专利名称：塔式反应器及其连续制备高分子量聚酯的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种塔式反应器及其制备高分子量聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸萘二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸亚丙基酯(PTT)，和/或其它二元羧酸和二醇的聚酯(包括两者的共聚物)的用途。因此，本发明涉及一种单级塔式反应器。
背景技术：
连续制备聚酯的方法在现有技术中是已知的，其中使用包括3-5个相互连接在一起的不同反应容器的多级反应器系统。这些方法中，聚酯的生成要通过多个反应步骤完成，这些步骤通常在搅拌釜中进行，这些步骤在空间上相互分开进行，包括酯化反应、酯交换反应、预缩合反应、缩聚反应和聚酯化反应。酯化反应的反应条件是200℃-280℃的温度和0-4巴的压力，而酯交换反应的反应条件通常是大气压力和150℃-240℃的温度，这些反应条件取决于起始物质，尤其是取决于二醇。为避免不希望的副反应，这些方法中低温与低压是有利的。
DE 35 44 551 A1中公开了一种连续制备高分子量聚对苯二甲酸丁二醇酯的方法，其中该方法在大气压力下进行。
对于现有技术中所有的方法而言，满足下面条件是重要的I)适宜的工艺控制和设备结构以避免不希望的副反应。
II)尽快除去副产物，例如水，甲醇、THF和乙醛，其结果是使反应平衡向产物方向移动，从而使主反应优先进行。
III)温和处理，亦即在最低反应温度下短的驻留时间。
IV)最佳协同减压或分别升温，以使酯化/酯交换以及缩聚/聚酯化反应尽可能地完全进行。
V)高表面形成以提高反应动力学。
仅仅通过多个依次连接的搅拌釜不能令人满意地实现这些目标，而这些搅拌釜是现有技术这些方法中通常使用的。因此，例如产物的质量或不需要的副产物的量以及收率均受到负面影响，其结果是，除了进一步的不利之处，如能耗、维护要求和投资成本之外，这些方法的经济效益也受到严重损害。
此外，DE 101 55 419中公开了一种制备高分子量聚酯的方法及实施该方法的装置，其中各反应区集成在单一反应容器中。
发明内容
根据现有技术中的这些缺点，本发明的目的是提供一种在其中进行各反应步骤的反应器，相对于现有技术而言，该反应器也能使反应进程更快，并且也能更温和地制备反应产物。
该目的通过具有权利要求1中所述特征的通用塔式反应器和具有权利要求31中所述特征的其用途实现。此外的从属权利要求显示出有益的进步。
根据本发明，提供一种连续制备高分子量聚酯的塔式反应器，其具有用于同时发生酯化反应和/或酯交换反应以及预缩合反应的反应区。各反应区由此结合在一个塔式反应器中，并可以连接到至少一个用于固相和/或液相缩聚的反应器。
塔式反应器由此以下面方式构成在上部三分之一处，塔式反应器设置为连接有热交换器的旋液分离器的形式，并且具有用于浆状物、悬浮液和/或液体原料混合物的进料管线。旋液分离器下面的塔式反应器区域由此设置为溢流阶式蒸发器的形式。所述阶式蒸发器通过适宜的进料管线连接到塔式反应器的下部，所述下部设置为具有初始压降的单级或多级降膜区的形式。
这种结构具有多种优点。因此，从整个塔式反应器中排放产物可借助于重力流来保证，而不需使用泵。此外，也不需使用用于将单体输送到反应器的长的外部耐压管线。进一步的优点是不需加热上部反应器盖，从而节省了相应的成本，而且反应蒸汽可部分地被用于加热旋液分离器中的反应产物。同样，在整个反应器内压力均匀降低。这样可降低反应器壁的材料厚度。
优选地，旋液分离器具有蒸汽连接片，并且在塔式反应器的上部连接到热交换器。其结果是，产物能够按自然或强制循环的方式经由热交换器导入旋液分离器。
在一个有利的实施方案中，所述热交换器具有单独的气道，所述气道通向旋液分离器的上部。
优选地，阶式蒸发器具有至少两个，特别优选四个反应塔盘。为了促进二醇或添加剂的输入，搅拌组件由此可以集成在至少一个阶式蒸发器区域中。可选择地，添加剂可以通过注射喷枪加入到倒数第二个塔盘的产物排放管中，其结果是可以确保产物物质中添加剂的最优分布。
耐压管优选是双层套管的形式，其作为加热盘管延伸在第一顶塔盘的内部。耐压管由此可以装配有体积进料泵和静态混合元件或装配有混合泵。
优选地，旋液分离器在其锥形区域内具有气体入口。
在一个有利的实施方案中，蒸汽区域中的一个顶塔盘同样具有惰性气体入口。反应气体和/或外部气体优选借助于浸入式进料管线通过反应液体以并行流动方式从一个反应区导入到另一个反应区，其结果是在塔盘间产生压降。反应物质借助于同样的浸渍管在中心进料到各个下一级塔盘。
优选地，用于降膜区的初始压降区同样具有旋液分离器的形状，其支持闪蒸作用(flash effect)并保证液相/气相的适当分离以及进一步的压力分级。
从初始压降区到降膜区的产物进料通过与降膜区同轴外区合适的排料结构进行，并且该产物通过管线均匀地分布在管区。
同样优选的是，降膜区具有至少一个管区。在此，圆柱形入口被分配给管区的每一根管，圆柱形入口可确保每根管内部均匀润湿，每根管在圆周安装有重叠的非轴向槽，由于槽压力损失，由于锯齿状冠部而具有的最大量溢出，使这一系列管上方产生恒定的填充高度，槽的构造使得粘度差异引起的填充高度改变可以忽略，但事实上填充高度与流体流量成比例变化。
同样优选的是，降膜管的长度是指定尺寸的，以达到整体润湿。
优选地，降膜管的直径选用比产生的最大反应蒸汽泡直径更大。反应蒸汽由此与向下流动的产物并行流动。
优选地，降膜管区也可以用于热传递。
优选地，整个塔式反应器安装有加热套，加热套使用蒸汽形式的有机加热介质。
优选地，塔式反应器具有板底阀，其带有作为进料管线的特定板。原料混合物的进料管线位于热交换器下面的球形底部的中心。其优点在于，底阀的板产生撞击板效应，从而使原料混合物与反应混合物产生均匀的紊流分布。
优选地，塔式反应器具有静态混合元件，用以改善原料混合物与反应混合物的混合。由于热交换器管道的完全或部分加入，改善了原料混合物与反应混合物的混合。因此，由于较高的物质交换，所以反应被加速，并由于改进了热交换(较低壁温度)，所以反应产物得以保护。
进入位于外部的热交换器下部的原料混合物强烈混合进液体反应混合物中。循环反应混合物与加入的原料混合物的比为100∶1-300∶1，从而当以100％的原料混合物开始时，通过稀释也可确保令人满意的混合。
特别优选的是，使用三维静态混合元件，在反应混合物进入热交换器之前，它可产生多种对角交叉流动，同时产生轴向通流。这样可以避免诸如原料混合物在反应混合物中形成线束的问题，从而可以防止在热交换器中非均匀地开始的反应，而非均匀反应会干扰自然循环。按这种方式，同样可以避免原料成分的沉积，而此种沉积经过一段时间会干扰反应过程。使用商购的搅拌元件或混合泵，可以避免机械混合的问题，然而缺点在于，增加了一个需要进行维护的元件并且电力成为反应器的要素，因而降低了方法的经济效率。就此而言，使用三维静态混合元件被证实具有特别的优点。使用三维静态混合元件，可以使反应混合物和原料混合物径向分布，同时可以实现轴向向上的运动，即各组分强烈混合，因此实现均匀反应。在特别优选的实施方案中，三维静态混合元件包括交叉组装的、带孔的板金属部分，调节其相对于轴的倾斜度，使得撞击压力损失仅为几个mmWWS/m。因此，轴高度与热交换器的直径的比值优选为0.2∶1-0.5∶1。为了使对自然循环的干扰尽可能小，该比值很重要。
为了进行混合，也可使用预定类型的填料(filler bodies)。然而，这些通常仅能确保有限的局部轴向混合。
使用层叠填料(folded layer packing)获得混合的另一种变形，而这常用于蒸馏柱中。同样，在交叉和对角流、轴向泄漏流和低压力损失方面得到良好结果。
优选地，热交换器具有两个区域，即产物室和加热室，还具有一个分离装置，用于使这两个区域水平分离，分离装置的高度至少是1D(D＝热交换器管道的直径)，热交换器的分隔区域其旋转偏量(rotated offset)为0-1D。
优选地，各热交换器区域具有不同的管道部分。
在一个有利的改进中，蒸汽室具有粘合降低涂层。为此，在薄膜处理中(达到10μm)，在高的使用温度350℃下，例如使用粘合降低有机和无机化学品作为涂层。通过这种表面处理，可以降低聚合物反应物质的易污染性。
在更加有利的实施方案中，在各区域内的所有热交换表面都装配有用于实现反应相关温度和热量分布的流体热载体。
通过使用本发明的反应器，可以实施一种连续制备高分子量聚酯的方法，该方法基于在催化剂存在下二元羧酸与二醇的酯化反应和/或二元羧酸酯与二醇的酯交换反应，同时生成预聚物，然后使其缩聚生成高分子量聚酯。下述步骤描述了本方法的过程a1)制备二元羧酸和二醇的浆状物和/或悬浮液，保持二醇和二元羧酸的摩尔比为0.8∶1.8。同时，保持20℃-90℃的温度和0.1-1巴的压力。
a2)可替换a1)的是，使二元羧酸酯熔化，并在温度为145℃-165℃下，与二醇以二醇和二元羧酸酯1.2∶1.8的摩尔比混合。
b)来自于a1)和/或a2)的产物连续进料到塔式反应器。然后，在塔式反应器中，保持下列反应条件使酯化反应或酯交换反应分别连续、同时、不间断地进行，直到预缩合，b1)来自于a1)和/或a2)的产物在170℃-270℃温度和0.3-3巴压力下处理。同时，提供一定分量的催化剂和/或催化剂类，同时从反应混合物中原位除去反应蒸汽。
b2)来自于b1)中的产物连续传送到管线中并将压力保持在1-10巴，温度在200℃-280℃。同时在此反应步骤中，供给0.03-0.3mol的二醇。
b3)来自于b2)的产物连续传送到第三区中，保持0.1-2巴的减压和230℃-280℃的温度。在此第三步骤中，提供0.02-0.2mol的二醇和一定分量的催化剂和/或催化剂类。
b4)来自于b3)的产物经过进一步反应，保持0.01-0.1巴的压力和240℃-280℃的温度。
b5)反应产物，即酯化反应产生的水或酯交换反应产生的甲醇、副产物以及反应步骤b1)和b3)-b5)中过量的二醇被分别除去，并且在清洗二醇后再次供应到各个反应步骤。
c1)在常规的缩聚反应装置中，从b4)中得到的预聚物在240℃-290℃的温度和0.0002-0.003巴的压力下，进一步连续处理以得到聚合物。
c2)可替换c1)的是，也可能固化所得到的预聚物，使之加工成为丸状并随后在惰性气体中，于160℃-230℃的温度下进行固相缩聚。
这种新方法允许二元羧酸及其酯与二醇的酯交换反应/酯化反应以及预缩合反应在单一塔式反应器中并行连续地进行。因此，多个处理步骤的机械和工艺技术的整合首次在聚酯合成中成为可能。
优选地，产生于步骤b1)的气态副产物和过量二醇通过旋液分离器在“新生状态(statu nascendi)”被分离。更易沸腾的反应气体的迅速分离对于通过自身和酸催化作用来减少副产物的生成具有重要意义。根据使用的反应压力和存在的静态产物浓度，基于这些产物的分压确定副产物在反应物质中的含量总压越高，副产物的生成越多。由于热对流循环的进行，当静态产物含量增加时，作为外部安装有热交换器的旋液分离器结构对于副产物在反应材料中的短的驻留时间具有决定性作用，因为在旋液分离器和热交换器中确保产生迅速有效的脱气。
酯化反应进行中，优选在步骤b1)中保持200℃-270℃的温度和0.3-3巴的压力。相反，酯交换反应进行时，步骤b1)在170℃-200℃的温度和0.3-1巴的压力下进行。
在步骤b2)中，酯化反应进行中，压力优选保持在2-6巴，驻留时间1-5分钟，并且温度优选220℃-280℃，特别优选230℃-250℃。相反，酯交换反应进行时，步骤b2)中的压力优选保持在2-5巴，驻留时间1-4分钟，并且温度优选200℃-240℃，特别优选210℃-230℃。
在本方法的有益改进中，在步骤b3)中，从步骤b2)连续供给的反应产物直接通过溢流阶式蒸发器，每一塔盘压力下降20-60毫巴，温度增加5-20℃。酯化反应中，由此生成的预缩合物具有5-20个重复单元，转化率为97％-99.5％之间。然而，在酯交换中，转化率为98.5-99.8％。
优选地，除一般的反应气体外，干燥惰性气体和/或过热反应气体直接进入反应物质表面下面的至少第一塔盘。从而，副产物的分离通过“夹带效应”，亦即气体的饱和而得以促进。同时，有利于反应物质的内部混合。
单个塔盘上的驻留时间优选是5-15分钟。
在本方法另一有益改进中，产物的进料在塔盘中央进行。由此在塔盘的外缘排放的产物均匀地分布在外壁，其用于加速脱气，并且随后再一次集中在中央。
步骤b4)设置为具有初始压降的降膜区，并且优选在245-270℃的温度和驻留时间为4-30分钟，以及压力为0.01-0.05巴的条件下实施。由此生成了具有10-40个重复单元的预缩合物，其转化率为99.8％。
反应产物离开一个或多个降膜区后，优选直接一起通过加热区，在其中央区域通过阻流板进行气液分离。
优选地，1，4-丁二醇、乙二醇或丙二醇用作二醇。本方法也适用于环己烷二甲醇。对苯二酸优选作为二元羧酸。在酯交换反应中，优选对苯二酸二甲酯(DMT)作为二元羧酸酯。优选用作催化剂类的是已知的锡、锑、锗、锰、钙和/或钛金属类等，特别优选的是其有机化合物。催化剂类可以负载在多孔载体物质上以产生特定的效应。
本发明的主题将通过下面的附图和实施例详细说明，而不受这些实施方案的限制。
图1表示本发明的塔式反应器的第一种变形；图2表示本发明的塔式反应器的第二种变形；图3表示带有消泡装置13和蒸汽/液体分离装置的反应塔盘；图4表示管区中的管的各种实施方案；图5表示圆柱形内管的各种实施方案；
图6表示第二膜反应区排放的实施方案；及图7表示盖子形式的管底部的实施方案。
具体实施例方式
图1表示塔式反应器的示意结构。二元羧酸与二醇的悬浮液或熔融二元羧酸酯和二醇在压力下被注入到悬浮在塔式反应器中的热交换器5下部的反应物质中，由于注入连接片3的合适结构，因此与下部的沸腾反应产物产生最佳混合。同时利于某些聚酯反应的催化剂可以在此加入。所述热交换器保证混合物加热到反应的沸腾温度。沸腾的反应混合物经过短的连接管传送，此管将反应混合物成切线注入旋液分离器2，用于进一步反应。为了快速反应，气体从反应物质中排放，这些气体的主要部分通过分离管，即排汽道6导出热交换器，进入旋液分离器的气室。
在连续反应过程中进一步的脱气在旋液分离器2中进行。反应后的产物通过位于旋液分离器底部的短连接管返回到热交换器5中，这样形成自然循环。全部反应气体从旋液分离器2的汽室中排放到反应物质上方。
在生产诸如PBT等特别敏感的产物时，由于丁二醇的环化，产生了不想得到的四氢呋喃(THF)。水的存在使四氢呋喃的形成增加，所述水是在例如酯化过程中产生的。在这种情况下，有利地是，预热的不饱和夹带气体或过热反应蒸汽可以引入到旋液分离器的下部，其结果是加速了特别是水、甲醇、乙醛或四氢呋喃从反应物质中的除去。
反应器具有产物用耐压管，在其中二醇通过静态混合元件与反应物质充分混合。依据产物，通过稳压阀可以设定此处压力最大至10巴。可选择地，所述的混合和压力也能够通过专用的混合泵得到。
通过在加压下引入二醇，开始羧基或甲氧基的自发转化，这个转化进行1-5分钟，并且在压力减小到大气压或是低于大气压后停止。反应时间能够以塔式反应器最上端反应塔盘中的一部分耐压管设计成加热盘管形式的方式调节。双层套管保证了由于压力降低而冷却的反应物质再次回到反应温度。
压力降低的反应物质通过一个溢流阶式蒸发器7处理，所述溢流阶式蒸发器7包括至少2个，优选4-5个安装有加热盘管的反应塔盘，产物在中央流入反应塔盘中并且被浸在表面下。通过同样的流过反应物质的浸渍管，反应气体单独反向流出分别位于管上方的塔盘。由此产生了分压，其优选作为从塔盘到塔盘、从顶部到底部的压降。
从第二块到第x块塔盘的产物分别沿外壁流下，此外壁作为附加的蒸发表面，至锥形收集器内的每一块塔盘，排放的产物位于锥形中央的最深点。在收集器中，也设置有引导反应气体进入下一块塔盘的浸渍管。为了实现欲达到的反应进程，优选地，塔盘被设计成具有5-10分钟的驻留时间。为了控制反应温度，优选地，每块塔盘的温度有2-10℃的缓慢升高，并且每块塔盘装有加热盘管。
这种设置使得反应气体与产物流并行流动，气体起泡通过反应物质，一方面保证最佳混合，另一方面，因为随着温度同步升高而使压力下降，而不会达到气体的饱和极限，结果对新产生的反应气体保持吸收(夹带效应)。所述溢流阶式蒸发器的进一步重要作用是起初仍旧存在的低沸点短链低聚物产物随反应气体返回反应物质中，并参加进一步的反应。由于通过附加的表面形成以及与气态二醇接触将气体引入反应物质中，气泡形成进一步提高了反应速度。
在例如搅拌阶式蒸发器的情况下这是不可能的，并且使产量降低，并在随后的冷凝器和真空装置中产生干扰。
如果需要混合额外的添加剂或二醇，一个对角倾斜搅拌器10可以被安装在最后一块塔盘中，其搅拌可以帮助蒸汽泡的混合。
随后，反应物质通过合适的用以恢复压降的进料管线进入到结构类似于旋液分离器的装置中，所述装置装配得类似于装有用于控温的加热盘管的前述塔盘。气/液分离在表面进行，通过合适的隔板确保反应物质均匀排放塔盘的锯齿状外缘，不受反应气泡形成的影响。在外缘排放的反应物质被收集在管底部上，同样也是在其外围，并且在所谓“流道”的帮助下均匀分布在底部上。
管底部是直管束9的一部分，其同时用于内管表面形成薄膜和用于热交换。管束内每根管有一个圆柱形入口11(参照图5)。所述圆柱形入口在其周边设置有一系列具有特定排列的几何形状的非轴向重叠槽。几何形状的确定依据-所有管维持最小高度(level)以使液体均匀分布，-在特定的粘度谱中仅有很小的高度差异产生，-通量改变成比例地影响高度变化，并且内管表面在整个管长度内被均匀润湿，-圆柱形入口11上缘用于紧急溢流，并且装有锯齿状冠部。
选择管径以确保它比可能产生的最大反应气泡的直径要大。反应蒸汽与向下运动的产物膜并行流动。管长与管径的比应该在10-25之间，并且降膜管的表面必须适应产物的可润湿性。产物以膜和/或线束形式在降膜管的内面出现，一起进入锥形收集器片，其使气流通过并且进料到外缘上的第二个降膜反应区。后者原则上与第一区构造相同，但是需考虑到因圆柱形入口11上的相应设置引起的粘度增加、管的分布和组件的长度。
在组件下面，放置用来引导熔融物集中的装置，该装置在中央包括用于引导反应气体和产物的中心管。在此装置中排放的产物，优选在壁上排放的产物，通过阻流板装置12(参照图6)与气流分开，气流在此发生偏转并且在集成的预聚物收集器的气室中排放。收集到的预聚物在静置和二次反应时间5-15分钟后从反应器底部的收集器中移出，并且可以经过进一步处理，例如，通过随后的固相后缩合或熔融相后缩合而粒化。
对于特定的产品而言，预聚物的分流很可能回到下部降膜组件并且与来自上部降膜组件中的预产物混合，以便使反应时间能够以一种简单的方式延长。
反应器的外层覆盖物是加热套，其优选具有合成热载体蒸汽作为加热的活性绝缘体。反应需要的温度分布基本上通过采用内加热面的反应区内的液体热载体油产生。来自不同区的反应气体通过诸如冷凝器、柱和真空系统等常用装置排放。基本上，二醇和小部分的低聚体返回到工艺过程中。
图2表示塔式反应器的进一步变形，其包括如图1所示的基本构件。
但是，在塔式反应器的这种变形中，使用一种专用的混合泵替代稳压阀和静态混合元件。同样在这种变形中，未使用用于混合额外添加剂和二醇的对角倾斜搅拌器。
图3表示带有消泡沫装置和蒸汽/液体分离装置的反应塔盘的实施方案。所示的反应塔盘具有消泡装置13和可调节的锯齿状溢流道14。液体被引导通过反应气体，并通过中心液体排放管(浸渍管)15排放，从而用于产生压差。同时，反应器塔盘具有可关闭的排放口16，该排放口包括通过锥形加工形成的钻孔，其中安装有带有附加的耐温密封元件的锥形挡板。借助于双重真空密封杆17从外侧进行驱动。此外，反应塔盘具有加热管18。
比值ΔH/Δh优选为2-10，液体速度W为1-5m/s，W1为0.05-0.3m/s。
图4表示借助于管区20中的气体19，熔融物从外围在分布器底部上的分布，这样可确保分布偏差最多为30％，即在最大间距下两个管间的流量差不大于30％。对于形成流道，提供了三个不同的实施方案变形。
图5表示用于膜形成管的圆柱形进料管线11的不同实施方案，从而实现最优的膜排放。因此，溢流道的锯齿角可以是45-90°，锯齿的高度为5-20mm。孔间的间距s与孔直径d的比v＝s/d为1.5-2.5。
根据化学反应的过程和得到的物理值，通过适合的微分方程，确定间距/孔的几何形状，保持最优化分布所需的最小高度。
图6表示阻流板21形式的第二膜反应区排放的实施方案。
这个区的产物其熔融粘度已经具有形成膜和纤维的性能。从管中排放这种熔融物已经采用了弹性软管的形式。在气体通过时，在这种反应气体情况下，存在的危险是这种膜软管将被撕破，其平直部分将随气流进入后面连接的冷凝和真空系统。这样会产生令人不满意的操作干扰和损失。根据本发明，这种问题将借助于阻流板21，通过集中聚合物流，然后仅以线束形式通过管排放，同时释放气体通道表面来解决。
图7表示盖子形式的管底部的实施方案。为有助于向外围管和管表面的后续管以及中心管均匀进料，管底部可以具有盖子结构，借助于此结构在流体面中产生预定高度差。从而消除在底部上出现的因材料不同和材料的压力损失而引起的不规则分布，实现底部所有管中的均匀进料。在从外部，即从反应器壁22向内部流动时，ΔH对应于自然液面降低。
实施例11.一种浆状物，其温度控制在20-90℃，由反应物PTA和二醇或液态羧酸酯和二醇组成，在150℃以摩尔比为0.8-1.8注入第一室，与热交换器中存在的单体/预聚物反应物质以及从旋液分离器循环而来的产物和至少一种催化剂进行充分混合。
2.当通过热交换器时，通过除去大约30％-90％，优选大约40-60％的副产物进行原位脱气，所述热交换器通过“升气管”流道(气/液分离装置)将反应蒸汽引入旋液分离器。
3.反应物质在500-3000hPa压力下在相连的旋液分离器内进一步脱气。
4.在旋液分离器底部注入载气以进一步除去副产物。任何惰性介质或者过热的纯化气态副产物之一能够被用作载气。
5.在加压下通过管线传送反应物质，同时向所述物质中加入二醇，二醇的量为0.03-0.5mol/mol酸或二甲基酯，优选0.1-0.3mol/mol酸或二甲基酯，以实现使旋液分离器中存在的酸或酯端基的羧基或酯端基交换立即降低20％-80％，优选为40％-60％。
6.反应物质被传送至第一塔盘，以除去先前形成的副产物，并通过容器内管线的加热套，在加压下再次加热反应物质。
7.产物流过至少两个或多个蒸汽搅拌的集成塔盘，驻留时间为5-15分钟，温度以每塔盘1-20℃幅度连续升高，压力以5-50hPa的幅度连续降低。通过连续反应产生的蒸汽处于不饱和气态，并且被引入下一个塔盘的液面下，同时产物以不渗液的方式流入下一个容器。通过与主要产物强烈混合，蒸汽促进反应副产物的除去。另外，为了进一步通过蒸汽和气体的饱和改进反应进程，干燥惰性气体或反应气体被引入第一塔盘。获得的反应进程为10％-40％，其是羧基、羟基和酯端基之间的联立反应。
8.产品被传送进入下一步的闪蒸容器，该容器内压力为最后蒸汽搅拌容器压力的1/5-1/50。反应温度增加2℃-20℃。合成的聚酯链长度为5-20重复单元，优选具有10-15个重复单元，转化率超过99.5％。
9.使聚酯流过至少一个高表面活性的管区，在这个管区内，各自分量产物具有同样的温度和表面，产生的预聚物优选含有20-35个重复单元，转化率为99.8％。过热反应气体向下引入，与聚合物膜并行流动，并且吸收聚合物膜的每种新产生的气体副产物。这种设置使得具有以上条件的方法在5-30分钟内，优选8-16分钟内得以完成。
10.为了均衡分子分布，该产物在所述系统中进一步保持2-10分钟。
11.该聚合物被传送进入缩聚反应器中，其中PD达到80-150。合适的反应器已在例如US 5,779,986和EP 0 719 582中公开。
12.或者，在2-10分钟后可以将泵出的产物加工成颗粒，颗粒可以在固态下被进一步加热处理，以得到PD为90-200的聚合物。
依据上述的1-11以及1-10和12所生产的两种聚合物非常适合纤维形成过程，可以用作制造瓶子的树脂，特别适于装“蒸馏水”，并用于膜的形成和用于工业塑料材料。
由于黄度被提高2.5点(根据CIELAB测定(b*值))并且白度提高5点(L*值)，与其它聚合物相比，上述聚合物独具特点。
这些分析表明，与以前常规方法和设备生产的聚合物相比，本发明获得高纯度的聚酯。
因此，与现有技术相比，本发明的装置提出一种新的构想，这种新的构想的一些特征具有进步性。
权利要求
1.一种塔式反应器，其具有用于同时发生酯化和/或酯交换以及预缩合的反应区，各反应区彼此互相连接并结合在所述塔式反应器中，其特征在于，至少一种塔式反应器具有如下结构-在上部三分之一处，所述塔式反应器设置为具有连接有热交换器(5)的旋液分离器(2)的形式，并且具有用于浆状物、悬浮液和/或液体原料混合物的进料管线(3)，-旋液分离器(2)下面的塔式反应器区域设置为溢流阶式蒸发器(7)的形式，-所述阶式蒸发器(7)通过管线连接到塔式反应器的下部，所述下部设置为具有初始压降区(8)的单级或多级降膜区(9)的形式。
2.根据权利要求1所述的塔式反应器，其特征在于，所述旋液分离器(2)具有蒸汽连接片，并且与热交换器(5)连接，以使产物在自然或强制循环中经由热交换器(5)可以导入旋液分离器(2)。
3.根据权利要求1或2至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，热交换器(5)具有单独的气道(6)，所述气道(6)通向旋液分离器(2)的上部。
4.根据权利要求1-3至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述阶式蒸发器(7)至少具有两个塔盘，优选具有四个反应塔盘。
5.根据权利要求4所述的塔式反应器，其特征在于，用于混合添加剂的搅拌组件(10)集成在至少一个阶式蒸发器区域中。
6.根据权利要求4所述的塔式反应器，其特征在于，倒数第二个阶式蒸发器具有排放管，其上设置有用于供给添加剂的注射喷枪。
7.根据权利要求1-6至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，耐压管(4)设置为双层套管形式，其作为加热盘管延伸在第一顶部阶式蒸发器的内部。
8.根据权利要求1-7至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述耐压管(4)装配有体积进料泵和静态混合元件或装配有混合泵。
9.根据权利要求1-8至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述旋液分离器在其锥形区域内具有气体入口。
10.根据权利要求1-9至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，蒸汽区域中的一个反应塔盘(7)具有惰性气体入口。
11.根据权利要求1-10至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，用于降膜部分的初始压降区(8)具有旋液分离器的形状。
12.根据权利要求1-11至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，初始压降区安装有至少一个进一步的降压室。
13.根据权利要求1-12至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，至少一个降膜区(9)具有管区。
14.根据权利要求1-13至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，圆柱形入口(11)被分配给管区的每一根管，并确保各管内部均匀润湿，后者-周围安装有重叠的非轴向槽，-由于槽压力损失，在这一系列管上方可产生恒定的填充高度，-并具有锯齿状冠部的最大量溢出，-槽的构造使得粘度差异不影响填充高度的改变，但事实上填充高度与流体流量成比例变化。
15.根据权利要求13或14所述的塔式反应器，其特征在于，管区具有分布熔融体的流道。
16.根据权利要求13-15至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述管道具有冷压拉制表面“m”，根据EN ISO 1127其表面粗糙度Ra＝0.4-0.6或Rt为4-6μm。
17.根据权利要求13-16至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，管底部(9)设置为盖子形式。
18.根据权利要求13-17至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，降膜区的管长度是指定尺寸的，并且内表面具有这样的结构，使得整体润湿的实现依赖于产物粘度(LD≥10≤25)。
19.根据权利要求13-18至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，降膜区的管的直径选用比产生的最大反应蒸汽泡直径更大，而且，反应蒸汽与向下流动的产物并行流动。
20.根据权利要求1-19至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述塔式反应器具有浸入式进料管线，反应气体和/或外部气体借助于浸入式进料管线通过反应液体以并行流动方式从一个反应塔盘导入到另一个反应塔盘，从而在塔盘间产生压降。
21.根据权利要求1-20至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，整个塔式反应器安装有加热套，加热套使用蒸汽形式的有机加热介质。
22.根据权利要求1-21至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，在各区域内的所有热交换表面都装配有用于反应相关温度和热量分布的液体热载体。
23.根据权利要求1-22至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述塔式反应器具有引导流动形成的板底阀(3)，原料从其下部沿中央供给。
24.根据权利要求1-23至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，所述塔式反应器具有静态混合元件，用以改善原料混合物与反应混合物的混合。
25.根据前述权利要求至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，热交换器(5)具有用于产生对角交叉流动，同时产生轴向通流的三维静态混合元件。
26.根据权利要求25所述的塔式反应器，其特征在于，三维静态混合元件具有交叉和对角组装的板金属部分，在流动方向上具有载体和保持托架。
27.根据权利要求26所述的塔式反应器，其特征在于，所述板金属部分是带孔的、带波纹的和/或折叠的，即带褶的。
28.根据权利要求1-27至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，热交换器(5)具有加热室和产物室，还具有至少一个分离装置，用于使加热室和产物室水平分离，分离装置的高度至少对应于热交换器管道的直径，热交换器的分离区域其旋转偏量最大对应于热交换器管道的直径。
29.根据权利要求28所述的塔式反应器，其特征在于，各独立的热交换器区域具有不同的管道部分。
30.根据权利要求1-29至少之一所述的塔式反应器，其特征在于，蒸汽室以粘合降低方式被涂覆。
31.根据权利要求1-30至少之一所述的装置用于连续制备高分子量聚酯的用途，该用途基于在催化剂存在下二元羧酸与二醇的酯化反应和/或二元羧酸酯与二醇的酯交换反应，生成预聚物，然后使其缩聚生成高分子量聚酯。
全文摘要
本发明涉及一种塔式反应器及其连续制备高分子量聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸萘二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸亚丙基酯(PTT))，和/或其它二元羧酸和二醇的聚酯包括两者的共聚物的用途。因此，本发明涉及一种单级塔式反应器。
文档编号B01J19/24GK1867607SQ200480030306
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年10月31日
发明者艾克·舒尔茨·范·恩德尔特, 克里斯蒂安·阿特拉斯 申请人:乌德 伊万塔 - 费希尔有限公司