從蒸氣混合物中除去酯的方法
【專利說(shuō)明】從蒸氣混合物中除去酯的方法
[0001] 發(fā)明背景 本發(fā)明涉及從蒸氣混合物中除去酯的方法。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施這種方法的裝置和 所述裝置在所述方法中的用途以及所述方法或裝置在丙交酯或聚乳酸聚合物的生產(chǎn)中的 用途。
[0002] 從蒸氣混合物中除酯可用于處理來(lái)自用于除去縮聚或開(kāi)環(huán)聚合法，如聚酯預(yù)聚物 和樹(shù)脂生產(chǎn)中的揮發(fā)性低分子量物類（' lows'）的真空"塔頂"系統(tǒng)的蒸氣。例如，α -羥基 羧酸的環(huán)狀二酯，如丙交酯的脫除可用于丙交酯及其聚合物的生產(chǎn)。
[0003] 丙交酯的一種生產(chǎn)方法是通過(guò)由乳酸預(yù)聚，隨后在低壓下熱催化解聚。在丙交酯 的生產(chǎn)中，通常產(chǎn)生含有丙交酯的蒸氣混合物的副產(chǎn)物流，并且希望洗滌該副產(chǎn)物流以降 低它們的揮發(fā)性有機(jī)化合物含量和/或回收丙交酯以作為乳酸再循環(huán)回該工藝。例如，含 丙交酯的蒸氣混合物可能源自反應(yīng)器系統(tǒng)的真空塔頂系統(tǒng)或源自該方法中獲得的粗制丙 交酯產(chǎn)物流的蒸餾提純中的餾出物。這種粗制丙交酯產(chǎn)物流通常是含有丙交酯、水、乳酸和 低聚物的復(fù)雜多組分混合物。
[0004] 含丙交酯的蒸氣混合物也是聚乳酸（PLA)聚合物的生產(chǎn)中，如丙交酯的開(kāi)環(huán)聚合 中的常見(jiàn)副產(chǎn)物流。例如，希望從PLA中除去殘留丙交酯單體和其它'lows'以改進(jìn)產(chǎn)物聚 合物性質(zhì)，如其熔融性質(zhì)、分子量和顏色穩(wěn)定性和/或機(jī)械性質(zhì)。
[0005] 可以通過(guò)傳統(tǒng)脫揮（devolatilization)法，如基于施加低壓和/或惰性氣流以及 足夠高以通過(guò)蒸餾從PLA中除去丙交酯和其它lows的溫度的方法從PLA中除去殘留丙交 酯和其它' lows'。適用于PLA的脫揮的設(shè)備包括閃蒸器、落條式脫揮器、薄膜蒸發(fā)器、高體 積熔體捏合機(jī)和排氣單螺桿和雙螺桿擠出機(jī)。含丙交酯的蒸氣混合物可能源自任何這些類 型的設(shè)備和它們的脫揮過(guò)程。可通過(guò)在聚合中的最后一個(gè)反應(yīng)器后加入聯(lián)機(jī)脫揮系統(tǒng)將脫 揮過(guò)程集成到PLA的生產(chǎn)中和/或可以在后聚合過(guò)程中進(jìn)行脫揮。如丙交酯生產(chǎn)中的情況 那樣，通常希望在排出副產(chǎn)物流和/或回收丙交酯和揮發(fā)性低聚物以作為原材料再循環(huán)到 該方法中以生產(chǎn)丙交酯單體和/或生產(chǎn)PLA之前降低揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量。
[0006] 從蒸氣流中除去丙交酯的方法是已知的。例如經(jīng)此引用并入本文的EP2030667公 開(kāi)了用于冷凝和洗滌在聚丙交酯生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工藝蒸氣的方法和裝置。據(jù)公開(kāi)，可通 過(guò)使它們與含有乳酸水溶液的冷凝和洗滌液流接觸以使丙交酯溶解在該液體中而冷凝和/ 或洗滌含丙交酯的工藝蒸氣。據(jù)公開(kāi)，優(yōu)選循環(huán)引導(dǎo)冷凝和洗滌液，特別是在用于生產(chǎn)聚丙 交酯的連續(xù)裝置的情況下。
[0007] 但在EP2030667的方法中，冷凝的含丙交酯的蒸氣使得冷凝和洗滌液中的丙交酯 濃度提高。因此，超過(guò)丙交酯的溶解極限，且固體在循環(huán)液中沉淀，以造成循環(huán)中，特別是填 充床中或冷凝和/或洗滌塔的質(zhì)量傳遞元件中的堵塞。此外，丙交酯與該液體中所含的水 通過(guò)開(kāi)環(huán)反應(yīng)以形成乳酰乳酸。由于形成乳酰乳酸，該液體的粘度提高并妨礙在床或填料 上的分布，并降低冷凝和洗滌效果。EP2030667因此公開(kāi)，必須向循環(huán)的冷凝和洗滌液中連 續(xù)或分份供應(yīng)水和乳酸的混合物以便不達(dá)到丙交酯在該循環(huán)中的溶解極限且該液體混合 物的粘度不升高。為避免該系統(tǒng)溢流，隨之必須從該回路中取出該液體的分流，其相當(dāng)于水 和乳酸的混合物的流速與進(jìn)入該回路的冷凝物的流速的總和。因此這種方法需要復(fù)雜和麻 煩的方法避免堵塞和保持適當(dāng)?shù)牧髁科胶狻?br>[0008] EP2030667的方法的另一缺點(diǎn)在于丙交酯在水、乳酸和它們的混合物中具有極差 溶解度，且丙交酯在這些液體中也具有相對(duì)較慢的溶解和水解速率。因此必須添加大量的 水和乳酸以避免沉淀。添加大量的這些液體會(huì)適得其反，因?yàn)槔淠拖礈旆椒ê脱b置的作 用是除去來(lái)自該工藝的組分，例如源自蒸氣混合物的組分，而非向該工藝中進(jìn)一步加入組 分。
[0009] 在EP2030667中可以通過(guò)提高冷凝和洗滌液的溫度來(lái)克服溶解和水解的緩慢速 率。但是，溫度的提高同時(shí)提高塔中的液體的蒸氣壓。該塔與脫揮器(其是含丙交酯的蒸氣 混合物的來(lái)源)流體連通。因此，提高該塔中的溫度和因此壓力也會(huì)提高脫揮器中的壓力并 因此不利地影響在該容器中通過(guò)蒸餾除去丙交酯和其它lows。
[0010] 或者，通過(guò)堿皂化酯是已知的，并可以將苛性堿溶液如NaOH溶液添加到該塔中以 催化酯的水解并將其轉(zhuǎn)化成其鈉鹽。但是，這種方法要求附加物質(zhì)以它們的必要量受控添 加到該工藝中，并且由于與它們的使用相關(guān)的腐蝕和EHS問(wèn)題，通常不希望使用苛性堿溶 液。此外，在將苛性堿與水混合時(shí)生成顯著的熱，如果苛性堿溶液集中在一個(gè)區(qū)域或如果其 太快添加或添加到太冷或太熱的水溶液中，可能在該工藝中造成不受控的和劇烈的沸騰和 /或飛濺。
[0011] 總之，希望提供比EP2030667更容易控制并能防止該系統(tǒng)中的固體沉淀和粘度提 高而不需要將大量的附加組分或苛性堿溶液添加到循環(huán)中并同時(shí)能夠保持塔中的低液體 溫度和因此壓力的從蒸氣混合物中除去酯(如丙交酯）的方法和裝置。
[0012] 發(fā)明概述 由這種現(xiàn)有技術(shù)狀況開(kāi)始，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供沒(méi)有上文提到的缺陷(特別是需 要供給液體溶劑或苛性堿溶液或在塔中使用升高的溫度和因此壓力以防止沉淀和堵塞）的 從蒸氣混合物中除去酯的方法。本發(fā)明的另一些目的包括提供適用于所述方法的裝置、所 述裝置在所述方法中的用途和所述方法和裝置在丙交酯或聚乳酸聚合物的生產(chǎn)中的用途。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)從含酯的蒸氣混合物中除去酯的方法實(shí)現(xiàn)這些目的，所述方法 包括步驟：使該蒸氣混合物與含有與所述酯對(duì)應(yīng)的酸的水溶液接觸，其中一部分酯溶解在 或以其它方式轉(zhuǎn)移到該水溶液中，將該水溶液在所述接觸后引入一循環(huán)，并且該水溶液在 該循環(huán)中在包括下列步驟的方法中加工：加熱步驟、具有一定停留時(shí)間和一定溫度的反應(yīng) 步驟和冷卻步驟，其中加熱步驟在反應(yīng)步驟之前，反應(yīng)步驟在冷卻步驟之前，且反應(yīng)步驟中 的停留時(shí)間和溫度足以基本上降低該水溶液中的酯含量。
[0014] 由于酯如丙交酯在水解上相當(dāng)不穩(wěn)定，一部分酯溶解在水溶液中意味著至少一些 酯和/或其水解產(chǎn)物溶解在水溶液中。在溶解后，該酯可能水解產(chǎn)生其水解產(chǎn)物作為溶解 的物類。在丙交酯作為酯的情況下，水解產(chǎn)物包括乳酰乳酸和乳酸。一部分酯以其它方式 轉(zhuǎn)移到水溶液中意味著一部分酯可能通過(guò)非溶解的另一方式轉(zhuǎn)移到水溶液中，例如，該酯 可能從蒸氣和/或液相中凝固并作為沉淀物或懸浮固體轉(zhuǎn)移到水溶液中。該沉淀物或懸浮 固體隨后同樣可能在該水溶液中以任何次序水解和/或溶解，或其可能保持沉淀物或懸浮 固體的形式。
[0015] "基本上降低酯含量"是指該含量的降低足以避免酯的沉淀和所造成的該循環(huán)的 堵塞。通過(guò)監(jiān)控該循環(huán)中的流速和/或壓力，容易監(jiān)控該方法在該循環(huán)中的堵塞。例如，如 果觀察到流速降低，可以提高反應(yīng)步驟中的溫度以在該循環(huán)中降低水溶液中的酯含量。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，首先通過(guò)一種裝置實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)一步的目的，所述裝置包含：用于使蒸 氣混合物與水溶液接觸的對(duì)流塔和與所述塔流體連通并用于循環(huán)所述水溶液的回路，其中 所述對(duì)流塔具有用于蒸氣混合物的第一入口和用于水溶液的第二入口和用于水溶液出口， 其中所述回路具有水溶液的入口和出口，且其中所述回路的入口與所述塔的出口流體連 通，且其中所述回路的出口與所述塔的第二入口流體連通，其中所述回路包含具有入口和 出口的用于實(shí)施加熱步驟的第一熱交換器、具有入口和出口的用于反應(yīng)步驟的反應(yīng)器和具 有入口和出口的用于實(shí)施冷卻步驟的第二熱交換器，其中第一熱交換器的入口與所述回路