用于监控聚酰胺合成工艺中凝胶形成的方法和系统的制作方法

用于监控聚酰胺合成工艺中凝胶形成的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及用于监控聚酰胺产物的制造中凝胶形成的方法和系统。在一个实施方案中，本发明提供一种方法，所述方法可以包括将部分地聚合的聚酰胺混合物引导通过闪蒸器进料泵、后缩聚器泵和传递管线泵。该方法可以包括将所述闪蒸器进料泵、所述后缩聚器泵和所述传递管线泵从第一运行模式转换至第二运行模式。该方法可以包括激活凝胶时间控制单元并且可以激活以对于闪蒸器、后缩聚器和传递管线中的至少一个估计凝胶时间。该方法可以包括将所述聚酰胺合成系统的反应器从所述第一运行模式转换为所述第二模式。
【专利说明】用于监控聚酰胺合成工艺中凝胶形成的方法和系统
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请要求2013年5月1日提交的美国临时专利申请号61 / 818,289的优先权权益， 其公开内容通过引用以其全部内容结合在此。

【技术领域】
[0002] 本申请涉及聚酰胺合成工艺，具体地，涉及用于监控聚酰胺合成工艺中凝胶形成 的方法和系统。

【背景技术】
[0003] 聚酰胺具有有用的性质如极高的耐久性和强度，这使得它们在可以在多种环境中 使用。聚酰胺如尼龙、芳族聚酰胺和聚（天冬氨酸）钠通常用于，例如，地毯、气袋、机械部 件、服饰、绳索和长筒袜。尼龙6,6是一种最常使用的聚酰胺。尼龙6,6的长分子链和致密 结构使得它有资格作为高级尼龙纤维，其展现高机械强度、刚性和热稳定性。
[0004] 聚酰胺在大规模制造设备中商业合成。聚酰胺可以通过将二胺和二羧酸，有时以 两个化合物的羧酸铵盐的形式，在溶剂如水中聚合获得。例如，尼龙6,6可以通过使六亚甲 基二铵己二酸盐经历缩合反应，以形成酰胺键并释放水而合成。在包括高压釜或反应器、闪 蒸器和后缩聚器的一系列组件中，可以将热施加至反应混合物，并且可以将水逐渐地移除 以驱动平衡朝向聚酰胺（例如尼龙6,6)，直至聚合物链达到所需的分子量范围。之后，可以 将熔融的聚酰胺挤出为粒料，其可以纺为纤维或加工成其他的形状。
[0005] 目前的用于以连续方式制造聚酰胺的方法和装置经历了某些问题。工艺后段的 某些部件可能因为多种原因停止运转或空闲。当后段的一个部件停止运转或空闲时，后段 的其他部件也停止运转或空闲。在停止运转或空闲过程中，聚酰胺聚合物可能随时间而凝 胶。聚酰胺聚合物的凝胶化可能妨碍，并且在一些情况下阻止当设备重新启动时聚酰胺 的流动。如果聚酰胺在重新启动设备之前凝胶，必须使整个工艺停止运转并且进行烧尽 (burnout)以移除凝胶的材料。使整个工艺停止运转和进行烧尽可能是和繁重的程序并且 是耗时的和高成本的。因此，用于制造聚酰胺的目前的方法和系统可能要求频繁的停止运 转和烧尽。
[0006] 用于以批次方式制造聚酰胺的目前的方法和装置也可能经历某些问题。每次高压 釜中的温度升高超过阈值温度时，凝胶可能形成。在批次工艺过程中，高压釜中的温度可能 不时地升高超过阈值温度。另外地，由于关于高压釜的难题或问题，温度可能升高超过阈值 温度。凝胶随时间的积聚可能导致高压釜的故障和产物的劣化。当高压釜故障或产物降低 至低于品质阈值时，将高压釜移出生产并且进行检修，这可能是有繁重的并且是耗时和昂 贵的。因此，目前的用于制造聚酰胺的方法和系统可能经历高压釜的出乎意料的故障和降 低的产物品质。
[0007] 如本文所述，本发明的主题可以提供这些问题的解决方案。


【发明内容】

[0008] 本公开可以提供用于监控聚酰胺合成系统，如用于尼龙6,6的制造的系统中的凝 胶形成的方法和系统。该方法可以包括将部分地聚合的聚酰胺混合物引导通过闪蒸器进料 泵、后缩聚器泵和传递管线泵。该方法可以包括将闪蒸器进料泵、后缩聚器泵和传递管线泵 从第一运行模式转换至第二运行模式。可以将凝胶时间控制单元激活以对于闪蒸器、后缩 聚器和传递管线中的至少一个估计凝胶时间。凝胶时间基于至少与闪蒸器、后缩聚器和传 递管线中的至少一个中部分地聚合的聚酰胺混合物的温度，以及温度超过阈值温度的时间 相关的参数。该方法可以包括将聚酰胺合成系统的反应器从第一反应器运行模式转换至第 二反应器运行模式。
[0009] 本公开提供一种用于监控聚酰胺产物的制造中凝胶形成的系统。该系统可以包括 聚合反应器，所述聚合反应器配置为将一种或多种原材料转化以形成聚酰胺；以及聚合反 应器下游的后段系统，该后段系统配置为提高聚酰胺的分子量以形成聚酰胺产物。该系统 可以包括凝胶时间控制单元，所述凝胶时间控制单元可操作连接至后段系统并配置为当将 后段系统从第一运行模式转化为第二运行模式时，对于后段系统估计凝胶时间。凝胶时间 可以基于至少与后段中聚酰胺的温度和温度超过阈值温度的时间相关的参数。
[0010] 本公开可以提供超过其他用于制备聚酰胺的方法和系统的益处。例如，因为多个 原因可能需要将传统工艺的后段的某些部件，如后缩聚器、闪蒸器和传递管线停止运转或 空闲。当一个部件停止运转或空闲时，后段的其他部件也要停止运转或空闲。在停止运转 或空闲的过程中，后段设备内聚酰胺凝胶化的风险增加。如本文讨论的，在设备内的聚酰胺 凝胶之后，必须将整个工艺停止运转（如果尚未停止运转）并且必须进行烧尽。凝胶时间， 作为设备内聚酰胺凝胶之前的时间，基于设备内物料的温度变化。
[0011] 本公开提供用于确定和传达凝胶时间信息至工艺的操作者的实时方法。操作者可 以利用凝胶时间以做出操作决定，这可以减少归因于停止运转或空闲的成本和时间损失。 例如，如果需要，操作者可以调节多个参数（例如，温度或压力）以增加凝胶时间。在不知 道凝胶时间信息的情况下，如果聚酰胺已经在设备内凝胶则调节工艺参数将不提供任何益 处，并且调节参数将浪费时间和金钱。然而，本公开可以提供这样一种方法或系统，其可以 确定、监控和通讯后段的凝胶时间。因此，可以避免停止运转工艺的整个后段和进行冗长的 烧尽程序，即使当后段停止运转或空闲（例如，用于维护）时，也允许制造设备重新开始。
[0012] 本公开还提供一种用于监控聚酰胺产物的制造中凝胶形成的方法。该方法可以包 括将包括一种或多种原材料的第一批次进料至反应器和激活凝胶控制单元。凝胶控制单元 可以配置为产生第一单一批次凝胶数和连续批次凝胶数。第一单一批次凝胶数和连续批次 凝胶数可以至少基于反应器的温度高于阈值温度的时间。该方法可以包括在反应器中将一 种或多种原材料转化为第一聚酰胺产物，并且从反应器传递第一聚酰胺产物。该方法可以 包括将包含一种或多种原材料的第二批次进料至反应器并激活凝胶控制单元，所述凝胶控 制单元配置为产生第二单一批次凝胶数并更新连续批次凝胶数。
[0013] 本公开提供用于确定和通信单一批次凝胶数和凝胶积累数至工艺的操作者的实 时方法。单一批次凝胶数在单一批次工艺的过程中积累并且在引入随后的批次时重设为 零。单一批次凝胶数可以识别运行困难度，否则在没有单一批次凝胶数的情况下这将是在 系统中无法注意到的。例如，单一批次凝胶数可以确定特别的批次是否具有比其他的批次 或其他的反应器（例如，高压釜）更高的劣化。单一批次凝胶数还可以确定何时具体的高 压釜持续低产生更多的劣化，这可以指示具体的高压釜具有运行问题，例如，错误的设定点 或其他的缺陷。因此，本公开的方法和系统可以识别并且解决具体的高压釜内的缺陷，否则 在没有单一批次凝胶数的情况下，这将不能在系统中被注意到。
[0014] 凝胶积累数继续积累直至将高压釜检修，此时将凝胶积累数重设为零。凝胶积累 数提供高压釜的累积的劣化（例如，表面上的凝胶形成），并且可以提供关于何时高压釜将 需要检修的估计。凝胶累积数消除了何时可能需要进行检修的不明确性，并且从而可以允 许操作者进行计划。因此，可以避免高压釜的无法预期的故障，这可以减少由无法预期的检 修附带的时间和成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 附图不是必然按比例绘制的，其通过实例的方式，而不是以限定的方式，总体上示 例本发明的实施方案。
[0016] 图1是根据一个实例的用于制造聚酰胺的系统的示意流程图。
[0017] 图2是图1的根据一个实例的系统的一部分的更详细的示意流程图。
[0018] 图3示例根据一个实例的用于聚酰胺合成系统中的凝胶形成的方法的流程图。
[0019] 图4示例将凝胶时间对温度作图的图示。
[0020] 图5是根据一个实例的用于聚酰胺的制造的系统的示意流程图。
[0021] 图6示例根据一个实例的监控聚酰胺合成系统中凝胶形成的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0022] 本公开描述一种用于制造聚酰胺，如尼龙6,6的方法和系统。本文描述的系统和 方法可以包括用于监控聚酰胺合成系统中凝胶形成的装置、系统和方法。
[0023]
[0024] 以范围格式表达的值应当以灵活方式解释以不仅包括作为范围的界限明确叙述 的数值，而且包括该范围内所包括的所有的单独数值或子范围，如同将每个数值和子范围 明确地陈述一样。例如，"约〇. 1 %至约5%"或"约0. 1 %至5%"的范围应当解释为不仅包 括约〇. 1%至约5%，而且包括所指出的范围内的单独的值（例如，1%、2%、3%和4% )和 子范围（例如，0. 1 %至0.5%、1. 1 %至2.2%、3. 3%至4.4% )。除非另外指出，陈述"约X 至Y"具有与"约X至约Y"相同的含义。同样，除非另外指出，陈述"约X、Y或约Z"具有与 "约X、约Υ或约Ζ"相同的含义。
[0025] 在本文中，除非上下文另外清楚地指出，使用术语"一个"、"一种"或"所述"以包 括一个或多于一个。除非另外指出，使用术语"或"指代非排他性的"或"。此外，应当明白 的是，本文采用的并且没有另外定义的措辞或术语仅用于说明的目的而非限制性的。任何 段落标题的使用意图为帮助文件的理解并且不被解释为限定；与段落标题相关的信息可以 在特别的段落之内或之外出现。此外，在本文中引用的所有的出版物、专利和专利文献通过 引用以其全部内容结合在此，如同单独地通过引用而结合。在本文与这样通过引用结合的 那些文献之间用法不一致的情况下，所结合的引用文献中的用法应当被认为是本文中的补 充；对于不可协调的矛盾，以本文中用法为准。
[0026] 在本文描述的制造方法中，多个步骤可以以任意顺序进行而不脱离本发明主题的 原理，除了在明确指出时间或操作顺序时。此外，具体的步骤可以同时进行，除非明确的权 利要求语言指出它们分开地进行。例如，所要求保护的进行X的步骤和所要求保护的进行Y 的步骤可以在单一的操作内同时地进行，并且所得到的工艺将落在所要求保护的工艺的文 字范围内。
[0027] 如本文所使用的术语"约"可以允许值或范围上的一定可变程度，例如，在所述的 值或所述的范围限制的10%内，5%内，或1%内。
[0028] 如本文所使用的术语"基本上"是指大部分，或主要地，如为至少约50%、 60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、995%、99. 9%、99· 99%，或至少约 99. 999% 以上。
[0029] 如本文所使用的，术语"二羧酸"广义地是ω-二羧酸。该术语包括 C4_C1(la，ω-二羧酸和C4_C8a，ω-二羧酸。C 4_C18a，ω-二羧酸包括的二羧酸的实例包括， 但是不限于，琥珀酸（丁烷二酸）、戊二酸（戊烷二酸）、己二酸（己烷二酸）、庚二酸（庚烷 二酸）、辛二酸（辛烷二酸）、壬二酸（壬烷二酸）和癸二酸（癸烷二酸）。在一些实例中， C4_C18a，ω-二羧酸是己二酸、庚二酸或辛二酸。在再其他的实例中，C4_C 18a，ω-二羧酸 是己二酸。
[0030] 如本文所使用的，术语"二胺"广义地是指C4_C18 a，ω -二胺。该术语包括C4_C1(I a， ω _二胺和C4_C8 a，ω -二胺。由C4_C18 a，ω -二胺包括的二胺的实例包括，但是不限于，丁 烷-1，4-二胺、戊烷-1，5-二胺和己烷-1，6-二胺，也称为六亚甲基二胺。在一些实例中， C4_C18a，ω-二胺是六亚甲基二胺。
[0031] 在一些实例中，在本文预期己二酸与六亚甲基二胺组合的使用。
[0032] 如本文所使用的，术语"聚酰胺"广义地是指聚酰胺如尼龙6、尼龙7、尼龙11、尼龙 12、尼龙6,6、尼龙6,9 ;尼龙6,10、尼龙6,12,或它们的共聚物。
[0033] 如本文所使用的，术语"聚合物"可以包括共聚物。
[0034] 如本文所使用的，术语"溶剂"是指可以溶解固体、液体或气体的液体。溶剂的非 限制性实例是硅氧烷、有机化合物、水、醇、离子液体和超临界流体。
[0035] 如本文所使用的，术语"凝胶时间（gelation time) "或"凝胶时间（gel time) " 是指聚酰胺形成凝胶之前使得聚合物样品的熔体粘度相对于加热时间的曲线图中的偏离 (inflection)在恒定温度和恒定蒸汽压下保持的时间。
[0036] 如本文所使用的，术语"凝胶"是指在产物（尼龙6,6)和设备中形成和收集的非常 高分子量、支化的/交联的聚合物。凝胶是不溶的，例如，当在约280°C至约295°C在lOlKPa 加热时，在约98%至约100%甲酸中不溶，并且通常仅可以使用极端方式如通过将凝胶烧 掉而从设备移除。
[0037] 如本文所使用的，术语"后段"是指包括高压釜，或闪蒸器和后缩聚器中的至少一 个的设备。
[0038] 如本文所使用的，术语"单一批次凝胶数"是指在单一批次工艺的过程中连续增加 的值，并且在引入随后的批次之后重新设定为零。该值可以对应于在单一批次工艺的过程 中反应器（例如，高压釜）的温度高于阈值温度的时间值（例如，分钟）。
[0039] 如本文所使用的，术语"凝胶累积数"是指连续增加直至对高压釜进行检修的值。 该值可以对应于在单一高压釜的多个单一批次工艺的过程中反应器（例如，高压釜）的温 度高于阈值温度的时间值（例如，分钟）。
[0040] 如本文所使用的，术语"烧尽"是指施加热以热解设备内凝胶的材料的工艺。
[0041] 用于制各聚酰胺的系统
[0042] 图1是用于制造聚酰胺，并且特别是用于制造尼龙6,6的实例系统10的流程图。 系统10可以包括储器12,其容纳液体或基本上液相的二羧酸、二胺和溶剂（例如，水）的水 溶液。二羧酸和二胺可以形成羧酸铵盐。在一个实例中，在系统10配置用于尼龙6,6制造 的情况下，储器12可以包括六亚甲基二铵己二酸盐，其可以在储器12中溶解在水中。储器 12可以用以混合或储存羧酸铵盐的水溶液。
[0043] 在该实例中，可以将二羧酸和二胺以基本上等摩尔比加入至储器12。所得到的羧 酸铵盐溶液可以具有约7. 5,如约7. 4至约7. 6的pH。每个分子的羧酸铵盐可以包含一个 分子的二胺和一个分子的二羧酸。可以将储器12中的水溶液加热，如用预加热器或用水蒸 气，如在系统10的另一部分的形成的水蒸气进行加热。
[0044] 可以将包含二羧酸和二胺的溶液，例如，羧酸铵盐水溶液，从储器12经由导管16 传递至蒸发器14。蒸发器14可以配置为将来自水溶液的一部分的水从基本上液相以水蒸 气流18的形式转化为基本上气相。在实例中，蒸发器14通过将水溶液加热至约100°C至 约 230°C，如约 KKTC至约 150°C，例如约 110°C、约 120°C、约 130°C、约 140°C、约 150°C、约 160°C、约 170°C、约 180°C、约 190°C、约 200°C、约 2KTC、约 220°C或约 230°C的温度形成水 蒸气流18。蒸发器14可以增加羧酸铵盐溶液的浓度。在实例中，离开储器12并进料至蒸 发器14中的羧酸铵盐溶液的浓度为水中约40重量％至约80重量％盐，或约52重量％至 约65重量％，如水中约63重量％盐。蒸发器14可以增加羧酸铵盐溶液的浓度，例如至水 中约72重量％盐。
[0045] 经由蒸发移除水也可以导致在蒸发器14内在溶液中存在的至少一部分的二羧酸 和二胺部分地反应以形成可以包含相对短的二羧酸和二胺的聚合物链的聚酰胺预聚物。换 言之，移除水可以开始二羧酸与二胺之间的缩合反应，以形成可以是最终聚酰胺链的第一 级的低聚物。如上面指出的，蒸发器14可以浓缩水溶液，例如，通过将离开蒸发器14的溶 液的水浓度降低，如降低至约5重量％至约50重量％的水的水浓度，例如约25重量％至约 35重量％的水，如约25重量％、约26重量％、约27重量％、约28重量％、约29重量％、约 30重量％、约31重量％、约32重量％、约33重量％、约34重量％或约35重量％的水。
[0046] 可以允许水蒸气流18逃逸至大气，或者水蒸气流18可以冷凝并进料返回至储器 12 (未显示）。也可以将冷凝水蒸气提纯，如经由过滤或其他的纯化方法。也可以使用冷凝 水蒸气作为用于产生可以在系统10的其他的方面中使用的水蒸气的水源，如下面讨论的。 水蒸气流18自身也可以用作用于系统10的其他方面的水蒸气，如以将位于储器12处的或 其基本上紧接的下游的水溶液预热。
[0047] 可以将包含水、未反应的二羧酸和二胺（例如，以未反应的羧酸铵盐，以及，如果 存在，聚酰胺预聚物的形式）的反应混合物从蒸发器14经由导管22传递至反应器20。在 反应器20内，未反应的二羧酸和二胺可以彼此反应，或与聚酰胺预聚物反应，或两者同时 进行，以形成第一聚酰胺聚合物。反应器20中的温度可以进一步升高超过蒸发器14中的 温度以移除另外的水。在实例中，反应器中的温度可以为约150°C至约300°C，如约200°C至 约 250°C，例如约 220°C至约 230°C，如约 228°C，例如约 150°C、约 160°C、约 170°C、约 180°C、 约 190°C、约 200°C、约 210°C、约 215°C、约 220°C、约 225°C、约 230°C、约 235°C、约 240°C、约 245°C、约 250°C、约 260°C、约 270°C、约 280°C、约 290°C或约 300°C。离开反应器 20 的第一 聚酰胺聚合物和未反应的二羧酸和二胺的溶液可以具有约1重量％的水至约20重量％的 水的水浓度，如约5重量％的水至约15重量％的水，例如约1重量％、约2重量％、约3重 量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约8. 5重量％、约9 重量％、约9. 5重量％，或者约10、11、12、13、14或约15重量％的水。
[0048] 反应器20可以配备有与反应器20流体连通的，如经由导管26流体连通的精馏塔 24。精馏塔24可以，进而，与排放口管线28流体连通。
[0049] 可以将在反应器20中形成的第一聚酰胺聚合物与未反应的二羧酸和二胺一起从 反应器20通过使用闪蒸器进料泵38经由导管32传递至闪蒸器30。在闪蒸器30内，第一聚 酰胺聚合物与未反应的二羧酸和二胺的反应混合物的温度实质性升高，如升高至约150°C 至约400°C，例如约250°C至约350°C，如约260°C至约300°C，如约280°C，例如约200°C、或 约 210°C、约 220°C、约 230°C、约 240°C、约 250°C、约 260°C、约 265°C、约 270°C、约 275°C、 约 280°C、约 285°C、约 290°C、约 295°C、约 300°C、约 305°C、约 310°C、约 320°C、约 330°C、 约340°C或约350°C的温度。在闪蒸器30的入口处，反应混合物的压力相对高，如约1. 9MPa 至约2. IMPa。压力可以随着反应混合物行进通过闪蒸器30逐渐地降低，以使得在闪蒸器 30的出口处，压力相对低，在一些情况下接近约25KPa至约50KPa的真空。在闪蒸器30内 的高温，逐渐降低的压力随着反应混合物通过闪蒸器30而施加在反应混合物上，导致水从 反应混合物以闪蒸离开的水蒸气的形式进一步移除。随着水蒸气从反应混合物闪蒸离开， 第一聚酰胺聚合物可以经历进一步聚合以形成第二聚酰胺聚合物。在闪蒸器30的出口端 处，可以形成气态水蒸气和第二聚酰胺聚合物及未反应的二羧酸和二胺的液体混合物的两 相混合物。可以将水蒸气从闪蒸器30释放，如通过闪蒸器30中的排放孔（未显示），或与 经由出口导管34离开闪蒸器30的产物流一起。离开闪蒸器30的第二聚酰胺聚合物及未 反应的二羧酸和二胺的溶液可以具有约〇. 1重量％的水至约5重量％的水的水浓度，如约 0. 5重量％的水至约2重量％的水，例如约0. 1重量％、约0. 2重量％、约0. 4重量％、约0. 5 重量％、约0. 6重量％、约0. 8重量％、约0. 9重量％、约1重量％、约1. 1重量％、约1. 2重 量％、约1. 4重量％、约1. 5重量％、约1. 6重量％、约1. 8重量％或约2重量％的水。闪蒸 器30可以包括至少一个相对长的管，其缠绕通过闪蒸器30,也称为闪蒸器30的盘管。该管 可以将反应混合物从闪蒸器30的入口运载至出口。该管可以在入口处以小的截面积例如 小直径起始，并且可以沿管的长度膨胀，直至它在出口处具有相对更大的截面积，例如，相 对大的直径。截面积从入口至出口的增加可以提供从闪蒸器30的入口至出口的在压力上 的降低，如上所述。
[0050] 可以将催化剂加入至反应混合物以有助于促进本文描述的形成聚酰胺的缩合反 应。在实例中，可以将催化剂在蒸发器14处（例如，至蒸发器14的入口中）、在反应器20 处（例如，至反应器20的入口中）或在闪蒸器30处（例如，至闪蒸器30的入口中）加入 至反应混合物。虽然可以加入催化剂，但是不是必须使聚酰胺聚合反应发生。在一个实例 中，催化剂可以包括次磷酸钠、次磷酸锰和苯基次膦酸中的至少一个。
[0051] 可以将在闪蒸器30中形成的第二聚酰胺聚合物，以及未反应的二羧酸和二胺通 过使用后缩聚器泵44经由导管34从闪蒸器30传递至后缩聚器36。
[0052] 后缩聚器36可以提供水的进一步移除以使得第二聚酰胺聚合物经历进一步聚合 以形成具有最终的所需分子量或分子量范围的最终的聚酰胺聚合物。所选的最终的所需分 子量或分子量范围可以取决于聚酰胺产物的最终的所需性质。在后缩聚器36中移除水可 以通过将真空压力施加至后缩聚器36内的反应混合物获得。通过控制施加至后缩聚器36 的真空压力，以及反应混合物在后缩聚器36内的停留时间，可以控制最终的聚酰胺聚合物 的分子量的最终范围。后缩聚器36中的温度可以为约150°C至约400°C，如约250°C至约 350°C，例如约 260°C至约 300°C，如约 284°C或约 285°C，例如约 2KTC、约 220°C、约 230°C、 约 240°C、约 250°C、约 260°C、约 265°C、约 270°C、约 275°C、约 280°C、约 285°C、约 290°C、 约 295°C、约 300°C、约 305°C、约 310°C、约 320°C、约 330°C、约 340°C或约 350°C。离开后缩 聚器的最终的聚酰胺聚合物可以具有约〇. 0001重量％至约2重量％的水的水浓度，例如 约0. 001重量％至约1重量％的水，如约0. 01重量％至约1重量％的水，例如约0. 0001重 量％、约0. 001重量％、约0. 01重量％、约0. 05重量％、约0. 1重量％、约0. 2重量％、约0. 3 重量％、约0. 4重量％、约0. 5重量％、约0. 6重量％、约0. 7重量％、约0. 8重量％、约0. 9 重量％、约1重量％、约1. 2重量％、约1. 4重量％、约1. 5重量％、约1. 6重量％、约1. 8重 量％或约2重量％的水。
[0053] 最终的聚酰胺聚合物可以通过传递管线40离开后缩聚器36。传递管线40可以 经由传送管线泵46进料至最终处理系统42中，其中最终的聚酰胺聚合物可以经过进一步 的机械处理，如纺线、挤出和造粒中的一个或多个。例如，可以将最终的聚酰胺聚合物通过 具有多个小毛细管的模头挤出，以连续地制备多个聚酰胺线料。可以将线料在造粒机中切 割为聚醜胺粒料。
[0054] 可以将添加剂加入至聚酰胺聚合物以提供或提高所得到的聚酰胺产物的多个特 征。例如，可以加入颜料以控制聚酰胺产物的颜色，如二氧化钛（Ti0 2)可以用作白色颜料。 可以将封端剂，如乙酸加入至工艺的末端以便终止聚合。还可以将封端剂加入至储器12中 的盐。如果使用催化剂，可以将失活试剂，如碳酸氢钠，在工艺的末端加入以使催化剂失活。
[0055] 图2包括根据一个实例的图1的系统的一部分50的示意流程图的视图。除了在 图1中所示内容之外，系统10的部分50包括传感器52A-C(在本文统称为"传感器52"）， 以及凝胶时间控制单元54A-C (在本文统称为"凝胶时间控制单元54"）。另外地，系统10 的部分50包括反应器20的出口阀66,并且导管22包括经由导管72连接至水源68的水入 口阀 70。
[0056] 出口阀66可以也用于当将后段（例如，包括闪蒸器30、后缩聚器36和传递管线 40)停止运转或空闲时关闭反应器20的出口。在另一个实例中，出口阀66可以当后段空闲 或停止运转时，将从反应器20的输出转移至储器（未显示）。另外地，导管22连接至水入 口阀70,其可以控制从蒸发器14的流动（如图1中所给出的）并且允许水从水源68流动 至反应器20中，以稀释反应器20的内容物。如本文讨论的，当后段空闲时，出口阀66可以 停止从反应器20的流动或将从反应器20的流动转移，并且水入口阀70可以关闭从蒸发器 14的流动或将水引入至反应器20以减少凝胶形成。
[0057] 当将后段从第一运行模式转换至第二运行模式时，凝胶时间控制单元54可以对 于后段系统估计凝胶时间。凝胶时间可以基于至少与后段中聚酰胺的温度和温度超过阈值 温度的时间相关的参数。系统10的部分50可以包括传感器52A-C(统称为"传感器52")。 如图2的实例中所示，传感器52A相对闪蒸器30定位在上游，传感器52B相对后缩聚器36 定位在上游，并且传感器52C相对传递管线泵46定位在上游。传感器52的数目和位置可 以在系统之间变化。在一个实例中，系统10的部分50包括少于三个传感器52A-C。在另一 个实例中，系统10的部分50包括超过三个传感器52A-C。
[0058] 传感器52可以包括温度传感器、流动传感器或配置为提供凝胶时间控制单元54 基于其确定凝胶时间的参数的其他的部件。在一个实例中，传感器52A可以包括闪蒸器温 度传感器，传感器52B可以包括后缩聚器温度传感器，并且传感器52C可以包括传递管线温 度传感器。传感器52可以通过通道64A-C(统称为"通道64"）连接至凝胶时间控制单元 54。通道64可以包括有线或无线通讯连接。
[0059] 在图2中给出的实例中，凝胶时间控制单元54A-C包括处理器56A-C(统称为"处 理器56"）、存储器58A-C (统称为"存储器58"）、界面60A-C(统称为"界面60"），和警报 器62A-C(统称为"警报器62"）。在一个实例中，凝胶时间控制单元54中的每一个可以各 自为单独的凝胶控制单元。在另一个实例中，凝胶时间控制单元54可以是与每个传感器52 通讯的单一的凝胶控制单元。
[0060] 凝胶时间控制单元54和传感器52可以形成一个或多个计算机或是其一部分。如 实例中所示，每个凝胶时间控制单元54包括处理器56、存储器58和界面60。任选地，凝胶 时间控制单元54可以包括警报器62。存储器58、界面60、传感器52和警报器62与处理器 56连通。处理器56配置为执行指令以执行用于估计凝胶时间的算法。该算法可以包括对 于闪蒸器30、后缩聚器36和传递管线40中的至少一个产生凝胶时间。如本文讨论的，凝胶 时间可以基于以下参数，所述参数至少与至少基于来自传感器52的信号的闪蒸器30、后缩 聚器36和传递管线40中的至少一个中部分地聚合的聚酰胺混合物的温度和温度超过阈值 温度的时间相关。
[0061] 在实例中，凝胶时间在19小时开始并且以在285°C的等价小时数倒数。例如，尼龙 6,6将在285°C 19小时之后凝胶。当材料不移动，例如，以小于每分钟1升的流速移动时， 可以将凝胶时间控制单元54激活。当材料的流速小于每分钟1升时，凝胶时间控制单元54 可以手动或自动激活。算法可以确定设备中的材料为285°C时的等价时间。
[0062] 凝胶时间控制单元54可以将至少一个凝胶时间值（例如，闪蒸器凝胶时间、后缩 聚器凝胶时间和传递管线凝胶时间中的一个凝胶时间）与阈值比较。凝胶时间控制单元54 可以在例如至少一个凝胶时间值小于阈值时产生警报。例如，阈值可以是在后段中的材料 凝胶之前的以小时计的时间（例如，四小时）。如果凝胶时间值小于四小时，凝胶时间控制 单元54可以产生指示在后段凝胶之前少于四小时的警报。
[0063] 存储器58对于与凝胶时间相关的指令和数据提供储存。界面60可以包括键盘、 触摸板、屏幕、打印机、网络界面，或配置为允许用户观察和监控倒计时的凝胶时间（例如， 19 : 00 : 00、18 : 59 : 59、18 : 59 : 58等）或控制闪蒸器30处的热传递介质、后缩聚 器36处的热传递介质或传递管线40处的热传递介质的温度的其他部件。
[0064] 图3示例根据一个实例的监控聚酰胺合成系统中的凝胶形成的方法100。在步骤 102处，方法100包括将部分地聚合的聚酰胺混合物引导通过闪蒸器进料泵、后缩聚器泵和 传递管线泵。在步骤104处，方法100包括将闪蒸器进料泵、后缩聚器泵和传递管线泵从第 一运行模式转换为第二运行模式。在106处，方法100包括激活凝胶时间控制单元，所述凝 胶时间控制单元配置为对于闪蒸器、后缩聚器和传递管线中的至少一个估计凝胶时间。在 108处，方法100包括将聚酰胺合成系统的反应器从第一运行模式转换为第二模式。
[0065] 在102处，可以将部分地聚合的聚酰胺混合物引导通过闪蒸器进料泵38、后缩聚 器泵44和传递管线泵46,如本文参考图1讨论的。在104处，闪蒸器进料泵38、后缩聚器 泵44和传递管线泵46从第一运行模式转换为第二运行模式。在一个实例中，第一运行模 式是激活模式，并且第二运行模式是空闲模式。激活模式可以包括将系统10在用于制造聚 酰胺的通常运行条件下运行。空闲模式可以包括将部分地聚合的聚酰胺混合物通过闪蒸器 进料泵38、后缩聚器泵44和传递管线泵46的流速减少至少于每分钟1升。在一个实例中， 空闲模式可以包括将部分地聚合的聚酰胺混合物通过闪蒸器进料泵38、后缩聚器泵44和 传递管线泵46的流速减少至每分钟零升。在另一个实例中，第一运行模式可以是激活模式 并且第二运行模式可以是运转停止模式，其中闪蒸器进料泵38、后缩聚器泵44和传递管线 泵46各自为空闲或完全停止运转。
[0066] 在实例中，方法100可以包括在将闪蒸器进料泵38、传递管线泵46和后缩聚器泵 44从第一运行模式转换至第二运行模式之前检测事件。在实例中，该事件可以包括检测闪 蒸器进料泵故障、后缩聚器泵故障、传递管线泵故障、断电（power outage)，以及它们的组 合中的至少一个。
[0067] 在106处，方法100包括激活凝胶时间控制单元，所述凝胶时间控制单元配置为对 于闪蒸器30、后缩聚器36和传递管线40中的至少一个估计凝胶时间。激活凝胶时间控制 单元54可以当后段空闲或停止运转时手动完成，或者当通过闪蒸器30、后缩聚器36和传递 管线40中的至少一个的流动小于阈值时自动完成。在一些实例中，阈值为每分钟1升。
[0068] 凝胶时间控制单元54配置为对于闪蒸器30、后缩聚器36和传递管线40中的至少 一个估计凝胶时间。如本文讨论的，凝胶时间可以基于至少与闪蒸器30、后缩聚器36和传 递管线40中的至少一个中部分地聚合的聚酰胺混合物的温度和温度超过阈值温度的时间 相关的参数。
[0069] 图4示例将凝胶时间对温度作图的图示。例如，在285°C，材料（例如，聚酰胺）将 在19小时凝胶。在特定温度的凝胶时间（以小时计）可以通过公式I计算：
[0070] (公式 I)
[0071]

【权利要求】
1. 一种监控聚酰胺合成系统中凝胶形成的方法，所述方法包括： 将部分地聚合的聚酰胺混合物引导通过闪蒸器进料泵、后缩聚器泵和传递管线泵； 将所述闪蒸器进料泵、所述后缩聚器泵和所述传递管线泵从第一运行模式转换至第二 运行模式； 将凝胶时间控制单元激活，所述凝胶时间控制单元配置为对于闪蒸器、后缩聚器和传 递管线中的至少一个估计凝胶时间，其中所述凝胶时间基于至少与所述闪蒸器、所述后缩 聚器和所述传递管线的至少一个中的部分地聚合的聚酰胺混合物的温度，以及所述温度超 过阈值温度的时间相关的参数；和 将所述聚酰胺合成系统的反应器从第一反应器运行模式转换至第二反应器运行模式。
2. 权利要求1所述的方法，其中所述凝胶时间控制单元包括图形界面，所述方法还包 括经由所述图形界面显示所述凝胶时间。
3. 权利要求1所述的方法，所述方法还包括将至少一个凝胶时间值与阈值比较。
4. 权利要求3所述的方法，所述方法还包括，基于所述比较产生警报。
5. 权利要求1所述的方法，其中所述凝胶时间控制单元确定闪蒸器凝胶时间、后缩聚 器凝胶时间和传递管线凝胶时间。
6. 权利要求5所述的方法，其中所述闪蒸器凝胶时间至少基于在所述闪蒸器处热传递 介质的温度而确定。
7. 权利要求5所述的方法，其中所述传递管线凝胶时间至少基于在所述传递管线处热 传递介质的温度而确定。
8. 权利要求5所述的方法，其中所述后缩聚器凝胶时间至少基于在所述后缩聚器处热 传递介质的温度。
9. 权利要求5所述的方法，所述方法还包括： 在所述凝胶时间控制单元处接收所述闪蒸器、所述后缩聚器和所述传递管线中的至少 一个的热传递介质的至少一个参数；和 响应接收的所述至少一个参数，更新所述闪蒸器凝胶时间、所述后缩聚器凝胶时间和 所述传递管线凝胶时间中相应的一个。
10. 权利要求1所述的方法，其中所述第一运行模式和所述第一反应器运行模式是激 活模式并且所述第二运行模式和所述第二反应器运行模式是空闲模式。
11. 权利要求1所述的方法，其中将所述闪蒸器进料泵、所述后缩聚器泵和所述传递管 线泵从所述第一运行模式转换至所述第二运行模式包括：将所述部分地聚合的聚酰胺混合 物通过所述闪蒸器进料泵、所述后缩聚器泵和所述传递管线泵的流速减小至小于每分钟1 升。
12. 权利要求1所述的方法，其中将所述反应器从所述第一反应器运行模式转换至所 述第二反应器运行模式包括关闭所述反应器的出口阀。
13. 权利要求12所述的方法，其中将所述反应器从所述第一反应器运行模式转换至所 述第二反应器运行模式包括将所述部分地聚合的聚酰胺混合物的输出流从所述反应器引 导至储器。
14. 权利要求1所述的方法，其中所述反应器是挡板反应器，并且将所述反应器从所述 第一反应器运行模式转换至所述第二反应器运行模式包括降低所述反应器内的所述部分 地聚合的聚酰胺混合物的浓度。
15. 权利要求14所述的方法，其中降低所述部分地聚合的聚酰胺混合物的浓度包括： 将脱矿质水引入至所述反应器中。
16. 权利要求1所述的方法，还包括：在将所述闪蒸器进料泵、所述传递管线泵和所述 后缩聚器泵从所述第一运行模式转换为所述第二运行模式之前，检测事件，其中所述检测 事件包括检测以下各项中的至少一个：闪蒸器进料泵故障、后缩聚器泵故障、传递管线泵故 障、断电，以及它们的组合。
17. 权利要求1所述的方法，还包括：在所述凝胶时间流逝之前，将所述闪蒸器进料泵、 所述传递管线泵和所述后缩聚器泵从所述第二运行模式转换至所述第一运行模式。
18. 权利要求1所述的方法，还包括：当所述凝胶时间流逝时，将所述闪蒸器、所述后缩 聚器和所述传递管线烧尽。
19. 一种用于监控聚酰胺产物的制造中凝胶形成的系统，所述系统包括： 聚合反应器，所述聚合反应器配置为使一种或多种原材料反应以形成聚酰胺； 所述聚合反应器下游的后段系统，所述后段系统配置为增加所述聚酰胺的分子量以形 成所述聚酰胺产物；和 凝胶时间控制单元，所述凝胶时间控制单元可操作连接至所述后段系统，并且配置为 当将所述后段系统从第一运行模式转化为第二运行模式时，对于所述后段系统估计凝胶时 间，其中所述凝胶时间基于至少与所述后段中的所述聚酰胺的温度，以及所述温度超过阈 值温度的时间相关的参数。
20. -种监控聚酰胺合成系统中凝胶形成的方法，所述方法包括： 将包括一种或多种原材料的第一批次进料至反应器； 激活凝胶控制单元，所述凝胶控制单元配置为产生第一单一批次凝胶数和连续批次凝 胶数，其中所述第一单一批次凝胶数和所述连续批次凝胶数至少基于所述反应器的温度高 于阈值温度的时间； 在所述反应器中将所述一种或多种原材料转化为第一聚酰胺产物； 从所述反应器传递所述第一聚酰胺产物； 将包含所述一种或多种原材料的第二批次进料至所述反应器；和 激活所述凝胶控制单元，所述凝胶控制单元配置为产生第二单一批次凝胶数并更新所 述连续批次凝胶数。
【文档编号】C08G69/28GK104151546SQ201410143098
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2013年5月1日
【发明者】唐纳德·J·福斯特, 查尔斯·R·克尔曼, 托马斯·A·米茨卡, 保罗·诺米科斯, 约翰·P·普安萨蒂 申请人:因温斯特技术公司