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纺织导报 China Textile Leader · 2018 No.7
蒸汽汽提法是一个以传质过程为主的单元操作，蒸汽由塔底进入并沿着塔板表面依次向上流动，液体由塔顶进入并沿着塔板表面依次向下流动，蒸汽与液体在塔板表面的液膜不断接触发生传质过程，其在工业废水的有机物脱除方面已有较多的应用研究。MF 树脂溶液具有黏度大、表面更新速率慢、流动性差等特点，在常规分离塔设备中几乎无法进行分离操作，因此必须选择适用高黏度体系的汽提塔设备，如超重力旋转床等。 本文利用甲醛在不同气氛环境下气液相中的平衡浓度不同，采用物理汽提法对MF 树脂进行脱甲醛后处理操作。以Aspen Plus 过程模拟计算为理论基础，搭建了以超重力旋转床为汽提塔的小试装置并进行了考察实验，为脱除MF 树脂游离甲醛提供了新方法。
1 材料与方法
1.1 实验仪器与材料
仪器设备：超重力转转床（JXC300－16，杭州钱
作者简介：储昭华，男，1966年生，高级工程师，工艺总工程师，主要从事纺织印染行业配套的化学品的生产工艺研究。通信作者：姚从春，工程师，E-mail ：congchuny@163 。作者单位：传化智联股份有限公司。
汽提法除MF 树脂中游离甲醛的新工艺
文｜储昭华 姚从春
A New Process of Reducing Free Formaldehyde from MF Resin by
Steam Stripping
摘要：文章采用Aspen Plus 工艺过程模拟软件，对蒸汽汽提法去除MF 树脂中游离甲醛进行了模拟计算，分析了操作压力、树脂与蒸汽质量比对成品游离甲醛含量的影响；基于模拟结果，设计建立了一套采用蒸汽汽提法脱除MF 树脂中游离甲醛的装置；选择超重力旋转床为汽提塔，有效地解决了常规塔设备无法处理高黏MF 树脂的问题。实验结果表明，汽提法可将MF 树脂原液的游离甲醛含量由1.5%降低至0.3% ～ 0.7%，且汽提后的产品稳定性与原液相当；汽提塔的操作压力为 5 ～ 20 kPa （A ），TF －6320与蒸汽质量比为 4 是较经济的工艺操作条件。关键词：汽提法；MF 树脂；游离甲
醛；新工艺中图分类号：TS195.9 文献标志码：B石灰投加
Abstract: By simulating the process of reducing free formaldehyde from MF resin by steam stripping with Aspen Plus process software and analyzing the influence of operating pressure, and quality ratio of resin and steam on free formaldehyde content, this paper design an experimental installation. A high-gravity rotating bed was selected as the stripping tower to solve the processing problem of high viscous MF resin faced by conventional tower. The results indicate that the content of free formaldehyde can be reduced from 1.5% to 0.3% ～ 0.7%, and the product stability is as well as before. When the operating pressure is 5 ～ 20 kPa(A) and the mass ratio of resin to steam is 4 is the most economical process operating condition.Key words: steam stripping; MF resin; free formaldehyde; new process
MF 树脂通常指三聚氰胺甲醛树脂，又称脲醛树脂，是一类以刚性三嗪环和氮杂环为骨架结构的高分子材料。在纺织品领域，MF 树脂可用于棉、粘胶、T /C 等织物的防缩、抗皱、轧光等。由于羟甲基化不完全、活泼基团多等原因，MF 树脂在应用过程中存在游离甲醛含量高、储存周期短等问题。
为了降低树脂成品中游离甲醛含量，目前主要通过化学法改性来实现：一种是在树脂合成过程中降低甲醛使用量，另一种是采用添加捕醛剂减少游离甲醛的释放。但考虑到成本、硬挺度、稳定性等因素，捕醛剂加入量需要严格控制。
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江干燥设备有限公司）；柱塞计量泵（JZ －R 50/14，浙江科诺计量泵制造厂）；旋片式真空泵（2XZ －4，上海皓昕机电设备有限公司）；不锈钢接收储罐（50 L ，杭州天和防腐机械设备有限公司）；2 m 2列管式换热器（JXC300－16，杭州钱江干燥设备有限公司）；蒸汽发生器（DZFZ12－0.4，东阳市佳先机械制造有限公司）。
实验材料：MF 树脂、去离子水（均为工业自制）。
1.2 模型的建立
依据汽提工艺原理，本文建模时选用RadFrac 模块进行蒸汽汽提脱甲醇单元模拟，工艺流程如图 1 所示。其中，F 为MF 原料，H 2O 为水蒸汽，D 为汽提塔塔顶出料，W 为汽提塔塔底出料。
图 1 蒸汽汽提模拟流程图
物性方法的选择是Aspen Plus 用来计算热力学性质和传递性质的基础，本文的模拟体系属于水与甲醇、甲醛混合物的汽液平衡体系，根据其物性特征选用NRTL
－RK 物性方法。
1.3 实验工艺流程
基于Aspen Plus 工艺模拟计算数据，搭建小型
MF 树脂汽提除甲醛的蒸汽汽提实验装置，如图 2
所示。以自制
MF 树脂产品为原料，蒸汽发生器生产的低压蒸汽作为
汽提气源，原料的基本物性数据见表 1。
注：
P101 —
进料泵；
T101 —
超重力旋转床；
V101
—
塔底产品罐；
E101
—真空过滤装置
冷凝器；V102
— 塔顶产品罐；
P102 —
真空泵；V103
— 原料桶。
磁化净水器
图
2 小型
MF 树脂汽提除甲醛的蒸汽汽提实验装置及流程
1.4
实验数据评价方法
游离甲醛含量按GB
/T 5543
— 2006《树脂整理剂 总甲醛含量、游离甲醛含量和羟甲基甲醛含量的测定》方法测定；含固量按GB /T 5546 — 2007《树脂整理剂 不挥发组分的测定》的方法测定。
2 结果与讨论
2.1 汽提操作参数的工艺模拟
工艺模拟计算取工艺物料温度50 ℃，压力101.325 kPa （A ），进料流量900 kg /h ，组分按表 1 的数据设定；取汽提蒸汽为100 ℃的饱和蒸汽。模拟分析汽提蒸汽量、汽提塔操作压力、理论塔板数等对产品游离甲醛含量的影响。
2.1.1 汽提蒸汽量对产品游离甲醛含量的影响
由图 3 可以看出，在一定的汽提塔操作塔板数、压力条件和900 kg /h 的MF 树脂进料量条件下，汽提后的MF 树脂游离甲醛含量随着汽提蒸汽进料量的增加而相应减
小。理想状态下，蒸汽流量达到100 kg /h 时，游离甲醛含量降低至0.1%，此时MF 树脂与蒸汽的质量比为 9/1。
2.1.2 操作压力对产品游离甲醛含量的影响
数据监控在规定的汽提塔塔板数和MF 树脂/蒸汽比值为 9 的条件下，改变汽提塔的操作压力进行灵敏度分析。由图 4、图 5 可知，随着汽提塔的操作压力升高，MF 树脂游离甲醛含量增大，操作压力达到90 kPa 时游离甲醛含量上升趋势明显；在常压操作条件下（101 kPa ），游离甲醛的含量仍然低于0.1%，但随着操作压力的上升，汽提出料
产物MF 树脂的温度逐步上升。工艺模拟条件下，常压操作汽提后MF 树脂的物料温度达到100 ℃。这主要是由于汽提蒸汽给在塔内物料加热造成的，且实际常压操作存
表 1 MF 树脂原料的基本物性数据
含固量/%
游离甲醛/%
甲醇/%水/%黏度/（mPa ·s ）80.0
1.5
8.0
10.5
1 500 ～ 1 800
图 3 汽提蒸汽量对MF 树脂游离甲醛含量的影响
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在热量损失，蒸汽冷凝液稀释最终汽提物料浓度，造成产品含固量偏低情况。
图 4 汽提操作压力对游离甲醛含量的影响
图 5 汽提操作压力对出料温度的影响
2.2 汽提实验脱除游离甲醛结果
基于ASPEN Plus 工艺模拟数据，进行实验装置搭建和操作，考察工艺操作条件下汽提法在脱除游离甲醛中的实际效果。
如表 2 所示，在相同的操作压力条件下，MF 树脂/蒸汽质量比越小，汽提成品的含固量和游离甲醛含量均越低，这与工艺模拟的数据趋势一致。MF 树脂/蒸汽质量比过高会导致成品实际游离甲醛仍然较高，MF 树脂/蒸汽质量比过低虽然会得到较好的甲醛脱除效率，但是导致汽提蒸汽消耗量增大。工艺上控制MF 树脂/蒸汽质量比为 4 时相对经济，吨产品MF 树脂约消耗250 kg 的低压蒸汽。
常压条件下得到的汽提成品含固量小于减压（操作
压力为20和 5 kPa （A ））条件下得到的汽提成品含固量，这主要是由于实际装置存在热损耗的原因导致部分汽提蒸汽在常压下直接塔内冷凝成水，稀释了最终汽提产物。在TF －6320/蒸汽质量比同为 4 的条件下，操作压力为 5 kPa （A ）下的MF 树脂含固量达到了81.0%水平，高于操作压力为20 kPa （A ）条件下得到的产品含固量。这表明低操作压力有利于得到高含固量的TF －6320产品。但过高含固量导致体系黏度过大，易产生物料流动性差、堵料等情况。因此，实际操作压力需控制在 5 ～ 20 kPa （A ）的范围比较合理。
此外，实验结果显示采用蒸汽汽提法处理后的MF 树
脂产品游离甲醛含量仅能达到0.3% ～ 0.7%水平范围，未达到工艺模拟的0.1%，但同样属于较低水平。这一方面可能是由于MF 树脂甲醚化反应的可逆性导致的部分结合甲醛的游离化，另一方面是由于甲醛水溶液体系含有甲二醇和各种聚合度不同的多甲醛水合物，汽提过程是既有物质传递又有相互物质转化的复杂化学反应过程。
2.3 汽提后的MF 树脂产品稳定性
将未经过汽提处理的MF 树脂与汽提后的产品进行水溶性稳定性对比实验，实验结果见表 3。由表 3 可知，汽
提后的MF 树脂产品在60 ℃下储存 2 天仍可以保持透明外观，等同于相同实验条件下的MF 树脂原液稳定性。与添加捕醛剂等工艺相比，蒸汽汽提操作对MF 树脂的产品稳定性并无明显影响。
3 结论
（1）蒸汽汽提法实际脱除甲醛效率虽不能达到Aspen Plus 模拟数据水平，但仍可以将MF 树脂中游离甲醛含量由1.5%降低至0.3% ～ 0.7%。
（2）为了得到较高含固量的汽提法MF 树脂成品，汽提操作压力控制在 5 ～ 20 kPa （A ），TF －6320/蒸汽质量比控制在 4 左右比较合理，蒸汽消耗较低，具有实际经济性。
（3）汽提操作属于物理法脱甲醛，对最终的MF 树脂产品稳定性基本没有影响。
表 2 不同操作条件下MF 树脂含固量及游离甲醛含量
表 3 汽提前后MF 树脂产品储存稳定性（水溶性外观）比较
参考文献（略）
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