用于合成聚合物同时提取气态物质的包括具有至少一个圆柱形部分的反应室的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于合成聚合物（特别是聚酰胺）同时分离气态物质（特别是 水）的装置。本发明还涉及一种合成聚合物（特别是聚酰胺）同时分离气态物质（特别是 水）的方法，所述方法尤其可使用本发明的装置进行。
【背景技术】
[0002] 众多的工业聚合物通过缩聚而制备，其中分子量的增加伴随着低分子量组分的释 放，通常必须将所述低分子量组分从反应混合物中至少部分地去除，从而获得例如所需的 分子量和/或所需的产物特性。
[0003] -类重要的缩聚聚合物是聚酰胺类。除了使用的主要领域为膜、纤维和材料之外， 它们还用于众多的其他终端用途。在聚酰胺中，聚酰胺-6 (聚己内酰胺）和聚酰胺-6, 6 (尼 龙，聚己二酰己二胺）为制备规模最大的聚合物。聚酰胺-6, 6主要通过所谓的AH盐溶液 (即包含化学计量量的己二酸和1，6-二氨基己烷（己二胺）的水溶液）的缩聚而制备。 用于制备聚酰胺-6的常规方法为ε -己内酰胺的水解开环聚合，其仍具有非常重要的工 业意义。对于聚酰胺-6和聚酰胺-6, 6的常规制备方法记载于例如Kunststoffhandbuch， 3/4 Technische Thermoplaste ：Polyamide[Plastics Handbook,3/4 Industrial Thermoplastics :Polyamides]，Carl Hanser Verlag，1998, Munich，第 42-71 页中。
[0004] 已具有广泛用途的特定类型的工业聚合物为半结晶或无定形热塑性半芳族聚酰 胺类，其特别因高的热稳定性而著名，并因此也称为高温聚酰胺（HTPA)。
[0005] 特别是在高温聚酰胺的合成中，需要将水从反应熔体中去除。因此，这些HTPA的 制备通常始于由至少一种二胺和至少一种二羧酸及任选地其他单体组分（例如内酰胺、 ω_氨基酸、单胺、单羧酸及其混合物）形成含水盐溶液，条件是至少一种组分具有芳族基 团。在形成盐溶液之后，通常在液相中进行低聚反应，其间通常仍未除去水。在该低聚反应 结束时，在约70%至80%的转化率下，低聚物具有例如平均4至10个重复单元。为了进一 步提高分子量，则可采用两种可选的线路。在第一种变型中，将形成的低聚物通过脱水而转 化成固相并进行所谓的固态聚合（SSP)。在第二种变型中，以可控的方式去除水，并增加温 度以使水溶液转化成熔体而进一步缩聚。特别需要合适的用于进行该熔体缩合的装置和方 法。
[0006] 例如，已知包含水的预聚物熔体可在温度为约350°C且压力范围为10至20巴的反 应器中进行反应。然而，在该过程中，在液相之上的反应器的内壁上会出现沉积物。这导致 产物质量的劣化。
[0007] FR 2335552 A1记载了一种制备缩聚物的方法和装置。
[0008] EP 2471594 A1记载了一种用于连续聚合的包括基本上为管式反应器壳体的反应 器和方法。
[0009] EP 0267025 A1记载了一种具有被加热或冷却夹套所环绕的处理室并配备有同轴 转子的用于高粘度流体的薄膜蒸发器。
[0010] US 2993842 A记载了一种蒸馏液体的装置和一种分馏液体的方法。
[0011] DE 102006047942 B3记载了一种具有卧式圆柱形反应器壳体的装置和一种使聚 合物分批缩聚的方法。
[0012] 在本发明的优选实施方案中，用于合成聚合物同时分离气态物质的装置包括
[0013] 一反应空间，其包括基本上为圆柱形的上部、以及下部，所述上部被壳体表面的两 个圆形表面界定并具有圆柱形纵轴线，其中上部被置于下部的低聚物熔体的液相的液位所 界定，
[0014] -进料口，其设置于上部的圆形表面或壳体表面中，
[0015] -第一排料口，其设置于下部的壁中，
[0016] 一第二排料口，其与第一排料口相对地设置于上部的壳体表面中，
[0017] 以及
[0018] 去除装置，其被设置成可绕圆柱形纵轴线旋转并同时与圆形表面和壳体表面接 触。
【发明内容】
[0019] 本发明首先提供一种用于合成聚合物同时分离气态物质的装置，所述装置包括： 反应空间，其包括基本上为圆柱形的上部、以及下部，所述上部被两个圆形表面和一个壳体 表面界定并具有圆柱形纵轴线；进料口，其设置于上部的圆形表面或壳体表面中；第一排 料口，其设置于下部的壁中；第二排料口，其基本上与第一排料口相对地设置于上部的壳体 表面中；以及去除装置，其被设置成可绕圆柱形纵轴线旋转并同时与圆形表面和壳体表面 接触。
[0020] 本发明还提供一种合成聚合物的方法，其中将预聚物熔体通过进料口进料至反应 空间；使预聚物熔体进行聚合以得到聚合物熔体；将聚合物熔体通过反应空间的第一排料 口从反应空间去除；以及将气态物质通过反应空间的第二排料口从反应空间去除；将反应 空间的至少一个内壁上的沉积物通过去除装置除去并将其输送到预聚物熔体中。本发明的 方法特别适合于连续的聚合物合成。优选地，去除装置连续去除沉积物并因此使反应空间 的内壁保持为无沉积物。
[0021] 一个具体的实施方案为一种合成脂族或半芳族聚酰胺的方法，其中提供脂族或半 芳族聚酰胺的预聚物并将其供应到本发明使用的装置中。
【具体实施方式】
[0022] 在本发明的上下文中，预聚物是指包含具有互补官能团的聚合化合物的组合物， 所述互补官能团能够进行缩合反应以提高分子量。
[0023] 在本发明的上下文中，术语"预聚物熔体"是指自由流动的包含预聚物的各反应混 合物的组合物。在这方面，预聚物熔体的温度不一定高于纯预聚物的熔化温度。流动性还 可起因于存在的预聚物熔体的其他组分，例如水、低分子量的低聚物等。在一个具体的实施 方案中，预聚物本身以熔融的形式存在于预聚物熔体中。
[0024] 在本发明的上下文中，数均分子量Mn和重均分子量Mw的数值各自基于凝胶渗透色 谱法（GPC)的测定值。就校准而言，PMMA用作具有低的多分散性的聚合物标准。
[0025] 通过本发明装置的进料口，可将预聚物熔体引入反应空间中。在聚合得到聚合物 之后，可将获得的聚合物熔体通过第一排料口从反应空间中去除。可通过第二排料口分离 出气态物质。去除装置能够通过绕圆柱形纵轴线旋转而去除熔体之上的反应空间内壁上的 沉积物。通过改变反应空间的尺寸，可改变其容量。在连续的聚合物合成中，这还改变熔体 在反应空间的停留时间。
[0026] 在本发明的上下文中，"与…接触"理解为包括非恒定接触。更具体而言，与本发明 装置的两个圆形表面和/或壳体表面的非恒定接触应理解为薄膜可形成于反应空间的圆 形表面和/或壳体表面上。
[0027] 下部的横截面优选从上部至第一排料口递减。更优选地，包围上部的至少一个圆 形表面的反应空间的横截面基本上为液滴状。这在反应空间的第一部分中提供大的自由体 积，同时对下部的反应空间进行收缩的效果在于存在于反应空间中的熔体随着从第一排料 口的下落距离更迅速地移向第一排料口。在连续聚合的情况下，这使得在反应空间的下部 收集的聚合物熔体一一尽管其与引入的预聚物熔体相比具有更高的粘度一一从反应空间 中可靠地去除。原则上可将进料口设置于反应空间的上部的任何位置，并且在进行聚合反 应过程中位于液相之上或液相内。然而，优选将进料口设置于上部的壳体表面，使得去除装 置不仅可用于移除沉积物，还用于剥离通过进料口引入的预聚物熔体。
[0028] 去除装置有利地采用具有数个转子叶片的转子的形式。在本发明的一个实施方案 中，这些转子叶片具有孔口。转子叶片优选为可替换的。根据使用的预聚物熔体的粘度，则 可向转子提供针对粘度进行优化的转子叶片。例如，对于高粘度的预聚物熔体的聚合，可向 转子提供表面主要被孔口占据的转子叶片。
[0029] 根据本发明，优选反应空间安装有夹套。考虑到为使低聚物或聚合物保持为熔融 形式而需要的高温，这有利于确保反应空间良好的绝热性，以及用于在反应空间受损的情 况下防止热熔体泄漏。
[0030] 本发明还提供一种合成聚合物的方法，包括
[0031] a)将预聚物熔体通过进料口进料至反应空间，
[0032] b)使预聚物熔体聚合以得到聚合物熔体，
[0033] c)将聚合物熔体通过反应空间中的第一排料口从反应空间中去除，以及
[0034] d)将气态物质通过反应空间中的第二排料口从反应空间中去除，
[0035] 其中反应空间的至少一个内壁上的沉积物通过去除装置去除并将其输送到预聚 物熔体中。
[0036] 优选地，将去除装置浸入预聚物熔体中。以此方式，通过预聚物熔体不断地清洁去 除装置而移除剥离的沉积物，并且在熔体温度下这些沉积物被转化为液相。
[0037] 如果将进料口设置于反应空间的圆柱形第一部分的壳体表面，则优选使去除装置 绕第一部分的圆柱形纵轴线旋转，在预聚物熔体从进料口流出并进入反应空间的方向上。 这使得去除装置不仅用于移除沉积物，还用于加速预聚物熔体至反应空间的输送。
[0038] 此外，优选聚合物熔体移向第二排料口的速度随着始于第一排料口的下落距离而 增加。这使得聚合物熔体从反应空间中可靠地去除。
[0039] 原则上，可使用可转化为熔体的任何聚合物来进行本发明的方法