专利名称：连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统。
背景技术：
现有涤纶直接纺丝技术对温度、压力、牵伸度等工艺参数要求较高，而经过阳离子 改性后的聚酯物理化学性能、纺丝性能和使用性能都发生了一定变化，给直接纺丝带来更 大的困难，因此，目前国内外在纺制阳离子聚酯纤维时一般采用间歇縮聚和切片纺丝。但 是，切片纺丝工艺流程长、基建投资费用大、能量消耗大、生产成本高，间歇式生产每一批温 度、压力、原料配比、控制条件等都会出现偏差，难以达到一致，导致产品质量不稳定。
发明内容为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种连续生产阳离子改性聚酯熔体并
直接纺聚酯纤维的系统，该系统可以包括依次相连的给料系统、酯化反应系统、縮聚反应系
统和纺丝系统，所述縮聚反应系统与所述纺丝系统的连接方式可以为所述縮聚反应系统的
熔体出口连接所述纺丝系统的熔体进口 ，所述给料系统可以包括浆料配制槽，所述浆料配
制槽可以通过管道分别与PTA计量系统、乙二醇计量系统和催化剂计量系统相连。 所述酯化反应系统通常包括依次连接的第一酯化反应器和第二酯化反应器，所述
第二酯化反应器可以是一个区别于常规聚酯生产所用立式反应器的三腔室的卧式反应器，
所述卧式反应器的三个腔室中的相邻腔室一般采用隔板隔开，所述隔板上通常设有若干孔
洞，用于熔体可以从一室流入二室，进而从二室流入三室，所述三个腔室的顶面上可以分别
开有若干其他单体输入口 ，所述三个腔室一般分别设有各自的热媒加热盘管，用于分别控
制相应腔室的温度。 所述第二酯化反应器的所述三个腔室还可以分别设有各自的搅拌器，所述搅拌器 的上部可以安装有搅拌桨，下部可以安装有剪切轮和稳定轴承；所述热媒加热盘管通常采 用螺旋型盘管，可以使用液相热媒加热。 所述第二酯化反应器通常配有乙二醇气体回收冷却分离设备，所述回收冷却分离 设备可以设有乙二醇进口 、轻组分出口和重组分出口 ，所述重组分出口通常通过管道连接 所述第二酯化反应器的乙二醇进口 。 所述縮聚反应设备至少可以包括依次连接的预縮聚反应设备和终縮聚反应设备， 所述预縮聚反应设备和/或终縮聚反应设备可以设有刮板冷凝器，所述回收冷却分离设备 的乙二醇进口通常通过管道连接所述刮板冷凝器的乙二醇出口。 所述预縮聚反应设备通常采用立式全混反应器，所述立式全混反应器，一般为一
釜两室结构，分上下室，并设有连通上室和下室的控制阀，下室设有机械搅拌。 所述预縮聚反应器和终縮聚反应器通常都配有真空设备，所述真空设备可以由相
互配套的乙二醇蒸汽喷射泵和液环真空泵组成。 所述纺丝系统通常设有依次连接的静置混合器和纺丝箱体。[0011] 所述终縮聚反应器熔体出口与纺丝箱体熔体进口的管道上通常设有增压泵。所述 终縮聚反应器熔体出口与纺丝箱体熔体进口的管道上还可以设有分配阀，所述分配阀可以 连接旁路管道，所述旁路管道通常连接切片生产系统。 本实用新型的有益效果是将阳离子改性聚酯的连续合成和阳离子改性聚酯纤维 的熔体直纺整合在一条生产线上，阳离子改性聚酯所需第三单体在第二步酯化反应中加 入，并通过对第二酯化反应器进行的独特设计以及创新性引入对冷凝乙二醇进行精制除杂 的精制回收冷却分离塔系统，使连续式熔体达到纺丝要求聚合度，从而顺利解决了连续式 直接纺难以应用于阳离子聚酯纤维生产的困难，使聚酯在熔体状态下进入纺丝系统直接进 行纺丝，由此大幅度简化了整体的工艺过程，提高了阳离子改性聚酯纤维的生产效率，降低 生产成本的同时也稳定了产品质量；通过设置分配阀将纺纱系统冗余的熔体引入切片系 统，采用现有切片技术制成切片，可以有效地匹配各系统的产能，并且还可以在纺丝系统维 护等情况下将熔体制成切片。
图1是本实用新型的流程示意图。 图2是本实用新型中的第二酯化反应器示意图。 图3是本实用新型的流程和系统实施例I的示意图。 图4是本实用新型的流程和系统实施例II的示意图。
具体实施方式参见图l-4，本实用新型提供了一种连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯
纤维的系统，顺利解决了阳离子改性聚酯连续式熔体直接纺纤维的困难，提高了阳离子改
性聚酯熔体和纤维的生产效率，降低生产成本的同时也稳定了产品质量。 在酯化反应系统前一般设置与其配套的各种物料的贮存仓和浆料配制槽。PTA自
贮存仓可以通过回转阀连续出料，出料后物料通常进入振动筛，筛去夹带的异状杂物，随后
进入质量流量计，经过计量的PTA被连续送入浆料配制槽；原料乙二醇(MEG)自原料罐经输
送泵、质量流量计计量后按比例连续送入浆料配制槽；同时，采用间歇调配方式调配的縮聚
反应用三醋酸锑或乙二醇锑催化剂溶液从供料槽经液体质量流量计计量后按聚合比例也
连续送入浆料配制槽。根据实际生产配料标准，可以调整和改变催化剂以及后续的各种其
他单体，这些调整可以依据现有技术和其他相关技术，不会妨碍本实用新型的实施。 浆料配置槽中通常设有搅拌器，原料PTA， MEG以及三醋酸锑或乙二醇锑催化剂通
常在搅拌器的作用下充分混合，配制成聚酯合成反应所需要的恒定摩尔比(MEG/PTA)的浆
料，随后，浆料被浆料输送泵连续送入酯化反应系统。 酯化反应系统至少包括依次相连的第一酯化反应器和第二酯化反应器，至少可以 实现前后的两步酯化，在第一酯化反应器和第二酯化反应器之间也可以根据需要加入其它 酯化反应器，以实现更多步的酯化。所述第一酯化反应器和第二酯化反应器通常分别配备 对应的温度控制设备和用于乙二醇废气回收利用的回收冷却分离设备。调节所述温度控制 设备，以达到聚酯酯化反应所需温度；所述第二酯化反应器的所述回收冷却分离设备一般 为精制分离设备，所述精制分离设备可以设有用于引入所述预縮聚反应和/或所述终縮聚
4反应刮板冷凝器冷凝乙二醇的乙二醇进口，实现乙二醇凝液的精制除杂分离。所述精制分 离设备可以采用现有技术下的分离塔。 送入第一酯化反应器的浆料在搅拌器的作用下，充分反应并连续送入第二酯化反 应器，当熔体进入第二酯化反应器后添加阳离子改性聚酯合成所需其他单体并继续进行合 成反应。通过调节第一酯化反应器和第二酯化反应器的温度、压力和液位可以控制反应的 酯化率，第一步酯化的酯化率可以达到91%，第二步酯化的酯化率在96%以上。同时在分 离设备对第一酯化反应器乙二醇气体进行回收、冷却和分离，分离后的重组分乙二醇回流 到第一酯化反应器，轻组分冷凝后留在分离设备内作为回流液，其余作为酯化废水送入处 理系统。 第二酯化反应器一般是一个三室的卧式反应器，三个腔室通常依次相连，相邻腔 室间可以用隔板隔开，隔板上通常开有若干半圆形孔洞，熔体可以通过孔洞自一室流入二 室，进而流入三室；三个腔室顶部都开有若干个其他单体的输入口 ；其他单体可以根据生 产的需要从输入口添加到不同的第二步酯化反应的不同阶段，各室一般设有独立的热媒内 加热盘管，内加热盘管通常采用螺旋型盘管，材质可以为0Crl8Ni9，可以采用液相热媒加 热；各室通常还设有独立的搅拌器，搅拌桨可以安装在搅拌器的上部、剪切轮和稳定轴承安 装在搅拌器的下部，搅拌速度可调。 縮聚反应设备通常包括依次相连的预縮聚反应器和终縮聚反应器，所述预縮聚反
应器和终縮聚反应器通常都配有对应的真空设备、温度控制设备、刮板冷凝器和液封槽，真
空设备可以包括乙二醇喷射泵和真空泵，所述预縮聚反应器、终縮聚反应器和对应的真空
设备之间通常连有刮板冷凝器，所述刮冷器可以通过管道与液封槽相连。 所述预縮聚反应可以采用立式全混反应器，所述立式全混反应器一般为包括上室
和下室的一釜两室反应器，所述上室通常设有酯化物料入口 ，所述下室通常设有搅拌装置，
在所述上室和下室的连接处通常设有物料流动控制阀，打开所述控制阀，上室的反应物料
可以流入下室，所述下室设有搅拌装置，上室不设搅拌装置，利用气流搅拌，下室的搅拌装
置可以为机械搅拌。 达到一定酯化率的熔体从第二酯化反应器出料后连续送入预縮聚反应器，调节预 縮聚反应器配备的的温度控制设备，使温度达到聚酯预縮聚反应所需温度，送入预縮聚反 应器的熔体在真空条件和搅拌器的作用下充分反应，绝对操作压力一般控制在8-20mbar 左右，同时，可以采用乙二醇喷淋捕集汽相中的乙二醇及夹带物，以循环冷却水作为冷却介 质，收集的乙二醇气体经刮板冷凝器冷凝后存放在液封槽中，通常采出送入第二酯化反应 的精制分离设备，进行除杂精制分离。 预縮聚反应器下部一般装有夹套阀，熔体可以通过齿轮泵出料，送入终縮聚反应 器中。可以调节终縮聚反应器配备的温度控制设备，以达到聚酯终縮聚反应所需温度，送 入终縮聚反应器的熔体在真空条件和搅拌器的作用下充分反应，绝对操作压力通常控制在 3mbar左右；终縮聚反应器可以通过乙二醇蒸汽喷射创造真空环境，用液环泵作为它的排 气级，喷射乙二醇蒸汽的喷射泵连有乙二醇蒸发器，为喷射泵提供动力蒸汽，为控制终縮聚 系统真空度，采用冷冻水作为乙二醇喷淋液的冷却介质，调节真空度使熔体的聚合度达到 纺丝要求。 具备纺丝所需聚合度的熔体通常通过 轮泵的作用，从终縮聚反应器中流出，在一定压力下经终縮聚熔体过滤器过滤后，进入熔体夹套管并输送至分配阀，通过分配阀的
熔体被均匀分配至各条纺丝箱体配备的静态混合器以达到相同的纺丝温度和粘度，然后进 入纺丝箱体进行纺丝，随后完成丝条的牵伸、包装、贮存和运输。 为了满足纺丝所需要的熔体压力，在熔体输送管道中通常设置有增压泵，同时，为 了克服熔体经过增压泵后所产生的温升，保证熔体的质量，增压泵后还可以设有熔体冷却 器。 本装置的阳离子聚酯酯化反应系统、縮聚系统和阳离子聚酯纤维纺丝系统所用热 源均由热媒站提供，热媒循环泵将恒定温度的热媒(大约32(TC)送至阳离子聚酯酯化反应 系统、縮聚系统和阳离子聚酯纤维纺丝系统，使用后温度降低的热媒通过循环管路回到热 媒站，即完成一次热媒闭环系统。另一方面，为平衡热媒温度升高而产生的体积膨胀，在阳 离子聚酯酯化反应系统和縮聚反应系统组成的合成装置的最高处设置热媒膨胀槽以平衡 体积变化量，同时在热媒站设置热媒收集槽，在停车或遇到其他紧急情况时，接收聚酯装置 排放的热媒，送至合成装置中每个供热回路循环的热媒即为二次热媒。通过调节进入每个 二次回路的一次热媒量，可以控制二次热媒的温度，实现工艺上对每个设备不同温度的要 求。 所述终縮聚反应器的熔体出口通常连接熔体输送管道，熔体输送管道并通过分配 阀可以连接有旁路管道，所述旁路管道连接切片生产系统。 当纺丝装置停止工作、改变产品品种或降低负荷时，完成终縮聚后的熔体可以送 入切片生产系统进行铸带切粒、包装、贮存。因此，在终縮聚反应器后开设了一条切粒生产 线，配有换热器冷却循环系统，冷却介质采用除盐水。
权利要求一种连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特征在于包括依次相连的给料系统、酯化反应系统、缩聚反应系统和纺丝系统，所述缩聚反应系统与所述纺丝系统的连接方式为所述缩聚反应系统的熔体出口连接所述纺丝系统的熔体进口，所述给料系统包括浆料配制槽，所述浆料配制槽通过管道分别与PTA计量系统、乙二醇计量系统和催化剂计量系统相连。
2. 根据权利要求1所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特 征在于所述酯化反应系统包括依次连接的第一酯化反应器和第二酯化反应器，所述第二酯 化反应器是一个区别于常规聚酯生产所用立式反应器的三腔室的卧式反应器，所述卧式反 应器的三个腔室中的相邻腔室采用隔板隔开，所述隔板上设有若干孔洞，用于熔体从一室 流入二室，进而从二室流入三室，所述三个腔室的顶面上分别开有若干其他单体输入口 ，所 述三个腔室分别设有各自的热媒加热盘管，用于分别控制相应腔室的温度。
3. 根据权利要求1或2所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统， 其特征在于所述第二酯化反应器的所述三个腔室还分别设有各自的搅拌器，所述搅拌器的 上部安装有搅拌桨，下部安装有剪切轮和稳定轴承；所述热媒加热盘管采用螺旋型盘管，使 用液相热媒加热。
4. 根据权利要求3所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特 征在于所述第二酯化反应器配有乙二醇气体回收冷却分离设备，所述回收冷却分离设备设 有乙二醇进口、轻组分出口和重组分出口，所述重组分出口通过管道连接所述第二酯化反 应器的乙二醇进口。
5. 根据权利要求4所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特 征在于所述縮聚反应设备至少包括依次连接的预縮聚反应设备和终縮聚反应设备，所述预 縮聚反应设备和/或终縮聚反应设备设有刮板冷凝器，所述回收冷却分离设备的乙二醇进 口通过管道连接所述刮板冷凝器的乙二醇出口 。
6. 根据权利要求5所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特 征在于所述预縮聚反应设备采用立式全混反应器，所述立式全混反应器，为一釜两室结构， 分上下室，并设有连通上室和下室的控制阀，下室设有机械搅拌。
7. 根据权利要求3、4、5或6所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系 统，其特征在于所述预縮聚反应器和终縮聚反应器都配有真空设备，所述真空设备由相互 配套的乙二醇蒸汽喷射泵和液环真空泵组成。
8. 根据权利要求7所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特 征在于所述纺丝系统设有依次连接的静置混合器和纺丝箱体。
9. 根据权利要求8所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其特 征在于所述终縮聚反应器熔体出口与纺丝箱体熔体进口的管道上设有增压泵。
10. 根据权利要求9所述连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，其 特征在于所述终縮聚反应器熔体出口与纺丝箱体熔体进口的管道上还设有分配阀，并通过 所述分配阀连接旁路管道，所述旁路管道连接切片生产系统。
专利摘要本实用新型涉及一种连续生产阳离子改性聚酯熔体并直接纺聚酯纤维的系统，该系统包括依次相连的给料系统、酯化反应系统、缩聚反应系统和纺丝系统，所述缩聚反应系统与所述纺丝系统的连接方式为所述缩聚反应系统的熔体出口连接所述纺丝系统的熔体进口，所述给料系统包括浆料配制槽，所述浆料配制槽通过管道分别与PTA计量系统、乙二醇计量系统和催化剂计量系统相连，所述酯化反应系统至少包括第一酯化反应器和第二酯化反应器，其中第二酯化反应器采用针对阳离子聚酯生产特殊设计的卧式分室反应器。本实用新型可以实现阳离子改性聚酯连续式生产并实现熔体直接纺，提高了阳离子改性聚酯熔体和纤维的生产效率，有利于降低生产成本，稳定产品质量。
文档编号D01D4/06GK201485548SQ20092017300
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者丰存礼, 周华堂, 王伟, 许贤文, 谭燕, 顾爱军, 黄志恭 申请人:中国石油天然气集团公司;中国纺织工业设计院