干燥好的PVP发泡薄膜到达脱挥机的另一端时，被接收系统的切料铡刀(频率3次/m)切下，进入底部的收料槽，被槽内的螺旋式搅笼，移送到真空脱挥机外部的粉碎机，物料被粉碎后的物料用底筛(80目)将粉末送入接料罐。\n[0042] 通过接料罐的观察窗观察到接料罐内的粉末物料达到饱和状态时，关闭连接粉碎机和接料罐的阀门，在隔离真空系统后将接料罐从机体上卸下，并将空的料罐按上后，打开真空阀门，继续接收来自粉碎机的粉末物料。\n[0043] 上述得到了具有较好流动性的聚乙烯基吡咯烷酮K120粉末，其挥发份(水份)小于3％，粉末的K值为120.4，变化小于2，粉末产品还原到11％固含量的液体后，其黏度为\n7102mPa.s(Brookfield RVT黏度计@25℃，64#转子，转速12rpm)。因此，聚合物脱挥(干燥)后得到了理想的粉末产品。\n[0044] 本发明提供的脱挥方法完全符合药品原料、食品添加剂、化妆品领域的GMP生产规范，可以用于这些行业的原料或产品的生产。\n[0045] 实施例2：\n[0046] 如图1所示，β-环状糊精溶液的脱挥方法如下所述：\n[0047] 第一、将β-环状糊精溶液用密闭管道泵入一个可以搅拌的带夹套保温的容器A中。\n[0048] 第二、将β-环状糊精溶液用压力泵按照270kg/hr的速率压入连续式真空脱挥机C内，由布料器C1将溶液均匀的分布到转动的履带C2上。通过热水加热履带中间层的加热盘管C3，控制履带上方的温度传感器的温度在25℃～70℃，履带行进速度300cm/hr；所述脱挥机脱挥层面总长为7500mm，最后1500mm为冷却段C4，盘管内通0～5℃的冷水使得脱挥干燥好的β-环状糊精降温。脱挥机中蒸发出来的水蒸汽被真空机拉出室外，先进入冷凝器E，冷媒温度为在5℃～8℃，冷凝下来的蒸馏水收集到专用储罐中。\n[0049] 第三、干燥好的β-环状糊精发泡薄膜到达脱挥机的另一端时，被接收系统的切料铡刀(频率3次/m)切下，进入底部的收料槽，被槽内的螺旋式搅笼，移送到真空脱挥机外部的粉碎机，物料被粉碎后的物料用底筛(80目)将粉末送入接料罐。\n[0050] 通过接料罐的观察窗观察到接料罐内的粉末物料达到饱和状态时，关闭连接粉碎机和接料罐的阀门，在隔离真空系统后将接料罐从机体上卸下，并将空的料罐按上后，打开真空阀门，继续接收来自粉碎机的粉末物料。\n[0051] 实施例3：\n[0052] 如图1所示，聚马来酸酐溶液的脱挥方法如下所述：\n[0053] 第一、将聚马来酸酐溶液用密闭管道泵入一个可以搅拌的带夹套保温的容器A中。\n[0054] 第二、将聚马来酸酐溶液用压力泵按照230kg/hr的速率压入连续式真空脱挥机C内，由布料器C1将溶液均匀的分布到转动的履带C2上。通过热水加热履带中间层的加热盘管C3，控制履带上方的温度传感器的温度在100℃～150℃，履带行进速度400cm/hr；所述脱挥机脱挥层面总长为7500mm，最后1500mm为冷却段C4，盘管内通0～4℃的冷水使得脱挥干燥好的聚马来酸酐降温。脱挥机中蒸发出来的水蒸汽被真空机拉出室外，先进入冷凝器E，冷媒温度为在3℃～10℃，冷凝下来的蒸馏水收集到专用储罐中。\n[0055] 第三、干燥好的聚马来酸酐发泡薄膜到达脱挥机的另一端时，被接收系统的切料铡刀(频率3次/m)切下，进入底部的收料槽，被槽内的螺旋式搅笼，移送到真空脱挥机外部的粉碎机，物料被粉碎后的物料用底筛(80目)将粉末送入接料罐。\n[0056] 通过接料罐的观察窗观察到接料罐内的粉末物料达到饱和状态时，关闭连接粉碎机和接料罐的阀门，在隔离真空系统后将接料罐从机体上卸下，并将空的料罐按上后，打开真空阀门，继续接收来自粉碎机的粉末物料。\n[0057] 如图1所示，本发明公开的脱挥装置是由搅拌式带夹套保温容器A、计量式压力泵B、真空脱挥机C和接料器D组成，计量式压力泵B连接保温容器A和真空脱挥机C，该真空脱挥机C内部分有加热区和冷却区，所述接料器D与真空脱挥机的冷却区连接。所述的真空脱挥机C内部加热区和冷却区分布在履带C2上，在该真空脱挥机前部履带C2上下层面之间的盘管C3通有热水形成加热区，在该真空脱挥机后部履带C2上下层面之间的盘管通有冷水形成冷却区C4。真空脱挥机C前部履带C2上方有一个布料器C1均匀将物料分布在履带C2上。所述真空脱挥机C上方通过出气管路引入冷凝器E，所述冷凝器E的另一端上方与真空机组连通。所述的接料器D是由切料铡刀、底部的收料斗和螺旋式出料搅笼组成，切下的物料通过搅笼输送到真空脱挥机外部的粉碎机，经粉碎的物料通过一个底部筛网进入管道，该管道通过一个开启着的阀门和接料罐相连。\n[0058] 上述实施例是本发明技术方案中的优选方案，但本发明技术不限于上述实施例，凡是根据本发明技术方案思想所作的技术变形均落入本发明的保护范围之内。