本发明属于离子交换材料的制备技术领域，涉及一种强碱型离子交换纤维的制备系统，尤其涉及一种PP-ST-DVB纤维酰基化制备季胺型离子交换纤维的工艺设备。
背景技术：
离子交换纤维具有吸附速度快，净化程度高，通水阻力小，再生方便等优点，可吸附有害气体、重金属可以去异味、净化水源、海水淡化等多种用途，受到人们越来越多的关注，一般来说离子交换纤维分为：强酸型离子交换纤维、强碱型离子交换纤维、弱酸离子交换纤维、弱碱离子交换纤维，而常见的强碱型离子交换纤维的制备工艺，通常采用氯甲醚作为氯甲基化试剂与接枝纤维表面的苯环发生亲电反应、然后与三级胺发生亲核取代反应来制备，用到的氯甲醚自1976年以来一直受到严格的限制，在欧美西方等国家已经禁止使用，因此，寻找替代氯甲醚更加环保的制备系统来制备强碱型离子交换纤维是当务之急。
技术实现要素：
为了替换现有制备强碱型离子交换纤维工艺中常用具有强致癌性的氯甲醚，本发明提出PP-ST-DVB纤维制备强碱型离子交换纤维的工艺设备。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种强碱型离子交换纤维的制备系统，包括卧式反应釜、加热单元、溶剂储罐、反应液储液罐、水浴尾气吸收装置和耐高压密闭反应釜，其特征在于，
--所述卧式反应釜侧壁设有可加热或冷却的夹层，底部设有可调节反应釜倾斜度的底座，顶部设有第一纤维加料口，内部设有可旋转并且筒壁带有微孔的反应圆筒，所述反应圆筒的侧壁上设有与所述第一纤维加料口对应的第二纤维加料口，所述反应圆筒由电机驱动，
所述卧式反应釜的夹层的底部设有进液口，顶部设有出液口，所述加热单元的出液口通过出液管路与夹层的进液口连通，所述加热单元的回液口通过回液管路与夹层的出液口连通；
所述卧式反应釜顶部设有进液口Ⅰ、进液口Ⅱ和出气口，底部设有出液口，所述进液口Ⅰ、进液口Ⅱ、出气口和出液口均与卧式反应釜的内部容腔相通，所述进液口Ⅰ与设置在所述卧式反应釜外部的溶剂储罐通过管路连通，所述进液口Ⅱ与设置在所述卧式反应釜外部的反应液储液罐连通，所述出气口与设置在所述卧式反应釜外部的两个并联的水浴尾气吸收装置连通；
--所述反应液储液罐包括相互连通的大储液罐和小储液罐，二者之间的连通管路上设置控制阀门；
所述大储液罐底部的出液口通过管路与所述卧式反应釜顶部的进液口Ⅱ连通，所述卧式反应釜底部的出液口通过管路与所述大储液罐顶部的回液口连通，
所述小储液罐底部设置水浴加热单元，顶部设置蒸汽出口，所述蒸汽 出口通过管路与所述卧式反应釜顶部的进液口Ⅱ连通；
--所述耐高压密闭反应釜设置在所述制备系统的下游，包括加料口、进液口和出液口，所述加料口用以添加上游环节的纤维，所述进液口与设置在耐高压密闭反应釜外部的胺化剂储罐的出口连通，所述出液口与胺化剂储罐的回流口连通。
优选地，所述加热单元的出液管路和/或回液管路上设有循环泵和/或控制阀门。
优选地，所述卧式反应釜的进液口Ⅰ与溶剂储罐之间的连通管路上设有控制阀门。
优选地，所述卧式反应釜的出气口与水浴尾气吸收装置之间的连通管路上设置真空泵和控制阀门。
优选地，所述大储液罐的出液口与所述卧式反应釜的进液口Ⅱ之间、所述卧式反应釜的出液口与大储液罐的回液口之间的连通管路上设有循环泵和/或控制阀门。
优选地，所述小储液罐的蒸汽出口与所述卧式反应釜的进液口Ⅱ之间的连通管路上设置控制阀门。
优选地，所述进液口与胺化剂储罐的出口之间的连通管路，以及所述出液口与胺化剂储罐的回流口之间的连通管路上均设置有控制阀门。
本发明的制备系统在使用时，向所述卧式反应釜中添加溶胀后的PP-ST-DVB纤维时，首先调节所述卧式反应釜的底座，使所述卧式反应釜具有一定的倾斜度，打开反应釜顶部的第一纤维加料口，旋转所述反应圆筒使所述第二纤维加料口与所述第一纤维加料口重合，打开所述第二纤维 加料口，将溶胀后的PP-ST-DVB纤维经所述第一纤维加料口和第二纤维加料口放入所述反应圆筒内，纤维在重力的作用下沿反应圆筒的筒壁向下滑落，以防止纤维在所述第二纤维加料口堆积，纤维加入完毕后关闭所述第一纤维加料口和第二纤维加料口，调节所述卧式反应釜使其呈水平状态。
进一步地，所述卧式反应釜添加溶胀后的PP-ST-DVB纤维后，使所述卧式反应釜的进液口Ⅰ与溶剂储罐处于连通状态，向所述卧式反应釜加入有机溶剂，使得PP-ST-DVB纤维和有机溶剂的浴比为20-30，有机溶剂添加完毕后，关闭进液口Ⅰ。
进一步地，有机溶剂添加完毕后，打开电机使所述卧式反应釜内部的反应圆筒旋转，打开所述卧式反应釜的进液口Ⅱ，从反应釜的顶部缓慢加入反应液，至纤维和反应液的浴比为10-15，在20-30℃进行Friedel-Crafts反应12-24小时。
进一步地，打开所述卧式反应釜的出气口，反应过程中放出的HCl气体由两个水浴尾气吸收装置同时吸收。
进一步地，所述卧式反应釜中的Friedel-Crafts反应结束后，调节电机使所述反应圆筒高速旋转，纤维表面的溶剂和反应液沿反应圆筒上的微孔甩出，被甩出的溶剂和反应液从所述卧式反应釜底部的出液口回流至所述大储液灌内。
进一步地，之后调节电机减小所述反应圆筒的转速，打开大储液罐和小储液罐之间的连通管路，小储液罐中充满液体后关闭连通管路，使用小储液罐底部的水浴加热单元对所述小储液罐进行加热，小储液灌内沸点较 低的有机溶剂沸腾、挥发，经卧式反应釜上部的进液口Ⅱ进入反应釜，对纤维进行洗涤，淋洗液经反应釜底部的出液口回流至所述大储液灌。
进一步地，所述较小储液灌中有机溶剂挥发完毕后，停止洗涤，调节电机增大所述反应圆筒的转速，使纤维表面的液体尽可能甩出，并经减压冷却使纤维表面的液体进一步挥发，最后回流至所述大储液灌中。
进一步地，调节反应釜的倾斜度，将纤维从卧式反应釜顶部较低位置的纤维出料口取出，放入其中一个尾气吸收装置，浸泡一段时间后取出，经离心甩干，在甩干的过程中使用自来水洗涤若干遍，然后在烘箱中烘干。
进一步地，将烘干后的纤维放入耐高压密闭反应釜中，加入胺化剂，在30-35℃条件下发生胺化反应，反应12-18小时结束。
进一步地，胺化反应结束后，在减压条件下，使耐高压反应釜内纤维表面的胺化剂尽可能多的挥发，经冷却后进入第二个含有HCl的尾气吸收装置。最后取出纤维，在烘箱中烘干或自然晾干即可制得季铵型强碱离子交换纤维。
优选地，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷中的一种或多种。
优选地，所述反应液包括氯乙酰氯、三氯化铝和稀释剂，其中所述稀释剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷中的一种或多种，氯乙酰氯的摩尔用量与PP-ST-DVB中ST的摩尔比为0.4～1.5:1,三氯化铝的摩尔用量与PP-ST-DVB中ST的摩尔比为0.2～0.6:1，优选地，所述反应液进入所述卧式反应釜前经超声波充分溶解。
优选地，所述胺化剂为三甲胺的水溶液。
优选地，进行Friedel-Crafts反应时，打开所述加热单元与卧式反应釜夹层之间的连通管路，保持卧式反应釜中的反应温度在20-30℃。
本发明的PP-ST-DVB纤维制备强碱型离子交换纤维的系统，相对于现有技术，具有以下优点：采用氯乙酰氯作为酰化试剂引入氯乙酰基，避免了使用致癌性的氯甲醚作为反应试剂，酰基化反应液可以反复使用；酰基化反应温度较低，为了兼顾反应速度选择反应温度为20-30℃，同时由于这样较低反应温度，可以利用加热单元促进反应进行，减少能耗；过程中产生的HCl气体回收后直接利用，进一步节约了成本；胺化反应采用高压反应，大大减少了三甲胺气体的排放，微量的三甲胺气体排放经回收的HCl水溶液吸收，浓缩后也可以继续使用。
附图说明
图1为本发明的强碱型离子交换纤维的制备系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明的强碱型离子交换纤维的制备系统，包括卧式反应釜、加热单元、溶剂储罐、反应液储液罐、水浴尾气吸收装置、冷凝装置、干燥装置和耐高压密闭反应釜。
卧式反应釜，包括反应釜本体10、设置在反应釜本体内部的反应圆筒11以及电机12，反应釜本体10底部设有可调节反应釜倾斜度的底座，顶部设有第一加料口14，内部设有可旋转并且筒壁带有微孔的反应圆筒11， 反应圆筒11的侧壁上设有与第一加料口14对应的第二加料口15，反应圆筒11由电机12驱动，反应釜本体10顶部设有进液口Ⅰ、进液口Ⅱ和出气口，底部设有出液口，进液口Ⅰ、进液口Ⅱ、出气口和出液口均与反应釜本体10的内部容腔相通，进液口Ⅰ与设置在反应釜本体外部的溶剂储罐20通过管路连通，进液口Ⅱ与设置在反应釜本体10外部的反应液储液罐连通，出气口与设置在反应釜本体10外部的两个并联的水浴尾气吸收装置41、42连通；反应液储液罐包括相互连通的大储液罐31和小储液罐32，二者之间的连通管路上设置控制阀门33；大储液罐31底部的出液口通过管路与反应釜本体10顶部的进液口Ⅰ连通，反应釜本体10底部的出液口通过管路与大储液罐31顶部的回液口连通，小储液罐32底部设置加热单元34，顶部设置蒸汽出口，蒸汽出口通过管路与反应釜本体10顶部的进液口Ⅱ连通。
卧式反应釜侧壁设有可加热或冷却的夹层13，卧式反应釜的夹层13的底部设有进液口，顶部设有出液口，加热单元50的出液口通过出液管路与夹层13的进液口连通，加热单元50的回液口通过回液管路与夹层13的出液口连通。
加热单元50的出液管路和/或回液管路上设有循环泵和/或控制阀门。反应釜本体10的进液口Ⅰ与溶剂储罐20之间的连通管路上设有控制阀门21。反应釜本体10的出气口与水浴尾气吸收装置41、42之间的连通管路上设置真空泵44和控制阀门46，也可以进一步设置冷凝装置45和干燥装置43。大储液罐31的出液口与反应釜本体10的进液口Ⅱ之间、反应釜本体10的出液口与大储液罐31的回液口之间的连通管路上设有循环泵35 和/或控制阀门36。小储液罐32的蒸汽出口与反应釜本体10的进液口Ⅱ之间的连通管路上设置控制阀门37。
耐高压密闭反应釜60设置在制备系统的下游，包括加料口61、进液口和出液口，加料口61用以添加上游环节的纤维，进液口与设置在耐高压密闭反应釜外部的胺化剂储罐70的出口连通，出液口与胺化剂储罐70的回流口连通，进液口与胺化剂储罐70的出口之间的连通管路，以及出液口与胺化剂储罐的回流口之间的连通管路上均设置有控制阀门71，进一步地，可以设置冷凝装置72、减压泵73和尾气吸收装置74。
本发明的强碱型离子交换纤维的制备系统在使用时，可按照以下步骤进行：
SS1.PP-ST-DVB纤维用有机溶剂溶胀3-6小时；
SS2.PP-ST-DVB纤维溶胀后放入卧式反应釜中进行Friedel-Crafts反应，所述卧式反应釜侧壁设有可加热或冷却的夹层，底部设有可调节反应釜倾斜度的底座，顶部设有第一纤维加料口，内部设有可旋转并且筒壁带有微孔的反应圆筒，所述反应圆筒的侧壁上设有与所述第一纤维加料口对应的第二纤维加料口，所述反应圆筒由电机驱动，所述Friedel-Crafts反应具体为：
首先，调节所述卧式反应釜，使其有一定的倾斜度，打开反应釜顶部的第一纤维加料口，旋转所述反应圆筒使所述第二纤维加料口与所述第一纤维加料口重合，打开所述第二纤维加料口，将溶胀后的PP-ST-DVB纤维经所述第一纤维加料口和第二纤维加料口放入所述反应圆筒内，纤维在重力的作用下沿反应圆筒的筒壁向下滑落，以防止纤维在所述第二纤维加 料口堆积，纤维加入完毕后关闭所述第一纤维加料口和第二纤维加料口，调节所述卧式反应釜使其呈水平状态；
其次，从所述卧式反应釜的顶部加入与步骤SS1中相同的有机溶剂至浸没纤维，使得PP-ST-DVB纤维和有机溶剂的浴比为20-30；
之后，打开电机使所述卧式反应釜内部的反应圆筒旋转，从反应釜的顶部缓慢加入反应液，至纤维和反应液的浴比为10-15，在20-30℃反应12-24小时，反应过程中放出的HCl气体由两个水浴尾气吸收装置同时吸收，吸收得到的盐酸稀溶液以备后续处理步骤使用，其中，所述反应液由设置在所述卧式反应釜外部的储液罐供给，所述储液罐包括相互串联的大储液罐和小储液罐，二者之间的连通管路上设置控制阀门，所述大储液罐和卧式反应釜之间设置反应液循环管道，所述反应液循环管道上设置阀门和循环泵，反应液经所述反应液循环管道通入反应釜的顶部；
SS3.步骤SS2中的Friedel-Crafts反应结束后，
首先调节电机使所述反应圆筒高速旋转，在离心力作用下，纤维表面的溶剂和反应液沿反应圆筒上的微孔甩出，被甩出的溶剂和反应液从所述卧式反应釜底部的出液口回流至所述大储液灌内；
之后调节电机减小所述反应圆筒的转速，打开大储液罐和小储液罐之间的连通管路上的阀门，小储液罐中充满液体后关闭该阀门，使用加热装置对所述小储液罐进行加热，加热后，小储液灌内沸点较低的有机溶剂沸腾、挥发，经卧式反应釜上部的液体入口进入反应釜，对纤维进行洗涤，淋洗液经管道回流至所述大储液灌；
所述较小储液灌中有机溶剂挥发完毕后，停止洗涤，调节电机增大所 述反应圆筒的转速，使纤维表面的液体尽可能甩出，并经减压冷却使纤维表面的液体进一步挥发，最后回流至所述大储液灌中。
SS4.调节反应釜的倾斜度，将纤维从卧式反应釜顶部较低位置的纤维出料口取出，放入其中第一个尾气吸收装置(含有HCl)，浸泡一段时间后取出，经离心甩干，在甩干的过程中使用自来水洗涤若干遍，然后在烘箱中烘干。
SS5.将烘干后的纤维放入耐高压密闭反应釜中，加入胺化剂，在30-35℃条件下发生胺化反应，反应12-18小时结束；之后在减压条件下，使耐高压反应釜内纤维表面的胺化剂尽可能多的挥发，经冷却后进入第二个含有HCl的尾气吸收装置。最后取出纤维，在烘箱中烘干或自然晾干即可制得季铵型强碱离子交换纤维。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡依本发明专利构思所述构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。