專利名稱：用于生產(chǎn)聚酯的方法及其相應的環(huán)形圓盤反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種使用預縮聚產(chǎn)物生產(chǎn)聚合物的方法以及相配套的，帶非攪拌型出料腔的環(huán)形圓盤反應器。
背景技術：
用于連續(xù)生產(chǎn)聚合物的環(huán)形圓盤反應器已早以為業(yè)界所熟知。其大都是圓柱形的，臥式的，可以加熱的罐體，罐體在環(huán)形圓盤反應器相對應的末端設有預縮聚和縮聚產(chǎn)物的進料和出料口。在環(huán)形圓盤反應器有很多繞著一根水平軸轉動的部件，其對預縮聚進行攪拌，并且通過排出粘在該部件上的黏稠的熔解物為縮聚體的排氣創(chuàng)造一個大的表面。這種類型的裝置在德國專利申請案1 745 541，1 720 692，2 100 615和2 114 080、以及在歐盟專利案0 320 586，0 719 582，0711 597和1 386 659里進行了描述。
習知的環(huán)形圓盤反應器的缺陷是，當縮聚的聚合物殘余粘在反應器的內(nèi)壁時間較長，并受到較高的反應溫度的作用而讓聚合物產(chǎn)生熱力損傷并且使其發(fā)生交聯(lián)時，縮聚的聚合物殘余會在反應器的內(nèi)壁上析出，該殘余物不僅造成反應器的結垢和污染，并且其粘在產(chǎn)物上使得產(chǎn)物產(chǎn)生非預期的顏色。不能過濾的，沉積的污染物又會干擾了聚合物的加工流程并且持續(xù)膨響產(chǎn)物質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于創(chuàng)作出一種新的方法和改良的環(huán)形圓盤反應器，使得在縮聚過程中形成自凈效應，以此來避免聚合物在反應器內(nèi)壁上結層，沉積和形成有缺陷的產(chǎn)物，保證產(chǎn)物高質(zhì)量的一致性。
本發(fā)明的主體即是用于生產(chǎn)聚酯的方法，例如，使用預縮聚產(chǎn)物生產(chǎn)聚乙烯，聚丙烯和聚丁烯對苯二酸酯，帶有射線型分散的預縮聚產(chǎn)物成分的蒸氣通過一個聚合物縮聚反應器，預縮聚的聚合物成分微粒在一個反應器墻壁上和在一個反應器上的分離裝置的出料腔沉淀。沉淀物被通到非攪拌的卸料倉中。該卸料倉的上層和被攪拌的反應器區(qū)域不斷進行循環(huán)，以此實現(xiàn)回流混合和進一步的聚合物縮聚。
環(huán)形圓盤反應器往往被用作聚合物縮聚反應器，為了實現(xiàn)統(tǒng)一的停留時間和可以控制的粘度升高，倉內(nèi)反應空間被分隔板分成若干個腔室，分隔板通過流液口互相連接。根據(jù)發(fā)明開發(fā)的，用于生產(chǎn)聚酯的環(huán)形圓盤反應器由一個可以加熱的，圓柱形的，臥式的罐體組成，罐體至少配有一個熔解液的進口和至少一個出口，以及至少一個蒸氣出口，在罐體內(nèi)部在每個熔解液出口設有一套和罐體結構相匹配的攪拌系統(tǒng)。該攪拌系統(tǒng)包括一個豎直設置的環(huán)形圓盤，其通過輻條部件安裝在一個水平的驅動軸上。從非攪拌的出料腔通過在分隔壁上至少一個的開口和其前面臥式的，攪拌的腔形成一個回流。因為出料腔內(nèi)部的液體不被旋轉的部件推動，可以實現(xiàn)對液面的可靠測量和產(chǎn)物量最小化，縮聚的成晶的出倉不會受到干擾。
在該類型的環(huán)形圓盤反應器中。最后一塊分隔板至少有一個產(chǎn)物流出開口(最好在由旋轉的環(huán)形圓盤抬高的產(chǎn)物出倉面上和底板上的產(chǎn)物出科口相對的位置，也就是說，高于攪拌器的露出面)和一個產(chǎn)物回流開口(在攪拌器浸入面的反面)，其最好設計成一個沿著壁邊緣的，從罐體最低點向上延伸的邊緣開口，以和停滯的出倉區(qū)域斷開。
優(yōu)化的液面控制和液面的最小化是藉由附加的溢流開口(與出料倉相鄰)來達成，該溢流開口徑向分布于最后一塊環(huán)形圓盤內(nèi)，因此可以實現(xiàn)最后一個攪拌的腔和出料腔之間的循環(huán)，阻止聚合物由于在不能流動的角落里停留時間太長而發(fā)生分解和產(chǎn)物的顏色變化。
由于粘度很高，產(chǎn)物在攪拌部件上粘住，在倉中形成從剖面上看腎型的形狀，其在轉動方向上比攪拌部件進入的相反邊明顯高出。聚合物通過在攪拌部件露出邊上高位安裝的產(chǎn)物流出開口涌出到出料腔，然后通過一個攪拌部件進入邊上的邊緣開口重新進入攪拌腔，產(chǎn)物支流從出料支撐管離開出料腔(

圖1)，流動方向，流動強度和液面水平可以在進料開口和出料開口之間進行控制。通過高位設置的溢流開口，多余的產(chǎn)物將從出料口的表面被導出到最后一個攪拌腔中，因此從擋板滴落的和從后壁流出的，正在進行反應的預縮聚材料將被導回到聚合物主體中。
根據(jù)本發(fā)明設計的環(huán)形圓盤反應器和匹配的流程條件可以使得預縮聚產(chǎn)物一次通過反應物質(zhì)的泡沫和通對過產(chǎn)物進行攪拌的攪拌器高壓噴射到反應器壁上的液滴(尤其在攪拌器表面上安裝由蒸氣噴頭的情況下)，此外通過在產(chǎn)物蒸氣中懸浮和移動精密部件(小顆粒，泡沫肋片板)，產(chǎn)物蒸氣中的預縮聚產(chǎn)物在反應器壁上進行下一步的析出。根據(jù)本發(fā)明，這個過程將通過設定的產(chǎn)物蒸氣導管被引導到反應器的上半部(通過在反應器內(nèi)壁安裝可以克服軸向流動的，足夠的擋板)，加強了反應器進料口區(qū)域的攪拌器的較高的邊緣通過性和環(huán)形圓盤和反應器上壁之間的二次流動(渦流室)。根據(jù)本發(fā)明，氣體的排出設置在環(huán)形圓盤反應器上的產(chǎn)物出料口，帶有液滴微粒的氣液混合蒸氣到達反應器后部的低粘度預縮聚成分，其作為滑洗液幕從墻壁邊流下，在熱力損害發(fā)生之前，將通常產(chǎn)生的黏稠的附著物溶解并沖走，避免殘余物沒有泄漏的反應器系統(tǒng)中形成(圖2)。同樣，聚酯在反應器內(nèi)壁的的結層和沉積也有效地進行了避免。
在反應器的出料腔設置的分離機構避免了過量的，對縮聚反應有干擾的，由尾氣帶出的產(chǎn)物的排出，其結構可以為擋板，一個液滴分離器，除霧器或者是其它適合的導流規(guī)格。由于壓力損失很小，簡單的，沒有死區(qū)的，固定的擋板特別滿足要求，擋板可以有也可以不帶有凸緣。蒸氣導流板可以帶有或者不帶有托架。
為了盡可能有效的實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明設計的自凈效應，預縮聚產(chǎn)物的本征粘度最多不能大于0.37dl/g，最好在0.21到0.33dl/g之間。例如，用于測量本征粘度的方法在DE 101 58 793 A1，頁5，行41-42進行了描述。為了實現(xiàn)期望的，對作為內(nèi)壁液幕的預縮聚產(chǎn)物的部分預分離，根據(jù)本發(fā)明，蒸氣被沿著上壁，最好是沿著一個位于反應器壁和攪拌器之間的，鐮刀形的自由區(qū)域導入，攪拌器的軸相對于發(fā)生器的中心軸設有偏心。液體將被優(yōu)化調(diào)節(jié)在各個單一的，由攪拌器軸圍成的或者包成的產(chǎn)物區(qū)域，攪拌器內(nèi)腔的流體機械性，動態(tài)性的密封將由圓盤和輻條排出的聚合物液幕形成，并由臨近的環(huán)形圓盤攪拌器轉動過程中交替出現(xiàn)的，互相錯開半個輻條扇形角的交替錯位得到加強，本發(fā)明還有可供選擇的蒸氣腔的靜態(tài)或者最好是轉動的腔式密封。
該方法最好遵照如上面提到的方法進行，即出料腔有一個靜態(tài)的，可以進行控制的產(chǎn)物最低液面。
上述的環(huán)形圓盤反應器可以通過一系列的特定結構設計特征進行進一步的優(yōu)化為了有利于加強混合和液面的更新，在第一個轉軸的延長部分加設第二個水平轉軸，以便在和粘度更匹配的速度和減少的能量消耗的狀態(tài)下工作。因為產(chǎn)物的吸收和攪拌部件邊上液幕的形成和除了和物質(zhì)本身的構成有關外，和粘度和圓周線速度非常相關，因此，根據(jù)反應進程更改圓周線速度非常有益。通常情況下，粘度特性是進入反應器時的粘度和從反應器里流出的粘度為1∶100到1∶200。
如果在一個環(huán)形圓盤攪拌器的第一根攪拌軸外再安裝一根轉速降低的攪拌軸，其會在出料的區(qū)域產(chǎn)生相同的或者更大的攪拌軸和反應器中心軸之間的偏心度。為進行攪拌軸在反應器中的支撐和定位，如果使用產(chǎn)物潤滑的滑動軸承，會產(chǎn)生有利的效果。因此，在一般情況下，不使用兩個軸端密封件，而是僅僅采用一次軸端密封，以降低影響產(chǎn)物質(zhì)量的氣體泄漏危險。
為了在圓柱形的罐體中轉速相同的情況下，在倉中實現(xiàn)對縮聚產(chǎn)物進行很好的。均勻的混合，以及形成好的液幕，我們推薦，在設置攪拌部件的同時，改變其的相互間距。通過該間距更改將產(chǎn)生空間，因此黏稠的液幕產(chǎn)物在倉中能被混合，通過增加剪切間隙可以將能量輸入控制在一定的范圍內(nèi)。
通過所謂的第二驅動軸可以實現(xiàn)轉速和粘度的更好匹配，轉速的降低在攪拌部件之間形成了更小的間距，其會導致形成更高的特定表面，允許粘度比例從1∶400達到1∶1.000。使用該第二驅動軸尤其可以生產(chǎn)高粘度的產(chǎn)物和特定的表面產(chǎn)生最大化，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的產(chǎn)能優(yōu)化。
不同聚合物產(chǎn)物的本征粘度(IV)可以高于或者等于1.35dl/g，使用一根反應軸時，最好在IV＝0.5dl/g到1.05dl/g的區(qū)域之間，使用兩根反應軸時，可以上上升到從IV＝0.5dl/g到1.25dl/g的區(qū)域。
一個優(yōu)先使用的實施例由一個可以加熱的，圓柱形的，臥式的罐體組成，罐體一端帶有一個熔液進料口，另一端有一個熔液出料口，以及在熔液出料口上部的后壁上的蒸氣出口，因此，預縮聚的液流可以統(tǒng)一的，也就是說，沒有分開的進入反應器中。
在一個直徑有限的環(huán)形圓盤反應器中，高的流量性能可以特別通過一下的方法實現(xiàn)預縮聚的液流被分成兩股液流，其完全或者部分分離的被導入反應器。兩股分開的液流可以從反應器的蓋子邊緣進入，最終產(chǎn)物從中間流出。通過這種結構可以將直徑已知的反應器的蒸氣負荷降低一半。
對于直徑有限的環(huán)形圓盤反應器，高的流量性能也可以通過下列方法實現(xiàn)預縮聚的液流可以從反應器的中間位置分成兩股液流導入，兩股液流持續(xù)通到位于蓋子邊上的，互相分開的產(chǎn)物出科口中。此時還可以根據(jù)轉速和溫度設定對兩種最終產(chǎn)物的粘度進行單獨控制。缺點是，此時需要兩個氣體出口。
所有根據(jù)本發(fā)明制定的特征都可以不僅在統(tǒng)一的預縮聚液流中實現(xiàn)，而且在相應匹配的情況下，在分開的預縮聚液流中亦可實現(xiàn)。
通過在軸上安裝輻條來進行不同的攪拌部件的布置，使得結構簡單，靈活和堅固，由于單個攪拌部件可以從軸上取下，使得安裝和維護非常容易進行。當結構是籠型時，如在歐盟專利0 711597或者在歐盟專利0 719 562中的描述，將產(chǎn)生費用很高的焊接結構，其很難進行維護。在上述專利中有兩個貫穿軸，然而根據(jù)本使用一個內(nèi)部軸承的專利結構，每個驅動軸僅僅需要一個貫穿軸?；\型的攪拌器中心的空心圓柱有一個缺陷是，通過將滴落的聚合物旋轉帶出和發(fā)泡，在軸線方向上出現(xiàn)一個不受歡迎的反應物混合柱。因此軸被在罐體中偏心安裝，因此出現(xiàn)一個上部的鐮刀型區(qū)域，氣流可以通過該區(qū)域流出。在高粘度的情況下出現(xiàn)一種趨勢，從攪拌部件流下的物質(zhì)在軸上堆積，限制了聚合物的縮聚性能。因此在高粘度的情況下，非常有必要使用特殊的刮料器對軸進行清潔。在中等粘度區(qū)域，在每個攪拌部件中間設置一個靠近軸的橫桿就可以了。對于攪拌部件，首先可以采用環(huán)形圓盤或者是盤型部件，其可以是完整的或者是帶孔的盤。這些盤可以單獨使用，也可以拼在一起，同樣，也可以裝在隔板上使用。
處于兩個輻條之間的活動部分可以通過鉆孔的隔板交替的蓋上。帶有偶數(shù)輻條數(shù)目的環(huán)形圓盤攪拌器可以交替的產(chǎn)生一個自由的和一個被覆蓋的扇形。根據(jù)本發(fā)明，對于同軸的輻條，先后接通至少兩個在一個軸上安裝的環(huán)形圓盤，在軸的投影上自由的和被覆蓋的扇形被交替覆蓋，因此，可以對軸向流動的氣體進行有效的導流，同時在軸向進行泡沫和被轉動帶起的液滴的分離。這種對軸向氣流的導向可以提高在鐮刀區(qū)域里面的流體垂直流動和氣體速度。在產(chǎn)物倉中同時出現(xiàn)一個密封腔效應，避免低粘度的材料被不加控制的直接射出。在鉆孔隔板的位置也可以使用沒有鉆孔的隔板或者鋼絲簾布。
用于更高的熔化特性的過渡性設計是使用交替的，帶有上下分布的，錯開半個輻條扇形角的輻條的環(huán)形圓盤攪拌器，其除了對攪拌器內(nèi)部區(qū)域進行混合，同時可以提高產(chǎn)物倉的流動性和混合。為了提高產(chǎn)物熔液的軸向輸送能力，亦可以將上下安裝的攪拌器的輻條在軸向進行螺旋式的，相鄰角從0.4到4度錯開安裝。
通過將腔室之間設置的分隔壁設計成加熱式，可以實現(xiàn)其它的優(yōu)點。如果可以使用進氣隔斷液體使得攪拌軸和外部大氣密封，設置多級的軸密封唇口環(huán)系統(tǒng)，則可以實現(xiàn)其它的優(yōu)點，為了將攪拌軸相對外部大氣進行密封，可以使用隔斷液體進行進氣隔斷，雙作用的滑動環(huán)密封系統(tǒng)。如果有必要，可以集成一套附加的密封冷卻系統(tǒng)。使用該密封系統(tǒng)，可以實現(xiàn)若干年無維護持續(xù)運轉。
本發(fā)明中的環(huán)形圓盤反應器的特定設計特征可以從附上的圖1和圖2中明確看出。
相關符號列表1 轉動的環(huán)形圓盤2 最末的分隔壁3 流出開口4 產(chǎn)物出料口5 回流開口6 攪拌器進入面7 軸刮料器8 軸9 軸套10 輻條11 不能加熱的分隔板12 可以加熱的分隔板13 使用鉆孔板覆蓋的扇形14 偏心15 擋板16 環(huán)形圓盤
權利要求
1.用于使用聚酯的熔融預縮聚產(chǎn)物生產(chǎn)聚酯，如聚乙烯，聚丙烯和聚丁烯對苯二酸酯的方法。帶有射線型分散的預縮聚成分的蒸氣通過一個聚合物縮聚反應器，預縮聚的聚合物成分微粒在一個反應器壁上和在一個分離裝置邊上的反應器出料腔沉淀。沉淀物被通到非攪拌的卸料倉中。該卸料倉的上層和被攪拌的反應器區(qū)域不斷進行循環(huán)，以此實現(xiàn)回流混合和進一步的聚合物縮聚。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，預縮聚產(chǎn)物的本征粘度最多不能大于0.37dl/g，最好在0.21到0.33dl/g之間。
3.如權利要求1-2所述的方法，其特征在于，為了對預縮聚產(chǎn)物進行部分預分離，將含有預縮聚產(chǎn)物的蒸氣沿著蓋子內(nèi)壁作為液幕導出。
4.如權利要求1-3所述的方法，其特征在于，聚合物縮聚反應器的攪拌部件的在產(chǎn)物入口的邊緣移動性高于其在產(chǎn)物出口的邊緣移動性。
5.如權利要求1-4所述的方法，其特征在于，出料腔具有一個靜止的，可以控制的產(chǎn)物液面。
6.如權利要求1-5所述的方法，其特征在于，產(chǎn)物的本征粘度(IV)在IV＝0.5dl/g到1.35dI/g之間，最好選擇IV＝0.55dl/g到1.25dI/g之間。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，環(huán)形圓盤反應器可以作為聚合物縮聚反應器使用。
8.根據(jù)方法權利要求1-7所述的，用于生產(chǎn)縮聚聚合物的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，環(huán)形圓盤反應器由一個可以加熱的，圓柱形的，臥式的罐體組成，罐體至少配有一個熔解液的進口和一個出口，以及至少一個蒸氣出口，帶有一個由分隔板形成的產(chǎn)物室的下腔，在每個分隔板上的流料開口以及至少一個設置于熔液出料口上部的蒸氣出口，以及罐體結構相匹配的內(nèi)部攪拌系統(tǒng)，其由垂直安裝的環(huán)形圓盤構成，該環(huán)形圓盤通過輻條部件固定在至少一個水平布置的驅動軸上。其特性在于，位于非攪拌的出料腔和其前面的攪拌腔之間的最后一塊分隔板在攪拌器露出面至少有一個出料開口和在攪拌器進入面至少有一個回流開口。
9.如權利要求8所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，最后一塊分隔板上至少有一個回流開口是作為內(nèi)壁邊的，從罐體最低點一直向上延伸的，邊緣上的開口。
10.如權利要求8-9所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，相對于壁邊的，邊緣的回流開口，還有一個附加的，在最后一塊環(huán)形圓盤上徑向分布的溢流開口，其對出料倉進行限制。
11.如權利要求8-10所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，攪拌器軸相對于反應器殼體中心軸偏心定位。
12.如權利要求8-11所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，在出料腔區(qū)域的蒸氣出口之前安裝一個分離機構，例如，一個擋板，一個液體分離器，除霧器或者是其它類型的適合的導流機構對帶出的或者是射線分布的產(chǎn)物組成部分進行分離。
13.如權利要求8-12所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，如果在第一根攪拌軸外再安裝一根轉速降低的攪拌軸，其會在出料的區(qū)域產(chǎn)生相同的或者更大的攪拌軸和反應器中心軸之間的偏心度。
14.如權利要求g-13所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，為了對攪拌軸進行支撐和內(nèi)部定位，采用產(chǎn)物潤滑的滑動軸承。
15.如權利要求8-14所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，罐體在一端設置一個預縮聚熔液的進口，在另一端設置一個熔液的出口。
16.如權利要求8-14所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，預縮聚的液流被分成兩股支流，其被完全或者部分分離地導入到反應器中。
17.如權利要求16所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，兩股支流上下被導入反應器，然后共同被從反應器中間的出料口被取出。
18.如權利要求16所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，兩股支流各自分開的被導入到兩個隔開的，設在蓋子面上的產(chǎn)物出口。
19.如權利要求8-18所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，環(huán)形圓盤通過輻條和套筒固定在一個軸上。
20.如權利要求8-19所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，輻條和環(huán)形圓盤在一個軸上同心設置。
21.如權利要求8-19所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，相臨的環(huán)形圓盤上的輻條互相錯開半個輻條扇形角度交替錯開安裝，整體上來說是在一個軸上同心安裝。
22.如權利要求8-19所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，上下臨近的環(huán)形圓盤上的輻條螺旋型相互錯開布置。
23.如權利要求8-22所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，帶有偶數(shù)輻條數(shù)的環(huán)形圓盤攪拌器的輻條之間交替出現(xiàn)正常的自由扇形和被圓環(huán)部件(板，帶孔的板)覆蓋的扇形區(qū)域，其至少要成對上下布置，以(在軸向投影上)自由的和被覆蓋的扇形區(qū)域交替的被覆蓋。
24.如權利要求8-23所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，在不同腔室之間設置的分隔壁可以加熱。
25.如權利要求8-24所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，為了對攪拌軸相對于外部大氣進行密封，可以設置一施以密封液體的多級式軸密封唇口環(huán)系統(tǒng)。
26.如權利要求8-25所述的環(huán)形圓盤反應器，其特征在于，為了對攪拌軸相對于外部大氣進行密封，可以設置一施以密封液體，具有雙重作用的滑動環(huán)密封系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種由預縮聚產(chǎn)物來生產(chǎn)聚酯如聚乙烯，聚丙烯和聚丁烯對苯二酸酯的方法和設備。帶有射線型分散的預縮聚成分的蒸氣被導入一個聚合物縮聚反應器，預縮聚的聚合物成分微粒在一個反應器的墻壁上和在一個分離裝置邊上的反應器出料腔沉淀。沉淀物被通到非攪拌的卸料倉中。該卸料倉的上層和被攪拌的反應器區(qū)域不斷進行循環(huán)，以此實現(xiàn)回流混合和進一步的聚合物縮聚。
文檔編號C08G63/78GK1769319SQ20051011886
公開日2006年5月10日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權日2004年11月4日
發(fā)明者F·維赫姆, M·雷森, L·赫廷, P·塞德, P·雷奇維恩 申請人:齊默股份公司