本文利用甲醛在不同氣氛環境下氣液相中的平衡濃度不同，采用物理汽提法對MF樹脂進行除甲醛操作。以Aspen Plus過程模擬計算為

本文利用甲醛在不同氣氛環境下氣液相中的平衡濃度不同，采用物理汽提法對MF樹脂進行除甲醛操作。以Aspen Plus過程模擬計算為理論基礎，搭建了以超重力旋轉床為汽提塔的小試裝置并進行了考察實驗，為除甲醛提供了新方法，就和森諾特學習下吧。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器與材料

儀器設備：超重力轉轉床（JXC300－16，杭州錢江干燥設備有限公司）；柱塞計量泵（JZ－R 50/14，浙江科諾計量泵制造廠）；旋片式真空泵（2XZ－4，上海皓昕機電設備有限公司）；不銹鋼接收儲罐（50 L，杭州天和防腐機械設備有限公司）；2 m2列管式換熱器（JXC300－16，杭州錢江干燥設備有限公司）；蒸汽發生器（DZFZ12－0.4，東陽市佳先機械制造有限公司）。

實驗材料：MF樹脂、去離子水（均為工業自制）。

1.2 模型的建立

依據汽提工藝原理，本文建模時選用RadFrac模塊進行蒸汽汽提脫甲醇單元模擬，工藝流程如圖1 所示。其中，F為MF原料，H2O為水蒸汽，D為汽提塔塔頂出料，W為汽提塔塔底出料。

物性方法的選擇是Aspen Plus用來計算熱力學性質和傳遞性質的基礎，本文的模擬體系屬于水與甲醇、甲醛混合物的汽液平衡體系，根據其物性特征選用NRTLRK物性方法。

1.3 實驗工藝流程

基于Aspen Plus工藝模擬計算數據，搭建小型MF樹脂汽提除甲醛的蒸汽汽提實驗裝置，如圖2 所示。以自制MF樹脂產品為原料，蒸汽發生器生產的低壓蒸汽作為汽提氣源，原料的基本物性數據見表1。

圖2 小型MF樹脂汽提除甲醛的蒸汽汽提實驗裝置及流程

注：P101 — 進料泵；T101 — 超重力旋轉床；V101 — 塔底產品罐；E101 — 冷凝器；V102 — 塔頂產品罐；P102 — 真空泵；V103 — 原料桶。

表1 MF樹脂原料的基本物性數據

1.4 實驗數據評價方法

游離甲醛含量按GB/T 5543 — 2006《樹脂整理劑 總甲醛含量、游離甲醛含量和羥甲基甲醛含量的測定》方法測定；含固量按GB/T 5546 — 2007《樹脂整理劑 不揮發組分的測定》的方法測定。

2 結果與討論

2.1 汽提操作參數的工藝模擬

工藝模擬計算取工藝物料溫度50 ℃，壓力101.325 kPa（A），進料流量900 kg/h，組分按表1 的數據設定；取汽提蒸汽為100 ℃的飽和蒸汽。模擬分析汽提蒸汽量、汽提塔操作壓力、理論塔板數等對產品游離甲醛含量的影響。

2.1.1 汽提蒸汽量對產品游離甲醛含量的影響

由圖3 可以看出，在一定的汽提塔操作塔板數、壓力條件和900 kg/h的MF樹脂進料量條件下，汽提后的MF樹脂游離甲醛含量隨著汽提蒸汽進料量的增加而相應減小。理想狀態下，蒸汽流量達到100 kg/h時，游離甲醛含量降低至0.1，此時MF樹脂與蒸汽的質量比為 9/1。

2.1.2 操作壓力對產品游離甲醛含量的影響

在規定的汽提塔塔板數和MF樹脂/蒸汽比值為 9 的條件下，改變汽提塔的操作壓力進行靈敏度分析。由圖4、圖5 可知，隨著汽提塔的操作壓力升高，MF樹脂游離甲醛含量增大，操作壓力達到90 kPa時游離甲醛含量上升趨勢明顯；在常壓操作條件下（101 kPa），游離甲醛的含量仍然低于0.1，但隨著操作壓力的上升，汽提出料產物MF樹脂的溫度逐步上升。工藝模擬條件下，常壓操作汽提后MF樹脂的物料溫度達到100 ℃。這主要是由于汽提蒸汽給在塔內物料加熱造成的，且實際常壓操作存在熱量損失，蒸汽冷凝液稀釋終汽提物料濃度，造成產品含固量偏低情況。

2.2 汽提實驗脫除游離甲醛結果

基于ASPEN Plus工藝模擬數據，進行實驗裝置搭建和操作，考察工藝操作條件下汽提法在脫除甲醛中的實際效果。

如表2 所示，在相同的操作壓力條件下，MF樹脂/蒸汽質量比越小，汽提成品的含固量和游離甲醛含量均越低，這與工藝模擬的數據趨勢一致。MF樹脂/蒸汽質量比過高會導致成品實際游離甲醛仍然較高，MF樹脂/蒸汽質量比過低雖然會獲得較好的除甲醛效果，但是導致汽提蒸汽消耗量增大。工藝上控制MF樹脂/蒸汽質量比為 4 時相對經濟，噸產品MF樹脂約消耗250 kg的低壓蒸汽。

表2 不同操作條件下MF樹脂含固量及游離甲醛含量

常壓條件下獲得的汽提成品含固量小于減壓（操作壓力為20和 5 kPa（A））條件下獲得的汽提成品含固量，這主要是由于實際裝置存在熱損耗的原因導致部分汽提蒸汽在常壓下直接塔內冷凝成水，稀釋了終汽提產物。在TF－6320/蒸汽質量比同為 4 的條件下，操作壓力為 5 kPa（A）下的MF樹脂含固量達到了81.0水平，高于操作壓力為20 kPa（A）條件下獲得的產品含固量。這表明低操作壓力有利于獲得高含固量的TF－6320產品。但過高含固量導致體系黏度過大，易產生物料流動性差、堵料等情況。因此，實際操作壓力需控制在 5 ～ 20 kPa（A）的范圍比較合理。

此外，實驗結果顯示采用蒸汽汽提法處理后的MF樹脂產品游離甲醛含量僅能達到0.3 ～ 0.7水平范圍，未達到工藝模擬的0.1，但同樣屬于較低水平。這一方面可能是由于MF樹脂甲醚化反應的可逆性導致的部分結合甲醛的游離化，另一方面是由于甲醛水溶液體系含有甲二醇和各種聚合度不同的多甲醛水合物，汽提過程是既有物質傳遞又有相互物質轉化的復雜化學反應過程。

2.3 汽提后的MF樹脂產品穩定性

將未經過汽提處理的MF樹脂與汽提后的產品進行水溶性穩定性對比實驗，實驗結果見表3。由表3 可知，汽提后的MF樹脂產品在60 ℃下儲存 2 天仍可以保持透明外觀，等同于相同實驗條件下的MF樹脂原液穩定性。與添加捕醛劑等工藝相比，蒸汽汽提操作對MF樹脂的產品穩定性并無明顯影響。

3 結論

（1）蒸汽汽提法實際脫除甲醛效率雖不能達到Aspen Plus模擬數據水平，但仍可以將MF樹脂中游離甲醛含量由1.5降低至0.3 ～ 0.7。

（2）為了獲得較高含固量的汽提法MF樹脂成品，汽提操作壓力控制在 5 ～ 20 kPa（A），TF－6320/蒸汽質量比控制在 4 左右比較合理，蒸汽消耗較低，具有實際經濟性。

（3）汽提操作屬于物理法脫甲醛，對終的MF樹脂產品穩定性基本沒有影響。