連續生產聚酯的方法和設備的製作方法
2023-11-12 02:26:07 2
專利名稱：連續生產聚酯的方法和設備的製作方法
描述本發明涉及連續生產聚酯(PES)的方法和設備，優選聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，包括在至少一個反應段，從對苯二甲酸(PTA)或對苯二甲酸二甲酯(DMT)及乙二醇(EG)開始，二羧酸或二羧酸酯與二醇進行酯化/酯交換，通過由直立反應器組成的反應段，在真空下預縮聚酯化/酯交換的產物，在至少一個縮聚階段縮聚預縮聚的產物。
為連續生產PET，PTA或對苯二甲酸二甲酯(DMT)及EG用作原料。PTA與EG和催化劑溶液混合形成漿液，進入酯化的第一反應區，其中通過分離水在大氣壓或大於大氣壓下實現酯化。當使用DMT時，熔融的DMT及催化劑與EG一起提供到酯交換的第一反應區中，其中通過分離甲醇在大氣壓下實現反應。酯化/酯交換的產品流提供到預縮聚的反應段，所述的預縮聚通常在真空下進行。來自預縮聚的產品流被引入縮聚反應段。得到的聚酯熔體直接被加工以得到纖維或切片。
用於生產PET常規的方法包括各自用於酯化和預縮聚的兩個攪拌階段，及用於縮聚的水平串聯反應器，所述的反應器包括底部室及在水平軸上配有用於產生確定表面的垂直的多孔或環形盤的攪拌器。本方法的缺點特別是在於串聯反應器內部相當高的溫度284～288℃，這導致質量缺陷，在足夠大的流速時發生。為避免發泡和包夾微滴，在預縮聚的第一攪拌階段施加的真空限制為p≥50mbar。預縮聚產物的粘度同樣限制為0.20～0.24IV。另外的缺點是在形成縮聚階段的串聯反應器中的氣體產率增加。使用水平串聯反應器而不使用預縮聚的第二攪拌階段，可以在縮聚串聯反應器中相當較低的溫度277～283℃下使PET的生產具有高度的靈活性，使預縮聚產品的粘度從0.27增加到0.31IV，及具有優化增加裝置能力的可能性(Schumann，Heinz-DieterPolyester producing plantsprinciples and technology.Landsberg/LechVerlag Moderne Industrie，1996，pp.27～33)。但缺點是涉及設備的高投資費用及相伴隨的建設費用。
在包括兩個用於酯化攪拌槽、用於預縮聚的層型反應器及用於縮聚水平串聯反應器的裝置中，利用相對很少的努力即可使聚酯生產具有可比的穩定性和靈活性，但缺點是要增加預縮聚和縮聚階段的反應器的尺寸，因為增加蒸氣量及可容許的輸送尺寸已經達到了平均裝置能力。
在利用四個反應段生產PET的方法中，其描述於DE-C-4415220中，使用直立反應器各自用於後酯化和預縮聚。在其起始的上部區域，反應器具有在壁上有產品入口的螺旋狀的導管，所述的導管開口於頂部，從外部延伸進入內部，通過中心溢流裝置與置於底部的攪拌產品貯槽連通，導管底部在流動方向上連續上升，這樣產品流的深度連續下降。通過最初以一定間隔的各個散熱器，及任選地通過導管壁加熱產品流。通過在流動方向上導管底部的上升，可阻止由於形成殘餘物、質量劣化或產品損失，特別是在操作出現問題或當關閉生產裝置時，在流動方向上自動系統的抽空。由於蒸發表面由單一的導管底部限制，操作真空或者被限制，操作溫度增加，生產的產品的色彩質量降低，或增加真空涉及過大蒸氣速度及夾帶微滴的危險，對於無故障的縮合是至關重要的；另外由於在流動導管中局部集中的散熱器從而加劇所述的效應。
US-A-5464590公開了具有多個垂直層疊布置塔盤的直立聚合反應器，每一個塔盤在各自導管末端的上部具有兩個流動導管，緊鄰底部凹陷的溢流堰用於在連續塔盤上以自由降膜形式垂直輸送產品。導管的形狀約為環形雙環，各自的第一環以半圓形式彎曲進入第二相對的環中。液體聚合物從頂部到底部以自由移動的方式橫過導管。每一種在塔盤之間流動的蒸氣朝向反應器的中部，通過中心塔盤開孔逃逸到反應器蓋的蒸氣出口。在塔盤上的低填充水平及將加熱限制到底部區域，涉及具有限制的聚合度為4.5～7.5的酯化產物預縮聚駐留時間的欠缺，結果是或者增加塔盤的數量或反應器的尺寸。另一個缺點是由於加入導向板及自由降膜區域，損失了反應空間。由於導管底部的水平布置及溢流堰，不能保證反應器無殘留的連續操作和/或其完全排乾性。
US-A-5466419中公開的聚合反應器也存在同樣的缺點，其中進入第一環形導管的產品被分為兩部分物流，每一種物流橫過兩個半圓形的環，經一半的距離到達流動逆轉及溢流堰或產品出口，即，對於可比的導管截面，流速同樣被平分，減少了流體靜壓差。
本發明的目的是在反應階段，以上述的方法進行預縮聚以生產PES，同時在較低的工藝溫度預縮聚階段268～275℃、縮聚階段為276～282℃及較低真空7～18mbar下將預縮聚產物的粘度從0.24提高到0.26IV。
本發明的目的是這樣實現的，將酯化/酯交換產物流入反應器中，其中的壓力為離開反應器預縮聚產物的二醇平衡壓力的10～40％，隨後在限制加熱下以自由移動的方式在恆定產物高度下，連續橫過首先是由通道形成的至少一個第一反應區，然後引入至少一個第二反應區的徑向外部或徑向內部的環形導管，所述的第二反應區由分為多個同心環導管的環形通道形成，具有恆定產物高度連續通過環形導管到達出口，然後進入位於反應器底部的攪拌的第三反應區。由於這樣布置第一和第二反應區，和足夠大的蒸發表面，因此實現了蒸氣負荷的限制。
在第一和第二反應區的通道底部反應產物總的壓力，來自於靜態壓力和操作壓力，比縮聚階段局部的二醇平衡壓力小，為二醇平衡壓力的約5～80％，優選為約10～70％。結果，可以相對簡單的方式實現可再現的縮聚條件。對於EG平衡壓力，可應用下式PGL＝4pST[(DP)2-1]-1，其中pST指EG蒸氣壓力及DP指聚合度。
在可比的相對總的壓力下，在第二反應區的環形導管中的產物高度比第一反應區的通道中產物高度低2～3.5倍。
通常在三個反應區形成的蒸氣一起從反應器中抽出。本發明的優選方面在於第一反應區的蒸氣提供到夾帶產物滴的分離器中，之後所述的蒸氣與其他兩個反應區的蒸氣結合。通過這樣的方法，可以控制泡沫和微滴的問題。
在形成第一反應區的通道中的流動可以被認為是湍流，因為劇烈的氣體生成高達約一半的流路。隨著降低氣體生成並增加產物流的粘度，最遲在最後的第三流路形成層流。根據在敞開導管中流動的類似性，在第二反應區環形導管中的產品流的流動是層流。為避免在層流的情況下，在底部、第一反應區的通道壁及第二反應區的環形導管中形成較快的芯流和較慢的邊流，有必要根據本發明另外的特徵以減慢芯流速度並加快邊流速度。
根據本發明的另外一個方面，產品流並流平行或逆流平行通過第二反應段的環形導管。
在實施本發明的設備中，在流動方向延伸的加熱定位器是這樣布置在第一反應區的通道內，用於限制控制產品流的加熱，所述的加熱定位器的管被持留在與流動方向橫向安裝的室板上，具有無底和/或壁的通道。通過這些室板，產品流的軸向速度在自由邊區域被減慢，而在加熱定位器及底部附近被加速。相反，通過在連續的層流導管流中的流動裝置，在邊緣和底部的較慢的速度被加速，而較快的芯流被減速。
根據設備特定的方面，在第一反應區的通道上提供密閉的蒸氣收集空間，其出口與分離器連接，優選包括類似旋風分離器的氣體導管用於持留產品微滴。
為實現在第一反應區的通道及第二反應區的環形導管中的產品液面的恆定，根據本發明另外的特徵，在通道或環形導管的端部安裝溢流擋板或溢流管，有利的是，應在每一個溢流擋板的上遊提供底流擋板，應在每一個溢流管的上遊提供溢流口以避免分離影響或殘餘。
為提供自動和完整，即當關閉用於生產PES的設備時，第一反應區的通道和第二反應區的環形導管沒有殘餘的抽空，根據本發明另外的特徵，在幾種可能的概念設計中的末端，在底部的最深點布置有鵝頸出口。
根據本發明另外的特徵，在底部最深點處的最後面的死角中的通道和/或環形導管末端另外布置有排出管或插入的排出口，以避免殘留物的累積。
有利的是，第一反應區通道和/或形成第二反應區環形導管的通道的底部相對於水平面傾斜角度為0.5～6°，優選1～4°。
設備的一個方面在於第三反應區的攪拌器為地行走輪傳動的(ground-running)葉輪、機架、指狀物或轉鼓攪拌器，每一個具有垂直的驅動軸。
另外，第三反應區的攪拌器是轉盤階式或籠式反應器的一部分，每一個具有垂直的驅動軸。轉盤型級聯包括多孔的、環形或實心盤，反應產物的入口的一半安裝在每一個軸的末端，共同出口安裝在中間。在具有多孔盤的轉盤級聯的情況下，可以在一端安裝反應產物的入口，在相反的一端安裝出口。
本發明通過實施例的附圖
表示，在以下進行詳細描述。
如縱剖面部分所示意，通過導管1將預縮聚的酯化產物提供到垂直反應器2，進入徑向延伸的通道3中，所述的通道3布置在其中，形成第一反應區。在通道3中，安置加熱定位器4，其管5被同心布置。為形成蒸氣收集空間6，通過在徑向外部通道壁和反應器2之間同心延伸的壁7，通道終止於頂部。在旋風分離器狀的分離器8中分離來自蒸氣收集空間6持留的產物滴。在外部環形導管10的始端，通過溢流管9送入離開導管3的產品，之後進入包括兩個另外形成第二反應區的第一部分13的環形導管11和12的通道。一經橫過環形導管10，11和12，通過在內部環形導管12末端的溢流管14排出產品，並引入包括兩個另外的形成第二反應區第二部分18的環形導管16和17的通道的外部環形導管15中。在內部環形導管17的末端，通過溢流管19排出產品，並提供到形成第三反應區的貯槽22中，通過具有垂直驅動軸21的葉輪20進行攪拌。在第三反應區得到的蒸氣通過導管23輸送到外部。預縮聚產品從貯槽22通過導管24排出並提供到未示意的縮聚階段。
權利要求
1.一種連續生產聚酯(PES)的方法，包括在至少一個反應段，二羧酸，優選對苯二甲酸，或二羧酸的酯與二醇優選乙二醇(EG)進行酯化/酯交換，在真空下通過由直立反應器組成的反應段預縮聚酯化/酯交換產物，及在至少一個縮聚階段縮聚預縮聚產物，特徵在於將酯化/酯交換產物流入直立反應器中，其中壓力為離開反應器的預縮聚產物的二醇平衡壓力的10～40％，在限制加熱下以自由移動的方式連續橫過首先是由環行通道形成的至少一個第一反應區，然後引入至少一個第二反應區的徑向外部或徑向內部的環形導管，所述的第二反應區由分為多個同心環形導管的環形通道形成，連續通過環形導管到達出口，然後進入位於反應器底部的攪拌的第三反應區。
2.如權利要求1的方法，特徵在於在第一和第二反應區通道底部的反應產物總的壓力，比縮聚產物局部的二醇平衡壓力小。
3.如權利要求1或2的方法，特徵在於在第一和第二反應區通道底部的反應產物總的壓力，為縮聚產物局部二醇平衡壓力的5～80％，優選為10～70％。
4.如權利要求1～3任一項的方法，特徵在於在三個反應區形成的蒸氣一起從反應器中抽出。
5.如權利要求1～4任一項的方法，特徵在於第一反應區的蒸氣提供到用於夾帶產物滴的分離器中，之後所述蒸氣與其他兩個反應段的蒸氣結合。
6.如權利要求1～5任一項的方法，特徵在於反應產品並流平行通過第二反應區的相鄰的環形導管。
7.如權利要求1～5任一項的方法，特徵在於反應產品逆流平行通過第二反應區的環形導管。
8.如權利要求1～7任一項的方法，特徵在於控制攪拌的第三反應區的產物液面。
9.如權利要求1～8任一項的方法，特徵在於保持在第一反應區的通道及第二反應區的環形導管中的產品液面的恆定。
10.如權利要求1～9的任一項的方法，特徵在於在第二反應區的環形導管中的產物液面，比第一反應區通道中產物液面低2～3.5倍。
11.一種進行如權利要求1～10任一項方法的設備，特徵在於加熱管定位器布置在第一反應區的通道內並在流動方向延伸，所述的管持留在與流動方向橫向安裝的內腔加工的板上。
12.如權利要求11的設備，特徵在於在第一反應區的通道上安裝有密閉的蒸氣收集空間，其出口與分離器連接用於持留產品滴。
13.如權利要求10或12的方法，特徵在於在第一反應區的通道端部布置有溢流擋板或溢流管。
14.如權利要求10～13任一項的設備，特徵在於在第二反應區的每一個環行導管端部布置溢流擋板或溢流管。
15.如權利要求10～14任一項的設備，特徵在於在每一個溢流擋板或溢流管的上遊提供底流擋板或溢流口。
16.如權利要求10或12的設備，特徵在於具有排出旁路的鵝頸出口和排出管的每一個布置在第一反應區的通道末端或第二反應區最後環形導管末端的底部的最深點。
17.如權利要求10～16任一項的設備，特徵在於每一個排出口位於第一反應區通道的末端或第二反應區的每一個環形導管末端的底部的最深點處。
18.如權利要求10～17任一項的設備，特徵在於在第二反應區的環形導管中布置導向板。
19.如權利要求10～18任一項的設備，特徵在於第一和/或第二反應區通道的底部相對於水平面傾斜角度為0.5～6°，優選1～4°。
20.如權利要求10～19任一項的設備，特徵在於用於第三反應區的攪拌器由地行走輪傳動的葉輪、指狀物、機架或轉鼓攪拌器組成，每一個具有垂直的驅動軸。
21.如權利要求10～20任一項的設備，特徵在於用於第三反應區的攪拌器包括轉盤攪拌器或籠式攪拌器，每一個具有垂直的驅動軸。
22.如權利要求21的設備，特徵在於轉動盤攪拌器配有多孔的、環形或實心盤。
23.如權利要求22的設備，特徵在於用於反應產物的轉盤級聯入口的一半安裝在每一個軸的端部，共同的出口安裝在中間。
24.如權利要求22的設備，特徵在於在具有多孔盤的轉盤級聯的情況下，在一端安裝反應產物的入口，在相反的一端安裝出口。
25.如權利要求10～22任一項的設備，特徵在於每一個穩定部分物流的排出裝置安裝在通道和環形導管末端的底部。
全文摘要
在連續生產聚酯中，在至少一個反應段進行二羧酸或二羧酸酯與二醇的酯化/酯交換，在真空下由直立管組成的反應段中預縮聚酯化/酯交換產物，及在至少一個反應段縮聚預縮聚產物。為在反應階段進行預縮聚，同時增加預縮聚產物的粘度並降低工藝溫度，將酯化/酯交換產物流入預縮聚反應器中，在限制加熱下以自由移動的方式連續橫過首先是由環形通道形成的至少一個第一反應區，然後引入至少一個第二反應區的徑向外部環形導管，所述的第二反應區由分為多個同心環形導管的環形通道形成，之後連續通過環形導管到達出口，然後引入位於直立管底部攪拌的第三反應區。
文檔編號C08G63/78GK1497003SQ03160119
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月26日 優先權日2002年10月2日
發明者弗裡茨·威爾漢姆, 麥可·雷森, 雷森, 弗裡茨 威爾漢姆 申請人:齊默爾股份公司