专利名称：一种间歇式常压缩聚装置及工艺方法
技术领域：
本发明属于缩聚反应器及缩聚反应工艺方法，特别涉及一种间歇式常压缩聚装置及工艺方法。
背景技术：
以聚对苯二甲酸二甲酯(PET)为代表的聚酯类，由于其优良的物理及化学性质在多领域都有广泛应用。目前成熟的制造方法为在聚合后缩聚段抽真空排除小分子使分子量提高。由此带来诸多问题如真空操作对缩聚反应器的密封性要求高，真空系统易堵塞，设备投资庞大，设备维修费用高等。而非真空操作可避免上述问题。日本专利(JP特开平9-268231)研究用旋转式喷出装置将预缩聚反应料([η]＝0.1-0.4)喷向氮气流中形成微小液滴，以获得极大的扩散表面积或将预缩聚物通入环状连续传送带上形成极限薄膜，同时吹入大量氮气，短时间内快速脱挥。杜邦公司在管式预缩聚与齐聚物固相缩聚基础上，研究熔体直接常压缩聚工艺方法。在基本保留传统缩聚反应器结构的前提下，通过高速氮气与熔体的逆流接触，来保持气流中夹带的乙二醇(EG)蒸汽分压低于反应温度下EG对熔体的平衡蒸汽压，并以此获得足够的传质速度。上述非真空工艺方法都是针对连续聚合工艺方法而言。
发明内容
本发明的目的是用本发明涉及的聚合装置及缩聚工艺方法，取消真空系统，取代传统缩聚工艺方法的负压操作，避免了真空负压操作带来的诸多问题。采用本发明聚合装置及工艺方法可实现聚酯的常压聚合，提高聚合后缩聚段的聚合速度，提高生产效率，同时生产的产品品质比真空工艺方法高。本发明主要针对间歇聚合操作，适用于小批量、多品种、差别化、高附加值产品的开发生产。
本发明的技术方案内容详述如下一种间歇式常压缩聚装置，其特征在于由间歇缩聚合釜及气体净化循环装置组成，聚合釜有大的长径比，釜体为圆柱形，釜底为锥形，底部设有物料排出口，在釜顶设有气体及低分子生成物出口，釜体内设有环行气体分布器，搅拌器为双层复合式。
釜体长径比为1.5--2.5。
聚合釜内环形气体分配器，以物料排出口为中心，以聚合釜半径为直径安装于釜内，环上有平均分配的8个孔，开孔方向为与环形气体分配器平面呈90°及45°角，环行气体分配器与开孔直径依气体流量而定，两方向的孔交替布置，此气体分配器可置于熔体物料上部或物料底部。
聚合釜内双层复合搅拌器，底部为锚式搅拌桨，上部为一组三叶推进式桨，锚式桨安装高度为距釜壁及釜底1-5mm。
间歇式常压缩聚工艺方法将惰性气体(如氮气)通入反应釜前应预热，温度可在260℃-310℃之间。
在聚酯聚合的后缩聚段，即真空缩聚的真空段，通过不断向反应体系中通入惰性气体，经由气体分配器使氮气与熔体物料充分接触而带出低分子副产物，混合气体经冷凝净化处理后由压缩机提供动力，经气体加热器后返回聚合釜循环使用。
体系内压力是大气压力或接近于大气压。
得到的高聚物需进行脱气处理，将熔体物料导入排气螺杆挤出机脱气后铸带切粒，螺杆温度控制在280±1℃。
本间歇聚合装置及聚合工艺方法可以芳香族二元羧酸、脂肪族二元羧酸、脂环族二元羧酸及其这些酸的酯类为原料与二元醇进行的酯化和缩聚反应。
聚酯缩聚过程复杂，平衡常数低，反应的关键为小分子的脱除。当反应物平均聚合度DP＜30时，由于反应物分子量低，体系粘度也低，小分子副产物的运动容易，此阶段聚合速度为化学反应控制。当平均聚合度DP＞30时，由于分子量的上升，体系粘度增大，小分子副产物的运动变的困难，聚合速度为低分子产物的扩散传质控制，此阶段为控制聚合反应速度的关键步骤。通入的惰性气体温度等于或稍高于物料温度，惰性气体通入熔体内部形成许多气泡，熔体内部由缩聚反应产生的气态低分子物与气泡发生扩散传质作用，包含有气态低分子副产物的气泡在搅拌作用下被带到熔体表面，气泡破裂后混合气体扩散到熔体物料外部。由于气泡在分配器作用下分布于熔体内部，每一个气泡都是一个传质单元，故传质面积远较真空工艺方法的熔体表面积传质大，故其聚合速度较真空工艺方法聚合速度快。随熔体物料平均聚合度的提高，气泡在熔体内的扩散变得困难，故需逐渐提高气体流量及搅拌转速。同时流量及转速的提高又不能使物料内部产生空洞而使气体直接逸出熔体而起不到传质效果。随惰性气体的不断进入，釜内的混合气体由釜顶气相出口被排出釜外。本发明缩聚釜具有大的长径比，可避免低聚物的夹带。排出的混合气体经净化预热后返回缩聚釜。如此循环，待反应物平均分子量达到要求后停止反应。由于反应产物粘度较大，熔体内的气泡无法完全逸出，需对物料进行脱气处理，此过程由排气式螺杆挤出机完成。
本发明的优点是在间歇反应装置上实现了常压缩聚，且通入的惰性气体(如氮气)能循环使用，整个体系密闭，避免环境污染。本装置可按要求制造，也可由原间歇釜改造而成，对原间歇釜的改造容易，设备改造费低。整个反应体系内为常压或微正压。用改造后的聚合装置生产，聚合反应速度与产品品质较真空工艺方法有所提高。改造后的间歇式反应装置仍能进行真空工艺方法的操作。
图1是间歇式常压缩聚装置示意2是间歇式常压缩聚装置的搅拌叶示意3是间歇式常压缩聚装置的通气管示意4是间歇式常压缩聚工艺流程框图具体实施例一种间歇式常压缩聚装置，由间歇缩聚合釜及气体净化循环装置组成，聚合釜有大的长径比，釜体1为圆柱形，釜底2为锥形，底部设有物料排出口3，在釜顶设有气体及低分子生成物出口4，釜体内设有环行气体分配器5，搅拌器为双层复合式。
釜体长径比为1.5-2.5。
聚合釜内环形气体分配器5，以物料排出口为中心，以聚合釜半径为直径安装于釜内，环上有平均分配的8个孔6，开孔方向为与环形气体分配器平面呈90°及45°角，环行气体分配器与开孔直径依气体流量而定，两方向的孔交替布置，此气体分配器可置于熔体物料上部或物料底部。
聚合釜内双层复合搅拌器，底部为锚式搅拌桨7，上部为一组三叶推进式桨8，锚式桨安装高度为距釜壁及釜底1-5mm。
实施例1下部进气口。
将由对苯二甲酸二甲酯(DMT)与EG酯交换或对苯二甲酸(PTA)与EG直接酯化(酯化率＞90％)得到的对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)4000g、锑系催化剂0.035％(重量百分比)、稳定剂磷酸三苯酯(TPP)0.035％(重量百分比)，加入缩聚釜后升温。内温200℃时开搅拌，升温至250℃，此阶段收集反应产生出的EG。同时用氮气吹扫气体净化装置及压缩机，置换体系内空气。待釜内温至250℃时，向缩聚釜通入氮气，气体温度控制在260℃---310℃。气体流量1.0m3/hr，搅拌转速30rpm。之后逐渐提高反应温度，并逐渐提高搅拌转速和气体流量，转速最终为65rpm气体流量为5.0m3/hr，聚合反应终温控制在280℃-285℃。进入反应釜内的氮气与熔体接触，带出低分子副产物(如EG等)，经冷凝器收集大部分液相副产物后，进入气体净化装置脱除副反应生成的小分子如醛类，经压缩机提供动力进入气体加热器后返回聚合釜循环使用。待反应物分子量达到要求时终止反应，由熔体泵将物料打入排气式螺杆挤出机，脱除物料内夹带的气泡后铸带切粒。结果如表1。
实施例2上部进气口气体与扩散到物料表面的低分子产物(如EG)进行传质，将其带出釜外。其它与例1相同，结果如表1。
比较例真空缩聚工艺方法将定BHET4000g、锑系催化剂0.035％(重量百分比)、稳定剂TPP0.035％(重量百分比)，加入缩聚釜后升温，200℃开搅拌，收集反应生成的EG，待釜内温升至250℃时抽真空，反应终温控制在280---285℃，真空度100---200pa。结果如表1。
表1
权利要求
1.一种间歇式常压缩聚装置，其特征在于由间歇缩聚合釜及气体净化循环装置组成，聚合釜有大的长径比，釜体为圆柱形，釜底为锥形，底部设有物料排出口，在釜顶设有气体及低分子生成物出口，釜体内设有环行气体分配器，搅拌器为双层复合式。
2.根据权利要求1所述的间歇式常压缩聚装置，其特征在于，釜体长径比为1.5-2.5。
3.根据权利要求1或2所述的间歇式常压缩聚装置，其特征在于聚合釜内环形气体分配器，以物料排出口为中心，以聚合釜半径为直径安装于釜内，环上有平均分配的8个孔，开孔方向为与环形气体分配器平面呈90°及45°角的孔，环行气体分配器与开孔直径依气体流量而定，两方向的孔交替排列，此气体分配器可置于熔体物料上部或物料底。
4.根据权利要求3所述的间歇式常压缩聚装置，其特征在于聚合釜内双层复合式搅拌器，在锚式搅拌桨上部还有一组三叶推进式桨叶，锚式桨安装高度为距釜壁及釜底1-5mm。
5.一种间歇式常压缩聚装置的缩聚工艺方法，其特征在于通过不断向反应体系中通入惰性气体，经由气体分配器使惰性气体与熔体物料充分接触而带出低分子副产物，混合气体经冷凝净化处理后由压缩机提供动力，经气体加热器后返回聚合釜循环使用。
6.根据权利要求5所述的间歇式常压缩聚装置的缩聚工艺方法，其特征在于惰性气体通入反应釜前应预热，温度可在260℃-310℃之间。
7.根据权利要求5或6所述的间歇式常压缩聚装置的缩聚工艺方法，其特征在于所述的惰性气体是氮气。
8.根据权利要求7所述的间歇式常压缩聚装置的缩聚工艺方法，其特征在于体系内压力是大气压力或接近于大气压。
9.根据权利要求8所述的间歇式常压缩聚装置的缩聚工艺方法，其特征在于得到的高聚物需进行脱气处理，将熔体物料导入排气螺杆挤出机脱气后铸带切粒，螺杆温度控制在280±1℃。
10.根据权利要求9所述的间歇式常压缩聚装置的缩聚工艺方法，其特征在于以芳香族二元羧酸、脂肪族二元羧酸、脂环族二元羧酸及其这些酸的酯类为原料与二元醇进行的酯化和缩聚反应。
全文摘要
本发明涉及一种间歇式常压缩聚反应器及缩聚工艺方法。该装置由聚合釜及气体净化循环装置组成。本发明涉及聚合釜具有长径比大的特点，在聚合釜内部设有环形气体分布器，搅拌桨为双层复合式搅拌。惰性气体从釜内带出低分子副产物后排出，经净化后循环使用。待反应物分子量达到要求后终止反应，产物由排气螺杆挤出机脱气后挤出，铸带切粒。用本发明涉及聚合装置实施的缩聚工艺方法(如聚酯后缩聚段)避免了传统缩聚工艺方法的负压操作，解决了真空操作带来的诸多问题，且可提高产品品质。
文档编号C08G85/00GK1569927SQ0313045
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月24日 优先权日2003年7月24日
发明者马国玉, 杨瑞玲, 韩瑞莲, 邵平均, 詹峰, 郭子田 申请人:中国石化集团天津石油化工公司