Большинство простых полиэфирполиолов для полиуретанов получают присоединением оксида пропилена или оксида этилена к спирту-стартеру, например глицерину или пропиленгликолю, с KOH или NaOH в качестве катализатора. Затем следует удаление катализатора: его нейтрализуют кислотой или связывают адсорбентом на основе силиката магния, а твёрдую фазу отфильтровывают из горячей вязкой жидкости. Высокоактивные DMC-катализаторы позволяют обойтись без этой стадии для некоторых марок, но полиолы на KOH, марки с концевыми EO-группами, ПЭГ и ППГ по-прежнему её требуют. От стадии фильтрации зависит, насколько полно задерживается твёрдая фаза, сколько полиола уходит с осадком и как затем обращаются с осадком.
Почему удаление катализатора из простых полиэфирполиолов является сложной задачей фильтрации?
Твёрдые частицы могут быть мелкими, жидкость вязкая, а осадок удерживает продукт. В зависимости от проведения нейтрализации соли калия, образующиеся с серной или фосфорной кислотой, могут выпадать в виде очень мелких частиц. Силикат магния, добавляемый для связывания катализатора, должен задерживаться полностью, поскольку любой проскок переносит калий в фильтрат. Из-за вязкости фильтрацию проводят при повышенной температуре, а процесс ведут под азотом, чтобы предотвратить окисление и появление окраски.
Достижимая производительность зависит от вязкости, содержания твёрдой фазы, дозирования вспомогательного фильтрующего вещества и гранулометрического состава. DrM фильтровала полиолы с производительностью от 60 до 1 500 л/м²·ч. Образующийся осадок пропитан полиолом и может быть липким в зависимости от температуры и вязкости при выгрузке. В ряде описанных случаев с фильтрами других типов осадок прилипал к корпусу и его приходилось удалять вручную. Оставшийся в осадке полиол означает потерю продукта и увеличивает затраты на утилизацию.
Производство простых полиэфирполиолов с катализатором KOH: оба пути удаления катализатора заканчиваются фильтрацией.
Как свечной фильтр отделяет соли и силикат магния от полиола?
Свечной фильтр задерживает твёрдую фазу на синтетической ткани внутри сосуда под давлением и выгружает её обратной продувкой газом. В свечном фильтре FUNDABAC® полиол подаётся насосом в аппарат и проходит через свечи, обтянутые тканью, а твёрдая фаза образует осадок снаружи. На стадии предварительной фильтрации фильтрат циркулирует, пока не будет подтверждено соответствие требованиям по чистоте, с помощью мутномера на выходе фильтрата или лабораторного анализа в каждом цикле, после чего его направляют дальше.
Синтетические ткани имеют значительно меньший размер пор, чем металлические сетки некоторых напорных фильтров, поэтому намывной слой обычно не требуется. Силикат магния относительно крупный и сам действует как вспомогательное фильтрующее вещество, поэтому обработанный им полиол часто фильтруют без какой-либо добавки. Фильтрация без вспомогательного вещества также показала хорошие результаты в испытаниях после кислотной нейтрализации.
После фильтрации осадок сушат азотом до содержания сухого вещества до 70 %. Обратный импульс газа расправляет ткань и сбрасывает осадок через нижний выпуск. Поскольку осадок высушивается в самом фильтре, выгрузка проходит полностью, без ручной очистки, которая требуется, когда влажный липкий осадок прилипает к фильтру. При необходимости осадок можно выгружать в закрытую ёмкость.
Как фильтрация остаточного объёма сокращает потери полиола между партиями и марками?
Фильтрация остаточного объёма (heel volume filtration) пропускает через осадок жидкость, остающуюся ниже свечей, так что через осадок проходит вся партия. В конце фильтрации остаточный объём подаётся обратно через распылительные форсунки в верхней части аппарата и фильтруется по всей поверхности свечей. Эта запатентованная стадия отличается от конструкций, в которых для остатка доступна лишь небольшая часть фильтрующей поверхности, например от пластин для дофильтровки остатка в горизонтальных пластинчатых фильтрах с центробежной выгрузкой. Для производителей, выпускающих несколько марок полиола кампаниями, это важно при каждой смене продукта: каждая партия фильтруется полностью, без переноса большого остатка одной марки в следующую.
Чем FUNDABAC® отличается от фильтр-прессов и горизонтальных пластинчатых фильтров?
| Параметр | FUNDABAC® | Фильтр-пресс | Горизонтальный пластинчатый фильтр |
|---|---|---|---|
| Закрытая работа под азотом | При фильтрации и сушке | Открывается для выгрузки | Да |
| Выгрузка осадка | Обратная продувка газом, сухой осадок | Вручную; полиольный осадок может прилипать | Центробежная, вращающиеся пластины |
| Фильтрация остаточного объёма | Вся фильтрующая поверхность (запатентовано) | Не применяется | Ограниченная, через пластину для остатка |
| Типичные фильтрующие материалы | Синтетическая ткань, обычно без намывного слоя | Ткань, часто со вспомогательным веществом | Металлические сетки, обычно с намывным слоем |
| Подвижные части в аппарате | Нет | Механизм раздвижки плит | Вращающийся вал и уплотнение |
| Автоматизация | Полностью автоматическая | Трудоёмкая выгрузка | Автоматизированная |
В аппарате FUNDABAC® нет вращающихся деталей и уплотнений вала. Основной изнашиваемый элемент: синтетическая фильтровальная ткань, которую обычно заменяют каждые 6-18 месяцев в зависимости от частоты производства и ухода за тканью во время простоев. Фильтрующие материалы доступны из PP, PVDF, PTFE, PPS, PEEK, PE и нержавеющей стали 316L. Стандартные исполнения работают при температуре до 180 °C, специальные до 350 °C.
Где FUNDABAC® применяется в производстве полиолов и как подбирается фильтр?
DrM поставила более 110 фильтров FUNDABAC® для производства полиолов и полигликолей в 18 стран Европы, Азии и Америки, как для полиуретановых полиолов, так и для ПЭГ и ППГ. Промышленные установки имеют фильтрующую поверхность более 100 м².
Размер фильтра и потребность во вспомогательном веществе зависят от процесса. Они определяются, среди прочего, вязкостью, размером партии, временем реакции и содержанием твёрдой фазы, а поскольку большинство производств полиолов работает периодически, размер партии сильно влияет на требуемый размер фильтра. DrM проводит испытания на реальной суспензии: от лабораторного масштаба с площадью 0,012 м² через пилотные фильтры до промышленных систем площадью до 300 м², на одних и тех же принципах работы в каждом масштабе.
Там, где полиолы всё ещё производят с щелочными катализаторами, удаление катализатора является задачей фильтрации в той же мере, что и химии. Химия нейтрализации или адсорбции определяет достижимое остаточное содержание калия. Фильтр определяет, насколько полно задерживается твёрдая фаза, сколько полиола уходит с осадком и в каком состоянии осадок выгружается.
Главное
- Полиэфирполиолы на катализаторе KOH требуют удаления солей нейтрализации или адсорбента на основе силиката магния фильтрацией.
- Свечные фильтры с синтетической тканью обычно фильтруют полиол без намывного слоя, часто без вспомогательного вещества.
- Обратная продувка газом выгружает полиольный осадок с содержанием сухого вещества до 70 % после сушки в фильтре.
- Фильтрация остаточного объёма обрабатывает всю партию, ограничивая потери полиола и перенос между марками.
- Более 110 фильтров FUNDABAC® работают в производстве полиолов и полигликолей в 18 странах.
Часто задаваемые вопросы
Нужна ли фильтрация полиолам, полученным на DMC-катализаторах?
Не всегда. Высокоактивные DMC-катализаторы применяют в столь низких концентрациях, что катализатор часто может оставаться в полиоле, и стадия его удаления не нужна. Полиолы, полученные на KOH или NaOH, включая многие марки с концевыми EO-группами, ПЭГ и ППГ, по-прежнему требуют нейтрализации или обработки адсорбентом с последующей фильтрацией.
Определяет ли фильтр остаточное содержание калия в полиоле?
Нет. Химия нейтрализации или адсорбции определяет, сколько калия удаляется из полиола. Задача фильтра: полностью задержать образовавшиеся соли или адсорбент, чтобы твёрдые частицы не переносили калий в фильтрат. Качество фильтрата обычно подтверждают мутномером или лабораторным анализом в каждом цикле.
Фильтровать полиол до или после отпарки воды?
Встречаются оба варианта. В распространённой схеме фильтрация следует за нейтрализацией или обработкой адсорбентом и необязательным разделением фаз, а воду и летучие компоненты отпаривают после неё. Содержание воды влияет на фильтруемость и липкость осадка, поэтому оптимальное место фильтра подтверждают испытаниями на реальном процессе.
Что происходит с фильтровальным осадком после выгрузки?
Осадок сушат азотом в фильтре и выгружают с содержанием сухого вещества до 70 % и низким остаточным содержанием полиола. При такой сухости осадок не прилипает, и выгрузка проходит полностью. Промывка осадка для извлечения дополнительного полиола применяется редко, поскольку требует дополнительных стадий для отделения полиола от промывной жидкости.
Какие данные нужны для подбора фильтра для полиола?
Основные исходные данные: вязкость полиола при температуре фильтрации, размер партии, тип и содержание твёрдой фазы, а также доступное время цикла между партиями. Поскольку фильтруемость зависит от проведения стадии нейтрализации или адсорбции, DrM подбирает фильтры по результатам испытаний на реальной суспензии, от лабораторного масштаба до пилотных фильтров.
