采用流体控制的结晶器温度控制方法

专利名称：采用流体控制的结晶器温度控制方法
技术领域：
本发明 一般性涉及使聚合物粒料结晶的方法和系统，更具体地说涉 及使聚酯粒料结晶的方法和系统。
背景技术：
热塑性树脂用于许多的工业应用。聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯
(PET)、聚萘二曱酸乙二醇酯(PEN)和类似的聚合物和共聚物，尤其，具 有变成大宗商品，它们的制造方法是大家所熟知和成熟的。聚酯的应用 包括食品、饮料和其它液体容器以及合成纤维。几种聚酯如PET能够以 无定形和半结晶形式存在。无定形的PET是透明的，而结晶PET是不 透明的。
在常规的PET方法中，PET是通过在反应容器中对苯二曱酸和乙二 醇的酯化形成预聚合混合物来形成的。该酯化不必是催化的。该预聚合 糊料随后被加热以促进聚合反应。所得混合物然后在合适催化剂存在下 在升高的温度例如285。C下进行熔融缩聚。Sn、 Sb、 Ge、 Ti或其它元素 的化合物已经用作缩聚催化剂。聚合物直接从缩聚反应器中挤出成线 料。热的、挤出条与冷水接触，然后被切成粒料，干燥，并在料仓中贮 存，然后进行结晶。
其中在制粒之前线料被拉伸的制粒方法已公开在美国专利No. 5,310,515中。 一般看法表明，粒料的至少表面必须被冷却至20°C-30°C 以避免在贮存过程中的熔结。在贮存过程中，来自粒料的较热内部的热 量净皮分布在整个粒料中。因此，温热的粒料，即，外部明显高于20°C-30°C 的粒料，会在温度平衡之后的贮存过程中发生团聚。除了由与水接触所 引起的温度的下降，该粒料能够进一步用冷的空气、氮气或惰性气体冷 却至所需温度。该粒料^1贮存，然后再加热到所需的结晶温度。加热、 冷却和再加热的这些步骤会在已是耗能多的方法中导致明显的能量负
担。热的粒料的结晶能够在结晶用振荡器或流化床中完成。固体固定化 (statmg)用来同时提高特性粘度和除去乙醛。
参考

图1A、 1B和1C,提供了 PET生产装置的图解。PET处理装置10包括混合罐12,在其中对苯二甲酸("TPA")和乙二醇("EG")被混合 形成预聚合糊料。该预聚合糊料被转移到酯化反应器14中并在其中加 热，形成酯化的单体。在酯化反应器14内的压力经过调节来控制乙二 醇的沸点并帮助产物移动至酯化反应器16。来自酯化反应器14的单体 在酯化反应器16中进行附加的加热，但这一次是在比酯化反应器14中 更低的压力下。接着，来自酯化反应器16的单体被引入预聚物反应器 18中。该单体在预聚物反应器18内时在真空下加热，形成预聚物。预 聚物的比浓对数粘度在预聚物反应器18内开始提高。在预聚物反应器 18中形成的预聚物顺序地被引入到缩聚反应器20中和然后引入到缩聚 反应器22。在比预聚物反应器18中更大的真空度下，该预聚物在缩聚 反应器20、 22中的每一个中被加热，从而使聚合物链长度和比浓对数 粘度得到提高。在最终缩聚反应器之后，PET聚合物通过泵24在压力 下移动通过过滤器26、 28和通过口才莫30、 32、 34,形成PET线料36、 38、 40(参见图1B)。
参考图1B,举例说明形成聚酯粒料的方法。挤出的聚合物线料36、 38、 40当线料从口才莫30、 32、 34中出来时,皮喷射到线料上的水流42、 44、 46冷却。在从口模30、 32、 34中出来之后，在线料趁热时，线料 36、 38、 40被切刀54、 56、 58切成粒料48、 50、 52。以这一方式形成 的聚酯粒料倾向于具有圆柱形状，但是能够改变成立方体形、八字形或 其它形状。在该方法的这一点上，聚酯粒料通常是无定形的。聚酯粒料 典型地在运输到消费者之前进行结晶。该结晶允许在更高的温度下的后 续干燥，因此聚酯可以根据需要被挤出。聚酯粒料的结晶典型地通过将 粒料再加热到高于结晶温度的温度来实现。随着该粒料结晶，由于结晶
的所产生热量，引来了附加热量。这一附加热量倾向于使得粒料变柔软 并彼此粘附。因此，将该粒料加以搅动以避免它们由于4欠化而粘附在一 起。在结晶后，该粒料一般通过让惰性气体通过热的粒料周围来进行固 体固定化以提高比浓对数粘度。
参考图1C，提供了备选的粒料形成方法的示意图。在这一变型中， 从口模66、 68、 70出来的线料60、 62、 64在水面下一皮才莫面切刀80、 82、 84切成粒料72、 74、 76。在这变型中，挤出的聚酯线料在离开口模66、 68、 70之后在水面之下完全地浸没和被切断。以这一方式形成的粒料 72、 74、 76倾向于具有球形，归因于当在水中出现时该熔化聚酯的表面张力。最初，在切断后，粒泮十72、 74、 76仍然在内部^f呆留相当大量的 热量。随后，粒料/水混合物经由输送系统92被送至千燥器90。有用干 燥器的例子包括从水中除去粒料72、 74、 76的向心干燥器。在离开干 燥器90之后，附加的水由于粒料72、 74、 76的热量而沸腾，在从干燥 器90中出来之后该热量仍然较高。如果该粒料/水混合物足够快速地传 输到干燥器，则聚酯粒料可以保留足够的热量以使结晶发生。粒料72、 74 、 76然后被转移至结晶器94中，在其中它们停留 一段停留时间(约2-20 分钟)以使结晶发生。结晶器94还提供足够的搅动作用以阻止聚酯粒料 粘附在一起。
国际专利申请No. WO2004/033174和美国专利申请No 20050110182和20050110184 7〉开了使聚合物粒料结晶的方法。国际专 利申请No WO2004/033174 7>开一种方法，其中聚合物粒料在液体浴(例 如，水浴)中在升高的温度下处理，以诱发结晶。美国专利申请No 20050110182和20050110184 乂>开一种方法，其中空气,皮注入到图1C 的粒料/水淤浆中，以便迅速地传输该粒料至干燥器90并通过该干燥器 90。
在结晶后，粒料72、 74、 76被密相输送系统96传输到一个或多个 粒料加工站。该密相输送系统利用空气将粒料从一个位置移动至另 一个 位置。例如，该粒料被传输到共混料仓，在其中可以调节粒料的平均性 质。在该共混料仓中，聚酯粒料被混合在一起以达到目标规格。该规格 可以与颜色、分子量、催化剂浓度、添加剂浓度、密度，等等有关。在 再另一个实例中，该粒料被传输到固体固定化(statmg)工艺反应器。应当 指出，在本申请中密相输送系统倾向于比稀相输送系统更有用，因为稀 相输送系统能够导致粒料的表面被熔化或具有高的冲击速度，由此形成 不想要的长条物和微细物。
虽然用于制造聚合物粒料和尤其聚酯粒料的这些方法和系统工作 良好，但是该设备倾向于在制造和维护上都显得昂贵。典型的PET制造 流水线可以包括几个结晶器，它们中的每一个采用非常大型的马达并且 在制造厂中占据较大的占地面积。此类结晶器的初始投资可以容易地超 过百万美元。
因此，仍然需求较为廉价地安装、操作和维护的聚合物加工设备和 方法。发明概述
本发明通过在至少一个实施方案中提供使多个聚合物粒料结晶的 方法来克服一个或多个问题。本实施方案的方法包括一个步骤，在该步 骤中多个聚合物粒料被引入结晶器中。为了使结晶变得可能，该聚合物 粒料必须由可结晶的 一种或多种聚合物形成。此类可结晶聚合物通过结 晶温度和熔化温度来表征。另外，该多个聚合物粒料通过平均粒料温度 来表征。该多个聚合物粒料在初始平均温度下被引入结晶器中。当处在 结晶器内时，该多个粒料与流体接触，以调节平均粒料温度。该流体被 I入到结晶器内的接触区域。该流体通过具有足够的温度以使该多个聚 合物粒料发生至少部分结晶，同时保持平均粒料温度低于熔化温度，来 调节粒料的温度。最终，多个聚合物粒料从结晶器的出口移出。有利地， 在本实施方案中使用的流体是液体或气体。
在本发明的另 一个实施方案中，提供了用于使聚合物粒料结晶的结 晶器。这一 实施方案的结晶器包括用于接收多个聚合物粒料的入口和用 于移出粒料的出口。该结晶器进一步包括用于将多个粒料与温度调节用 流体接触的流体施加器。结晶器还包括用于将多个粒料从第 一位置传输 到第二位置的输送器。在这一实施方案的变型中，该输送器以使得粒料 向着出口移动的方式振动该粒料。有利地，该输送器也在输送过程中搅 动该粒料，由此粒料的粘附或凝固在 一起的现象减到最少。
本发明的附加优点和实施方案将,人说明书的名又述变得清楚，或可通
过本发明的实践来学习到。本发明的附加优点也将利用在所附权利要求 中具体指出的要素和组合来实现和达到。因此，可以理解的是，以上一
般叙述和下面详细的叙述两者都是本发明某些实施方案的举例和说明， 并且不限制所要求的发明。
附图简述
图1是通过缩聚反应器的聚酯生产线的示意图1B是聚酯生产线的示意图，它显示了在缩聚反应器之后使用切 刀形成聚酯粒料的加工过程；
图1C是聚酯生产线的示意图，它显示了在缩聚反应器之后使用端 平面切刀形成聚酯粒料的加工过程；
9图2是可用于本发明的方法中的结晶器实施方案的示意图； 图3是具有开放顶部的结晶器实施方案的示意图； 图4是具有排放口以移出液体的结晶器实施方案的示意图； 图5是结晶器实施方案的示意图，其中空气的直接气流被引导通过 该粒料；
图6A是采用隔离物协助输送该聚合物粒料的结晶器实施方案的示 意图6B是采用螺旋运动输送该聚合物粒料的结晶器实施方案的示意
图7是使用图6A的结晶器输送该聚合物粒料的结晶器系统的侧视
图8A是使用图6B的结晶器输送该聚合物粒料的结晶器系统的侧视 图；和
图8B是使用图6A的结晶器输送该聚合物粒料的结晶器系统的前视图。
发明详述
现在详细叙述本发明的目前优选的组合物、实施方案和方法，它们 构成了目前为发明人已知的实施本发明的最佳方式。附图不一定按比 例。然而，可以理解的是，所公开的实施方案积J又是以各种和备选形式 概括的本发明的举例。因此，在这里公开的细节不被解释是限制性的， 但仅仅是作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域中技 术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。
除在实施例中外，或当另外特意指明时，否则，在本说明书的叙述 部分中指明反应和/或使用的材料或条件的全部数量应该被理解为在描
述本发明的最宽范围时被词"约"修饰。在所述的数值限度内的实施一般 是优选的。同时，除非特意有相反的指示，否则百分数，"份"和比率 值是按重量计；术语"聚合物"包括"低聚物"、"共聚物"、"三元共聚物"， 等等；对于与本发明相关的给定目的而言合适或优选的那些材料的组或 类型的描述暗示了该组或类型的成员中任何两种或多种的混合物同样 地合适或优选；在化学术语中各成分的叙述在意义上指在添加到说明书 中 一见定的任何组合中时的成分，并且不 一定排除在一旦混合后的混合物的成分当中的化学相互作用；首字母缩写词或其它缩写的第一个定义适 用于相同缩写的在这里的全部后续应用并且加以必要的变更而适用于 最初定义的缩写的正常语法上的变型；和，除非特意有相反指示，否则， 性能的测量是通过对于相同性能在前面或后面引用的相同技术来测定。 还应该理解的是，本发明不局限于以下所述的具体实施方案和方 法，因为具体的组分和/或条件当然可以加以改变。此外，在这里使用的 术语仅仅用于描述本发明的特定实施方案的目的并且不意图以任何方 式加以限制。
还必须指出的是，除非在上文中另外清楚地指明，在说明书和所附 权利要求中使用的单数形式"a"、 "an"和"the"包括复数指示物。例如，以 单数提及组分时意在包括多种的组分。
在整个本申请中，当引用出版物时，这些出版物的公开内容通过引 用以整体方式被SI入本文，以更充分地描述与本发明有关的现有技术的 状况。
在这里使用的术语"聚合物粒料"指从聚合物形成的三维物体。此类 聚合物物体包括大于或等于聚合物物体在任何方向上的尺寸的最大尺
寸。聚合物粒料以各种形状存在，如球形、圆柱形，等等。球体的最大 尺寸是直径。
在这里使用的术语"结晶热"指当单位质量的物质结晶时所释放的热量。
在这里使用的术语"结晶温度"指材料的至少 一部分开始结晶时的温度。
在这里使用的术语"熔化温度，，指材料的至少 一部分从结晶状态转 变成液体的温度。当材料在一个温度范围中经历该转变时，为了本发明 的目的，该熔化温度是该范围的中值温度。典型地，无定形的粒料在比 结晶粒料更低的温度下熔化。
在这里使用的术语"结晶度，，指在聚合物样品中结晶部分的分数。在 本发明中，结晶度是在聚合物粒料中结晶部分的平均分数。结晶度能够 表达为重量百分数(wt。/。)或体积百分数(vo1。/。)。在这里使用的结晶度表达 为wt%，除非另外特意指定。结晶度能够由差示扫描量热法("DSC")测 定。
在本发明的 一个实施方案中，提供了使多个聚合物粒料结晶的方法。根据本发明的多个聚合物粒料被引入结晶器中。 一般，根据本发明 待结晶的该多个粒料是无定形的粒料或具有低于所需结晶度的粒料。在 本实施方案的变型中，在结晶之前粒料的结晶度低于30wt%。在本实施 方案的另一个变型中，在结晶之前粒料的结晶度低于20 Wt%。在本实施
方案的再另一个变型中，在结晶之前粒料的结晶度低于10wt%。在结晶 后，结晶度典型地大于30 wt%。在其它变型中，在结晶后，结晶度大于 40 wt%。对于大多数的应用，在结晶后的结晶度低于70 wt%。在其它 变型中，在结晶后的结晶度低于60 wt%。在仍然其它变型中，在结晶后 的结晶度低于50 wt%。
有利地，待结晶的聚合物粒料包括任何可结晶聚合物。此类聚合物 的例子包括，但不限于，聚酯、聚烯烃、聚苯乙烯、尼龙和聚酮。在一 种变型中，此类有用的聚合物的结晶热使得结晶热除以聚合物的热容量 是至少5°C。结晶温度和熔化温度另外表征该可结晶聚合物。本实施方 案特别可用于结晶聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯聚合物，尤其是聚对苯二 甲酸乙二醇酯聚合物。
离开熔融相聚合过程或被引入到结晶器或结晶区段中的聚对苯二 甲酸亚烷基二醇酯聚合物具有至少0.50 dL/g，或至少0.55 dL/g,或至少 0.6 dL/g，和尤其至少0.70 dL/g,或至少0.72 dL/g,或至少0.74 dL/g, 或至少0.76 dL/g,或至少0.78 dL/g,和至多约1.2 dL/g,或1.1 dL/g,或 0.9 dL/g的It.V.值。部分结晶的聚酯聚合物也理想地没有进行固态聚合。 因此，还提供包括运输容器的一种实施方案，该运输容器装有还没有进 行固态聚合的具有至少20%的结晶度和至少0.70 dL/g的It.V.值的多个 部分地结晶的粒料。合适的运输容器是适合于商业运输的，具有至少1 立方米或更大，或2立方米或更大，或3立方米或更大，或8立方米或 更大，或20立方米或更大的体积的那些容器，并且包括盖洛德(Gaylord) 箱，铁道罐车，拖拉机拖车的拖车和船体。粒料的It.V.可以是以上指定 的高于0.70 dL/g的任何值，并且结晶度可以是以上指定的高于20%的 任何值。
用于本发明的方法中的粒料是从本领域中的那些技术人员已知的 各种方法形成的。此类粒料形成过程的例子包括，但不限于，描述在图 1A、 1B和1C中的和如上所述的方法。应该i^识到，本发明在至少一个 实施方案中提供与描述在图1C中的结晶器相比的改进。尤其，本发明允许该结晶器的长度减少(即，沿着粒料被输送的那一方向)，同时在设 备成本上有显著降低。本实施方案的方法用于使实际上任何形状或尺寸 的粒料发生结晶。典型地，多个聚合物粒料的至少一部分包括以最大的 尺寸大小为特征的三维物体，所述最大的尺寸大小低于0.25英寸。可用 于本发明的实施中的成形粒料的例子包括，但不限于，球形粒料，圆柱 形粒料和具有矩形截面的粒料。
参见图2，提供本发明的实施方案的示意图。这一实施方案的方法 包括经由粒料入口 104将多个聚合物粒料100引入到结晶器102中。在 一种变型中，多个粒料100以5,000 lb/hr-200,000 lb/hr的量^皮引入到结
晶器中。在一种变型中，循环的粒料可以与聚合物粒料ioo—起经由入
口 104被引入结晶器102中。在这一变型中，粒料100的温度可以通过 改变所循环粒料的温度来调节。
当引入到结晶器102中时，多个聚合物粒料100具有初始平均粒料 温度。在本实施方案的一些变型中，粒料100处于升高的温度下，该温 度可用于在粒料100停留在结晶器102中时使结晶发生。在至少一些实 施方案中，如当该粒料100是PET时，升高的温度是135°C-205°C,和 在其它实施方案中是150°C-200°C。该聚合物粒料100能够以任何方式 提供，其中包括聚合物粒料在冷却之后再加热的那些方法。此类方法的 例子包括以上与图IB的描述相关地阐述的由线料切粒机切断的PET线 料。
在本实施方案的特别有用的变型中，聚合物粒料100通过以上与图 1C的描述相关地阐述的模面粒料切刀来切断的。在这一变型中，粒料 100经由粒料输送系统92从模面粒料切刀转移到干燥器90。有用干燥 器的例子包括将粒料100与水分离的向心干燥器。应该认识到的是，在 这里干燥器90是用于将粒料100与水分离的任何设备。在离开千燥器 90之后，附加的水由于粒料的热含量而沸腾，在从干燥器90中出来之 后该热含量仍然是较高的。在这一变型中，通过使用模面粒料切刀，粒 料100足够迅速地从切刀转移到干燥器，因此粒料保留较大量的热量。 典型地，离开该干燥器的聚合物粒料具有超过135。C的温度。
应该认识到，每个粒料100具有相对不均匀的温度分布，其中粒料 100的内部明显比粒料的外部更热。这归因于在模面切刀和粒料输送系 统92中使用的水的冷却效应以及聚合物的低热导率。另外，每个粒料4艮可能具有轻微变化的温度分布。因此，描述该多个粒料具有平均粒料 温度是合适的。
也应该认识到的是，用于将粒料100从模面切刀运输到干燥器90
的水可以被具有优异或更期望的传热特性的其它输送流体替代。粒料
100的平均温度也可通过用于将粒料从模面切刀输送到干燥器90的水
(或其它输送流体)的温度来控制。例如，该输送流体可以:帔加热以便允
许更高的初始平均粒料温度(被引入结晶器102中)或被冷却以便允许更
低的初始平均粒料温度。在典型的聚酯制备方法中，从模面切刀至干燥
器90的过渡时间对于在粒料输送系统92中以10-30英尺/秒的速度运行 的含粒料的淤浆来说是大约几秒。
结晶器102从入口 104沿着纵向山输送该多个粒料100至沿着输送 器108的粒料出口 106。因为由于结晶热的释放而使得在结晶过程中平 均粒料温度会提高，在被结晶器102输送的同时，粒料100能够被搅动 以助于防止粒料IOO凝块或粘附在一起。在至少一个实施方案中，马达 110通过轴112与结晶器102相接触来提供该搅动作用。该搅动会引起 粒料100的振荡或振动。 一般，输送器108包括底壁114、端壁115、 116和相对侧壁(未显示)。结晶器102还可包括任选的顶部118,它位于 输送器108的顶部从而形成腔119。在本发明的进一步改进的实施方案 中，该搅动作用还沿着方向d!输送粒料100。
粒料100经由粒料出口 106从结晶器102中移出，然后转移到下一 个加工或贮存装置。粒料IOO在结晶器102内的停留时间能够根据许多 因素来变化，如，所结晶的聚合物的类型，初始平均粒料温度，被加工 的粒料的处理量，等等。典型地，停留时间是l秒至l小时。在其它变 型中，该停留时间是1分钟到IO分钟。
仍然参见图2，聚合物粒料100与流体接触以调节粒料100的平均 温度。流体经由作为流体喷雾器124的流体施加器122被引入到结晶器 102的接触区域120中。合适流体施加器122的例子是液体或气体喷嘴。 粒料100与流体接触，由此将热量转移至粒库十100或从粒料100中除去 热量。流体喷雾124所具有的温度足以在多个聚合物粒料IOO在结晶器 内时4吏该多个粒料100发生(通过调节该粒并牛温度)至少部分结晶，同时 保持该多个粒料的平均温度低于聚合物的熔化温度。该多个粒料100的 温度有利地被调节，以控制结晶速率。粒料100的平均温度越高，结晶速率越高。如果粒料100太冷(即，低于135°C)，则它相对难于供应足 够的附加热量以进行结晶。如果粒料100太热，则由于粒料结晶所释放
的结晶热，该粒料可能会开始熔化。由于可以使用更高的初始平均粒料 温度，并且本发明中提供的冷却措施抑制了由结晶释放热量引起的加
热，本发明的该实施方案有利地使平均粒料温度被优化以使结晶器102 的长度最小化。最小化的结晶器102的长度可以降低与购买和该结晶器 的维护有关的开支，这些开支倾向于是昂贵的。在本发明的变型中，该 多个粒料100按照1:2000至2000:1的流体与粒料重量比被引入结晶器 102中。在本发明的另一个变型中，该多个粒料的至少一部分从内部到 外部发生结晶。这意味着粒料的内部区域，其典型地比表面附近或表面 上的区域更热，首先结晶。
在本实施方案的一种变型中，聚合物粒料100以一种平均温度进入 结晶器102，该平均温度高于结晶的最适温度。在这一变型中，聚合物 粒料被流体冷却，它在这一实施方案的变型中将具有比粒料平均温度更 低的温度。该实施方案的这一变型的方法特别可用于聚对苯二曱酸乙二 醇酯粒料的结晶，其通常在135。C的温度下结晶和在200。C的温度下开 始熔化。如果根据本发明有足够的冷却，对于进入到结晶器102中的聚 对苯二曱酸乙二醇酯粒料的平均温度的每IO度的提高，结晶器102的 长度h能够最佳地减少到1/2。当粒料100具有使结晶发生的足够的热 含量区域时，当粒料100沿着方向山输送时平均粒料温度就会升高。这 一温度升高是当粒料IOO结晶时结晶热从粒料100中释放的结果。
这一变型的一种改进中，在初始平均粒料温度(被引入结晶器102 中)和结晶温度之差低于在没有外部冷却的情况下由粒料100的结晶所 引起的温度升高。因此，在这一改进中，在平均温度促使粒料100的熔 化或粘附发生之前但在结晶开始之后的时刻，利用流体喷雾124来冷却 粒料100。
在这一变型的进一步改进中，结晶器102的一个或多个侧壁部分地 或完全地被绝热体所绝热，如在130处用示意图所示。如果需要更多的 冷却，则可以提供更少量的绝热作用或没有绝热作用。结晶器102的附 加冷却也能够通过移去结晶器的顶部118来实现，如图3中所示。在这 一变型中，结晶器102所具有的结构没有顶部。通过用风扇引导空气通 过粒料，能够提供甚至更多的冷却作用。如果粒料被用于允许粒料暴露于周围环境条件的应用，此类结晶器是可使用的。
在本实施方案的另一个变型中，聚合物粒料100以足够量的热量被 引入结晶器102中，这样在粒料100中的区域具有大于或等于聚合物(从
它形成粒料ioo)的结晶温度的温度。该温度会导致当粒料ioo处于结晶
器102内时至少部分结晶。
在本实施方案的再另一个变型中，聚合物粒料100进入结晶器102 中，该聚合物粒料100具有低至结晶无法进行到所需程度的平均温度。 在这一情形下，流体的温度使得聚合物粒料通过与流体(即，流体的温度 高于粒料100的平均温度)接触而被加热。
在至少某些实施方案中，本发明进一步包括将流体与聚合物粒料分 离的步骤。在已结晶粒料从结晶器102中排出之前或在已结晶粒料从结 晶器102中排出之后可以进行这一分离。在后一种情况下，粒料100和 流体两者通过粒料出口 106—起被移出。
如以上所述，粒料100的温度通过与流体接触而得到调节(向上或向 下)。在本发明的方法中的流体包括液体和气体两者。液体的具体例子包 括，^旦不限于，水和不起反应的有^L液体(例如，玉米糖浆)。在一种改 进实施方案中，该流体是沸点低于聚合物粒料的最高温度的液体。在这 一改进形式中，流体与粒料100的分离能够通过流体的蒸发来实现，该 流体随后经由放气口 132被除去。这一改进实施方案仅仅当流体用于冷 却时是有用的，并且粒料IOO具有用于结晶的足够热量。在另一个改进 实施方案中，该流体是沸点高于聚合物粒料的最高温度的液体。在这一 改进实施方案中，液体的一部分或全部经由粒津牛出口 106一皮移出。该流 体采用根据密度来分离固体和液体的设备如向心干燥器移出。图4举例 说明了从结晶器102中移出液体的又一种变型。该液体通过具有开口 134的排放口 133被分离，该开口 134是足够小以便基本上阻止粒料100 通过。液体经由管道136从结晶器102中排出。任选地，该液体能够一皮 加热或冷却，然后循环通过结晶器102。在再另一个改进形式中，该流 体所具有的沸点低于平均粒料温度但是本体温度低于沸点。
在当该流体是气体时的变型中，气体流到多个聚合物粒料100上并 经由放气口 132从结晶器中排出。在该变型中的流体可通过从喷嘴122 中流出来实现，其在这一变型中是气流喷嘴。气体的流动也能够通过强 制气流如从扇产生的风来实现。图5举例说明了一种变型，其中强制气风扇140沿着方向d2产生气流，通过粒料100。 在这一变型中，粒津+100沿着底壁142输送，它具有用于空气流过的开 口 144。有用气体的例子包括，但不限于，空气、氮气、二氧化碳、惰 性气体、稀有气体和它们的组合。
参考图6A和6B,提供了可用于输送粒料100的技术的示意图。如 以上所述，马达可用于振动本发明的结晶器，振动方式使得粒料100从 入口 104输送到出口 106。在图6A中，结晶器102包括间隔物150-156, 该间隔物将结晶器104的中空内部分开成区段160-168。结晶器102沿 着方向d3振动，用于输送粒料IOO。当粒料100填充区段160-168时， 该振动引起接近顶部的一些粒料输送到相邻区域中。在图6B中，举例 说明以螺旋形方式输送粒料100的方法。在这一才支术中，输送器108沿 着方向cU振动，振动的方式使得当粒料100/人入口 104l俞送到出口 106 时导致螺旋运动ds。在这些实施方案的变型中，结晶器会从入口 104到 出口 106向下倾斜，以帮助粒料IOO在沿着方向cU展动的同时向前移动。
在本发明的另 一个实施方案中，提供用于使无定形的聚合物粒料结 晶的结晶器。参考图2、 3、 4和5，提供了这一实施方案的结晶器的理 想化示意图。结晶器102包括用于接收多个聚合物粒料的入口 104。结 晶器102还包括用于从第一位置输送多个粒料100到第二位置的输送器 108。在这一实施方案的变型中，输送器108通过马达110来振动，振 动的方式使得粒料100移向粒料出口 106。有利地，当粒料100被输送 时输送器108也能够搅动粒料100,这样粘附或团聚在一起的现象得以 减至最少。结晶器102还包括流体施加器122,用于让多个聚合物粒料 100与流体接触。流体施加器122可以是一个或许多的喷嘴并且能够位 于结晶器102中的任何地方。粒料出口 106如以上所述用于在结晶之后 聚合物粒料的移出。
参考图7,提供了按照在图6A中描述的方式输送粒料的结晶器的 示意性侧视图。结晶器系统]50包括振荡器覆盖物(deck)152,后者具有 沿着接缝160连在一起的顶部部分156和底部部分158。顶部部分〗54 和底部部分156—起确定结晶器腔162。粒津十IOO,皮引入到粒料入口 164 中并且3要照以上所述方式通过出口 166浮皮移出。温度调节用流体经由流 体施加器168被引入。结晶器系统150包括间隔物170-180,这些间隔 物将振荡器覆盖物152分成区域182-194。马达196沿着方向d3振荡该
17振荡器覆盖物152，它基本上沿着如粒料100从入口 162输送到出口 164 相同的方向。在至少举例说明的实施方案中，马达196经由轴198和连 接支架200连接于振荡器覆盖物150的底部区域156。结晶器系统150 包括框架202,它由弹簧204、 206连接于底部区域158。弹簧204、 206 为振荡器覆盖物152的振动提供柔性。任选地，结晶器系统150包括放 气口 208。
参考图8A和8B,提供了按照图6B中描述的螺旋形前进运动方式 输送粒料的结晶器的示意图。结晶器系统210包括振荡器覆盖物212, 它具有沿着接缝218连在一起的顶部部分214和底部部分216。顶部部 分214和底部部分216 —起确定结晶器腔222。粒料,皮引入到粒泮牛入口 224中并且按照以上所述方式通过出口 226净皮移出。温度调节用流体经 由流体施加器228被引入。马达230沿着方向cU(图8B)振荡该振荡器覆 盖物212，由此引起粒J扦以d5所示的螺:旋运动,人入口 224移动至出口 226。在至少该举例说明的实施方案中，马达230经由轴232连4妻于振 荡器覆盖物212的底部部分216。结晶器系统210包括框架236,它通 过弹簧240、 242连接于底部部分216。弹簧240、 242为振荡器覆盖物 202的振动提供柔性。结晶器系统210还包括连接于振荡器覆盖物212 的放气口 244。在某些变型中，振荡器覆盖物21从入口 224向下倾斜到 出口 226。
尽管已经举例说明和描迷了本发明的实施方案，但是不希望这些实 施方案举例说明和描述本发明的全部可能的形式。相反，用于说明书中 的文字是描述性文字而不是限制性的，并且可以理解的是在不脱离本发 明的精神和范围的前提下可以作各种变化。
权利要求
1. 在具有入口、出口和在入口和出口之间的接触区域的结晶器中让聚合物粒料结晶的方法，该方法包括a)将多个聚合物粒料引入结晶器中，该多个聚合物粒料包括具有结晶温度和熔化温度的可结晶聚合物，该多个聚合物粒料具有平均粒料温度，其中多个粒料的至少一部分从内部到外部发生结晶；b)在多个聚合物粒料处于结晶器内时将流体引入到结晶器的接触区域中，该流体所具有的温度足以使多个聚合物粒料发生至少部分结晶但同时保持平均粒料温度低于熔化温度；和c)从结晶器的出口移出多个聚合物粒料。
2. 权利要求l的方法，其中在步骤a)中引入的多个聚合物粒料包括 温度大于或等于聚合物结晶温度的区域，使得多个聚合物粒料在结晶器 内部时至少部分地结晶。
3. 权利要求1的方法，其中流体所具有的温度足以在多个粒料处于 结晶器内部时使多个聚合物粒料发生至少部分结晶但同时保持最高粒 料温度低于熔化温度。
4. 权利要求1的方法，其中在步骤a)中的平均粒料温度与结晶温度 之间的差异低于在步骤b)中在没有冷却的情况下由粒料的结晶所引起 的温度升高。
5. 权利要求l的方法，其中在步骤a)的引入步骤之前，通过使用线 料切粒机切断该聚合物线料来形成多个粒料。
6. 权利要求1的方法，其中通过使用模面切粒刀切断聚合物线料来 形成多个粒料。
7. 权利要求1的方法，其中在步骤c)之后的聚合物粒料具有等于或 大于30%的结晶度。
8. 权利要求1的方法，其中在步骤c)之后的聚合物粒料具有等于或 低于70%的结晶度。
9. 权利要求1的方法，其中在步骤c)之后的聚合物粒料具有等于或 大于40%的结晶度。
10. 权利要求1的方法，其中多个聚合物粒料中的一部分是以最大 尺寸大小来表征的三维物体，该最大尺寸大小是低于0.25英寸。
11. 权利要求l的方法，其中多个聚合物粒料的一部分具有球形。
12. 权利要求1的方法，其中多个聚合物粒料的一部分具有圆柱形。
13. 权利要求1的方法，其中多个聚合物粒料的一部分具有矩形横 截面。
14. 权利要求1的方法，其中该聚合物粒料包括选自聚酯，聚烯烃， 聚苯乙烯，尼龙和聚酮中的组分。
15. 权利要求l的方法，其中聚合物粒料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。
16. 权利要求15的方法，其中在步骤a)中该粒料具有约135。C至约 200 °C的的初始平均温度。
17. 权利要求1的方法，其中多个粒料以5,000 lb/hr-200,000 lb/hr 的量被引入到结晶器中。
18. 权利要求1的方法，其中流体是沸点低于聚合物粒料的最高温 度的液体。
19. 权利要求18的方法，进一步包括以下步骤 d)将该多个聚合物粒料与流体分离。
20. 权利要求19的方法，其中步骤d)是在步骤c)之前，在步骤c) 之后或在步骤c)过程中进行。
21. 权利要求19的方法，其中多个聚合物粒料利用向心力与流体々
22. 权利要求18的方法，其中该液体是水。
23. 权利要求1的方法，其中流体是沸点高于该多个聚合物粒料的 平均粒料温度的液体。
24. 权利要求l的方法，其中该流体是气体。
25. 权利要求24的方法，其中该流体是选自空气、氮气、二氧化碳、 惰性气体、稀有气体和它们的组合中的气体。
26. 权利要求1的方法，其中该多个聚合物粒料在从入口,皮输送到 出口的同时被搅动。
27. 权利要求26的方法，其中该多个聚合物粒料通过振动来搅动。
28. 权利要求27的方法，其中多个聚合物粒料通过将该多个粒料引 导成螺旋形运动来搅动。
29. 权利要求1的方法，其中结晶器包括至少部分地绝热的一个或 多个侧壁。
30. 权利要求l的方法，其中结晶器包括部分地或完全地未绝热的 一个或多个侧壁。
31. 权利要求1的方法，其中该流体是被喷雾到该多个聚合物粒料 之上的液体。
32. 权利要求1的方法，其中该多个粒料被引入结晶器中，其中流 体与粒料的重量比是1:2000到2000:1。
33. 权利要求1的方法，其中该多个粒料具有1秒至1小时的平均 停留时间。
34. 权利要求1的方法，其中该多个粒料具有1分钟至IO分钟的平 均4亭留时间。
35. 权利要求1的方法，进一步包括，在连续的过程中，让原始的 聚酯熔融聚合物进行熔融相聚合反应，通过与水接触来凝固该熔融聚合 物形成粒料，把至少一部分的水与粒料分离，和将该粒料引入该输送系 统中。
36. 权利要求35的方法，其中从凝固过程形成的所述聚酯聚合物粒 料具有至少0.70 dL/g的ItV.。
37. 权利要求36的方法，其中糊料是至少0.72 dL/g。
38. 权利要求37的方法，其中糊料是至少0.76 dL/g。
39. 用于使聚合物粒料结晶的结晶器，该结晶器包括 用于接收多个聚合物粒料的入口 ；用于将该多个粒料从第 一位置传输到第二位置的输送器，在粒料被 输送的同时该输送器搅动该粒料；用于让该多个聚合物粒料与流体接触的流体施加器；和 用于移出该多个聚合物粒料的出口 。
40. 权利要求39的结晶器，具有开放的顶部区段。
41. 权利要求40的结晶器，其中气体被传输通过粒料表面。
42. 权利要求39的结晶器，具有封闭的顶部区段。
43. 权利要求41的结晶器，其中该输送器通过搅动传输该粒料。
44. 在具有入口、出口和在入口和出口之间的^接触区域的结晶器中 使PET粒料结晶的方法，该方法包括a)将多个PET粒料引入该结晶器中，该多个PET粒料是可结晶聚 合物并具有结晶温度和熔化温度，该多个PET粒料具有平均粒料温度；b) 将流体SI入到结晶器的接触区域中，该流体所具有的温度足以在 该多个PET粒料处于结晶器内时使该多个PET粒料发生至少部分结晶 但同时保持平均粒料温度低于熔化温度，其中该多个粒料的至少 一部分 从内部到外部结晶；和c) 从结晶器的出口排出该多个PET粒料。
全文摘要
使多个可结晶聚合物粒料结晶的方法，所述方法包括其中粒料与温度调节用流体在结晶器中接触的步骤。流体调节粒料的温度，该流体所具有的温度足以让多个聚合物粒料发生至少部分结晶，同时维持多个粒料的平均粒料温度低于粒料的熔化温度。还提供了进行本发明的方法的结晶器。
文档编号B29B9/02GK101454131SQ200780018895
公开日2009年6月10日 申请日期2007年5月9日 优先权日2006年5月24日
发明者B·R·德布勒因, R·G·邦纳 申请人:伊士曼化工公司