热虹吸酯化器的制造方法
【专利说明】热虹吸酯化器 发明领域
[0001] 本发明涉及新型热虹吸酯化器设计并且涉及实施此类新型设计的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 聚（对苯二甲酸乙二醇酯）（PET)树脂广泛地例如以纤维形式和瓶树脂（bottle resin)形式生产和使用。PET通常用于生产饮料和食品容器、热成型应用、纺织品和作为工 程树脂。PET是基于单体单元双-β -羟基对苯二甲酸酯的聚合物，通常由乙二醇和对苯二 甲酸（或对苯二甲酸二甲酯）形成。
[0003] PET的制造过程一般在一系列熔融相反应器内进行，所述反应器可以包括酯化器、 上流式预聚合器（UFPP)和后缩聚器（finisher)。这些反应器通常在超过270°C的温度下 操作，而工作压力从第一反应器（酯化器）中的超大气压力降至最终反应器（后缩聚器） 中几乎完全真空。
[0004] 用于PET生产的原料是乙二醇和苯二甲酸。对于生产聚酯纤维而言，苯二甲酸通 常为100%的对苯二甲酸，但对于瓶树脂而言，可以含有多达5%的间苯二甲酸。可以在任 何点添加催化剂和其他添加剂到方法中，但通常在UFPP的第一个塔盘之前的某个点注射。 在酯化器中，使乙二醇与对苯二甲酸经过酯化反应而反应，形成低聚物和作为副产物的水 蒸气。随后该低聚物在UFPP和后缩聚器中聚合，以形成带有作为副产物的乙二醇和水的 PET聚合物产物。
[0005] 虽然酯化和聚合两者在每个反应器中均可在某种程度上发生，但通常85-95%的 酯化反应在酯化器内完成。对于给定工厂生产量，酯化器的尺寸（即停留时间）和成本由 在所需的酯化器反应条件下（即温度和乙二醇与苯二甲酸的进料摩尔比例）实现足够酯化 的需要决定。酯化器一般可以消耗超过70%的对系统的能量输入，因为酯化器必须将进入 的反应物加热至酯化反应所需的温度，且此反应需要将水副产物和过量的乙二醇气化，该 气化驱动反应向前进行。
[0006] 已在PET生产系统内实施了多种酯化器设计，包括热虹吸酯化器。热虹吸酯化器 一般包含与热交换器组合的蒸气分离器。热交换器可具有：供流体用的竖直延伸的通道和 上部流体出口和下部流体入口，通过导管回路，上部出口与热虹吸系统的侧面联通且下部 入口与热虹吸系统的底部连接；容器中用于以维持恒定液位的速率连续抽出酯化产物的溢 流构件；容器上部中用于抽出蒸气的构件；以及用于将冷的反应进料混合物注射至热交换 器的下部流体入口中的构件。此类酯化器设计提供于例如Chapman和Temple的美国专利 号3, 927, 982,其通过引用结合在此。
[0007] 发明概述
[0008] 与其他类型的酯化器相比，尽管热虹吸酯化器提供强劲的搅拌和增强的热传递， 但其可能经常遭遇不稳定的再循环速率。这样的不稳定性可以引起在维持酯化器中流量 (inventory)控制方面的操作困难。因此，有利的是，提供经过修改的酯化器设计以提供增 加的再循环速率（recirculation rate)稳定性和总体的能量节约。
[0009] 本发明提供用于聚（对苯二甲酸乙二醇酯）生产中的热虹吸酯化器，其可以提供 更有效的PET生产过程。它还提供用于利用该酯化器的PET生产的系统和方法。本发明人 已发现与对热虹吸酯化器和利用这种酯化器的整个PET生产系统的某些特征的控制有关 的惊人经济效益。
[0010] 在本发明的一方面中，提供了改良的热虹吸酯化器设计，其包括：热交换部件、与 热交换部件流体联通的跨接管、蒸气分离部件和位于蒸气分离器内且与跨接管流体联通的 提升管挡板（riser baffle)部件。
[0011] 该热虹吸酯化器设计的提升管挡板的、蒸气分离器的和剩余组件的具体参数和特 征可变化；可以用于本文所述的系统的某些实施方案的某些示例性参数如下：
[0012] -在跨接管底部上方的提升管挡板的高度（HRB)可以处于以下范围内： DC(]/2 < HRB< F。，其中De。是跨接管的直径且1是从跨接管底部到蒸气分离器的其直径开始 变窄的高度处的高度。在一些实施方案中，提升管挡板包括底部边缘且跨接管包括底表面， 其中提升管挡板的底部边缘的最低点处于与跨接管的底表面相同的高度，且其中从底部边 缘处它的最低点起测量的提升管挡板的高度为跨接管的高度的至少一半。
[0013] -提升管挡板的上流侧的横截面积（ARu)可以与在提升管挡板顶部上方的蒸气分 离器的直径（Dvs)有关：0· 05 π (Dvs)2/4 彡 Aru彡 0· 95 π (D vs)2/4。
[0014] -提升管挡板的上流侧的横截面积（ARu)可以与在提升管挡板底部下方的蒸气分 离器的直径（D VSL )有关：0.05 π (〇VSL )/4^ Aru^ 0. 95 π (D VSL) /4〇
[0015] -提升管挡板壁的形状可以相对于来自跨接管的流入是凸出的或凹入的。
[0016] -提升管挡板的底部可以与水平线形成0至80度之间的角度。
[0017] -提升管挡板的顶部可以与水平线形成0至80度之间的角度。
[0018] -蒸气分离器可以是具有通向热虹吸管的底部盘形或圆锥形末端和通向蒸气出口 的顶部盘形或圆锥形末端的圆筒形容器。
[0019] -蒸气分离器可以是包括两个圆筒段的容器，一个竖直地安置在另一个上方且通 过锥形部分彼此接合，其中上圆筒段的直径比下圆筒段大。下圆筒段用底部盘形或圆锥形 末端接合至热虹吸管且上圆筒段通过顶部盘形或圆锥形末端接合至蒸气出口；
[0020] -从进料浆料注射点到提升管挡板顶部的竖直距离（HTS)可以大于或等于约8米， 即HTS彡8米。
[0021] -可以选择蒸气分离器的直径使得蒸气分离器中向上表观蒸气速度小于2米/ 秒，其中表观蒸气速度采用以下假设来计算：仅存的气体为水蒸气和乙二醇蒸气，酯化反应 100%完成，超过化学计量需要的所有乙二醇均气化且服从理想气体定律。
[0022] -提升管挡板顶部与蒸气分离器横截面开始减小的点之间的竖直距离HFB可处于 以下范围内：〇米彡H FB彡5米。
[0023] -在蒸气分离器顶部的蒸气空间中测量的操作压力可以超过1. 65个绝对大气压。
[0024] -可以将多达100%的聚合催化剂与浆料进料一起注射至酯化器中。
[0025] -酯化器的操作流量可以通过在热虹吸管中添加一个或多个直径扩大的段（即凸 出部分）而增加。
[0026] -凸出部分的直径（DB)可以在以下范围内：DTS彡DB< Dvs。
[0027] -热交换器中使用的管道的直径（DT)可以在以下范围内：0. 5英寸彡DT< 4英寸。
[0028] -热虹吸管的直径（DTS)可以超过0. 2米，即DTS彡0. 2米。
[0029] -跨接管的直径（DJ可以超过0· 2米，即Dc。彡0· 2米。
[0030] -操作液体流量与由热交换器提供的基于热交换器管道外径的传热表面积的比率 可以超过〇. 3立方米操作液体流量/平方米传热表面积；和/或
[0031] -热虹吸管向下流动腿的中心线与热虹吸管向上流动腿的中心线之间的水平距离 WCLS位于以下范围：(D HE+DVS) /2米< WCLS < ((DHE+DVS) /2+5)米，其中DHE是热交换器的直径 且Dvs是蒸气分离器在其最宽点处的直径。
[0032] 附图简述
[0033] 在已经这样一般地描述了本发明的情况下，现在将参考附图，其无需按比例绘制 且其中：
[0034] 图1是具有含有与其相关联的提升管挡板的灯泡形蒸气分离器的热虹吸酯化器 的不意图；
[0035] 图2是图1的热虹吸酯化器的示意图，其中标明了组件的各种参数；
[0036] 图3是穿过线A-A的图1的热虹吸酯化器的示意性横截面；
[0037] 图4是具有含有与其相关联的的提升管挡板的直边型（straight sided)蒸气分 离器的热虹吸酯化器的示意图；
[0038] 图5是图4的热虹吸酯化器的示意图，其中标明了组件的各种参数；
[0039] 图6是穿过线B-B的图4的热虹吸酯化器的示意性横截面；
[0040] 图7是具有含有与其相关联的提升管挡板的灯泡形蒸气分离器且在热虹吸管中 具有凸出部分的热虹吸酯化器的示意图；
[0041] 图8是图7的热虹吸酯化器的示意图，其中标明了组件的各种参数；
[0042] 图9是具有含有与其相关联的的提升管挡板的直边型蒸气分离器且在热虹吸管 中具有凸出部分的热虹吸酯化器的示意图；和
[0043] 图10是图9的热虹吸酯化器的示意图，其中标明了组件的各种参数。
[0044] 发明详述
[0045] 现在在下文中将参考展示一些但不是所有本发明实施例的附图来更充分地描述 本发明。实际上，本发明可以以许多不同形式具体化，且不应理解为局限于本文中所阐述的 实施例；更确切地，提供这些实施例以便本发明将符合适用的法律要求。全文中相似数字表 示相似元件。如本说明书和随后的权利要求中所