搅拌式高压釜和排空装置制造方法

搅拌式高压釜和排空装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于在聚合物，特别是聚酰胺聚合物例如尼龙6,6的制备期间维护搅拌式高压釜和排空装置。所述搅拌式高压釜和排空装置可包括包含搅拌器和排空阀的搅拌式高压釜、注入器和注入器模块，所述排空阀被配置为沿着第一流动通道来使搅拌式高压釜排空，所述注入器与排空阀相连并且配置为沿着第二流动通道将液体注入到排空阀中，所述注入器模块适合于控制流体从注入器注入到排空阀中。
【专利说明】搅拌式高压釜和排空装置

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及在制备聚酰胺聚合物期间清洁和/或维护搅拌式高压釜排空系统的装置。

【背景技术】
[0002]在相对大的规模上，可使用复杂的化学工程工艺来合成聚酰胺聚合物，例如尼龙6，6。这些化学工程工艺可包括制备聚酰胺(例如，尼龙6，6)盐溶液的盐冲步骤，将一些水从盐溶液中蒸发出来的蒸发步骤，将盐溶液处于加热和压力下以聚合的高压釜工艺，以及基本上形成最终聚合物原材料的挤出/切割步骤。如本领域的技术人员的通常理解，也可包括其他步骤。
[0003]这些化学工程工艺可或者为分批次工艺或者为连续式工艺，并且对于高压釜，存在有多个可使用的高压釜，并且有可接受的结果。不管是否为使用而选择的高压釜，在高压釜的排空期间，存在的问题是排空阀和管线的阻塞/堵塞很成问题。当生产大体积的批量时，这种问题更加严重，因此，在现有技术中，发明和使用用于在聚合物生产过程期间，维护排空阀和管线的各种技术是有益的。
实用新型内容
[0004]这里，本实用新型涉及用于在聚合物，特别是聚酰胺聚合物例如尼龙6，6的制备期间维护搅拌式高压釜的排空系统的装置。在一个实施方式中，提供了搅拌式高压釜和排空系统。所述搅拌式高压釜和排空系统可包括含有搅拌器和排空阀的搅拌式高压釜、注入器和注入器模块，所述排空阀被配置为沿着第一流动通道来使搅拌式高压釜排空，所述注入器与排空阀相连并且配置为沿着第二流动通道将液体注入到排空阀中，所述注入器模块适合于控制将流体从注入器注入到排空阀中。
[0005]本实用新型提供了一种搅拌式高压釜和排空装置，包括:
[0006]搅拌式高压釜，其含有设置在高压釜内部的搅拌器；
[0007]排空阀，其设置在高压釜体上并被配置为沿着第一流动通道来使搅拌式高压釜排空；
[0008]注入器，其与排空阀相连并被配置为沿着第二流动通道将液体注入到所述排空阀中；
[0009]和注入器模块，其与所述注入器相关联并适合于控制流体从所述注入器注入到排空阀中。
[0010]根据一个优选的实施方案，所述流体为水、蒸汽或其结合。进一步地，所述流体为水。
[0011]根据一个优选的实施方案，所述注入器配置为在所述排空阀处于排空时，在搅拌式高压爸内提高的压力下注入水。进一步地，所述提高的压力在lOOpsi到200psi。
[0012]根据另一个优选的实施方案，所述搅拌式高压釜和排空装置进一步包括位于所述排空阀的下游的洗涤器，所述洗涤器进行洗涤并将水再循环以进一步使用。进一步地，所述搅拌式高压釜和排空装置还包括将水从所述洗涤器泵送到注入器的泵。优选地，所述洗涤器可操作地连接于多个搅拌式高压釜，并且多个高压釜的每一个都有相应的注入器。
[0013]根据另一个优选的实施方案，所述排空阀具有阀座并且所述注入器在排空阀的阀座的最近处来注入流体。优选地，所述注入器在排空阀座的上游来注入流体。
[0014]根据又一个优选的实施方案，所述注入器包括阻止流体从排空阀进入注入器的止回阀。
[0015]根据又一个优选的实施方案，所述注入器包括被配置以使注入器流体进入所述排空阀的流速保持在0.5gal/min到5gal/min的节流孔。
[0016]根据一个优选的实施方案，所述注入器包括配置为启动来自注入器的流体流动的阻断阀。
[0017]根据一个优选的实施方案，所述注入器模块是编程为当排空阀打开并且排空搅拌式高压釜时将流体注入到排空阀中的注入器模块。
[0018]通过下文借助于例子而说明本实用新型的特征的详细描述，本实用新型的额外的特征和优点将会变得显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1是根据本实用新型的实施方式的在批次周期期间，压力、热量和排空相对于彼此的相关曲线的示意图；
[0020]图2A是根据本实用新型的实施方式的可使用的搅拌式高压釜的示意性截面图；
[0021]图2B是根据本实用新型的实施方式的可使用的替代性的搅拌式高压釜的示意性截面图；以及
[0022]图3显示了带有包含流体注入器的排空系统的搅拌式高压釜的实施方式的综合流程图。
[0023]应注意地是，附图仅是本实用新型的多个实施方式的示例，并且因此不旨在限制本实用新型的范围。

【具体实施方式】
[0024]尽管下文的详细描述包含了很多出于说明本实用新型的目的的细节，但是本领域的技术人员会理解下文细节的很多变化和修改将在所公开的实施方式的范围中。
[0025]相应地，下文的实施方式不失一般性地说明了本实用新型，并且不对本实用新型带来限制。在更详细地描述本实用新型之前，应当理解本实用新型不限于所描述的特定的实施方式，这是由于该实施方式可以变化。还应当理解，这里所使用的术语仅是出于描述特定实施方式的目的，并且不旨在限定，这是由于本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限定。除非另有规定，这里所使用的所有技术术语和科学术语具有与本实用新型所属的领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
[0026]如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的单数形式“一个”和“该”包括复数对象，除非上下文另有明确规定。因此，例如“聚酰胺”包括多种聚酰胺。
[0027]术语“可聚合组合物”或“可聚合溶液”指的是在根据本实用新型的实施例搅拌式高压釜内添加的溶液，当处理特定的温度和压力下高压釜内的可聚合组合物时，可形成聚合物，所述聚合体挤出或另外收割以用于进一步使用。但是，应注意的是，随着高压釜内可聚合组分开始聚合，溶液或淤浆将开始变粘稠成聚合物。因此，相对于变粘稠的聚合物，难以说明溶液何时停止变为可聚合组合物。结果，为了方便，这里可使用术语“可聚合组合物”以描述高压釜内的组合物而不考虑其聚合状态。此外，术语“溶液”不旨在描述组合物中的每种成分，这是由于一些材料或添加物(例如二氧化钛)实际上可分散在液体中。术语“溶液”仅为了方便而使用，这是由于在开始一些材料将会在溶液中。
[0028]术语“聚酰胺盐”是指可聚合的组合物(任选地带有其他添加物)中包括的盐，所述可聚合的组合物提供了用于形成聚酰胺聚合物的基本的可聚合材料。如果例如聚酰胺聚合物为尼龙6，6，则盐可由己二酸和己二胺之间的缩合反应来制备。其他的添加物也可包括在聚酰胺溶液中，或者在搅拌式高压釜之前引入，或直接引入到搅拌式高压釜中。例如，可将二氧化钛任选地直接引入到高压釜中，而在将可聚合组合物引入到搅拌式高压釜之前，引入可能更适合于包含于可聚合盐中的其他添加物，例如催化剂、消泡剂等，尽管不要求这种顺序或甚至这些或其他添加物的存在。
[0029]术语“周期”涉及主要由搅拌式高压釜内的压力曲线限定的批量聚合过程的阶段。第一周期(周期1)发生在批次处理的开始，这时压力正开始从相对低压升到相对高压。第二周期(周期2)发生在将相对高压保持一段时间，这典型地由压力排空来辅助。第三周期(周期3)发生在将相对高压降低回到相对低压时(该相对低压可任选为比开始的低压甚至更低的压力，如每次使用真空)。第四周期(周期4)发生在将(真空)低压保持一段时间。第五周期(周期5)发生在将高压釜中制备的聚合物通过高压从搅拌高压处理容器内挤出。
[0030]术语“相对高压”涉及在批量处理期间，压力基本处于其最高水平时的压力。因此，在批量周期期间，压力相对于其他的压力水平为“高”。例如，在周期2期间，可将开始的低压增加到相对高压。在考虑5个周期批量的压力曲线时，当压力在批量处理曲线的最高压力处或附近时，则已经达到了“相对高压”。在这里所示的一些实施例中，显示了约230至300psi的相对高压，但是其他的压力曲线可提供在这种范围之外的相对高压。
[0031]术语“搅拌”指的是当处于足以引起至少一些可聚合组合物或得到的聚合物的混合的水平的作用时，搅拌器的状态。在一个实施例中，搅拌器可以是螺旋件，其可在搅拌式高压釜中以高达100RPM进行旋转，但也可例如在5RPM至90RPM的范围内旋转。
[0032]术语“座”或“阀座”，当用于描述阀门，特别是排空阀的部件时，其涉及阀门的第二运动部分处于或顶靠而挤压的表面，大体为安装面。为了本实用新型的目的，现有技术中的可认为具有阀座的阀门包括球阀、蝶阀、止回阀、节流阀、隔膜阀、闸阀、针阀、夹管阀、旋塞阀以及其他现有技术中已知的阀门或易于用于或修改后易于用于根据本实用新型的实施例的排空系统的阀门。
[0033]在本实用新型中，“包含”、“含有”和“具有”等可具有美国专利法所赋予它们的意义，并且可意味着“包括”等，并且通常被解释为开放式的术语。术语“由…组成”是封闭式的术语，并且根据美国专利法的意义仅包括特别列出的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等。当将“基本由…组成”或“基本组成了”等用于本实用新型包含的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等时，其涉及与这里公开的类似的要素，但是其可包括额外的结构基团、组成组分、方法步骤等。但是，与这里所公开的相应的装置、化合物、方法等相比而言，这些额外的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等不会实质上影响装置、组合物、方法等的基础特征和新颖性特征。在进一步的细节中，当将“基本由…组成”或“基本组成了”等用于本实用新型所包含的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等时，其具有根据美国专利法所赋予其的意义并且这些术语是开放性的，只要记载的基本或新颖性特征不被大于所记载的内容改变，其允许大于所记载的内容存在，但是除现有技术的实施方式除外。当使用开放式术语，如“包含”或“包括”时，应理解的是，如清楚地声明了一样，也直接支持了“基本由…组成”以及“由…组成”等用语。
[0034]词组，例如“适合于提供”、“足以导致”或“足以产生”等在合成方法的上下文中涉及与时间、温度、溶剂、反应剂浓度等相关的反应条件，可改变反应条件以提供反应产物的有用的数量或反应产物的产量，这是在本领域的实验人员的普通技能的范围内的。没有必要地是，所需要的反应产物为仅是反应产物或者起始材料被完全消耗，所提供的所需要的反应产物可被分离或否则进一步使用。
[0035]应当理解的是，这里可将比例、浓度、量或其他数据以一个范围的形式来表述。应理解的是，使用这种范围形式是为了方便和简洁。并且因此，应当以灵活的方式来解释以不但包括如范围的端点明确说明的数据参数，并且如果每个数值和子范围包括“大约‘X’到大约‘Y’”，则也包括所有的单个数据参数或包含在所述范围内的子范围。为了说明，“约0.1%到约5%”的浓度范围应被解释为，不但包括清楚地说明的约0.1重量％到约5重量％的浓度，也包括在所说明的范围内的单个的浓度(例如1%、2%、3%和4% )以及子范围(例如0.5%U.1%>2.2%, 3.3%和4.4%)。在一个实施方式中，术语“约”可包括根据数据参数的有效数字的传统舍入。此外，词组“约‘X’到‘Y’”包括“约‘X’到约‘Y’”。
[0036]这里所使用的术语“约”，当涉及数据参数或范围时，其允许在一定数值或范围中的一定程度的变化，例如在所表述的数值或所表述的范围极限的10%内或在另一方面在5%内变化。
[0037]另外，在以罗列或马库什基团的方式描述本实用新型的特征或方面的地方，本领域的技术人员会理解的是，因此也根据马库什基团的要素的任何单个要素或子基团而描述了本实用新型。例如，如果X被描述为选自由溴、氯和碘组成的组，则如同单独罗列一样，完全描述了 X为溴的权利要求和X为溴和氯的权利要求。例如，在本实用新型的特征或方面根据这种罗列而描述的地方，本领域的技术人员会理解的是，因此也根据马库什基团的要素的任何单个要素或子基团的任意结合而描述了本实用新型。因此，如果X被描述为选自由溴、氯和碘组成的组，并Y被描述为选自由甲基、乙基和丙基组成的组，则完全描述并支持了 X为溴并且γ为甲基的权利要求。
[0038]如这里所使用，所有的组分含量以重量百分比的形式给出，除非另有声明。当涉及组分溶液时，百分比指的是包括溶剂(例如水)的组分的重量百分比，除非另有说明。
[0039]如这里所使用，所有的聚合物的分子量(Mw)是重均分子量，除非另有说明。
[0040]在阅读本实用新型时，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，这里所描述和说明的每一个单独的实施方式具有独立的部件和特征，这些独立的部件和特征易于与其他几种实施方式的任何特征分离或结合而不背离本实用新型的范围或精神。
[0041]在本实用新型中，应注意地是，当描述搅拌式高压釜时，也认为能将单个的或分离的描述用于彼此，不论是否在特定实施例或实施方式的上下文中进行了明确描述。例如，在描述特定的搅拌器或螺旋件本身中，在这种讨论中也内在地包含了其它装置的实施方式，并且反之亦然。
[0042]出于这种考虑，应注意存在有多种不同类型的用于制备聚合原材料的高压釜。一个特定类型的高压釜是搅拌式高压釜，其包括搅拌件例如螺旋件以有助于聚合过程。搅拌器或螺旋件通过以下方法而有助于过程，所述方法为提供盐流动混合以及高压釜内容纳物的连续混合(没有分层效应)、控制热传递、降低涡流、穿过高压釜而引出聚合物、实现高压釜容器的较高产率、提供粘度计以测量相对粘度(RV)等。
[0043]在讨论本实用新型的一些装置之前，理解用于生产聚合物的五周期过程的实施方式中高压釜的压力、温度和排空的综合图是有用的。图1显示了在五周期过程期间压力、温度和排空的综合图。具体地，第一周期(周期1)发生在批量处理的开始，这时压力正在从低压升到相对高压。第二周期(周期2)随着将相对高压保持一段时间而发生。因此，随着温度升高，压力会内在地升高，通过放空高压釜可将压力实际保持在相对高压，如图1的排空曲线中的周期2所示。第三周期(周期3)随着相对高压降低到甚至比开始的低压更低的低压而发生，在一些实施方式中，该相对高压可降低到用于第四周期(周期4)的真空水平，在这种实施例中，所述第四周期随着将低压(真空)保持一段时间而发生。第五周期(周期5)随着压力再次升高而发生，其目的是将聚合物从搅拌式高压釜容器中挤出。
[0044]在下文描述了用于生产聚合物的五周期过程的实施方式(如图1所示)的更详细的说明。在开始聚合物制备工艺的准备中，可将盐溶液以80重量％到84重量％的含量水平从蒸发器引入到搅拌式高压釜中。在第一周期(周期1)期间，可通过向容器内引入可聚合的组合物、通过压力源、通过加热等而使压力增加到特定的水平。在这种系统中，压力水平可在真空压力到300psi之间变化。典型地，在周期1的大部分或所有期间，几乎不放空高压釜，一个目的是增加容器的压力。
[0045]在第二周期(周期2)中，将压力基本恒定保持在相对高压力，例如从230psi到300psi。随着高压釜的温度的提高，通过放空高压釜，在一些实施方式中包括最大程度地放空来将压力基本恒定地保持在相对高压。在这种特定的实施方式中，最大放空显示为2000kg/hr(排空范围从0到2000kg/hr)，但是应注意地是，尽管也可使用处于这种范围之外的排空水平，例如取决于系统空间，最大放空可为从1500kg/hr到2500kg/hr变化的水平。在高压釜的排空期间，排空阀可由于沉积在排空阀上的单体、低聚物或聚合物残留而变为粘性或阻塞。这些沉积物可抑制高压釜的排空控制，这又可导致丧失或降低对高压釜的压力控制。除了导致与排空阀相关的问题，这些残余的沉积也可在排空管线中形成，这可导致这些管线的阻塞。
[0046]在发生排空的周期期间，可将注入器用于高压釜以将流体例如水注入到高压釜的排空阀中以降低并抑制单体、低聚物或聚合物在排空阀本身或排空管线中的沉积。典型地，注入器被配置以在与阀门所使用的典型的排空流体流动通道不同的位置处进入所述排空阀。在一个实施例中，可通过钻孔或其它方式在阀座处或其附近提供进入阀门的接口来将第二流体流动通道引入到阀门中，以便阀门可被水、蒸汽或其他流体注入以保持阀门干净并且不被沉积的单体、低聚物或聚合物堵塞。
[0047]典型地，第二流体流动通道在紧邻排空阀座的排空阀处，优选在所述排空阀座的下游，低压侧。在一个实施例中，所述阀门被改进以在阀门的出口的右边的低压侧注入水或其它流体。通过在该位置注入水(或其它流体)，使水在排空管线中提供了富水的环境，帮助预防沉积物的堆积，其反过来有助于管线保持清洁。此外，通过在紧邻所述阀门的低压侧注入水，使调节反应器内压力的阀门也远离沉积物(单体、低聚物、聚合物等)。当通过注入端口进来的水接触到来自高压釜和热的周围表面(即该阀本身和管)的蒸汽而被闪蒸时，这可以发生。这使任何沉积物小至没有机会粘在阀门的表面上。因为析出物倾向于选择在低压区域形成，所以通过在所述阀座上的低压侧注入，由于闪蒸水不允许这些沉积物在阀上析出，沉积物可降低到最小化程度。如果没有这种注入管线，那就会于阀门的出口处出现沉积物的积聚，并且可以使阀门调节高压釜内压力的动作不规则，例如，该阀调节压力时会打开过度，更快的行进(快速向上和向下移动)。而且，有时，该阀的运动可使沉积物脱位导致该阀更突然运动，从而导致更多的单体、低聚物和/或聚合物通过排空管线从熔融池中移动上升。通过在阀座处，通常在其下游，低压侧注入水、蒸汽或其他适当的流体，这些问题可以得到缓解。
[0048]通过一个实例的方式，在更详细地细节中，注入水在注入点可具有约lOOpsi的压力。因此，当高压釜的压力低于lOOpsi时可以停止注入水，以防止注入的水回溯到高压釜中，并在聚合物池中产生冷点，从而导致当聚合物从高压釜中挤出时的浇铸问题。因此，可以操控注入水的压力，并在小于lOOpsi的压力下(只要高压釜的压力高于水的注入点的压力)继续注入水。
[0049]还如图1所示，第三周期(周期3)主要通过压力降低而限定。从图中可看到，在周期3中也可发生一些排空。这种排空可与从注入器将流体注入到排空阀中相伴。但是，值得注意地是，通常当高压釜内的压力降低到约lOOpsi以下时，在排空期间流体的注入典型地会停止。在压力低于约lOOpsi下将流体注入到高压釜中可导致流体流入到高压釜内，这可导致与聚合工艺相关的问题。因此，当排空阀由于搅拌式高压釜内的lOOpsi或更大的压力而排空时，将流体注入到排空阀中对于使用是更有效的。在周期3的末尾，例如再次特定地参考尼龙6，6，相对粘度可为约16到20单位，并且水含量可为约0.002gr/gr到0.006gr/gr。
[0050]第四周期(周期4)的特征在于甚至比高压釜工艺开始时的初始压力更低的压力，并且可使用真空压力而实现。此外，在第四周期期间，可存在由搅拌器RPM的缓慢下降。在周期4的末尾，再次参考尼龙6，6，相对粘度可为约32到55单位(RV)，并且水含量可为约0.001gr/gr到0.004gr/gr。第五周期(周期5)的特征在于烧铸或挤出周期，其中所形成的聚合物被挤出并且切片以用于其他用途。如本领域的技术人员所理解，可典型地进行挤出之后的额外步骤。
[0051]根据本实用新型的实施例，搅拌式高压釜可以包括设置在高压釜内部的搅拌器和设置在高压釜体上并被配置为沿着第一流动通道排空所述高压釜的排空阀。所述装置还包括与所述排空阀相关联并被配置为沿着第二流动通道向所述排空阀中注入流体的注入器，以及与所述注入器相关联且适于控制流体从注入器到所述排空阀的注入的注入模块。
[0052]在一个实施例中，高压釜的排空可在第一周期后，例如在达到相对高压力并且在第二周期期间维持后来实施。将流体注入到排空阀中可在基本上整个第二周期期间发生或者其可在第二周期的一部分期间被触发和停止。任选地是，可将流体注入的定时与根据排空阀的打开和闭合，或当排空在特定水平之上(或高压釜内的压力)时的注入相适应。在一个方面，在第二周期期间，流体的注入可发生在至少两个时刻。在第二周期期间的压力可典型地在整个第二周期期间维持在约230psi到约300psi，因此在第二周期期间将流体注入到排空阀中可为相同。但是，应注意地是，在第三周期的部分期间，可发生高压釜的排空，如图1所示。因此，也可在这些排空情况中将流体注入到排空阀中。在本实用新型的一些实施方式中，不管何时发生排空和伴随的流体注入，流体的注入可使随后高压釜内的压力降低停止或低于与确定的水平，例如在约lOOpsi或之上。如所述，当高压爸压力低于lOOpsi时，将流体连续注入到排空阀中可导致流体向下流动到高压釜中(而不是穿过排空管线而离开)并且对聚合物生产具有负面作用，尽管取决于系统，在这些低压水平下注入流体不是必须被阻止的。
[0053]通过注入器注入的流体可为任何，在保持排空阀和/或排空管线清洁和基本有单体/低聚物/聚合物沉积是有效的流体。流体可以为气体或液体。在一个实施方式中，流体可为水、蒸汽或其结合。在另一个实施方式中，流体可以为可包含少量适合于移除单体、低聚物或聚合物沉积的清洁剂的水溶液。还在另一个实施方式中，流体可为水。流体的温度可为环境温度或其可具有高温。流体可来源于任何位置或源头。在一个实施方式中，流体可来源于作为排空系统的一部分的与高压釜相连的洗涤器。通过注入器注入的流体可在高压下注入。在一个实施方式中，高压可为约lOOpsi到约200psi。注入到排空阀中的流体流速可为约0.5gal/min到约5gal/min,或任选地从约2gal/min到约4gal/min。
[0054]现在看图2A和2B，其显示了搅拌式高压釜实施方式的示意性截面图。这些图不必根据实际比例绘制，并且没有显示可存在在搅拌式高压釜内的每一个细节，选择性替代式地显示了与本实用新型特别相关的特征的示意图。因此，搅拌式高压釜10可包括高压釜容器20和在这种实施例中的搅拌器或螺旋件30。容器包括容器壁22，其典型地为涂层容器壁，并且容器壁和/或其他结构适合于支撑一个或多个加热部件24、26。在这个实施例中，显示了外夹套加热部件24和内加热部件26。图2A显示了靠近容器壁的内部加热部件，然而图2B显示了靠近搅拌器或螺旋件的内部加热部件。在图2B中还显示了一对复新棒(refresher bars) 18,其与中央的搅拌器或螺旋件一起工作来使聚合物复新。本质上，搅拌器工作以使聚合物沿着中心部分向上移动，并且那对复新棒用于在搅拌熔融聚合物时通过从侧壁表面除去聚合物来复新熔融聚合物。这种设置可以改进系统内的热传递，并能降低搅拌所造成的涡流的高度。
[0055]外夹套加热部件可用于升高包含在容器内的可聚合的组合物或聚合物的温度和压力，并且内加热部件特别地可用于阻止聚合物粘附于容器壁的内表面的额外目的。应注意地是，以截面示意性地显示了内加热部件，但是应理解地是可使用任何形状或结构的内加热部件。也应注意地是，加热部件可配置或适合于承载现有技术中任何已知的以向高压釜提供热量的流体，这些流体包括气体和/或液体。此外，在高压釜容器的底部端部存在有挤出阀开口 28。没有显示出阀门，但是可在这个位置将在高压釜内制备的聚合物基础以进行进一步处理。
[0056]相对于这里所描述的特定的搅拌工艺，在所显示的结构中，搅拌器或螺旋件30将使可聚合的组合物(或其形成的聚合物)以图2A中所示的流动模式32向上朝向高压釜容器20的中心区域和向下朝向容器壁22为运动。类似的流动模式将在图2B中所示的高压釜中呈现，所不同的是复新棒18将在容器壁22的附近提供额外复新搅动。在任何一种情况下，当螺旋件搅拌时，螺旋件可以足以导致可聚合的组合物或聚合物根据所示的模式至少一定地混合的RPM水平而运动。例如，搅拌器或螺旋件可在搅拌式高压釜内以高达100RPM，但是通常设置在5RPM到90RPM，或70RPM到90RPM的速度转动。如本领域的技术人员所理解地是，也可使用处于这种范围之外的RPM水平。
[0057]进口阀门44可用于添加可聚合的组合物、其他添加物或气体以增加高压釜容器内的压力。典型地是，通过弓I入可聚合的组合物并且调节加热曲线来调节容器内的压力。此夕卜，也存在有排空系统，所述排空系统包括高压釜排空阀46、排空管线48和注入器92。排空系统设置为用于将气体从高压釜容器通过排空阀排空到排空管线48中以降低或维持高压釜的压力。值得注意地是，现有技术中已知的任何类型的阀门均可用作排空阀或这里所讨论的其他的阀门。此外，也应注意地是，不考虑这些入口和阀门等的所描述和所显示的位置，本领域的技术人员可理解地是，使用者可将这些或其他接口用于与所示的设计目的不同的目的。如前文所述，在高压釜内的聚合过程的第二周期期间，将压力处于相对高压并且在周期期间，通过将增加热量与放空高压釜相结合而将压力基本保持恒定。例如，在第二周期期间，可将压力保持在从约230psi到约300psi，尽管在一些实施方式中也可使用处于这种范围之外的压力。尽管可调节变化的持续时间，但是通常第二周期可持续10分钟到45分钟。如所述，高压釜的排空系统还包括与排空阀相连并且被配置以将液体注入到排空阀中的注入器。尽管没有在图2A和2B中显示，但是在图3中显示了细节，注入器可与用于注入到排空阀中的流体的源相连。注入器可配置为将流体注入到相邻的排空阀的座中，并且在一个实施例中，注入到座处或甚至相对于排空气体的流动(第一流动通道)，注入到座的略微上游或下游。在一个实施方式中，注入器可设置为使得(沿着第二流动通道)穿过排空阀的处于或接近排空阀的座的侧壁而注入流体。以此，在一个实施方式中，可将第一流动通道限定为从高压釜的内部穿过排空阀并且进入排空管线48中的流动通道。可将第一流动通道限定为从注入器穿过排空阀并且进入排空管线中的流动通道。在这种设置中，第一流动通道和第二流动通道是不同的，并且结合到排空阀或排空管线中。
[0058]在关于高压釜的其他细节中，在一些实施方式中，高压釜的一个或多个机构可为自动的。例如，如图2A和2B所示，高压釜可包括控制器50，所述控制器可包括多个模块60、70,80,90并且可用于自动实施搅拌式高压釜的整体功能或工艺步骤。例如，加热部件24、26可由加热模块60控制。高压釜的压力可使用可控制高压釜的入口阀44和排空阀46的压力控制模块70而控制。应注意地是，例如也可通过增加高压釜内的热量来控制压力。因此，压力控制模块也可替代式地控制加热部件。包括排空阀46和注入器92的排空系统可通过排空模块80和注入器模块90而各自地控制。可将排空模块和注入模块编程为例如当排空阀打开并且高压釜处于至少lOOpsi的预确定的压力时，将流体注入到排空阀中。模块可以导致可聚合的组合物可预测的批量聚合的方式与系统的循环一起工作。因此，图1说明了下面实施例，在其中加热模块、压力控制模块和排空模块一起工作以实现可接受的聚合结果。此外，根据本实用新型，注入器模块也可与其他模块一起使用以有助于阻止带有单体、低聚物和/或聚合物沉积的排空阀或排空管线阻塞/堵塞或塞住。另外的好处包括使批次的处理更快，从而提高了生产力。
[0059]图3显示了带有排空系统的搅拌式高压釜100的实施方式的大体流程图，根据本实用新型的实施例，所述排空系统包括流体注入器190和排空阀110。从图中可看到，高压釜和排空阀与排空系统相连，排空系统包括洗涤器120、泵130和前文所述的注入器。如流程图所示，注入器可包括阻止流体从排空阀反流进入到注入器内的止回阀170，配置为将流体流保持在所需要的流速的限流孔160和配置为启动来自注入器的流体的流动的阻断阀150。在一些实施方式中，可有利地是，在注入器的一端或两端包括手动阀140、180以允许易于维护或更换。
[0060]还如图3所示，排空阀110与位于排空阀下游的洗涤器120相连。这种流体连接可穿过所存在的排空管线(未示出)。应注意地是，如本领域的技术人员所了解，图3中所示的箭头代表了流体管线或管道。洗涤器可为本领域中的任何已知的类型。尽管没有显示，洗涤器可操作地与多个高压釜的排空阀相连，每个排空阀具有其自己的注入器。在一个特定的实施方式中，可将来自洗涤器的流体(例如水和/或蒸汽)从洗涤器通过泵130泵送循环返回到注入器190。泵可用于给注入器内的流体加压。
[0061]值得注意地是，与类似地不包含这里所描述的高压釜排空系统相比，本实用新型的搅拌式高压釜以及相关的排空装置可提供一些优点。例如，包含注入器能显著降低排空系统的排空阀和/或相连的排空管线的阻塞/堵塞或的正常功能的抑制。这允许较少的用于清洁或维护排空阀和排空管线的停机时间。例如，排空管线或排空阀中的每个阻塞/堵塞可消耗约5天并且损失数千千克的聚合物的产量。
[0062]此外，在搅拌式高压釜中使用注入器可允许在高压釜中有较大的批量大小，所述较大的批量使得在高压釜中剩余较小的顶部空间。通常，在聚合物材料的顶部和高压釜之间的减小的顶部空间距离可由于导致具有堵塞排空阀和/或排空管线或抑制排空阀和/或排空管线的功能而增多的问题。此外，使用注入器允许将排空系统的洗涤器设置在距与高压釜较远处，这又允许在多个高压釜上同时使用单一个共同的洗涤器。对多个高压釜使用单一个共同的洗涤器可降低与制造相关的费用并且允许更有效地使用生产工厂中的空间。
[0063]现在转向可使用这里所描述的装置而制备的示例性的聚合物，可认为制备了聚酰胺聚合物，特别是尼龙6，6。通常，根据本实用新型的实施例的批量大小可为从lOOOKg到3000Kg，并且在批量生产期间可在高压釜内循环约100分钟到约360分钟，或甚至更多。在一个方面，循环持续时间可为约100分钟到约180分钟。在另一个方面，循环持续时间可为约100分钟到约160分钟。在另一个方面，循环持续时间可比约155分钟更少。仍在另一个方面，循环持续时间可为约100分钟到约155分钟。也可使用在这种批量大小和时间之外的范围，这取决于设备和聚合物的选择，或本领域的技术人员的认知内的其他考虑。
[0064]如所提到，根据本实用新型的实施例，所制备的聚酰胺聚合物可为尼龙类型的聚酰胺，例如尼龙6，6。用于形成尼龙6，6聚合物的可聚合的组合物例如可首先使用盐溶工艺来制备，在搜书盐溶工艺中己二酸和己二胺会起反应。如这里所描述，当在将盐溶液引入到搅拌式高压釜之前，将盐溶液引入到蒸发器以除去部分水时，可移除存在于这种化合物中的水，所述水或者用作溶剂以携带反应物而被引入或通过己二酸和己二胺的缩聚反应而被引入。这种溶液(这里称之为可聚合的组合物)可包括尼龙6，6盐，以及其他的添加物，例如消泡剂、催化剂、抗氧化稳定剂、抗菌添加剂、增光剂、酸性可染型的聚合物、酸性染料或其他染料，这在本领域中是众所周知的。如果目的是将产品增白，则也可包括二氧化钛，但是通常直接添加到高压釜中以避免结块。当准备高压釜内的聚合反应时，聚酰胺盐例如尼龙6，6盐可以例如约50重量％到95重量％的量存在于可聚合的组合物中。
[0065]如果添加催化剂，则催化剂可以重量计从lOppm到lOOOppm范围的量存在于可聚合的聚酰胺组合物中。在另一方面，催化剂可以重量计从lOppm到lOOppm范围的量存在。催化剂可非限定性地包括磷酸、亚磷酸、次磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸，其盐和其混合物。在一个实施方式中，催化剂可为次磷酸钠、次磷酸锰、苯基亚膦酸钠、苯基膦酸钠、苯基亚膦酸钾、苯基膦酸钾、双苯基亚膦酸六亚甲基二铵、甲苯基亚膦酸钾，或其混合物。在一个方面，催化剂可为次磷酸钠。
[0066]这里根据所公开的实施方式而制备的聚酰胺化合物可通过添加增光剂，例如二氧化钛来改善白色外观。这种聚酰胺可表现出长久的白色改善并且可通过操作例如热定型来保持这种白色改善。在一个实施方式中，增光剂可以从0.01重量％到1重量％的量存在于可聚合的聚酰胺中。
[0067]此外，这种可聚合的聚酰胺可包含抗氧化稳定剂或抗菌添加剂，这在本领域中是众所周知的。此外，可聚合的组合物可包括消泡剂。在一个实施方式中，消泡剂可以重量计从lppm到500ppm的量存在于可聚合的组合物中。
[0068]根据本实用新型的实施方式，可聚合的组合物可为固有的酸性染料可染型，但是也可通过使用聚合物中共聚的阳离子染料来改性这些聚合物或共聚物而使可聚合的组合物形成为碱性染料可染型。这种修改使得化合物特别易于通过碱性染料染色。
[0069]如还应注意，在说明书中描述的一些功能单元被称之为“模块”以更特别地强调其实施的独立性。例如，“模块”可实施为包括传统的VLSI回路或门阵列、现成的半导体例如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件的硬件电路。模块也可实施为可编程硬件例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑装置、可编程逻辑装置等。模块也可实施为软件用于通过不同类型的处理器来执行。相同模块的可执行码例如可包括一个或多个计算机指令集合，其可形成目标、过程或功能。但是，能执行的相同模块不需要为物理地处于一起，而是可包括存储在不同位置中的不同的指令，所述指令包括模块并且当逻辑地连接在一起时，会实现向模块表述的目的。
[0070]实际上，可执行码的模块可为单个指令，或多个指令，并且甚至可为分散在多个在不同的程序之间以及在多个存储装置中的不同的代码部分中。类似地是，操作数据可为相同并且这里在模块中说明，并且可以任何适当的形式实施或组织在任何适当类型的数据结构中。操作数据可收集为单个数据集，或可分散在包括不同存储装置的不同位置中。该模块可为被动或主动，包括可操作执行所需功能的代理。
[0071]实施例
[0072]实施例1:带有传统循环的高压釜
[0073]向向生产能力为每循环能生产1000到1300Kg的尼龙_6，6的工业规模的高压釜中充入己二酸和己二胺的水溶液。将温度升高到150°C至280°C。工业规模的高压釜装配有排空到排空管线的压力控制阀。当高压釜的压力到达300psi时，控制阀打开到足以将压力维持在300psi。溶液中的水和由己二酸和己二胺缩聚反应产生的水通过控制阀可控地从高压釜释放到排空管线中。随着控制阀和排空管线中的压力降低，含有至少少量固体(二胺、己二酸以及非常少量的短链尼龙6，6聚酰胺材料)的水在排空管线的内壁上凝结并且至少一部分固体会析出以在内壁上形成粘固的沉积物，也可在阀座或接近阀座的一些区域中沉积。
[0074]实施例2:在长循环时间中比较堵塞速率
[0075]以不同的循环时间重复实施例1。在大于360分钟的长循环时间时，在排空管线内的固体沉积速率低。将循环时间逐渐缩短，并且每单位时间堵塞的速率会增加。在循环时间为180分钟时，在排空管线中会发现中等堵塞。应注意地是，在类似的条件下，在阀门处或接近阀门处，例如阀座处也可产生堵塞。
[0076]实施例3:在中等循环时间中比较堵塞速率
[0077]将实施例1的聚合循环重复182分钟，接着逐渐缩短到153分钟。随着较高的生产速率，问题(堵塞排空管线)会逐渐变严重。在153分钟的循环期间，会观察到显著的固体沉积。这种聚集代表了限制生产速率的技术问题，这是由于进一步降低循环时间会引发更多的固体沉积并且会在较短的时间堵塞排空管线。
[0078]实施例4:增加产量和缩短循环时间
[0079]以153分钟的循环时间重复实施例1的聚合循环。排空管线堵塞证明了不变的问题，每个高压釜每个月会发生0.7的排空管线堵塞。这种堵塞速率会以四种方式导致经济损失。第一，堵塞限制了整个聚合物生产(每个月多个批次)，这是由于其需要显著量的时间(高压釜停止1-2天)来清洁排空管线，并且在很多情况中，高压釜本身需要检修(高压釜停止5-10天)，这是由于堵塞的排空管线可使高压釜内的尼龙_6，6聚合物凝固。第二，在排空管线完全堵塞前的最后几个批次的等级会降低，这是由于在循环期间发生的不合标准的二胺损失。第三，由于需要将全职机械师添加到每个轮班中以清洁堵塞的排空管线，因此维护费用会增加。第四，其可导致每吨聚合物的整体成本增加，这是由于不能以较短的循环时间来操作高压釜，这会降低所生产的全部聚合物的量。
[0080]实施例5:注入流体以清洁/维护排空管线和/或阀门的功能
[0081]重复实施例1的聚合循环，但是不将水注入到排空管线中，。几乎马上观察到通过排空管线可显著改善压力降低。在第一组高压釜中，在注入水之前，不对排空管线进行机械清洁，然而随着水的注入压降会更低。所观察的排空管线清楚地显示其更加清洁，尽管经验表明这些排空管线应当是比较不干净的，具有沉积物。这清楚地显示了注入水有助于保持排空管线清洁，并且甚至可以清洁在引入注入水之前就带有堆积的沉积物的排空管线。
[0082]尽管不是所有的排空管线都在引入注入水之前排空进行清洁，但是在所有的高压釜中，在引入注入水之后的第一个30天内，仅发现了一个堵塞的排空管线。因此，问题出现速率从每月每个高压釜0.7的排空管线堵塞降低到每月每个高压釜0.05的排空管线堵塞。在第一个30天之后，排空管线堵塞的问题几乎消失并且仅在外部问题的极端情况中，例如断电发生排空管线区域堵塞。
[0083]尽管已经以对于结构特征和/或方法特定的语言描述了本实用新型，但是应理解地是，由所附的权利要求书限定的实用新型不限于上文所描述的特定的特征和操作。而是上文描述的特定的特征和动作被公开为实施权利要求的示例性形式。可进行多个改进和替代性的设置而不偏离所描述的技术的精神和范围。
【权利要求】
1.一种搅拌式高压釜和排空装置，包括: 搅拌式高压釜，其含有设置在高压釜内部的搅拌器； 排空阀，其设置在高压釜体上并被配置为沿着第一流动通道来使搅拌式高压釜排空； 注入器，其与排空阀相连并被配置为沿着第二流动通道将液体注入到所述排空阀中； 和注入器模块，其与所述注入器相关联并适合于控制流体从所述注入器注入到排空阀中。
2.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置装置，其特征在于，所述流体为水、蒸汽或其结合。
3.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述流体为水。
4.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述注入器配置为在所述排空阀处于排空时，在搅拌式高压釜内提高的压力下注入水。
5.根据权利要求4所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述提高的压力在10psi 到 200psi。
6.根据权利要求3所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，进一步包括位于所述排空阀的下游的洗涤器，所述洗涤器进行洗涤并将水再循环以进一步使用。
7.根据权利要求6所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，还包括将水从所述洗涤器泵送到注入器的泵。
8.根据权利要求6所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述洗涤器可操作地连接于多个搅拌式高压釜，并且多个高压釜的每一个都有相应的注入器。
9.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述排空阀具有阀座并且所述注入器在排空阀的阀座的最近处来注入流体。
10.根据权利要求9所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述注入器在排空阀座的上游来注入流体。
11.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述注入器包括阻止流体从排空阀进入注入器的止回阀。
12.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述注入器包括被配置以使注入器流体进入所述排空阀的流速保持在0.5gal/min到5gal/min的节流孔。
13.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述注入器包括配置为启动来自注入器的流体流动的阻断阀。
14.根据权利要求1所述的搅拌式高压釜和排空装置，其特征在于，所述注入器模块是当排空阀打开并且排空搅拌式高压釜时将流体注入到排空阀中的注入器模块。
【文档编号】B01J19/18GK204093410SQ201420173984
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2013年5月1日
【发明者】利恩·曼斯特, 查尔斯·R·克尔曼 申请人:英威达科技公司