专利名称：分离水溶性纤维素醚的方法
技术领域：
本发明涉及经过压滤从在水中的悬浮液中得到滤饼来分离水溶性纤维素醚的方法，水溶性纤维素醚典型地具有极好的塑性和高的溶解温度。水溶性纤维素醚在其被分散在热水中后表现出如下性质，当分散体冷却时，纤维素醚缓慢溶解在水中，以使水溶性纤维素醚溶液成比例增加其粘度。但是在这一过程中，到某一个温度时，粘度的增长率变慢。通过将1％(重量)浓度的水溶性纤维素醚分散在95℃或更高温度的热水中，冷却分散体(其随温度的下降建立粘度)，监测分散体的粘度，并测定降温时在哪一个温度下粘度发生实际改变(即粘度增长率在变慢)来测定其温度。
背景技术：
甲基纤维素是在约50℃到90℃的温度下通过用氯代甲烷醚化碱纤维素制备得到的，描述在JP-B7-119241的实施例中。醚化反应后，将反应混合物引入含有大约95℃水的搅拌器容器中，在此反应过程中形成的盐溶解在水中。然后对搅拌器容器中的悬浮液进行分离操作，以获得所需纯度的纤维素醚。
在分离操作中，考虑使用旋转压滤器。可是，以通常的织物过滤器代替旋转压滤器会受到以下问题的困扰，即具有高的溶解温度的产品渗透并滞留在过滤器中，从而导致过滤器被堵塞并且在短的过滤时间内不起作用。堵塞现象可以通过使用高压蒸汽或热水洗涤来清洁，常规筛目大小的过滤器的筛目大小可以被拉伸或者甚至破裂。这一问题已经在美国专利4,954,268或日本专利2,895,084中通过使用具有增强强度的多层烧结金属结构的过滤器而被克服。该多层结构存在的问题就是一旦过滤器被产品堵塞，就很难通过洗涤去除堵塞产品。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种使用过滤装置，并在避免过滤器被堵塞，以及允许过滤装置在长时间里有效运行的同时从水溶性纤维素醚在水中的悬浮液中将其分离出的方法，发明人已发现可以在没有实际问题的情况下通过使用多孔的金属或陶瓷过滤介质的过滤装置过滤，以及在过滤后用蒸汽、压缩空气或加压的水清洗而将水溶性纤维素醚从水溶性纤维素醚在水中的悬浮液中分离出。过滤装置可以长期使用。过滤后对过滤介质的清洗不仅可防止过滤介质被堵塞，还可清洗出残留在过滤介质上的水溶性纤维素醚，以消除水溶性纤维素醚的损失。
本发明提供一种从水溶性纤维素醚的悬浮液中分离出水溶性纤维素醚的方法，包含如下步骤使水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液通过多孔金属或陶瓷过滤介质压滤器，在过滤器上留下水溶性纤维素醚滤饼，从过滤介质上除去滤饼，并使用蒸汽、压缩空气或加压的水洗涤过滤介质。
优选地，过滤介质是多孔的，孔径基本上与悬浮颗粒的平均直径相对应。过滤介质具有代表性地是包含至少8％(重量)的镍和至少18％(重量)的铬的特殊钢。优选的悬浮液包含水溶性纤维素醚和水的重量比为10/100到50/100。该水溶性纤维素醚具有代表性地是烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素或羟烷基纤维素。
在一个优选的实施方案中，该方法进一步包含在除去滤饼之前使用热水和蒸汽的一种或全部洗涤滤饼，并从过滤介质一侧反吹蒸汽、压缩空气或加压的水以使滤饼从过滤介质上松散的步骤。
在一个进一步优选的实施方案中，在从过滤介质上除去滤饼后，从喷嘴向过滤介质中喷射加压的水以洗涤该过滤介质，并使用所得洗涤水循环洗涤滤饼。
本发明能够从水溶性纤维素醚在水中的悬浮液中分离出特别是具有高溶解温度的水溶性纤维素醚，并避免过滤器被堵塞，以及延长过滤装置的工作时间。
优选实施方案详述本发明的方法是使用过滤器从水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液中分离出水溶性纤维素醚。过滤器由多孔的金属或陶瓷过滤介质制成。
过滤介质应优选是多孔的，孔径基本上与悬浮颗粒的平均直径相对应。过滤介质的孔径甚至可以俘获比孔径小的直径的细小颗粒。
为了预防腐蚀作用，本发明所使用的金属材料可以选自具有抗腐蚀性的特殊钢，尤其是含有至少5％(重量)有色金属的特殊钢。例如，优选抵抗水溶性纤维素醚悬浮液体中的盐和清洗滤饼的液体的特殊钢，更优选包含至少8％(重量)的镍和至少18％(重量)的铬的特殊钢是更优选的过滤介质。使用这类金属过滤介质可以防止发生由于热悬浮液中的高盐浓度引起的应力开裂腐蚀。
可用已知方法制造这些多孔金属材料，如记载在T.Terabayashi和K.Kajio的“Study on Electron Beam Machining”中，Journal ofPrecision Engineering Society，vol.53，No.5，1987，pp.789-794；和K.Kajio的“High-Speed Drilling of Difficult-to-Electron-Beam-Machine Materials”中，Machinery Technology，vol.37，No.8，pp.47-52。
陶瓷材料可以从基于氧化物和非氧化物的抗盐陶瓷材料中选择，例如氧化铝、氧化镁、氧化锆和亚铁盐。碳化硅、氮化硅和类似的陶瓷材料也是可用的。氧化锆因为其韧度是最优选的。
过滤介质具有代表性地在过滤方向上的厚度为0.2到20mm，优选2到10mm。
本发明使用的水溶性纤维素醚优选具有至少20℃的溶解温度，并可以包括烷基纤维素、羟烷基纤维素，和羟烷基烷基纤维素。
烷基纤维素的例子包括具有1.0到2.2个甲氧基基团(DS)的甲基纤维素，和具有2.0到2.6个乙氧基基团(DS)的乙基纤维素。
羟烷基纤维素的例子包括具有0.05到3.3个羟丙氧基基团(MS)的羟丙基纤维素。
羟烷基烷基纤维素的例子包括具有1.0到2.2个甲氧基基团(DS)和0.1到0.6个羟乙氧基基团(MS)的羟乙基甲基纤维素，具有1.0到2.2个甲氧基基团(DS)和具有0.1到0.6个羟丙氧基基团(MS)的羟丙基甲基纤维素，以及具有1.0到2.2个乙氧基基团(DS)和具有0.1到0.6个羟乙氧基基团(MS)的羟乙基乙基纤维素。
“DS”是指“取代度”，意思是连接在纤维素的脱水葡萄糖单元上的平均烷氧基基团数量。“MS”是指“取代的摩尔数”，意思是每摩尔纤维素的脱水葡萄糖单元上的羟烷基基团的平均摩尔数。
在这中间，优选羟乙基甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素，它们每一个均有高溶解温度(30到60℃)。
为了在过滤后以高收率收集水溶性纤维素醚，优选使用的悬浮液含有水溶性纤维素醚和水的重量比为10/100到50/100。悬浮液的浓度应足以进行抽吸。
在悬浮液体中的水溶性纤维素醚颗粒通过筛选方法测量具有的平均颗粒尺寸优选为0.1到2,000μm。
如上所描述的，本发明的分离方法包括使水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液通过具有多孔的金属或陶瓷过滤介质的压滤器进行过滤，在过滤器上形成水溶性纤维素醚滤饼，从过滤介质上除去滤饼，并用蒸汽、压缩空气、加压的水或热水来洗涤过滤介质。
在使水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液通过具有多孔的金属或陶瓷过滤介质的压滤器进行过滤步骤中，出于性价比，过滤器保护和防止纤维素醚溶出的考虑，过滤的悬浮液温度优选在20到160℃，更优选70到140℃。待过滤的悬浮液可以是进一步在由用于制备水溶性纤维素醚的醚化反应得到的反应混合物中含有浓度约为1到30％(重量)的氯化钠和其他盐，并包含水溶性纤维素醚、水、氯化钠，其他盐和有机物质的液体。
在压滤过程中，压力可以在很宽的范围内变化，虽然优选的压力通常是在约0.001到1MPa的范围内，特别是约0.01到0.5MPa。
作为过滤产物，水溶性纤维素醚的饼状物留在过滤器上。然后将饼状物从过滤介质上除去。在接下来的步骤中，用蒸汽、压缩空气、加压的水或热水洗涤过滤介质。本发明使用的蒸汽温度优选为100到185℃，更优选100到160℃，压力为0.001到1MPa，更优选0.01到0.5MPa。本发明使用的压缩空气压力优选为0.001到1MPa，更优选0.01到0.5MPa，温度为10到160℃，更优选20到140℃。本发明使用的加压水温度优选为10到160℃，更优选20到140℃，压力为0.001到15MPa。本发明使用的热水温度优选为50到160℃，更优选70到140℃，压力为0.001到3MPa。
在一个优选实施方案中，过滤后，用热水和/或蒸汽洗涤饼状物，并在除去滤饼前将蒸汽、压缩空气或加压的水从过滤介质一侧(远离滤饼沉积物一侧)反吹入过滤器以使滤饼与过滤介质松散。通过这些步骤，滤饼中洗掉杂质例如盐。由此，滤饼基本上由水溶性纤维素醚组成，杂质例如盐几乎被全部去除。
在进一步的优选实施方案中，从过滤介质上除去滤饼后，使用扁平喷嘴在至少1MPa，优选1.5到2MPa的压力下，以及90到212℃的温度下向过滤介质喷射热水，在过滤方向上清洗多孔过滤介质。得到的清洗用水作为滤饼洗涤用水循环使用(即，作为加压的水或蒸汽的来源)，并变为含有盐的水溶液，从而可用作降低具有高溶解温度产品的溶解温度，防止在清洗时由于溶解造成的堵塞。在喷射热水步骤中，清洗过滤介质，并回收保留在过滤介质上有价值的产品并使其返回到过程中有助于改进产量。
当本发明的分离方法包含使水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液通过具有多孔的金属或陶瓷过滤介质的压滤器时，本发明使用的压滤器可以是如日本专利2,895,084中的
图1所举例说明的旋转压滤器，可以按照图3所说明的步骤进行过滤操作，不同的仅是过滤介质。
实施例通过下面的实施例对本发明作出详细说明，它们仅仅是用于说明，不用作限定本发明。使用的过滤器是日本专利2,895,084中说明的由德国BHS公司生产的旋转压滤器。
实施例1具有1.46甲氧基基团(DS)和0.32羟乙基基团(MS)的羟乙基甲基纤维素(HEMC)，溶解温度为55℃，这是在醚化反应后得到的反应混合物，与一定数量95℃沸腾的水混合制成在每100重量份水中含有12重量份HEMC的悬浮液。该悬浮液含有主要由浓度为6％(重量)氯化钠组成的盐。
在95℃时将该悬浮液送入预热到100℃的旋转压滤器中，过滤器表面积为1m2，每分钟旋转1转桶，泵吸压力为0.2Mpa。所用过滤器是多孔的钢过滤器(孔径直径为0.07mm，筛板厚度0.3mm，在过滤旋转同方向上的孔节距0.30mm，在过滤旋转的垂直方向上的孔节距0.26mm，材质不锈钢SUS304)，由Pacific Special Alloy Castings Co.，Ltd制造。
在过滤器的表面形成20mm厚的紧密的滤饼。然后用34℃和0.2MPa的蒸汽猛烈地将其吹掉。
在除去滤饼之前，用热水(95℃，0.2MPa)沿过滤方向清洗后，用压缩空气(20℃，5MPa)反方向吹送使滤饼松散后。然后依靠刮具从过滤器表面去除滤饼。
移除滤饼之后，将90℃1MPa压力下，优选1.5到2MPa压力的热水，从扁平喷嘴喷射到多孔过滤介质上以集中清洗粘着在过滤介质上的物质。
在100℃下干燥滤饼3小时，此后使用记载在日本药典(第14版)的羟丙基甲基纤维素测定法中的热消耗测量方法分析，测量出滤饼中的残留盐量相对于干燥的羟丙基甲基纤维素计为1％(重量)。
然后使用清洗过滤介质时作为滤饼清洗水而消耗的90℃加压的水以同样的方式重复所述的循环。数小时后的性能对照并没有显示出下降的过滤处理量。
实施例2具有1.50甲氧基基团(DS)和0.20羟丙基基团(MS)的羟丙基甲基纤维素(HPMC)，溶解温度为40℃，这是在醚化反应后得到的反应混合物，与一定数量95℃沸腾的水混合制成在每100重量份水中含有50重量份HPMC的悬浮液。悬浮液中盐的浓度为25％(重量)。
按照实施例1的方法处理悬浮液，除了所用过滤器是具有相同规格的多孔氧化锆陶瓷过滤器。移除滤饼之后，将加压的水(90℃，10MPa)，从扁平喷嘴喷射到多孔过滤介质上以集中清洗粘着在过滤介质上的物质。
在100℃下干燥滤饼3小时，使用记载在日本药典(第14版)中测定羟丙基甲基纤维素方法，测量出相对于干燥的羟丙基甲基纤维素只有0.01％(重量)的热损失。数小时后没有显示出下降的过滤处理量。
由此收集到的羟丙基甲基纤维素的粘度为4,000mPa..s，该结果是在20℃下其2wt％水溶液中按照美国药典HPMC2208粘度测量法测量得到。
也可以对压滤器漏斗分批操作进行适当更改来完成操作顺序。
权利要求
1.一种从水溶性纤维素醚的悬浮液中分离水溶性纤维素醚的方法，包括如下步骤使水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液通过多孔的金属或陶瓷过滤介质的压滤器，在过滤器上形成水溶性纤维素醚滤饼，从过滤介质上除去滤饼，并用蒸汽、压缩空气或加压的水洗涤过滤介质。
2.如权利要求1的方法，其中过滤介质是多孔的，孔径基本上与悬浮颗粒的平均直径相对应。
3.如权利要求1的方法，其中过滤介质包含含有至少8％(重量)的镍和至少18％(重量)的铬的特殊钢。
4.如权利要求1的方法，其中悬浮液含有重量比为10/100到50/100的水溶性纤维素醚和水。
5.如权利要求1的方法，进一步包含在除去滤饼之前使用热水和蒸汽的一种或两者洗涤滤饼，并从过滤介质一侧反吹蒸汽、压缩空气或加压的水以使滤饼从过滤介质上松散的步骤。
6.如权利要求5的方法，其中在从过滤介质上除去滤饼后，从喷嘴向过滤介质喷射加压的水以洗涤过滤介质，并使用得到的洗涤水循环洗涤滤饼。
7.如权利要求1的方法，其中水溶性纤维素醚是烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素或羟烷基纤维素。
全文摘要
通过在加压下使水溶性纤维素醚颗粒在水中的悬浮液经过具有多孔的金属或陶瓷过滤介质的过滤器过滤，从过滤介质中除去水溶性纤维素醚滤饼，并用蒸汽、压缩空气或加压的水洗涤过滤介质从而将水溶性纤维素醚从其悬浮液中分离出。本发明能够分离水溶性纤维素醚，特别是具有高溶解温度的纤维素醚，避免过滤器被堵塞，并延长了过滤器的操作时间。
文档编号C08B11/00GK1807461SQ20051000345
公开日2006年7月26日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月2日
发明者早川和久, 黑谷伸一, 成田光男 申请人:信越化学工业株式会社