Способы получения сложного полиэфира с использованием трубчатого реактора - RU2350630C2

Код документа: RU2350630C2

Чертежи

Показать все 34 чертежа(ей)

Описание

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в основном к способу и устройству для получения сложного полиэфира, в котором этерификация, поликонденсация или оба процесса этерификации и поликонденсации осуществляют в трубчатом реакторе.

Поскольку производство сложных полиэфиров становится более конкурентной областью, то весьма желательны альтернативные способы производства. Разработаны многочисленные способы. Ранние попытки предусматривали использование реакционной перегонки (патент США № 2905707) с парами этиленгликоля («ЭГ») как реагента (патент США № 2829153). Предложено использовать емкости с множественным перемешиванием для достижения дополнительного контроля над протеканием реакции (патент США № 4110316 и WO 98/100007). Патент США № 3054776 раскрывает использование более низких перепадов давления между реакторами, тогда как в патенте США №3385881 раскрыто несколько реакторных степеней внутри одного корпуса реактора. Эти конструкции были усовершенствованы для решения проблем уноса или закупоривания, накопления тепла, теплопереноса, времени реакции, количества реакторов и т.п., как описано в патентах США №№ 3118843; 3582244; 3600137; 3644096; 3689461; 3819585; 4235844; 4230818 и 4289895. К сожалению, эти реакторы и установки чрезвычайно сложны. Например, реакторы поликонденсации с перемешиванием имеют сложную конструкцию, которая требует детальных расчетов и высокого мастерства в управлении. Реактор должен работать под вакуумом и либо в условиях нагревания, либо в условиях охлаждения сохранять свою форму, чтобы мешалка не царапала стенки, а для эффективного массопереноса сохранялся жесткий допуск. Такие сложные конструкции не могут быть сооружены или установлены быстро и требуют квалифицированного обслуживания и поддержания рабочих условий.

Обычные цилиндрические реакторы для этерификации или обмена сложных эфиров, такие как емкостные реакторы с перемешиванием непрерывного действия («CSTR» continuous stirred tank reactor) содержат многочисленные внутренние детали, такие как поддоны, трубчатые спирали для нагревания, большие сливные затворы, тарелки, набивку, мешалки и трубы отсасывания и т.п. Реакторы этерификации или обмена сложных эфиров также могут быть типа реактивной перегонки, стриппера или ректификационных колонн с характерными для них внутренними тарелками, насадками, водоопускными трубами, ребойлерами, конденсаторами, внутренними теплообменниками, системами дефлегмации, насосами и т.п. Традиционные реакторы поликонденсации, которые обычно представляют собой устройства псевдопотока вытеснения и с их помощью пытаются поддержать среднее время пребывания в реакторе с узким распределением по времени, обычно представляют собой (1) CSTR, как правило, реактор пленочного типа с равномерной или тонкой пленкой или (2) устройство реакционной перегонки. Такие традиционные реакторы конденсации обычно снабжены устройствами ускорения обновления поверхности обычно путем создания тонких пленок полимера. Такие традиционные устройства поликонденсации содержат тарелки, внутренние нагревательные спирали, затворы, поддоны, тонкие пленки, внутренние мешалки и большие мешалки с лопастями или магнитным приводом и т.п. Эти реакторы обычно имеют скребки или другие весьма сложные устройства для предупреждения закупорки паропроводов. Многие реакторы поликонденсации также имеют очень высокие требования по допускам и должны сохранять свою форму в определенном температурном интервале. Такие цилиндрические реакторы требуют больших усилий по конструированию, проектной работе и квалифицированного труда для создания. Цилиндрический реактор также имеет специально изготовленную рубашку, имеющую некоторое количество трубчатых рубашек и границ проплавления, соединяющих трубчатые рубашки друг с другом и реактором. Цилиндрический реактор содержит дополнительные внутренние составляющие, такие как трансмиссии, мешалки, системы герметизации, моторы и тому подобное. Сверхсложность, материалы и высокая квалификация специалистов, необходимые для строительства цилиндрических реакторов, приводят к повышенным затратам.

В патентах по известному уровню раскрыт трубопровод, который интегрирован со способом или оборудованием. Патент США № 3192184, например, раскрывает трубопровод с внутренними каплеотбойниками внутри реактора, а патент США № 3644483 раскрывает использование трубопровода для добавления пасты. В качестве других примеров патентная заявка WO 96/22318 и патент США № 5811496 раскрывают два трубчатых реактора между реакторами этерификации и полимеризации, а патент США № 5786443 раскрывает трубчатый реактор между реактором этерификации и нагревателем, создающий ступенчатый реактор. Каждая из упомянутых линий реакторов включает трубчатый реактор в числе других сложных реакторов и оборудования.

Хотя теоретически показано, что оптимальный обмен сложных эфиров или этерификация будет протекать в условиях непрерывного падения давления и непрерывного повышения температуры (смотри фмгуру 1, Santosh K. Gupta and Anil Kumar, Reaction Engineering of Step Growth Polymerization, The Plenum Chemical Engineering Series, Chapter 8, Plenum Press, 1987), затраты на осуществление этого на существующем традиционном оборудовании непомерно высокие, поскольку требуются многочисленные малые реакторы, каждый со своей сопутствующей инструментальной базой, клапанами для регулирования давления и температуры и насосами. Таким образом, на установках по производству сложного полиэфира традиционных конструкций ряд стадий снижения давления (цилиндрических реакторов) должен быть сведен к минимуму, чтобы снизить затраты. Альтернатива состоит в том, что если ряд реакторов вместо этого увеличить, то падение давления будет минимальным.

Существует потребность в данной области в более простых аппаратах и процессах для получения сложных полиэфиров.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к оборудованию и способу получения сложных полиэфиров. В частности, настоящее изобретение относится к трубчатым реакторам и сопутствующему оборудованию и способам для использования как на новых, так и существующих (реконструированных) заводах по производству сложных полиэфиров. Исходные материалы или реагенты могут быть жидкими, газообразными или твердыми, содержащими любые составляющие для получения сложного полиэфира или модификаторы. Трубчатый реактор согласно настоящему изобретению обладает многими преимуществами по сравнению с обычными процессами и аппаратами производства сложных полиэфиров.

Способ, осуществляемый в трубчатом реакторе, согласно настоящему изобретению позволяет конструкторам вдвое снизить теплоперенос от одного реактора к другому, объем (т.е. время нахождения в зоне реакции), перемешивание и функции разделения. Что касается теплопереноса, то трубчатые реакторы по настоящему изобретению не требуют внутренних обогревательных спиралей емкостного реактора с непрерывным перемешиванием, но вместо этого могут быть использованы различные нагревательные средства, такие как теплообменник или труба с рубашкой. Одним из многих ограничений CSTR является ограничение количества обогревательных спиралей из-за необходимости поддерживать перемешивание подвижных сред. Слишком большое количество обогревательных спиралей не даст достаточного пространства между спиралями, необходимого для перемешивания. Вследствие двойного снижения функции теплопереноса и функции перемешивания в системе трубчатого реактора это ограничение для CSTR, помимо остальных, не существует в системе трубчатого реактора по настоящему изобретению.

Трубчатые реакторы не ограничены объемом сосуда для кинетических расчетов, как в случае с CSTR; трубчатые реакторы используют длину трубы для кинетики, которую можно варьировать удобным образом. Что касается массопереноса или перемешивания, то трубчатые реакторы не требуют воздушного винта или импеллера CSTR; вместо этого для движения подвижной среды могут быть использованы насос или гравитационный поток.

Что касается разделения, что представляет собой отделение газа от межфазной поверхности c жидкости, то процесс в CSTR регулирует межфазную поверхность жидкость/газ объемом реактора. Регулирование межфазной поверхности путем регулирования реакционного объема представляет собой сложный путь контроля скорости подвижных сред. Если CSTR изготовлен высоким и плоским, то затрудняется уровень контроля, увеличивается число отклонений вала мешалки и проблем с уплотнением, возрастают скорости паров с увеличением внутренней оснастки и повышается стоимость реактора с увеличением удельной поверхности. С другой стороны, если CSTR изготовлен коротким и широким, то в реактор удается установить недостаточное число обогревательных спиралей, при большом диаметре затрудняется перемешивание и для крупномасштабных установок возникает проблема с транспортировкой емкости. Таким образом, существуют оптимальные размеры по длине, ширине и высоте для CSTR, что в результате делает затруднительным модификацию CSTR с целью регулирования скорости подвижных сред. При работе в CSTR требуется больше операций удаления паров для регулирования скорости пара. Однако операции удаления паров при перемешивании приводят к возникновению проблем захвата удаляемой жидкости паром и падения выхода. В отличие от этого в системе трубчатого реактора согласно изобретению для регулирования межфазной поверхности жидкость/газ могут быть параллельно добавлены дополнительные трубы (трубчатые реакторы) для регулирования общей скорости подвижной среды и газа, покидающего поверхность. Таким образом, в случае системы трубчатого реактора по настоящему изобретению функции разделения проще и значительно проще в регулировании, чем в обычной системе CSTR. Аналогичные недостатки можно обнаружить в других системах традиционного реактора для получения сложных полиэфиров, существующих в уровне техники, таких как реакционная перегонка, отпарные или ректификационные колонны, емкости с внутренней оснасткой, шнековые или месительные реакторы, в сравнении с вышеуказанными преимуществами конструкции трубчатого реактора по настоящему изобретению.

Неожиданно было обнаружено, что трубчатые реакторы по настоящему изобретению могут быть использованы для процессов получения сложных полиэфиров, которые обычно характеризуются длительным временем пребывания в зоне реакции. Обычно трубчатые реакторы используют для процессов, характеризующихся только очень коротким временем нахождения в зоне реакции. Однако авторами изобретения было установлено, что трубчатые реакторы по настоящему изобретению могут быть использованы для более длительных времен нахождения в зоне реакции процессов получения сложных полиэфиров.

Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу получения полимера на основе сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность, трубчатый реактор этерификации состоит по существу из пустой трубы;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору и взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, проходящие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации;

с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, установленного отдельно от трубчатого реактора этерификации, трубчатый реактор поликонденсации соединен в потоке сообщения с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, трубчатый реактор поликонденсации состоит по существу из пустой трубы; и

d) направление жидкого мономера сложного полифэира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера, а затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из реактора через второй конец. Причем мономер, олигомер и полимер, протекающие через трубчатый реактор поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения полимерного сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору и взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации, причем реагенты содержат терефталевую кислоту или диметилтерефталат;

d) направление жидкого мономера сложного полиэфира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера, а затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации, и полимер выходит из реактора через второй конец.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения полимера на основе сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, установленного отдельно от трубчатого реактора этерификации, трубчатый реактор поликонденсации соединен в потоке с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность; и

d) направление жидкого мономера сложного полифэира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера, а затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из реактора через второй конец, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие через трубчатый реактор поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

В другом варианте настоящее изобретение относится к способу получения полимера на основе сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) обеспечение объединенного трубчатого реактора этерификации и поликонденсации форполимера, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору и взаимодействуют друг с другом с образованием олигомера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и олигомер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и олигомер сложного полиэфира, проходящие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации;

с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, установленного отдельно от объединенного трубчатого реактора этерификации форполимера, трубчатый реактор поликонденсации соединен в потоке сообщения с трубчатым реактором этерификации форполимера, трубчатый реактор поликонденсации имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность; и

d) направление жидкого олигомера сложного полиэфира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что олигомер протекает по реактору поликонденсации, олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из реактора через второй конец реактора, причем олигомер и полимер, протекающие через трубчатый реактор поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору и взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации;

с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, совместно объединенного с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации соединен в потоке с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность; и

d) направление жидкого мономера сложного полиэфира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера, а затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из реактора через второй конец, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие через трубчатый реактор поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения олигомера сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору и взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации;

с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации форполимера, установленного отдельно от трубчатого реактора этерификации, трубчатый реактор поликонденсации соединен в потоке с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность; и

d) направление жидкого мономера сложного полиэфира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера внутри трубчатого реактора поликонденсации и олигомер выходит из реактора через второй конец, причем мономер и олигомер, протекающие через трубчатый реактор поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору и взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации;

с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации форполимера, совместно объединенного с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации соединен в потоке с трубчатым реактором этерификации, трубчатый реактор поликонденсации имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность; и

d) направление жидкого мономера сложного полиэфира через первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера внутри трубчатого реактора поликонденсации, а затем олигомер выходит из реактора через второй конец, причем мономер и олигомер, протекающие через трубчатый реактор поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения мономера сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность и, по меньшей мере, один затвор, соединенный с внутренней поверхностью его; и

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору, реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации, а подвижные среды этерификации протекают через затвор.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

с) рециклирование части подвижных технологических сред и направление рециклированного потока обратно в и через реактор этерификации вблизи точки входа в реактор этерификации или между входом и выходом из реактора этерификации.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

с) удаление паров из трубчатого реактора в промежутке между входом и выходом из него и/или вблизи его выхода через отдушину в пустой трубе.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность, вход расположен, по меньшей мере, на 20 футов ниже выхода по вертикали;

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору, реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из него на выходе, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации, а подвижные среды, присутствующие в трубчатом реакторе, находятся в режиме пузырькового течения или пенистого потока.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность, причем трубчатый реактор имеет чередующиеся линейные и нелинейные секции, расположенные по его длине;

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору, реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из выхода из него, причем реагенты и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации.

а) обеспечение трубчатого реактора этерификации, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность; и

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают по трубчатому реактору, реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полиэфира выходит из выхода из него, причем, по меньшей мере, один реагент и мономер сложного полиэфира, протекающие по трубчатому реактору этерификации, каждый представляет собой подвижную среду этерификации.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения полимера на основе сложного полиэфира, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, первый конец расположен вертикально выше второго конца, трубчатый реактор поликонденсации имеет чередующиеся линейные и нелинейные секции, расположенные по его длине, между его первым концом и его вторым концом; и

b) введение жидкого мономера сложного полиэфира в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора и полимер выходит из второго конца реактора, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие по трубчатому реактору поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

а) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность и, по меньшей мере, один затвор, соединенный с его внутренней поверхностью, причем трубчатый реактор изготовлен из по существу полой трубы; и

b) введение жидкого мономера сложного полиэфира в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера и олигомер затем взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из второго конца реактора, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие по трубчатому реактору поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации, а, по меньшей мере, одна из подвижных сред поликонденсации протекает над затвором.

а) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность; и

b) введение жидкого мономера сложного полиэфира в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из второго конца реактора, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие по трубчатому реактору поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации; и

c) удаление паров из трубчатого реактора в промежутке между входом и выходом и/или вблизи его входа или выхода через отдушину, состоящую по существу из полой трубы.

b) введение жидкого мономера сложного полиэфира в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из второго конца реактора, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие по трубчатому реактору поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации, а подвижные среды, присутствующие в реакторе, находятся в режиме расслоенного потока.

b) введение жидкого мономера сложного полиэфира в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, мономер взаимодействует с образованием олигомера и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора поликонденсации и полимер выходит из второго конца реактора, причем мономер, олигомер и полимер, протекающие по трубчатому реактору поликонденсации, каждый представляет собой подвижную среду поликонденсации.

b) введение жидкого олигомера сложного полиэфира в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, так что олигомер протекает по трубчатому реактору поликонденсации, олигомер взаимодействует с образованием полимера внутри трубчатого реактора и полимер выходит из второго конца реактора.

В другом варианте осуществления изобретение относится к аппарату для получения полимера на основе сложного полиэфира, включающему:

а) трубчатый реактор этерификации, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, через которую проходят жидкие реагенты этерификации; и

b) трубчатый реактор поликонденсации, установленный отдельно от и в канале сообщения с реактором этерификации, причем реактор поликонденсации имеет вход, выход и внутреннюю поверхность, через который проходит, по меньшей мере, один жидкий реагент поликонденсации, причем реакторы этерификации и поликонденсации состоят по существу из полой трубы.

а) трубчатый реактор этерификации, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, через который проходят жидкие реагенты этерификации; и

b) трубчатый реактор поликонденсации, установленный отдельно от и в потоке с реактором этерификации, причем реактор поликонденсации имеет вход, выход и внутреннюю поверхность, через который проходит, по меньшей мере, один жидкий реагент поликонденсации.

В другом варианте осуществления изобретение относится к трубчатому реакционному аппарату этерификации для получения мономера сложного полиэфира, включающему:

а) трубчатый реактор этерификации, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, и

b) рециклированный контур, имеющий входящий и выходящий потоки, выходящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором этерификации.

В другом варианте осуществления изобретение относится к аппарату для получения мономера, олигомера или полимера, включающему:

а) трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, через который проходят жидкие реагенты; и

b) затвор, соединенный с частью внутренней поверхности трубчатого реактора и расположенный рядом с выходом из него, причем реактор состоит по существу из полой трубы.

а) трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, через который проходят жидкие реагенты; и

b) отдушину в трубопроводе для жидкости, соединенном с реактором, отдушина дополнительно содержит вертикальный стояк для дегазации, соединенный с отдушиной, дегазационный стояк имеет принимающий конец в канале сообщения с отдушиной и противоположным открытым концом, расположенным вертикально над принимающим концом, и при этом дегазационный стояк расположен не линейно по своей длине между принимающим концом и открытым концом его, и при этом дегазационный стояк образован тремя непрерывными секциями, каждая из которых соединена в потоке друг с другом, первая секция рядом с принимающим концом и по существу вертикально от отдушины, вторая секция, соединенная с первой секцией и ориентированная под углом относительно первой секции в плоском виде, а третья секция соединена со второй секцией и ориентирована под комплиментарным углом относительно второй секции на плоском виде, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально.

а) трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, через который проходят жидкие реагенты.

В другом варианте осуществления изобретение относится к аппарату для удаления газа или пара в условиях эффективного освобождения жидкости от газа или пара, жидкость, газ и пар представляют собой подвижные среды, отделения жидкости от газа или пара и возвращения жидкости обратно в процесс, включающему:

а) емкость или технологическую трубу, содержащую (i) жидкость и (ii) газ или пар; и

b) отверстие в соединении в потоке с емкостью или технологическая труба, отверстие дополнительно включает вертикальный дегазационный стояк, соединенный с отверстием, дегазационный стояк имеет принимающий конец в канале сообщения с отверстием и противоположный выходящий конец, расположенный вертикально над принимающим концов, и при этом дегазационный стояк не линейно расположен по своей длине между принимающим концом и выходящим концом его, и при этом дегазационный стояк образован тремя непрерывными секциями, каждая из которых соединена в потоке друг с другом, первая секция рядом с принимающим концом и выходящая по существу вертикально от отверстия, вторая секция соединена с первой секцией и ориентирована под углом относительно первой секции на плоском виде, а третья секция соединена со второй секцией и ориентирована под углом относительно второй секции на плоском виде, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально.

В другом варианте осуществления изобретение относится к системе смешения и распределения подвижных сред, приспособленной для смешения, хранения и распределения подвижных сред на отдельной заводской технологической распределительной системе, включающей:

а) первую удлиненную и вертикально расположенную емкость для хранения;

b) циркуляционный насос в канале сообщения с первой емкостью и второй емкостью, циркуляционный насос сконструирован и расположен так, чтобы пропускать поток через систему и обеспечивать циркуляцию подвижной среды из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость;

с) вторую емкость для хранения и распределения в канале сообщения с первой емкостью и второй емкостью, расположенную более высоко по вертикали, чем первая емкость; и

d) контрольный клапан в канале сообщения с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, соответственно, контрольный клапан сконструирован и установлен так, чтобы селективно направлять жидкий поток из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость, причем вторая емкость соединена в потоке с заводской технологической распределительной системой, а напор статического давления, образованный подвижной средой, содержащейся во второй емкости, использован для прохождения подвижной среды из второй емкости в заводскую технологическую распределительную систему.

В другом варианте осуществления изобретение относится к системе смешения и распределения подвижной среды, приспособленной для смешения, хранения и распределения подвижных сред в отдельной заводской технологической распределительной системе, включающей

а) первую емкость для хранения подвижной среды;

b) вторую емкость для смешения и хранения подвижной среды;

с) циркуляционный насос в канале сообщения с первой емкостью и второй емкостью, циркуляционный насос сконструирован и расположен так, чтобы обеспечивать циркуляцию подвижной среды в системе и из первой емкости во вторую емкость;

d) вторую емкость, расположенную более высоко по вертикали, чем обе первая емкость и заводская технологическая распределительная система; и

e) контрольный клапан в канале сообщения с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, соответственно, контрольный клапан сконструирован и установлен так, чтобы селективно направлять поток подвижной среды из первой емкости обратно в первую емкость и из первой емкости во вторую емкость;

f) технологической распределительной системой, причем напор статического давления, образованный подвижной средой, содержащейся во второй емкости, использован для прохождения подвижной среды из второй емкости в заводскую технологическую распределительную систему.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу смешения и распределения подвижной среды внутри системы смешения и распределения подвижной среды, приспособленной для смешения, хранения и распределения подвижных сред в отдельной заводской технологической распределительной системе, включающему:

а) помещение, по меньшей мере, одной подвижной среды в первую удлиненную и вертикально расположенную емкость для хранения подвижной среды;

b) прохождение подвижной среды из первой емкости во вторую удлиненную и вертикально расположенную емкость для смешения и хранения подвижной среды, вторая емкость для подвижной среды расположена выше по вертикали, чем обе первая емкость и заводская технологическая распределительная система, с циркуляционным насосом в канале сообщения с первой емкостью и второй емкостью, циркуляционный насос сконструирован и расположен так, чтобы пропускать подвижную среду через систему;

c) использование контрольного клапана в канале сообщения с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью для селективного направления подвижной среды из первой емкости в любую первую емкость или вторую емкость; и

d) емкости в заводскую технологическую распределительную систему, вторая емкость создает напор статического давления, используемого для прохождения подвижной среды, хранящейся в ней, на заводскую технологическую распределительную систему.

В другом варианте осуществления изобретение относится к системе контроля теплоносителя для использования с системой трубчатого реактора, система трубчатого реактора имеет линию подачи теплоносителя, через которую проходит первый поток теплоносителя, и линию возврата теплоносителя, через которую проходит второй поток теплоносителя, температура первого потока теплоносителя больше, чем температура второго потока теплоносителя, причем указанная система контроля теплоносителя включает:

а) первый коллектор теплоносителя, через который проходит первый поток теплоносителя;

b) второй коллектор теплоносителя, через который проходит второй поток теплоносителя;

с) суб-контур первого теплоносителя, по которому может проходить теплоноситель, из первого во второй коллектор соответственно;

d) контрольный клапан в канале сообщения с выбранным одним из коллекторов и первой подлинией;

давление первого потока теплоносителя внутри первого коллектора больше, чем давление второго потока теплоносителя внутри второго коллектора; причем контрольный клапан использован для селективного направления, по меньшей мере, части первого потока теплоносителя на первую подлинию с использованием давления первого потока первого теплоносителя для прохождения теплоносителя, а также для контроля температуры и давления потока теплоносителя, проходящего по первой подлинии.

а) первый коллектор теплоносителя, через который проходит первый поток теплоносителя;

b) второй коллектор теплоносителя, через который проходит второй поток теплоносителя;

с) суб-контур первого теплоносителя, через который может проходить теплоноситель из первого коллектора во второй коллектор;

d) первый контрольный клапан в канале сообщения с первым коллектором и первой подлинией; и

e) второй контрольный клапан в канале сообщения с первой подлинией и вторым коллектором;

f) давление первого потока теплоносителя внутри первого коллектора больше, чем давление второго потока теплоносителя внутри второго коллектора;

причем один или оба контрольных клапана использованы для селективного направления, по меньшей мере, части первого потока теплоносителя на первую подлинию с использованием давления первого потока первого теплоносителя для прохождения теплоносителя по первой подлинии, а также для контроля температуры и давления потока теплоносителя, проходящего по первой подлинии.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу прохождения теплоносителя через систему контроля теплоносителя для применения с системой трубчатого реактора, система трубчатого реактора имеет линию подачи теплоносителя, через которую проходит первый поток теплоносителя, и возвратную линию теплоносителя, через которую проходит второй поток теплоносителя, температура и давление первого потока теплоносителя больше, чем температура и давление второго потока теплоносителя, указанная система контроля теплоносителя включает:

а) прохождение первого потока теплоносителя через первый коллектор теплоносителя:

b) прохождение второго потока теплоносителя через второй коллектор теплоносителя;

с) прохождение теплоносителя из первого коллектора через первую подлинию теплоносителя, в отсутствие циркуляционного насоса теплоносителя, с первым контрольным клапаном в канале сообщения с первым коллектором и первой подлинией; и

d) прохождение теплоносителя с первой подлинии во второй коллектор, в отсутствие циркуляционного насоса теплоносителя, со вторым контрольным клапаном в канале сообщения с первой подлинией и вторым коллектором.

В другом варианте осуществления изобретение относится к системе подвода подвижной среды для подачи технологической рабочей подвижной среды на технологическую установку для переработки подвижной среды, которая имеет трубчатую систему для обращения, распределения и переработки подвижной среды, включающую:

а) по меньшей мере, одну емкость для подвода, расположенную на насосной станции;

b) по меньшей мере, один насос в канале сообщения с, по меньшей мере, одной емкостью для подвода;

с) указанная, по меньшей мере, одна емкость для подвода соединена в потоке с серией насосов, соединенных в потоке с технологической заводской трубчатой системой; причем подвижная среда селективно нагнетается непосредственно из, по меньшей мере, одной емкости для подвода через серию клапанов и в технологическую заводскую трубчатую систему в отсутствие цистерны для подачи исходной подвижной среды и хранения для иного приема и хранения подвижной среды из, по меньшей мере, одной емкости для подвода.

а) первую емкость для подвода, расположенную на насосной станции;

b) первый насос в канале сообщения с первой емкостью для подвода;

с) вторую емкость для подвода, расположенную на насосной станции; и

d) второй насос в канале сообщения со второй емкостью для подвода;

e) каждая из емкостей для подвода и насосы, соответственно, соединены в потоке с рядом клапанов, ряд клапанов включает некоторое количество селективно работающих контрольных клапанов и соединен в потоке с технологической заводской трубчатой системой; причем подвижную среду селективно нагнетают прямо из первой и второй емкостей для подвода, соответственно, через ряд клапанов в заводскую технологическую трубчатую систему в отсутствие емкости для подачи и хранения исходной подвижной среды.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу подачи подвижной среды для использования в подводе источника технологической рабочей подвижной среды на технологическую установку (завод) по переработке подвижной среды, технологическая установка имеет трубчатую систему для обращения, распределения и переработки подвижной среды, включающему:

а) расположение первой емкости для подвода на насосной станции, первая емкость для подвода соединена в потоке с первым насосом;

b) расположение второй емкости для подвода на насосной станции, вторая емкость для подвода соединена в потоке со вторым насосом;

с) селективное нагнетание подвижной среды из каждой из соответствующих емкостей для подвода прямо в ряд клапанов, ряд клапанов включает некоторое количество селективно работающих контрольных клапанов, соединенных в потоке с заводской технологической трубчатой системой и через ряд клапанов с заводской технологической трубчатой системой в отсутствие подвода исходной подвижной среды и емкости для хранения для иного приема и хранения подвижной среды из, по меньшей мере, одной емкости для подвода в ней.

В другом варианте осуществления изобретение относится к объединенной заводской водораспределительной системе, которая отдельно снабжается чистой, свежей водой из источника подачи воды для использования внутри технологической установки, система включает:

а) безопасную емкость для хранения воды с разбрызгивающей насадкой в соединении с потоком и заполняемую водой из источника воды;

b) первую водораспределительную линию в соединении с потоком с безопасной емкостью для хранения воды с разбрызгивающей насадкой, из которой в нее поступает вода;

с) вторую водораспределительную линию в соединении с потоком с первой водораспределительной линий; и

d) средства для селективного отвода воды из первой водораспределительной линии для снабжения водой второй водораспределительной линии.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу распределения воды по объединенной заводской водораспределительной системе, которая отдельно снабжается чистой, свежей водой из источника воды внутри технологической установки, включающему:

а) подачу воды в безопасную емкость для хранения воды с разбрызгивающей насадкой;

b) прохождение воды из безопасной емкости для хранения воды с разбрызгивающей насадкой на первую водораспределительную линию, соединенную в потоке с емкостью для хранения воды;

с) селективное прохождение воды из первой водораспределительной линии на вторую водораспределительную линию, соединенную в потоке с первой водной линией.

В другом варианте осуществления изобретение относится к объединенной вакуумной системе для использования с конечным реактором поликонденсации, имеющим отдельные вакуумные зоны высокого давления, среднего давления и низкого давления поликонденсации, включающей соответственно:

а) распылительный конденсатор в канале сообщения с каждой вакуумной зоной среднего и низкого давления, соответственно, реактора поликонденсации;

b) межкаскадный конденсатор в канале сообщения с распылительным конденсатором и

с) вакуумный насос в канале сообщения с межкаскадным конденсатором.

В другом варианте осуществления изобретение относится к объединенной вакуумной системе для использования с конечным реактором поликонденсации, имеющим, по меньшей мере, вакуумную зону поликонденсации среднего давления и отдельную вакуумную зону поликонденсации низкого давления, включающей:

а) распылительный конденсатор в канале сообщения с каждой из вакуумных зон среднего и низкого давления, соответственно, реактора поликонденсации;

b) первый EG инжектор соединен в потоке с распылительным конденсатором;

с) межкаскадный конденсатор в канале сообщения с первым EG инжектором;

d) вакуумный насос в канале сообщения с вакуумным конденсатором и

е) второй EG инжектор в канале сообщения с вакуумной зоной низкого давления и распылительным конденсатором соответственно.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу отбора подвижной среды из конечного реактора поликонденсации, имеющего вакуумную зону высокого давления, вакуумную зону среднего давления и вакуумную зону низкого давления поликонденсации, включающему:

а) прохождение подвижной среды из, по меньшей мере, вакуумной зоны среднего давления поликонденсации и вакуумной зоны низкого давления поликонденсации реактора в один распылительный конденсатор, соединенный в закрытом потоке с каждой из вакуумных зон среднего и низкого давления соответственно; и

b) пропускание подвижной среды через межкаскадный конденсатор, в канале сообщения с распылительным конденсатором, с вакуумным насосом в канале сообщения с межкаскадным конденсатором.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения мономера сложного полиэфира, включающему:

а) обеспечение трубчатого реактора, имеющего вход, выход и внутреннюю поверхность, причем вход расположен по вертикали ниже выхода; и

b) введение, по меньшей мере, реагента в трубчатый реактор вблизи входа, так что реагенты протекают через трубчатый реактор, при этом реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и мономер сложного полимера выходит через выход в нем.

а) обеспечение реактора поликонденсации, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, первый конец расположен по вертикали над вторым концом, реактор поликонденсации не является линейным между первым концом и вторым концом, и

b) направление подвижного мономера сложного полиэфира в первый конец реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, при этом мономер взаимодействует с образованием полимера внутри реактора поликонденсации и полимер выходит из его второго конца.

а) обеспечение реактора поликонденсации, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, первый конец расположен по вертикали над вторым концом, при этом реактор поликонденсации образует угол с вертикальной плоскостью, угол больше нуля градусов; и

b) направление подвижного мономера в первый конец реактора поликонденсации, так что мономер протекает по реактору поликонденсации, при этом мономер взаимодействует с образованием полимера на основе сложного полиэфира внутри реактора поликонденсации и полимер на основе сложного полиэфира выходит из второго его конца.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения сложного полиэфира, включающему:

а) трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, причем вход расположен по вертикали ниже выхода; и

b) введение, по меньшей мере, одного реагента в трубчатый реактор вблизи выхода, так что реагенты протекают по трубчатому реактору, при этом реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием сложного полиэфира внутри трубчатого реактора и сложный полиэфир выходит через его выход.

В другом варианте осуществления изобретение относится к аппарату для осуществления взаимодействия реагентов с образованием мономера сложного полиэфира, включающему:

b) затвор, соединенный с частью внутренней поверхности трубчатого реактора, рядом с выходом из него.

а) трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, вход расположен по вертикали ниже выхода; и

b) механизм удаления газом, встроенный в трубчатый реактор, так что подвижная среда, перемещающаяся по внутренней поверхности реактора, также протекает через механизм удаления газом при протекании от входа к выходу трубчатого реактора, механизм удаления газов включает эксцентрический редуктор типа плоскость-на-дне.

а) трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю поверхность, вход расположен по вертикали ниже выхода: и

b) рециклированную линию, имеющую входящий поток и выходящий поток, входящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором вблизи выхода из него, и выходящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором вблизи его входа.

В другом варианте осуществления изобретение относится к аппарату для осуществления взаимодействия мономера с образованием полимера на основе сложного полиэфира, включающему:

а) реактор поликонденсации, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, первый конец расположен по вертикали выше второго конца, реактор поликонденсации представляет собой некоторое количество непрерывных взаимосоединенных секций, в которых мономер протекает по внутренней поверхности каждой секции, перемещаясь от первого конца ко второму концу реактора поликонденсации, при этом соседние секции образуют нелинейные углы друг с другом; и

b) по меньшей мере, один затвор, присоединенный к внутренней поверхности реактора поликонденсации, при этом один затвор расположен рядом с соединением каждой из взаимосоединенных секций.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения сложного эфира из множества реагентов, включающему:

а) трубчатый реактор этерификации, имеющий первый вход и первый выход;

b) введение реагентов в условиях реакции этерификации в трубчатый реактор этерификации вблизи первого входа и образование двухфазного потока, так что реагенты образуют жидкую фазу и паровую фазу в трубчатом реакторе этерификации и при этом, по меньшей мере, часть реагентов образует мономер сложного эфира.

В другом варианте осуществления изобретение относится к способу получения сложного полиэфира из множества реагентов, включающему:

а) трубчатый реактор этерификации, имеющий первый вход и первый выход;

b) введение реагентов в условиях реакции этерификации в трубчатый реактор этерификации вблизи первого входа и образование двухфазного потока, так что реагенты образуют жидкую фазу, а паровая фаза течет через трубчатый реактор этерификации и при этом, по меньшей мере, часть реагентов образует мономер сложного эфира;

с) взаимодействие мономера в условиях реакции поликонденсации в трубчатом реакторе поликонденсации, при этом, по меньшей мере, часть мономера сложного эфира образует олигомер; и

d) взаимодействие олигомера в условиях реакции поликонденсации в трубчатом реакторе поликонденсации, при этом, по меньшей мере, часть олигомера образует сложный полиэфир.

В другом варианте осуществления изобретение относится к аппарату для получения, по меньшей мере, одного сложноэфирного мономера, олигомера сложного эфира или сложного полиэфира, включающему трубчатый реактор, имеющий вход, выход и внутреннюю часть, по которому проходят реагенты, по меньшей мере, одного мономера сложного эфира, олигомера сложного эфира или сложного полиэфира.

Настоящее изобретение относится к аппаратам для каждого варианта осуществления способа и сопутствующего способа, связанного с каждым из аппаратов по настоящему изобретению.

Дополнительные преимущества изобретения будут изложены ниже, в следующей части описания, и частично будут понятны из описания или могут быть легко выявлены при практическом осуществлении изобретения. Преимущества изобретения будут реализованы и достигнуты с помощью элементов и комбинаций, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения. Следует понимать, что обе части следующего общего описания и следующего полного описания являются только пояснительными и разъясняющими, а не ограничительными примерами данного изобретения, как оно заявлено в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее изобретение и составляют его часть, иллюстрируют несколько вариант(ов) осуществления изобретения и наряду с описанием служат для разъяснения принципов по настоящему изобретению.

На фиг.1 представлены типичные кривые изменения температуры и давления для реакции образования сложного полиэфира.

На фиг.2 представлен один вариант осуществления трубчатого реактора этерификации или поликонденсации. В случае трубчатого реактора поликонденсационного типа входящий и выходящий потоки являются обратными (входящий в положении 11 и выходящий в положении 12).

На фиг.3 представлена зависимость затрат на установку от номинального диаметра трубы (в дюймах) для типичных затрат на установку трубчатого реактора по настоящему изобретению.

На фиг.4 показан вариант осуществления изобретения, в котором контроль уровня в верхней части реактора обмена сложного эфира или этерификации осуществляется с помощью затвора в реакторе поликонденсации.

На фиг 5 показан вариант осуществления изобретения, в котором существующее оборудование для производства сложного полиэфира модифицировано одним или несколькими трубчатыми реакторами.

На фиг.6 показан вариант осуществления изобретения для более крупного завода, где использованы многочисленные параллельные трубчатые реакторы этерификации и поликонденсации, а также производство разнообразных продуктов внутри одной системы.

На фиг. 7 показаны различные варианты осуществления разводки паров для обоих способов этерификации и поликонденсации.

На фиг. 8 показан вариант осуществления разводки паров в процессе поликонденсации.

На фиг.9 показан вариант осуществления ламинарного смешения в зоне поликонденсации с использованием затвора и системы обратного преобразователя потока с уменьшенным диаметром трубы ниже затвора.

На фиг. 10 показаны различные варианты осуществления чередующихся профилей давления в реакторе этерификации или обмене сложного эфира с использованием нелинейных конфигураций: эта фигура представлена в боковом разрезе и показывает вертикальное смещение между каждым поворотом линий в реакторе этерификации или обмена сложного эфира.

На фиг. 11 представлены кривые профиля давления, соответствующие тем же конфигурациям, что и на фиг. 10.

На фиг. 12А и 12B показаны различные аспекты расположения мест введения реагентов внутри процесса.

На фиг. 13А и 13B показаны два различных варианта осуществления, из которых исключен резервуар для пасты за счет применения циркуляционной линии.

На фиг.14 представлен вариант осуществления, при котором исключены насосы на подлинии теплоносителя.

На фиг. 15А представлена типичная система смешения и подачи сырья из известного уровня.

На фиг.15B представлен вариант осуществления изобретения для системы смешения и подачи сырья, из которой исключены различные резервуары и другие контрольные устройства, и рабочие агрегаты.

На фиг. 16 показан вариант осуществления изобретения, в котором использована чередующаяся конфигурация низкого и высокого давления для трубчатого реактора обмена сложного эфира или поликонденсации.

На фиг. 17А и 17B показаны два варианта осуществления изобретения для конструкции объединенного трубчатого реактора завода по производству сложного полиэфира для этерификации и трубчатого реактора для системы поликонденсации.

На фиг. 18 показан один вариант осуществления процесса поликонденсации в трубчатом реакторе. Фиг. 8 представляет фрагмент элемента 133 и фиг. 9 представляет фрагмент элемента 142.

На фиг. 19 показан вариант осуществления, на котором отгонка заменена абсорбцией.

На фиг. 20А показаны различные режимы течения двухфазного потока в горизонтальных трубах.

На фиг. 20B показана зависимость массового расхода пара от отношения жидкости к массовому расходу пара и зависимость для каждого режима течения двухфазного потока в горизонтальных трубах из фиг. 20А. На фиг. 20B также идентифицированы предпочтительные режимы течения для процессов этерификации и поликонденсации по настоящему изобретению.

На фиг. 21 показан вариант осуществления изобретения для разгрузки грузовиков без использования резервуаров для снижения капитальных затрат и работ по обслуживанию, наряду с исключением воды для очистки отработанной воды.

На фиг. 22 показан вариант осуществления изобретения для объединенных безопасной охладительной башни с орошением, воды для гранулирования и холодильников для HIM насоса с минимизацией водных систем на установке.

На фиг. 23 показана объединенная вакуумная система для снижения FG инжекторов и исключения системы охлажденной воды как один из вариантов осуществления изобретения.

На фиг. 24 представлены двухфазные режимы для этерификации и поликонденсации для одного из вариантов осуществления способа по настоящему изобретению, в котором трубчатый реактор использован для получения гомополимерного ПЭТ.

Ключ к цифровым обозначениям на чертежах

ОбозначениеЗначение10трубчатый реактор11выход12вход21, 22, 23, 24, 25вид31вход32выход подвижной среды33выход газ/пар34вход35выход36тройник37эксцентрический преобразователь типа плоскость-на-дне38затвор41смесительный резервуар42уровнемер в резервуаре с сырьем43насос44мешалка45регулятор температуры46теплообменник47пар48вода49уровнемер в резервуаре с сырьем 5150мешалка51резервуар с сырьем52, 53насос54регулятор температур55пар56вода57, 58система подачи сырья59вход сырья в верхнюю часть колонны603-х ходовой клапан71линия перелива72труба без рубашки73труба с рубашкой74циркуляционный насос75уровень76вода77регулятор температуры78пар82резервуар с сырьем91рециклированная линия92рециклированный насос93входящий поток94выход от насоса95эдуктор96трубопровод с сырьем97устройство для хранения твердого реагента98устройство для измерения твердых материалов99питатель100вход101, 102трубчатый реактор103отвод продукта104выход пара105тройник110затвор111вход112пространство за затвором113выход120вход121отвод пара122отвод продукта123редуктор124затвор125следующее колено126крышка трубы127нижний конец трубы редуктора128тройник133система разводки 134колено под углом 90 градусов135колено под углом менее 90 градусов136прямая труба137колено под углом менее 90 градусов138тело второй прямой трубы139тройник140колено141прямая трубчатая линия142система преобразования потока143нога144третья нога145, 146колено под углом менее 90 градусов147отвод пара148отвод продукта160, 161, 162трубопровод163инжекционная линия164одна секция входа на линии этерификации165, 166параллельный трубопровод трубчатого реактора171, 172зона173возвратный коллектор174коллектор подачи181поглотительная насадка182поглотительная насадка183поглотительная насадка184отвод185конденсатор186компрессор или воздуходувка187конденсированный поток188теплообменник189вход190отвод из насадки 181191вход в насадку 182192отвод из насадки 182193отвод из конденсатора 185/вход в насадку 181194отвод из насадки 183195отвод из насадки 183197инертный поток198отвод199вход в конденсатор211, 212, 213реактор этерификации214трубчатый реактор215трубчатый реактор216, 217линия отвода пара221резервуар для твердых материалов222измерительное устройство твердых материалов223Питатель с весами224рециклированная линия225Насос226теплообменник227трубчатый реактор228процесс этерификации в дополнительном трубчатом реакторе229линия продува230рециклированная линия231, 232линия пара233теплообменник234точка введения сырья235, 236, 237Реакторы поликонденсации238шестеренчатый насос239Отвод240линия входа241, 242уплотнительный патрубок243, 244, 245воздушный или вакуумный сборник246редукционное устройство247уплотнительный патрубок251, 252, 253
254, 255, 256
257, 258, 259,
260, 261, 262Клапан263Насос264второй насос265первый вагон-цистерна266второй вагон-цистерна271,272,273,
274,275,276автоматический клапан290безопасный резервуар для хранения воды с распылительной насадкой291отвод из безопасного резервуара с хранения воды292распределительная линия воды для гранулятора294резервуар для хранения отфильтрованной воды295подходящий насос296теплообменник нижнего потока298Фильтр299Нижняя станция введения химического реагента300станция нарезки/гранулирования302отдельная линия подачи воды303нижний насос304охладительная башня306регулятор уровня307сборник для воды308линия подачи воды в охладительную башню309Насос310Насос311пользователи холодной воды нижнего потока312линия очистки воды314регулирующий вентиль линии очистки воды315Контроль уровня воды316линия подачи полимера317экструзионная головка для полимера318пучки расплавленного полимера320вакуумный насос321межкаскадный конденсатор322первый EG инжектор пара324распылительный конденсатор325сборная емкость для жидкости326фильтр328холодильник330второй EG инжектор331линия выгрузки334вакуумная линия335конденсатор336вторая сборная емкость для жидкости337насос339нижний фильтр340кристаллизатор343регулирующий вентиль400начало этерификации401конец этерификации402отсоединение процесса этерификации403начало поликонденсации404конец первой стадии поликонденсации405начало второй стадии поликонденсации406конец второй стадии поликонденсации

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение поясняется при рассмотрении следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, примеров, включенных в него, фигур и их предшествующего и нижеследующего описания.

Перед тем как соединения, композиции, изделия, устройства и/или способы по настоящему изобретению будут раскрыты и описаны, следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается по объему притязаний конкретными методами синтеза, конкретными способами или конкретными аппаратами, так как все они, безусловно, могут быть различными. Также следует отметить, что использованная в описании терминология предназначена только для целей описания конкретных вариантов осуществления и не рассматривается как ограничивающая.

В настоящем описании и в формуле изобретения, которая представлена ниже, будут даны ссылки на ряд терминов, которым должно быть дано следующее определение и которые означают следующее.

Использованные в описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа включают также множественное число, если из контекста не следует иное. Таким образом, например, ссылка на трубчатый реактор включает один или несколько трубчатых реакторов.

Интервалы значений могут быть выражены от «примерно» одной конкретной величины и/или до «примерно» другой конкретной величины. Когда указан такой интервал, другой вариант осуществления включает от одной конкретной величины и/или до другой конкретной величины. Аналогично этому когда величины выражены как приблизительные путем использования предшествующего слова «примерно», то следует понимать, что конкретная величина образует другой вариант осуществления. Далее следует понимать, что конечные точки каждого интервала очень важны как в отношении другой конечной точки, так и независимо от другой конечной точки.

«Необязательно» или «необязательный» означает, что описанное далее событие или обстоятельства могут или не могут осуществиться и что описание включает случаи, когда указанное событие или обстоятельства имеют место и случаи, когда нет. Например, фраза «необязательно нагретый» включает оба процесса, с нагреванием и без нагревания.

Остаток относится к фрагменту, который представляет собой результирующий продукт химических соединений в конкретной схеме реакции или последующем составе или химическом продукте, независимо от того, действительно ли этот фрагмент получен из химических соединений. Таким образом, остаток этиленгликоля в сложном полиэфире относится к одному или нескольким повторяющимся звеньям -OCH₂CH₂O- в сложном полиэфире, независимо от того, использован ли этиленгликоль для получения сложного полиэфира. Аналогично этому остаток себационовой кислоты в сложном полиэфире относится к одному или нескольким фрагментам -CO(CH₂)₈CO- в сложном полиэфире, независимо от того, получен ли этот остаток при взаимодействии с себационовой кислотой или ее сложным эфиром при получении сложного полиэфира.

Как использовано в описании, реактор для получения форполимера представляет собой реактор поликонденсации, обычно под вакуумом, в котором происходит рост длины полимерной цепи от длины исходного соединения 1-5 до длины на выходе 4-30. Реактор для получения форполимера обычно имеет то же назначение, что и для всех сложных полиэфиров, но некоторые сложные полиэфиры имеют заданную длину цепи, которая является короткой, такой как от 10 до 30. Для таких продуктов с заданной короткой длиной цепи не требуется никакой отделочный реактор (как определено ниже), поскольку реактор для форполимера обеспечит получение конечного продукта. Отделочный реактор представляет собой последний реактор поликонденсации в фазе расплава, обычно под вакуумом, в котором происходит рост длины полимерной цепи и образование продукта с желательной длиной цепи.

Как использовано в описании, «обычный» способ или аппарат в отношении переработки сложного полиэфира относится к не трубчатому реактору или способу, включающему, но не ограниченному в объеме притязаний, процесс в емкостном реакторе с непрерывным перемешиванием (CSTR) или аппарат, реакционную перегонку, отпарную колонну или процесс в ректификационной колонне и аппарат, резервуар с внутренней оснасткой, шнек или прядильный процесс или аппарат. Типичный CSTR реактор, используемый в обычном процессе поликонденсации, представляет собой реактор с равномерной или тонкой пленкой.

Далее будут подробно рассмотрены предпочтительные варианты по настоящему изобретению, примеры которых пояснены прилагаемыми чертежами. Там где возможно, использованы те же ссылочные номера, что и во всех чертежах, относящиеся к одинаковым или аналогичным частям.

Настоящее изобретение относится к аппаратам и способам превращения реагентов в сложный полиэфир. В частности, в одном варианте осуществления на первой стадии согласно настоящему изобретению происходит взаимодействие исходных материалов (также называемых сырьем или реагентами) с образованием мономеров (также названных мономерами сложных полиэфиров), а затем, на второй стадии, настоящее изобретение обеспечивает взаимодействие мономеров с образованием олигомеров (также названных олигомерами сложных полиэфиров или форполимерами), а затем и конечного сложного полиэфира (также названного полимером или полимером на основе сложного полиэфира). Если материалы с кислотными концевыми группами подают на первую стадию, такие как терефталевая кислота или изофталевая кислота, тогда первую стадию называют реакцией или реактором этерификации. Если исходные материалы содержат метильные концевые группы, такие как диметилтерефталат или диметилизофталат, тогда первая стадия или первый реактор представляет собой стадию или реактор обмена сложного эфира. Для простоты в тексте описания и формуле изобретения термины «этерификация» и «обмен сложного эфира» использовали взаимозаменяемо и обычно относили к этерификации, но следует понимать, что этерификация и сложноэфирный обмен зависят от исходных материалов. Также следует понимать, что в состав продуктов выхода реакции этерификации может входить помимо мономера и олигомер. Процесс поликонденсации может представлять собой один общий процесс или может быть подразделен на две части: процесс получения форполимера и процесс дозревания. В процессе получения форполимера выходящий продукт включает мономер, олигомер и полимер, причем обычно основную долю составляет олигомер. В процессе дозревания обычно выходящий из процесса поток включает олигомер и полимер, где основную долю составляет полимер. В процессе этерификации возможно иметь небольшие количества полимера, выходящего из процесса. Аналогично этому в процессе дозревания возможно иметь небольшие количества мономера, выходящего их процесса.

Вторую стадию называют процессом поликонденсации или реактором поликонденсации. В таком варианте осуществления входная часть, находящаяся под давлением, первой стадии или реактор этерификации выходит примерно под атмосферным давлением или выше, а выходящий с первой стадии продукт, который поступает на вторую стадию, представляет собой по существу мономер. На второй стадии мономер превращается в олигомер, который может при желании быть выделенным, например, на первом разделительном устройстве высокого давления, таком как затвор, в реакторе. Если его не выделяют, олигомер в дальнейшем превращается в полимер в трубчатом реакторе.

Способ применим для любого сложного полиэфира. Такие сложные полиэфиры включают, по меньшей мере, один остаток дикарбоновой кислоты и, по меньшей мере, один остаток гликоля, в этом контексте остаток должен пониматься в широком смысле, как, например, остаток дикарбоновой кислоты может быть образован при использовании дикарбоновой кислоты или из сложноэфирного обмена с использованием двойного сложного эфира. В частности, подходящие дикарбоновые кислоты включают ароматические дикарбоновые кислоты, предпочтительно содержащие от 8 до 1 атомов углерода, алифатические дикарбоновые кислоты, предпочтительно содержащие от 4 до 12 атомов углерода, или циклоалифатические дикарбоновые кислоты, предпочтительно содержащие от 8 до 12 атомов углерода. Примеры дикарбоновых кислот включают терефталевую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, циклогександиуксусную кислоту, дифенил-4,4'-дикарбоновую кислоту, дифенил-3,4'-дикарбоновую кислоту, 2,2-диметил-1,3-пропандиол, дикарбоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, их смеси и т.п. Кислотной частью может быть сам сложный эфир, такой как с диметилфталатом.

Подходящие диолы включают циклоалифатические диолы, предпочтительно содержащие от 6 до 20 атомов углерода, или алифатические диолы, предпочтительно содержащие от 3 до 20 атомов углерода. Примеры таких диолов включают этиленгликоль (ЭГ), диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,4-циклогексан-диметанол, пропан-1,3-диол, бутан-1,4-диол, пентан-1,5-диол, гексан-1,6-диол, неопентилгликоль, 3-метилпентандиол-(2,4), 2-метилпентандиол-(1,4), 2,2,4-триметилпентандиол-(1,3), 2-этилгександиол-(1,3), 2,2-диэтилпропандиол-(1,3), гександиол-(1,3), 1,4-ди(гидроксиэтокси)бензол, 2,2-диэтилпропандиол-(1,3), гександиол-(1,3), 1,4-ди(гидроксиэтокси)бензол, 2,2-бис-(4-гидроксициклогексил)пропан, 2,4-дигидрокси-1,1,3,3-тетраметилциклобутан, 2,2,4,4-тетраметилциклобутандиол, 2,2-бис(3-гидроксиэтоксифенил)пропан, 2,2-бис-(4-гидроксициклогексил)пропан, 2,4-дигидрокси-1,1,3,3-тетраметилциклобутан, 2,2,4,4-тетраметилциклобутандиол, 2,2-бис-(3-гидроксиэтоксифенил)пропан, 2,2-бис(4-гидроксипропоксифенил)пропан, изосопбид, гидроксихинон, БДС-(2,2(сульфонилбис)-4,1-фениленокси)бис(этанол), их смеси и т.п. Сложные полиэфиры могут быть получены из одного или нескольких типов диолов.

Предпочтительные сомономеры включают терефталевую кислоту, диметилтерефталат, изофталевую кислоту, диметилизофталат, диметил-2,6-нафталиндикарбоксилат, 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, этиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол (ЦГДМ), 1,4-бутандиол, политетраметиленгликоль, транс-ДМЦД, ангидрид тримеллитовой кислоты, диметилциклогексан-1,4-дикарбоксилат, диметилдекалин-2,6-дикарбоксилат, декалиндиметанол, декагидронафталин 2,6-дикарбоксилат, 2,6-дигидроксиметилдекагидронафталин, гидрохинон, гидроксибензойную кислоту, их смеси и т.п. Сюда также могут быть включены бифункциональные (типа А-В, где концы неодинаковые) сомономеры, такие как гидроксибензойная кислота.

Сомономер, как и в обычном процессе, может быть введен в любом месте технологической линии от начала этерификации до процесса поликонденсации. В частности, в рамках по настоящему изобретению сомономер может быть введен в месте положения, включающем, но не ограничивающем объем притязаний, ближайший вход в реактор этерификации, ближайший отвод из реактора этерификации, точку между входом и выходом из реактора этерификации, любую точку вдоль рециклированной линии, ближайший вход в реактор получения форполимера, ближайший выход из реактора получения форполимера, точку между входом и выходом из реактора получения форполимера, ближайший вход в реактор поликонденсации и точку между входом и выходом из реактора поликонденсации.

Следует понимать, что термин сложный полиэфир, использованный в настоящем описании, подразумевает производные сложного полиэфира, включающие, но не ограничивающие объема притязаний, простые-сложные полиэфирэфиры, сложные полиэфирамиды и простые-сложные полиэфирэфирамиды. Поэтому для простоты в тексте описания и в формуле изобретения термины сложный полиэфир, простой полиэфир сложный эфир, сложный полиэфирамид и простой-сложный полиэфирэфирамид могут быть использованы взаимозаменяемо и обычно называются как сложный полиэфир, но понятно, что конкретные соединения сложного полиэфира зависят от исходных материалов, т.е. реагентов и/или составляющих предшественника сложного полиэфира.

Сложные полиэфиры, полученные по способу по настоящему изобретению, представляют собой гомополимеры и сополимеры на основе сложного полиэфира, которые пригодны для использования в широком ряду областей применения, включающем упаковку, пленки, волокно, листовые материалы, покрытия, адгезивы, формовые изделия и т.п. Упаковка пищевых продуктов является особенно предпочтительной областью применения некоторых сложных полиэфиров по настоящему изобретению. В одном варианте осуществления сложные полиэфиры включают составляющую на основе дикарбоновой кислоты, включающей терефталевую кислоту или изофталевую кислоту, предпочтительно, по меньшей мере, примерно 50% моль терефталевой кислоты и в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, по меньшей мере, примерно 75% моль терефталевой кислоты и составляющую на основе диола, включающую, по меньшей мере, один диол, выбранный из этиленгликоля, циклогександиметанола, диэтиленгликоля, бутандиола и их смесей. Сложные полиэфиры могут дополнительно включать остатки сомономера в количествах до примерно 50% моль одной или нескольких различных дикарбоновых кислот и до примерно 50% моль одного или нескольких диолов в расчете на 100% моль дикарбоновой кислоты и 100% моль диола. В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительной модификация составляющей на основе дикарбоновой кислоты сомономера, составляющие гликоля или каждого по отдельности до примерно 25% моль или до примерно 15% моль. В одном варианте осуществления сомономерные дикарбоновые кислоты включают ароматические дикарбоновые кислоты, сложные эфиры дикарбоновых кислот, ангидриды сложных эфиров дикарбоновых кислот и их смеси.

В одном варианте осуществления реагенты включают терефталевую кислоту и этиленгликоль. В другом варианте реагенты включают диметилтерефталат и этиленгликоль. В еще одном варианте осуществления реагенты включают терефталевую кислоту, этиленгликоль и ЦГДМ.

Предпочтительные сложные полиэфиры включают, но не ограничиваются этим, гомополимеры и сополимеры полиэтилентерефталата (ПЭТ), ПЭТГ (ПЭТ, модифицированный сомономерным ЦГДМ), ПБТ, полностью ароматические или жидкокристаллические сложные полиэфиры, биоразлагаемые сложные полиэфиры, такие как включающие бутандиол, остатки терефталевой кислоты и адипиновой кислоты, гомополимер и сополимеры поли(циклогексан-диметилентерефталат), гомополимер и сополимеры ЦГДМ и циклогександикарбоновой кислоты или диметилциклогександикарбоксилата, и их смеси. В одном варианте осуществления сложным полиэфиром является ПЭТ, полученный взаимодействием ПТА и ЭГ. В другом варианте осуществления реагенты не включают ангидридов. В одном варианте осуществления сложным полиэфиром не является поликарбонат, или ПБТ («полибутилентерефталат»), или сложные полиэфиры, полученные из фталевого ангидрида или малеинового ангидрида.

Настоящий способ, протекающий в трубчатом реакторе, также может быть использован при этерификации, поликонденсации или в обоих случаях, для процесса, в котором этерифицируется, гидрируется или полимеризуется терефталевая кислота с образованием ПЭТ (или ПЭТГ, если также добавлен ЦГДМ), как тот, что раскрыт в заявке США 60/228695, поданной 29 августа 2000, и заявке США 09/812581, поданной 20 марта 2001, которые обе включены в описание в качестве ссылок.

Сложные полиэфиры по настоящему изобретению также могут содержать небольшие количества трифункционального или тетрафункционального сомономера, такого как ангидрид тримеллитовой кислоты, триметилолпропан, диангидрид пиромеллитовой кислоты, пентаэритритол или другие образующие сложные полиэфиры поликислоты или полиолы, обычно известные в уровне техники. Также могут быть использованы сшивающие агенты или агенты разветвления. Кроме того, при желании могут быть использованы, хотя этого и не требуется, добавки, обычно используемые со сложными полиэфирами. Такие добавки включают, но не ограничивают объема притязаний, один или несколько катализаторов, краситель, тонер, пигмент, углеродную сажу, стекловолокно, наполнитель, модификатор ударной вязкости, антиоксидант, стабилизатор, антипирен, агент, улучшающий повторный нагрев, соединение, снижающее содержание ацетальдегида, акцептор кислорода, УФ абсорбер, добавку, улучшающую барьерные свойства, такую как чешуйчатые частицы, черный оксид железа и т.п.

Когда в качестве одного из реагентов используют терефталевую кислоту, то обычно применяют очищенную терефталевую кислоту (ОТК) в качестве реагента, а не неочищенную терефталевую кислоту (ТФК) или сырую ТФК (СТК), хотя ТФК и/или СТК могут быть использованы в настоящем изобретении.

Способы по настоящему изобретению относятся к полимеризации в расплаве, то есть способ по настоящему изобретению протекает в фазе расплава, при этом реагенты находятся в ожиженном состоянии. Это отличается от твердофазной поликонденсации, используемой в некоторых известных в уровне процессах получения сложных полиэфиров, однако настоящее изобретение включает способы, в которых твердофазная поликонденсация следует за жидкофазной поликонденсацией. Способ по настоящему изобретению, осуществляемый в трубчатом реакторе, таким образом соответствует способу в подвижной фазе. Способ поликонденсации сложного полиэфира по настоящему изобретению также следует отличать от других способов получения полимеров, таких как, например, эмульсионная полимеризация, которая обычно требует второго или даже дополнительного растворителя, тогда как конденсация сложного полиэфира не требует, и от полимеризации олефинов, которая необязательно представляет собой двухступенчатую реакцию, как в случае поликонденсации.

Способы по настоящему изобретению могут достичь завершения или по существу завершения реакции этерификации на отводе из процесса этерификации или поликонденсации. В частности, способ настоящей реакции, в различных аспектах ее, может достичь, по меньшей мере, 80% завершения, по меньшей мере, 85% завершения, по меньшей мере, 90% завершения, по меньшей мере, 95% завершения, по меньшей мере, 97,5% завершения, по меньшей мере, 99% завершения, по меньшей мере, 99,5% завершения, по меньшей мере, 99,9% завершения, при этом завершение представляет собой термин, обычно используемый в данной области техники для обозначения 100 минус молярный процент оставшихся кислотных концевых групп, разделенный на количество некислотных концевых групп.

В рамках по настоящему изобретению первая стадия предпочтительно протекает в трубчатом реакторе. Предпочтительно также, чтобы вторая стадия, которая протекает после первой стадии, происходила в том же или другом втором трубчатом реакторе. Однако, как должно стать очевидно для специалиста в данной области, стадия этерификации может протекать при использовании традиционных, известных в уровне техники способов, а затем может быть осуществлена стадия поликонденсации в трубчатом реакторе по настоящему изобретению. Аналогично этому стадия этерификации может быть осуществлена в трубчатом реакторе по настоящему изобретению, а стадия поликонденсации может быть проведена с использованием известных в уровне способов. Согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, одна из первой и второй стадий протекает в трубчатом реакторе.

Основные аппараты трубчатого реактора, использованного в настоящем изобретении, приспособлены, как это раскрыто в известном уровне, для других областей применения и обычно основаны на стандартных трубах, используемых вместо обычных реакторов. В общем, трубчатые реакторы в настоящем описании обычно представляют собой удлиненные в осевом направлении, по существу цилиндрические аппараты, хотя формы могут быть разные, такие как квадратные или треугольные, если это не ухудшает условия осуществления целей по настоящему изобретению. В некоторых аспектах трубчатые реакторы просто могут быть полыми или пустыми или по существу полыми или пустыми трубами или трубками. Полая или пустая, как определено в описании, относится к трубе или трубке, не имеющей дополнительных устройств или внутренних составляющих, особенно никаких внутренних составляющих для смешения, транспортировки или нагревания реактора или отводимых подвижных сред, таких как мешалки, элементы статического смесителя, выступы для регулирования профилей течения подвижной среды или мешалки, насадки, скребки, вращающиеся диски, как те, например, что использованы в пленочных реакторах, дефлекторы, тарелки, поддоны, шнеки или нагревательные или охлаждающие витки, которые встречаются в обычных реакторах и некоторых трубчатых реакторах. Полые или пустые, как определено в описании, они позволяют устанавливать на линии устройства измерения расхода, такие как отверстия, или устройства регулирования расхода, такие как регулирующие вентили или затвор. В одном аспекте осуществления трубы или трубки имеют гладкую внутреннюю поверхность. Трубчатый реактор по настоящему изобретению не требует составляющей увеличения удельной поверхности внутри трубы, а также не требует повысителя пленкообразования, который используется в конструкции некоторых трубчатых реакторов известного уровня.

Для трубчатых реакторов, используемых на первой и второй стадиях по настоящему изобретению, критерии выбора атрибутов аналогичны критериям, обычно принимаемым во внимание при сооружении известного в уровне техники, обычного реактора. Например, конструкторы могут учитывать критерий желательной производительности, качества, перемешивания, площади теплопереноса и разводки потока. Конструкторы также могут рассматривать информацию, полученную при работе и конструировании обычных реакторов, такие как рабочий объем реактора, площадь теплопереноса, удельная поверхность жидкости, скорость пара в трубопроводе, скорость реакционных паров, технологические скорости течения в и из реактора, и также может быть рассмотрена скорость течения теплоносителя. В частности, конструкторы могут определить объем реактора по существующим реакторам, модели конструкции реактора, выполнить инженерные расчеты или рассмотреть другие источники критериев конструкции. Длина, l, каждой трубы диаметра, требуемого для каждой зоны реактора, может быть рассчитана по объему реактора, V_р, по формуле:

где r - радиус трубы.

Площадь поверхности, А, требуемая для каждой зоны, может быть рассчитана следующим образом:

где h означает высоту жидкости в трубе и где r больше, чем h.

Эти расчеты могут быть повторены для каждой реакционной зоны, принимая во внимание площадь теплопереноса, скорость пара (поток пара в большинстве стандартных реакторов является вертикальным и в трубчатом реакторе будет обычно горизонтальным) и расход. Таким путем может быть определена длина трубы каждого диаметра. Следует иметь в виду, что трубы не всех диаметров будут соответствовать требованиям всех условий в реакторе. Фиг. 3 содержит пример расчетов. Две трубы малого размера могут создать проблемы пенообразования, заключающиеся в том, что пена не будет разрушаться, тогда как при слишком большом размере трубы может возникнуть слишком большой перепад давления по высоте подвижной среды. Реактор не ограничен этими критериями конструкции, так как другие факторы могут привести к неоптимальным затратам на конструирование, такие как доступность материала или оптимизация площади реактора. В некоторых случаях размер трубы составляет от 2 дюйм до 24 дюйм, предпочтительно от 6 дюйм до 16 дюйм, более предпочтительно от 12 до 16 дюйм.

Условия реакции (температуры, давления, скорости течения и т.п.) и материалы, загружаемые в реактор (реагенты, сореагенты, сомономеры, добавки, катализаторы и т.п.), могут быть теми, что обычно используются в уровне техники для проведения реакции образования сложного полиэфира, но способ по настоящему изобретению позволяет даже расширить рабочие условия по сравнению с используемыми в уровне техники. То есть, использование трубчатого реактора в настоящем изобретении необязательно требует изменения условий реакции или материалов, загружаемых в реактор, как таковых. Однако условия реакции могут быть иными и в действительности улучшенными за счет системы трубчатого реактора по настоящему изобретению. В некоторых вариантах осуществления условия в трубчатом реакторе улучшены по сравнению с условиями в известных реакторах и обеспечивают улучшенные эксплуатационные параметры, такие как более высокую чистоту продукта (например, более низкое содержание примесей ДЭГ) или улучшенный цвет.

Любой специалист в данной области сможет определить такие параметры на основе известных методов получения сложных полиэфиров в качестве стартовой точки. В одном аспекте рабочие условия в известном уровне составляют температуру реактора 20-400°С, предпочтительно выше точки плавления массы подвижной среды в любой данной точке последовательности реакторов, давление от полного вакуума до 500 фунт/кв.дюйм, время нахождения в зоне реакции до примерно 8 часов и молярное отношение от 1,005:1 до 6,00:1 в расчете на молярное отношение остатка гликоля к остатку дикарбоновой кислоты, где кислотный остаток может быть на основе сложного эфира, а остаток гликоля может быть на основе диола. Эти условия или другие рабочие условия известного уровня могут быть легко модифицированы и оптимизированы для конструкции трубчатого реактора по настоящему изобретению любым специалистом в данной области после рассмотрения существа его.

Помимо этого общего обзора рассмотрены более подробно предпосылки и атрибуты конкретных процессов и аппаратов для этерификации и поликонденсации в трубчатых реакторах, а также некоторые другие процессы и аппараты, которые могут быть использованы вместе с или отдельно от систем трубчатых реакторов по настоящему изобретению.

Стадия этерификации

Что касается представленного ниже рассмотрения главы «Стадия этерификации», включающей все подглавы (Профиль давления, Нагревание и т.д.), если специально не указано, то процессы и аппараты по настоящему изобретению, рассмотренные ниже в этой части, равно применимы к и могут быть использованы в процессах и аппаратах этерификации и поликонденсации.

Как отмечено выше, в одном варианте осуществления первая стадия включает использование трубчатого реактора для осуществления взаимодействия исходных материалов с образованием мономера. В одном варианте осуществления, представленном на фиг. 2, трубчатый реактор 10 имеет вход 12, выход 11, наружную поверхность и внутреннюю поверхность. В одном аспекте внутренняя поверхность трубы является круглой, квадратной или треугольной по поперечному сечению, предпочтительно круглой, так что она образует внутренний диаметр.

Для обоих трубчатых реакторов этерификации и поликонденсации трубчатый реактор предпочтительно изготовлен из материала, который не является реакционно-способным к материалам, протекающим по внутренней поверхности, включающего, например, сталь, железо, сплавы, титан, гастсплав, нержавеющую сталь, углеродистую сталь, никель, алюминий, медь, платину, палладий, литий, германий, марганец, кобальт, цинк или их комбинации. Другие материалы конструкции включают, но не ограничивают объема притязаний, стекло, бумагу с покрытием и пластики, такие как акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), полибутилен (ПБ), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный ПВХ (ХПВХ), полипропилен (ПП), стекловолокно, тефлон и армированные эпоксидные смолы. Нержавеющая сталь, гастсплав и титан представляют собой широко используемые вследствие их свойств, доступности и цены. Для обоих процессов обмена сложного эфира и поликонденсации также может быть использован каталитический материал для трубы.

При эксплуатации реагенты обычно входят в трубчатый реактор точно через вход или вблизи него (т.е. ближе к входу, чем к выходу) или рядом с входом (сразу за ним или в вход). Так как реагенты текут через трубчатый реактор, то реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера внутри трубчатого реактора, так что образовавшийся мономер выходит через отвод. Однако не все реагенты должны взаимодействовать с образованием мономера при перемещении от входа к выходу (т.е. некоторые реагенты могут выходить через отвод без взаимодействия с образованием мономера) и все же входят в объем притязаний изобретения. Дополнительно некоторая часть мономера может взаимодействовать с образованием олигомера и также попадает в объем притязаний по настоящему изобретению. Реагенты, введенные или инжектированные точно или вблизи входа в трубчатый реактор, могут находиться в виде жидкости, газа, твердого вещества или суспензии или другой фазовой смеси.

Легче всего вводить реагенты в виде жидкости (например, ЭГ и ДМТ), потому что реагенты могут быть независимо перекачаны прямо через вход трубчатого реактора или другое местоположение по потоку выше или ниже входа. В одной конкретной конструкции один реагент может быть добавлен через вход трубчатого реактора, а другой реагент может быть добавлен по потоку выше от входа. Еще в другом конкретном варианте осуществления один или несколько реагентов могут быть добавлены через вход, или другой реагент может быть добавлен в одном или множестве местоположений по длине трубчатого реактора между входом и выходом.

Когда реагенты представляют собой жидкости, может быть использован насос, который выгружает реагенты при давлении выше атмосферного давления обычно точно через вход трубчатого реактора. В частности, насос может выгружать реагенты при давлении, достаточном для перемещения материалов по трубчатому реактору и выходу его через отвод, что включает преодоление сил трения или потери, изменения потенциальной энергии (гидростатического напора) и другие силы, которые препятствуют течению материалов по трубчатому реактору. Насосом может быть любой насос, известный в уровне техники, не ограничивающий объема притязаний, примеры которого включают центробежный насос, включающий линейный вертикальный центробежный насос; насос положительного перемещения; приводной (пистонный); шнековый (со сдвоенным концом, с одним концом, с таймером, без таймера); ротационный (зубчатый, ротационный шнековый, периферический пистонный, ресурсный, вращающийся вентиль или гибкая мембрана); инжектор (эдуктор с одним соплом или множеством сопел) или коленчатый насос. Реагенты могут нагнетаться отдельно или смешанные заранее и нагнетаться вместе.

Жидкие реагенты легко перекачиваются либо по отдельности, либо смешанные вместе, но твердые реагенты более проблематичны. Как рассмотрено более подробно ниже, твердые реагенты могут быть добавлены с использованием насоса для паст, смесительного резервуара, уникального смесителя и системы подачи, рециклированной линии, объединенной с резервуаром для пасты, или комбинации этих аппаратов и способов. Соответствующее смешение необходимо для растворения всех твердых веществ, содержащихся в жидкости, и для обеспечения газожидкостного смешения при протекании реакции этерификации. Обычно предпочтительно, чтобы газожидкостная смесь находилась в пузырьковом течении или пенистом потоке в реакторе этерификации.

Профиль давления

В предпочтительном варианте осуществления давление реагентов на внутреннюю поверхность трубчатого реактора рядом с входом выше, или больше, чем давление мономеров и/или реагентов на внутреннюю поверхность вблизи выхода. Чтобы достичь этой разницы давлений, вход в трубчатый реактор предпочтительно расположен по вертикали ниже выхода (как показано на фиг. 2), так что разница давлений увеличивается в большей степени за счет гидростатического давления, оказываемого подвижными средами на внутреннюю поверхность трубчатого реактора. То есть гидростатическое давление существует между положениями ниже по потоку и выше по потоку, так что по мере протекания подвижной среды вверх по трубчатому реактору давление снижается. Гидростатическое давление является функцией плотности жидкости (температуры и состава), доли пустот (добавленных реагентов, температуры, образовавшихся побочных продуктов реакции, количества газа, удаленного из реактора), высоты или разницы по вертикали между двумя точками трубчатого реактора и падения давления вследствие течения по трубе (скорости течения, вязкости, диаметра трубы).

Трубчатый реактор этерификации может также принимать разнообразные формы. Например, в одной конструкции (не показанной) трубчатый реактор является по существу линейным между входом и выходом, так что трубчатый реактор является удлиненным вдоль оси. В другом варианте осуществления трубчатый реактор является по существу нелинейным. В другом варианте осуществления трубчатый реактор имеет чередующиеся линейные и нелинейные секции.

Трубчатый реактор может быть в основном вертикальным, горизонтальным или под любым промежуточным углом. Расположение трубчатого реактора может образовывать любой угол в вертикальной плоскости, от 0° (вертикаль, т.е. перпендикулярно уровню земли или фундаменту) до 90° (горизонтально или параллельно горизонтали). В различных случаях трубчатый реактор может быть расположен под углом 0°, 10°, 20°, 45°, 60°, 75°, 85°, 89° или 90° относительно вертикальной плоскости. Угол расположения трубчатого реактора с вертикальной плоскостью зависит от многих условий, в частности от получаемого продукта и желательного профиля давления. Например, при получении ПЭТ, если используют терефталевую кислоту, предпочтительно горизонтальное расположение, тогда как для процесса получения ДМТ предпочтительно вертикальное расположение. Для ПЭТГ предпочтительно вертикальное расположение.

В различных вариантах осуществления трубчатый реактор этерификации может иметь вертикальную конфигурацию. В различных вариантах осуществления для такой вертикальной конфигурации вход и выход из трубчатого реактора могут быть расположены, по меньшей мере, на 20, 50, 75, 80, 90 или 100 футов по вертикали ниже выхода. В других вариантах осуществления вход может быть расположен на расстоянии от 20 до 200, от 50 до 200, от 50 до 175, от 90 до 150 или от 100 до 140 футов по вертикали ниже выхода.

Другая равно вероятная конструкция включает трубчатый реактор, который является нелинейным между входом и выходом. Одна такая конструкция показана на фиг.2, в которой трубчатый реактор представляет собой змеевик в фронтальной плоскости. Другие профили нелинейного трубчатого реактора включают, но не ограничивают объема притязаний, конструкции, которые являются волнообразными; змеевидными; скрученными; спиральными; изогнутыми; обвитыми (скрученными по кривой); спиралевидными, искривленными, меандрирующими, змеевидными; синусообразными и/или типа лабиринта.

В другой конструкции трубчатый реактор располагается от входа к выходу нелинейными горизонтальными маршами, а затем проходит вертикально до следующего уровня с другим нелинейным горизонтальным маршем, и этот процесс может повторяться до любой желательной высоты (и ширины/длины). Это создает пакетную конструкцию со слоями нелинейных горизонтальных маршей.

В альтернативном варианте осуществления реактор этерификации (или поликонденсации) может представлять серию поднимающихся и опускающихся вертикальных маршей. В частности, реактор этерификации (или поликонденсации) может быть сравним с фиг.2, но повернут на 90°. То есть, рассматривая фиг. 16, исходные материалы нагнетаются в 12 и проходят вертикально вверх, а затем вертикально вниз по чередующейся схеме. Эта конструкция позволяет входить сырью в зону под давлением, затем проходить в зону низкого давления, а затем обратно в зону высокого давления, чередуясь последовательно назад и вперед. Пары могут быть удалены из зоны низкого давления. Поток выходит в точке 11.

В таких нелинейных конструкциях трубчатый реактор предпочтительно включает некоторое количество колен, расположенных между входом и выходом. Колена обычно образуют углы сорок пять (45) или девяносто (90) градусов, но другие углы также приемлемы. Каждое колено изменяет направление потока внутри трубчатого реактора, как и реагенты и/или мономер перемещаются по колену. Направление потока может измениться относительно стационарной горизонтальной плоскости, такой как пол здания, или относительно стационарной вертикальной плоскости, такой как стены здания, или относительно обеих стационарных горизонтальной и вертикальной плоскостей. Когда реагенты и мономеры протекают через колена, преимущественно происходит дополнительное перемешивание материалов по сравнению с прямолинейной секцией трубчатого реактора.

Также принято конструировать трубчатый реактор так, чтобы получить желательный профиль давления. Как оценит любой специалист в данной области, когда реагенты и/или мономеры находятся в жидкой форме, давление жидкости остается по существу постоянным при течении вдоль части трубчатого реактора, которая ориентирована горизонтально. То есть нет никакого перепада гидростатического давления по горизонтальной части трубчатого реактора, но происходят потери вследствие трения при течении жидкости вниз, что может изменить давление вдоль горизонтальной части трубчатого реактора. В отличие от этого давление подвижной среды снижается при увеличении скорости, так как эта часть трубчатого реактора ориентирована больше вертикально для текущего вниз потока.

Что касается фиг. 10 и 11, эти инженерные принципы могут быть применены в вариантах осуществления по настоящему изобретению для создания желательных профилей давления для реагентов и/или мономеров, текущих по трубчатому реактору. Профили 21-25 на фиг. 11 соответствуют видам 21-25 на фиг. 10. Изменяя конфигурацию трубы, меняют профили давления. Фиг. 10 и 11 правильные в принципе, но в действительности падение давления вдоль горизонтальных труб только приведет к снижению давления за счет трения по длине трубы. Вертикальные соединения горизонтальных сегментов трубы приведут к заметному снижению давления в трубчатом реакторе. Соответственно, фиг. 11, представляющая зависимость давления от длины или времени, в действительности будет проходить волнообразно, не монотонно, как это показано на схеме. После такого пояснения упрощенных диаграмм, далее будет рассмотрена каждая конфигурация. Вид 21 на фиг. 10 представляет серию равнорасположенных труб, что приводит к линейному падению давления в реакторе при условии равной плотности подвижной среды и доли пустот. Вид 22 показывает трубчатый реактор с меньшим падением давления в начале и большим падением давления в верхних четырех, широко расположенных секциях реактора) трубчатый реактор, изображенный на виде 23 фиг. 10, имеет большие падения исходного давления, вызванные увеличенными вертикальными секциями, и меньшие падения давления в последних четырех секциях реактора. На разрезе 24 показан трубчатый реактор, имеющий четыре зоны с небольшим перепадом давления в каждой и с большим перепадом давления между каждой зоной. Конструкция, представленная на фиг.25, позволяет снижать давление ступенчато. Как уже отмечалось, профили давлений для фиг. с 21 по 25, графически показаны на фиг. 11 в виде профилей 21-25. Следует иметь в виду, что конфигурации, описанные в настоящем описании, являются лишь иллюстративными. Могут быть сконструированы многие другие конфигурации на основе принципов, рассмотренных в настоящем описании.

В другом варианте осуществления предусматривается, что вход расположен приблизительно на той же высоте по вертикали, что и выход (т.е. трубчатый реактор ориентирован по существу горизонтально), так что давление на входе будет больше, чем давление на выходе, учитывая потери на трение, возникающие при течении материалов по внутренней поверхности трубчатого реактора. Разность давлений между входом и выходом будет не так велика, как в случае осуществления процесса, когда вход расположен по вертикали выше выхода. В объеме притязаний по настоящему изобретению находится тот случай, когда труба реактора ориентирована так, что вход оказывается по вертикали над выходом.

Давление в верхней части реактора этерификации может соответствовать вакууму, и подвижная среда будет перемещаться вверх под действием вакуума. В одном аспекте перед секцией вакуума может быть установлен отвод для удаления массы воды. В настоящем варианте осуществления первая часть реактора поликонденсации может быть установлена сверху реактора этерификации. Это позволит уменьшить технологическую установку за счет расположения на стороне этерификации части процесса и аппаратов поликонденсации. В другом варианте осуществления будет также исключен самый длинный затвор во всей схеме. Кроме того, в другом аспекте на реакционной линии после отвода может быть установлен теплообменник.

Нагревание

Нагревание реагентов увеличивает скорость реакции и ускоряет образование мономера и реакцию поликонденсации. Соответственно, другим необязательным отличительным признаком по настоящему изобретению является включение средств нагревания реагентов и/или мономера, перемещающегося по трубчатому реактору. Более того, нагревание материалов до кипения вдоль внутренней поверхности трубчатого реактора увеличивает смешение за счет (1) создания разности плавучести между смесью газ/пар, образующейся при кипении, и окружающей жидкости (или твердых веществ), протекающей вдоль трубчатого реактора, и (2) разрушения пограничного слоя, образованного силами трения между внутренней поверхностью трубчатого реактора и материалами, контактирующими с внутренней поверхностью. В различных аспектах, по меньшей мере, некоторые подвижные среды в процессе этерификации, процессе поликонденсации или обоих процессах этерификации и поликонденсации нагревают до кипения с обеспечением эффективного смешения. В других аспектах, по меньшей мере, некоторые подвижные среды могут быть доведены до кипения другими средствами, такими как, например, снижением давления в системе или добавлением составляющих, имеющих давление паров выше, чем подвижные среды, которые необходимо довести до кипения. Как будет понятно любому специалисту в данной области, самый высокая скорость теплопереноса необходима для начала кипения (т.е. образования отдельных пузырьков или струй из пузырьков), но другие типы кипения также допустимы.

В следующей таблице представлены точки кипения пояснительных составляющих, которые могут быть использованы в способе по настоящему изобретению. Безусловно, могут быть использованы и другие составляющие, отличные от перечисленных:

СоставляющаяТочка кипения, °СУксусная кислота118,5Адипиновая кислота330 РазложениеИзофталевая кислота (ИФК)СублимируетсяФосфорная кислота213Терефталевая кислота301,4Метанол64,51-бутанол117,8Изопропанол82,5Изопропоксид титана82,5Диоксид титанабольше чем 475Тримеллитовый ангидрид390Ацетат цинка100 Теряет воду, а затем сублимируетсяОксид сурьмы1100Тетрагидрат ацетат кобальта140Диметил-1,4-циклогександикарбоксилат265Диметилизофталат282Диметилтерефталат (ДМТ)288Бутандиол230Циклогександиметанол (ЦГДМ)284-288Диэтиленгликоль (ДЭГ)245Этиленгликоль (ЭГ)197Триэтиленгликоль290

Средства нагрева для трубчатого реактора могут приобретать различные формы. Трубчатый реактор может быть нагрет различными средами через различные поверхности. Более предпочтительно настоящее изобретение может включать среду теплообмена (СТО), которая находится в тепловой взаимосвязи с частью наружной поверхности трубчатого реактора вдоль, по меньшей мере, части трубчатого реактора между входом и выходом. Среда теплообмена может окружать полностью наружный диаметр внешней поверхности и простирается по существу по всей длине трубчатого реактора. Тепло также может быть подведено путем установки теплообменников или введения реагентов в горячем или парообразном состоянии. В одном аспекте в процессах с использованием ПЭТ или ПЭТГ этиленгликоль и/или ЦГДМ могут быть введены в горячем или парообразном состоянии. В альтернативном варианте может быть использован индукционный или микроволновой нагрев.

Теплообменник может быть использован на линии подачи реагента для нагревания или испарения реагента. Теплообменник также может быть использован в промежутках трубчатого реактора, когда трубчатый реактор состоит из отдельных секций, и каждый поток из одной секции подается через теплообменник для нагрева реагента и/или мономерных составляющих. Такая система промежуточных теплообменников в трубчатом реакторе особенно применима, если для трубчатого реактора использована труба без рубашки. Теплообменники могут представлять низкозатратную составляющую трубчатого реактора в зависимости от соотношения затрат на установку трубчатого реактора в рубашке и затрат на установку теплообменников. Обычно при этерификации и поликонденсации температура подвижной среды определяет время нахождения в зоне реакции, так что скорее подвод тепла может быть лимитирующим конструкцию фактором, а не кинетика реакции. Поэтому быстрое нагревание может ускорить процесс и сведет к минимуму объемы и затраты. Теплообменники могут быть установлены в любом месте по длине, например в промежутке между входом и выходом, вблизи или рядом с входом или выходом из реактора(ов) этерификации, реактора(ов) поликонденсации, рециклированной линии или между любыми реакторами (между реакторами этерификации, реакторами поликонденсации или между реакторами этерификации и поликонденсации), рядом или вблизи входа или выхода из любого реактора этерификации или поликонденсации, или вблизи, на, рядом или внутри любого затвора. Предпочтительно теплообменник расположен в начале каждой секции реактора, где меняется давление, поскольку при испарении жидкость охлаждается. Поэтому, как описано выше, установка теплообменника на, вблизи или рядом с затвором может оказаться преимущественной. Если при этерификации использована труба без рубашки, тогда низкозатратный режим заключается в использовании теплообменника в начале процесса этерификации, а также установке дополнительных теплообменников по длине реактора с целью повышения температуры, так как побочные продукты испаряются. В одном аспекте теплообменники будут располагаться близко друг к другу в начале процесса этерификации и далее будут отстоять друг от друга в большей степени, так как количество побочных испарившихся продуктов больше в начале этерификации.

Один пример среды теплообмена включает некоторое количество электрообогревающих составляющих, намотанных по внешней поверхности на трубчатый реактор. Также допустимо использование трубы с рубашкой, ограничивающей наружную поверхность, в которой труба с рубашкой имеет внутреннюю поверхность больше, чем наружная поверхность трубчатого реактора, с образованием кругового пространства между ними. Теплоноситель, в качестве примеров включающий жидкость, пары, пар, перегретую воду, сжатые газы, конденсирующий пары газ, транспортные твердые вещества, электрические соединения, составляющие электрического нагрева или их комбинации, затем помещается внутри кругового пространства. Для использования жидкого теплоносителя (т.е. жидкости, паров или пара) круговое пространство не должно дать утечек в поперечном направлении, так что подвижная среда протекает в продольном направлении между входом и выходом. В частности, в настоящем варианте осуществления изобретения, предусматривающем использование жидкого теплоносителя, желательно, чтобы подвижная среда внутри кругового пространства протекала в направлении, противоположном направлению течения материала, протекающего через трубчатый реактор (т.е. теплоноситель протекает от выхода к входу, поскольку реагенты и мономеры текут от входа к выходу), хотя может быть использована СТП, протекающая в том же направлении.

Основываясь на скорости течения теплоносителя, конструкторы должны обеспечить скорость теплоносителя в круговом пространстве между технологическими трубами и трубой с рубашкой, соответствующую скорости в трубчатом реакторе хорошей конструкции. Для настоящего изобретения соответствующей считается линейная скорость от приблизительно четырех до примерно восьми фут/сек. Если скорость слишком высока, тогда диаметр трубы с рубашкой должен быть увеличен.

Также предполагается, что теплоноситель также может протекать или находиться во внутренней трубе, а технологическая подвижная среда будет располагаться в круговом пространстве между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней наружной трубы. При такой конструкции снижается площадь поверхности технологического трубопровода и требуется больший наружный трубопровод, но это может быть преимущественным для некоторых сред теплопереноса, таких как среды высокого давления. Большая площадь может быть добавлена СТП как внутри, так и снаружи технологической подвижной среды, с технологической подвижной средой в середине кругового пространства.

Если желателен больший теплоперенос в секции реактора, тогда отношение площади поверхности к технологическому объему должно быть увеличено. Это достигается использованием технологического трубопровода меньшего диаметра. В технологическом трубопроводе меньшего диаметра линейная скорость процесса будет выше, но поскольку скорость течения не так высока, чтобы вызвать эрозию трубопровода, и не в секции разделения трубчатого реактора, то это приемлемо. Такие зоны с более высокой площадью поверхности будут влиять на стоимость трубчатого реактора. Если технологическая скорость течения слишком высока, тогда используют некоторое количество параллельных труб.

Дегазация

При протекании от входа к выходу реагенты, мономеры, олигомеры, полимеры и побочные продукты реакций могут образовывать пары или газы как результат протекания химических реакций, нагревания или по другим причинам. Настоящее изобретение также необязательно включает средства для удаления паров из трубчатого реактора в промежутке между входом и выходом и/или точно на или вблизи выхода. Такой подход помогает привести реакцию к благоприятному равновесию и/или регулировать фазу потока в направлении желательного состоянии. Выходы для удаления газов могут быть расположены, в некоторых аспектах, в конце одной, нескольких или всех зон («зона» относится к зоне этерификации и каждой зоне поликонденсации) и/или одном или нескольких местах расположения внутри каждой зоны реактора.

Что касается фиг. 20А, на которой показаны восемь различных режимов течения двухфазного потока в горизонтальных трубах, темные области представляют жидкость, а светлые области представляют газ. В потоке с пузырьками пузырьки газа движутся вдоль верхней части трубы приблизительно с той же скоростью, что и жидкость. В потоке вытеснения чередующиеся пробки из жидкости и газа движутся вдоль верхней части трубы. В режиме расслоенного потока жидкость протекает по дну трубы, а газ течет сверху, над гладкой межфазной поверхностью жидкость/газ. Волновой режим двухфазного потока аналогичен режиму расслоенного потока, за исключением того, что газ движется с большей скоростью, а межфазная поверхность нарушена волнами, перемещающимися в направлении течения потока. При пробковом течении бегущая волна подхватывается более быстро движущимся газом с образованием пробки, которая проходит по трубе со скоростью, превышающей среднюю скорость жидкости. В кольцевом потоке жидкость течет в виде тонкой пленки вокруг внутренней стенки трубы, а газ течет с высокой скоростью в виде центрального ядра. Поверхность не является ни симметричной, ни гладкой, но скорее аналогична бегущим волнам, переносимым шквалами, как отмечено для волнового режима двухфазного потока. В дисперсном режиме двухфазного потока большинство жидкости захватывается в виде брызг газом. Брызги образуются жидкостью, захваченной высокоскоростным газом с гребня бегущих волн. Пенистый поток аналогичен пузырьковому течению, только с большим количеством пузырьков или процентом пустот. Смотри Roberts S. Brodkey, "The Phenomena of Fluid Motions", Addison-Wesley Series в Chemical Engineering, pp. 457-459, 1967.

Для процесса этерификации по настоящему изобретению пенистый поток или пузырьковое течение в трубчатом реакторе обычно находится в оптимальном для работы режиме, так как он обеспечивает хорошее смешение паров и жидкости для ускорения реакции. Для стадии поликонденсации по настоящему изобретению режим расслоенного потока в трубчатом реакторе является оптимальным режимом течения, так как он обеспечивает хорошее отделение паров побочных продуктов от жидкого продукта. Режим расслоенного потока является также оптимальным потоком для продувки трубчатого реактора по настоящему изобретению либо в процессе этерификации, либо в процессе поликонденсации. Фиг. 20В, которая представляет собой график Baker на логарифмической шкале зависимости By (в фунт(час фут²), функции массовой скорости паров) от Вх (функции отношения массовых скоростей жидкости к пару), показывает различные типичные режимы течения двухфазного потока в горизонтальных трубах. Смотри Baker Plots для двухфазного потока, например, в патенте США 6111064 и в Chemical Engineers' Handbook, 6^th ed., pp. 5-40 и 5-41, которые включены в настоящее описание в качестве ссылки для указанных целей. Как отмечено выше, пенистый или пузырьковый режим двухфазного потока является оптимальным для процесса этерификации, тогда как режим расслоенного потока является оптимальным для стадий получения форполимера и вызревания процесса поликонденсации. Пробковое течение и поток идеального вытеснения вызывают риск повреждения оборудования, круговые и возмущенные, они обеспечивают слишком низкое время нахождения в установке, а волновой режим двухфазного потока захватывают технологическую подвижную среду газовым потоком, что вызывает загрязнение в оборудовании, содержащем газ.

На ранней стадии этерификации в некоторых вариантах осуществления изобретения может присутствовать твердое вещество, что может привести к образованию трехфазного потока. Однако оптимальные режимы течения, описанные выше, включают и зависимость жидкости и газа. В действительности твердое вещество не влияет на режим течения газ/жидкость, но для ясности следует отметить, что если присутствует твердое вещество, это может быть действительно не двухфазный поток, поскольку может присутствовать третья (твердая) фаза.

Движение между режимами подвижной среды сопровождается изменением мощности установки, увеличением скорости рециркуляции, изменением положения рециклированного отвода в процессе, выпуском паров, изменением диаметра трубы, использованием параллельных труб, изменением физических параметров, таких как температура, давление, состав, добавлением разбавителя или инертной составляющей или другими средствами.

Что касается фиг. 20В, то для процесса этерификации при движении по графику вправо можно увеличить рециклирование в таком количестве или отношении, чтобы достичь пенистого или пузырькового состояния. При движении вверх по графику используют трубу меньшего диаметра. При движении влево используют пути прохождения дополнительной длины. Для процесса поликонденсации если скорость паров слишком высока, тогда могут быть добавлены дополнительные параллельные трубы для снижения скорости паров для того, чтобы достичь режима расслоенного потока.

На фиг. 24 показан один возможный набор двухфазных режимов для одного варианта осуществления способа получения гомополимера РЭТ. В этом варианте осуществления реактор этерификации начинает работать в точке 400 в пенистом потоке или пузырьковом течении и медленно движется к точке 401 по мере протекания процесса в реакторе. Скорость снижается, и происходит разделение двух фаз в точке 402 в зоне режима расслоенного потока, а затем поток проходит через первую зону разделения под давлением, например, в затворе, на первую стадию поликонденсации в точке 403. Процесс протекает в части реактора до точки 404, до тех пор, пока не достигает второй зоны разделения под давлением, перемещая режим течения в точку 405. Технологический поток проходит по реактору, проходит точку 406 и поступает в последнюю зону разделения под давлением. Последняя зона поликонденсации не показана, так как она находится вне масштаба данной диаграммы, но имеет тот же характер, что и первые две зоны.

Кроме того, отводом газов из системы можно регулировать расход паров и отношение расходов жидкости и паров. При сбросе пары удаляются. Это смещает процесс вниз (меньше расход паров) и вправо (выше отношение расходов жидкости к газу). Варианты осуществления, рассмотренные ниже, показывают некоторые способы, которые могут быть использованы для смещения процесса в любом направлении на графике с изменением режимов течения.

Захваченные газы могут быть отведены из нагнетаемой жидкости регулированным снижением расхода подвижной среды в камере дегазации в сочетании с регулированным отводом собранного газа из камеры дегазации.

Более предпочтительно установлено, что газы, захваченные нагнетаемым потоком подвижной среды, могут быть отделены от нагнетаемой жидкости введением трубопровода дегазации какой-то длины на пути движения потока подвижной среды и выделением отделенных газов через такую водонапорную трубу или регулирующий расход вентиль. Как использовано в настоящем описании, термин «захваченный» и тому подобные термины относятся к нерастворенному газу, содержащемуся в подвижной среде, например газу в подвижной среде в виде пузырьков, микропузырьков, пены и т.п.

В одном предпочтительном варианте осуществления средства удаления паров или средства дегазации включают выпускной канал или выпускной механизм, вмонтированный в трубчатый реактор. Выпускной механизм расположен так, что либо все, либо часть реагентов и мономера, перемещающегося по внутренней поверхности трубчатого реактора, также протекает через выпускной механизм при движении от входа к выходу.

Что касается фиг. 7а-7f, то выпускной механизм действует таким образом, чтобы снизить скорость реагентов и/или мономера в трубчатом реакторе до степени, достаточной для отделения захваченного газа от жидких реагентов и/или мономера. Выпускной механизм предпочтительно образует ламинарный, расслоенный, не круговой, двухфазный поток газ/жидкость. Степень снижения скорости в выпускном механизме с обеспечением желательного двухфазного (газ/жидкость) потока может быть определена любым специалистом с использованием (1а) размера вероятно присутствующих пузырьков газа и вязкости подвижной среды или (1b) физических свойств жидкости и газа и (2) предполагаемой скорости потока через трубчатый реактор. Внутренние размеры выпускного механизма выбирают так, чтобы обеспечить более высокую площадь поперечного сечения, открытую для перемещения подвижной среды, чем площадь поперечного сечения трубчатого реактора рядом с выпускным механизмом. Основываясь на принципах массовой скорости течения, поскольку внутренний диаметр увеличивается, скорость течения постоянного потока снижается. С уменьшением скорости газы поднимаются и выходят из раствора до тех пор, пока давление выделенных газов не начнет препятствовать выделению дополнительных газов из раствора. Отвод выделенных газов позволяет дополнительным газам выйти из раствора, так как равновесие, первоначально существующее между газами в растворе и газами вне раствора, смещается.

Для отделения захваченных реагентами и/или мономером газов, раскрытых в существе по настоящему изобретению, желательно, например, чтобы выпускной механизм снижал скорость течения подвижных сред, протекающих через него, и предпочтительно обеспечивал возникновение режима расслоенного потока в процессе отвода и поликонденсации. Время нахождения подвижной среды внутри выпускного механизма также регулируется соответствующим выбором длины выпускного механизма, обеспечивающего достаточное время при пониженной скорости внутри выпускного механизма для необходимого отделения от жидкости захваченного газа. Соответствующее время нахождения для конкретного потока подвижной среды может быть определено специалистом в данной области экспериментально или эмпирически после рассмотрения изложенной в описании сущности изобретения.

Для наилучших результатов выпускной механизм расположен или ориентирован по существу горизонтально, так что пары и газы внутри реагентов и мономера, текущих через него, перемещаются по существу горизонтально и собираются в верхней области выпускного механизма. Атрибуты желательного выпускного механизма позволяют обеспечить захват газа, выходящего из раствора, с помощью любой конструкции, позволяющей жидкости проходить в придонную часть, но ограничивающей течение газа в верхнюю часть.

Некоторые конструкции, которые могут быть использованы для разделения газа и жидких реагентов и мономера, включают, но не ограничивают в объеме притязаний, те, которые представлены на фиг. 7а-7f. Каждый вариант осуществления на фиг. 7а-7f имеет вход 31 для приема подвижной среды и смеси газ/пар, отвод для подвижной среды 32, тройник 36 и отвод для газа/пара 33. Выпускной механизм может включать эксцентриковый редуктор(ы) типа плоскость-на-дне 37 для снижения скорости подвижной среды в режиме расслоенного потока и для минимизации захвата жидкости парами.

Редуктор делает доступной некоторую часть площади поверхности, так что скорость паров на поверхности жидкости оказывается достаточно низкой, и пары не тянут жидкость вместе с собой, когда она освобождается, и достаточное количество жидкости проходит по поперечному сечению, так что линейная скорость является достаточно низкой, чтобы пузырьки паров отделялись от жидкости под действием разности плавучести, которая вызывает разделение двух фаз. Редукторы предпочтительны там, где нет ограничений по диаметру трубопровода или мощности реактора. Если диаметры трубопровода ограничены, а мощность всей установки не ограничена, альтернативой редуктору может быть установка труб и параллельно установление более низкой линейной скорости и более низкой площади поверхности на более коротком отрезке пути.

Выпускной механизм предпочтительно имеет эффективный внутренний диаметр (или большую площадь течения) больше, чем внутренний диаметр трубчатого реактора. Скорость можно также снизить при использовании множества параллельных труб, как показано на фиг. 7f. В одном аспекте система фиг. 7f не требует редуктора на входе. Конфигурация фиг. 7е и 7f может быть дополнительно усилена затвором 38, которая располагается на верхней половине трубы (обратный затвор) между тройниками 36 и коленом справа от тройников.

По мере освобождения газов и паров из раствора внутри выпускного механизма они должны отводиться. В этом конце выпускной механизм предпочтительно дополнительно включает прямой дегазационный стояк в соединении с вентиляционным механизмом. Дегазационный стояк имеет принимающий конец в канале сообщения с выпускным механизмом и с противоположным отводным концом, расположенным по вертикали выше входного конца. Хотя прямой вариант осуществления предусматривается, предпочтительно, чтобы дегазационный стояк был нелинейным между принимающим концом и отводным концом.

В одном варианте осуществления отвод дополнительно включает прямой дегазационный стояк в сочетании с отводом, причем дегазационный стояк имеет принимающий конец в канале сообщения с отводом и противоположный отводной конец, расположенный вертикально выше входного конца; и при этом дегазационный стояк расположен не линейно в направлении длины между принимающим и отводным концом, и при этом дегазационный стояк образован тремя непрерывными секциями, каждая из которых соединена в потоке друг с другом, первая секция рядом с принимающим концом и проходит по существу вертикально от отвода, вторая секция в сочетании с первой секцией и ориентирована под углом относительно первой секции на виде сверху, а третья секция в сочетании со второй секцией и ориентирована под углом относительно второй секции на виде сверху, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально. В одном аспекте отвод представляет собой вертикальную трубу первой секции, соединенную с горизонтальной трубой третьей секции с трубой второй секции, соединяющей вертикальную и горизонтальную трубу под любым углом, отличным от 0° и 90°, предпочтительно под углом 45°. В различных аспектах по существу вертикаль относительно первой секции включает первую секцию, ориентированную под углом от примерно 0° до примерно 60° относительно вертикальной плоскости, от примерно 0° до примерно 50° относительно вертикальной плоскости, от примерно 0° до примерно 45° относительно вертикальной плоскости, от примерно 0° до примерно 30° относительно вертикальной плоскости, от примерно 0° до примерно 15° относительно вертикальной плоскости, или примерно 0° (вертикаль) к вертикальной плоскости; вторую секцию, ориентированную под углом к вертикальной плоскости от примерно 5° до примерно 85°, от примерно 15° до примерно 75°, от примерно 30° до примерно 60°, или примерно 45°; и по существу горизонталь относительно третьей секции включает ориентацию под углом относительно горизонтальной плоскости плюс или минус от примерно 45° до примерно 0°, плюс или минус от примерно 30° до примерно 0°, плюс или минус от примерно 15° до примерно 0°, плюс или минус от примерно 5° до примерно 0°, или примерно 0°. Плюс или минус около третьей секции означает, что первая и вторая секции обычно расположены под углом относительно вертикали, так что пары или газовая подвижная среда, протекающая через нее, проходит в верхнем направлении (с жидкостью, первоначально движущейся вверх, а затем после полного разделения движется в направлении низа обратно в технологическую линию), причем третья секция может быть ориентирована вверх, горизонтально или вниз. В другом аспекте первая секция ориентирована от примерно 0° до примерно 60° относительно вертикальной плоскости, вторая секция ориентирована под углом от примерно 5° до примерно 85° относительно вертикальной плоскости, а третья секция ориентирована под углом от примерно 0° до примерно 45° относительно горизонтальной плоскости. В другом аспекте первая секция ориентирована под углом 0° относительно вертикальной плоскости, вторая секция ориентирована под углом 45° относительно вертикальной плоскости, а третья секция ориентирована под углом 0° относительно горизонтальной плоскости. Предпочтительно первая секция ориентирована под углом от примерно 45° относительно второй секции, а третья секция ориентирована под углом примерно 45° относительно второй секции. Предпочтительно третья секция находится в прямоточном направлении с технологической линией, то есть соединена в потоке, как показано на фиг. 7g, как будет видно, если устройство фиг. 7g поместить или переместить непосредственно над фиг.7а-7f, где выход 343 соединяет вход 34, или как показано на фиг.8 (при условии, что элемент 137 находится в той же плоскости, что и тройники 36 и 139). Однако третья секция может находиться в прямотоке и противотоке. Противоток может обеспечить более эффективное разделение, но имеет недостатки в расположении оборудования. Таким образом, дегазационный стояк создает нелинейный путь от первой ко второй секции, а затем другой нелинейный путь от второй секции к третьей секции. В другом аспекте третья секция расположена под углом минус 45° относительно горизонтали, создавая путь течения вниз в третьей секции, и для этого аспекта предпочтительно, чтобы третья секция была ориентирована под углом 90° ко второй секции, которая предпочтительно ориентирована под углом 45° к вертикальной плоскости. Отвод находится в чрезвычайно низкозатратной конфигурации, чтобы осуществлять функцию разделения, поскольку здесь нет никаких движущихся частей в конструкции основного трубопровода, и отвод просто может представлять полую трубу.

Как показано на фиг. 7g и 8, в предпочтительном варианте осуществления дегазационный стояк состоит из трех непрерывных секций, соединенных в потоке друг с другом: первая секция рядом с принимающим концом и проходящим по существу вертикально от выпускного механизма; вторая секция соединена с первой секцией и ориентирована под углом примерно 45° относительно первой секции на виде сверху; и третья секция соединена со второй секцией и ориентирована под углом примерно 45° относительно второй секции на виде сверху, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально.

Общим отличительным признаком является то, что стояк ориентирован вертикально, а выпускной механизм ориентирован горизонтально, что создает нелинейный путь от входа к выходу и позволяет, таким образом, газу выходить без жидкости, также вытекающей из стояка. Что касается фиг.7g или фиг.8, то расположение выпускного механизма также применимо к процессу этерификации, длины труб 136 и 145 подогнаны так, что прямой путь от составляющей 144 (или входа 34 на фиг.7g) к составляющей 137 оказывается невозможным. Таким образом, не существует прямого пути между входом 34 и выходом 35. Такая нелинейность вызывает фиксацию всех или большинства капель жидкости в парах на некоей поверхности вестового трубопровода. Таким образом, фиг. 7а-7f показывают шесть различных расположений для отделения паров, варианты осуществления на фиг. 7d, 7e и 7f являются наиболее предпочтительными, так как они не имеют низких участков, что было бы отрицательно для операции стекания. В каждом варианте осуществления фиг. 7а-7f, вариант осуществления на фиг.7g, вход газ/жидкость 34 расположен в соединении с потоком с выходом 33 отводного «тройника» 36 на фиг.7а-7f, так что пары сначала проходят через вертикальную секцию на фиг. 7g, затем через диагональную секцию, затем через горизонтальную секцию и выходят через отвод 35.

Также желательно включить устройство регулирования потока внутри дегазационного стояка для регулирования расхода протекающих подвижных сред. Устройством регулирования потока может быть, например, отверстие; дроссельный клапан; распределительный клапан; ручной вентиль; секция пониженного трубопровода; контроллер давления на выходе; форсунка и/или барботажная головка для жидкости.

Устройство регулирования потока предпочтительно позволяет проходить приблизительно девяносто процентам паров, образованных в этом участке трубчатого реактора, тогда как остальные десять процентов задерживаются с жидкостью. Это приблизительное отношение девяносто/десять процентов обеспечивает невозможность прохождение жидкости через газовую линию и сохраняет приблизительно десять процентов газа для смешения в трубчатом реакторе. Количество удаленного газа не может приблизиться к ста процентам как максимуму, поскольку жидкость будет протекать в стояк наряду с газами.

Отводной конец дегазационного стояка обычно соединен в потоке с системой перегонки, в которую текут пары или откачиваются. Возможен также выход паров в окружающую атмосферу. Давление на отводном конце дегазационного стояка можно регулировать, когда отводной конец соединен в потоке с системой перегонки, тогда как при выбросе в окружающую среду отводной конец будет находиться под атмосферным давлением.

Специалист в данной области поймет, что эффективность удаления паров может быть улучшена увеличением внутреннего диаметра трубчатого реактора рядом и перед вентиляционным механизмом для достижения максимальной площади поверхности жидкости и минимальной скорости паров на половине поверхности диаметра трубопровода. Если скорость в трубе вблизи точки разделения слишком высока, диаметр трубопровода может быть расширен, как показано, например, на фиг. 7d. В некоторых вариантах осуществления расширенные секции предпочтительно имеют эксцентриковый редуктор типа плоскость-на-дне для предупреждения образования карманов в реакторе. Такие карманы снижают площадь реагентов, снижая таким образом производительность, и их трудно осушить в течение процесса. Конфигурации, показанные на фиг. 7d и 7f, не захватывают жидкость и обеспечивают полное сливание при остановке установки. Выпускной механизм может быть того же размера; меньше или больше в диаметре, чем линия, к которой он присоединен. В одном аспекте отводная труба является, по меньшей мере, на один стандартный размер трубы больше, чем вентилируемый трубопровод, в другом аспекте он составляет двойной размер вентилируемой трубы. Так как типичный оптимальный размер труб для конструкции трубчатого реактора, рассматриваемого в настоящем описании, обычно представляет самый большой размер доступных труб, то поэтому не практично иметь выпускную трубу больше, чем вентилируемая труба, многочисленные выпускные трубы могут быть использованы как альтернативная конструкция для снижения скорости, что показано на фиг.7f.

Если требуется или желательна дополнительная площадь поверхности, могут быть установлены дополнительные трубы на той же высоте, на которой дополнительные трубы располагаются параллельно друг другу и все включают выпускной механизм (смотри, например, фиг. 7f). Эта серия параллельных труб и вентиляционных механизмов обеспечивает дополнительную площадь для разделения газа, реагентов и мономера.

Любой специалист в данной области поймет, что для поддержания реакции внутри трубчатого реактора не требуется отвод газа, но отвод газа увеличивает скорость реакции за счет удаления ограничивающих веществ. Отвод газа также снижает долю полостей, делая объем конечного реактора меньше.

Специалист в данной области дополнительно оценит тот факт, что многочисленные вентиляционные механизмы могут быть использованы в трубчатом реакторе между входом в него и выходом из него. Например, в одном варианте осуществления реактор этерификации или поликонденсации имеет, по меньшей мере, две секции: первую секцию и вторую секцию. При этом давление снижено в реакторе поликонденсации, стадия снижения включает, по меньшей мере, два дегазационных механизма, введенных в реактор поликонденсации, так что подвижные среды поликонденсации, перемещающиеся внутри по его внутренней поверхности, также текут последовательно двум соответствующим дегазационным механизмам при течении от первого конца ко второму концу реактора поликонденсации, и при этом два дегазационных механизма расположены соответственно в первой секции и второй секции реактора поликонденсации. В одном аспекте первая и вторая секции реактора этерификации или поликонденсации поддерживают под различным давлением. В другом варианте трубчатый реактор этерификации или поликонденсации включает верхнюю секцию, среднюю секцию и придонную секцию, и каждая из трех секций включает, по меньшей мере, один выпускной механизм. В конкретном аспекте реактор поликонденсации включает верхнюю секцию, среднюю секцию и придонную секцию, и при этом давление снижено в реакторе поликонденсации, стадия редукции включает, по меньшей мере, три дегазационных механизма, встроенных в реактор поликонденсации, так что подвижные среды, проходящие внутри его по внутренней поверхности, также текут последовательно трем соответствующим механизмам дегазации при течении от первого конца ко второму концу реактора поликонденсации, и при этом три механизма дегазации расположены соответственно в верхней секции, средней секции и придонной секции реактора поликонденсации. Верхняя, средняя и придонная секции реактора поликонденсации могут поддерживаться при различных давлениях. Другая конструкционная концепция, как отмечено выше, включает некоторое количество колен в трубчатом реакторе, что может способствовать удалению паров из реагентов и мономера. В частности, трубчатый реактор может включать первое колено, расположенное вверх по течению выпускного механизма, и второе колено, расположенное вниз по течению выпускного механизма.

Введение реагентов в трубчатый реактор

Введение реагентов, указанное выше, относится к введению жидких реагентов в трубчатый реактор с использованием насоса. В настоящей главе рассмотрены альтернативные способы введения реагентов в трубчатый реактор, включающие использование клеевой емкости, смесительной емкости, альтернативной системы питания и рециклированного контура.

Любой специалист оценит, что в каждом способе реагенты могут быть введены так, как описано выше, реагенты могут находиться в стандартных условиях переноса или, альтернативно и предпочтительно, реагенты могут быть предварительно нагреты перед входом в реактор, так что холодной зоны плохого смешения не существует. Как также оценит специалист в данной области, введение холодных реагентов в местах вверх по потоку или вниз по потоку от входа в трубчатый реактор может оказаться благоприятным или необходимым.

В некоторых вариантах осуществления наружные линии реагентов для введения в трубчатый реактор предпочтительно подают их из верхней части в низ реактора, в котором расположением входа может быть любое место, описанное в настоящем описании или выбранное специалистом в данной области. Эта линия подачи реагентов должна иметь рубашку с температурой, превышающей точку плавления содержимого реактора в месте расположения и в точке подачи реагентов. Такая конструкция предупреждает закупорку линии подачи реагентов при остановке потока и (1) распределительный клапан не герметизирует и (2) обратный клапан полностью не закрывает, которые оба общеприняты на заводах по производству сложного полиэфира известного уровня.

Нагнетание жидких реагентов

Как рассмотрено выше более подробно, легче всего вводить реагенты в виде жидкости (например, ЭГ и ДМТ), потому что реагенты можно закачивать непосредственно через вход трубчатого реактора или в другом месте по потоку выше входа. Насос(ы) загружают реагенты под давлением выше атмосферного точно в вход трубчатого насоса. Реагенты могут быть либо закачаны по отдельности, либо смешаны заранее, а затем закачаны вместе.

Инжекция твердых материалов с использованием клеевой емкости

Основное назначение реактора этерификации заключается в осуществлении полного взаимодействия или превращения кислот в реакторе в мономеры и олигомеры. Чтобы осуществить эту цель, твердые кислоты, такие как терефталевая кислота, должны удерживаться в реакторе до их растворения. Клеевые емкости часто используют для облегчения смешения, и патент США № 3644483 раскрывает использование такого пастообразного введения. Если желательна такая клеевая емкость, паста любого твердого вещества может быть подана на вход трубчатого реактора или в любое место по длине трубчатого реактора с или без рециклированного контура, который описан ниже.

Смешение и подача из емкостной системы

Что касается фиг.15А, то смесительная емкость 41 заполняется входящей жидкостью. Подходящие жидкости будут растворять или суспендировать выбранное твердое вещество. Подходящие жидкости включают ЭГ, метанол, ЦГДМ и т.п. Этиленгликоль будет использоваться в качестве примера в данной главе. ЭГ либо нагревают, либо охлаждают до соответствующей температуры, в зависимости от типа добавки и температуры добавляемого ЭГ, которая является функцией условий окружающей среды и предварительного кондиционирования. Теплообменник 46, рубашка смесительной емкости или внутренние витки и т.п. используются для нагревания и охлаждения смеси от ее рециркуляции насосом 43 (не требуется, когда используются рубашка смесительной емкости или внутренние витки, но может быть использован для ускорения нагрева и массопереноса) при использовании термореле 45. Теплообменник обычно снабжается паром 47 и водой 48, но может быть использована любая подходящая нагревательная или охлаждающая среда или механизмы. Добавку входят мешалкой 44, насосом 43 или обоими приспособлениями, работающими для суспендирования твердых веществ до их растворения в ЭГ. Уровень в емкости 42 контролируется, чтобы регулировать введение ЭГ и определять опорожнение емкости перед следующей операцией смешения. Смесь закачивается из смесительной емкости 41 в питающий резервуар 51 при помощи насоса 43 и проходит через трехходовой вентиль 60 или пару двухходовых распределительных клапанов (не показанных).

Уровень 49 в питающем резервуаре 51 регулируется добавлением смеси из смесительной емкости 41. Когда смесительная емкость 41 опорожняется, делают следующий цикл смешения, а из оставшегося объема в питающем резервуаре 51 продолжается процесс подачи сырья. Насосы 52 и 53 снабжают питающий коллектор 59 для обеспечения смеси в питающих системах 57 и 58, которые регулируют поток добавки на технологической линии. Температура питающего резервуара регулируется термореле 54 с использованием пара 55 и воды 56 или любой соответствующей среды или механизма регулирования температуры. Мешалка 50 используется для поддерживания однородной смеси в питающем резервуаре.

Насосы 52 и 53 могут быть установлены для прямого питания линии полимера без использования коллектора 59. По меньшей мере, требуется один насос на линию с запчастями, по обстоятельствам.

Альтернативная система работает так, как показано на фиг.15В. ЭГ входят по трубопроводу без рубашки 72, который действует как резервуар в этой системе. Трубопровод 72 расположен вертикально в установке, на неиспользованном пространстве или присоединен сбоку стенки. Трубопровод 72 содержит горизонтальные составляющие для ускорения установки или увеличения объема, но установка не должна содержать возможных ловушек для растворяемого твердого вещества. После введения соответствующего количества ЭГ в трубопровод 72, определяемого мониторингом уровня 75, активируется циркуляционный насос 74. Температура в смесительной системе регулируется термореле 77 с паром 78 и водой 76 или любой соответствующей средой или механизмом регулирования температуры, и в этом случае при использовании трубопровода с рубашкой 73. Добавку вводят, и циркуляция насосом 74 продолжается с суспендированием твердых веществ в трубе 73 до полного растворения твердых веществ. Когда твердые вещества растворятся, включается вентиль 60 и направляет поток в питающий резервуар 82.

Питающий резервуар 82 должен иметь соответствующий объем, чтобы обеспечить получение и разгрузку смеси и осуществить второе смешение в случае ошибки при первом смешении. В одном аспекте вход в резервуар 82 находится прямо над линией сварки придонной части. Переливание в питающем резервуаре 82 предпочтительно происходит на расстоянии, составляющем 95% длины резервуара между линиями сварки верха резервуара. Смесь из насоса 74 направляется через клапан 60 в питающий резервуар 82 и переливается через резервуар 82 обратно в трубопровод 72 системы смешения по трубопроводу 71. Поток смеси через насос 74 и смесительную систему, и питающий резервуар обеспечивает смешение и регулирование температуры для обеих систем, исключая необходимость регулирования контроля, регулирование уровня и смешения (перемешивания) в резервуаре 82. Смесь вводят в технологическую установку через коллектор 59 и системы 57 и 58. В одном аспекте насосов не требуется, поскольку резервуар 82 расположен на возвышении, что обеспечивает давление в верхней части для входящих систем. Как только смесь поглощается через станции 57 и 58 (две станции показаны, но 1 может быть использована в большей степени), уровень в трубопроводе 72 упадет. Когда уровень в трубопроводе 72 так низок, что насос 74 начинает пустеть, клапан 60 включается, направляя поток из трубопровода 73 обратно в трубопровод 72 без прохождения через резервуар 82. В течение этого времени уровень в резервуаре 82 начинает снижаться. Новая смесь будет образовываться в смесительной системе, начиная с введения ЭГ в трубопровод 72, как описано выше. Образуется новая смесь и направляется через клапан 60 в резервуар 82 перед тем, как резервуар 82 опустеет.

Насосы 74 для смесительных резервуаров расположены в нижнем ярусе здания. Труба смесительного резервуара расположена на внешней стене (или внутри, если позволяет пространство) крыши, где расположены питающие резервуары 82. Труба 73, выходящая из циркуляционного насоса 74, может быть снабжена рубашкой для нагрева или охлаждения. Обратная труба в трубопровод 72 также может быть снабжена рубашкой, если это необходимо или желательно. Верхняя часть трубы смесительного резервуара 73 имеет трехходовой вентиль 60, ведущий к питающему резервуару 82. Питающий резервуар 82 имеет линию перепуска 71 обратно в смесительный резервуар 72. Питающий резервуар 82 имеет достаточное время нахождения в установке между перепускным клапаном и дном питающего резервуара для подачи питания на всю технологическую установку, при этом следующая смесь готовится. Соответственно, при получении следующей загрузки трехходовой клапан 60 включается, так что подвижная среда не течет через питающий резервуар 82. Эта конфигурация исключает все мешалки и контроль уровня в питающем резервуаре 82. Поскольку питающие резервуары расположены на крыше, давление потока добавки возникает вследствие разности высот. Поток регулируется расходомером и распределительным клапаном на станциях 57 и 58. Такая конфигурация также снижает пространство, требуемое для всей установки.

Для типичной системы, потребляющей 100 фунт/ч через каждые 2 питающие станции, трубопровод 72 может иметь 14-ти дюймовую схему из 10 труб на длине 72 фута. Насос может иметь производительность 50 галлонов в минуту, и трубопровод 72 может иметь диаметр 3 или 4 дюйма. Резервуар 82 в этом случае будет содержать 75 фут³ и будет иметь приблизительные размеры 3,5 фут в диаметре и по высоте.

Описанное смешение подвижной среды и распределительная система по настоящему изобретению включает, таким образом, первый продолговатый и вертикально расположенный резервуар для хранения жидкой среды, второй резервуар для хранения подвижной среды и раздаточный резервуар в канале сообщения с первым резервуаром, второй резервуар расположен на большей высоте по вертикали, чем первый резервуар; циркуляционный насос в канале сообщения с первым резервуаром и вторым резервуаром, циркуляционный насос сконструирован и расположен так, чтобы пропускать поток подвижной среды через систему и обеспечивать циркуляцию подвижной среды от первого резервуара во второй резервуар и из первого резервуара в первый резервуар; и распределительный клапан в канале сообщения с циркуляционным насосом, первым резервуаром и вторым резервуаром соответственно. Распределительный клапан сконструирован и расположен так, чтобы селективно направлять подвижную среду из первого резервуара во второй резервуар и из первого резервуара в первый резервуар. Второй резервуар находится в соединении с потоком с заводской технологической распределительной системой. Верхнее статическое давление, оказываемое подвижной средой, находящейся внутри второго резервуара, используется для прохождения подвижной среды из второго резервуара в заводскую технологическую распределительную систему.

Соответственно, один из аспектов по настоящему изобретению состоит в том, что первый резервуар дополнительно включает измеритель уровня подвижной среды, измеритель уровня подвижной среды сконструирован и расположен так, чтобы активировать распределительный клапан при фиксировании заранее заданного уровня подвижной среды внутри первого резервуара. В другом аспекте оба или один из резервуаров изолирован. В дополнительном аспекте первый резервуар имеет систему контроля температуры, поток подвижной среды из первого резервуара используется для регулирования температуры второго резервуара. Терморегулятор дополнительно включает средства для селективного добавления пара и воды в подвижную среду внутри первого резервуара для поднятия и снижения его температуры, при желании. В другом аспекте второй резервуар дополнительно включает вход подвижной среды в канале сообщения с распределительным клапаном, так что подвижные среды проходят через вход и второй резервуар, а выход подвижной среды, расположенный вертикально над входом и в канале сообщения с первым резервуаром, так что любой избыток подвижных сред во втором резервуаре перетекает из него в первый резервуар. Еще в одном аспекте поток подвижной среды через систему направляется распределительным клапаном от первого резервуара обратно в первый резервуар до тех пор, пока подвижная среда внутри первого резервуара не смешается до заранее определенного стандарта, и поток смешанной подвижной среды селективно направляется распределительным клапаном из первого резервуара во второй резервуар.

Альтернативный вариант осуществления системы включает первый резервуар для хранения подвижной среды, второй резервуар для смешения и хранения подвижной среды; циркуляционный насос в канале сообщения с первым резервуаром и вторым резервуаром, циркуляционный насос сконструирован и расположен так, чтобы обеспечить циркуляцию подвижной среды через систему и от первого резервуара во второй резервуар; второй резервуар расположен на большей высоте по вертикали, чем первый резервуар и заводская технологическая распределительная система; и распределительный клапан в канале сообщения с циркуляционным насосом, первым резервуаром и вторым резервуаром, соответственно, распределительный клапан сконструирован и расположен так, чтобы селективно направлять подвижную среду из первого резервуара обратно в первый резервуар и из первого резервуара во второй резервуар. Второй резервуар соединен в потоке с заводской технологической распределительной системой, и верхнее статическое давление, оказываемое подвижной средой, содержащейся внутри второго резервуара, используется для прохождения подвижной среды из второго резервуара в заводскую технологическую распределительную систему.

Способ смешения и распределения подвижной среды внутри системы смешения и распределения подвижной среды включает размещение, по меньшей мере, одной подвижной среды в первом продольном и вертикально расположенном резервуаре для хранения подвижной среды; прохождение подвижной среды из первого резервуара во второй продолговатый и вертикально расположенный резервуар для смешения и хранения подвижной среды, второй резервуар для подвижной среды расположен на большей высоте по вертикали, чем и первый резервуар, и заводская технологическая распределительная система, с циркуляционным насосом в канале сообщения с первым резервуаром и вторым резервуаром, циркуляционный насос сконструирован и расположен так, чтобы обеспечить прохождение подвижной среды через систему; использование распределительного клапана в канале сообщения с циркуляционным насосом, первым резервуаром и вторым резервуаром для селективного направления подвижной среды из первого резервуара либо в первый резервуар, либо во второй резервуар, и селективное прохождение подвижной среды из второго резервуара в заводскую технологическую распределительную систему, второй резервуар создает статическое давление, используемое для прохождения подвижной среды, хранящейся в нем, в заводскую технологическую распределительную систему.

Дополнительные аспекты способа включают введение, по меньшей мере, одного твердого вещества или второй жидкости в, по меньшей мере, одну подвижную среду внутри первого резервуара и смешение в нем комбинации; циркуляцию подвижной среды по первому резервуару до тех пор, пока материалы в нем не смешаются друг с другом; прохождение подвижной среды из первого резервуара во второй резервуар после завершения смешения материалов в нем друг с другом; регулирование температуры подвижной среды внутри первого резервуара; регулирование температуры подвижной среды внутри первого резервуара селективным добавлением пара и воды для повышения и снижения ее температуры; по желанию; измерение уровня подвижной среды внутри первого резервуара измерителем уровня подвижной среды; измеритель уровня подвижной среды активирует распределительный клапан при достижении заранее заданного уровня подвижной среды внутри первого резервуара; прохождение любой переброшенной подвижной среды из второго резервуара обратно в первый резервуар.

Инжектирование реагентов с использованием принципа рециркуляции

Настоящее изобретение также необязательно включает средства для рециркулирования части реагентов и мономера, протекающих через трубчатый реактор. Как отмечено выше, смесительный резервуар для кислотной пасты или смесительный резервуар может быть замещен рециркуляцией или рециклированным контуром на трубчатом реакторе для сложноэфирного обмена.

В настоящем предпочтительном варианте осуществления рециркуляционные средства включают рециклированный контур, имеющий входящий и выходящий потоки. Входящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором в любой точке процесса этерификации или поликонденсации, включающей, но не ограничивающей объема притязаний, ближайший вход в реактор этерификации, ближайший выход из реактора этерификации, точку между входом и выходом из реактора этерификации, ближайший вход в реактор формполимера, ближайший выход из реактора форполимера, точку между входом и выходом из реактора форполимера, ближайший вход или выход в реактор поликонденсации и точку между входом и выходом реактора поликонденсации, а выходящий поток независимо соединен в потоке с трубчатым реактором в любой точке процесса этерификации или поликонденсации, включающей, но не ограничивающей объема притязаний, ближайший вход в реактор этерификации, ближайший выход из реактора этерификации, точку между входом и выходом из реактора этерификации, ближайший вход в реактор форполимера, ближайший выход из реактора форполимера, точку между входом и выходом из реактора форполимера, ближайший вход или выход из реактора поликонденсации и точку между входом и выходом из реактора поликонденсации. В одном аспекте выходящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором этерификации вблизи или рядом с входом в него, вблизи или рядом с выходом из него или в точке между входом и выходом из реактора этерификации. В одном аспекте выходящий с рециркуляции поток направляют в реактор этерификации вблизи входа в реактор этерификации, в другом аспекте выходящий поток соединен в потоке с реактором рядом с входом в него, в другом аспекте выходящий поток соединен в потоке с реактором между входом и выходом из него, в другом аспекте выходящий с рециркуляции поток направляют в реактор этерификации по потоку выше входа в реактор этерификации, в другом аспекте выходящий поток соединен в потоке с реактором этерификации между входом и выходом из его, в другом аспекте входящий поток соединен в потоке с реактором этерификации вблизи выхода из него, в другом аспекте входящий поток соединен в потоке с вторым реактором, причем второй реактор расположен по потоку ниже реактора этерификации, в другом аспекте входящий на рециклирование поток соединен в потоке с реактором поликонденсации, в другом аспекте входящий на рециклирование поток соединен в потоке с реактором поликонденсации вблизи выхода из него, в другом аспекте стадию рециркуляции осуществляют с использованием рециклированного контура, имеющего входящий и выходящий потоки, выходящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором вблизи входа, причем подвижные среды, протекающие через рециклированный контур, представляют собой рециклированные подвижные среды каждая, в другом аспекте входящий поток соединен в потоке с трубчатым реактором между входом и выходом из него или вблизи него. В данном обсуждении реагенты, мономер и любую другую подвижную среду, такую как олигомер и полимер, протекающие через рециклированный контур, называют «рециклированными подвижными средами».

Как указано при рассмотрении другого варианта осуществления, мономер может быть направлен в рециклированный контур из реактора поликонденсации, который рассмотрен ниже. Таким образом, в настоящем варианте осуществления входящее в рециклированный контур сырье идет не из (или не полностью из) трубчатого реактора этерификации, в который разгружается выходящий из рециклированного контура поток. В некоторых вариантах осуществления изобретения, которые показаны на фиг. 13а и 13b, рециклированный контур 91 включает рециклированный насос 92, расположенный посередине между его входящим потоком 93 и выходящим потоком 94, для увеличения давления рециркулирующих по ней подвижных сред. Рециклированный насос 92 предпочтительно представляет собой поточный центробежный насос, который расположен по вертикали ниже входящего потока для получения необходимой сетевой положительной высоты всасывания («СПВВ»). Это обусловлено тем, что рециркулирующие подвижные среды, как рассмотрено более подробно ниже, независимо от типа устройств удаления паров находятся под близким к атмосферному давлением в точке кипения раствора. В альтернативных вариантах могут быть использованы другие насосы, но центробежный насос желателен с точки зрения характеристик нагнетания.

Как только рециркуляирующие подвижные среды пройдут через входящий поток и рециклированный насос для увеличения давления, может оказаться желательным снизить давление рециркулирующих подвижных сред, по меньшей мере, временно, в месте ниже по потоку от рециклированного насоса. Преимущество снижения давления заключается в том, что другие материалы, такие как один или несколько реагентов, могут быть втянуты в рециклированный контур. Давление предпочтительно снижают при использовании снижающего давление устройства, такого как эдуктор 95, через который протекает, по меньшей мере, часть рециркулирующх подвижных сред. Эдуктор создает небольшой вакуум или давление ниже атмосферного в его устье. Специалист в данной области также оценит, что эдуктор 95 может быть использован взаимозаменяемо с сифоном; вытяжным вентилятором; трубками Вентури; форсункой и/или инжектором или другими устройствами снижения давления.

Для введения реагентов в рециклированный контур используют питающий трубопровод 96, который имеет выходной конец в соединении с потоком с рециклированной линией рядом с редуктором. Вводимые реагенты втягиваются в рециклированный контур рядом в эдуктором. Вводимые реагенты втягиваются в рециклированную линию из зоны пониженного давления рециркулирующих подвижных сред, создаваемую эдуктором. Питающий трубопровод также включает принимающий конец, который расположен напротив выходного конца. Вакуум в устье эдуктора удерживает пары от поднятия их к твердым веществам, движущимся по технологической линии. Пары будут конденсироваться на твердых веществах, и смесь будет очень липкой и закупорит систему. Для расширения эдуктор характеризуется интенсивным смешением и разделяет реагент, такой как ПТК, так что она не попадает в трубопровод этерификации. Твердый реагент может захватывать газ в реактор с собой. Этот газ может быть удален другой системой разделения паров после эдуктора. В альтернативном варианте, жидкость, подаваемая в реакционную систему, может подаваться в бункер с твердым сырьем. Жидкость будет вытеснять газ, а затем инертные составляющие не попадут в эдуктор.

Питающая система использована для измерения и селективной подачи твердых реагентов или других составляющих, таких как модификаторы, катализаторы и т.п., в рециклированный контур. Один вариант осуществления питающей системы показан на фиг.13а и 13b. Первой составляющей питающей системы является устройство для хранения твердого реагента 97, такое как бункер, пылесборник или пылеуловительная камера с рукавными фильтрами, используемая для хранения твердого реагента, подаваемого в рециклированный контур. Жидкость может быть введена в реактор для твердого реагента и устройство хранения для снижения или исключения газа, захваченного твердыми веществами. Если используют пылесборник, то подвижный элемент на весах может измерять твердые вещества по массе, а подвижный контейнер действует как запасное устройство. Кроме того, бункер может действовать как система взвешивания и кратковременная система запаса. Если твердый исходный материал транспортируется в пределах установки, тогда не требуется никакая система транспортировки. Измерительное устройство твердого материала 98, такое как ротационный воздушный шлюз, плунжер и клапан (накопитель), клапан с двусторонним пневмоуправлением, ковшовый конвейер, продувочный бак и т.п., расположено на дне устройства для хранения твердого реагента 97 для приема реагентов из устройства для хранения твердого реагента 97. Следующей составляющей питающей системы является весовой дозатор (или объемный дозатор) 99, который соединен в потоке с измерительным устройством твердой составляющей 98, а также соединен в потоке с принимающим концом питающего трубопровода 96 и промежуточным звеном 96 и 98. Таким образом, реагенты подаются в рециклированный контур из устройства для хранения твердого реагента 97 в измерительное устройство для твердого реагента 98, в весовой дозатор 99, а затем по питающему трубопроводу 96 втягивается в рециклированный контур рядом или непосредственно в эдуктор 95. Весовой дозатор 99 также может быть расположен в устройстве для хранения твердого реагента 97 или питающем резервуаре (не показанном), расположенном вверх по потоку от устройства 97 и который питает устройство для хранения твердого реагента 97. Также будет понятно, что введение твердых химических составляющих рядом с устройством снижения давления, таким как эдуктор, позволяет осуществлять введение твердых химических составляющих непосредственно в любую реакционную подвижную среду, находящуюся внутри данного процесса химического производства. Например, в тех вариантах осуществления, где предусмотрено использование эдуктора как средства снижения давления рециркулирующих подвижных сред, вакуум в устье эдуктора будет удерживать пары от захвата их твердыми веществами, вводимыми на технологическую линию. До внедрения по настоящему изобретению пары конденсировались на твердых веществах, и смесь становилась очень липкой, что приводило к закупорке всей системы. Однако, согласно настоящему изобретению, расширение в эдукторе или зона расхождения обеспечивает очень интенсивное смешение и поддерживает достаточную степень отделения твердой составляющей, такой как терефталевая кислота, так что она не образует кусков в различных зонах реактора. Любой специалист в данной области оценит, что с этой целью для достижения наилучших результатов предпочтительно подавать твердую составляющую непосредственно в редукционное устройство, такое как эдуктор, в любую точку внутри зоны расхождения или расширения устройства снижения давления.

Питающая система может подавать более одного твердого реагента. Кроме того, некоторое количество питающих систем может работать параллельно или последовательно. В конкретном варианте осуществления полимеры могут быть получены из нескольких твердых веществ, и они могут вводиться каждое индивидуально в свое собственное редукционное устройство последовательно или параллельно, или все полимерные твердые вещества могут отмеряться в один питающий бункер в одно редукционное устройство. Твердый полимер также может быть дозирован вместе для входа твердого реагента в устройство 97. Эта система может таким образом исключить необходимость в использовании компрессора и транспортирующей системы вследствие самотека.

В одном аспекте устройство хранения твердого реагента может быть на датчике массы для осуществления функции весового дозатора. Кроме того, вместо использования датчиков массы как весового дозатора может быть использована подача на ленточном транспортере, бункерный дозатор, волюмометрический шнек, расходный бункер, кориолисовый расходомер, бункер или весовой бункер-питатель и т.п.

Когда реагенты, вводимые в рециклированный контур, текут в направлении выходящего потока рециклированного контура, реагенты и другие рециркулирующие подвижные среды вторично входят в трубчатый реактор 101 рядом или ближайший вход 100. Таким образом, это процесс введения реагентов в рециклированный контур, так что реагенты начинают вблизи входа и при перемещении в направлении выхода выполнять функцию введения, по меньшей мере, одного типа реагента в вход трубчатого реактора, что является одной из начальных стадий способа по настоящему изобретению. Преимущественно вводить твердый реагент в рециклированный контур через питающую систему, так что твердый реагент растворяется рециркулирующими подвижными средами, особенно мономером или олигомером, перед протеканием в выходящий поток рециклированного контура.

Рассматривается также введение дополнительных подвижных реагентов в рециклированный контур. Подвижные реагенты могут быть введены для облегчения растворения твердых реагентов в рециркулирующих подвижных средах перед достижением выходящего потока рециклированного контура, или, как следствие этого, отпадает необходимость в отдельной подаче дополнительного реагента в вход трубчатого реактора.

Подвижные реагенты предпочтительно подают в рециклированный контур в эдуктор выше по потоку (перед точкой введения твердых реагентов), хотя подвижные реагенты также могут быть введены в эдуктор ниже по потоку. Рассматривается введение подвижного реагента в рециклированный контур через затвор рециклированного насоса 92. Реагенты могут быть также введены по потоку выше рециклированного насоса 92. Когда твердые реагенты входят через питающую систему, а подвижные реагенты также входят в рециклированный контур, тогда эти процессы сопровождаются введением, по меньшей мере, двух типов реагентов в трубчатый реактор в ближайшую точку от его входа, через который подается выходящий из рециклированного контура поток.

Растворение твердого реагента может быть ускорено повышением температуры и изменением отношения мономера сложного полиэфира к твердому реагенту в рециклированной системе, изменением молярного отношения сырья и/или изменением давления в системе.

Рассмотрим конкретный пример: одним типом реагента, подаваемого в рециклированный контур по питающей системе, может быть ПТК, которая представляет собой твердое вещество при комнатной температуре. Схема рециркуляции не предусматривает использование резервуара для пасты и сопутствующих этому проблем. Подвижным реагентом может быть, например, этиленгликоль. Таким образом, если ЭГ и ПТК являются единственными вводимыми реагентами для получения мономера, то выходящий поток может поступать непосредственно во вход трубчатого реактора как единственный источник реагентов, входящих в трубчатый реактор. Безусловно, рассматриваются варианты этой схемы, такие как закачка большего количества ЭГ реагента в вход трубчатого реактора, помимо ЭГ и ПТК, входящих вблизи входа трубчатого реактора из рециклированного контура. В отдельном аспекте диол, такой как ЭГ, может подаваться по рециклированной линии перед, или после насоса рециклированного контура, или перед или после линии подачи ПТК на рециклированную линию, выше по потоку, но рядом с редукционным устройством наряду с подачей ПТК.

На фиг. 13а показан один вариант осуществления, где выходящий из конца реактора этерификации поток отводится по 106 и одна часть выходящего потока направляется в рециклированный контур. В отдельном варианте осуществления, как показано на фиг. 13b, тройник 106 расположен в промежутке между трубчатыми реакторами процесса полной этерификации 101 и 102, так что поток из рециклированного контура выходит не из конца процесса этерификации, а скорее выходит из промежуточной точки в процессе этерификации. На фиг. 13а и 13b конечный поток процесса этерификации выходит по линии 103 (после удаления паров по линии 104).

В другом варианте осуществления выходящий из рециклированного контура поток расположен по потоку ниже входа в трубчатый реактор. Этот вариант осуществления предпочтителен, когда мономер, который входит во входящий в рециклированный контур поток, или суспензия, образованная в результате введения на питающей станции, требует более короткого промежутка времени нахождения в реакторе, чем в том случае, если бы выходящий поток подавался непосредственно во вход трубчатого реактора.

В различных вариантах осуществления входящий в рециклированный контур поток выходит либо из процесса этерификации, либо из процесса поликонденсации. В частности, в различных аспектах входящий в рециклированный контур поток может быть из точки промежуточной между реактором этерификации (как показано на фиг. 13b) и концом реактора этерификации (как показано на фиг. 13а), продуктом из выхода реактора форполимера, продуктом из выхода реактора вызревания или любой точки от начала процесса этерификации до конечного продукта на выходе процесса поликонденсации. Таким образом, рециркулирующие подвижные среды включают в различных аспектах реагенты, мономер сложного полиэфира, олигомер сложного полиэфира и/или полимерный сложный полиэфир, в зависимости от того, где входящий поток из рециклированного контура образуется. Рециклированная система не ограничена использованием одного рециклированного контура, но в альтернативном варианте включает две или несколько рециклированных петель, смонтированных последовательно, параллельно или комбинационно. Рассматривается также рециклированный контур, который включает другие отличительные признаки, рассмотренные выше для трубчатого реактора, такие как средства нагрева и средства удаления паров для рециклированного контура, которые могут быть теми же составляющими и аппаратами, что рассмотрены выше, и включают те же отличительные признаки и варианты осуществления. Если мономер отводится из рядом расположенного выхода трубчатого реактора, как показано на фиг. 13а, тогда средства удаления паров не должны включаться в схему рециклированного контура. В противном случае уровень жидкости повышается или понижается, пока давление остается вблизи атмосферного, и пар удаляется из перегонной установки.

Что касается средств удаления паров конкретно, в одном варианте осуществления рециклированного контура схема аналогична той, что описана выше для трубчатого реактора, как показано, например, на фиг. 7а-g. Кроме того, хотя и не требуется, но желательно, чтобы выпускной механизм был расположен вблизи входящего потока рециклированного контура, так чтобы пары удалялись до того, как будут введены реагенты, и такая схема показана на фиг.13а и 13b как 104 на фиг. 13а и 105 на фиг. 13b.

Известно, хотя есть преимущества от рециклированного контура, что будет очевидно специалистам в данной области на базе рассмотренного выше, но нет необходимости включать рециклированный контур для трубчатого реактора, чтобы попасть в объем притязаний по настоящему изобретению. Вместо этого, могут быть использованы ранее рассмотренные составляющие, такие как насос для подвижных реагентов и смесительный резервуар для получения пасты твердых реагентов. Этот вариант осуществления с использованием рециклированного контура, однако, позволяет конструктору заменить смесительный резервуар для получения пасты, насоса, приборной техники, мешалки и т.п. насосом и редукционным устройством, таким как эдуктор.

Специалист в данной области также оценит, что рециклированный контур является наиболее преимущественным для ввода твердых реагентов и менее всего преимущественным, когда вводятся только подвижные реагенты (например, образующий РЭТ мономер из ДМТ и ЭГ). Использование рециркуляционного контура для растворения твердых реагентов снижает износ, вызванный твердыми веществами в системе. Например, твердая ПТК может быть скорее растворена мономером в рециклированном контуре, чем в обычном резервуаре для получения пасты. В обычном процессе с использованием резервуара для получения пасты твердую ПТК входят в процесс и оставляют абразивную составляющую в нерастворенном состоянии. В действительности, трубчатые реакторы, в которых перерабатываются только подвижные реагенты, могут не иметь преимуществ из-за дополнительной сложности включения рециклированного контура. Однако рециклированный контур может улучшить теплоперенос в процессе этерификации.

Затвор

Средства могут быть включены для регулирования уровня в верхней части трубчатого реактора этерификации. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один затвор присоединен к внутренней поверхности трубчатого реактора этерификации, и через затвор перетекают подвижные среды этерификации. Как показано на фиг.4, желательным регулирующим средством является затвор 110. Затвор предпочтительно расположен вблизи выхода трубчатого реактора.

Затвор имеет часть тела, ограниченную кромкой. Часть кромки называют соединительной кромкой, а остальную часть кромки составляет верхний край. Размер соединительной кромки определяется дополнительно образованной частью внутренней поверхности трубчатого реактора и приложенной к ней. Таким образом, поскольку в предпочтительном варианте осуществления внутренняя поверхность в поперечном сечении круглая, то соединительный край также является круглым для дополнительного контакта и соединен с внутренней поверхностью.

Обращаясь вновь к фиг.4, реагенты и/или мономер показаны текущими от точки 111 через затвор в точку 112. Затвор действует как барьер для реагентов и/или мономера. Так что материал подвижной среды течет через верхний край затвора. Таким образом, затвор регулирует глубину жидкости наряду с вязкостью подвижной среды, скоростью течения и длиной трубы перед затвором. После прохождения через затвор подвижная среда вытекает из выхода трубчатого реактора в точке 113. Затвор, как описано ниже, также может иметь в себе отверстия и в дне для обеспечения равномерности потока и полного сливания. Сюда будут входить затворы с наклонным верхом, V-образным надрезом в затворах и т.п. Затвор предпочтительно располагается на расстоянии от пяти до десяти диаметров трубы от выхода трубчатого реактора. В одном аспекте придавая наклон верху затвора, можно выравнивать более высокие и более низкие потоки и вязкость.

В альтернативных вариантах осуществления уровень можно регулировать любым регулятором уровня, известным в уровне техники, таким как, но не ограничивающим объема притязаний, распределительный клапан, шлюзовые затворы, такие устройства уровня, как те, что предусматривают использование разности давлений, излучение, ультразвук, емкостное сопротивление или боковые окна. Другие конкретные примеры устройств регулирования уровня можно найти в публикации Perry's Chemical Engineer's Handbook, 7^th ed., p.8-49, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Добавки

Другой возможный аспект по настоящему изобретению включает средства для введения одной или нескольких добавок в трубчатый реактор между входом в него и выходом. Такие добавки рассмотрены выше и включают, но не ограничивают объема притязаний, один или несколько катализаторов, краситель, тонер, пигмент, углеродную сажу, стекловолокно, наполнитель, модификатор ударной вязкости, антиоксидант, стабилизатор, антипирен, добавку, способствующую повторному нагреву, соединение, восстанавливающее ацетальдегид, добавку, улучшающую барьерные свойства, такую как чешуйчатые частицы, черный оксид железа, сомономеры, их смеси и т.п., добавки могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Добавки могут быть предварительно нагреты перед введением их в систему, включая фазовый переход, такой как нагревание жидкого ЭГ до парообразного состояния для обеспечения тепла для реактора.

В предпочтительных вариантах осуществления, показанных на фиг.12а и 12b, средства введения включают закрывающиеся каналы, как представлено любой из стрелок на фиг.12а и 12b, через трубчатый реактор, обеспечивающие соединение подвижных сред между его наружной поверхностью и его внутренней поверхностью, и инжектор для впрыска добавок в материал, протекающий внутри трубчатого реактора (т.е. реагенты и/или мономер). Инжектор может включать насос или другие средства, такие как напорная, боковая инжекция и инжекция в гравитационном режиме, которая позволяет вводить добавки во внутрь трубчатого реактора и которая должна осуществляться под давлением больше, чем давление материалов внутри трубчатого реактора в месте расположения закрывающегося канала.

Термин «закрывающийся канал» охватывает любой канал, который позволяет устанавливать связь между наружной и внутренней стороной трубчатого реактора. Предпочтительно, чтобы была возможность отключать «закрывающийся канал», чтобы, когда добавка не инжектируется в трубчатый реактор, реагенты и/или мономер не вытекали из трубчатого реактора. Закрывающийся канал может быть «закрыт» пробкой или т.п., а инжектор не должен давать утечку из трубчатого реактора.

Добавки могут быть введены или инжектированы в любой точке любой части трубчатого реактора, как показано на фиг. 12а и 12b. Примеры подходящих точек введения включают закрывающийся канал, проходящий через часть верха, сбоку или на дне горизонтально расположенных секций трубчатого реактора, наверху, сбоку или на дне соответствующего колена, в шлюзовом затворе и перед теплообменником. Как показано на фиг.12b, инжекция в колено является преимущественной из-за достигаемого при этом максимального смешения и быстрого введения добавки в реагенты и/или мономер без высокой концентрации завихрений, возникающих внутри трубчатого реактора.

Другой аспект средств инжекции заключается во включении форсунки на входе или выходе из инжектора. Форсунка может направлять поток внутри трубчатого реактора в место расположения закрывающегося канала. Например, форсунка может инжектировать добавку прямотоком, противотоком или перпендикулярно потоку реагентов и/или мономера, протекающих внутри трубчатого реактора в этом месте.

Возвращаясь к конструкции трубчатого реактора этерификации, высота трубы по вертикали, диаметр трубы, общая высота трубы и давление на входе и выходе могут широко меняться в зависимости от получаемых продуктов, мощности завода и рабочих условий. Специалист в данной области сможет легко определить эти параметры с использованием основных принципов инженерного конструирования вместе с изложенным существом по настоящему изобретению.

СТАДИЯ ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ

Что касается обсуждения, представленного в главе «Стадия поликонденсации», до тех пор, пока не указано иначе, процессы и аппараты по настоящему изобретению, рассмотренные ниже в настоящей главе, равно применимы и могут быть использованы в процессах и аппаратах этерификации.

Как отмечено выше в главе «Обзор», второй стадией способа по настоящему изобретению является стадия поликонденсации, которая в одном варианте осуществления происходит в трубчатом реакторе поликонденсации. Стадия поликонденсации включает превращение мономеров в олигомеры, а затем в полимер на основе сложного полиэфира. Мономеры могут быть получены с первой стадии в реакции этерификации, как рассмотрено выше, или из процесса известного уровня. В альтернативном варианте, если олигомеры по существу превратились в форполимер первой стадии, тогда олигомеры взаимодействуют прямо с образованием полимера.

В конкретном варианте осуществления, когда образуется полимер ПЭТ, мономеры ПЭТ поступают в трубчатый реактор поликонденсации. Мономеры ПЭТ взаимодействуют в трубчатом реакторе поликонденсации с образованием олигомера ПЭТ, а затем взаимодействуют дополнительно, предпочтительно внутри того же трубчатого реактора поликонденсации с образованием полимера ПЭТ. Как использовано в описании, что касается ПЭТ, мономеры имеют длину менее 3-х звеньев, олигомеры имеют от примерно 7 до примерно 50 звеньев в цепи (составляющие с длиной цепи от 4 до 6 звеньев можно считать мономером или олигомером) и полимеры имеют более примерно 50 звеньев в цепи. Димер, например, ЭГ-ТК-ЭГ-ТК-ЭГ имеет длину цепи 2, а тример 3 и т.д. Таким образом, трубчатый реактор конденсации по настоящему изобретению может занимать место обоих реакторов - реактора форполимера и реактора дозревания, в терминах, используемых в известном уровне и определенных выше по тексту.

На фиг.4 показан продукт трубчатого реактора, проходящий через затвор для регулирования уровня и входящий в реактор поликонденсации второй стадии по настоящему изобретению. Также, что касается фиг.4 и 6, специалист в данной области поймет, что ограничивающие давление устройства (такие как, но не ограничивающиеся клапаном, отверстием и т.д.) между реакторами этерификации или сложноэфирного обмена и реакторами поликонденсации могут быть использованы, но не являются необходимыми.

В одном варианте осуществления использован шлюзовый затвор между реактором этерификации/сложноэфирного обмена и реактором поликонденсации. Шлюзовый затвор также может быть использован между некоторыми или всеми стадиями поликонденсации. Как рассмотрено выше, что касается процесса этерификации для процесса поликонденсации, теплообменник может быть помещен вблизи, рядом или даже внутри шлюзового затвора, передавая таким образом тепло подвижной среде между зонами этерификации и поликонденсации или между стадиями или зонами поликонденсации.

Статическим эквивалентом шлюзового затвора является барометр. Разница давлений между двумя зонами реактора поддерживается подвижной средой в U-образной трубке. Разница давлений будет эквивалента продукту с высотой подвижной среды, умноженной на плотность на стороне низкого давления минус высота подвижной среды, умноженная на плотность на стороне высокого давления. Специалист в данной области поймет, что если разница высот не велика достаточно, то разница давлений между зонами будет выталкивать жидкость из шлюзового затвора и с обеих сторон установится равновесное давление. Это может потребовать очень большой высоты шлюзового затвора между зонами с высокой разницей давления. Кроме того, со стороны шлюзового затвора с низким давлением обычно будет происходить закипание при пониженном давлении, следовательно, плотность со стороны низкого давления будет понижена за счет пустот от доли паров.

К счастью, шлюзовой затвор представляет собой гидравлическое барометрическое устройство, в котором подвижная среда протекает через шлюзовый затвор. Этот поток подвижной среды содержит в себе суммарное падение давления и может быть использован для увеличения перепада давления со стороны низкого давления. Добавляя к стойке низкого давления шлюзового затвора ограничения на пути потока, такие как отверстие, клапан или трубка меньшего диаметра, можно увеличить перепад давления со стороны низкого давления на единицу высоты. Если ограничитель потока смонтирован перед тем, как тепло перенесется в шлюзовый затвор, тогда подвижный поток не будет иметь две фазы и плотность будет выше. Использование этих методов увеличения перепада давления со стороны низкого давления шлюзового затвора позволит снизить общую высоту шлюзового затвора.

Настоящее изобретение также включает реактор поликонденсации, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, определяющую внутренний диаметр. Первый конец может быть расположен по высоте выше второго конца, так что мономер и любой образовавшийся олигомер и полимер от первого конца ко второму концу будет передвигаться под действием силы тяжести.

Как показано на фиг.2, реактор поликонденсации может быть змеевидным в фронтальном разрезе (но поток направлен в противоположном направлении, по сравнению с трубчатым реактором этерификации, то есть входящий поток находится в точке 11, а выходящий поток находится в точке 12 для процесса поликонденсации). Тем не менее, как и в случае трубчатого реактора этерификации, рассматриваются другие профили, такие как описанные выше по тексту конструкции, касающиеся трубчатого реактора этерификации, помимо змеевидной конструкции. Также предпочтительно включать некоторое количество колен, каждое колено меняет направление потока подвижной среды внутри реактора поликонденсации. Материалы, используемые для изготовления реактора поликонденсации, также могут быть теми же, что использованы для изготовления трубчатого реактора этерификации.

Таким образом, мономер, который предпочтительно имеет подвижную форму, направляется в первый конец реактора поликонденсации, так что мономер течет вертикально вниз по реактору поликонденсации. Мономер взаимодействует с образованием олигомера, а затем конечного полимера внутри реактора поликонденсации, так что полимер выходит из второго конца его. Как поймет специалист в данной области, не все мономеры и/или олигомеры должны взаимодействовать, находясь в объеме притязаний по настоящему изобретению. Мономер, олигомер и/или полимер на основе сложного полиэфира, протекающие через реактор полконденсации, относятся к подвижным средам полконденсации.

Предпочтительно также, чтобы реактор поликонденсации был нелинейным между первым концом и вторым концом для улучшения массопереноса/смешения мономера и образованного олигомера и полимера. Вообще и как рассмотрено ниже, массоперенос при поликонденсации осуществляется за счет переноса масс на поверхность олигомера (низкомолекулярный полимер) и вспенивающего действия газа, выделяющегося внутри полимера. Этот газ выделяется при нагревании поверхности стенок и реакции внутри полимера. Массоперенос дополнительно ускоряется по мере перетекания жидкости через возможные затворы в каждой секции реактора. Реактор может быть сконструирован без перемычек реактора поликонденсации, если позволяют физические параметры полимера.

Реактор поликонденсации может быть образован множеством смежных взаимосвязанных секций, в которых мономер, олигомер и/или полимер протекают по внутренней поверхности каждой секции, перемещаясь от первого конца ко второму концу реактора поликонденсации. Соседние секции реактора предпочтительно образуют нелинейные углы друг с другом.

Реактор поликонденсации предпочтительно образует угол с ориентированной вертикально плоскостью, в которой угол составляет больше нуля градусов. Установленные по-разному, каждая секция не параллельна вертикально ориентированной контрольной плоскости и таким образом не является вертикально ориентированной. В частности, угол, который образует каждая секция с вертикально ориентированной плоскостью, составляет между примерно 1° (почти вертикально ориентированная) и 90° (горизонтально ориентированная). Предпочтительный угол изменяется от горизонтали (90°) до примерно 20° от вертикали; однако специалист поймет, что предпочтительный угол основан на вязкости и линейной скорости (течения) внутри реактора поликонденсации. Предпочтительно секции могут иметь различные углы относительно друг друга, предпочтительно исходные секции имеют горизонтальный или близкий к горизонтальному угол, и по мере протекания реакции поликонденсации и увеличения вязкости подвижной среды угол увеличивается и обеспечивает увеличенный наклон по вертикали для ускорения перемещения подвижной среды по трубчатому реактору поликонденсации.

В одном аспекте реактор поликонденсации на верхнем конце имеет низкий наклон (более горизонтален), потому что подвижная среда имеет низкую вязкость, тогда как на конце дна угол наклона высокий (более вертикален), потому что подвижная среда имеет высокую вязкость. Наклон можно менять в зависимости от таких параметров, как вязкость и плотность подвижной среды, чтобы достичь оптимального эффекта. В другом аспекте не используют никакой угол при горизонтальной конфигурации реактора поликонденсации.

В одном аспекте реактор поликонденсации имеет общую горизонтальную ориентацию, а не вертикальную ориентацию. Такая горизонтальная ориентация может включать несколько вертикальных по высоте участков для обеспечения течения подвижных сред поликонденсации под действием силы тяжести вниз по потоку через всю систему. В другом аспекте для горизонтальных конфигураций трубчатый реактор может иметь длину, по меньшей мере, 10 футов, по меньшей мере, 20 футов, по меньшей мере, 30 футов, по меньшей мере, 40 футов, по меньшей мере, 50 футов, по меньшей мере, 60 футов, по меньшей мере, 100 футов или, по меньшей мере, 200 футов. В других аспектах длина составляет от 10 до 500 футов, от 20 до 250 футов, от 50 до 200 футов, от 60 до 100 футов или от 60 до 80 футов. Верхний предел длины ограничивается только практическим наличием горизонтального пространства, доступного на производственном предприятии. В одном варианте осуществления используют трубчатый реактор, по меньшей мере, примерно 60 футов, потому что стандартная максимальная длина коммерческой трубы составляет примерно 60 футов. Трубчатые реакторы здесь могут достигать даже сотен футов в длину или больше.

В одном аспекте внутренняя поверхность трубчатого реактора поликонденсации является круговой, квадратной или треугольной по поперечному сечению, предпочтительно круговой, так что образует внутренний диаметр.

Для интенсификации массопереноса/смешения настоящее изобретение дополнительно включает средства для обогрева олигомера и полимера, протекающих по реактору поликонденсации. Предпочтительные средства нагрева являются такими же, что рассмотрены для трубчатого реактора этерификации первой стадии, а именно теплоноситель в тепловом соединении с частью наружной поверхности реактора поликонденсации вдоль, по меньшей мере, части реактора поликонденсации между первым и вторым концами его или теплообменники, последовательно расположенные с трубопроводом с рубашкой и без рубашки. В предпочтительном варианте осуществления теплоноситель является таким, как рассмотрен выше. В одном аспекте могут быть использованы теплообменники предпочтительно между зонами поликонденсации. В конкретном варианте осуществления теплообменники использованы в сочетании со шлюзовыми затворами, при расположении теплообменников вблизи, рядом или внутри шлюзовых затворов, используемых для разделения зон.

Также аналогично трубчатому реактору этерификации, рассмотренному выше, в одном аспекте реактор поликонденсации по настоящему изобретению дополнительно включает, по меньшей мере, один затвор, присоединенный к внутренней поверхности его. Подвижные среды поликонденсации перетекают через затвор. Затвор действует как барьер для мономера/олигомера/полимера, так что они перетекают через верхний край затвора при течении от первого конца ко второму концу реактора поликонденсации. Затворы могут иметь ту же конструкцию и/или расположение, что описаны выше в главе этерификации. В одном аспекте затвор используется между каждой зоной реакторов поликонденсации, а в другом аспекте затвор используется между некоторыми зонами реакторов поликонденсации, но не во всех зонах.

Затвор регулирует уровень жидкости в каждой трубе реактора. Эти затворы могут быть простыми, в виде полукруга или включать дополнительные детали. В одном аспекте приданием наклона верху затвора можно компенсировать более высокий или более низкий расход и вязкости. В одном аспекте конструкция трубчатого реактора поликонденсации позволяет объединить в одно целое любую конструкцию затвора, чтобы компенсировать эти факторы. Рассматривается также включение, по меньшей мере, одного отверстия через часть тела соответствующих перемычек, чтобы мономер/олигомер/полимер протекали через отверстия, а также через верхний край затвора при течении через нее. Эти отверстия или полости в затворах улучшают течение и уменьшают количество зон застоя в потоке. Еще в одном варианте осуществления секция тела затвора может быть съемно присоединена, чтобы обеспечить прохождение подвижной среды через эту секцию затвора, а не над затвором. Например, секция может быть с V-образным надрезом или V-образной щелью в затворе. V-образная щель в середине каждого затвора в направлении от внутренней части трубы к центру трубы при остановке реактора обеспечивает дополнительный слив из него. Эти конструкции улучшают смешение подвижных сред при прохождении через затвор.

Первая труба в каждой зоне может быть горизонтальной и может функционировать без затвора, но преимуществом затвора является увеличение эффективности системы как по площади поверхности, так и по времени нахождения в установке. Кроме того, труба поликонденсации может иметь наклон вниз, особенно в тех случаях, когда IV подвижной среды приближается к 0,5 дл/г или больше.

Другой аспект по настоящему изобретению, аналогичный трубчатому реактору этерификации, рассмотренному выше, заключается в том, что реактор поликонденсации предпочтительно также включает средства для снижения давления паров в реакторе поликонденсации, такие как механизм дегазации, в канале сообщения с внутренней поверхностью реактора поликонденсации.

Аналогично этому механизм дегазации, использованный в реакторе поликонденсации, может включать средства отвода газов и/или стояк, аналогичный конструкции, рассмотренной выше в главе этерификации. Следует заметить, что отводной конец дегазационного стояка предпочтительно соединен в потоке с источником вакуума, так что в стояке и на внутренней поверхности реактора поликонденсации существует давление ниже атмосферного. Источниками вакуума могут быть вакуумные насосы, эдукторы, эжекторы или аналогичное оборудование, известное в уровне техники. Вакуум на каждой линии отвода паров может быть использован для регулирования давления в зонах реактора поликонденсации.

Что касается фиг.9, которая показывает один вариант осуществления системы затвор/дегазации, в частности использование возможной системы обратного преобразования потока для отделения жидкости, реактор поликонденсации также может включать редуктор 123, расположенный вниз по потоку сразу же за затвором 124 внутри тройника 128. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, ода подвижная среда поликонденсации течет через инвертор потока, причем инвертор потока расположен вблизи затвора и вниз по потоку. Редуктор имеет диаметр меньше, чем внутренний диаметр реактора поликонденсации, и редуктор образует часть соединения двух взаимосвязанных секций, в котором взаимосвязанные секции образованы секцией вверх по потоку и секцией вниз по потоку. Редуктор соединен с секцией, расположенной вверх по потоку, и проходит в секцию вниз по потоку. Редуктор имеет нижний конец 127 с апертурой, через которую протекает мономер/олигомер/полимер при перемещении из секции вверх по потоку в секцию вниз по потоку. Нижний конец редуктора 127 расположен в стороне от внутренней поверхности нижней секции, что улучшает смешение, так как подвижные среды падают под действием силы тяжести на внутреннюю поверхность нижней секции. В сущности, более предпочтительно, чтобы нижний конец редуктора располагался отдельно от верха или верхней поверхности мономера/олигомера, текущего через нижнюю секцию, чтобы подвижная среда, протекающая через редуктор, расщеплялась наверху или верхней поверхности мономер/олигомер/полимер.

Иначе говоря, а также что касается фиг.9, в одном варианте осуществления внутренний и наружный потоки могут быть смешаны с помощью обратного преобразователя потока. Перетекая через затвор 124 и в редуктор 123 перед входом в следующее колено 125, жидкий мономер/олигомер/полимер будут смешиваться в направлении изнутри наружу и наоборот. Жидкость течет по трубе слева 120 и проходит через затвор 124, который регулирует глубину жидкости. Пары продолжают выходить с правой стороны тройника 128 в точке 121. Лишенная газов жидкость течет в концентрический редуктор 123. Концентрический редуктор 123 проходит через крышку 126 трубы большего диаметра. Труба редуктора заканчивается под уровнем жидкости в резервуаре следующего прогона трубы. Такая конфигурация позволяет стекать жидкости со стенок верхней трубы и обеспечивает вход подвижной среды в середину следующей трубы и отвод 122. Фиг.9 представляет лишь один вариант осуществления системы обратного преобразования потока 142; могут быть использованы другие обратные преобразователи потока, известные в уровне техники. Типичные обратные преобразователи потока, используемые в уровне техники, можно найти, например, в публикации Chemical Engineer's Handbook, Perry and Chilton, Ed., 6^th Edition, p. 5-23. Обратные преобразователи потока обычно не требуются в процессе этерификации, потому что газ стремится смешаться с подвижной средой. Однако инвертор потока может быть использован в процессе этерификации в случае необходимости.

Система разделения паров, например, как на фиг.8, может быть использована без обратного преобразователя потока. В этом аспекте, в одном варианте осуществления, тройник 139 на фиг.8 содержит затвор, такой как показан на фиг.9, но секция 143 может представлять собой просто прямую трубку, а секция 140 - колено, без обратного преобразователя потока в ней. Таким образом, в этом аспекте секция 142 на фиг.8 и 18 не содержит системы обратного преобразования потока фиг.9.

Возвращаясь к пояснительному варианту осуществления реактора поликонденсации, показанного на фиг.2, выступы трубы реактора поликонденсации могут быть расположены непрерывно под наклоном от верха ко дну. Такая конфигурация требует особой тщательности при расчете углов, чтобы получить желательный уровень жидкости, поскольку вязкость жидкости и длина трубы (реакция по длине) будут жестко регулировать угол наклона. Добавляя затвор на каждый уровень трубопровода, с их помощью можно корректировать ошибки в расчетах. Даже с затворами жидкость может перетекать и продолжать течь по наклоненной горизонтальной спирали трубопровода поликонденсации. Однако ламинарный характер течения сохранит ту же жидкость снаружи и ту же жидкость внутри протока.

В трубчатых реакторах поликонденсации по настоящему изобретению между реакционными зонами или секциями трубчатого реактора поликонденсации не требуются насосы. Таким образом, настоящее изобретение в одном аспекте исключает необходимость установки дополнительных насосов между зонами. Олигомер и полимер в зонах поликонденсации реактора в одном аспекте текут под действием силы тяжести от одной секции к другой, и между реакторами не расположено никаких ограничивающих давление устройств. Шлюзовые затворы предпочтительно используются для поддержания разности давлений между реакторами, как рассмотрено ниже.

Далее, что касается фиг.17а и 17b, реактор поликонденсации предпочтительно включает верхнюю секцию 235, среднюю секцию 236 и придонную секцию 237 и, по меньшей мере, одно дегазационное устройство, установленное в реакторе поликонденсации. Такое дегазационное устройство показано в одном аспекте на фиг.8 и фиг.18 как система 133. Требуется только одна система вакуумирования и только одно давление вакуума в процессе поликонденсации. Однако только с одной системой вакуумирования скорости паров могут быть чрезвычайно высокими и будут отрицательно затягивать жидкость с паром в систему вакуумирования. Для минимизации захвата можно использовать, по меньшей мере, две и более предпочтительно три уровня вакуума. Одна система вакуумирования может в конечном счете снабжать одним или несколькими требуемыми давлениями вакуума.

Если используется только одна система распыления, это требует того, чтобы вакуум в зоне самого высокого давления регулировался распределительным клапаном. Без распылительного охлаждения между реактором и распределительным клапаном этот клапан закупорится. Когда используют три уровня вакуума, с основной распылительной системой для объединенных двух систем вакуумирования более низкого давления и другой распылительной системой для системы вакуумирования более высокого давления, тогда распределительный клапан находится после распылительной системы высокого вакуума. Этот клапан не закупорится. Достаточно одного вакуумного ряда, но обычно требуется две распылительные системы.

Что касается фиг. 17а 17b, поток, выходящий из реактора этерификации, поступает в реактор поликонденсации по 235, а конечный продукт процесса поликонденсации выходит из системы по 239. Подвижные среды, проходящие по внутренней поверхности реактора поликонденсации, также протекают последовательно, по меньшей мере, по одному (один - это минимум, но дополнительные устройства дегазации снижают скорость паров, снижая таким образом захват жидкости паром) соответствующему устройству дегазации при протекании от первого ко второму концу реактора поликонденсации, в котором, как показано, три устройства дегазации расположены соответственно в верхней секции, средней секции и придонной секции реактора поликонденсации. Верхняя, средняя и придонная секции предпочтительно поддерживаются при разных давлениях предпочтительно за счет использования шлюзовых затворов. Предпочтительно для получения ПЭТ давление в верхней секции лежит в интервале от 40 до 120 миллиметров ртутного столба, давление в средней секции лежит в интервале от 2 до 25 миллиметров ртутного столба и давление в придонной секции лежит в интервале от 0,1 до 5 миллиметров ртутного столба. Один вариант осуществления шлюзовых затворов и источника вакуума раскрыт в патентах США №5466765 и 5753190, которые включены в настоящее описание во всей полноте. Также предпочтительно, чтобы три устройства дегазации были соединены в потоке с одной выпускной системой. Когда трубчатый реактор поликонденсации находится под давлением ниже атмосферного, источником такого вакуума может быть любой источник получения вакуума, такой как, но не ограничивающий объема притязаний, вакуумный насос или эжектор. Предпочтительное устройство дегазации 133 показано в покомпонентном представлении изображения на фиг. 8. В одном аспекте может быть использована система ламинарного смешения 142, которая показана в покомпонентном изображении на фиг. 9. Разница по высоте в различных зонах реактора поликонденсации позволяет исключить все насосы внутри ряда реактора поликонденсации. Трубчатый реактор поликонденсации на самом деле ослабляет возмущения, несмотря на исключение использования насосов.

В альтернативном варианте различные стадии поликонденсации могут быть нарушены, так что выходящий (со дна) поток из одной стадии нагнетается во входящий (сверху) поток следующей стадии. Это позволяет снизить высоту всей системы, потому что каждая стадия меньше по высоте, чем полная питающая самотеком система. Таким образом, различные вакуумные секции не должны заканчиваться одна ниже другой. В одном аспекте разница в давлении, которая регулируется в шлюзовом затворе, может быть использована для поднятия следующей секции реактора поликонденсации выше, чем выход из секции с более высоким давлением. Насос может быть добавлен между зонами вакуума поликонденсации, так что все зоны могут начать работать на одной высоте. Это снижает общую высоту здания для установки поликонденсации.

В отношении фиг. 18, показана единственная зона реактора поликонденсации. То есть в отношении фигур 17а и 17b фиг. 18 представляет одну из зон Р1, Р2 или Р3. В альтернативном варианте фиг. 18 может представлять полный процесс поликонденсации. Обычно каждая из зон Р1, Р2 и Р3 находится под разным давлением для обеспечения максимальной эффективности производства сложного полиэфира. Может быть использовано больше или меньше зон от 1 до множества, например 2, 3, 4, 5 или больше зон с 3-мя типично используемыми для производства ПЭТ или ПЭТГ, например. Вход в зону на фиг. 18 находится на 147, а выход на 148. Подвижные среды поликонденсации текут через трубчатый реактор, взаимодействуя от входа к выходу, как показано в одном варианте осуществления, по линейному или нелинейному пути. Пары отводятся из реактора поликонденсации при расположении трубопровода, аналогичном процессу этерификации на 133, как показано на фиг.7 и как специально показано для одного варианта осуществления поликонденсации на фиг.8 (на которые также были даны ссылки при обсуждении трубчатого реактора этерификации). На фиг.8 показано увеличенное изображение секции 133 фиг.18, где жидкость и газ входят в систему разделения 133. На фиг. 9 показано увеличенное изображение секции 142 фиг. 8 и фиг. 18. На фиг.18 показаны пять секций разделения паров 133. Однако может быть использовано любое количество секций разделения паров 133 для конкретной зоны, от 1, 2, 3 до такого количества, которое необходимо для эффективного вентилирования этой системы. На фиг.18 также показан вариант осуществления, в котором использовано ламинарное смешение с применением системы обратного преобразования потока 142, которая в увеличенном виде показана на фиг.9. Кроме того, показаны предпочтительные углы для вентиляционной системы 90 градусов с последующими углами 45 градусов. Могут быть использованы и другие углы.

Пары или газ в процессе поликонденсации предпочтительно должны быть удалены из жидкости. Например, в одном варианте осуществления предпочтительно выделить побочный продукт ЭГ из реакции поликонденсации в виде паров, отделить его и удалить из системы. На степень отделения может влиять, например, увеличение числа параллельных труб, что увеличивает отделение.

В отношении фиг.8 и 9, в конце каждого подъема реактора поликонденсации 138 жидкость перетекает через затвор 124 внутри тройника 139 со стойкой 143, направляющей жидкость вниз в колено 140, а затем горизонтально по 141. Затвор (или вязкость подвижной среды и длина трубы) в зонах поликонденсации поддерживает уровень жидкости L приблизительно на половине высоты трубопровода. Это обеспечивает максимальную площадь поверхности. Как только подвижная среда в реакторе становится такой густой, что затвор не требуется для поддержания уровня, тогда поддержание трубы наполовину полной не дает максимальной площади поверхности или скорости массопереноса. Вторая стойка 138 тройника расположена в направлении потока. Третья стойка 144 тройника направлена в горизонтальной плоскости в направлении от потока жидкости. В одном аспекте пары и захваченная жидкость разъединяются при протекании через нелинейную трубу. В одном аспекте нелинейная труба является такой трубой, что угол от третьей стойки 144 к выходу паров не проходит вдоль линейного пути. Такой угол создает отражательную тарелку для захваченной жидкости. Эта отражательная тарелка вызывает разделение захваченной жидкости и паров и возвращает жидкость обратно в жидкостную систему. В отношении фигур 7, 8 и 18, показаны различные варианты осуществления сепаратора для системы захваченная жидкость/пары. После короткого горизонтального участка от стойки третьего тройника линия паров имеет колено 134, предпочтительно под углом 90°, направляя пары от земли. Горизонтальная зона 144 позволяет парам протекать с малой скоростью и отделиться жидкости и течь обратно в основной поток. После короткого вертикального участка 145 от колена для паров 134 установлено предпочтительное колено 135 с углом 45° (общепринятая составляющая трубопровода с максимальным вектором разделения) с линией паров и предпочтительно с коленом 146 с углом 45°, которая вновь становится горизонтальной на 137. Расположеная под углом труба имеет ступенчатый наклон, чтобы обеспечить энергию, необходимую для того, чтобы жидкость высокой вязкости стекала обратно в реактор с очень коротким временем нахождения. Пары, не содержащие жидкость, проходят вверх в наклонную трубу. Эта горизонтальная труба 137 соединена затем с другими линиями для паров или направлена к конденсатору или системе вакуумирования. Пары выходят по линии 137, а жидкость проходит на следующий уровень по линии 141. Ступенчатый наклон представляет собой отражательную тарелку для захваченной жидкости. Жидкость перетекает через затвор и падает в следующую зону. Дополнительная поликонденсация может быть осуществлена на следующей линии 141. Физическая схема расположения труб создает желательную функциональность (поток, давление и т.п.) без каких-либо внутренних деталей (отличающихся от затвора) или сложных конфигураций.

Трубопровод для паров процесса сложноэфирного обмена или этерификации, выходя из тройника 36, может быть тем же, что трубопровод поликонденсации после колена 134 в 90°, направляющий пары вертикально, и показан на фиг.7g. Как показано на фиг.7g, жидкость разъединяется на наклонном трубопроводе и течет обратно в резервуар для жидкости. Как показано на фиг.18, наклонный трубопровод 136 имеет ступенчатый наклон для обеспечения энергии, требуемой для стекания жидкостей с высокой вязкостью обратно в реактор с очень низким временем нахождения в установке. Пары, не содержащие жидкости, проходят вверх по наклонной трубе. Газ направляется вверх по трубе и в оборудование для переработки газа.

Зона перепада давления, проходящая через зону поликонденсации, имеет высокую степень смешения. Зоны пониженного давления между реакторами также имеют высокую степень смешения и доступны в этом реакторе.

Азот, пар или газ могут быть продуты сквозь или в жидкость одной или нескольких секций реактора полконденсации. Одно потенциальное преимущество этой операции заключается в снижении парциального давления диола и повышении в результате этого скорости поликонденсации.

Далее, что касается фиг.6, на которой представлен еще один вариант осуществления изобретения; показан реактор этерификации, разделенный на некоторое количество параллельных трубопроводов 165 и 166 для потока из трубчатого реактора, с входом, расположенным на 164. Выходящий из параллельных реакторов этерификации поток течет в реакторы поликонденсации. Реактор поликонденсации показан как разделенный на некоторое количество по существу параллельных трубопроводов 160, 161 и 162 между первым и вторым концами его. Подвижная среда, протекающая через реактор поликонденсации, проходит по одному из множества трубопроводов при течении от первого конца ко второму концу. Как показано, по меньшей мере, один трубопровод дополнительно включает линию инжекции 163, соединенную в потоке с ним, где линия инжекции предназначена для введения добавок в мономер, протекающий по нему. Упомянутыми добавками могут быть любые из перечисленных выше.

Также, что касается фиг.6; реактор поликонденсации по настоящему изобретению может быть использован для получения различных продуктов с линии расщепления. Реактор может быть расщеплен во многих точках, что позволит вводить различные добавки, реагенты или атрибуты продукта (такие как характеристическая вязкость (IV)). Например, на фиг.6 один мономер или олигомер образуется в единой зоне этерификации 164 (показанной двумя параллельными реакторами 165 и 166) и поступает в два различных реактора поликонденсации 160 и 161, позволяя получить два различных продукта в расплаве. Реакция поликонденсации может быть той же или может отличаться по условиям, реагентам, добавкам, размеру или сочетанию этих или иных отличительных признаков. Как отмечено выше, линия 163 является дополнительной линией, а мономер показан как расщепленный поток и дополнительный реагент, такой как ДЭГ, введенный на 163, чтобы позволить получить в одном реакторе поликонденсации отличающийся продукт, такой как более высокомолекулярный ДЭГ продукт, в 162. Число расщепленных поток не ограничено двумя; можно осуществить любое число расщеплений потока. Аналогично этому завод может работать с несколькими пустыми и не работающими зонами, на многочисленных установках.

Возвращаясь к конструкции трубчатого реактора поликонденсации; высота трубы по вертикали, диаметр трубы, общая длина трубы и давление на входе и выходе могут широко меняться в зависимости от получаемых продуктов, мощности завода и рабочих условий. Специалист в данной области может легко определить эти параметры с использованием основных принципов технического конструирования и учетом раскрытого существа изобретения.

Суб-контуры СТП

Большинство заводов по производству сложных полиэфиров имеют многочисленные насосы для СТП (сред теплопереноса, таких как масло) на суб-контурах. Эти насосы позволяют регулировать температуру отдельных контуров, которая ниже, чем температура главного коллектора контуров. Снижение температуры СТП снижает температуры стенок, улучшает цвет полимера, снижает деструкцию и позволяет лучше регулировать температуру.

В настоящем изобретении возможность регулирования температуры в коллекторе самыми горячими зонами в реакторе и клапанами для других зон может исключить использование этих насосов. Вторая самая горячая зона нагревается СТП, выходящей из первой зоны. Между двумя зонами распределительный клапан направляет поток в возвратный коллектор СТП, а затем второй распределительный клапан направляет поток из питающего коллектора СТП. Это обеспечивает равноценное регулирование температуры по сравнению с насосами суб-контура. Каждая последовательная зона имеет температуру, регулированную таким же образом. Все это оказывается возможным, потому что трубчатый реактор может включать трубы с рубашкой, поэтому перепад давлений (ΔP) СТП по реактору низкий. С другой стороны, для обычного процесса CSTR основан на нагревательных витках в реакторе и реакторе с рубашкой, что вызывает большой ΔP СТП по реактору.

Что касается фиг.14, скорость потока в главном коллекторе СТП может быть снижена, а температура возвратной СТП будет ниже, чем в системе, регулируемой суб-контуром. Теплоноситель поступает из коллектора 173 и возвращается в тепловой узел или источник обогрева в коллекторе 174. Дифференциальное давление приложено между коллекторами 173 и 174, чтобы обеспечить движущую силу для потока подвижной среды. Давление в питающем коллекторе 173 также должно превышать аддитивный перепад давлений во всех зонах, соединенных последовательными трубопроводами, и также превышать давление в возвратном коллекторе 174. Возвратный коллектор 174 обеспечивает равнозначную высоту столба жидкости над всасывающим патрубком насоса для насосов коллектора. Теплоноситель (СТП) поступает в зону 172 через распределительный клапан температуры или потока. СТП, выходя из зоны 172, поступает в зону 171. Если подвижная среда слишком горячая или поток слишком высок, то СТП стекает в коллектор 174. Если подвижная среда слишком холодная, подвижную среду вводят из коллектора 173. Если подвижная среда требует более высокой температуры, чем та, что может быть получена с помощью регулировки клапаном, тогда подвижная среда может быть направлена в коллектор 174 и заменена подвижной средой из коллектора 173.

Поэтому в первом варианте осуществления распределительная система теплоносителя включает первый коллектор теплоносителя, через который проходит первый поток теплоносителя; второй коллектор теплоносителя, через который проходит второй поток теплоносителя; первый суб-контур теплоносителя, через который может проходить теплоноситель из первого во второй коллектор соответственно; и распределительный клапан в соединении в потоке с выбранным одним из коллекторов и первым суб-контуром. Давление первого потока теплоносителя больше, чем давление второго потока теплоносителя, а распределительный клапан используется для селективного направления, по меньшей мере, части первого потока теплоносителя в первый суб-контур при использовании только давления первого потока теплоносителя для прохождения теплоносителя через первый суб-контур, а также для регулирования температуры и давления потока теплоносителя, проходящего по нему. Дополнительный аспект системы включает второй суб-контур теплоносителя отдельно от первого суб-контура и соединенного в потоке с ним и второй распределительный клапан в соединении в потоке со вторым суб-контуром. Второй распределительный клапан селективно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплоносителя во второй суб-контур, используя давление первого потока теплоносителя во втором суб-контуре, для регулирования температуры и давления теплоносителя, проходящего через него.

Во втором варианте осуществления распределительная система теплоносителя включает первый коллектор теплоносителя, через который проходит первый поток теплоносителя; второй коллектор теплоносителя, через который проходит второй поток теплоносителя; первый суб-контур теплоносителя, через который может проходить теплоноситель из первого коллектора и первого суб-контура; и второй распределительный клапан в соединении в потоке с первым суб-контуром и вторым коллектором. Давление первого потока теплоносителя внутри первого коллектора больше, чем давление второго потока теплоносителя во втором коллекторе, а один или оба распределительных клапана используется для селективного направления, по меньшей мере, части первого потока теплоносителя в первый суб-контур при использовании давления первого потока теплоносителя для прохождения теплоносителя через первый суб-контур, а также для регулирования температуры и давления потока теплоносителя, проходящего по первому суб-контуру.

Дополнительный аспект второго варианта осуществления изобретения включает второй суб-контур теплоносителя, сформированный отдельно от первого суб-контура и находящийся с ним в соединении в потоке, со вторым распределительным клапаном в соединении в потоке со вторым суб-контуром, причем второй распределительный клапан селективно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплоносителя во второй суб-контур, используя давление первого потока теплоносителя, для регулирования температуры и давления теплоносителя, проходящего через него. Второй распределительный клапан использован для снижения температуры и давления теплоносителя, проходящего через первый суб-контур. Дополнительный аспект изобретения включает третий распределительный клапан в соединении в потоке со вторым суб-контуром, причем третий распределительный клапан селективно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплоносителя во второй суб-контур, используя давление первого потока теплоносителя, для регулирования температуры и давления теплоносителя, проходящего по нему.

Еще один аспект распределительной системы теплоносителя относится к тому, что давление теплоносителя, проходящего через второй суб-контур, будет меньше, чем давление теплоносителя, проходящего через первый суб-контур. Кроме того, второй распределительный клапан будет использован для увеличения температуры и давления теплоносителя, проходящего через второй суб-контур. Таким образом, в другом аспекте система включает трубопровод, проходящий в закрытом соединении в потоке из первого суб-контура во второй суб-контур, так что теплоноситель, проходящий через первый суб-контур, проходит через второй суб-контур, второй распределительный клапан соединен в потоке с каждым первым и вторым суб-контуром соответственно и используется для регулирования температуры и давления теплоносителя, проходящего из первого суб-контура во второй суб-контур. Второй распределительный клапан также может быть использован для снижения температуры и давления теплоносителя, проходящего из первого суб-контура во второй суб-контур.

Также еще один аспект системы включает серии суб-контуров для теплоносителя, поэтому каждый последующий суб-контур соединен в потоке с непосредственно предшествующим суб-контуром для приема теплоносителя из него. Это отличает аспект давления подвижного теплоносителя, проходящего по серии суб-контуров для теплоносителя, расположенных ниже для каждого последующего суб-контура относительно непосредственно предшествующего суб-контура. Кроме того, аспект этого варианта осуществления системы состоит в том, что температура теплоносителя, проходящего через серию суб-контуров для теплоносителя, будет ниже на каждом последующем суб-контуре в сравнении с ближайшим предшествующим суб-контуром. В дополнительном аспекте каждый соответствующий суб-контур для теплоносителя в ряду суб-контуров имеет первый распределительный клапан в канале сообщения с первым коллектором и суб-контуром для увеличения температуры и давления теплоносителя, проходящего через него, и второй распределительный клапан в канале сообщения с суб-контуром и вторым коллектором для снижения температуры и давления теплоносителя, проходящего через него.

Другой аспект распределительной системы теплоносителя заключается в том, что теплоноситель проходит от первого коллектора в и через первый суб-контур в отсутствие циркуляционного насоса для теплоносителя, а также в том, что теплоноситель проходит из первого суб-контура во второй коллектор в отсутствие циркуляционного насоса для теплоносителя. Аналогично этому дополнительным аспектом этого варианта осуществления является то, что теплоноситель проходит из первого коллектора в и через первый суб-контур и проходит из первого суб-контура во второй коллектор, соответственно, в отсутствие циркуляционного насоса для теплоносителя.

Способ прохождения теплоносителя через систему распределения теплоносителя включает прохождение первого потока теплоносителя через первый коллектор теплоносителя; прохождение второго потока теплоносителя через второй коллектор для теплоносителя; прохождение теплоносителя из первого коллектора по первому суб-контуру теплоносителя, в отсутствие циркуляционного насоса для теплоносителя, с первым распределительным клапаном в канале сообщения с первым коллектором и первым суб-контуром; и прохождение теплоносителя из первого суб-контура во второй коллектор, в отсутствие циркуляционного насоса для теплоносителя, со вторым распределительным клапаном в канале сообщения с первым суб-контуром и вторым коллектором. Подвижные среды поликонденсации движутся от первого конца трубчатого реактора ко второму концу его в отсутствие насоса.

Минимизация оборудования

При желании использование питающих резервуаров для жидкого исходного материала может быть исключено из процесса получения сложного полиэфира. Как известно, исходные материалы доставляются на завод рядом известных типов средств доставки, включающих трубопровод, автомотриса, трактор-трейлер. Настоящее изобретение предусматривает, что исходные материалы по доставке могут быть непосредственно закачаны на завод из средства доставки. Основой этого процесса является NPSH кривая насоса. Как известно, и, например, когда трактор-трейлер доставляет используемые подвижные среды, NPSH является функцией уровня подвижной среды внутри трейлера и падения давления подвижной среды в насосе. Падение давления является функцией скорости подвижного потока, вязкости подвижной среды и используемой конфигурации трубопровода. В сравнении с этим давление наверху питающего резервуара является функцией высоты жидкости и ее вязкости. Конфигурация трубопровода системы будет постоянной в обоих случаях. Изменения плотности жидкости и вязкости должны быть небольшими при изменении комнатной температуры, но, если изменения плотности и вязкости велики, они могут быть затем получены из расходомера Кориолиса известным образом.

Поэтому если удельный массовый расход известен из расходомера, тогда компьютер контроля процесса (не показан) известной конструкции может принять эти входные данные, а также любые дополнительные входные данные, которые могут потребоваться, как рассмотрено выше, и может рассчитать массу подвижной среды внутри трейлера, используя давление на входе насоса. Давление на входе насоса и расход используют для непрерывного определения массы подвижной среды внутри трейлера. Во время рабочей отладки устанавливается зависимость давления и расхода от уровня подвижной среды внутри трейлера с поправкой на неточности в компьютерной оценке.

Рабочий процесс далее рассмотрен со ссылкой на системы подачи подвижной среды, показанной на фиг.21. Первый трейлер 265 останавливается у насосной станции «Р». Трейлер соединен с насосом 263 открытием ряда клапанов 251, 252, 253, 247, 261 и 276 соответственно. В то же время второй ряд вентилей 258, 259, 272, 274 и 275 соответственно закрыт. Насос 263 начинает и заливается с возвратом в трейлер 265. Здесь система готова для начала работы завода, как только автоматический клапан 272 открывается. Второй трейлер 266 также останавливается у насосной станции и соединяется через клапан со вторым насосом 264 при открытии ряда клапанов 254, 255, 256, 260, 262 и 273 соответственно, Одновременно клапаны 258, 259, 271, 274 и 275 закрываются. Насос 264 включается и заливается с возвратом в трейлер 266. Система насосов 264 готова для работы завода, но остается в режиме резервирования.

Вентиль 272 открывается, и завод начинает работать. Когда уровень в трейлере 265 достигнет определенного уровня, такого как, например, 10% от полного уровня, вентиль 272 закрывается и вентиль 272 одновременно открывается для обеспечения бесперебойной подачи подвижной среды на завод. Далее насос 263 переходит в рециклированный режим обратно в трейлер 265, и насос 264 питает завод из трейлера 266. Завод продолжает потреблять подвижную среду из трейлера 266 до тех пор, пока уровень в нем не достигнет определенного уровня, такого как, например, 85% от полного уровня. Как только это происходит, компьютер открывает вентиль 275 и закрывает вентиль 276. Это позволяет перекачать оставшуюся подвижную среду внутри трейлера 265 в трейлер 266. Насос 263 автоматически останавливается на низкой мощности. Компьютер контроля процесса закрывает затем вентиль 275.

Первый трейлер 265 отъезжает от насосной станции, и другой трейлер 265, наполненный желательной технологической подвижной средой, останавливается у насосной станции. Этот процесс повторяется с насосом 263, заполняемым из трейлера 265. Затем, как только уровень подвижной среды внутри трейлера 266 достигнет определенного уровня, такого как, например, 10% от полного значения, вентиль 271 закрывается, а вентиль 272 открывается. Уровень жидкости в трейлере 265 используют до тех пор, пока уровень подвижной среды не достигнет определенного значения, такого как, например, 85% от полной величины, при этом остальная часть подвижной среды внутри трейлера 266 закачивается в трейлер 265. Трейлер 266 затем отъезжает от насосной станции, и другой полный трейлер 266 останавливается в положении первоначального трейлера. Насос 264 питается и заливается из нового трейлера 266, и процесс продолжается в таком режиме.

Первый вариант осуществления описанной системы подачи подвижной среды включает поэтому, по меньшей мере, один питающий контейнер, расположенный на насосной станции, и, по меньшей мере, один насос в канале сообщения с, по меньшей мере, одним напорным резервуаром, по меньшей мере, один напорный резервуар соединен в потоке с серией вентилей, серия вентилей соединена в потоке с технологической системой заводского трубопровода. Подвижная среда селективно закачивается непосредственно из, по меньшей мере, одного напорного резервуара через серию вентилей в технологическую систему заводского трубопровода в отсутствие резервуара для доставки и хранения подвижной среды для иного приема и хранения подвижной среды из, по меньшей мере, одного напорного резервуара в ней. Кроме того, система включает второй напорный резервуар, расположенный на насосной станции, и второй насос в соединении с потоком со вторым напорным резервуаром, каждый из напорных резервуаров и насосов соответственно соединен в потоке с серией вентилей. Серия вентилей состоит из многочисленных селективно работающих регулирующих клапанов и соединена в потоке с технологической системой заводского трубопровода, так что подвижная среда селективно закачивается прямо из первого и второго напорных контейнеров соответственно через серию клапанов в технологическую систему заводского трубопровода в отсутствие резервуара для доставки и хранения питающей подвижной среды.

Дополнительные аспекты системы включают компьютер контроля процесса, компьютер контроля процесса соединен в рабочем режиме с первым и вторым насосами соответственно и, по меньшей мере, одним из распределительных клапанов внутри серии клапанов; расходомер в соединении с потоком с каждым первым и вторым напорными резервуарами соответственно, соединенный в рабочем режиме с компьютером контроля процесса; расходомер сконструирован и расположен так, чтобы измерять и передавать расход подвижной среды, закачиваемой из любого из напорных контейнеров, в компьютер управления процессом; компьютер управления процессом рассчитывает массу подвижной среды внутри выбранного одного из напорных резервуаров с использованием расхода подвижной среды и измеренного давления на входе в насос. Кроме того, компьютер контроля процесса использует давление на входе насоса и величину расхода подвижной среды для непрерывного определения массы подвижной среды внутри выбранного одного из напорных резервуаров.

Компьютер управления процессом открывает первый автоматический распределительный клапан и начинает работу технологического завода; закрывает первый автоматический распределительный клапан, как только уровень подвижной среды внутри первого напорного резервуара определится компьютером контроля процессом как первая заранее заданная величина уровня подвижной среды. Дополнительный аспект состоит в том, что второй автоматический распределительный клапан одновременно открывается компьютером контроля процессом, так что первый насос дает рециклированный поток подвижной среды из первого напорного резервуара обратно в первый напорный резервуар; второй насос снабжает подвижной средой из второго напорного резервуара технологическую линию завода. Завод после этого снабжается технологической подвижной средой из второго напорного резервуара, пока уровень подвижной среды в нем не определится компьютером контроля процессом как второй заранее заданный уровень. После этого компьютер управления процессом открывает первый распределительный клапан и закрывает второй распределительный клапан, так что остаток подвижной среды внутри первого напорного резервуара накачивается во второй напорный резервуар. Как только компьютер управления процессом закрывает первый распределительный клапан, первый напорный резервуар может быть заменен напорным контейнером со свежей подвижной средой вместо него на насосной станции. Дополнительный аспект изобретения включает компьютер управления процессом, повторно открывающий второй распределительный клапан и закрывающий первый распределительный клапан, так что завод обеспечивается технологической подвижной средой из второго напорного резервуара.

Описанный способ по настоящему изобретению включает поэтому расположение первого напорного резервуара на насосной станции, первый напорный резервуар соединен в потоке с первым насосом, расположение второго напорного резервуара на насосной станции, второй напорный резервуар соединен в потоке со вторым насосом, и селективное закачивание подвижной среды из каждого из соответствующих напорных резервуаров прямо в серию клапанов и в технологическую систему заводского трубопровода. Этот способ включает аспекты рабочего соединения компьютера управления процессом с первым и вторым насосами соответственно и, по меньшей мере, с распределительными клапанами внутри серии клапанов и использование расходомера в соединении в потоке с каждым первым и вторым напорным резервуаром соответственно и соединенного в рабочем режиме с компьютером контроля процессом для измерения расхода подвижной среды, проходящей из него при работе первого и второго насосов соответственно. Компьютер управления процессом рассчитывает массу подвижной среды внутри одного выбранного напорного резервуара с использованием расхода подвижной среды и измеренного давления на входе в насос, а также использует давление на входе в насос и расход подвижной среды и непрерывно определяет массу подвижной среды внутри выбранного одного из напорных резервуаров. Компьютер управления процессом открывает первый автоматический распределительный клапан и начинает работу технологической линии завода в ответ на определение массы подвижной среды внутри выбранного одного из напорных контейнеров.

Дополнительные аспекты способа также включают компьютер управления процессом, закрывающий первый автоматический распределительный клапан, в момент, когда уровень подвижной среды внутри первого напорного резервуара, определенный компьютером контроля процессом достигнет первого заранее заданного уровня подвижной среды, так что первый насос направляет на рециклирование подвижную среду обратно в первый напорный контейнер и одновременно открывает второй автоматический распределительный клапан, так что второй насос снабжает подвижной жидкостью из второго напорного резервуара технологическую заводскую линию; обеспечение технологической линии завода технологической подвижной средой из второго напорного резервуара до тех пор, пока уровень жидкости в нем, определенный компьютером контроля процесса, не достигнет второй заранее заданной величины уровня подвижной среды; компьютер управления процессом открывает первый распределительный клапан и закрывает второй распределительный клапан, так что остаток подвижной среды внутри первого напорного резервуара закачивается во второй напорный резервуар; компьютер управления процессом закрывает первый распределительный клапан и заменяет первый напорный резервуар напорным резервуаром со свежей подвижной средой на насосной станции; а затем переносит остаток подвижной среды из первого напорного резервуара во второй напорный резервуар и после этого продолжает обеспечение технологической заводской линии технологической подвижной средой из второго напорного резервуара в момент замены на первый свеженаполненный напорный резервуар.

Как известно, на типичном предприятии по производству сложного полиэфира устанавливаются три различные ректификационные колонны. Водяная колонна, отпарная колонна и MGM колонна (колонна смешанного гликоля и мономера или колонна конденсата этиленгликоля). Пары из реактора этерификации подаются в водяную колонну. В ней вода отделяется от этиленгликоля. Легкокипящие (включая воду) удаляются из верха колонны и направляются в отпарную колонну, тогда как этиленгликоль и другие высококипящие удаляются с низа колонны и могут быть направлены обратно в емкость для пасты, реакторы, направлены другим пользователям и, как описано в данном описании, обратно в рециклированный контур. Отпарная колонна разделяет парадиоксан из верха отпарной колонны, который не может быть направлен на установку по обработке сточных вод, и объединяет парадиоксан с азеотропом воды, который затем направляется в печь для сжигания или в окислитель с другими низкокипящими составляющими. Подвижные среды со дна отпарной колонны направляются на установку по обработке сточных вод. В одном варианте осуществления по настоящему изобретению водная колонна поддерживается за счет направления низкокипящих в печь для сжигания, а не в отпарную колонну, и отпарная колонна может быть исключена. В этом случае из водной колонны отводятся низкокипящие в печь для сжигания, а не направляются в отпарную колонну. Отводящиеся из MGM колонны вещества также направляются в печь.

Известно также, что на обычной установке по переработке сложного полиэфира требуется производство по очистке сточных вод для обработки органических выбросов, а также гидравлической нагрузки (водяного потока), образующегося в процессе. В одном аспекте по настоящему изобретению, описанном выше, органические отходы отводятся в печь, где их сжигают. В отдельном аспекте изобретения и как рассмотрено детально в описании, исключением многих технологических операций из процесса получения сложного полиэфира и объединением завода, создавая таким образом более компактное предприятие, крыша может быть сооружена над всей технологической установкой, исключая таким образом необходимость отправления гидравлической нагрузки на установку по очистке сточных вод, потому дождевая вода больше не попадет в контакт с технологическим оборудованием и/или любыми сливными технологическими подвижными средами. Еще в одном аспекте изобретения поэтому исключение органических отходов направлением их в печь на сжигание и исключение гидравлической нагрузки или сточных вод за счет объединения установки вследствие снижения размера установки в сочетании с сооружением крыши над установкой исключает необходимость установки по обработке сточных вод, необходимой в противном случае для обслуживания завода по производству сложного полиэфира.

Выбросы в окружающую среду с завода могут быть снижены за счет отвода всех технологических (т.е. ректификационных колонн, скрубберов, адсорберов, вакуумных насосов и т.п.) и транспортных выходов в находящийся под давлением вентиляционный коллектор. Содержимое вентиляционного коллектора течет в печь для сжигания СТП и сжигается. Если все такие выходы соединяются в этом коллекторе, то как следствие этого все неокисленные выбросы с завода будут снижены более чем на 99% (обычно окисленными выбросами являются диоксид углерода и вода). Кроме того, этот процесс исключает необходимость в отпарной колонне.

Также другой отличительный признак по настоящему изобретению заключается в том, что увеличение объема основной части соответствующих ректификационных колонн над основным объемом, используемым в обычных процессах, позволяет исключить резервуары для продуктов, входящих в и из ректификационных колонн. Это снижает количество загрязненной подвижной средой площади и все связанные с любыми такими резервуарами для хранения расходы. Увеличение высоты или диаметра основания может увеличить объем ректификационной колонны. На колоннах не требуется установки никаких дополнительных инструментов. В одном аспекте изобретения основание водной колонны составляет, по меньшей мере, на 40% больше по высоте и диаметру, чем обычные водяные колонны. В этом аспекте общая высота увеличивается, по меньшей мере, примерно на 3%. В другом аспекте основание увеличено, по меньшей мере, на 50% в диаметре и по высоте.

Установка по обработке сточных вод может быть исключена, как рассмотрено выше, за счет объединения завода. Особенно это оказывается возможным осуществить исключением выбросов в окружающую среду и исключением резервуаров для хранения, о чем сказано выше. Кроме того, завод построен с крышей над всеми технологическими корпусами, насосной станцией разгрузки трейлеров, с печью для сжигания СТП и любыми другими площадями завода, которые могут иметь потенциальный COD. Отработанную воду с гранулятора и башенного охладителя отделяют ото всех других потоков отработанной воды и направляют на заводской коллектор. Траншея предпочтительно с двойными стенами сооружается между технологической установкой и печью для сжигания СТП. Это предпочтительно покрытая траншея. Все оставшиеся загрязненные сточные воды направляют в траншею. Все собранные сточные воды внутри траншеи закачиваются из канавы в печь для СТП, где отработанные стоки сжигаются. Стоимость подачи тепла компенсируется снижением затрат на капитальные и производственные затраты завода по очистке сточных вод, если все источники воды ограничены.

Кроме того, если схема установки спланирована правильно, требуется только одна система доставки для гранул или хлопьев на стадию плавления. Последний выход из реактора расположен достаточно высоко, так что фреза может делать таблетки, которые будут падать под действием силы тяжести в бункеры для анализа, расположенные ниже фрез. В другом варианте осуществления бункеры для анализа исключены. Гранулы доставляются наверх смесительного бункера, а низ смесительного бункера расположен над упаковочным бункером. Нижнее расположение и высота упаковочного бункера достаточно высоки, чтобы обеспечить падение содержимого упаковочных бункеров под действием силы тяжести в кипы для морских перевозок, траки или железнодорожный вагон. Упаковочный бункер также может быть исключен за счет прямого заполнения упаковочного оборудования из бункера.

В другом варианте осуществления аналитические бункеры исключены. Гранулы транспортируются наверх смесительного бункера, а дно смесительного бункера расположено над упаковочным бункером. Нижнее расположение и высота упаковочного бункера достаточно высоки, чтобы обеспечить падение содержимого упаковочного бункера под действием силы тяжести в мешки для транспортировки, траки или вагоны на рельсах. Упаковочный бункер также может быть исключен путем прямого питания упаковочного оборудования из бункера. Установки, которые упаковывают объемные сумки, коробки, ящики и мешки, расположены под и достаточно близко к упаковочному бункеру, так что они также могут быть заполнены под действием силы тяжести. Снижение транспортирующих систем снижает долю оборудования, себестоимость и улучшает качество продукта при исключении механизма для плавления и резки гранул.

Еще в одном аспекте изобретения водные системы на заводе могут быть сведены к минимуму объединением предохранительного разбрызгивателя, охлаждающей башни, подводной резки и холодильников для насосов СТП.

Обычно разбрызгивающая система безопасности является самообеспечивающей системой. Она имеет систему контроля уровня, питающуюся из городской системы водоснабжения. Она также имеет систему создания повышенного давления и возвратный газ для создания повышенного давления в случае отключения энергии. Охладительная башня имеет источник подачи воды, используемый для поддержания уровня воды в ней вследствие потерь воды за счет испарения, и систему продувки для предупреждения концентрирования и осаждения высококипящих составляющих. Система охладительной башни имеет систему введения химических добавок для поддержания рН воды, жесткости, контроля биологического роста и т.п. Водная система процесса резки снабжает водой фрезу (делающую гранулы) и дополняет водой, которая требуется из-за испарения воды при контакте с горячими полимерными стрендами. Эта система обычно не снабжается продувкой, и примеси обычно остаются в гранулах, хотя это может повлечь за собой проблемы. Система нарезки также имеет систему введения химических добавок. СТП насосы включают холодильники, которые дают высокий перепад давления.

Коллектор стандартной охладительной башни не дает достаточного давления, чтобы обеспечить прохождение холодильников с высоким перепадом давления на СТП насосах.

Для решения этих проблем существует четыре подхода:

1) использовать источник воды единожды через систему охлаждения;

2) увеличить давление в коллекторе воды охладительной башни, заплатив за повышенные капитальные затраты и затраты на закачивание;

3) построить отдельный коллектор охладительной башни высокого давления, сохранив высокие капитальные затраты и затраты на закачивание; и

4) закупить гравитационные холодильники низкого давления для насосов, сохранив добавленные капитальные вложения и избегая посредников.

Объединение этих систем может снизить капитальные вложения и эксплуатационные расходы. При объединении систем СТП и исключении всех насосов суб-контуров остаются только СТП насосы главного контура. Расход охлаждающей воды, требуемой для этих СТП насосов, несколько меньше, чем требуемая дополнительная вода охладительной башни (приемлемо слишком большое количество воды). Водяная системы нарезки имеет более высокое давление воды для подвида к фрезам; давление которой также достаточно высокое для использования с холодильниками СТП насосов. Однако после прохождения через СТП насосы вода не должна возвращаться в систему нарезки, поскольку утечка СТП может вызвать загрязнение продукта. Поэтому эта вода из СТП насосов должна проходить к охладительной башне. Если химикаты охладительной башни были введены в водную систему резки, это защитит водную систему резки и исключит одну из систем введения химических добавок, а также обеспечит снабжение охладительной башни химическими добавками через этот вход. Вход в водную систему резки не должен быть отрицательным и может быть полезным. Закачиваемая СТП насосом вода от водной системы резки охлаждает, а затем, проходя через охладительную башню, исключит необходимость установки дополнительной охлаждающей системы, необходимой для СТП насосов, исключит систему химической обработки и обеспечит необходимой водой всех трех пользователей. Остается необходимость подачи воды в водную системы резки и разбрызгивающую башню безопасности.

Система разбрызгивающей башни безопасности требует еженедельного добавления воды, чтобы предохранить воду от застоя. Более частое добавление было бы предпочтительным, а автоматическое добавление снизит расходы. Если резервуар башни безопасности поднят, тогда отпадает необходимость в повышении давления и возврате в систему повышенного давления. Если вода входит в резервуар башни безопасности и перетекает через верх резервуара, то резервуар останется полным и не потребует системы контроля уровня. Если распределительный клапан для водной системы резки находится на линии, питающей резервуар башни безопасности, а резервуар башни безопасности перетекает в водный резервуар системы резки, то разбрызгивающая башня безопасности будет непрерывно пополняться водой, текущей с добавленной скоростью для обеих систем: водной системы резки и водной охладительной башни. Эта схема исключит все трудовые затраты и инструментальный парк из разбрызгивающей системы безопасности.

Новая объединенная заводская система распределения воды по настоящему изобретению, которая направлена на решение вышеупомянутых проблем и удовлетворяет потребностям управления заводом, показана на фиг.22. Далее, что касается фиг. 22, резервуар для хранения воды разбрызгивающей башни безопасности 290 снабжается чистой свежей водой из соответствующего источника воды «W», такого как загородный источник воды (не показан). Резервуар разбрызгивающей башни безопасности снабжает всей необходимой водой заводские башни безопасности и фонтанчики (Eyebath) (не показаны), а также источники воды по первому трубопроводу 291 к фильтру и блоку резервуаров для хранения воды 294, установленному как часть отдельного водного резервуара 294 системы резка/гранулирование. Введенная в контур распределения воды вода проходит в и через фильтр и блок резервуаров для хранения воды 294. Отсюда отфильтрованная и охлажденная вода проходит через водораспределительный контур гранулятора под действием подходящего насоса 295, а затем проходит через расположенный ниже по потоку теплообменник 296 для охлаждения воды, пройдя через насос. Фильтр расположен в водораспределительном контуре гранулятора по потоку ниже насоса для удаления любой грязи и/или небольших частиц, которые могут быть захвачены им. Расположенная вниз по потоку станция введения химических добавок 299 является частью водораспределительного контура гранулятора, чтобы держать воду в водораспределительном контуре гранулятора в пределах регулированного роста микроорганизмов, жесткости воды, растворимости воды и контроля коррозионной активности, в соответствии с требованиями осуществляемого процесса, а также с учетом параметров местности и воды системы водоснабжения. Последней составляющей водораспределительного контура гранулятора является станция резки/гранулирования 300, действие которой описано ниже.

Расплавленный полимер из завода подается по линии подачи полимера 316 в экструзионную головку экструдера для полимера 317 на станции резки/гранулирования 300, из экструзионной головки выходят многочисленные нити расплавленного полимера 318 известным образом. Нити расплавленного полимера охлаждаются на станции резка/гранулирование 300 для грануляции и/или резки нитей расплавленного полимера холодной, фильтрованной водой, подаваемой по водораспределительному контуру гранулятора. После этого уже нагретая и «грязная» вода проходит в фильтр и резервуар для хранения воды, будучи охлажденной, с добавлением воды для компенсации воды, потерянной при испарении на станции резка/гранулирование, причем добавленная вода также используется для подачи в насос 303, введенная из резервуара для хранения воды разбрызгивающей башни безопасности. Вода, прошедшая в фильтр и блок резервуаров для хранения воды, протекает затем обратно через водораспределительный контур гранулятора, как описано выше по тексту, для повторного использования.

Отдельная водная линия 302 питается из водораспределительного контура гранулятора и протекает к нижнему насосу 303, используемому для прокачки воды в охладительную башню 304. Охладительная башня снабжена регулятором уровня 306, используемым для поддержания уровня воды в водосборнике 307, составляющем часть узла охладительной башни. Регулятор уровня 306 имеет минимальную настройку расхода, что обеспечит, что удовлетворительное количество воды всегда обеспечивается для минимально требуемого охлаждающего потока для насоса 303. Охладительная башня охлаждает воду, проходящую через нее, вода проходит из водосборника через контур подачи воды в охладительную башню 308.

Предполагаемые направления использования воды, проходящей через контур подачи воды в охладительную башню, включают любое желательное число пользователей холодной воды вниз по потоку 311, причем эти пользователи могут возвращать уже «отработанную» воду в контур подачи воды в охладительную башню. Любая вода, не использованная ниже по потоку, проходит обратно в и через охладительную башню для воды, клапан регулирования уровня 306, направляющий воду из водораспределительного контура гранулятора, как требуется в зависимости от добавления потерянной воды внутри водосборника 307.

Отработанная вода, проходящая обратно в контур подачи воды охладительной башни от пользователей ниже по потоку, проходит обратно в и через охладительную башню 304 и испаряется в ней. Испарение воды приводит таким образом к концентрированию твердых веществ и/или загрязнений внутри водного потока, проходящего по контуру подачи воды в охладительную башню, так что вода выходит из контура по линии отвода воды 312, по необходимости, в водный выходной коллектор с регулятором 314. Насос(ы) 310 создают силу, используемую для прохождения охлажденной воды по ним к любому или всем потребителям воды.

Вода, поступающая в резервуар для хранения башни безопасности 290, регулируется регулятором уровня воды 315, который поддерживает уровень воды внутри резервуара 290 на подходящем уровне. Избыток воды из резервуара для хранения воды башни безопасности проходит из него по линии воды 291 в фильтр и блок резервуаров для хранения воды 294 водораспределительного контура гранулятора 292, где воду распределяют, как описано выше. Вся вода, подаваемая в водораспределительный контур гранулятора 292 и водный контур охладительной башни 308, поступает из подходящего источника воды W (питьевая вода), как описано выше. Сюда входит вся вода, введенная в каждую систему для компенсации всех потерь воды у пользователей ниже по потоку 311, и испарения воды на станции резки/грануляции 300, а также в охладительной башне 304.

Соответственно, объединенная водораспределительная система завода по настоящему изобретению включает в первом варианте осуществления резервуар для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности, в канале сообщения с источником воды и наполняемый водой из него, первым водораспределительным контуром, соединенным в потоке с резервуаром для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности и снабжаемым водой из него, вторым водораспределительным контуром, соединенным в потоке с первым водораспределительным контуром, и регулирующим клапаном или клапанами для селективного отвода воды из первого водораспределительного контура для снабжения водой второго водораспределительного контура. Аспекты этой системы включают резервуар для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности, находящийся в соединении в потоке с отдельным разбрызгивателем системы безопасности и системы промывания глаз; трубопровод для воды, проходящий в закрытом соединении в потоке от резервуара для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности к первому водораспределительному контуру, причем первый водораспределительный контур снабжается водой из резервуара для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности, так как вода перетекает из него и проходит в первый водный контур.

Первый водораспределительный контур включает водный контур гранулятора, сконструированный и установленный для подачи воды на станцию гранулирования, используемую для гранулирования расплавленного пластического полимера; фильтр и резервуар для хранения воды; насос, сконструированный и установленный для закачивания воды из резервуара для хранения воды по первому водораспределительному контуру; теплообменник; фильтр и станцию для введения химических добавок. Теплообменник расположен по потоку вниз от насоса, фильтр расположен по потоку вниз от теплообменника, станция для введения химических добавок расположена по потоку вниз от фильтра, станция гранулирования расположена по потоку вниз от станции введения химических добавок, а фильтр и резервуар для хранения воды находятся по потоку вниз от станции гранулирования.

Дополнительные аспекты водораспределительной системы объединенного завода включают регулятор уровня воды в канале сообщения с фильтром и резервуаром для хранения воды и промежуточный регулировочный клапан в канале сообщения с каждым регулятором уровня воды и резервуаром для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности. Регулятор уровня воды сконструирован и установлен для селективного добавления подпиточной воды в фильтр и резервуар для хранения воды непосредственно из источника воды. Регулятор уровня воды также сконструирован и установлен для селективного регулирования подачи воды в резервуар для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности для поддержания уровня воды в нем на заранее заданной величине уровня воды.

Второй водораспределительный контур включает водный контур охладительной башни, который включает охладительную башню, насос, сконструированный и установленный для закачивания воды из охладительной башни по второму водораспределительному контуру, и, по меньшей мере, одного потребителя воды охладительной башни. Охладительная башня дополнительно включает водосборник, образованный как часть ее для сбора воды, проходящей через нее. Насос водного контура охладительной башни расположен по потоку вниз от водосборника и, по меньшей мере, один потребитель воды охладительной башни расположен по потоку вниз от насоса и по потоку вверх от охладительной башни. Второй водораспределительный контур дополнительно включает выпускную линию, соединенную в потоке с ним, и распределительный клапан в канале сообщения с выпускной линией для селективного прохождения воды из второго водораспределительного контура. Второй водопровод проходит в закрытом соединении в потоке от первого водораспределительного контура ко второму водораспределительному контуру для обеспечения воды в нем.

Один аспект средств для селективного отвода воды из первого водораспределительного контура во второй водораспределительный контур включает второй насос в канале сообщения со вторым водопроводом, предназначенным для отвода воды из первого водораспределительного контура во второй водораспределительный контур. Дополнительным аспектом средств для селективного отвода воды является регулятор уровня воды в канале сообщения с водосборником охладительной башни и промежуточный распределительный клапан в канале сообщения со вторым насосом и водосборником охладительной башни. Регулятор уровня воды для водосборника охладительной башни сконструирован и установлен для селективного добавления подпиточной воды в водосборник охладительной башни из второго водопровода, а также сконструирован и установлен для установления настройки минимального расхода воды, что обеспечит удовлетворительное количество воды для минимально требуемого расхода охлаждающей воды второго насоса.

Другим аспектом по настоящему изобретению является, таким образом, способ распределения воды объединенной заводской водораспределительной системы, аспекты способа включают подачу воды в резервуар для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности, прохождения воды из резервуара для хранения воды разбрызгивателя системы безопасности в первый водораспределительный контур и селективное прохождение воды из водораспределительного контура во второй водораспределительный контур. Способ отличается дополнительными аспектами селективного введения воды в первый водораспределительный контур непосредственно из источника воды; прохождение воды в первом водораспределительном контуре через станцию гранулирования расплавленного полимера; прохождение воды во втором водораспределительном контуре через водяную охладительную башню; селективное прохождение воды из второго водораспределительного контура по линии отвода воды в закрытом соединении в потоке со вторым контуром; селективное прохождение воды из первого водораспределительного контура в водосборник охладительной башни образующей часть второго водораспределительного контура.

Предпочтительный вариант осуществления объединенной вакуумной системы для использования в вышеописанном способе/технологическом заводе для непрерывного процесса производства, показан на фиг. 23. При использовании представленной вакуумной системы можно снизить число впрысков ЭГ, система охлажденной воды может быть минимизирована и даже исключена в некоторых случаях, а количество составляющих, необходимых для получения двух стадий вакуума в последнем реакторе поликонденсации, также минимально.

Как показано на фиг.17а-17b соответственно поликонденсация обычно имеет три стадии вакуума. Здесь уникальная конструкция по настоящему изобретению позволяет объединить последние две стадии вакуума, стадии вакуума среднего давления и низкого давления. Третья стадия вакуума не может быть объединена, потому что давление на этой стадии слишком высокое и не позволит парам ЭГ создать соответствующую разность давлений для работы. Установка вентиля на линии паров привела к проблемам закупоривания и не является надежным решением проблемы. Тем не менее, две стадии вакуума могут быть эффективно объединены.

Далее, что касается фиг.28, подходящий, иначе обычный, вакуумный насос 320 создает вакуум в промежуточном конденсаторе 321, используемом для конденсации таких составляющих, как ЭГ и другие конденсируемые вещества. Первая форсунка для паров ЭГ 322 установлена между распылительным конденсатором 324 и межкаскадным конденсатором, и эта форсунка для пара будет обычно давать степень сжатия в интервале между 6 и 8. Жидкость, выходящая из межкаскадного конденсатора, проходит в закрытый сосуд для жидкости 325, называемый также погружным сосудом. Выход из вакуумного насоса, а также жидкость, выходящая из распылительного конденсатора, также может проходить по этому закрытому сосуду или по любому другому типу желаемого сосуда. Жидкость из погружного сосуда закачивается затем через фильтр 326, холодильник 328 и либо (а) возвращается в межкаскадный конденсатор 321 или распылительный конденсатор 324, либо (b) выходит из этой системы по линии 331, например, в водную колонну (не показана). В зависимости от перерабатываемого продукта температура системы должна быть повышена или снижена для регулирования вакуума, а также для контроля отложения низкокипящих составляющих и составляющих с промежуточной температурой кипения, как известно.

Вакуумный насос объединенной вакуумной системы по настоящему изобретению создает вакуум на стадии вакуума среднего давления процесса поликонденсации или в зоне P2 и в верхней части или области распылительного конденсатора на линии 244, как схематически показано. Этот вакуум среднего давления/поток паров из верха конечного реактора поликонденсации соединен с распылительным конденсатором ниже форсунок для охлаждающей жидкости (не показано) внутри верхней зоны конденсатора. Как показано, вакуумное соединение, проходящее от распылительного конденсатора к первой форсунке для ЭГ, также находится наверху распылительного конденсатора, что позволяет парам процесса поликонденсации конденсироваться до попадания в форсунку для ЭГ. Это имеет желательный эффект увеличения производительности форсунки.

Стадия вакуума низкого давления процесса поликонденсации или зона Р3 конечного реактора поликонденсации соединена линией 245 со второй форсункой ЭГ 330 и проходит от этого места до низа или области распылительного конденсатора. Пары из второй форсунки ЭГ входят таким образом в распылительный конденсатор 324 в точке, находящейся ниже охлаждающих форсунок кубовой жидкости (не показаны). Это позволяет парам процесса поликонденсации из второй форсунки ЭГ и вакууму низкого давления процесса поликонденсации из нижней части конечного реактора конденсироваться без ухудшения или уменьшения вакуума в верхней части реактора поликонденсации.

Также, что касается фиг.23, объединенная вакуумная система по настоящему изобретению также включает необходимые составляющие для создания вакуума на стадии вакуума высокого давления процесса поликонденсации или в зоне Р1 с использованием вакуумного насоса 320. Соответственно, зона вакуума высокого давления переходит в конденсатор 335 по вакуумной линии 243. Пары со стадии высокого давления охлаждаются в конденсаторе 335 известным образом. Конденсат жидкость/жидкость, собранный внутри конденсатора, проходит во вторую закрытую емкость 336, соединенную в потоке с конденсатором.

Эта вторая закрытая емкость соединена в потоке с насосом 337, который перемещает конденсат жидкость/жидкость из нее и пропускает ее через нижний фильтр 339. После этого жидкость охлаждается внутри холодильника 340, находящегося в соединении в потоке с фильтром, и проходит обратно в конденсатор 335 для повторного использования или проходит к другим потребителям внутри завода, по желанию. Вакуумная линия 334 проходит от верха конденсатора 335 и находится в соединении с потоком с вакуумным насосом 320 через распределительный клапан 343.

Поэтому такая конструкция исключает один ряд форсунок для ЭГ, один распылительный конденсатор и систему закачивания и имеет только две форсунки для ЭГ, а не три на ряд. Располагая все шлюзовые затворы для зон вакуума среднего и низкого давления в тех же закрытых емкостях, удается уменьшить число закрытых емкостей менее чем наполовину. Например, двойная система будет иметь пять закрытых резервуаров, тогда как одна система будет обычно иметь три закрытых емкости. Эта конструкция исключает таким образом лишнее оборудование, инструменты, а также снижает потребление энергии, необходимой для работы системы большего вакуума.

Поэтому, как описано, объединенная вакуумная система по настоящему изобретению включает распылительный конденсатор в канале сообщения соответственно с каждой из зон вакуума среднего и низкого давления реактора поликонденсации, межкаскадный конденсатор в соединении в потоке с распылительным конденсатором и вакуумный насос в соединении в потоке с межкаскадным конденсатором. Дополнительный аспект системы включает закрытую емкость, соединенную в потоке с распылительным конденсатором, межкаскадным конденсатором и вакуумным насосом соответственно; и система распределения жидкости сконструирована и установлена для сбора, фильтрования, охлаждения и распределения жидкости из распылительного конденсатора и межкаскадного конденсатора соответственно в каждый распылительный конденсатор и межкаскадный конденсатор. Другие аспекты включают систему распределения жидкости, сконструированную и установленную для сбора жидкости из вакуумного насоса, система распределения жидкости состоит из единственной закрытой емкости, сконструированной и установленной для сбора жидкости из распылительного конденсатора и межкаскадного конденсатора соответственно; и распределительного клапана, соединенного в потоке с системой распределения жидкости и сконструированного и установленного для селективного прохождения охлажденной жидкости к другим потребителям ее, по желанию. Также другие аспекты системы включают подвижную среду из вакуумной зоны низкого давления, входящую в нижнюю часть распылительного конденсатора, и подвижную среду из вакуумной зоны среднего давления, входящую в ограниченную верхнюю часть распылительного конденсатора, второй распылительный конденсатор соединен в потоке с вакуумной зоной высокого давления реактора поликонденсации, второй распылительный конденсатор также соединен в потоке с вакуумным насосом; распределительный клапан расположен в промежутке и в соединении в потоке с каждым вторым распылительным конденсатором и вакуумным насосом; и вторая система распределения жидкости сконструирована и расположена для сбора, фильтрования, охлаждения и распределения жидкости, проходящей из второго распылительного конденсатора, по меньшей мере, во второй распылительный конденсатор.

Еще один аспект объединенной вакуумной системы по настоящему изобретению включает распылительный конденсатор в канале сообщения с каждой из вакуумных зон среднего и низкого давления соответственно, реактор поликонденсации, первую форсунку ЭГ, соединенную в потоке с распылительным конденсатором, межкаскадный конденсатор в канале сообщения с первой форсункой ЭГ, вакуумный насос в канале сообщения с межкаскадным конденсатором, и вторую форсунку ЭГ, соединенную в потоке с вакуумной зоной низкого давления и распылительным конденсатором соответственно. Дополнительный аспект настоящего варианта осуществления по настоящему изобретению включает подвижную среду из вакуумной зоны низкого давления, входящую в нижнюю часть распылительного конденсатора, и подвижную среду из вакуумной зоны среднего давления, входящую в закрытую верхнюю часть распылительного конденсатора, первую форсунку для ЭГ, проходящую из верхней части распылительного конденсатора; вторую форсунку ЭГ, соединенную в потоке с вакуумной зоной низкого давления и нижней частью распылительного конденсатора; и закрытую емкость, соединенную в потоке с распылительным конденсатором, межкаскадным конденсатором и вакуумным насосом соответственно, закрытая емкость сконструирована и установлена для сбора жидкости и жидкого конденсата в ней. Другие аспекты включают насос в соединении в потоке с закрытой емкостью для закачивания собранной жидкости из нее; фильтр в канале сообщения с насосом; холодильник в канале сообщения с фильтром, сконструированный и установленный для охлаждения жидкости, проходящей через него, холодильник соединен в потоке с распылительным конденсатором и межкаскадным конденсатором соответственно, и при этом жидкость, охлажденная в холодильнике, проходит в распылительный конденсатор и межкаскадный конденсатор соответственно; распределительный клапан соединен в потоке с холодильником и сконструирован и установлен для селективного прохождения охлажденной жидкости другим потребителям ее, по желанию; система сбора и охлаждения жидкости, сконструированная и установленная для сбора, фильтрования и охлаждения жидкости и жидкого конденсата из распылительного конденсатора, межкаскадного конденсатора и вакуумного насоса соответственно и для перераспределения охлажденной жидкости в распылительный конденсатор и межкаскадный конденсатор соответственно.

Способ сбора жидкости из конечного реактора поликонденсации включает поэтому прохождение подвижной среды, по меньшей мере, из вакуумной зоны среднего давления реактора поликонденсации и вакуумной зоны низкого давления реактора поликонденсации в один распылительный конденсатор, соединенный в закрытом потоке с каждой из зон вакуума среднего и низкого давления соответственно, и пропускание подвижной среды через межкаскадный конденсатор в канале сообщения с распылительным конденсатором, с вакуумным насосом, соединенным в потоке с межкаскадным конденсатором. Дополнительный аспект способа включает прохождение подвижной среды из вакуумной зоны низкого давления реактора поликонденсации в нижнюю часть распылительного конденсатора и прохождение подвижной среды вакуумной зоны среднего давления реактора поликонденсации в закрытую верхнюю часть распылительного конденсатора; прохождение подвижной среды из верхней части распылительного конденсатора в межкаскадный конденсатор; прохождение подвижной среды из верхней части распылительного конденсатора через первую форсунку ЭГ, соединенную в потоке с распылительным конденсатором и межкаскадным конденсатором; прохождение подвижной среды из вакуумной зоны низкого давления реактора поликонденсации через вторую форсунку ЭГ, соединенную в потоке с вакуумной зоной низкого давления реактора поликонденсации и распылительным конденсатором соответственно; сбор жидкости и жидкого конденсата из распылительного конденсатора и межкаскадного конденсатора в закрытую емкость, соединенную в потоке с каждым из числа распылительного конденсатора и межкаскадного конденсатора; фильтрование и охлаждение жидкости, собранной с закрытой емкости; и прохождение охлажденной жидкости обратно в распылительный конденсатор и межкаскадный конденсатор соответственно; селективное прохождение, по меньшей мере, части охлажденной жидкости, по меньшей мере, через один распределительный клапан в канале сообщения с ним для использования где-то в другом месте, по желанию; и прохождение подвижной среды из вакуумной зоны высокого давления во второй распылительный конденсатор, соединенный в закрытом потоке с вакуумным насосом.

Система абсорбера

В некоторых вариантах осуществления может оказаться желательным заменить ректификационные колонны адсорберами. Адсорберы могут использовать горячий инертный газ для десорбции. Инертным газом является любой газ, который не взаимодействует с реагентами в существующих условиях. При десорбции горячим газом образуются гликоли с очень низкой концентрацией воды, что улучшит сложноэфирный обмен или этерификацию. В одном аспекте по меньшей мере, одним реагентом является соединение диола, причем, по меньшей мере, часть соединения диола удаляется из процесса в виде паров, жидкости или в обеих формах - паров и жидкости, и подвергается воздействию системы абсорбции для селективного извлечения соединения диола.

Как показано на фиг. 19, подвижные среды из процесса подаются в первый адсорбер 182. Технологические подвижные среды, направляемые в первый адсорбер 182, обычно включают пары, жидкости или их смесь. Эта технологическая подвижная среда обычно образуется потоком паров, выходящим из процесса этерификации, и жидкости, выходящей из процесса поликонденсации и других потоков, таких как потоки прокачивающих насосов, прокачиваемых затворов, вакуумных насосов, испарителей, внутренних конденсаторов и т.п. Поток технологической подвижной среды проходит через второй адсорбер до тех пор, пока извлекаемая составляющая не пройдет через насадку. Все предыдущие технологические парообразные подвижные среды, выходящие из адсорбера, направляются в печь для сжигания СТП по линии 184. В этой точке слой оказывается насыщенным.

Использование адсорбции снижает количество колонн, оборудования, резервуаров, мешалок, насосов и т.п. и заменяет их в одном варианте осуществления несколькими простыми большими трубопроводами или резервуарами, компрессором и двумя теплообменниками. Адсорбция экономит энергию, поскольку не требуется дефлегмация типа ректификационной колонны, которая обычно имеет скорость орошения, равную скорости отвода продукта. Другое преимущество адсорбции перед перегонкой заключатся в том, что диол будет более чистым, что приводит к пониженному содержанию побочных соединений в продукте, таких как меньшее содержание ДЭГ и меньшее окрашивание. Кроме того, содержание побочного продукта снижено в реакторе сложноэфирного обмена или этерификации, такого как вода, в реакторе этерификации. Вода может иметь значительное влияние на реактор, и в результате реакторы этерификации могут быть меньше.

Технологические подвижные среды входят в адсорбционный слой 181 и выходят в потоке 190. Поток 190 имеет прибор постоянного мониторинга (такой как ИКФП (Инфракрасный анализ с Фурье-преобразованием), но одна длина волны будет выбрана подходящей экспериментально, а переключение может быть осуществлено таймером после проведения эксперимента, и мониторинг может быть проведен путем ручного отбора проб), который указывает, когда выделяемая составляющая выходит из адсорбционного слоя. Пока выходит желательная составляющая, все остальные составляющие направляются потоком 190 в поток 184. Поток 184 проходит в устройство термического разрушения, такое как печь для сжигания теплоносителя, термический окислитель, каталитический окислитель и т.п. Как только слой 181 загружен и желательная составляющая представляет поток 190, технологические подвижные среды поступают в следующий адсорбционный слой.

Чтобы использовать тот же чертеж, слой 181 теперь показан как частично загруженный слой, который загружается потоком 189 из реакторов. Слой 182 представляет собой полностью загруженный слой, описанный в предшествующем параграфе. Слой 183 представляет собой полностью десорбированный слой. Слой 181 загружается, как описано в первом параграфе. Слой 182 содержит горячий поток инертного газа, такого как азот, диоксид углерода, аргон и т.п., поступающего в него с потоком 191, выходящего из теплообменника 188, который нагревает поток. Может быть использован любой источник тепла, такой как пар, электричество, горячий газ или пары, горячие жидкости, такие как теплоноситель, и т.п. Тепло может быть также получено в результате обмена между потоками из конденсатора 187, 191, 192, 193 и потоком 199. Могут быть использованы обычные воздушные теплообменники, а также твердофазные теплообменники. Источником движущей силы для потока инертного газа может быть компрессор или нагнетатель 186, хотя может быть использовано и эдукторное устройство с инертным подпиточным потоком 197. Давление на входе составляющей 186 поддерживается добавлением инертного 197 и рециклированного 195 потоков.

Горячий инертный газ, входящий в слой 182, десорбирует составляющие из слоя. В альтернативном варианте может быть использован пар или другой горячий конденсируемый пар, но это ухудшает чистоту выходящего потока, а также требует дополнительного сепарационного оборудования для потока. Специалисты будут регулировать расход и температуру потока 191 для точной десорбции слоя 182, выделяющего десорбированные составляющие высокой чистоты дискретными импульсами. Эти импульсы в потоке 192 контролируются устройством, аналогичным устройству в потоке 190. Когда нежелательная составляющая удаляется из слоя 182 в поток 192, включаются 3-ходовой вентиль или многочисленные 2-ходовые вентили, поток 192 направляется по потоку 198 в термическое окислительное устройство по потоку 184. В альтернативном варианте поток 192 может проходить через не охлажденный конденсатор 185 и поступить в поток 184 для термического окисления. Когда желательная составляющая удалена из слоя 182 в поток 192, вентили включаются, и поток 192 поступает в поток 199 и в конденсатор 185. Конденсатор 185 может охлаждаться воздухом, охлажденной водой, охлажденным газом, глубоким охлаждением или другими соответствующими средствами. Охлажденный поток 199 достигнет температуры ниже температуры насыщения, и желательная составляющая будет конденсироваться из потока в виде жидкости. Жидкость в потоке 187 направляется в соответствующий резервуар для хранения этого продукта. Как только поток 192 будет содержать нежелательную составляющую вновь, вентили опять откроются, так что поток 192 поступит в устройство термического окисления. Этот процесс включения между желательным и нежелательным составляющими продолжается до тех пор, пока слой 182 не станет полностью десорбированным. Затем слой 182 становится резервным.

Газ из конденсатора 185 в потоке 193 будет содержать желательную составляющую, подлежащую извлечению, но находится при температуре ниже температуры насыщения конденсатора 185. Поэтому поток 193 направляется в полностью десорбированный слой 183. Слой 183 поглощает желательные составляющие, очищая поток 193. Поток 193 выходит из слоя 183 в виде потока 194. Поток 194 направляется обратно в нагнетатель или компрессор 186 как поток 195. Поток 197 входит подпиточный инертный газ, чтобы поддержать постоянным давление на входе в компрессор 186.

Как только слой 181 насыщается, а слой 182 был предварительно десорбирован, слой начинает цикл. Слой 181 занимает место слоя 182 в цикле. Слой 182 занимает место слоя 183. Слой 183 занимает место слоя 181. В течение второй фазы слой 181 будет десорбироваться, а слой 182 захватит желательные составляющие из конденсатора 185. Слой 183 будет насыщаться парами из реактора. Как только слой 181 десорбируется, а слой 183 насыщается, следующая фаза начнется снова.

Дополнительные улучшения могут оказаться необходимыми в расчете на размеры системы и производимые продукты. Могут потребоваться многочисленные адсорбционные слои для каждой функции, а также многочисленные холодильники, компрессоры, нагреватели и теплообменники. Поток 189 из реакторов может быть охлажден перед поступлением в слой 181 для улучшения адсорбционной способности слоя.

Исключение зубчатых насосов

Большинство заводов по производству сложных полиэфиров имеют зубчатые насосы между реактором форполимера и реактором вызревания. Насос перекрывает перепад давления между двумя реакторами, поскольку перепад давления недостаточно велик для обеспечения требуемого расхода. Насос также используется как измерительное устройство для создания равномерного потока в реактор вызревания, обеспечивающего стабильную работу. Некоторые процессы сконструированы с реактором форполимера на большей высоте, чем реактор вызревания, чтобы обеспечить необходимый перепад давления. Эти заводы отказываются от равномерного потока в реактор вызревания.

Система трубчатого реактора не требует насоса в системе поликонденсации, поскольку конструкция трубопровода по сути обеспечивает требуемое давление для движения материала в следующую секцию завода. Кроме того, трубчатый реактор не имеет систем регулирования уровня или давления для обеспечения ликвидации скачков в системе, которые компенсируются зубчатым насосом. Трубчатый реактор ослабляет возмущения на входе. Поскольку трубчатая система обеспечивает равномерный поток без дополнительного ослабления и давление на выходе, необходимое для создания потока между секциями реактора, она не требует зубчатого насоса в секции поликонденсации.

Объединенный трубчатый реактор этерификации и трубчатый реактор поликонденсации

Отдельные главы, рассмотренные выше, касающиеся процессов и аппаратов для этерификации и поликонденсации, применимы и могут быть использованы в комбинации и модифицируют цитированные выше варианты осуществления.

Как показано на фиг. 6, 17А и 17В, две основные стадии в трубчатом реакторе по настоящему изобретению могут быть объединены в совмещенный модуль. Фиг. 17А показывает один вариант осуществления по настоящему изобретению. Реактор этерификации и реактор поликонденсации оба представляют собой трубчатые реакторы. Реакционно-способный материал хранится и подается из резервуара 221. В предпочтительном варианте он представляет собой твердую ПТК, подаваемую непосредственно на линию рециркуляции 224. Реакционный материал проходит в устройство для взвешивания твердых материалов 222 из резервуара 221, который стоит на датчике массы 223. Твердая ПТК входит на линию рециркуляции 224, где она смешивается с реакционно-способным мономером из реактора этерификации 227, который рециркулирует по линии 230. Смесь входит в теплообменник 226, где происходит ее нагрев. Затем смесь поступает в трубчатый реактор 227. Часть реакционной смеси рециркулирует обратно по линии 230 во входящий поток насоса 225. Дополнительные жидкие добавки, такие как реагенты, могут подаваться по линии 240 предпочтительно во входящий поток насоса 225. Выходящий поток из насоса 225 поступает через редукционное устройство 246 для облегчения входа твердого сырья РТК из резервуара 221. Реактор этерификации может вентилироваться по линиям 231 и 232. Пары предпочтительно направляют на очистку. Фиг. 17А отличается от фиг. 17В наличием дополнительной линии отвода газов 229. Линия отвода газов 229 в одном аспекте расположена прямо перед рециклированным тройником, как показано на фиг.17В, в некоторых аспектах, для удаления воды из процесса. Остальная часть реакционной смеси течет через дополнительный трубчатый реактор процесса этерификации 228. Выходящий поток из процесса этерификации затем необязательно смешивается с дополнительными жидкими добавками на 234, направляется через теплообменник 233 и затем поступает в реакторы поликонденсации 235, 236 и 237. Выходящий поток или завершенный сложный полиэфир или полимер поступает в зубчатый насос 238 и выходит из системы по 239. Давление, особенно величина вакуума, в процессах получения ПЭТ и ПЭТГ может регулироваться путем отвода или вакуумными коллекторами 243, 244 и 245. Отвод или вакуумные коллекторы 243-245 могут питать окислители, такие как печь для сжигания СТП, муфель или термический окислитель. Перепад давлений между секциями или зонами этерификации (E2/E2) и секциями или зонами поликонденсации (Р1/Р2/Р3) могут регулироваться с использованием устройства, работающего по принципу перепада давлений, такого как шлюзовый затвор 247, и давление между каждой из стадий поликонденсации 235, 236 и 237 может регулироваться с использованием устройства перепада давлений, такого как шлюзовый затвор на каждой линии 241 и 242. В альтернативном варианте осуществления вместо рециклированного входящего потока, выходящего из процесса этерификации, входящий рециклированный поток может быть направлен из процесса поликонденсации, например, как боковой отводной поток от выходящего потока 239 (не показан на фигуре). Это может повысить однородность жидкого полимера.

Специалист в данной области также оценит, что реакторы по настоящему изобретению могут быть использованы для строительства новых заводов, а также для модернизации существующих заводов или увеличения их мощности. Трубчатый реактор может быть использован для замены или может быть вмонтирован внутри секции или многочисленных секций существующего завода, что вызывает ограничения технического характера или по производительности. В одном аспекте этерификация, поликонденсация или оба аппарата трубчатых реакторов сконструированы и расположены так, чтобы находиться в соединении в потоке с обычным реактором для получения мономера сложного полиэфира или полимера. Например, фиг.5 показывает возможные конфигурации, где второй реактор этерификации 212 не имеет достаточного объема для питания реактора поликонденсации 213 на всю его мощность. В этом случае трубчатый реактор 214 может быть добавлен между первым и вторым реакторами этерификации (211 и 212 соответственно). Если требуется дополнительное время нахождения в первом реакторе поликонденсации 213, трубчатый реактор 215 может быть установлен над верхом первого реактора поликонденсации. Аналогично этому трубопровод с рубашкой может быть добавлен, чтобы увеличить площадь поверхности разделения для снижения захвата жидкости. Пары, удаленные из системы, выходят по линиям 216 и 217. Дополнительный трубопровод может быть добавлен для увеличения площади теплопереноса. Такие модификации трубопровода могут быть сделаны на работающем заводе (трубопровод может быть даже проложен по наружным стенам, чтобы иметь достаточно площадей для установки), за исключением двух врезок на концах. Затем в течение короткого останова могут быть сделаны врезки для эффективного добавления мощности или повышения производительности. Эти вставки трубчатого реактора могут располагаться последовательно или параллельно существующим мощностям CSTR или обычным реакторам другого типа. Когда вставка трубчатого реактора параллельна традиционному реактору, каждый из соответствующих трубчатых реакторов и традиционный реактор могут работать отдельно, так что либо только один из реакторов работает в одно время, либо оба реактора могут работать одновременно.

В альтернативном варианте вставка трубчатого реактора может заменить существующий реактор(ы). В одном варианте осуществления представлена система производства сложного полиэфира, включающая трубчатый реактор по настоящему изобретению, добавленный к обычному процессу получения сложного полиэфира, включающему обычный реактор получения сложного полиэфира, причем обычный реактор выведен из производственной системы. В другом аспекте представлен способ добавления трубчатого реактора к традиционному процессу получения сложного полиэфира, включающий (а) добавление трубчатого реактора по настоящему изобретению к традиционному процессу получения сложного полиэфира, включающему обычный реактор получения сложного полиэфира, и (b) отключение обычного реактора из процесса.

Как использовано в настоящем тексте, отключение в отношении обычного процесса относится к предотвращению протекания подвижной среды по схеме традиционного способа, например, путем установки вентиля вверх по потоку от входа и вниз по потоку от выхода из обычного реактора и перекрытием вентилей на линии традиционного процесса или отсоединением входа и выхода обычного реактора от технологической системы.

В описанных в настоящем описании процессах и аппаратах может быть более чем одна стадия или зона этерификации и/или больше чем одна стадия или зона поликонденсации. Эти многочисленные реакторы могут быть размещены последовательно или параллельно.

В предшествующих главах описаны параметры конструирования систем трубчатого реактора по настоящему изобретению. Для больших заводов не может быть возможным приобретение труб достаточно большого диаметра для строительства реактора и обеспечения удовлетворения этих требований. Для таких заводов можно организовать работу многочисленных трубчатых реакторов в параллели. Многочисленные параллельные трубчатые реакторы могут быть установлены и объединены в различных местах внутри или между зонами. Чтобы свести к минимуму затраты, исходная стартовая секция реактора может быть смешана перед расщеплением. Это позволит исключить закупку дополнительных систем питания. Линии паров все могут подходить к одной вакуумной линии. Реакторы поликонденсации могут разделять тот же вакуум и системы конденсации. Таким образом, единственным дополнительным оборудованием, требующим затрат, является требуемый дополнительный трубопровод.

В другом варианте осуществления один единственный трубчатый реактор производит полимер на основе сложного полиэфира из исходных формономерных реагентов. В этом трубчатом реакторе реагенты для получения мономера подаются в один конец, а продукт на основе сложноэфирного полимера выходит на другом конце. Это особенно применимо для процессов получения сложных полиэфиров, которые не имеют отдельных стадий этерификации и поликонденсации. В этом варианте осуществления вышеуказанные аспекты в отношении отдельных реакторов этерификации и поликонденсации и способов применимы к этому единственному процессу в трубчатом реакторе, такие как использование затвора, отвод паров и разделение жидкости, геометрическая ориентация трубчатого реактора и т.п.

Соответственно, в одном аспекте трубчатый реактор разделяется на некоторое количество по существу параллельных трубопроводов, проходящих между входом и выходом его, и при этом реагент, протекающий по трубчатому реактору, проходит через один из множества трубопроводов, протекая через реактор. В одном аспекте устанавливают, по меньшей мере, два отдельных трубчатых реактора этерификации, каждый из которых образует тот же или другой мономер сложного полиэфира и в котором подвижная среда мономера сложного полиэфира, выходящая из соответствующего трубчатого реактора этерификации, направляется в первый конец трубчатого реактора поликонденсации, в другом аспекте устанавливаются, по меньшей мере, два отдельных трубчатых реактора поликонденсации, каждый из которых образует тот же или другой полимер на основе сложного полиэфира и в которых каждая подвижная среда мономера сложного полиэфира, выходящая из соответствующего трубчатого реактора этерификации, направляется в первый конец, по меньшей мере, одного соответствующего трубчатого реактора поликонденсации. В другом аспекте трубчатый реактор этерификации включает некоторое количество реакторов этерификации, расположенных параллельно друг другу с одним общим входом. В другом аспекте трубчатый реактор поликонденсации включает некоторое количество реакторов поликонденсации, расположенных параллельно друг другу, с общим первым концом. В этом варианте осуществления может быть добавлен со-реагент, по меньшей мере, в один из множества реакторов поликонденсации, но не во все реакторы поликонденсации с образованием, по меньшей мере, двух различных продуктов на основе сложного полиэфира.

Некоторые ожидаемые преимущества по настоящему изобретению

Одним преимуществом по настоящему изобретению является то, что конструкция позволяет построить реактор на площадях, которые имеют сложности. Трубопровод может быть возведен вокруг колонн, столбов, других труб, других реакторов, ректификационных колонн и т.п.

Кроме того, многие варианты осуществления по настоящему изобретению не требуют давления или регулирования уровня жидкостей. Давление в нижней части реактора этерификации или теплообменника регулируется потерями давления вследствие трения, статическим давлением жидкого содержимого реактора и обратным давлением на линиях паров, выходящих из реактора. Поскольку целью является снижение давления в реакторе по заранее заданным профилям, реакционный трубопровод так смонтирован, чтобы обеспечить этот профиль. Это исключает необходимость регулирования давления клапанами. Но возможно регулировать давление отгонки или выброса паров и добавить эту разность давлений в целый реактор этерификации или сложноэфирного обмена.

Почти каждый аспект обычного полимеризационного ряда значительно упрощается при использовании трубчатого реактора по настоящему изобретению. Инструментальная база, вентили и требуемые регулировочные контуры значительно уменьшаются, а насосы, мешалки для реагентов, шнеки реакторов и сопутствующие системы герметизации исключаются. За исключением насосов, если использовать рециклирование, то системы трубчатого реактора по настоящему изобретению содержат мало или не содержат совсем подвижных деталей. Уменьшение числа и удаление этих составляющих из технологической схемы завода значительно уменьшает количество компьютерного парка и автоматизированных систем управления, снижает капитальные вложения, эксплуатационные расходы и потребление мощности. Трубчатый реактор может быть сварным, без стыков, что снижает выбросы из реактора и попадание воздуха в реактор, улучшая тем самым качество продукта. Существенное снижение числа единиц оборудования и систем автоматизированного контроля также приводит к снижению эксплуатационных расходов.

Трубчатые реакторы по настоящему изобретению могут быть сконструированы и установлены за меньшее время, чем емкостные реакторы. Трубопровод может быть закуплен у производителя или смонтирован на месте из заготовок. Размеры трубчатого реактора могут быть выбраны так, чтобы обеспечить возможность транспортировки секций реактора стандартными траками, контейнерами для перевозки, грузовиками и т.п. без получения дорогостоящего разрешения на транспортировку сверхбольших и сверхтяжелых грузов. Изготовление заготовок обеспечивает модульную конструкцию завода, где трубопровод может быть собран, испытан под давлением и установлен быстро, в сокращенные сроки сборки за меньшую стоимость.

Объем жидкости, требуемой для конструкции трубчатого реактора для производства сложного полиэфира по настоящему изобретению, по существу меньше, чем для обычного способа получения сложных полиэфиров. Кроме того, количество образующихся конкретных побочных продуктов может быть существенно снижено за счет использования конструкции трубчатого реактора по настоящему изобретению. В одном аспекте по настоящему изобретению, где образуется ПЭТ, настоящее изобретение может достичь уровня примесей ДЭГ в конечном продукте менее 1,2% мас., в другом аспекте менее чем или равное 1,0% мас., в другом аспекте 0,74-1,0% мас. Это отличается от типичного обычного процесса получения ПЭТ, в котором типичный интервал примесей ДЭГ составляет от 1,2% мас. до 20% мас. По существу, это сниженное содержание примеси ДЭГ в конечном продукте может быть достигнуто одновременно с существенным снижением объема жидкости, достигаемым при использовании конструкции трубчатого реактора для производства сложных полиэфиров по настоящему изобретению.

Примеры

Следующие примеры представлены, чтобы дать специалистам в данной области знание полного существа и описание того, как соединения, композиции, изделия, устройства и/или способы, заявленные в данной заявке, могут быть получены и оценены, и предназначены только как пояснительные к данному изобретению и не предназначены ограничить объем того, что заявители считают своим изобретением. Предприняты усилия обеспечить точность всех числовых данных (например, количества, температуры и т.п.), но должны быть учтены некоторые ошибки и отклонения. Если не указано иначе, части являются частями по массе, температура дана в °С или комнатная температура, а давление равно или близко атмосферному.

ASPEN моделирование использовано для получения представленных ниже данных. Там, где в примерах дается указание на ASPEN, это ASPEN 10/2, сервисный пач 1, с Polymers Plus, и Технология ПЭТ ASPEN, за исключением указанного ниже. Реактор этерификации смоделирован как серия моделей реактора CSTR с последующей моделью потока вытеснения.

Пример 1

Используя моделирование ASPEN, были рассчитаны примеры длин труб и площади теплообмена для системы трубчатого реактора для каждого ПЭТ и ПЭТГ. Результаты представлены ниже в таблице 1.

Таблица 1 ЭтерификацияПоликонденсацияДиаметр трубыВ14121416Длина трубы ПЭТ заводафут733 1775 Стадия 11905 Стадия 2Площадь теплообмена на ПЭТ заводефут²2200 2000 Длина труб на ПЭТГ заводефут7975
Стадия 1255 Стадия 2680
Стадия 3Площадь теплообмена на ПЭТГ заводефут²2200 1900

Пример 2

Объем жидкости, требуемой для конструкции трубчатого реактора получения сложного полиэфира, значительно меньше, чем в обычном процессе получения сложного полиэфира. Например, моделирование ASPEN проведено для сравнения завода по производству бутылок из ПЭТ мощностью 300 миллионов фунтов в год. Результаты представлены ниже в таблице 2.

Таблица 2ЭтерификацияСтандартный завод100 м³Трубчатый реактор8,4 м³% снижения92% м³ПоликонденсацияСтандартный завод35,6 м³Трубчатый реактор14,2 м³% снижения60%Всего по заводуСтандартный завод135,6 м³Трубчатый реактор22,6 м³% снижения83%

Примеры 3-7

Различные модели ASPEN были проверены для определения рабочих условий и результатов по эксплуатации для различных сложных полиэфиров по настоящему изобретению. Моделирование было основано на аппаратах по настоящему изобретению, показанных на фиг. 17а или 17b, как отмечено ниже в таблице. Характеристическую вязкость (I.V.) измеряли растворением 0,25 г полимера в 50 мл растворителя, который состоял из 60% фенола и 40% 1,1,2,2-тетрахлорэтана по массе. Измерения проводили при 25°С либо на дифференциальном вискозиметре Viscotek, либо на модифицированном дифференциальном вискозиметре по методу ASTM D 5225, «Стандартный метод испытаний по определению вязкости растворов полимеров на различных вискозиметрах» (Standard Test method for making Solution Viscosity of Polymers with a Different Viscometer). Результаты для примеров 3-7 представлены ниже в таблицах 3-7 соответственно.

При сравнении таблиц 3-5 можно наблюдать следующее. При отсутствии разделения паров в процессе (данные таблицы 3) побочный продукт ДЭГ в количестве 0,78% мас., по сравнению с данными таблицы 5, где было осуществлено разделение в секции реакции этерификации и образовался в качестве побочного продукт ДЭГ в количестве 0,94% мас. Однако при разделении паров в системе этерификации объем жидкости снижается от 16,2 м³ до 8,4 м³ (сравните таблицу 5 с таблицей 3). Удаление воды в процесс этерификации, как показано в таблице 5, сдвигает реакцию в сторону образования мономера, но также сдвигает реакцию в сторону образования дополнительного ДЭГ. Однако объем жидкости в реакторе резко снижается. В этом случае, для ПЭТ, объемное снижение перекрывает повышение скорости образования ДЭГ и обеспечивает конечный продукт с несколько большим содержанием ДЭГ, но с объемом жидкости в реакторе, сниженном почти на 50%. Можно предположить, что это приведет к существенному сокращению капитальных вложений и эксплуатационных расходов для производства ПЭТ.

Кроме того, обе таблицы 3 и 5 показывают, что содержание побочного продукта ДЭГ 0,78% мас. и 0,94% мас. соответственно ниже, чем содержание, обычно определяемое при использовании традиционного процесса в CSTR, которое составляет от 1,2 до 2,0% мас.

Кроме того, как отмечено в таблицах 3-6, реакторы работают более горячими, чем обычные CSTR реакторы. В одном варианте осуществления, представленном в таблицах 3-6, реакторы работали при 296°С, по сравнению с традиционными CSTR реакторами, которые обычно работают примерно при 262°С. Неожиданно оказалось, что трубчатые реакторы могут работать более горячими, чем CSTR, без отрицательных побочных эффектов от увеличения образования ДЭГ, как показано данными по конечному продукту в таблицах 3-6. Теоретически можно предположить, что это обусловлено более низким временем пребывания в трубчатом реакторе по сравнению с CSTR реактором. Более высокая температура реакции также ускоряет процесс, обеспечивая повышенное испарение воды в и вне процесса.

Пример 8. Лабораторное сравнение моделей

Лабораторный реактор

Лабораторный трубчатый реактор этерификации был построен, чтобы показать такой процесс этерификации ПЭТ и ЭГ в лабораторных условиях. Лабораторная установка состояла из трубчатого реактора, выполненного из труб калибра 0,5" 18 BWG из нержавеющей стали общей длиной 664,75 дюймов, с электрообогревом, снабженного приемником объемом 1200 мл с мешалкой для сбора выходящего из трубчатого реактора продукта и действующего как зона разделения, обеспечивающая удаление паров, рециклирование газообразного мономера зубчатым насосом, который закачивает жидкий олигомер из приемника обратно в вход трубчатого реактора, и питающей системы для пасты ПТК/ЭГ, которая вводит исходные материалы в рециклированный контур. Реактор начинает работать после загрузки модифицированного ЦГДМ (2,5% мас.) олигомера на основе ПТК приблизительно с 96%-й конверсией в приемник (С-01) и заполнения трубчатого реактора олигомеров в режиме рециркуляции. После рециркуляции олигомера при температуре питающая паста ПТК/ЭГ вводится в рециклированный поток. После достижения в реакторе стабильного режима отбираются образцы из приемника С-01 со скоростью, равной скорости образования продукта.

Эти образцы анализируют затем для определения методом протонного ЯМР процента конверсии и определения глубины реакции, которая происходит в трубчатом реакторе. Процент конверсии в расчете на сложные эфиры определяли методом протонного ЯМР с использованием ангидрида трифторуксусной кислоты.

Образец для анализа массой десять мг растворяют в 1 мл смеси растворителей хлороформ-d с 0,05% тетраметилсилана (ТМС)/трифторуксусная кислота-d/трифторуксусный ангидрид в объемном отношении 72/22/8. Смесь нагревают до 50°С и перемешивают для полного растворения анализируемого образца.

Соответствующее количество раствора образца переносят в 5 мм пробирку ЯМР и пробирку закрывают. Сигнал протонного ЯМР записывают как среднее из 64 сигналов. Сигнал ЯМР с использованием ЯМР 600 МГц и последовательность импульсов ЯМР суммируют, что дает количественные сигналы протонного ЯМР, а также раздваивают частоты углерода 13 ЯМР. Спектр ЯМР анализируют, измеряя точные площади и рассчитывая процент конверсии кислотных групп в сложноэфирные группы по площадям, как показано ниже.

Измеряют площади между следующими точками химических сдвигов в соотношении к ТМС и рассчитывают процент конверсии по формуле.

Площадь А=7,92 м.д. к 8,47 м.д.

Площадь В=5,01 м.д. к плато между 4,82 и 4,77 м.д.

Площадь С=4,82 м.д. к плато между 4,74 и 4,69 м.д.

Площадь D=А плато между 4,28 м.д. и 4,18 м.д. к плато между 4,10 и 4,16 м.д.

Площадь Е=А плато между 4,10 м.д. и 4,16 м.д. к плато между 4,0 и 4,08 м.д.

Площадь F=8,6 м.д. к 8,9 м.д.

Площадь G=7,55 м.д. к 7,8 м.д.

Процент конверсии=100^*(В+(0,5^*С)+D+(0,5^*Е))/(А+F+G)

Образцы также анализируют методом газовой хроматографии на присутствие ДЭГ в процентах по массе для определения скорости побочных реакций. Влияние времени нахождения в установке и отношение рециркуляции видно при изменении скорости подачи пасты сырья.

Результаты лабораторных испытаний можно видеть ниже в таблице 8.

Таблица 8 ТемпДавление Скорость рециркуляцииСкорость подачи пасты сырьяМолярное отношение составляющих сырья (ЭГ/ПТК)Измеренный % конверсииИзмеренный мас.% ДЭГЭксперимент(°С)(фунт/кв.дюйм)(фунт/ч)(фунт/ч)128506711,894,21,1228506711,893,71,1328506711,892,51,442850671,51,892,71,0528506721,890,90,662850672,51,887,20,7728506731,864,20,282850673,51,867,10,6928506741,851,90,3102850673,51,877,40,3

Модельное сравнение

Модель ASPEN использована для моделирования лабораторного оборудования, описанного выше в этом примере. В этом случае были использованы ASPEN 11.1 с Polymers Plus и технология ПЭТ ASPEN для моделирования конфигурации, аналогичной той, что описана в примерах 1-7. Ни конфигурация модели, ни компьютерная программа не отличались существенно от тех, что использованы в примерах 1-7. Чтобы правильно смоделировать растворение ПТК в олигомере в различных условиях в лаборатории, иногда необходимо было интенсифицировать кинетику растворения для модели. В таблице 9 показаны три сравнения лабораторных испытаний на модели без включения кинетики растворения; установлено, что эта модель достаточно точна, когда экспериментальные условия приводят к полному растворению ПТК, как в этих испытаниях. Таблица 9 также показывает два примера сравнения лабораторных испытаний с моделью, включающую кинетики растворения; эта модель, включающая кинетики растворения, близко совпадает с измеренными величинами конверсии, когда свободная ПТК содержится в конце лабораторного трубчатого реактора, как в этих испытаниях. В этом контексте конверсия определяется как процент реакционно-способных (кислотных, если используется ПТК, как здесь) концевых групп в жидкой фазе, которые этерифицированы согласно измерениям на выходе из реактора.

Таблица 9
Полностью растворенная ПТК - Кинетика растворения в модели отсутствуетПодача пасты (г/мин)Циркуляция мономера (г/мин)Темп, (°С)Молярное отношение пасты (ЭГ/ПТК)Процент по массе непрореагировавшей ПТКПрогноз по модели (% конверсии)Измеренный (% конверсии)8507263,21,80,0097,05395,1708507253,91,80,0096,64593,75015507265,51,80,0096,26991,630

ПТК не полностью растворена/Кинетика растворения в модели

Везде по тексту заявки даны ссылки на различные публикации. Существо этих публикаций во всей полноте включено в описание в качестве ссылок для того, чтобы полнее описать уровень техники, к которой относится изобретение.

Специалисты поймут, что в этом изобретении могут быть сделаны различные модификации и изменения без отклонения от объема притязаний или существа изобретения. Другие варианты осуществления изобретения будут понятны специалистам в данной области при рассмотрении описания и практического осуществления изобретения, раскрытого в нем. Предполагается, что описание и примеры должны рассматриваться только как пояснительные, а истинный объем притязаний и существо изобретения определяются следующей формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способу получения сложного полиэфира с использованием трубчатого реактора этерификации как на новых, так и существующих (реконструированных) заводах. Описывается способ получения сложного полиэфира с использованием трубчатого реактора. Способ включает этерификацию жидкого реагента в трубчатом реакторе с получением и последующим инициированием жидкой реакционной смеси и побочного газообразного продукта через часть трубчатого реактора с добавлением олигомера. Предложенное изобретение обеспечивает получение сложноэфирного продукта с конверсией от 51,9% до 94,2%. 18 з.п. ф-лы, 35 ил., 9 табл.

Формула

1. Способ этерификации, включающий:

(a) этерификацию жидкого реагента в трубчатом реакторе с получением, таким образом, побочного газообразного продукта реакции и жидкой реакционной смеси, содержащей сложноэфирный продукт реакции указанной этерификации, где указанный сложноэфирный продукт реакции имеет степень конверсии в интервале от 51,9 до 94,2%;

(b) инициирование потока указанной жидкой реакционной смеси и указанного побочного газообразного продукта через, по меньшей мере, часть указанного трубчатого реактора в режиме течения, выбранном из группы, включающей расслоенный поток, волновое течение, пробковое течение, поток идеального вытеснения, пузырьковое течение, пенистый поток и их комбинации; и

дополнительно включающий введение в указанный трубчатый реактор олигомера, имеющего степень конверсии приблизительно 96%.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий введение дикислоты и диола в указанный трубчатый реактор при молярном соотношении диол:дикислота примерно 1,8.

3. Способ по п.2, в котором указанную дикислоту и указанный диол вводят в указанный трубчатый реактор в форме пасты.

4. Способ по п.1, в котором указанной дикислотой является терефталевая кислота (ТФК), а указанным диолом является этиленгликоль (ЭГ).

5. Способ по п.1, в котором указанный олигомер включает очищенную терефталевую кислоту.

6. Способ по п.1, в котором указанный олигомер включает 1,4-циглогександиметанол (ЦГДМ).

7. Способ по п.1, в котором указанным олигомером является очищенная терефталевая кислота, модифицированная примерно 2,5 мас.% 1,4-циклогександиметанолом (ЦГДМ).

8. Способ по п.1, дополнительно включающий введение дикислоты в указанный трубчатый реактор, где, по меньшей мере, часть указанной дикислоты находится в форме твердых частиц, где указанный олигомер помогает растворить указанные твердые частицы указанной дикислоты.

9. Способ по п.1, в котором указанный режим потока выбран из группы, включающей пузырьковое течение, пенистый поток, расслоенный поток и их комбинации.

10. Способ по п.1, в котором указанный режим потока представляет собой расслоенный поток.

11. Способ по п.1, дополнительно включающий отделение, по меньшей мере, части указанного побочного газообразного продукта реакции от указанной жидкой реакционной смеси.

12. Способ по п.11, в котором указанное отделение включает снижение скорости потока указанного побочного газообразного продукта реакции и указанной жидкой реакционной смеси.

13. Способ по п.11, в котором указанное отделение включает образование указанным побочным газообразным продуктом реакции и указанной жидкой реакционной смесью режима расслоенного потока.

14. Способ по п.11, дополнительно включающий удаление отделенного побочного газообразного продукта реакции из указанного трубчатого реактора.

15. Способ по п.1, дополнительно включающий пропускание указанной жидкой реакционной смеси и указанного побочного газообразного продукта реакции вверх через трубчатый реактор.

16. Способ по п.1, в котором указанный трубчатый реактор включает, по существу, горизонтальную, по существу, линейную секцию.

17. Способ по п.16, в котором указанный режим потока возникает в указанной, по существу, горизонтальной, по существу, линейной секции.

18. Способ по п.1, в котором указанный трубчатый реактор включает некоторое количество, по существу, горизонтальных, по существу, линейных секций, где, по меньшей мере, некоторые из указанных, по существу, горизонтальных, по существу, линейных секций отстоят по вертикали друг от друга.

19. Способ по п.1, в котором указанный трубчатый реактор имеет, в основном, змеевидную форму.