专利名称：聚酯(pet)固相增粘工艺及其生产装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高聚物固相缩聚工艺及其专用生产装置-一种自动充填排放真空转鼓系统。
聚酯(PET)固相缩聚增粘产品，已广泛用于中空容器及产业用丝。在食品容器方面，由于食品容器的要求极其严格，而增粘聚酯是唯一能满足其使用要求的新型材料。预计到2000年用于中空容器包装的增粘树脂用量将达280万吨(《石油化工技术经济》1991年第3期)，以增粘聚酯为原料的产业用丝(强力丝)涉及面更广;如线、带、绳、缆等原料;蓬帐用丝，包括各种用途的蓬布和帐蓬;渔业、水产养殖用丝;人造革毡、瓦等基材用丝等等。尤其轿车、轻卡采用涤纶(聚酯)帘子线为突出，是我国化工部重点开发品种;机械用橡胶骨架也是其重要应用领域;并正向工程塑料等领域进行开拓应用工作，其应用前景十分广阔。
目前已工业化的聚酯(PET)增粘工艺及大生产装置有三类第一类为液相缩聚增粘工艺及其装置，该工艺对装置的搅拌条件要求高，难以控制，易发生付反应，从而影响产品的质量，且不易控制生产不同等级的产品。
第二类为“气流式”固相增粘工艺及其装置，通常采用氮气作热载体，对循环的气流的稳定性及脱水、净化及微量氧的脱除要求严格，工艺过程复杂，流程长不易控制，易结块，增粘产品粘度分散性大，色度差，乙醛含量高，且整个工艺装置对厂房要求高，耗能大，设备投资大等缺陷。
第三类为真空转鼓式固相增粘工艺及其装置，采用圆柱形的鼓体其长径比为1∶1.5-1∶1.8(如西德Karl Fisher公司)(图九)和日本三菱的鼓体为双锥形结构(图十)结构复杂，物料易粘结成块，传热混合效率差。多采用球阀，虽启闭灵活，但不易密封，易泄漏，只能手动操作，系统的真空度低，严格的升温过程难以控制;转鼓拖动功率大，低速运转不稳定，未能实现转鼓自动对位衔接及阀门自动循序程序操作的工艺过程的自动化，因此生产过程中不能进行自动充填排放，生产效率低，反应产物质量分散性大，能耗大，且联苯醚加热介质污染操作环境。厂房面积要求大，投资大等缺陷。
本发明的目的是克服现有的聚酯(PET)工艺及其装置存在的诸多缺陷，使其增粘工艺过程中，在最佳的温度范围内，保持较高的真空度，便于操作，实现自动充填和排放，提高产品的质量及生产效率，降低能耗和成本，减少环境污染，解决装置占地面积大，投资费用高等问题。
本发明的聚酯(PET)固相增粘工艺特征是将[η]为0.4-0.65的无定型透明聚酯(PET)为原料在真空转鼓中干燥，温度为170-190℃最佳干燥温度为175℃，保持4-6小时，然后在230-265℃经4-30小时恒温增粘，转鼓的真空度为1100-13Pa，鼓的转速为10-1转/分得到结晶的白色的增粘聚酯产品。其最佳的缩聚增粘温度为265℃±1℃，较好的真空度为66-13Pa，最好是13Pa，较好增粘时间为4-20小时。鼓的最佳转速为1转/分。可根据需要通过调节控制上述工艺参数(温度，真空度、时间)范围获得[η]为0.65-1.5不同品级的增粘聚酯产品。所得不同增粘的聚酯产品，粘度分散性小，品质高，聚酯固相增粘工艺流程见图一、图二。
本发明的聚酯增粘工艺的生产装置，是一种自动充填排放-真空转鼓系统，主要由1、筛选负压上料装置;2、电子称量槽;3、圆柱式真空鼓;4、排料槽;5、固体物料真空阀;6、对位衔接装置;7、导热油循环加热冷却装置;8、真空产生装置;9、检控系统等组成。
本发明装置技术特征之一是所述的圆柱式真空鼓是采用长径比为1的圆柱式真空转鼓(图三<4>)，鼓的容积是2-16M，较好为8M，该鼓为夹层内导流片结构(即夹层导流式液相导热油循环加热冷却系统(图一、二<5>)。使鼓的工作温度均匀稳定，温度调配性好，物料在鼓内混合及传热效率高，产生的物料粉少。见分别在图三、四、五中的(20)转鼓夹层;(22)转鼓不锈钢(1Cr18Ni9Ti)内胆;(23)由20＃锅炉板或16MnR压容板加工的转鼓外壳;(24)导热油导流片;(36)用于观察反应动态的转鼓观察窗。转鼓传动方式由(15)传动齿轮;(16)滚动轴承(17)大比率行星摆线针轮减速器;(18)滑差电机及(19)抱闸制动器组成的转鼓拖动传动链带动转鼓转动，滑动电机低速运转时的特性曲线有足够的机械硬度，且转鼓采用滚动支承，实现了低速1转/每分左右，调速范围为十倍，即1-10转/分，并可低功率运行，使转鼓处于较佳的功能态。如本发明的8M3转鼓，实际拖动功率仅3KW(装接功率5.5KW)。本发明采用的传动链及滚动支承使维修量大大减少，而且鼓的运行精度高，加热端无泄漏，抽真空端真空度保持在1100-13Pa。转鼓的真空发生装置图(一、二<6>)由机械增压泵组(型号JEJS-150)组成。转鼓的导热油循环加热冷却装置系统(5)，该系统由长寿命电热元件组成，总功率为100KW，配有5M3热交换器(图一和图二中<8>)高温分离型屏蔽泵进行开路循环。本系统热惰性小，温度调配灵敏，准确，可进行快速升降温，运行安全稳定，不污染操作环境。
本发明装置特征之二是固体物料真空阀采用气动、随动式固体物料真空阀，该真阀采用座式结构，自动启闭操作时，阀可作上下升降与水平移动两个动作，通过联杆机构实现联动。见图七(31)固体物料真空阀;(32)气动执行机构;图八(33)阀门上下运动联杆机构;(34)阀体;(35)阀座。阀动作灵活轻便，保证了本发明自动操作所需的稳定性和可靠性，具有结构紧凑，密封可靠的特点，并在300℃温度下，能实现和保持系统的真空度，而且工艺过程自动循序启闭，解决了聚酯固体物料在真空状态下的密闭系统和提高固体物料通过阀的充填排放能力。
本发明装置的技术特征之三是由感应式转鼓位置控制的密封自动对位装置见图六由(27)气动式不锈钢波纹管升降机构;(29)衔接接头A;(30)衔接接头B;(26)悬挂机构;(28)联锁保险装置;(25)观察窗组成。通过自动对接，实现电子称量槽与转鼓，转鼓与转鼓(当工艺装置是两鼓以上的多鼓系列装置时)转鼓与放料槽或恒温槽之间的密封衔接。
为保证真空转鼓系统在近300℃工艺过程中，保持可达13Pa的高真空度，及液相加热端无滴漏，本发明的生产装置，采用了膨胀石墨浸四氟乙烯多层填料或密封环。
本发明系统中采用的恒温槽，图二中(12)，可实现挤出机的真空喂料，从而可提高挤出质量和挤出量。
本发明由上述技术特征经优化组合自动充填排放真空转鼓系统的生产装置，实现了自动循序操作，原料自动进入电子称量槽，即在系统的真空状态下，完成固相增粘，和产品的自动排放。并保证了高效率和产品的质量。本发明的聚酯固相增粘工艺生产装置是采用垂直工艺流程，物料在系统中借助自动对接装置，在真空状态下，由上而下实现固相增粘反应过程。首先经筛选分级装置(图二<13>)后的固体物料，通过负压上料装置(图二<14>)进入电子称量槽(图一<1>);筛分上料装置对物料适应性强，可以是常规聚脂切片，也可以是松散形多孔回收料;进入电子称量槽的物料，借助称量槽与固相反应器(图一中<4><转鼓>)之间的密封自动对接装置(图一、二<3>)和气动、随动式固体物料真空阀(图一、二<2>)的循序自动操作，向鼓充料;充料结束，衔接头(图六<29><30>)解除，阀门(图八)关闭，鼓运转升温，鼓采用夹层式(图四<20>)导热油循环加热冷却装置(图五<5>)，温度可达170-190℃左右，经干燥后的切片通过鼓之间的对接(图一、二<3>)及阀门(图八)自动启闭，物料进入第二转鼓，鼓的动态真空度可保持在66-13Pa及高温230-265℃继续增粘，以获得超高分子量聚酯切片，反应结束后，物料可在真空状态下进行冷却，保持反应物料较高的白度(也可在第二反应转鼓中将物料冷却到170℃左右，直接喂入深加工装置)然后排到放料斗(图一<9>)，冷却后的物料，通过称量缝包机(图一<10>)进行包装。如生产装置的自动充填排放真空转鼓系统为单鼓单系列，则上述反应在同一真空转鼓中进行，即经170-190℃左右干燥后，调节真空转鼓的温度，真空度与上述第二鼓的相同条件即可按上述工艺步骤完成。
本发明生产装置-自动充填排放真空转鼓系统，仅单系列的装置的生产能力大于现有技术的装置，且产品调配性好，可按要求调节工艺参数，如增粘温度、时间、真空度而得到预定的从[η]为0.65-1.5范围内高质量品质的产品。本发明的优化组合系统可组成单鼓单系列、双鼓单系列、三鼓单系列、四鼓单系列、五鼓单系列;也可组成不同要求的双系列。其灵活性、可靠性远远超过现有装置水平。
本发明的装置还可用于其他高聚物的固相增粘，如聚对苯二甲酸丁二酯(PBT);尼龙聚碳(PC)等以及高聚物切片干燥。
本发明装置具有操作费用低，系统稳定灵活，不需要经常维修，占地面积小，一次性投资费用少等特点。比已有技术的聚酯(PET)固相增粘的工艺设备装置具有较多的优点和显著效益，如附表一、不同聚酯(PET)固相增粘工艺及其装置的比较。
图一、聚酯(PET)固相增粘工艺流程图(Ⅰ)1、电子称量槽2、气动、随动式固体物料真空阀3、密封自动对衔接装置4、固相反应器(圆柱式真空转鼓)5、导热油循环加热冷却装置6、真空产生装置7、吸附塔8、热交换器9、放料斗10、称量缝包机11、活动料车图二、聚酯(PET)固相增粘(或干燥)工艺流程图(Ⅱ)12、恒温槽13、振动筛(筛选分级装置)14、负压上料装置图三、真空转鼓转动传动装置15、传动齿轮16、滚动轴承17、大比率行星摆线针轮减速器18、滑差电机
36、观察窗19、抱闸制动器图四、转鼓系统图20、转鼓夹层21、膨胀石墨浸四氟乙烯密封材料图五、真空鼓导流片图22、转鼓不锈钢内胆23、转鼓外壳24、导热油导流片图六、密封自动衔接装置25、观察窗26、悬挂杆27、不锈钢波纹管28、联锁保险装置29、衔接接头A30、衔接接头B图七、固体物料真空阀及气动执行机构31、固体物料真空阀32、气动执行机构图八、固体物料真空阀剖面图;
33、阀门上下运动联杆机构;
34、阀体35、阀座图九、圆柱形转鼓(已有技术)图十、双锥形转鼓(已有技术)实施例1将[η]为0.64、Tm为256℃的无定型聚酯(PET)(金山石化总公司料)原料3.5吨，投入自动充填排放8M3真空转鼓装置(单鼓单系列)中，在温度170-175℃干燥5小时，控制真空度为13Pa，在248℃恒温增粘28小时得到增粘的聚酯产品[η]＝1.0±0.02、Tm1＝268℃±1℃，熔化热119.19卡/克，结晶度64%色泽为白色。
实施例2将[η]为0.64、Tm为253℃的无定型聚酯(PET)(仪征化学公司料)原料2.4吨，投入实例1同样的装置中，175℃干燥5小时，控制真空度为13Pa，在250℃恒温增粘22小时，得[η]＝0.86、Tm＝253℃±1℃，熔化热16.28卡/克，结晶度54%，白色结晶聚酯(PET)粒料。
实施例3在实例1的同样装置中，投入[η]为0.64、Tm＝253℃的无定型聚酯(PET)(仪征化学公司料)原料2.4吨，175℃干燥5小时，控制真空度为13Pa，在238℃恒温增粘21小时，得到增粘聚酯(PET)产品，[η]＝0.77、Tm＝253℃±1℃，熔化热15.89卡/克，结晶度53%，色泽为白色结晶粒料。
＊用Perkin-Elmer-DSC-Ⅳ(示差扫描量热计)测Tm、熔化热，升温速度为20℃/分，用In校准。
结晶度＝ (熔化热(卡/克))/(30(卡/克)) ×100%
权利要求
1.一种聚酯(PET)固相增粘工艺，其特征是将[η]为0.4-0.65的聚酯在长径比为1的圆柱式真空转鼓中加热干燥，温度为170-190℃，保持4-6小时，然后在230°-265℃经4-30小时恒温增粘，转鼓的真空度为1100-13Pa，鼓的转速为10-1转/分。
2.如权利要求1所述的增粘工艺，其特征在于聚酯在真空转鼓中最佳干燥温度为175℃。
3.如权利要求1所述的增粘工艺，其特征在于聚酯在真空转鼓中最佳增粘温度为265℃±1℃。
4.如权利要求1所述的增粘工艺，其特征在于在真空转鼓中较好增粘时间为8-20小时。
5.如权利要求1所述的增粘工艺，其特征在于真空鼓的较好真空度是66-13Pa，最好是13Pa。
6.如权利要求1所述的增粘工艺，其特征在于鼓的最佳转速为1转/分。
7.一种用于权利要求1所述的聚酯增粘工艺的生产装置，主要由筛选负压上料装置;电子称量槽;圆柱式真空转鼓装置;排料槽;真空阀门;对位衔接装置;导热油循环加热冷却装置;检控系统组成，其特征在于采用长径比为1的圆柱式真空转鼓，该鼓采用夹层内导流片结构(即夹层导流式液相导热油循环加热冷却系统);气动、随动式固体物料真空阀;由感应式转鼓位置控制的密封自动对接装置经优化组合的自动充填排放的真空转鼓系统，与转鼓的真空产生装置是机械增压泵组(JEJS-150);转鼓传动方式由传动齿轮、滚动轴承，大比率行星摆线针轮减速器、滑差电机、抱闸制动器组成的，转鼓拖动传动链实现。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于圆柱式真空转鼓上装有观察窗。
9.如权利要求7所述装置，其特征在于真空转鼓系统的高温密封材料是膨胀石墨浸四氟乙烯的多层填料或密封环。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于真空鼓的容积为2M3～16M3。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于真空鼓的最佳容积为8M3。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述的真空鼓外壳材料为20＃锅炉板或16MnR压容板。
13.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述的气动，随动式固体物料真空阀采用座式结构，自动启闭操作时，阀可作上下升降与水平位移两个动作，通过联杆机构实现联动。
14.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述的密封自动对接装置由气动式不锈钢波纹管升降机构，衔接接头，悬挂机构，联锁保险装置组成。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于密封自动对接装置上装有观察窗。
16.如权利要求7、9、10、11、12、13所述的装置，其特征在于优化组合系统可以是单鼓单系列，双鼓单系列，三鼓单系列、四鼓单系列、五鼓单系列中的一种。
17.如权利要求8、14所述的装置，其特征在于优化组合系统可以是单鼓单系列，双鼓单系列、三鼓单系列、四鼓单系列、五鼓单系列中的一种。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于优化组合系统是双系列。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于优化组合系统是双系列。
全文摘要
本发明为聚酯(PET)固相缩聚增粘工艺及其生产装置。将(η)为0.45—0.65的聚酯(PET)在设计的真空转鼓中经230°—265℃恒温增粘，得到(η)为0.65—1.5的产品。其生产装置采用气动、随动固体物料真空阀，密封自动对位装置等技术特征优化组合的自动充填排放真空转鼓系统。在300℃以下，真空度可控制在1100—13Pa，根据需要调节工艺参数(温度、真空度、时间)可生产出不同等级高品质的增粘聚酯产品。该装置生产效率高，能耗小，占地面积少，且投资费用低的优点。
文档编号C08G63/90GK1067902SQ9210327
公开日1993年1月13日 申请日期1992年5月9日 优先权日1992年5月9日
发明者杨天泽 申请人:杨天泽