Данное изобретение относится в целом к сложнополиэфирным способам и устройствам, в которых способ этерификации, способ поликонденсации или способ как этерификации, так и поликонденсации осуществляются в трубчатом реакторе.
Поскольку производство сложных полиэфиров становится более конкурентоспособным, альтернативные менее затратные способы получения стали в высокой степени требуемыми. Был разработан ряд способов. В ранних работах использовалась реагентная дистилляция (патент США №2905707) с этиленгликолевым паром в качестве реагента (патент США №2829153). Рассматриваются многочисленные перемешиваемые резервуары для получения дополнительного регулирования реакции (патент США №4110316 и WO 98/10007). В патенте США №3054776 раскрыто использование более низких падений давления между реакторами, тогда как в патенте США №3385881 раскрыты множественные реакционные стадии в одном реакторном корпусе. Такие конструкции улучшают решение проблем с уносом или закупоркой, накоплением тепла, теплопередачей, реакционным временем, числом реакторов и т.д., как описано в патентах США №№3118843, 3582244, 3600137, 3644096, 3689461, 3819585, 4235844, 4230818 и 4289895. К сожалению эти реакторы и установки являются чрезвычайно сложными. Перемешиваемые поликонденсационные реакторы имеют сложные конструкции, которые требуют детальных расчетов и мастерства. Реактор должен работать под вакуумом и либо нагретым, либо охлажденным, сохранять свою форму так, чтобы мешалка не задевала стенки, при этом должен выдерживаться точный допуск для обеспечения эффективной теплопередачи. Такие сложные конструкции не могут быть построены или установлены быстро. Они также требуют опыта для обслуживания и работы.
Традиционные цилиндрические реакторы этерификации или переэтерификации, такие как проточный реактор с мешалкой ("CSTR") (ПРМ), имеют множество внутренних составных частей, таких как отражательные перегородки, трубчатые змеевики для нагревания, крупные сливные перегородки, тарелки, набивка, мешалки и отводящие трубы и т.д. Реакторами этерификации или переэтерификации могут быть также колонна реагентной дистилляции, отпарной аппарат или ректификационные колонны с их соответствующими внутренними тарелками, набивкой, сливными патрубками, испарителями, конденсаторами, внутренними теплообменниками, системами орошения, насосами и т.д. Традиционными поликонденсационными реакторами, которые являются обычно устройством с псевдопоршневым течением, которое стремится поддерживать среднее время пребывания с узким распределением по времени, являются обычно (1) ПРМ, обычно скользящего пленочного или тонкопленочного типа или (2) устройство реагентной дистилляции. Такие традиционные конденсационные реакторы обычно имеют средство улучшения обновления поверхности обычно посредством получения тонких пленок полимера. Такие традиционные поликонденсационные устройства содержат тарелки, внутренние нагревательные змеевики, сливные перегородки, отражательные перегородки, пленки скольжения, внутренние мешалки или крупные мешалки с уплотнениями или магнитными приводами и т.д. Эти реакторы обычно имеют скребки или другие очень сложные устройства для предохранения паровых линий от закупорки. Многие поликонденсационные реакторы имеют требования очень точных допусков и должны сохранять свою форму в интервале температур. Цилиндрические реакторы требуют большого объема технологии, проектирования и опыта специалистов при конструировании. Цилиндрический реактор также имеет специально изготовленную рубашку, имеющую многочисленные рубашки отдельных труб и сварные швы, соединяющие рубашки труб друг с другом и с реактором. Цилиндрический реактор имеет дополнительные наружные составные части, такие как коробки передач, мешалки, системы герметизации, электродвигатели и т.п. Ультрасложность, материалы и опыт специалистов, необходимых для конструирования цилиндрических реакторов, обуславливают высокую стоимость.
Была разработана труба в патентах-аналогах, которые объединяются в способ или оборудование. Патент США №3192184, например, раскрывает внутреннюю отражательную трубу в реакторе, а патент США №3644483 раскрывает использование трубы для введения пасты. В качестве других примеров заявка на патент WO 96/22318 и патент США №5811496 раскрывают два трубчатых реактора между реакторами этерификации и полимеризации, и патент США №5786443 раскрывает трубчатый реактор между реактором этерификации и нагревателем, ведущим к многоступенчатому реактору. Каждый из реакторных рядов обеспечивает введение трубчатого реактора в другие сложные реакторы и оборудование.
Хотя теоретически подтверждается, что оптимальная переэтерификация или этерификация будет иметь место в сплошной среде непрерывного снижения давления и непрерывного увеличения температуры (см. фиг.1 в работе Santosh К. Gupta and Ani Kumar, Reaction Engineering of Step Growth Polymerization, The Plenum Chemical Engineering Series, Chapter 8, Plenum Press, 1987), стоимость осуществления этого решения с существующим традиционным оборудованием является неприемлемой, поскольку требуется большое количество небольших реакторов, каждый с его собственными соответствующими измерительными устройствами и клапанами для регулирования уровня, давления и температуры и насосами. Таким образом, в конструкциях традиционных сложнополиэфирных установок число стадий снижения давления (цилиндрические реакторы) минимизируется для минимизации стоимости. Компромиссным решением является то, что когда число реакторов взамен увеличивается, тогда падение давления минимизируется.
В технике для снижения стоимости требуется иметь более простые устройства и способы получения сложных полиэфиров.
Настоящее изобретение относится к устройствам и способам получения сложных полиэфиров. Более конкретно, настоящее изобретение относится к трубчатым реакторам и соответствующим устройствам и способам применения как в новых, так и в существующих (модернизированных) сложнополиэфирных установках. Исходными материалами или реагентами может быть жидкое, газообразное или твердое исходное сырье, использующее любые компоненты для сложных полиэфиров или модификаторов. Настоящее изобретение с трубчатым реактором имеет большое количество преимуществ по сравнению с традиционными сложнополиэфирными способами и устройствами.
Преимущественно трубчатые реакторы согласно настоящему изобретению не требуют внутренних нагревательных змеевиков проточного реактора с мешалкой, но взамен могут использовать различные нагревательные устройства, такие как теплообменник или труба с рубашкой. Среди многих ограничений ПРМ количество нагревательных змеевиков ограничивается из-за необходимости поддерживать перемешивание жидкостей. Большое количество нагревательных змеевиков не обеспечивает достаточного пространства между змеевиками для перемешивания. Поскольку функция теплопередачи и функция перемешивания разделены в трубчатой реакторной системе, данное ограничение ПРМ среди других отсутствует в трубчатой реакторной системе настоящего изобретения. Трубчатые реакторы не ограничиваются объемом сосуда по кинетическим соображениям, как в случае ПРМ; трубчатые реакторы используют длину трубы для кинетики, которая может варьироваться простым образом. Что касается теплопередачи или перемешивания, трубчатые реакторы не требуют пропеллерной мешалки или лопастной мешалки ПРМ; взамен прокачивание насосом или течение самотеком могут быть использованы для движения жидкости по кругу.
Другим преимуществом трубчатого реактора является отделение газа с границы раздела с жидкостью, ПРМ-способ регулирует границу раздела жидкость/газ реакторным объемом. Регулирование границы раздела регулированием реакционного объема является трудным путем регулирования скорости жидкостей. Если ПРМ выполнен высоким и тонким, контроль уровня становится трудным, ось мешалки смещается, и увеличиваются проблемы герметизации, скорости пара увеличиваются с повышенным уносом, и стоимость реактора увеличивается с увеличенной площадью поверхности. С другой стороны, если ПРМ выполнен коротким и толстым, недостаточно нагревательных змеевиков может быть введено в реактор, перемешивание является более трудным с большим диаметром и для крупномасштабных установок перевозка реактора становится проблематичной. Таким образом, имеются оптимальные размеры для длины, ширины и высоты ПРМ, что поэтому делает трудным модификацию ПРМ для регулирования скорости жидкостей. По существу при работе ПРМ больше операций удаления пара требуется для регулирования скорости пара. Однако дополнительные операции удаления пара ведут к проблемам унесенной жидкости, удаленной с паром, и потере выхода. Напротив, в трубчатой реакторной системе здесь для контроля поверхности раздела жидкость/газ дополнительные трубы (трубчатые реакторы) с параллельным соединением могут быть добавлены с регулированием общей скорости жидкости и скорости газа, уходящего с поверхности. Таким образом, с трубчатой реакторной системой настоящего изобретения функции освобождения являются проще и намного легче для контроля, чем для традиционной ПРМ-системы. Подобные недостатки могут быть найдены в других традиционных реакторных системах для получения сложных полиэфиров, созданных в технике, таких как колонна реагентной дистилляции, отпарной аппарат или ректификационные колонны, или емкость с внутренним оборудованием, шнековый или смесительный реакторы, по сравнению с вышеуказанными преимуществами конструкции трубчатого реактора настоящего изобретения.
Кроме того, трубчатые реакторы настоящего изобретения могут быть использованы для сложнополиэфирных способов, которые обычно имеют большое время пребывания. Обычно трубчатые реакторы используются для способов, имеющих только очень небольшое время пребывания. Однако было установлено, что трубчатые реакторы согласно настоящему изобретению могут быть использованы для способов получения сложных полиэфиров с большим временем пребывания.
Соответственно, в одном варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, причем этерификационный трубчатый реактор представляет собой по существу пустую трубу,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, выполненного отдельно от этерификационного трубчатого реактора, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, причем поликонденсационный трубчатый реактор содержит по существу пустую трубу,
d) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, причем мономер взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью, а реагенты содержат терефталевую кислоту или диметилтерефталат,
с) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, выполненного отдельно от этерификационного трубчатого реактора, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
d) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, причем мономер взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, выполненного отдельно от этерификационного трубчатого реактора, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатом реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
d) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, причем мономер взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение комбинированного трубчатого реактора этерификации и поликонденсации форполимера, имеющего впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного олигомера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный олигомер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный олигомер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, выполненного отдельно от комбинированного этерификационного/форполимерного трубчатого реактора, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным/форполимерным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
d) направление жидкого сложноэфирного олигомера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что олигомер течет через поликонденсационный реактор, причем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом олигомер и полимер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, интегрально комбинированного с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
d) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, причем мономер взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного олигомера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации форполимера, выполненного отдельно от этерификационного трубчатого реактора, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
d) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, причем мономер взаимодействует с образованием олигомера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и олигомер выходит из второго конца реактора, при этом мономер и олигомер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного олигомера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) обеспечение трубчатого реактора поликонденсации форполимера, интегрально комбинированного с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
d) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, причем мономер взаимодействует с образованием олигомера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и олигомер выходит из второго конца реактора, при этом мономер и олигомер, идущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск, внутреннюю поверхность и, по меньшей мере, одну сливную перегородку, присоединенную к их внутренней поверхности,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью, и где этерификационные жидкости текут через сливную перегородку.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск, внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) рециркулирование части жидкостей и направление вытекающего рециркуляционного потока обратно к и через этерификационный реактор вблизи впуска этерификационного трубчатого реактора или между впуском и выпуском этерификационного трубчатого реактора.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск, внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью,
с) выведение паров из трубчатого реактора между его впуском и выпуском и/или вблизи его выпуска через отводной канал пустой трубы.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение этерификационного трубчатого реактора, имеющего впуск, выпуск, внутреннюю поверхность, причем впуск расположен не менее чем на 20 футов по вертикали ниже выпуска,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение этерификационного трубчатого реактора, имеющего впуск, выпуск, внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью, а жидкости, присутствующие в трубчатом реакторе, находятся в пузырьковом или пенном режиме течения.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение этерификационного трубчатого реактора, имеющего впуск, выпуск, внутреннюю поверхность, где трубчатый реактор имеет чередующиеся линейные и нелинейные секции, идущие в продольном направлении между его впуском и выпуском,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом реагенты и сложноэфирный мономер, идущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера из множества реагентов, включающему:
а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих впуск, выпуск, внутреннюю поверхность,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты проходят через трубчатый реактор и взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, и сложноэфирный мономер выходит из его выпуска, при этом, по меньшей мере, один реагент и сложноэфирный мономер, текущие через этерификационный трубчатый реактор, являются каждый этерификационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, причем первый конец расположен вертикально выше второго конца, причем поликонденсационный трубчатый реактор имеет чередующиеся линейные и нелинейные секции, идущие в продольном направлении между его первым концом и его вторым концом,
b) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор и взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, текущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность и, по меньшей мере, одну сливную перегородку, присоединенную к его внутренней поверхности, где трубчатый реактор выполнен по существу из пустой трубы,
b) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор и взаимодействует с образованием олигомера, при этом олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, где мономер, олигомер и полимер, текущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью и, по меньшей мере, одна из поликонденсационных жидкостей течет через сливную перегородку.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
b) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор и взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, текущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью,
с) выведение паров из трубчатого реактора между его впуском и его выпуском и/или вблизи его впуска или выпуска через отводной канал, содержащий по существу пустую трубу.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
b) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор и взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, текущие через поликонденсационный трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью, а жидкости, присутствующие в трубчатом реакторе, находятся в режиме расслоенного течения.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, содержащему:
а) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
b) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор и взаимодействует с образованием олигомера, и затем олигомер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, и полимер выходит из второго конца реактора, при этом мономер, олигомер и полимер, текущие через трубчатый реактор, являются каждый поликонденсационной жидкостью.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного трубчатого реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность,
b) направление жидкого сложноэфирного олигомера в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора так, что олигомер течет через поликонденсационный трубчатый реактор и взаимодействует с образованием сложноэфирного полимера в поликонденсационном трубчатом реакторе, при этом сложноэфирный полимер выходит из его второго конца.
В другом варианте изобретение относится к устройству для получения сложноэфирного полимера, содержащему:
а) этерификационный трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходят жидкие реагенты этерификации,
b) поликонденсационный трубчатый реактор, формованный отдельно и в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, причем поликонденсационный реактор имеет впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходит, по меньшей мере, один жидкий реагент поликонденсации,
в котором этерификационный и поликонденсационный реакторы содержат по существу пустую трубу.
В другом варианте изобретение относится к устройству для получения сложнополиэфирного полимера, содержащему:
а) этерификационный трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходят жидкие реагенты этерификации,
b) поликонденсационный трубчатый реактор, выполненный отдельно и в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором, при этом поликонденсационный реактор имеет впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходит, по меньшей мере, один жидкий реагент поликонденсации.
В другом варианте изобретение относится к этерификационному трубчатому реакторному устройству для получения сложноэфирного мономера, содержащему:
а) этерификационный трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность,
b) рециркуляционный контур, имеющий входящий поток и выходящий поток, причем выходящий поток находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором.
В другом варианте изобретение относится к устройству для получения сложноэфирных мономера, олигомера или полимера, содержащему:
а) трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходят жидкие реагенты,
b) сливную перегородку, соединенную с частью внутренней поверхности трубчатого реактора и смежную с его выпуском,
при этом реактор содержит по существу пустую трубу.
В другом варианте изобретение относится к устройству для получения сложноэфирных мономера, олигомера или полимера, содержащему:
а) трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходят жидкие реагенты,
b) отводной канал в проточном сообщении с реактором, причем отводной канал дополнительно содержит вертикальный дегазирующий стояк, спаренный с отводным каналом, причем дегазирующий стояк имеет принимающий конец в проточном сообщении с отводным каналом и противоположный вентилирующий конец, расположенный вертикально выше принимающего конца, причем дегазирующий стояк нелинейно проходит в своем продольном направлении между его принимающим концом и его вентилирующим концом и образуется из трех смежных секций, каждая из которых находится в проточном сообщении друг с другом, причем первая секция является смежной с принимающим концом и отходит по существу вертикально от отводного канала, вторая секция спарена с первой секцией и ориентирована под углом относительно первой секции в плоскости, и третья секция спарена с второй секцией и ориентирована под дополнительным до 90° углом относительно второй секции в плоскости, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально.
В другом варианте изобретение относится к устройству для получения сложноэфирных мономера, олигомера или полимера, содержащему:
а) трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, через которые проходят жидкие реагенты.
В другом варианте изобретение относится к устройству для вентилирования от газа или пара при эффективном высвобождении жидкости от газа или пара, причем жидкость, газ и пар являются жидкостями, отделения жидкости от газа или пара и возвращения жидкости обратно в процесс, содержащему:
а) сосуд или трубу, содержащую (i) жидкость и (ii) газ или пар,
b) отводной канал, находящийся в проточном сообщении с сосудом или трубой, причем отводной канал дополнительно содержит вертикальный дегазирующий стояк, спаренный с отводным каналом, причем дегазирующий стояк имеет принимающий конец, находящийся в проточном сообщении с отводным каналом, и противоположный вентилирующий конец, расположенный вертикально выше принимающего конца, при этом дегазирующий стояк нелинейно проходит в продольном направлении между его принимающим концом и его вентилирующим концом и образуется из трех смежных секций, каждая из которых находится в проточном сообщении друг с другом, причем первая секция является смежной с принимающим концом и отходит по существу вертикально от отводного канала, вторая секция спарена с первой секцией и ориентирована под углом относительно первой секции в плоскости, и третья секция спарена с второй секцией и ориентирована под дополнительным до 90° углом относительно второй секции в плоскости, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально.
В другом варианте изобретение относится к системе смешения и распределения жидкости, предназначенной для смешения, хранения и распределения жидкостей в распределительной системе отдельной установки, содержащей:
а) первую удлиненную и вертикально расположенную емкость для хранения жидкости,
b) циркуляционный насос, находящийся в проточном сообщении с первой емкостью и второй емкостью, причем циркуляционный насос сконструирован и установлен для пропускания потока жидкости через систему и для циркуляции жидкости из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость,
с) вторую емкость для хранения и распределения жидкости, находящуюся в проточном сообщении с первой емкостью, вторая емкость расположена на большей вертикальной высоте, чем первая емкость;
d) регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, соответственно, причем регулирующий клапан сконструирован и установлен для избирательного направления потока жидкости из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость,
при этом вторая емкость находится в проточном сообщении с распределительной системой установки, а напор статического давления, образованный жидкостью, содержащейся во второй емкости, используется для пропускания жидкости из второй емкости к распределительной системе установки.
В другом варианте изобретение относится к системе смешения и распределения жидкости, предназначенной для смешения, хранения и распределения жидкостей в распределительной системе способа отдельной установки, содержащей:
а) первую емкость хранения жидкости,
b) вторую емкость хранения и смешения жидкости,
с) циркуляционный насос, находящийся в проточном сообщении с первой емкостью и второй емкостью, причем циркуляционный насос сконструирован и установлен для циркуляции жидкости через систему и из первой емкости во вторую емкость,
d) вторую емкость, расположенную на большей вертикальной высоте, чем первая емкость и распределительная система установки,
е) регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, соответственно, причем регулирующий клапан сконструирован и установлен для избирательного направления потока жидкости из первой емкости обратно в первую емкость и из первой емкости во вторую емкость,
f) при этом вторая емкость находится в проточном сообщении с распределительной системой установки, в которой напор статического давления, образованный жидкостью, содержащейся во второй емкости, используется для пропускания жидкости из второй емкости к распределительной системе установки.
В другом варианте изобретение относится к способу смешения и распределения жидкости в системе смешения и распределения жидкости, предназначенной для смешения, хранения и распределения жидкостей в распределительной системе способа отдельной установки, включающему:
а) помещение, по меньшей мере, одной жидкости в первую удлиненную и вертикально расположенную емкость хранения жидкости,
b) пропускание жидкости из первой емкости во вторую удлиненную и вертикально расположенную емкость смешения и хранения жидкости, причем вторая емкость жидкости расположена на большей вертикальной высоте, чем первая емкость и распределительная система установки, с циркуляционным насосом, находящимся в проточном сообщении с первой емкостью и второй емкостью, причем циркуляционный насос сконструирован и установлен для пропускания жидкости через систему,
с) использование регулирующего клапана, находящегося в проточном сообщении с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, для избирательного направления жидкости из первой емкости либо в первую емкость, либо во вторую емкость,
d) избирательное пропускание жидкости из второй емкости к распределительной системе установки, причем вторая емкость создает напор статического давления, используемый для пропускания жидкости, хранившейся в ней, к распределительной системе установки.
В другом варианте изобретение относится к системе регулирования теплопередающей среды для использования с трубчатой реакторной системой, имеющей контур подачи теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды, и контур возврата теплопередающей среды, через который проходит второй поток теплопередающей среды, причем температура первого потока теплопередающей среды является выше, чем температура второго потока теплопередающей среды, содержащей:
а) первый коллектор теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды,
b) второй коллектор теплопередающей среды, через который проходит второй поток теплопередающей среды,
с) первый подконтур теплопередающей среды, через который пропускается теплопередающая среда из первого коллектора к второму коллектору, соответственно,
d) регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с выбранным одним из коллекторов и первого подконтура,
е) при этом давление первого потока теплопередающей среды в первом коллекторе является выше, чем давление второго потока теплопередающей среды во втором коллекторе,
причем регулирующий клапан используется для избирательного направления, по меньшей мере, части первого потока теплопередающей среды в первый подконтур с использованием давления первого потока теплопередающей среды для пропускания теплопередающей среды, а также для регулирования температуры и давления потока теплопередающей среды, проходящего через первый подконтур.
В другом варианте изобретение относится к системе регулирования теплопередающей среды для использования с трубчатой реакторной системой, имеющей контур подачи теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды, и контур возврата теплопередающей среды, через который проходит второй поток теплопередающей среды, причем температура первого потока теплопередающей среды является выше, чем температура второго потока теплопередающей среды, содержащей:
а) первый коллектор теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды,
b) второй поток теплопередающей среды,
с) первый подконтур теплопередающей среды, через который теплопередающая среда пропускается из первого коллектора к второму коллектору,
d) первый регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с первым коллектором и первым подконтуром,
е) второй регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с первым подконтуром и вторым коллектором,
f) при этом давление первого потока теплопередающей среды в первом коллекторе является выше, чем давление второго потока теплопередающей среды во втором коллекторе,
причем один или оба регулирующих клапана используются для избирательного направления, по меньшей мере, части первого потока теплопередающей среды в первый подконтур с использованием давления первого потока теплопередающей среды для пропускания теплопередающей среды через первый подконтур, а также для регулирования температуры и давления потока теплопередающей среды, проходящего через первый подконтур.
В другом варианте изобретение относится к способу пропускания теплопередающей среды через систему теплопередающей среды для использования с трубчатой реакторной системой, имеющей контур подачи теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды, и контур возврата теплопередающей среды, через который проходит второй поток теплопередающей среды, причем температура и давление первого потока теплопередающей среды являются выше, чем температура и давление второго потока теплопередающей среды, включающему:
а) пропускание первого потока теплопередающей среды через первый коллектор теплопередающей среды,
b) пропускание второго потока теплопередающей среды через второй коллектор теплопередающей среды,
с) пропускание теплопередающей среды из первого коллектора через первый подконтур теплопередающей среды при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды с первым регулирующим клапаном, находящимся в проточном сообщении с первым коллектором и первым подконтуром,
d) пропускание теплопередающей среды из первого подконтура во второй коллектор при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды с вторым регулирующим клапаном, находящимся в проточном сообщении с первым подконтуром и вторым коллектором.
В другом варианте изобретение относится к системе питания жидкости для подачи рабочей жидкости к установке переработки жидкости, причем установка имеет трубчатую систему для обращения, распределения и переработки жидкости, содержащей:
а) по меньшей мере, один резервуар питания, расположенный на насосном пункте,
b) по меньшей мере, один насос, находящийся в проточном сообщении, по меньшей мере, с одним резервуаром питания,
с) при этом, по меньшей мере, один резервуар питания находится в проточном сообщении с рядом клапанов, причем ряд клапанов находится в проточном сообщении с трубчатой системой установки,
при этом жидкость избирательно подается насосом прямо, по меньшей мере, из одного резервуара питания через ряд клапанов и в трубчатую систему установки при отсутствии емкости хранения и подачи питания жидкости для получения и хранения жидкости, по меньшей мере, из одного резервуара питания.
В другом варианте изобретение относится к системе питания жидкости для подачи рабочей жидкости к установке переработки жидкости, причем установка имеет трубчатую систему для обращения, распределения и переработки жидкости, причем система содержит:
а) первый резервуар питания, расположенный на насосном пункте,
b) первый насос, находящийся в проточном сообщении с первым резервуаром питания,
с) второй резервуар питания, расположенный на насосном пункте,
d) второй насос, находящийся в проточном сообщении с вторым резервуаром питания,
е) при этом каждый из резервуаров питания и насосов, соответственно, находится в проточном сообщении с рядом клапанов, причем ряд клапанов состоит из множества избирательно работающих регулирующих клапанов и находится в проточном сообщении с трубчатой системой установки,
при этом жидкость избирательно подается насосом непосредственно из первого и второго резервуаров питания, соответственно, через ряд клапанов и в трубчатую систему установки при отсутствии емкости хранения и подачи питания жидкости.
В другом варианте изобретение относится к способу подачи жидкости для использования в осуществлении подачи рабочей жидкости к установке переработки жидкости, причем установка имеет трубчатую систему для обращения, распределения и переработки жидкости, включающему:
а) размещение первого резервуара питания на насосном пункте, причем первый резервуар питания находится в проточном сообщении с первым насосом,
b) размещение второго резервуара питания на насосном пункте, причем второй резервуар питания находится в проточном сообщении с вторым насосом,
с) избирательную подачу насосом жидкости из каждого из соответствующих резервуаров питания непосредственно в ряд клапанов, причем ряд клапанов состоит из множества работающих избирательно регулирующих клапанов, находящихся в проточном сообщении с трубчатой системой установки, и через ряд клапанов в трубчатую систему установки при отсутствии емкости хранения и подачи питания жидкости для получения и хранения жидкости, по меньшей мере, из одного резервуара питания.
В другом варианте изобретение относится к объединенной системе водораспределения, причем система водораспределения питается чистой свежей водой из источника водоснабжения для использования в установке способа, содержащей:
а) емкость хранения воды бесперебойного полива, находящуюся в проточном сообщении, питаемую водой из источника воды,
b) первый водораспределительный контур, находящийся в проточном сообщении с емкостью хранения воды бесперебойного полива, питаемой водой из источника воды,
с) второй водораспределительный контур, находящийся в проточном сообщении с первым водораспределительным контуром,
d) устройство для избирательного отвода воды из первого водораспределительного контура для подачи воды во второй водораспределительный контур.
В другом варианте изобретение относится к способу распределения воды через объединенную водораспределительную систему, причем водораспределительная система отдельно питается чистой свежей водой из источника воды, для использования в установке, включающему:
а) подачу воды в емкость хранения воды бесперебойного полива,
b) пропускание воды из емкости хранения воды бесперебойного полива в первый водораспределительный контур, находящийся в проточном сообщении с емкостью хранения воды,
с) избирательное пропускание воды из первого водораспределительного контура во второй водораспределительный контур, находящийся в проточном сообщении с первым водораспределительным контуром.
В другом варианте изобретение относится к объединенной вакуумной системе для использования в конечном поликонденсационном реакторе, имеющем отдельные поликонденсационные вакуумные зоны высокого давления, среднего давления и низкого давления, соответственно, содержащей:
а) впрыскивающий конденсатор, находящийся в проточном сообщении с каждой из вакуумных зон среднего и низкого давления, соответственно, поликонденсационного реактора,
b) межстадийный конденсатор, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором,
с) вакуумный насос, находящийся в проточном сообщении с межстадийным конденсатором.
В другом варианте изобретение относится к объединенной вакуумной системе для использования в конечном поликонденсационном реакторе, имеющем, по меньшей мере, поликонденсационную вакуумную зону среднего давления и отдельную поликонденсационную вакуумную зону низкого давления, содержащей:
а) впрыскивающий конденсатор, находящийся в проточном сообщении с каждой из вакуумных зон среднего и низкого давления, соответственно, поликонденсационного реактора,
b) первый жиклер этиленгликоля (ЭГ), находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором,
с) межстадийный конденсатор, находящийся в проточном сообщении с первым ЭГ-жиклером,
d) вакуумный насос, находящийся в проточном сообщении с межстадийным конденсатором,
е) второй ЭГ-жиклер, находящийся в проточном сообщении с вакуумной зоной низкого давления и впрыскивающим конденсатором, соответственно.
В другом варианте изобретение относится к способу накопления жидкости из конечного поликонденсационного реактора, имеющего поликонденсационные вакуумные зоны высокого давления, среднего давления и низкого давления, включающему:
а) пропускание жидкости, по меньшей мере, из поликонденсационной вакуумной зоны среднего давления и поликонденсационной вакуумной зоны низкого давления реактора в единственный впрыскивающий конденсатор, находящийся в герметичном проточном сообщении с каждой из вакуумных зон среднего и низкого давления, соответственно,
b) отвод жидкости через межстадийный конденсатор, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором с вакуумным насосом, находящимся в проточном сообщении с межстадийным конденсатором.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного мономера, включающему:
а) обеспечение трубчатого реактора, имеющего впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, причем впуск расположен вертикально ниже выпуска,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты текут через трубчатый реактор, где реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием сложноэфирного мономера в трубчатом реакторе, при этом сложноэфирный мономер выходит из его выпуска.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, причем первый конец расположен вертикально выше второго конца, причем поликонденсационный реактор является нелинейным между первым концом и вторым концом,
b) направление жидкого сложноэфирного мономера в первый конец поликонденсационного реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, при этом мономер взаимодействует с образованием полимера в поликонденсационном реакторе, а полимер выходит из его второго конца.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложноэфирного полимера, включающему:
а) обеспечение поликонденсационного реактора, имеющего первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, причем первый конец расположен вертикально выше второго конца, где поликонденсационный реактор образует угол с вертикально ориентированной плоскостью, причем угол составляет больше нуля градусов,
b) направление жидкого мономера в первый конец поликонденсационного реактора так, что мономер течет через поликонденсационный реактор, при этом мономер взаимодействует с образованием сложноэфирного полимера в поликонденсационном реакторе, и сложноэфирный полимер выходит из его второго конца.
В другом варианте изобретение относится к способу получения сложного полиэфира, включающему:
а) обеспечение трубчатого реактора, имеющего впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, причем впуск расположен вертикально ниже выпуска,
b) введение, по меньшей мере, одного реагента вблизи впуска трубчатого реактора так, что реагенты текут через трубчатый реактор, при этом реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием сложного полиэфира в трубчатом реакторе, а сложный полиэфир выходит из его выпуска.
В другом варианте изобретение относится к устройству для взаимодействия реагентов с образованием сложноэфирного мономера, содержащему:
а) трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, причем впуск расположен вертикально ниже выпуска,
b) сливную перегородку, соединенную с частью внутренней поверхности трубчатого реактора, смежной с его выпуском.
В другом варианте изобретение относится к устройству для взаимодействия реагентов с образованием сложноэфирного мономера, содержащему:
а) трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, причем впуск расположен вертикально ниже выпуска,
b) вентилирующий механизм, введенный в трубчатый реактор так, что жидкость, пересекающая его внутреннюю поверхность, также течет через вентилирующий механизм при прохождении от впуска к выпуску трубчатого реактора, причем вентилирующий механизм содержит эксцентриковый плоский редуктор.
В другом варианте изобретение относится к устройству для взаимодействия реагентов с образованием сложноэфирного мономера, содержащему:
а) трубчатый реактор, имеющий впуск, выпуск и внутреннюю поверхность, причем впуск расположен вертикально ниже выпуска,
b) рециркуляционный контур, имеющий входящий поток и выходящий поток, причем входящий поток находится в проточном сообщении с трубчатым реактором вблизи его выпуска, и выходящий поток находится в проточном сообщении с трубчатым реактором рядом с его впуском.
В другом варианте изобретение относится к устройству для взаимодействия мономера с образованием сложноэфирного полимера, содержащему:
а) поликонденсационный реактор, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, причем первый конец расположен вертикально выше второго конца, поликонденсационный реактор выполнен в виде множества смежных взаимосоединенных секций, в котором мономер течет вдоль внутренней поверхности каждой секции с пересечением от первого конца до второго конца поликонденсационного реактора, а смежные секции образуют нелинейные углы друг с другом,
b) по меньшей мере, одну сливную перегородку, присоединенную к внутренней поверхности поликонденсационного трубчатого реактора, при этом одна сливная перегородка расположена смежно со стыком каждой из взаимосоединенных секций.
Настоящее изобретение предусматривает устройства для каждого варианта способа и сопутствующий способ, относящийся к каждому устройству изобретения.
Дополнительные преимущества изобретения будут представлены частично в описании, которое следует, и частично будут выявлены из описания или могут быть узнаны при осуществлении изобретения. Преимущества изобретения будут реализованы и достигнуты с помощью элементов и комбинаций, особенно выделенных в прилагаемой формуле изобретения. Необходимо понимать, что вышеприведенное краткое описание и последующее подробное описание приводятся в качестве примеров и являются только пояснительными и не ограничивают изобретение, как заявлено.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые приведены и составляют часть описания, иллюстрируют определенный вариант (варианты) изобретения и вместе с описанием служат для пояснения принципов изобретения.
На фиг.1 представлен типичный профиль изменения температуры и давления сложнополиэфирной реакции.
На фиг.2 представлен один вариант этерификационного или поликонденсационного трубчатого реактора. В варианте поликонденсационного трубчатого реактора входящий поток и выходящий поток являются возвратными (входящий поток под номером 11 и выходящий поток под номером 12).
На фиг.3 показаны установленные стоимости по отношению к номинальному диаметру трубы (дюймы) для установленной стоимости типичного трубчатого реактора данного изобретения.
На фиг.4 представлен один вариант изобретения, верхняя часть переэтерификационного или этерификационного реактора, где обеспечивается регулирование уровня через сливную перегородку в поликонденсационном реакторе.
На фиг.5 представлен один вариант изобретения, где существующее устройство для получения сложного полиэфира модифицировано одним или более трубчатыми реакторами.
На фиг.6 представлен вариант изобретения с крупной установкой, где используются множественные параллельные этерификационные и поликонденсационные трубчатые реакторы, а также получение многих продуктов в одной системе.
На фиг.7a-g представлены различные варианты выведения пара как для этерификационного, так и для поликонденсационного способа.
На фиг.8 представлен вариант выведения поликонденсационного пара.
На фиг.9 представлен вариант ламинарного смешения в поликонденсационной зоне с использованием сливной перегородки и инверторной системы потока с трубой сниженного диаметра ниже по потоку от сливной перегородки.
На фиг.10 представлены различные варианты изменения профиля давления этерификационного и переэтерификационного реактора с использованием различных нелинейных конфигураций. На фиг.10 представлен вид сбоку, показывающий вертикальное смещение между каждым изгибом линий этерификационного или переэтерификационного реактора.
На фиг.11 представлен график профилей распределения давления, соответствующих конфигурациям на фиг.10.
На фиг.12а и 12b показаны различные аспекты дополнительных расположений в процессе.
На фиг.13а и 13b представлены два различных варианта, в которых емкость пасты исключается при использовании рециркуляционного контура.
На фиг.14 представлен вариант, в котором исключены насосы подконтура теплопередающей среды.
На фиг.15а представлена типичная известная система смешения и питания; на фиг.15b представлен вариант изобретения для системы смешения и питания, который исключает различные емкости и другие контрольные устройства и операции установки.
На фиг.16 представлен вариант изобретения, в котором для переэтерификационного или поликонденсационного трубчатого реактора используется конфигурация с чередованием низкого и высокого давления.
На фиг.17а и 17b представлены два варианта изобретения для низкостоимостной конструкции сложнополиэфирной установки, объединяющей трубчатый реактор для этерификации и трубчатый реактор для поликонденсационной системы.
На фиг.18 представлен вариант поликонденсационного способа с трубчатым реактором. Фиг.8 представляет покомпонентное изображение элемента 133 и фиг.9 представляет покомпонентное изображение элемента 142.
На фиг.19 представлен вариант, в котором дистилляция заменена адсорбцией.
На фиг.20а показаны различные режимы течения двухфазного потока в горизонтальных трубах.
На фиг.20 показан массовый расход пара к отношению массового расхода жидкости по сравнению с паром и отношение к каждому режиму течения двухфазного потока в горизонтальных трубах с фиг.20а. Фиг.20b также идентифицирует предпочтительные режимы течения для этерификационного и поликонденсационного способов настоящего изобретения.
На фиг.21 представлен вариант изобретения для разгрузки вагонов без использования емкостей с минимизацией капитальных затрат и операций установки параллельно с исключением воды с обработкой сточных вод.
На фиг.22 представлен вариант изобретения для комбинирования бесперебойного полива, градирни, охлаждающей воды рубящих машин и холодильников ТПС-насоса с минимизацией водных систем в устройстве.
На фиг.23 представлена объединенная вакуумная система для снижения количества ЭГ-жиклеров и исключения системы охлажденной воды в качестве одного варианта изобретения.
На фиг.24 показаны двухфазные режимы для этерификации и поликонденсации для одного варианта способа настоящего изобретения, в котором трубчатый реактор используют для получения гомополимера полиэтилентерефталата (ПЭТФ).
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение будет более понятно из подробного описания предпочтительных вариантов изобретения и из включенных в него примеров и чертежей и их предыдущего и последующего описания.
Перед тем, как будут рассмотрены и описаны настоящие соединения, композиции, изделия, устройства и/или способы, необходимо понять, что данное изобретение не ограничивается отдельными методами синтеза, отдельными способами или конкретными устройствами, которые как таковые могут, конечно, варьироваться. Также необходимо понимать, что используемая здесь терминология приводится только в целях описания конкретных вариантов и не предназначена для ограничения.
В данном описании и в прилагаемой формуле изобретения делается ссылка на ряд терминов, которые имеют следующие значения:
Как использовано в описании и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа "a", "an" и "the" включают ссылки на множественные объекты, если контекст ясно не указывает на иное. Таким образом, ссылка на трубчатый реактор включает один или более трубчатых реакторов.
Интервалы могут быть выражены здесь как от "примерно" одного конкретного значения и/или до "примерно" другого конкретного значения. Когда определен такой интервал, другой вариант включает от одного конкретного значения и/или до другого конкретного значения. Аналогично, когда значения выражены как приближения при использовании предыдущего "примерно", должно быть понятно, что конкретное значение образует другой вариант. Кроме того, должно быть понятно, что крайние точки каждого из интервалов являются значащими как относительно другой крайней точки, так и независимо от другой крайней точки.
"Необязательный" или "необязательно" означает, что последовательно описанный факт или обстоятельство могут иметь место или могут не иметь место и что описание включает случаи, где факт или обстоятельство имеют место, и случаи, где они не имеют место. Например, фраза "необязательно нагретый" означает, что материал может быть нагрет или может быть не нагрет и что такая фраза включает как нагретый, так и не нагретый материалы.
"Остаток" относится к части, которая является конечным продуктом химических частиц в конкретной реакционной схеме или последующей композиции или химического продукта независимо от того, была ли часть действительно получена из химических частиц. Так, остаток этиленгликоля в сложном полиэфире относится к одному или более повторяющимся -OCH2CH2O- звеньям в сложном полиэфире независимо от того, использовался ли этиленгликоль для получения сложного полиэфира. Аналогично, остаток себациновой кислоты в сложном полиэфире относится к одной или более -CO(CH2)8CO- частям в сложном полиэфире независимо от того, получен ли остаток взаимодействием себациновой кислоты или ее сложного эфира для получения сложного полиэфира.
Как использовано здесь, форполимерным реактором является первый поликонденсационный реактор, обычно под вакуумом, в котором длина полимерной цепи увеличивается от длины питания 1-5 до длины выпуска 4-30. Форполимерный реактор обычно имеет одинаковую функцию для всех сложных полиэфиров, но некоторые сложные полиэфиры имеют заданную длину цепи, которая является короткой, такой как от 10 до 30. Для этих продуктов с заданной короткой длиной цепи не требуется отделочный реактор (как определено ниже), так как форполимерный реактор обеспечивает конечный продукт. Отделочным реактором является последний поликонденсационный реактор с расплавной фазой, обычно под вакуумом, и ростом полимерной цепи до желаемой длины цепи продукта.
Как использовано здесь, "традиционный" способ или устройство по отношению к переработке сложного полиэфира относится к нетрубчатому реактору или способу, включая (но не ограничиваясь этим) способ или устройство с проточным реактором с мешалкой ((CSTR) (ПРМ)), или способ или устройство с реагентной дистилляцией, отпарным аппаратом или ректификационной колонной, или способ или устройство с емкостью с внутренним оборудованием, шнеком или пластикатором. Типичным ПРМ-реактором в традиционном поликонденсационном способе является скользящий или тонкопленочный реактор.
Ссылка теперь будет сделана подробно на предпочтительный вариант (варианты) изобретения, примеры которого иллюстрируются на прилагаемых чертежах. Когда возможно, одинаковые ссылочные номера используются на всех чертежах для обозначения одинаковых или подобных частей.
Настоящее изобретение охватывает устройства и способы превращения реагентов в сложный полиэфир. Более конкретно, в одном варианте на первой стадии изобретения исходные материалы (также называемые сырьевыми материалами или реагентами) взаимодействуют с образованием мономеров (также называемых сложноэфирными мономерами), а затем на второй стадии настоящего изобретения мономеры взаимодействуют с образованием олигомеров (также называемых сложноэфирными олигомерами или форполимерами) и затем конечного сложного полиэфира (также называемого полимером или сложноэфирным полимером). Если на первую стадию подают материалы с кислотными концевыми группами, такие как терефталевая кислота или изофталевая кислота, тогда первая стадия называется реакцией или реактором этерификации. Если исходными материалами являются материалы, имеющие метильные концевые группы, такие как диметилтерефталат или диметилизофталат, тогда первая стадия или первый реактор является стадией или реактором переэтерификации. Для простоты везде в описании и формуле изобретения этерификация и переэтерификация используются взаимозаменяемо и обычно называются этерификацией, но понятно, что этерификация или переэтерификация зависит от исходных материалов. Также должно быть понятно, что продукт этерификационного способа может также содержать олигомер помимо мономера. Поликонденсационный способ может быть одним целым способом или может быть разделен на две подчасти - форполимерный способ и отделочный способ. В форполимерном способе выходящий продукт содержит мономер, олигомер и полимер, причем олигомер обычно составляет основную часть. В отделочном способе обычно продукт способа содержит олигомер и полимер, причем основную часть продукта составляет полимер. В этерификационном способе можно иметь небольшие количества полимера, выходящего после способа. Аналогично, в отделочном способе можно иметь небольшие количества мономера, выходящего после способа.
Вторая стадия называется поликонденсационным способом или поликонденсационным реактором. В данном варианте впускная спрессованная сторона первой стадии или этерификационного реактора находится при примерно атмосферном давлении или выше, и выходящим продуктом данной первой стадии, который подают на вторую стадию, является по существу мономер. На второй стадии мономер превращается в олигомер, который, если необходимо, может быть выделен, например, в первом разделительном устройстве давления, таком как колено затвора, в реакторе. Если олигомер не выделяется, он далее превращается в полимер в трубчатом реакторе.
В альтернативном варианте впускная спрессованная сторона первой стадии находится под вакуумом (в одном варианте по существу с установлением форполимерного реактора на верхнюю часть переэтерификационного или этерификационного реактора), и олигомер является основным продуктом первой стадии и либо выделяется как конечный продукт, либо подается на вторую стадию, на которой олигомер взаимодействует с образованием полимера.
Изобретение включает многие различные размещения различных реакторов. В одном варианте этерификационный реактор является отдельным и отличным реактором от поликонденсационного реактора. Мономер получают в этерификационном реакторе и затем подают в поликонденсационный реактор для получения полимера. В другом варианте форполимерный реактор устанавливают на верхнюю часть этерификационного реактора, образуя либо отдельную, либо объединенную установку, с получением в результате олигомера из комбинированного этерификационного/форполимерного реактора, который (олигомер) затем подают в поликонденсационный реактор. Как использовано здесь, термин "объединенный по отношению к комбинации реакторов" предназначен для обозначения комбинирования двух реакторов вместе, так что они находятся в прямом проточном сообщении друг с другом, и реакторы являются по существу неразличимыми друг от друга и образуют одну общую реакторную систему. В другом варианте поликонденсационный реактор образует объединенную установку с этерификационным реактором. Реагенты вводят в этерификационный реактор, а конечный сложнополиэфирный полимер получают в объединенной установке. В другом варианте форполимерный реактор используют в сочетании с этерификационным реактором либо как две отдельные установки, либо как объединенную единую установку. Олигомерный продукт из форполимерного реактора выделяют как конечный продукт. Кроме того, изобретение предусматривает этерификационный трубчатый реактор, используемый для получения мономера. В другом аспекте изобретение предусматривает устройство и способ с поликонденсационным трубчатым реактором. Когда этерификационный и форполимерный реактор выполняют в виде объединенной установки, обычно имеется отводная линия между реакторами для отвода водного побочного продукта; таким образом, отводная линия служит в качестве точки перехода от этерификационного к форполимерному реактору.
Способ применим для любого сложного полиэфира. Такие сложные полиэфиры содержат, по меньшей мере, один остаток дикарбоновой кислоты и, по меньшей мере, один остаток гликоля. Особенно подходящие дикарбоновые кислоты включают ароматические дикарбоновые кислоты, предпочтительно, имеющие 8-14 углеродных атомов, алифатические дикарбоновые кислоты, предпочтительно, имеющие 4-12 углеродных атомов, или циклоалифатические дикарбоновые кислоты, предпочтительно, имеющие 8-12 углеродных атомов. Примеры дикарбоновых кислот содержат терефталевую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, циклогесандикарбоновую кислоту, циклогександиуксусную кислоту, дифенил-4,4'-дикарбоновую кислоту, дифенил-4,3'-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. Кислотный компонент может быть выполнен в виде его сложного эфира, такого как диметилтерефталат.
Подходящие диолы содержат циклоалифатические диолы, предпочтительно, имеющие 6-20 углеродных атомов. Примеры таких диолов содержат этиленгликоль ((EG) (ЭГ)), диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол, 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-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, изосорбид, гидрохинон, BDS-(2,2-(сульфонилбис)-4,1-фениленокси)бис-(этанол), их смеси и т.п. Сложные полиэфиры могут быть получены из одного или более диолов вышеуказанного типа.
Предпочтительные сомономеры содержат терефталевую кислоту, диметилтерефталат, изофталевую кислоту, диметилизофталат, диметил-2,6-нафталиндикарбоксилат, 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, этиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол ((CHDM) (ЦГДМ)), 1,4-бутандиол, политетраметиленгликоль, транс-DMCD, тримеллитовый ангидрид, диметилциклогесан-1, 4-дикарбоксилат, диметилдекалин-2,6-дикарбоксилат, декалиндиметанол, декагидронафталан-2,6-дикарбоксилат, 2,6-дигидроксиметилдекагидронафталин, гидрохинон, гидроксибензойная кислота, их смеси и т.п. Также могут быть включены бифункциональные (А-В-типа, где концы не являются одинаковыми) сомономеры.
А-сомономер, как в традиционном способе, может быть введен где-нибудь в способе от начала этерификации до поликонденсационного способа. В частности, что касается данного изобретения, то сомономер может быть введен в положении, включая (но не ограничиваясь этим) вблизи к впуску в этерификационный реактор, вблизи к выпуску этерификационного реактора, в точке между впуском и выпуском этерификационного реактора, где-нибудь по рециркуляционному контуру, вблизи впуска в форполимерный реактор, вблизи выпуска к форполимерному реактору, в точке между впуском и выпуском форполимерного реактора, вблизи впуска в поликонденсационный реактор и в точке между впуском и выпуском поликонденсационного реактора.
Необходимо также понимать, как использовано здесь, термин сложный полиэфир предназначен для включения сложнополиэфирных производных, включая (но не ограничиваясь этим) поли(простой эфир)(сложные эфиры), (сложный полиэфир)амиды и поли(простой эфир)(сложный эфир)амиды. Поэтому для простоты везде в описании и формуле изобретения термины сложный полиэфир, поли(простой эфир)(сложный эфир), (сложный полиэфир)амид и поли(простой эфир)(сложный эфир)амид могут быть использованы взаимозаменяемо и обычно обозначаются как сложный полиэфир, но понятно, что конкретные сложнополиэфирные частицы зависят от исходных материалов, т.е. реагентов и/или компонентов предшественника сложного полиэфира.
Сложными полиэфирами, полученными способом настоящего изобретения, являются гомополимеры и сополимеры сложного полиэфира, которые являются подходящими для использования в широком ряду применений, включая упаковку, пленку, волокно, лист, покрытия, адгезивы, формованные изделия и т.п. Пищевая упаковка является особенно предпочтительным использованием для некоторых сложных полиэфиров настоящего изобретения. В одном варианте сложные полиэфиры содержат компонент дикарбоновой кислоты, содержащий терефталевую кислоту или изофталевую кислоту, предпочтительно не менее примерно 50% мол. терефталевой кислоты, и в некоторых вариантах, предпочтительно, не менее примерно 75% мол. терефталевой кислоты, и компонент диола, содержащий, по меньшей мере, один диол, выбранный из этиленгликоля, циклогександиметанола, диэтиленгликоля, бутандиола и их смесей. Сложные полиэфиры могут, кроме того, содержать сомономерные остатки в количествах до примерно 50% мол. одной или более различных дикарбоновых кислот и/или до примерно 50% мол. одного или более диолов по отношению к 100% мол. дикарбоновой кислоты и 100% мол. диола. В некоторых вариантах сомономерной модификации может быть предпочтительным до примерно 25% мол. или до примерно 15% мол. компонента дикарбоновой кислоты, гликольного компонента или каждого отдельно. В одном варианте сомономеры дикарбоновой кислоты содержат ароматические дикарбоновые кислоты, сложные эфиры дикарбоновых кислот, ангидриды дикарбоновых сложных эфиров и их смеси.
В одном варианте реагенты содержат терефталевую кислоту и этиленгликоль. В другом варианте реагенты содержат диметилтерефталат и этиленгликоль. Еще в одном варианте реагенты содержат терефталевую кислоту, этиленгликоль и ЦГДМ.
Предпочтительные сложные полиэфиры включают (но не ограничиваются этим) гомополимеры и сополимеры полиэтилентерефталата ((PET) (ПЭТФ)), ПЭТФП (PETG) (ПЭТФ, модифицированный ЦГДМ-сомономером), ПБТФ (РВТ), полностью ароматические или жидкие кристаллические сложные полиэфиры, биоразрушаемые сложные полиэфиры, такие как содержащие бутандиол, остатки терефталевой кислоты и адипиновой кислоты, гомополимер и сополимеры поли(циклогександиметилентерефталата), гомополимер и сополимеры ЦГДМ и циклогександикарбоновой кислоты или диметилциклогександикарбоксилата и их смеси. В одном варианте сложным полиэфиром является ПЭТФ, полученный взаимодействием терефталевой кислоты и ЭГ. В другом варианте сложным полиэфиром является ПЭТФП, полученный взаимодействием терефталевой кислоты, ЭГ и ЦГДМ. В одном варианте реагенты не содержат ангидрид. В другом варианте сложный полиэфир не является поликарбонатом или ПБТФ ("полибутилентерефталатом"), или сложные полиэфиры выполнены из фталевого ангидрида или малеинового ангидрида.
Настоящий способ с трубчатым реактором может быть также использован для этерификации, поликонденсации или для того и другого для способа, в котором терефталевая кислота этерифицируется, гидрогенируется и полимеризуется с образованием ПЭТФ (или ПЭТФП, если также вводится ЦГДМ) так, как раскрыто в заявке на патент США 60/228695 от 29 августа 2000 года и в заявке на патент США 09/812581 от 20 марта 2001 года, которые обе приводятся здесь в качестве ссылки.
Сложные полиэфиры настоящего изобретения могут также содержать небольшие количества трифункционального или тетрафункционального сомономера, такого как тримеллитовый ангидрид, триметилолпропан, пиромеллитовый диангидрид, пентаэритрит или другие образующие сложный полиэфир поликислоты или полиолы, общеизвестные в технике. Также могут быть использованы сшивающие или разветвляющие агенты. Кроме того, хотя это не требуется, могут быть использованы, если необходимо, добавка (добавки), обычно используемая в сложных полиэфирах. Такие добавки включают (но не ограничиваются этим) один или более из катализатора, красителя, тонера, пигмента, углеродной сажи, стекловолокна, наполнителя, модификатора ударной прочности, антиоксиданта, стабилизатора, антипирена, добавки повторного нагрева, ацетальдегидснижающего соединения, кислородвыводящего соединения, УФ-поглощающего соединения, барьерулучшающей добавки, такой как пластинчатые частицы, черный оксид железа и т.п.
Когда терефталевую кислоту используют в качестве одного из реагентов, обычно очищенная терефталевая кислота ((РТА) (ОТК)) используется в качестве реагента в большей степени, чем неочищенная терефталевая кислота ((ТРА) (ТФК)) или сырая ТФК ((СТА) (СТК), хотя ТФК и/или СТК могут быть использованы в данном изобретении.
Способы настоящего изобретения относятся к полимеризации в расплаве, т.е. способ настоящего изобретения осуществляют в расплавной фазе, в которой реагенты находятся в жидком состоянии. Это должно резко отличаться от твердой поликонденсации, как использовано в некоторых сложнополиэфирных способах современной техники. Способ с трубчатым реактором настоящего изобретения, таким образом, является подходящим для жидкостного способа. Сложнополиэфирный поликонденсационный способ настоящего изобретения должен также отличаться от других полимерных способов, таких как, например, полимеризация в эмульсии, которая обычно требует второго или даже дополнительного растворителя, тогда как сложнополиэфирная конденсация нет, и от полимеризации олефинов, где нет необходимости в двухстадийной реакции, как в случае поликонденсации.
Способы согласно настоящему изобретению могут достигать полноты или по существу полноты прохождения реакции этерификации на выходе из этерификационного или поликонденсационного способа. В частности, способ настоящего изобретения в различных аспектах может достигать не менее 80% полноты, не менее 85% полноты, не менее 90% полноты, не менее 95% полноты, не менее 97,5% полноты, не менее 99% полноты, не менее 99,5% полноты, не менее 99,9% полноты, где полнота является термином, широко используемым в технике для обозначения 100 минус мольный процент остатка кислотных концевых групп, деленное на некислотные концевые группы.
Что касается настоящего изобретения, первая стадия, предпочтительно, имеет место в трубчатом реакторе. Также предпочтительно, что вторая стадия, которая осуществляется после первой стадии, имеет место в том же или в другом втором трубчатом реакторе. Однако, как заметит специалист в данной области техники, стадия этерификации может иметь место при использовании традиционных известных способов, и затем стадия поликонденсации может иметь место в трубчатом реакторе настоящего изобретения. Аналогично, стадия этерификации может иметь место при использовании трубчатого реактора настоящего изобретения, а стадия поликонденсации может иметь место при использовании известного способа. Согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, одна из первой или второй стадий имеет место в трубчатом реакторе.
Основными устройствами трубчатого реактора, как использовано здесь, является вытянутое по оси устройство по существу цилиндрической формы, хотя может иметь разные формы, такие как квадратная или прямоугольная, если они не являются вредными для цели изобретения. В некоторых аспектах здесь трубчатыми реакторами могут быть просто полая или пустая или по существу полая или пустая труба или трубка. Полая или пустая, как использовано здесь, относится к трубе или трубке, не имеющей дополнительных устройств или внутренних компонентов, в частности внутренних компонентов для смешения, транспортирования или нагревания реактора или выводимых жидкостей, таких как мешалки, элементы статического смесителя, выступы для регулирования профиля потока жидкости или смешения, набивка, скребки, вращающиеся диски, такие как, например, в реакторе со скользящим пленочным или тонкопленочным потоком, отражательные перегородки, тарелки, сливные патрубки, шнеки, или нагревательные или охлаждающие змеевики, которые находятся в традиционных реакторах и в некоторых трубчатых реакторах. Пустота или незаполненность, как использовано здесь, позволяет помещать устройства измерения потока, такие как отверстия, или устройства регулирования потока, такие как регулирующие клапаны или сливные перегородки, в линию. В одном аспекте изобретения труба или трубки имеют гладкую внутреннюю поверхность. Трубчатый реактор согласно настоящему изобретению не требует компонентов улучшения площади поверхности внутри трубы и не требует пленкообразующего модификатора, как использовано в ряде конструкций известного трубчатого реактора.
Для трубчатых реакторов, используемых на первой и/или второй стадиях настоящего изобретения, можно рассчитать критерии требуемых емкости, качества, перемешивания, поверхности теплопередачи и освобождения. Можно также рассчитать рабочий объем реактора, поверхность теплопередачи, площадь поверхности жидкости, скорость пара в трубопроводе, скорость рабочего потока на входе и выходе реактора и скорость потока теплопередающей среды также может быть рассчитана. В частности, длина l трубы каждого диаметра, необходимая для каждой зоны реактора, может быть рассчитана с использованием объема реактора Vr и формулы:
где r представляет радиус трубы.
Площадь поверхности А, требуемая для каждой зоны, может быть рассчитана следующим образом:
где h представляет высоту жидкости в трубе и r больше h.
Указанные расчеты могут быть выполнены повторно для каждой зоны с учетом поверхности теплопередачи, скорости пара (поток пара в большинстве стандартных реакторов является вертикальным, а в трубчатом реакторе обычно является горизонтальным) и скорости рабочего потока. Таким образом, может быть определена длина трубы каждого диаметра. На фиг.3 представлен пример расчетов. Слишком малый размер трубы может создать проблемы вспенивания в том, что пена не может разрушаться, тогда как слишком большой размер трубы может вызвать слишком большой перепад давления по высоте жидкости. Реактор не ограничен такими критериями конструкции, т.к. другие факторы могут привести к неоптимальной стоимости конструкции, такие как доступность материала или подоптимизация поверхности реактора. В некоторых аспектах размер трубы составляет от 2 дюйм до 24 дюйм, предпочтительно 6-16 дюйм, более предпочтительно 12-16 дюйм.
Использование трубчатого реактора в настоящем изобретении не делает необходимым изменение условий реакции и материалов, загружаемых в реактор. Однако реакционные условия могут быть различными и фактически улучшенными трубчатой реакторной системой настоящего изобретения. В некоторых вариантах условия в трубчатом реакторе являются улучшенными по сравнению с условиями известных реакторов, обеспечивая улучшенные характеристики, такие как более высокая чистота продукта (например, более низкая ДЭГ-примесь) или улучшенный цвет.
Специалист в данной области техники может определить такие рабочие параметры на основе известных способов получения сложных полиэфиров в качестве исходной точки. В одном аспекте рабочими условиями в современной технике являются температура реакции 20-400°С, предпочтительно, выше температуры плавления массы жидкости в любой данной точке реакторной цепи, давление от полного вакуума до 500 фунт/кв.дюйм, время пребывания до примерно 8 ч и мольное соотношение от 1,005:1 до 6,00:1 на основе мольного соотношения остатка гликоля и остатка дикарбоновой кислоты, где кислотный остаток может быть на основе сложного эфира, а остаток гликоля может быть на основе диола. Указанные условия или другие известные рабочие условия могут быть модифицированы или оптимизированы для конструкции трубчатого реактора данного изобретения.
В дополнение к данному общему обзору описания и характеристики отдельных этерификационных и поликонденсационных способов и устройств с трубчатым реактором рассмотрены более подробно ниже, а также некоторые другие изобретения, которые являются либо относящимися к, либо отдельными от трубчатых реакторных систем настоящего изобретения.
Стадия этерификации
Относительно приведенного ниже рассмотрения в разделе "Стадия этерификации", включая все подразделы ("Профиль распределения давления", "Нагревание" и т.д.), если специально не указано иное, способы и устройства данного изобретения, рассмотренные в разделе ниже, являются равноприменимыми и могут быть использованы в поликонденсационных способах и устройствах.
Как указано выше, в одном варианте первая стадия включает использование трубчатого реактора для взаимодействия исходных материалов с образованием мономера. В одном варианте, показанном на фиг.2, трубчатый реактор 10 имеет впуск 12, выпуск 11, наружную поверхность и внутреннюю поверхность. В одном аспекте внутренняя поверхность трубы является круглой, квадратной или прямоугольной в поперечном сечении, предпочтительно круглой, так что образует внутренний диаметр.
Как для этерификационного, так и для поликонденсационного трубчатых реакторов трубчатый реактор, предпочтительно, изготавливают из материала, который не взаимодействует с материалами, текущими по внутренней поверхности, включая в качестве примера сталь, железо, сплавы, титан, хейстеллой, нержавеющую сталь, углеродистую сталь, никель, алюминий, медь, платину, палладий, литий, германий, марганец, кобальт, цинк или их комбинацию. Другие материалы конструкции включают (но не ограничиваются этим) стекло, керамику, футерованную трубу, пластики, такие как акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), полибутилен (ПБ), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный ПВХ (ХПВХ), полипропилен (ПП), стекловолокно, фторопласт и армированная эпоксидная смола. Нержавеющая сталь, хейстеллой и титан используются широко благодаря их свойствам, доступности и стоимости. Как для переэтерификации, так и для поликонденсации каталитический материал также может быть использован для трубы.
При использовании реагенты обычно вводят в трубчатый реактор вблизи, или недалеко от впуска (т.е. ближе к впуску, чем к выпуску), или рядом с впуском (сразу после или у впуска). Когда реагенты текут через трубчатый реактор, реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием мономера в трубчатом реакторе, так что образовавшийся мономер выходит из выпуска. Однако не все реагенты, вероятно, превращаются в мономер при прохождении от впуска к выпуску (т.е. часть реагентов может выходить из выпуска без превращения в мономер) и еще входят в объем настоящего изобретения. Кроме того, часть мономера может взаимодействовать с образованием олигомера и еще входит в объем настоящего изобретения. Реагенты, вводимые или впрыскиваемые вблизи или рядом с впуском трубчатого реактора, могут быть в виде жидкости, газа, твердого вещества или суспензии или другой фазовой смеси.
Самое простое вводить реагенты в виде жидкости (например, ЭГ и ДМТ), потому что реагенты могут быть независимо поданы насосом непосредственно в впуск трубчатого реактора или в другом месте выше по потоку или ниже по потоку от впуска. В одной частной конструкции один реагент может быть введен через впуск трубчатого реактора, а другой реагент введен выше по потоку от впуска. В еще одном частном варианте один или более реагентов могут быть введены через впуск, а другой реагент может быть введен в одном или множестве мест по длине трубчатого реактора между впуском и выпуском.
Когда реагенты являются жидкостями, может быть использован насос, который выгружает реагенты при давлении выше атмосферного давления обычно вблизи впуска трубчатого реактора. В частности, насос может выгружать реагенты при давлении, достаточном для того, чтобы материалы прошли через трубчатый реактор и вышли из выпуска, что включает преодоление сил трения или потери, изменения потенциальной энергии (повышенный напор) и другие силы, которые препятствуют течению материалов через трубчатый реактор. Насосом может быть любой насос, известный в технике, неограничивающие примеры которого включают центробежный насос, включая встроенный вертикальный центробежный насос; нагнетательный насос; плунжер (поршень); шнек (двухконечный, одноконечный, синхронный, асинхронный); ротор (шестерня, многороторный шнек, кольцевой поршень, lore, поворотный клапан или гибкий элемент); жиклер (эжектор с одним соплом или множественным соплом); или коленчатый насос. Реагенты могут быть поданы насосом раздельно или смешаны предварительно вручную и поданы насосом вместе.
Жидкие реагенты легко подаются насосом либо в отдельности, либо смешанные вместе, но твердые реагенты являются более проблематичными. Как рассмотрено более подробно ниже, твердые реагенты могут быть введены с использованием пастового насоса, смесительной емкости, единой системы смешения и питания, рециркуляционного контура, формованного объединенно с пастовой емкостью или комбинации указанных устройств и способов. Адекватное смешение требуется для растворения любых твердых веществ, присутствующих в жидкости и обеспечения смеси газ/жидкость для проведения реакции этерификации. Предпочтительно, смесь газ/жидкость находится в пузырьковом или пенном состоянии в этерификационном реакторе.
Профиль распределения давления
В предпочтительном варианте давление реагентов на внутренней поверхности трубчатого реактора, смежной с впуском, является выше или больше, чем давление мономеров и/или реагентов на внутренней поверхности, смежной с выпуском. Для достижения необходимого перепада давления впуск трубчатого реактора, предпочтительно, расположен вертикально ниже выпуска (как показано на фиг.2), так что перепад давления возникает большей частью от гидростатического давления, полученного от жидкостей, содержащихся на внутренней поверхности трубчатого реактора. Т.е. гидростатическое давление существует между положениями ниже по потоку и выше по потоку, так что, когда жидкость течет вверх через трубчатый реактор, давление снижается. Гидростатическое давление является функцией плотности жидкости (температура и состав), пустой части (вводимые реагенты, температура, созданные побочные продукты реакции, количество газа, выведенного из реактора), высоты или разности по высоте между двумя точками в трубчатом реакторе и падения давления благодаря течению в трубе (скорость течения, вязкость, диаметр трубы).
Этерификационный трубчатый реактор может также иметь различные формы. Например, в одной конструкции (не показано) трубчатый реактор является по существу линейным между впуском и выпуском, так что трубчатый реактор является вытянутым по оси. В другом варианте трубчатый реактор является по существу нелинейным. В другом варианте трубчатый реактор имеет чередующиеся линейные и нелинейные секции.
Трубчатый реактор может быть по существу вертикальным, горизонтальным и под любым углом между ними. Ориентация трубчатого реактора может образовать любой угол с вертикальной плоскостью от 0° (вертикальный, т.е. перпендикулярный к земле или основанию) до 90° (горизонтальный или параллельный горизонту). В различных аспектах трубчатый реактор может быть под углом 0°, 10°, 20°, 45°, 60°, 75°, 85°, 89° или 90° по отношению к вертикальной плоскости. Угол ориентации трубчатого реактора к вертикальной плоскости зависит от многих условий, в частности от полученного продукта и требуемого профиля распределения давления. Например, для получения ПЭТФ, если используется терефталевая кислота, предпочтительной является горизонтальная ориентация, тогда как, если используется ДМТ-способ, предпочтительной является вертикальная ориентация. Для ПЭТФП предпочтительной является вертикальная ориентация.
В различных вариантах этерификационный трубчатый реактор может иметь вертикальную конфигурацию. В различных вариантах для такой вертикальной конфигурации впуск трубчатого реактора может быть расположен не менее чем на 20, 50, 75, 80, 90 или 100 футов по вертикали ниже выпуска. В других вариантах впуск может быть расположен на 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 выпуска.
Другая одинаково жизнеспособная конструкция включает трубчатый реактор, который является нелинейным между впуском и выпуском. Одна такая конструкция показана на фиг.2, где трубчатый реактор является змеевиком на виде спереди. Другие профили нелинейного трубчатого реактора включают (но не ограничиваются этим) конструкции, которые являются изогнутыми, намотанными, двойными, угловыми, скрученными, сплетенными (переходящими в кривые), свитыми, искривленными, изгибающимися, извилистыми, синусоидальными и/или спутанными.
В другой конструкции трубчатый реактор проходит от впуска к выпуску в нелинейном горизонтальном трубопроводе и затем проходит вертикально к другому уровню с другим нелинейным горизонтальным трубопроводом, и указанный способ может быть повторен до любой требуемой высоты (и ширины/длины). Это создает компактную конструкцию с расположенными слоями нелинейными горизонтальными трубопроводами.
В альтернативном варианте этерификационный (или поликонденсационный) реактор может быть выполнен в виде ряда вертикальных труб, проходящих вверх и вниз. В частности, этерификационный (или поликонденсационный) реактор сравнивается с фиг.2, но повернутой на 90°. Т.е. относительно фиг.16 исходные материалы подаются насосом под номером 12 и проходят вертикально вверх и затем вертикально вниз в чередующемся порядке. Такая конструкция позволяет питанию идти под давлением, затем идти при низком давлении и затем снова при высоком давлении с чередованием туда и обратно. Пар может быть удален в зоне низкого давления. Вытекающий поток выходит под номером 11.
В нелинейных конструкциях трубчатый реактор, предпочтительно, имеет множество колен, расположенных между впуском и выпуском. Колена обычно образуют углы сорок пять (45) или девяносто (90) градусов, но другие углы также рассматриваются. Каждое колено изменяет направление потока в трубчатом реакторе, когда реагенты и/или мономер проходят через колено. Направление потока может меняться относительно постоянно горизонтальной плоскости, такой как пол здания, или относительно постоянно вертикальной плоскости, такой как стена здания, или относительно обеих постоянных горизонтальной и вертикальной плоскостей. Когда реагенты и мономеры текут через колено, преимущественно, имеет место большее смешение материалов по сравнению с прямой секцией трубчатого реактора.
Также рассматривается конструкция трубчатого реактора для получения требуемого профиля распределения давления. Когда реагенты и/или мономер находятся в жидком виде, давление жидкости является по существу постоянным при протекании по части трубчатого реактора, которая является горизонтально ориентированной. Т.е. отсутствует перепад гидростатического давления вдоль горизонтальной секции трубчатого реактора, но потери на трение имеют место, когда жидкости текут вниз по потоку, что может менять давление вдоль данной горизонтальной секции трубчатого реактора. Напротив, давление жидкости снижается при повышенной скорости, когда часть трубчатого реактора ориентирована более вертикально далее вниз по потоку.
При обращении к фиг.10 и 11 указанные принципы конструирования могут быть использованы в вариантах настоящего изобретения для создания требуемых профилей распределения давления для реагентов и/или мономера, текущих через трубчатый реактор. Профили 21-25 фиг.11 соответствуют видам 21-25 фиг.10. Изменение конфигурации трубы меняет профиль распределения давления. Фиг.10 и 11 являются в принципе корректными, но фактически падение давления вдоль горизонтальных труб будет только снижаться падением давления от трения по длине трубы. Только вертикальный размер горизонтальной трубы приводит к заметно более низкому давлению в трубчатом реакторе, так что основное падение давления имеет место в стоящих или вертикально ориентированных секциях. Соответственно, на фиг.11 представлена предполагаемая зависимость давление-длина или время, которая фактически имеет место скачками, но изображена плавным образом. Далее будет описана каждая конфигурация. Вид 21 фиг.10 представляет ряд равноотстоящих труб, что дает линейное падение давления в реакторе с предположением равной плотности жидкости и пустой части. Вид 22 представляет трубчатый реактор с меньшими падениями давления вначале и большими падениями давления в верхних четырех широко отстоящих секциях реактора. Трубчатый реактор, изображенный на виде 23 фиг.10, имеет большие начальные падения давления, вызванные увеличенными вертикальными секциями, и меньшие падения давления в последних четырех секциях реактора. Вид 24 представляет трубчатый реактор, имеющий четыре зоны с небольшим падением давления каждая и с большим падением давления между каждой зоной. Вид 25 представляет реактор с падением давления на стадиях. Как уже указано, профили распределения давления для видов 21-25 показаны графически на фиг.11 как профили 21-25. Необходимо отметить, что конфигурации, описанные здесь, являются только иллюстративными. Многие другие конфигурации могут быть разработаны на основе рассмотренных здесь принципов.
В другом варианте рассматривается наличие впуска приблизительно на такой же высоте, как и выпуск (т.е. трубчатый реактор ориентирован по существу горизонтально), так что давление на впуске будет больше, чем давление на выпуске в результате потерь на трение, что имеет место, когда материалы проходят по внутренней поверхности трубчатого реактора. Перепад давления между впуском и выпуском не будет таким большим, как для варианта, имеющего впуск вертикально выше, чем выпуск. Хотя это менее всего желательная конструкция, это также входит в объем настоящего изобретения, ориентировать трубчатый реактор так, чтобы впуск был расположен вертикально выше выпуска.
Давление в верхней части этерификационного реактора может быть под вакуумом с жидкостью, идущей вверх под действием вакуума. В одном аспекте до вакуумной секции отводной канал может быть использован для удаления массы воды. В данном варианте первая часть поликонденсационного реактора может быть помещена на верхнюю часть этерификационного реактора. Это будет делать установку меньше с частью поликонденсационного способа/устройства на этерификационном участке. В другом варианте будет также исключено самое длинное колено затвора в оборудовании. Кроме того, в другом аспекте в реакторной линии после отводного канала может быть использован теплообменник.
Нагревание
Нагревание реагентов увеличивает скорость реакции с облегчением образования мономера и поликонденсации. Соответственно, другой необязательный признак настоящего изобретения включает средство нагревания реагентов и/или мономеров, проходящих через трубчатый реактор. Кроме того, нагревание материалов до кипения по внутренней поверхности трубчатого реактора улучшает смешение: (1) посредством создания разности подъемной силы между газом/паром, образовавшимся при кипении, и окружающей жидкостью (или твердым веществом), текущей по трубчатому реактору, и (2) разрушением пограничного слоя, созданного силами трения между внутренней поверхностью трубчатого реактора и материалами в контакте с внутренней поверхностью. В различных аспектах, по меньшей мере, часть жидкостей в этерификационном способе, поликонденсационном способе или как в этерификационном, так и в поликонденсационном способах нагревают до кипения с обеспечением эффективного смешения. В других аспектах, по меньшей мере, часть жидкостей может быть доведена до кипения другими средствами, такими как, например, снижение давления системы или введение компонента, имеющего более высокое давление пара, чем требуется для кипения жидкостей. Наиболее высокая скорость теплопередачи имеет место при пузырчатом парообразовании (т.е. образование отдельных пузырьков или столбов пузырьков), но также рассматриваются другие виды кипения.
Далее представлены точки кипения типичных компонентов, которые могут быть использованы в настоящем изобретении. Другие компоненты, которые приведены ниже, могут быть также использованы:
Устройство нагревания трубчатого реактора может иметь различные формы. Трубчатый реактор может быть нагрет рядом сред через различные поверхности. Более предпочтительно, настоящее изобретение включает теплопередающие среды (("НТМ") (ТПС)), которые находятся в тепловом сообщении с частью наружной поверхности трубчатого реактора вдоль, по меньшей мере, части трубчатого реактора между его впуском и выпуском. Теплопередающая среда может окружать весь внешний диаметр наружной поверхности и охватывать по существу всю длину трубчатого реактора. Нагрев также может быть подведен введением теплообменников или введением реагентов в горячем или парообразном состоянии. В одном аспекте в ПЭТФ- или ПЭТФП-способе этиленгликоль и/или ЦГДМ могут быть введены в горячем или парообразном состоянии. Альтернативно может быть использован индукционный нагрев или микроволновый нагрев.
Теплообменник может быть использован в линии подачи реагента для нагревания или перевода в пар реагента. В качестве теплообменника также может быть использован промежуточный трубчатый реактор, где трубчатый реактор находится в различных секциях, и каждый поток, выходящий из одной секции, подают через теплообменник для нагрева реагентов и/или мономерных звеньев. Трубчатая реакторная система с промежуточным теплообменником является особенно предпочтительной, если для трубчатого реактора используется труба без рубашки. Теплообменники могут быть низкостоимостным компонентом реакторной цепи в зависимости от установленной стоимости трубы с рубашкой по отношению к установленной стоимости теплообменников. Обычно в этерификации и ранней поликонденсации температура жидкости регулирует время пребывания, так что подвод тепла может быть ограничивающим конструкционным фактором в большей степени, чем реакционная кинетика. Поэтому с минимизацией объема и стоимости быстрое нагревание может улучшить способ. Теплообменники могут быть введены в любом месте по длине, таком как между впуском и выпуском или вблизи или рядом с впуском или выпуском этерификационного реактора (реакторов), поликонденсационного реактора (реакторов) или рециркуляционного контура или между любыми из реакторов (между этерификационными реакторами, поликонденсационными реакторами или между этерификационным реактором и поликонденсационным реактором), рядом или вблизи впуска или выпуска любого из этерификационных или поликонденсационных реакторов, или вблизи, рядом или в любое колено затвора. Предпочтительно, теплообменник устанавливают в начале каждой реакторной секции, где изменяется давление, так как испарение охлаждает жидкость. Поэтому, как указано ниже, введение теплообменника в, вблизи или рядом с коленом затвора может быть предпочтительным. Если труба безрубашечного типа используется в этерификации, тогда низкостоимостным вариантом является использование теплообменника в начале этерификационного способа и также использование дополнительных теплообменников по длине реактора для доведения температуры снова до той, когда испаряется побочный продукт. В одном аспекте теплообменники находятся близко вместе в начале этерификационного способа и далее в отдельности, так как количество испаренного побочного продукта является большим в начале этерификации.
Один пример теплопередающих сред содержит множество электронагревательных элементов, намотанных вокруг наружной поверхности трубчатого реактора. Также рассматривается использование трубы-рубашки, окружающей наружную поверхность, где труба-рубашка имеет внутреннюю поверхность больше наружной поверхности трубчатого реактора с образованием кольцевого пространства между ними. Теплопередающие среды, включающие путем примера жидкость, пар, водяной пар, перегретую воду, сжатые газы, конденсирующий пар, газ, транспортируемые твердые вещества, электропроводку, электронагревательные элементы или их комбинацию, затем помещают в кольцевое пространство. Для использования жидких теплопередающих сред (т.е. жидкость, пар или водяной пар) кольцевое пространство должно быть герметичным в поперечном направлении, так что жидкость течет продольно между впуском и выпуском. В частности, необходимо в данном варианте, использующем жидкие теплопередающие среды, чтобы течение жидкости в кольцевом пространстве было в противоположном направлении к направлению материала, текущего через трубчатый реактор (т.е. теплопередающие среды текут от выпуска к впуску, тогда как реагенты и мономер текут от впуска к выпуску), хотя также могут быть использованы параллельные пути течения ТПС.
На основе скорости течения теплопередающих сред можно гарантировать, что скорость теплопередающих сред в кольцевом пространстве между трубой процесса и трубой-рубашкой является скоростью, соответствующей хорошей конструкции трубопровода. Для данного изобретения скорость от приблизительно 4 до примерно 18 фут/с линейной скорости считается обычно подходящей. Если скорость является слишком высокой, тогда диаметр трубы-рубашки должен быть увеличен.
Также рассматривается, что теплопередающие среды могут также течь или могут быть помещены во внутреннюю трубу, а жидкость процесса помещена в кольцевое пространство между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью наружной трубы. Данная конструкция снижает площадь поверхности трубы процесса и требует большей наружной трубы, но может быть выгодной для некоторых теплопередающих сред, таких как среды высокого давления. Большая поверхность может быть введена с ТПС как внутри, так и снаружи жидкости процесса с жидкостью процесса в среднем кольцевом пространстве.
Если большая теплопередача требуется в секции реактора, тогда должно быть увеличено соотношение площадь поверхности/объем процесса. Это достигается использованием трубы процесса меньшего диаметра. Меньшая труба процесса увеличивает линейную скорость, но до тех пор, пока скорость потока не является такой высокой, что она вызывает эрозию трубы и находится не в секции высвобождения трубчатого реактора, что является приемлемым. Зоны с большей площадью поверхности влияют на стоимость трубчатого реактора. Если скорость потока способа является слишком высокой, тогда используют многочисленные параллельные трубы.
Дегазация
При прохождении от впуска к выпуску реагенты, мономеры, олигомеры, полимеры и побочные продукты могут образовывать пар и газы как результат химических реакций, нагревания или других факторов. Настоящее изобретение также, необязательно, включает средство выведения паров из трубчатого реактора между его впуском и выпуском и/или при, вблизи или рядом с выпуском. Такое выведение обеспечивает ведение реакции в благоприятном равновесии и/или регулирование фазового течения в требуемом режиме. Места выведения могут быть в некоторых аспектах в конце одной или более или всех зон ("зона" относится к этерификационной зоне и каждой поликонденсационной зоне) и/или в одном или более местах в каждой реакторной зоне.
Что касается фиг.20А, показаны восемь различных режимов течения двухфазного потока в горизонтальных трубах. Темные области представляют жидкость, а светлые области - газ. В пузырьковом течении пузырьки газа движутся вдоль верхней части трубы приблизительно с одинаковой скоростью с жидкостью. В поршневом течении потока чередующиеся пробки жидкости и газа движутся вдоль верхней части трубы. В расслоенном течении жидкость течет вдоль дна трубы, а газ течет выше над гладкой поверхностью раздела жидкость/газ. Волновое течение является подобным расслоенному течению, за исключением того, что газ движется с более высокой скоростью, и поверхность раздела нарушается волнами, идущими в направлении течения. В порционном течении боковая волна делает более быстрым движение газа с образованием порции, которая проходит через трубу со скоростью, большей, чем средняя скорость жидкости. В кольцевом течении жидкость течет в тонкой пленке около внутренней стенки трубы, а газ течет с высокой скоростью как центральное ядро. Поверхность не является ни симметричной, ни гладкой, но в большей степени является подобной боковым волнам, наложенным на шквал, как отмечено для волнового течения. В дисперсном, или распыленном, течении основная часть жидкости уносится, как брызги газом. Замечено, что брызги получаются при высокоскоростном срывании газом жидкости с гребней боковых волн. Пенное течение является подобным пузырьковому течению, но только с более крупными пузырьками или процентным содержанием пустот. Смотри, в основном, Robert S. Brodkey. "The Phenomena of Fluid Motions", Addison-Wesley Series in Chemical Engineering, pp.457-459, 1967.
Для этерификационного способа данного изобретения пенное или пузырьковое течение в трубчатом реакторе является оптимальной областью для работы, так как оно обеспечивает хорошее смешение пара и жидкости для облегчения реакции. Для поликонденсационной стадии данного изобретения расслоенное течение в трубчатом реакторе является оптимальным режимом течения, так как оно обеспечивает хорошее высвобождение парообразного побочного продукта из жидкого продукта. Расслоенное течение является также оптимальным течением для вентилирования трубчатого реактора данного изобретения либо в этерификации, либо в поликонденсации. Как видно на фиг.20В, которая представляет диаграмму Байкера потока массы пара (By) по отношению к отношению потока массы жидкость/пар (Вх), показаны различные режимы течения двухфазного потока в горизонтальных трубах. Смотри, в основном, диаграммы Байкера для двухфазного потока, например в патенте США 6111064. Как указано выше, пенное или пузырьковое течение является оптимальным для этерификационного способа, тогда как расслоенное течение является оптимальным для форполимерной и конечной стадий поликонденсационного способа. Порционное и поршневое течение создают возможную опасность для оборудования, кольцевое и дисперсное течение обеспечивает слишком низкое время пребывания, и волновое течение уносит жидкость способа в газовом потоке, что вызывает засорение газообрабатывающего оборудования.
В ранней части этерификации, в некоторых вариантах, может присутствовать твердое вещество, что может создавать трехфазный поток. Однако оптимальные режимы течения, описанные выше, имеют отношение к взаимосвязи жидкости и газа. Твердое вещество фактически не влияет на режим течения газ/жидкость, но необходимо отметить для ясности, что если присутствует твердое вещество, это не может быть истинно двухфазным потоком, так как может присутствовать третья (твердая) фаза.
Движение между режимами жидкости сопровождается изменением мощности установки, увеличением скорости рециркуляции, изменением места выведения рециркуляции в способе, вентилированием пара, изменением диаметра трубы, использованием параллельных труб, изменением физических параметров с помощью таких факторов, как температура, давление, состав, введение разбавителя или инертного компонента или других средств.
Что касается фиг.20В, для этерификационного способа при движении в правостороннем направлении на графике, рециркуляция может быть увеличена в количестве или в степени для достижения пенного или пузырькового состояния. При движении вверх на графике используется труба меньшего диаметра. При движении влево используются дополнительные пути. Для поликонденсационного способа, если скорость пара является слишком высокой, тогда дополнительные параллельные трубы могут быть введены для снижения скорости пара для того, чтобы добиться расслоенного режима течения двухфазного потока.
На фиг.24 показан один возможный набор двухфазных режимов для одного варианта изобретения для способа получения ПЭТФ-гомополимера. В данном варианте этерификационный реактор начинается в точке 400 в пенном или пузырьковом режиме и медленно движется к точке 401, когда процесс осуществляется через реактор. Скорость снижается для высвобождения двух фаз в точке 402 в расслоенной зоне и затем проходит через первую зону давления сепаратора, например колено затвора, на первую стадию поликонденсации в точке 403. Способ проходит по пути к точке 404, пока не достигается вторая зона давления сепаратора, с движением режима течения к точке 405. Процесс проходит по пути последней точки 406 к последней зоне давления сепаратора. Последняя поликонденсационная зона не показана, так как она находится не в масштабе данной диаграммы, но имеет такой же вид, как первые две зоны.
Кроме того, вентилирование газов из системы может регулировать поток пара и соотношение потока жидкость/пар. Вентилирование выводит пар. Это сдвигает процесс вниз (меньше поток пара) и вправо (выше отношение жидкости к газу). Варианты ниже показывают некоторые методы, которые могут быть использованы для движения в любом направлении на графике для изменения режимов течения.
Унесенные газы могут вентилироваться из прокачиваемой жидкости регулируемым снижением скорости течения жидкости в дегазируемой полости, спаренным с регулируемым вентилированием собранного газа из дегазируемой полости. Более предпочтительно, установлено, что газы, унесенные в потоке прокачиваемой жидкости, могут быть отделены от прокачиваемой жидкости введением отрезка дегазирующего трубопровода в путь течения потока жидкости и высвобождения отделенных газов через такой стояк или регулирующий течение отвод. Как использовано здесь, термин "унесенный" и подобные термины относятся к нерастворенному газу, присутствующему в жидкости, например газ в жидкости в виде пузырьков, микропузырьков, пены или подобного.
В одном предпочтительном варианте устройство выведения пара, или дегазирующее устройство, содержит отвод или вентилирующий механизм, введенный в трубчатый реактор. Вентилирующий механизм расположен так, что либо все, либо часть реагентов и мономера, проходящих через внутреннюю поверхность трубчатого реактора, также текут через вентилирующий механизм, когда текут от впуска к выпуску.
При обращении теперь к фиг.7a-7f, вентилирующий механизм действует с замедлением скорости реагентов и/или мономера в трубчатом реакторе в степени, достаточной, чтобы позволить унесенному газу выделиться из жидких реагентов и/или мономера. Вентилирующий механизм, предпочтительно, дает ламинарное расслоенное некруговое двухфазное течение газ/жидкость. Степень снижения скорости в вентилирующем механизме для создания необходимого двухфазного (газ/жидкость) потока может быть определена при использовании (1а) размера пузырьков газа, возможно присутствующего, и вязкости жидкости или (1b) физических свойств как жидкости, так и газа, и (2) ожидаемой скорости течения через трубчатый реактор. Внутренние размеры вентилирующего механизма выбирают для обеспечения большей площади поперечного сечения, открытого для транспортирования жидкости, чем площадь поперечного сечения трубчатого реактора, смежная с вентилирующим механизмом. На основе принципов скорости потока массы, поскольку внутренний диаметр увеличивается, скорость для постоянной скорости потока снижается. При меньшей скорости газы поднимаются и выходят из раствора, пока давление высвобождаемых газов предохраняет дополнительные газы от выхода из раствора. Вентилирование высвобождаемых газов позволяет дополнительным газам выходить из раствора, так как равновесие, первоначально существующее между газами в растворе и вне раствора, сдвигается.
Для отделения унесенных газов в реагентах и/или мономере, например, необходимо, чтобы вентилирующий механизм снижал скорость течения проходящих жидкостей до такой степени, чтобы пенный или пузырьковый двухфазный режим течения, предпочтительно, достигался в этерификационном способе, и, предпочтительно, расслоенный двухфазный режим течения достигался в вентилирующем и поликонденсационном способе. Время пребывания жидкости в вентилирующем механизме также регулируют соответствующим выбором длины вентилирующего механизма для обеспечения достаточного времени при сниженной скорости в вентилирующем механизме для адекватного выделения унесенного газа из жидкости. Соответствующее время пребывания для конкретного потока жидкости может быть определено либо экспериментально, либо эмпирически.
Для наилучших результатов вентилирующий механизм располагают или ориентируют по существу горизонтально, так что пары и газы в проходящих реагентах и мономере текут по существу горизонтально и собираются в верхней области вентилирующего механизма. Характеристики вентилирующего механизма позволяют газам, выходящим из раствора, улавливаться любым устройством, способным обеспечить проход жидкости вниз, но препятствовать течению газа вверх.
Некоторые конструкции, которые могут быть использованы для высвобождения газа из жидких реагентов и мономера, включают (но не ограничиваются этим) конструкции, показанные на фиг.7a-7f. Каждый вариант на фиг.7a-7f имеет впуск 31 для получения смеси жидкости и газа/пара, выпуск 32 жидкости, тройник 36 и выпуск 33 газа/пара. Вентилирующий механизм может содержать эксцентриковый плоскость-на-дно редуктор (редукторы) 37 для замедления скорости жидкости в расслоенном режиме и для минимизации уноса жидкости в пар.
Редуктор обеспечивает некоторое количество площади поверхности таким образом, что скорость пара на поверхности жидкости является достаточно медленной, так что пар не увлекает жидкость вместе с собой, когда он высвобождается, и достаточную площадь поперечного сечения пути жидкости, так что линейная скорость является медленной настолько, что пузырьки пара высвобождаются из жидкости под действием разности подъемной силы, что вызывает деление на две фазы. Редукторы являются предпочтительными, когда нет ограничения по диаметру трубы или мощности реактора. Если диаметры трубы ограничиваются, а мощность установки не ограничивается, альтернативой редуктору может быть обеспечение труб и параллельно обеспечение более низкой линейной скорости и большей площади поверхности на меньшей длине пути.
Вентилирующий механизм имеет эффективный внутренний диаметр (или большую поверхность потока) больше, чем внутренний диаметр трубчатого реактора. Скорость может быть также снижена посредством использования множества параллельных труб, как показано на фиг.7f. В одном аспекте система на фиг.7f не требует редуктора на впуске. Конфигурация на фиг.7е и 7f может быть дополнительно улучшена сливной перегородкой 38, т.е. в верхней половине трубы (перевернутая сливная перегородка) между тройниками 36 и коленом вправо от тройников.
Так как газы и пары выходят из раствора в вентилирующий механизм, они должны быть выведены. С этой целью вентилирующий механизм, предпочтительно, дополнительно содержит вертикальный дегазирующий стояк, спаренный с вентилирующим механизмом. Дегазирующий стояк имеет принимающий конец в проточном сообщении с вентилирующим механизмом и противоположный вентилирующий конец, расположенный вертикально выше впускного конца. Хотя прямолинейный вариант рассматривается, предпочтительно, дегазирующий стояк является нелинейным между принимающим концом и вентилирующим концом.
В одном варианте отводной канал дополнительно содержит вертикальный дегазирующий стояк, спаренный с отводным каналом, где дегазирующий стояк имеет принимающий конец в проточном сообщении с отводным каналом и противоположный вентилирующий конец, расположенный вертикально выше впускного конца, и где дегазирующий стояк идет нелинейно в своем продольном направлении между принимающим концом и вентилирующим концом, и где дегазирующий стояк выполнен из трех смежных секций, каждая в проточном сообщении друг с другом, причем первая секция является смежной с принимающим концом и по существу вертикально отходит от отводного канала, вторая секция спарена с первой секцией и ориентирована под углом относительно первой секции в плоскости, и третья секция спарена с второй секцией и ориентирована под углом относительно второй секции в плоскости, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально. В одном аспекте отводным каналом является вертикальная труба первой секции, спаренная с горизонтальной трубой третьей секции, с трубой второй секции, соединяющей вертикальную и горизонтальную трубу под любым углом, иным, чем 0 или 90 градусов, предпочтительно под углом 45 градусов. В различных аспектах по существу вертикаль по отношению к первой секции включает первую секцию, ориентированную под углом от примерно 0 до примерно 60 градусов относительно вертикальной плоскости, от примерно 0 до примерно 50 градусов относительно вертикальной плоскости, от примерно 0 до примерно 45 градусов относительно вертикальной плоскости, от примерно 0 до примерно 30 градусов относительно вертикальной плоскости, от примерно 0 до примерно 15 градусов относительно вертикальной плоскости или примерно 0 градусов (вертикаль) к вертикальной плоскости; вторая секция ориентирована под углом к вертикальной плоскости от примерно 5 до примерно 85 градусов, от примерно 15 до примерно 75 градусов, от примерно 30 до примерно 60 градусов или примерно 45 градусов; и по существу горизонтальная по отношению к третьей секции включает ориентированную под углом относительно горизонтальной плоскости плюс-минус от примерно 45 до примерно 0 градусов, плюс-минус от примерно 30 до примерно 0 градусов, плюс-минус от примерно 15 до примерно 0 градусов, плюс-минус от примерно 5 до примерно 0 градусов или примерно 0 градусов. Плюс-минус по отношению к третьей секции предназначается для обозначения, что первая и вторая секции обычно помещаются под углом относительно вертикали, так что протекающая парообразная или газообразная жидкость проходит в направлении вверх (причем жидкость сначала проходит вверх, но затем после полного высвобождения движется в направлении вниз обратно в способ), тогда как третья секция может быть ориентирована в ориентации вверх, горизонтально или вниз. В другом аспекте первая секция ориентирована под углом от примерно 0 до примерно 60 градусов относительно вертикальной плоскости, вторая секция ориентирована под углом от примерно 5 до примерно 85 градусов относительно вертикальной плоскости и третья секция ориентирована под углом от примерно 0 до примерно 45 градусов относительно горизонтальной плоскости. В другом аспекте первая секция ориентирована под углом 0 градусов относительно вертикальной плоскости, вторая секция ориентирована под углом 45 градусов относительно вертикальной плоскости и третья секция ориентирована под углом 0 градусов относительно горизонтальной плоскости. Предпочтительно первая секция ориентирована под углом примерно 45 градусов относительно второй секции и третья секция ориентирована под углом примерно 45 градусов относительно второй секции. Предпочтительно третья секция находится в параллельном потоке с линией процесса, которая находится в проточном сообщении с ней, как показано на фиг.7g, как было бы показано, если бы устройство на фиг.7g было бы помещено или перенесено непосредственно поверх фиг.7a-7f, где выпуск 33 соединен с впуском 34, или, как показано на фиг.8 (с допущением, что элемент 137 находится в той же плоскости, что и тройник 36 или 139). Однако третья секция может быть противоточной или даже точкой между параллельным током и противотоком. Противоток может быть предусмотрен для более эффективного высвобождения, но имеет недостатки размещения оборудования. Таким образом, дегазирующий стояк создает нелинейный путь от первой к второй секции и затем другой нелинейный путь от второй секции к третьей секции. В другом аспекте третья секция расположена под углом минус 45 градусов по отношению к горизонтали, создавая путь течения вниз в третьей секции, и для данного аспекта, предпочтительно, третья секция ориентирована под углом 90 градусов к второй секции, которая, предпочтительно, ориентирована под углом 45 градусов к вертикальной плоскости. Отводной канал является чрезвычайно низкостоимостной конфигурацией для осуществления функции высвобождения тем, что нет подвижных частей в конструкции основной трубы отводного канала и отводной канал может быть только пустой трубой.
Как показано на фиг.7g и фиг.8, предпочтительный вариант дегазирующего стояка выполнен из трех смежных секций в проточном сообщении друг с другом: первая секция является смежной с принимающим концом и по существу вертикально отходит от вентилирующего механизма; вторая секция спарена с первой секцией и ориентирована под углом примерно сорок пять градусов относительно первой секции в плоскости; и третья секция спарена с второй секцией и ориентирована под углом примерно сорок пять градусов относительно второй секции в плоскости, так что третья секция ориентирована по существу горизонтально.
Общей характеристикой является то, что стояк ориентирован вертикально, а вентилирующий механизм ориентирован горизонтально, что создает нелинейный путь от впуска к выпуску и, таким образом, позволяет газу выделяться без жидкости, также вытекающей из стояка. Что касается фиг.7g или фиг.8, где размещение вентилирующего механизма является также применимым к этерификационному способу, отрезки трубы 136 и 145 являются корректируемыми, пока прямолинейный путь от компонента 144 (или впуска 34 на фиг.7g) к компоненту 137 не является возможным. Таким образом, между впуском 34 и выпуском 35 существует непрямолинейный путь. Такая нелинейность заставляет все или большую часть мелких капель жидкости в паре сталкиваться с частью поверхности отводного трубопровода. Так фиг.7a-7f показывают шесть различных размещений высвобождения пара, причем варианты фиг.7d, 7e и 7f являются наиболее предпочтительными, так как они не имеют низких мест, которые были бы вредными в операции дренирования. В каждом варианте фиг.7a-7f, варианте фиг.7g впуск газа/пара 34 размещен в проточном сообщении с выпуском 33 вентилирующего "тройника" 36 фиг.7a-7f, так что пар сначала проходит через вертикальную секцию фиг.7g, затем через диагональную секцию, затем через горизонтальную секцию и выходит через выпуск 35.
Также предпочтительно включить устройство регулирования потока в дегазирующий стояк для регулирования потока жидкости через него. Устройством регулирования потока может быть, например, отверстие, дроссельный клапан, регулирующий клапан, ручной клапан, секция уменьшенной трубы, регулирование давления на выходе, сопло и/или пробулькивание через жидкость для напора.
Устройство регулирования потока, предпочтительно, обеспечивает пропуск приблизительно девяноста процентов пара, образовавшегося на данном отрезке в трубчатом реакторе, тогда как оставшиеся десять процентов удерживаются жидкостью. Приблизительное девяносто/десять процентное соотношение обеспечивает то, что жидкость не проходит через газовую линию и сохраняет приблизительно десять процентов газа для смешения в трубчатом реакторе. Количество выведенного газа не может достигать ста процентов как максимум, так как жидкость течет в стояке вместе с газами.
Вентилирующий конец дегазирующего стояка обычно находится в проточном сообщении с дистилляционной системой, к которой идут пары или удаляются. Также можно вентилировать пары в окружающую среду. Давление на вентилирующем конце дегазирующего стояка может быть регулируемым, когда вентилирующий конец находится в сообщении с дистилляционной системой, тогда как при вентилировании в окружающую среду вентилирующий конец будет при атмосферном давлении.
Эффективность выведения пара может быть улучшена увеличением внутреннего диаметра трубчатого реактора рядом или до вентилирующего механизма с максимизацией площади поверхности жидкости и минимизацией скорости пара на половине поверхности диаметра трубы. Если скорость в трубе около высвобождения является слишком высокой, диаметр трубы может быть расширен, как показано, например, на фиг.7d. В некоторых вариантах расширенные секции имеют эксцентриковый плоскость-на-дно редуктор для предотвращения образования мешков в реакторе. Эти мешки снижают зону реакции, снижая в результате мощность, и не могут быть легко выведены в ходе способа. Конфигурации, показанные на фиг.7d и 7f, не улавливают жидкость и позволяют прекратить полное дренирование на установке. Вентилирующий механизм может быть одинакового размера, меньше или больше в диаметре, чем линия, к которой он присоединен. В одном аспекте вентилирующей трубой является, по меньшей мере, одна стандартная труба большего размера, чем вентилируемая труба, в другом аспекте она выполнена двойного размера от вентилируемой трубы. Поскольку обычным оптимальным размером трубы для конструкции трубчатого реактора здесь является обычно наибольший доступный размер трубы, непрактично иметь вентилирующую трубу больше вентилируемой трубы и могут быть использованы множественные вентилирующие трубы для снижения скорости в качестве альтернативной конструкции, как показано на фиг.7f.
Если требуется дополнительная площадь поверхности, дополнительные трубы могут быть установлены на такой же высоте, где дополнительные трубы идут параллельно друг другу и все включают вентилирующий механизм (смотри, например, фиг.7f). Дополнительные ряды параллельных труб и вентилирующие механизмы обеспечивают дополнительную поверхность для высвобождения газа из реагентов и мономера.
Выведение газа не требуется для поддержания реакции в трубчатых реакторах, но выведение газа улучшает скорость реакции при удалении ограничивающих частиц. Выведение газа также снижает пустотную часть, делающую меньшим конечный объем реактора.
Вентилирующие механизмы могут быть использованы в трубчатом реакторе между его впуском и выпуском. Например, в одном варианте этерификационный или поликонденсационный реактор имеет, по меньшей мере, две секции из первой секции и второй секции, где давление снижается в поликонденсационном реакторе, стадию снижения, содержащую, по меньшей мере, два дегазирующих механизма, введенных в поликонденсационный реактор, так что поликонденсационные жидкости, пересекающие его внутреннюю поверхность, текут последовательно по двум соответствующим дегазирующим механизмам, когда текут от первого конца к второму концу поликонденсационного реактора, и где два дегазирующих механизма расположены, соответственно, в первой секции и второй секции поликонденсационного реактора. В одном аспекте первая и вторая секции этерификационного или поликонденсационного реактора поддерживаются при давлениях, отличающихся друг от друга. В другом варианте этерификационный или поликонденсационный трубчатый реактор включает верхнюю секцию, среднюю секцию и нижнюю секцию и каждая из трех секций включает, по меньшей мере, один вентилирующий механизм. В частном аспекте поликонденсационный реактор включает верхнюю секцию, среднюю секцию и нижнюю секцию, где давление снижается в поликонденсационном реакторе, причем стадия снижения содержит, по меньшей мере, три дегазирующих механизма, введенных в поликонденсационный реактор, так что поликонденсационные жидкости, пересекающие его внутреннюю поверхность, текут последовательно по трем соответствующим дегазирующим механизмам, когда текут от первого конца к второму концу поликонденсационного реактора, где три дегазирующих механизма расположены, соответственно, в верхней секции, средней секции и нижней секции поликонденсационного реактора. Верхняя, средняя и нижняя секции поликонденсационного реактора могут поддерживаться при давлениях, отличающихся друг от друга. Рассмотрение другой конструкции включает, как указано выше, множество колен в трубчатом реакторе, которые обеспечивают выведение паров из реагентов и мономера. В частности, трубчатый реактор может включать первое колено, расположенное вверх по потоку от вентилирующего механизма, и второе колено, расположенное вниз по потоку от вентилирующего механизма.
Введение реагентов в трубчатый реактор
Введение реагентов было направлено выше на введение жидких реагентов в трубчатый реактор с использованием насоса. Данный раздел рассматривает альтернативные способы введения реагентов в трубчатый реактор, включая использование емкости для пасты, смесительной емкости, альтернативной системы питания и рециркуляционного контура.
Для каждого способа реагенты могут быть введены, как рассмотрено ниже, реагенты могут быть в стандартных условиях передачи или, альтернативно или предпочтительно, реагенты могут быть предварительно нагреты до поступления в реактор, так что зона холодного плохого смешения не имеет место. Введение холодных реагентов в местах выше и ниже по потоку от впуска в трубчатый реактор может быть благоприятным или необходимым.
В некоторых вариантах наружные линии реагентов для введения в трубчатый реактор, предпочтительно, подают сверху вниз в реактор, где местом ввода может быть любое место, описанное здесь или выбранное специалистом в данной области техники. Линия реагента должна быть обеспечена рубашкой при температуре, превышающей температуру плавления содержимого реактора, в месте и точке подачи реагента. Такая конструкция предохраняет линию реагента от закупоривания, когда течение прекращается, и (1) регулирующий клапан не является герметичным, и (2) контрольный клапан не полностью закрыт, и то и другое широко распространено на известных сложнополиэфирных установках.
Подача насосом жидких реагентов
Как рассмотрено выше, наиболее легко вводить реагенты в виде жидкости (например, ЭГ и ДМТ), потому что реагенты могут быть поданы насосом прямо в впуск трубчатого реактора или в другое место вверх по потоку от впуска. Насос (насосы) выгружает реагенты выше атмосферного давления вблизи впуска трубчатого реактора. Реагенты могут быть либо поданы насосом отдельно, либо смешаны сначала вручную и затем поданы насосом вместе.
Введение твердых материалов с использованием емкости для пасты
Главной задачей этерификационного реактора является проведение реакции или превращение кислот в реакторе в мономеры и олигомеры. Для осуществления задачи твердые кислоты, такие как терефталевая кислота, должны выдерживаться в реакторе до своего растворения. Емкости для пасты часто используют для облегчения перемешивания и смешивания, и патент США №3644483 рассматривает использование такого пастового введения. Если емкость для пасты является подходящей, паста любого твердого вещества может быть подана в впуск трубчатого реактора или в любое место на пути трубчатого реактора с или без рециркуляционного контура, который описан ниже.
Система емкости смешения и питания
Что касается фиг.15А, смесительную емкость 41 заполняют вводимой жидкостью. Соответствующие жидкости растворяют или суспендируют с выбранным твердым веществом. Соответствующие жидкости включают ЭГ, метанол, ЦГДМ и подобное. Этиленгликоль используют в качестве примера в данном разделе. ЭГ либо нагревают, либо охлаждают до соответствующей температуры в зависимости от добавки и температуры введения ЭГ, что является функцией окружающих условий и предварительной обработки. Теплообменник 46, рубашку смесительной емкости или внутренние змеевики и т.д. используют для нагревания и охлаждения смеси, когда ее рециркулируют насосом 43 (что не требуется, когда используют рубашку смесительной емкости или внутренние змеевики, но может быть использовано для улучшения тепло- и массопередачи) с использованием прибора регулирования температуры 45. В теплообменник обычно подают пар 47 и воду 48, но могут быть использованы любые соответствующие нагревающие и охлаждающие среды или механизмы. Добавку вводят мешалкой 44, насосом 43 или тем и другим, работающим для суспендирования твердых веществ до тех пор, пока они не растворятся в ЭГ. Уровень в емкости 42 регулируют посредством регулирования введения ЭГ и отмечают, когда емкость является пустой для следующей смеси. Смесь подают насосом из смесительной емкости 41 в емкость питания 51 с использованием насоса 43 и пропусканием через 3-ходовой клапан 60 или пару 2-ходовых регулирующих клапанов (не показано).
Уровень 49 емкости питания 51 регулируют посредством введения смеси из смесительной емкости 41. Когда смесительная емкость 41 является пустой, готовят следующую смесь, хотя остаточный объем в емкости питания 51 продолжает питать процесс. Насосы 52 и 53 заполняют коллектор питания 59 для подачи смеси в системы питания 57 и 58, которые регулируют поступление добавки в процесс. Температуру емкости питания регулируют прибором регулирования температуры 54 с использованием пара 55 и воды 56 или любых подходящих средств регулирования температуры или механизма. Мешалку 50 используют для поддержания однородной смеси в емкости питания.
Насосы 52 и 53 могут быть установлены непосредственно в линию подачи полимера без использования коллектора 59. По меньшей мере, один насос требуется на линию с запасными, как положено.
Альтернативная система работает следующим образом, как показано на фиг.15В. ЭГ вводят в трубу без рубашки 72, которая действует как емкость в данной системе. Трубу 72 размещают вертикально в плоскости в незанятом пространстве или присоединяют к наружной стенке. Труба 72 может иметь горизонтальные компоненты для облегчения установки или улучшения объема, но установка не должна иметь ловушек для растворяемых твердых веществ. После того как соответствующее количество ЭГ вводят в трубу 72, как регулируемое уровнем 75, задействуют насос 74. Температуру смесительной системы регулируют прибором регулирования температуры 77 с паром 78 и водой 76 или любыми подходящими средствами или механизмом контроля температуры и в данном случае используют трубу с рубашкой 73. Вводят добавку, и циркуляционный насос 74 продолжает суспендировать твердые вещества в трубе 73 до тех пор, пока твердые вещества не растворятся. Когда твердые вещества растворятся, клапан 81 переключают на направление потока в емкость 82 питания.
Емкость питания 82 должна иметь подходящий объем, чтобы получить и выгрузить смесь и получить вторую смесь в случае, если первая смесь является ошибочной. В одном аспекте впуск в емкость 82 расположен выше сварного шва нижней головки. Переток емкости 82 питания, предпочтительно, находится на отрезке 95% длины емкости между сварными линиями головки емкости. Смесь из насоса 74 направляется через клапан 81 в емкость 82 питания и переточную емкость 82 снова в трубу 72 смесительной системы через трубу 71. Течение смеси с помощью насоса 74 через смесительную систему и емкость питания обеспечивает регулирование смешивания и температуры для обеих систем, исключая необходимость регулирования температуры, регулирования уровня и смешивания (перемешивания) в емкости 82. Смесь вводят в установку через коллектор 59 и системы 57 и 58. В одном аспекте насосы не требуются, так как емкость 82 расположена на высоте, которая обеспечивает напор давления в добавленных системах. Так как смесь расходуется в пунктах 57 и 58 (показаны два пункта, но может быть использовано от 1 до большего числа), уровень в трубе 72 падает. Когда уровень в трубе 72 будет таким низким, что насос 74 начинает останавливаться, клапан 60 переключает направление потока от трубы 73 обратно к трубе 72 без прохождения через емкость 82. В течение этого времени уровень в емкости 82 начинает падать. Новую смесь получают в смесительной системе, начиная с введения ЭГ в трубу 72. Новую смесь получают и отводят через клапан 60 в емкость 82 до того, как емкость 82 опорожняется.
Насосы 74 для смесительных емкостей устанавливают на нижнем этаже здания. Трубу смесительной емкости размещают на наружной стене (или внутри, если позволяет пространство) на крыше, где установлены емкости питания 82. Труба 73, идущая от циркуляционного насоса 74 может быть снабжена рубашкой для нагревания или охлаждения. Возвратная труба к трубе 72 также может быть снабжена рубашкой, если необходимо. Верх трубы смесительной емкости 73 имеет трехходовой клапан 60, ведущий к емкости питания 82. Емкость 82 питания имеет переточную линию 71 обратно в смесительную емкость 72. Емкость 82 питания имеет достаточное время пребывания между перепускным клапаном и днищем емкости питания для питания установки, хотя следующая партия смеси получена. Следовательно, и хотя следующая партия смеси получена, трехходовой клапан 60 переключается так, что жидкость не течет через емкость 82 питания. Такая конфигурация исключает все мешалки и регулирование уровня в емкости 82 питания. Так как емкости питания расположены на крыше, возникает дополнительное давление потока из-за перепада высот. Поток регулируется с помощью расходомера и регулирующего клапана в пунктах 57 и 58. Такая конфигурация также снижает пространство, необходимое для оборудования.
Для типичной системы с расходом 100 фунт/ч через каждые 2 пункта питания трубой 72 может быть 14-дюймовая труба 10 сортамента длиной 72 фута. Насос может иметь производительность 50 галлон/мин, и труба 72 может быть 3 или 4 дюйма в диаметре. Емкость 82 в данном случае будет вмещать 75 фут3 и иметь приблизительные размеры 3,5 фута в диаметре и по высоте.
Рассмотренная система смешивания и распределения жидкости по изобретению, таким образом, включает первую удлиненную и вертикально расположенную емкость для хранения жидкости; вторую емкость для хранения и распределения жидкости в проточном сообщении с первой емкостью, причем вторая емкость расположена на большей высоте по вертикали, чем первая емкость; циркуляционный насос, находящийся в проточном сообщении с первой емкостью и второй емкостью, причем циркуляционный насос сконструирован и установлен для пропускания потока жидкости через систему и для циркуляции жидкости из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость; и регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, соответственно. Регулирующий клапан сконструирован и установлен для избирательного направления потока жидкости из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость. Вторая емкость находится в проточном сообщении с распределительной системой способа установки. Напор статического давления, образованный жидкостью, содержащейся во второй емкости, используется для пропускания жидкости из второй емкости к распределительной системе способа установки.
Соответственно, аспектом изобретения является то, что первая емкость дополнительно содержит прибор регулирования уровня жидкости, причем прибор регулирования уровня жидкости сконструирован и установлен для управления регулирующим клапаном при определении заданного уровня жидкости в первой емкости. В другом аспекте обе или одна из емкостей отсоединяются. В дополнительном аспекте первая емкость является емкостью с регулируемой температурой, причем поток жидкости из первой емкости используют для регулирования температуры второй емкости. Прибор регулирования температуры дополнительно содержит устройство для избирательного введения пара и воды в жидкость в первой емкости для повышения и снижения ее температуры при необходимости. В другом аспекте вторая емкость дополнительно содержит впуск жидкости, находящийся в проточном сообщении с регулирующим клапаном так, что жидкости проходят через впуск и во вторую емкость, и выпуск жидкости расположен вертикально выше впуска и находится в проточном сообщении с первой емкостью так, что любой избыток жидкостей, содержащихся во второй емкости, перетекает из нее в первую емкость. В еще одном аспекте поток жидкости через систему направляется регулирующим клапаном из первой емкости обратно в первую емкость в течение такого времени, пока жидкость в первой емкости не будет смешана до заданного стандарта, и где поток смешанной жидкости избирательно направляется регулирующим клапаном из первой емкости во вторую емкость.
Альтернативный вариант системы содержит первую емкость хранения жидкости; вторую емкость хранения и смешивания жидкости; циркуляционный насос в проточном сообщении с первой емкостью и второй емкостью, причем циркуляционный насос сконструирован и установлен для циркуляции жидкости через систему и из первой емкости во вторую емкость и из первой емкости в первую емкость; вторую емкость, расположенную на большей высоте по вертикали, чем первая емкость и распределительная система установки; и регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью, соответственно, причем регулирующий клапан сконструирован и установлен для избирательного направления потока жидкости из первой емкости обратно в первую емкость и из первой емкости во вторую емкость. Вторая емкость находится в проточном сообщении с распределительной системой способа установки, и напор статического давления, образованный жидкостью, содержащейся во второй емкости, используется для прохождения жидкости из второй емкости к распределительной системе способа установки.
Способ смешивания и распределения жидкости в системе смешивания и распределения жидкости включает размещение, по меньшей мере, одной жидкости в первую удлиненную и вертикально расположенную емкость хранения жидкости; пропускание жидкости из первой емкости во вторую удлиненную и вертикально расположенную емкость смешивания и хранения жидкости, причем вторая емкость жидкости расположена на большей высоте по вертикали, чем первая емкость и распределительная система установки, с циркуляционным насосом, находящимся в проточном сообщении с первой емкостью и второй емкостью, причем циркуляционный насос сконструирован и установлен для пропускания жидкости через систему; использование регулирующего клапана в проточном сообщении с циркуляционным насосом, первой емкостью и второй емкостью для избирательного направления жидкости из первой емкости либо в первую емкость, либо во вторую емкость; и избирательное пропускание жидкости из второй емкости к распределительной системе установки, причем вторая емкость создает напор статического давления, используемый для пропускания жидкости, хранившейся в ней, к распределительной системе установки.
Дополнительные аспекты способа включают введение, по меньшей мере, одного твердого вещества или второй жидкости, по меньшей мере, в одну жидкость в первой емкости и смешивание их комбинации; циркулирование жидкости через первую емкость до тех пор, пока материалы в ней не смешаются друг с другом; пропускание жидкости из первой емкости во вторую емкость сразу, как материалы в ней смешаются друг с другом; регулирование температуры жидкости в первой емкости; регулирование температуры жидкости в первой емкости посредством избирательного введения пара и воды для повышения и снижения ее температуры, как требуется; измерение уровня жидкости в первой емкости прибором регулирования уровня; управление с помощью прибора регулирования уровня регулирующим клапаном при определении заданного уровня жидкости в первой емкости; пропускание любой перетекающей жидкости из второй емкости в первую емкость.
Введение реагентов с использованием рециркуляции
Настоящее изобретение также необязательно включает устройство для рециркулирования части реагентов и мономера, текущих через трубчатый реактор. Емкость для смешивания кислотной пасты, или смесительная емкость, может быть заменена рециркуляцией, или рециркуляционным контуром, на переэтерификационном трубчатом реакторе.
В предпочтительном варианте устройство рециркуляции содержит рециркуляционный контур, имеющий приток и отток. Приток находится в проточном сообщении с трубчатым реактором в любой точке этерификационного или поликонденсационного способа, включая (но не ограничиваясь этим) вблизи впуска этерификационного реактора, точку между впуском и выпуском этерификационного реактора, вблизи впуска форполимерного реактора, вблизи выпуска форполимерного реактора, точку между впуском и выпуском форполимерного реактора, вблизи впуска или выпуска поликонденсационного реактора и в точке между впуском и выпуском поликонденсационного реактора, и отток независимо находится в проточном сообщении с трубчатом реактором в любой точке этерификационного или поликонденсационого процесса, включая (но не ограничиваясь этим) вблизи впуска этерификационного реактора, вблизи выпуска этерификационного реактора, точку между впуском и выпуском этерификационного реактора, вблизи впуска форполимерного реактора, вблизи выпуска форполимерного реактора, точку между впуском и выпуском форполимерного реактора, вблизи впуска или выпуска поликонденсационного реактора и в точке между впуском и выпуском поликонденсационного реактора. В одном аспекте отток находится в проточном сообщении с этерификационным трубчатым реактором вблизи или рядом с его впуском, вблизи или рядом с его выпуском или в точке между впуском и выпуском этерификационного реактора. В одном аспекте выходящий поток из рециркуляции направляется в этерификационный реактор вблизи впуска этерификационного реактора, в другом аспекте отток находится в проточном сообщении с реактором рядом с его впуском, в другом аспекте отток находится в проточном сообщении с реактором между его впуском и выпуском, в другом аспекте выходящий поток из рециркуляции направляется в этерификационный реактор выше по потоку от впуска этерификационного реактора, в другом аспекте приток находится в проточном сообщении с этерификационным реактором между его впуском и выпуском, в другом аспекте приток находится в проточном сообщении с этерификационным реактором вблизи его выпуска, в другом аспекте отток находится в проточном сообщении с вторым реактором, где второй реактор находится ниже по потоку от этерификационного реактора, в другом аспекте приток на рециркуляцию находится в проточном сообщении с поликонденденсационным реактором, в другом аспекте приток на рециркуляцию находится в проточном сообщении с поликонденсационным реактором вблизи его выпуска, в другом аспекте стадию рециркуляции осуществляют с использованием рециркуляционного контура, имеющего приток и отток, причем отток находится в проточном сообщении с трубчатым реактором вблизи впуска, где жидкости, текущие через рециркуляционный контур, являются каждая рециркуляционной жидкостью, в другом аспекте приток находится в проточном сообщении с трубчатым реактором между его впуском и выпуском или вблизи его выпуска. В данном описании реагенты и мономер и любая другая жидкость, такая как олигомер и полимер, текущие через рециркуляционный контур, называются "рециркуляционными жидкостями".
Как установлено в другом варианте, мономер может быть подан в рециркуляционный контур из поликонденсационного реактора, что рассмотрено ниже. Таким образом, в данном варианте подача в рециркуляционный контур происходит не из (или не только из) этерификационного трубчатого реактора, в который выходит вытекающий поток из рециркуляционного контура.
В некоторых вариантах изобретения, которые показаны на фиг.13а и 13b, рециркуляционный контур 91 включает рециркуляционный насос 92, расположенный между его притоком 93 и оттоком 94, для увеличения давления протекающих жидкостей. Рециркуляционным насосом 92 является, предпочтительно, совмещенный центробежный насос, который расположен вертикально ниже входящего потока с получением надлежайшей чистой положительной высоты всасывания (("NPSH") ("ЧПВВ")). Это обусловлено тем, что рециркуляционные жидкости, как рассмотрено более подробно ниже относительно средства удаления пара, находятся при или близко к атмосферному давлению и точке кипения раствора. Альтернативно могут быть использованы другие насосы, но центробежный насос является предпочтительным на основании напорных характеристик.
Как только рециркуляционные жидкости проходят через приток и рециркуляционный насос с увеличением давления, необходимо снизить давление рециркуляционных жидкостей, по меньшей мере, временно в месте ниже по потоку от рециркуляционного насоса. Преимуществом снижения давления является то, что другие материалы, такие как один или более реагентов, могут быть введены в рециркуляционный контур. Давление, предпочтительно, снижают с использованием устройства, снижающего давление, такого как эдуктор 95, через которое течет, по меньшей мере, часть рециркуляционных жидкостей. Эдуктор создает легкий вакуум или податмосферное давление в своей горловине. Эдуктор 95 может быть использован взаимозаменяемо с сифоном, всасывающим вентилятором, соплом Вентури, жиклером и/или инжектором или другими подобными устройствами, понижающими давление.
Для питания или подачи реагентов в рециркуляционный контур используют питающую трубу 96, которая имеет разгрузочный конец, находящийся в проточном сообщении с рециркуляционной линией, смежной с эдуктором. Подаваемые реагенты поступают в рециркуляционную линию от пониженного давления рециркуляционных жидкостей, создаваемого эдуктором. Питающая труба также имеет приемный конец, противоположный разгрузочному концу. Вакуум на горловине эдуктора удерживает пар от подъема до твердых веществ, движущихся в трубе процесса. Пар конденсируется на твердых частицах, и смесь является очень вязкой и закупоривает систему. Зона расширения эдуктора имеет интенсивное перемешивание и отделяет реагент, такой как ОТК, так что в этерификационной трубе комок не образуется. Твердый реагент может увлекать газ в реактор с собой. Газ может быть удален другой системой высвобождения пара после эдуктора. Альтернативно, питание жидкости в реакторную систему может быть подано в бункер твердого питания. Жидкость заменяет газ, и тогда инертные вещества не поступают в эдуктор.
Систему питания используют для дозирования и подачи избирательно твердых реагентов или других компонентов, таких как модификаторы, катализаторы и т.д., в рециркуляционный контур. Один вариант системы питания показан на фиг.13а и 13b. Первой составной частью системы питания является устройство 97 для хранения твердого реагента, такое как бункер, пылесборник или мешочный фильтр, используемое для хранения твердого реагента, подаваемого в рециркуляционный контур. Жидкость может быть введена в устройство для хранения твердого реагента для снижения или исключения газа, уносимого с твердым веществом. Если используют пылесборник, тогда единицу погрузки на весах можно дозировать в твердых веществах по массе, и контейнер для перевозки действует как имеющееся устройство. Кроме того, бункер может действовать как система взвешивания и малозвенное оборудование. Если твердое сырье транспортируют со стороны, тогда конвейерная система не требуется. Устройство 98 дозирования твердых веществ, такое как ротационный пневматический затвор, поршень и клапан (бункер), двойной клапан, ковшовый транспортер, буферная емкость или подобное, размещают на дне устройства для хранения твердого реагента 97 для получения реагентов из устройства 97 для хранения твердого реагента. Следующей составной частью системы питания является питатель 99 по потере массы (или объемный питатель), который находится в сообщении с устройством 98 дозирования твердых веществ, а также в сообщении с приемным концом питающей трубы 96 и промежуточной 96 и 98. Таким образом, реагенты подают в рециркуляционный контур из устройства 97 для хранения твердого реагента к дозирующему устройству 98 твердых веществ, в питатель 99 по потере массы и затем через питающую трубу 96 должны быть поданы в рециркуляционный контур рядом или прямо в эдуктор 95. Питатель 99 по потере массы также может быть расположен на устройстве 97 для хранения твердого реагента или емкости питания (не показано), расположенной выше по потоку от устройства 97 и которая питает это устройство 97. Необходимо отметить, что введение твердых химических компонентов рядом с устройством снижения давления, таким как эдуктор, обеспечивает введение твердых химических компонентов непосредственно в любую реакционную жидкость, находящуюся в данном химическом процессе изготовления. Например, в вариантах, использующих эдуктор в качестве устройства для снижения давления рециркуляционных жидкостей, вакуум на горловине эдуктора удерживает пары от подъема до твердых веществ, которые вводят в линию процесса. До данного изобретения пары конденсировались на твердых частицах и смесь становилась очень вязкой, что приводило в результате к закупорке всей системы. Однако в соответствии с настоящим изобретением зона расширения, или расхождения, эдуктора обеспечивает очень интенсивное перемешивание и поддерживает достаточное отделение твердого компонента, такого как терефталевая кислота, так что это не дает комок в различных реакторных зонах. Для наилучших результатов предпочтительно подавать твердый компонент прямо в устройство снижения давления, такое как эдуктор, в любой точке в зоне расхождения, или расширения, устройства снижения давления.
Система питания может подавать более одного твердого реагента. Также множество систем питания может работать параллельно или последовательно. В отдельном варианте полимеры могут получаться из многих твердых веществ, и последние могут быть поданы отдельно каждый в его собственное устройство снижения давления последовательно или параллельно, или все из полимерных твердых веществ могут быть дозированы в одном бункере питания в одно устройство снижения давления. Твердый полимер также может быть дозирован вместе для поступления в реактор для твердых реагентов в устройстве 97. Такая система может, таким образом, исключить необходимость в компрессоре и конвейерной системе благодаря движению самотеком.
В одном аспекте устройство хранения твердого реагента может быть на датчиках массы для осуществления функции питателя по потере массы. Также вместо использования устройства на датчиках массы как питателя по потере массы могут быть использованы ленточный питатель, весы загрузочного бункера, объемный шнек, загрузочный бункер массопотока, кориолисный расходомер, загрузочный бункер или бункер питания по потере массы и т.п.
Когда реагенты, введенные в рециркуляционный контур, текут в отток рециркуляционного контура, реагенты и другие рециркуляционные жидкости повторно поступают в трубчатый реактор 101 рядом или вблизи впуска 100. Таким образом, данный способ введения реагентов в рециркуляционный контур, так что реагенты начинают течь около впуска и проходят к выпуску, осуществляет функцию введения, по меньшей мере, одного типа реагента в впуск трубчатого реактора, что является одной из начальных стадий способа настоящего изобретения. Преимущество подачи твердого реагента в рециркуляционный контур через систему питания состоит в том, что твердый реагент растворяется рециркуляционными жидкостями, в частности мономером или олигомером, до течения в отток рециркуляционного контура.
Также рассматривается введение дополнительных жидких реагентов в рециркуляционный контур. Жидкие реагенты могут быть введены для облегчения растворения твердых реагентов в рециркуляционных жидкостях до достижения оттока рециркуляционного контура или, когда это подходит, так, что дополнительный реагент не требуется вводить отдельно в впуск трубчатого реактора.
Жидкие реагенты, предпочтительно, вводят в рециркуляционный контур выше по потоку от эдуктора (перед точкой введения твердых реагентов), хотя жидкие реагенты могут быть также введены ниже по потоку от эдуктора. Рассматривается введение жидких реагентов в рециркуляционный контур через затвор рециркуляционного насоса 92. Реагенты также могут быть введены выше по потоку от рециркуляционного насоса 92. Когда твердые реагенты вводят через систему питания, и жидкие реагенты также вводят в рециркуляционный контур, это обеспечивает введение, по меньшей мере, двух типов реагентов в трубчатый реактор вблизи его впуска, где питается отток рециркуляционного контура.
Растворение материала твердого реагента может быть улучшено повышением температуры и изменением соотношения сложнополиэфирного мономера и твердого реагента в рециркуляционной системе, изменением мольного соотношения питания и/или изменением давления системы.
В качестве отдельного примера одним типом реагента, подаваемого в рециркуляционный контур через систему питания, может быть ОТК, которая является твердой при комнатной температуре. Конструкция с рециркуляцией позволяет избежать емкости для пасты и присущих ей проблем. Жидким реагентом может быть, например, этиленгликоль. Таким образом, если ЭГ и ОТК являются единственными реагентами, вводимыми для образования мономера, тогда выходящий поток можно подавать прямо в впуск трубчатого реактора в качестве единственного источника реагентов, вводимых в трубчатый реактор. Конечно, рассматриваются варианты данной конструкции, такие как подача насосом больше ЭГ-реагента в впуск трубчатого реактора в дополнение к ЭГ и ОТК, вводимым вблизи впуска трубчатого реактора из рециркуляционного контура. В отдельном аспекте диол, такой как ЭГ, может быть подан через рециркуляционную линию до или после насоса рециркуляционного контура или до или после линии подачи ОТК в рециркуляционную линию, или выше по потоку, но рядом с устройством снижения давления вместе с подачей ОТК.
На фиг.13а показан один вариант, где поток, выходящий из конца этерификационного процесса, подходит к тройнику 106, и одну часть выходящего потока посылают в рециркуляционный контур. В отдельном варианте, как показано на фиг.13b, тройник 106 является промежуточным звеном для трубчатых реакторов полного процесса этерификации 101 и 102, так что входящий поток для рециркуляционного контура идет не от конца этерификационного процесса, но в большей степени идет от промежуточной точки этерификационного процесса. На фиг.13а и 13b конечный поток, выходящий из этерификационного процесса, идет по линии 113 (после удаления пара по линии 104).
В другом варианте отток рециркуляционного контура расположен ниже по потоку от впуска трубчатого реактора. Данный вариант является предпочтительным, когда мономер, который входит в приток рециркуляционного контура, или суспензия, образовавшаяся в результате введения на пункте питания, требует меньшего времени пребывания, чем в случае, если бы выходящий поток был подан прямо в впуск трубчатого реактора.
В различных вариантах входящий поток в рециркуляционный контур идет либо из этерификационного процесса, либо из поликонденсационного процесса. В частности, в различных аспектах входящий поток в рециркуляционный контур может быть из точки между этерификационным реактором (как показано на фиг.13b), концом этерификационного реактора (как показано на фиг.13а), продуктом из выпуска форполимерного реактора, продуктом из выпуска отделочного реактора или любой точкой от начала этерификационного способа до конечного продукта из выпуска поликонденсационного способа. Таким образом, рециркуляционные жидкости содержат в различных аспектах реагенты, сложнополиэфирный мономер, сложнополиэфирный олигомер и/или сложнополиэфирный полимер в зависимости от того, откуда происходит входящий поток из рециркуляционного контура. Рециркуляционная система не ограничена использованием одного рециркуляционного контура, но альтернативно содержит два или более рециркуляционных контуров, расположенных последовательно, параллельно или в комбинации того и другого.
Также рассматривается для рециркуляционного контура, что он имеет другие характеристики, рассмотренные выше для трубчатого реактора, такие как устройство нагрева и устройство удаления пара для рециркуляционного контура, которые могут быть такими же составными частями и устройствами, рассмотренными выше и охватывающими такие же характеристики и варианты. Если мономер выводят рядом с выпуском трубчатого реактора, как показано на фиг.13а, тогда устройство удаления пара не должно вводиться в рециркуляционный контур. Иначе, высота жидкости повышается или снижается до тех пор, пока давление не станет близким к атмосферному, и пар выводится в дистилляционную систему.
При обращении, в частности, к устройству удаления пара в одном варианте рециркуляционного контура устройство является подобным устройству, описанному выше для трубчатого реактора, как показано, например, на фиг.7а-7g. Также, хотя это не требуется, предпочтительно, вентилирующий механизм расположен вблизи входящего потока рециркуляционного контура, так что пары выводятся до введения реагентов, и такая конструкция показана на фиг.13а и 13b: под номером 104 на фиг.13а и под номером 105 на фиг.13b.
Несмотря на то, что имеются преимущества с рециркуляционным контуром, нет необходимости включать рециркуляционный контур, чтобы трубчатый реактор вошел в объем настоящего изобретения. Вместо этого могут быть использованы первоначально рассмотренные составные части, такие как насос для жидких реагентов и пастовая емкость для твердых реагентов. Данный вариант, использующий рециркуляционный контур, однако, позволяет заменить емкость смешения пасты, насос, контрольно-измерительные приборы, мешалку и т.д. насосом/устройством, понижающим давление, таким как эдуктор.
Однако следует отметить, что рециркуляционный контур является наиболее предпочтительным для введения твердых реагентов и менее предпочтительным, когда вводят только жидкие реагенты (например, образующие ПЭТФ-мономер из ДМТ и ЭГ). Использование рециркуляционного контура для растворения твердых реагентов снижает износ, вызываемый твердыми веществами в системе. Например, твердая ОТК может быть растворена мономером в рециркуляционном контуре скорей, чем при использовании традиционной емкости для пасты. В традиционном процессе с емкостью для пасты твердая ОТК подается в процесс и остается как абразивный компонент в нерастворенном состоянии. Действительно, трубчатые реакторы, которые перерабатывают только жидкие реагенты, могут не иметь выигрыша от дополнительной сложности введения рециркуляционного контура. Однако рециркуляционный контур может улучшить теплопередачу в этерификационном процессе.
Сливные перегородки
Устройство может быть включено для регулирования уровня в верхней части этерификационного трубчатого реактора. В одном варианте, по меньшей мере, одна сливная перегородка присоединена к внутренней поверхности этерификационного трубчатого реактора, и этерификационные жидкости текут через сливную перегородку. Как показано на фиг.4, регулирующим устройством является сливная перегородка 110. Сливная перегородка, предпочтительно, расположена вблизи выпуска трубчатого реактора.
Сливная перегородка имеет корпусную часть, ограниченную кромкой. Часть кромки называется соединительной кромкой, а остальная часть кромки представляет верхнюю кромку. Соединительная кромка имеет размер, дополнительно полученный частью внутренней поверхности трубчатого реактора и присоединенной к ней. Таким образом, так как внутренняя поверхность является круглой в поперечном сечении в предпочтительном варианте, соединительная кромка является также круглой с дополнительным контактом и включением внутренней поверхности.
При рассмотрении фиг.4 показаны реагенты и/или мономер, текущие из точки 11 и через сливную перегородку в точке 112. Сливная перегородка действует как барьер для реагентов и/или мономера, так что жидкий материал течет через верхнюю кромку сливной перегородки. Таким образом, сливная перегородка регулирует глубину жидкости вместе с вязкостью жидкости, скоростью течения и длиной трубы до сливной перегородки. После прохождения через сливную перегородку жидкость вытекает из выпуска трубчатого реактора под номером 113. Сливная перегородка, как указано ниже, может также иметь отверстия в ней или в дне для обеспечения однородности потока и полного отвода. Это включает сливные перегородки с наклонным верхом, сливные перегородки с V-надрезом и т.д. Сливную перегородку, предпочтительно, устанавливают на расстоянии в пять-десять диаметров от выпуска трубчатого реактора. В одном аспекте при наклоне верха сливной перегородки сливная перегородка может компенсировать более высокие и более низкие потоки и вязкости.
В альтернативных вариантах уровень может регулироваться любым прибором регулирования уровня, известным в технике, таким как (но не ограничиваясь этим) регулирующий клапан, колено затвора, устройства уровня, такие как те, которые используют перепад давления, излучение, ультразвук, электрическую емкость или смотровые стекла. Другие отдельные примеры устройств уровня могут быть найдены в справочнике Perry's Chemical Engineer's Handbook, 7th ed., p.8-49, который поэтому приводится в качестве ссылки.
Добавки
Другой необязательный аспект настоящего изобретения содержит устройство для введения одной или более добавок в трубчатый реактор между его впуском и выпуском. Такие добавки описаны выше и включают (но не ограничиваясь этим) одно или более из катализатора, красителя, тонера, пигмента, углеродной сажи, стекловолокна, наполнителя, добавки, модифицирующей ударную прочность, антиоксиданта, стабилизатора, антипирена, добавки повторного нагрева, соединения, снижающего ацетальдегид, кислородвыводящего соединения, УФ-поглощающего соединения, барьерулучшающей добавки, такой как пластинчатые частицы, черного оксида железа, сомономеров, их смесей и т.п. Добавки могут быть твердым веществом, жидкостью или газом. Добавки могут быть нагреты перед поступлением в систему, включая фазовое изменение, такое как нагревание ЭГ-жидкости до парообразного состояния с обеспечением тепла для реактора.
В предпочтительных вариантах, показанных на фиг.12а и 12b, вводящее устройство содержит герметизируемый канал, как представлено по любой из стрелок на фиг.12а и 12b, через трубчатый реактор, обеспечивающий проточное соединение между его наружной поверхностью и его внутренней поверхностью, и инжектор для впрыскивания добавки в материал, текущий в трубчатом реакторе (т.е. реагенты и/или мономер). Инжектор может включать насос или другое средство, такое как инжекция при предварительно созданном давлении, повышенная или самотеком, которое впрыскивает добавку внутрь трубчатого реактора, что может быть осуществлено при давлении, большем, чем давление материалов в трубчатом реакторе в месте герметизируемого канала.
Термин "герметизируемый канал" предназначен охватывать любое отверстие, которое обеспечивает сообщение среды снаружи трубчатого реактора с его внутренней частью. Предпочтительно, что "герметизируемый канал" способен герметизироваться так, что, когда добавку не впрыскивают в трубчатый реактор, реагенты и/или мономер не вытекают из трубчатого реактора. Герметизируемый канал может быть "герметизирован" пробкой или подобным средством, а также инжектором, не позволяющим иметь утечку из трубчатого реактора.
Добавки могут быть введены, или впрыскнуты, в любой точке на любой части трубчатого реактора, как показано на фиг.12а и 12b. Примеры подходящих точек введения включают герметизируемый канал, проходящий через часть верха, стенки или дна горизонтально ориентированных секций трубчатого реактора, верха, стенки или дна соответствующего колена, в колено затвора и перед теплообменником. Как показано на фиг.12b, впрыскивание в колено является предпочтительным из-за получаемого максимального смешения и быстрого введения добавки в реагенты и/или мономер без высококонцентрированных завихрений, имеющих место внутри трубчатого реактора.
Другой аспект впрыскивающего устройства включает сопло на выгрузке, или выпуске, инжектора. Сопло может направлять поток в трубчатый реактор в месте герметизируемого канала. Например, сопло может впрыскивать добавку в направлении потока, в противотоке или перпендикулярно к реагентам и/или мономеру, которые текут в трубчатом реакторе в этом месте.
Возвращаясь к конструкции этерификационного трубчатого реактора, высота трубы, диаметр трубы, общая длина трубы и давление на впуске и выпуске могут широко варьироваться в зависимости от полученных продуктов, мощности установки и рабочих условий. Специалист в данной области техники может легко определить указанные параметры с использованием основных принципов конструирования.
Стадия поликонденсации
В отношении приведенного ниже рассмотрения в данном разделе "Стадия поликонденсации", если специально не указано противоположное, способы и устройства данного изобретения, рассмотренные ниже в данном разделе, являются равно применимыми и могут быть использованы в этерификационных способах и устройствах.
Как отмечено в разделе "Обзор" выше, второй стадией способа настоящего изобретения является стадия поликонденсации, которая в одном варианте имеет место в поликонденсационном трубчатом реакторе. Стадия поликонденсации включает взаимодействие мономеров с образованием олигомеров и затем сложноэфирного полимера. Мономеры могут быть получены на первой стадии в этерификационном реакторе, как указано выше, или от известного процесса. Альтернативно, если олигомеры по существу образуются на первой форполимерной стадии, тогда олигомеры взаимодействуют непосредственно с образованием полимера.
В отдельном варианте, когда получают ПЭТФ-полимер, ПЭТФ-мономеры подают в поликонденсационный трубчатый реактор. ПЭТФ-мономеры взаимодействуют в поликонденсационном трубчатом реакторе с образованием ПЭТФ-олигомера и затем далее взаимодействуют, предпочтительно, в том же поликонденсационном трубчатом реакторе с образованием ПЭТФ-полимера. Как использовано здесь по отношению к ПЭТФ, мономеры имеют менее 3 длин цепи, олигомеры имеют от примерно 7 до примерно 50 длин цепи (компоненты с длиной цепи 4-6 звеньев могут считаться мономером или олигомером), и полимеры имеют более примерно 50 длин цепи. Димер, например, ЭГ-ТФК-ЭГ-ТФК-ЭГ, имеет длину цепи 2, а тример - 3 и т.д. Таким образом, поликонденсационный трубчатый реактор настоящего изобретения может играть роль как форполимерного реактора, так и отделочного реактора, термины, которые используются в существующей технике и как определено выше.
На фиг.4 показан продукт трубчатого реактора, проходящий через сливную перегородку для регулирования уровня и в поликонденсационный реактор второй стадии настоящего изобретения. Также при обращении к фиг.4 и 6 следует отметить, что ограничивающие давление устройства, такие как (но не ограничиваясь этим) клапан, отверстие или подобное, между этерификационными или переэтерификационными реакторами и поликонденсационными реакторами могут быть использованы, но не требуются.
В одном варианте колено затвора используется между этерификационным/переэтерификационным реактором и поликонденсационным реактором. Колена затвора также могут быть использованы между частью или всеми стадиями поликонденсации. Как указано выше по отношению к поликонденсационному способу, теплообменник может быть помещен вблизи или рядом или даже в колено затвора с передачей в результате тепла к жидкости между этерификацией и поликонденсацией или между стадиями или зонами поликонденсации.
Статическим эквивалентом колена затвора является барометр. Перепад давления между двумя зонами реактора поддерживается жидкостью в U-образной трубе. Перепад давления равен: высота жидкости, умноженная на плотность на стороне низкого давления, минус высота жидкости, умноженная на плотность на стороне высокого давления. Если перепад высоты не является достаточно большим, перепад давления между зонами будет выталкивать жидкость из колена затвора, и обе зоны будут достигать равновесного давления. Это может требовать, чтобы высота колена затвора была очень большой между зонами с высоким перепадом давления. Кроме того, сторона колена затвора на стороне низкого давления обычно является кипящей при пониженном давлении, отсюда плотность на стороне низкого давления снижается пустой частью пара.
Предпочтительно, колено затвора является динамическим барометрическим устройством, в котором жидкость является текущей через колено затвора. Поток жидкости связывает падение давления с ним и может быть использован для улучшения падения давления на стороне низкого давления. При введении препятствия на пути жидкости, такого как отверстие, клапан или труба малого диаметра, в ветвь низкого давления колена затвора, падение давления на стороне низкого давления на единицу высоты может быть увеличено. Если препятствие вводится до передачи тепла к колену затвора, тогда жидкость не будет двухфазной и плотность будет большей. Использование таких средств для увеличения падения давления колена затвора низкого давления будет снижать общую высоту колена затвора.
Настоящее изобретение предусматривает поликонденсационный реактор, имеющий первый конец, второй конец и внутреннюю поверхность, определяющую внутренний диаметр. Первый конец может быть расположен вертикально выше второго конца, так что мономер и любой образовавшийся олигомер и полимер движутся самотеком от первого конца к второму концу.
Как показано на фиг.2, поликонденсационный реактор может быть змеевиком на виде спереди (но поток идет в противоположном направлении по сравнению с этерификационным трубчатым реактором, т.е. входящий поток находится под номером 11, а выходящий поток - под номером 12 для поликонденсационного способа). Тем не менее, как и с этерификационным трубчатым реактором, другие профили, такие как конструкции, описанные ранее по отношению к этерификационному трубчатому реактору, рассматриваются в дополнение к змеевиковой конструкции. Также предпочтительно включать множество колен, причем каждое колено изменяет направление потока жидкости в поликонденсационном реакторе. Материалы, используемые для выполнения поликонденсационного реактора, также могут быть такими же, как материалы, используемые для выполнения этерификационного трубчатого реактора.
Таким образом, мономер, который, предпочтительно, находится в жидкой форме, направляют в первый конец поликонденсационного реактора, так что мономер течет вниз через поликонденсационный реактор. Мономер взаимодействует с образованием олигомера и затем конечного полимера в поликонденсационном реакторе, так что полимер выходит из второго его конца. Не весь мономер и/или олигомер должен взаимодействовать в объеме настоящего изобретения. Мономер, олигомер и/или сложнополиэфирный полимер, текущие через поликонденсационный реактор, называются поликонденсационными жидкостями.
Также является предпочтительным, чтобы поликонденсационный реактор был нелинейным между первым концом и вторым концом для улучшения массопереноса/смешения мономера и образовавшегося олигомера и полимера. В общем случае и как рассмотрено ниже, поликонденсационный массоперенос совершается массопереносом на поверхности олигомера (низкомолекулярного полимера) и при вспенивающем действии газа, выходящего из полимера. Этот газ выделяется от нагревания на поверхности стенки и реакции в полимере. Массоперенос дополнительно улучшается, когда жидкость падает через необязательные сливные перегородки в каждой секции реактора. Реактор может быть сконструирован без сливных перегородок поликонденсационного реактора, если позволяют физические параметры полимера.
Поликонденсационный реактор может быть выполнен как множество смежных взаимосоединенных секций, где мономер, олигомер и/или полимер течет через внутреннюю поверхность каждой секции, проходя от первого конца к второму концу поликонденсационного реактора. Смежные секции реактора, предпочтительно, образуют нелинейные углы друг с другом.
Поликонденсационный реактор, предпочтительно, образует угол с вертикально ориентированной плоскостью, где угол составляет больше нуля градусов. Установленная различно каждая секция не является параллельной по отношению к вертикально ориентированной плоскости и, таким образом, не является вертикально ориентированной. В частности, угол, который каждая секция образует с вертикально ориентированной плоскостью, находится между примерно 1 (почти вертикально ориентированная) и 90 градусов (горизонтально ориентированная). Предпочтительный угол изменяется от горизонтали (90 градусов) до примерно 26 градусов вертикали; однако предпочтительный угол основан на вязкости и линейной скорости (потока) в поликонденсационном реакторе. Предпочтительно, секции могут иметь различные углы относительно друг друга, причем, предпочтительно, начальные секции имеют горизонтальный или близкий к горизонтальному угол, и, когда проходит реакция поликонденсации, и жидкость увеличивает вязкость, угол увеличивается для обеспечения увеличенного вертикального наклона для облегчения прохождения жидкости через поликонденсационный трубчатый реактор.
В одном аспекте поликонденсационный реактор на верхнем конце имеет низкий наклон (более горизонтальный), потому что жидкость имеет низкую вязкость, тогда как нижний конец имеет высокий наклон (более вертикальный), потому что жидкость имеет высокую вязкость. Наклон может варьироваться в зависимости от таких параметров, как вязкость и плотность жидкости, для достижения оптимального эффекта. В другом аспекте наклон не используется в горизонтальной конфигурации поликонденсационного реактора.
В одном аспекте поликонденсационный реактор имеет горизонтальную ориентацию в большей степени, чем вертикальную ориентацию. Горизонтальная ориентация может включать некоторую вертикальную высоту, чтобы позволить поликонденсационным жидкостям течь вниз самотеком через систему. В различных аспектах для горизонтальных конфигураций трубчатый реактор может иметь длину не менее 10 фут, не менее 20 фут, не менее 30 фут, не менее 40 фут, не менее 50 фут, не менее 60 фут, не менее 100 фут или не менее 200 фут. В других аспектах длина составляет от 10 до 500 фут, 20-250 фут, 50-200 фут, 60-100 фут или 60-80 фут. Верхний предел длины ограничен только практическим количеством горизонтальной поверхности, имеющейся для производственного оборудования. В одном варианте используется трубчатый реактор длиной не менее примерно 60 фут, потому что стандартная максимальная длина серийной трубы составляет примерно 60 фут. Трубчатые реакторы здесь могут быть длиной в сотни футов или более.
В одном аспекте внутренняя поверхность поликонденсационного трубчатого реактора является круглой, квадратной или прямоугольной в поперечном сечении, предпочтительно круглой, так что образует внутренний диаметр.
Для облегчения массопереноса/смешения настоящее изобретение дополнительно содержит средство для нагревания олигомера и полимера, текущего через поликонденсационный реактор. Предпочтительное нагревательное средство является таким же, как рассмотренное для этерификационного трубчатого реактора первой стадии, а именно теплопередающие среды в тепловом сообщении с частью наружной поверхности поликонденсационного реактора вместе, по меньшей мере, с частью поликонденсационного реактора между его первым и вторым концами или теплообменники, соединенные последовательно с трубой с рубашкой или без рубашки. В предпочтительном варианте теплопередающие среды являются такими же, как рассмотрено выше. В одном аспекте теплообменники могут быть использованы, предпочтительно, между поликонденсационными зонами. В частном варианте теплообменники используются в сочетании с коленами затвора, такими как при обеспечении теплообменников вблизи, рядом или в коленах затвора, используемых для разделения зон.
Также подобно этерификационному трубчатому реактору, рассмотренному выше, в одном аспекте поликонденсационный реактор настоящего изобретения дополнительно содержит, по меньшей мере, одну сливную перегородку, присоединенную к его внутренней поверхности. Поликонденсационные жидкости текут через сливную перегородку. Сливная перегородка действует как барьер для мономера/олигомера/полимера, так что они текут через верхнюю кромку сливной перегородки при протекании от первого конца к второму концу поликонденсационного реактора. Сливные перегородки могут быть такой же конструкции и/или конфигурации сливной перегородки, описанной выше в разделе этерификации. В одном аспекте сливная перегородка используется между каждой зоной поликонденсационных реакторов, а в другом аспекте сливная перегородка используется между частью зон поликонденсационных реакторов, но не во всех зонах.
Сливная перегородка регулирует уровень жидкости в каждой трубе реактора. Сливные перегородки могут быть такими простыми, как полукруг, или включать дополнительные усложнения. В одном аспекте при наклоне верха сливной перегородки сливная перегородка может компенсировать более высокие и более низкие потоки и вязкости. В одном аспекте конструкция поликонденсационного трубчатого реактора обеспечивает объединение любой конструкции сливной перегородки с компенсацией указанных факторов. Также рассматривается включение, по меньшей мере, одного отверстия через корпусную часть соответствующих сливных перегородок, так что мономер/олигомер/полимер течет через отверстие, а также через верхнюю кромку сливной перегородки при течении таким образом. Отверстия или проходы в сливных перегородках улучшают течение и снижают застойные зоны течения. Еще в одном варианте секция корпусной части сливной перегородки может быть съемно удалена, чтобы позволить жидкости пройти через данную секцию сливной перегородки вместо прохода через сливную перегородку. Например, секцией может быть "V-надрез", или "V-прорезь", в сливной перегородке. "V-прорезь" в середине каждой сливной перегородки от внутренней поверхности к центру трубы дополнительно позволяет дренировать реактор при выключении. Такие конструкции увеличивают смешение жидкостей при прохождении через сливную перегородку.
Первая труба в каждой зоне может быть горизонтальной и может действовать без сливной перегородки, но сливная перегородка имеет преимущество увеличения эффективности системы посредством площади поверхности и времени пребывания. Кроме того, поликонденсационная труба может быть наклонена вниз, в частности, когда характеристическая вязкость жидкости достигает 0,5 дл/г или более.
Другим аспектом настоящего изобретения, который является подобным для этерификационного трубчатого реактора, рассмотренного выше, является то, что поликонденсационный реактор, предпочтительно, также включает устройство снижения давления пара в поликонденсационном реакторе, такое как дегазирующий механизм в проточном сообщении с внутренней поверхностью поликонденсационного реактора.
Аналогично, дегазирующий механизм, используемый в поликонденсационном реакторе, может включать вентилирующее устройство и/или стояк, подобные устройству, рассмотренному выше в разделе этерификации. Следует отметить, что вентилирующий конец дегазирующего стояка находится, предпочтительно, в проточном сообщении с источником вакуума, так что давление ниже атмосферного существует в стояке и на внутренней поверхности поликонденсационного реактора. Источник вакуума может поддерживаться вакуумными насосами, эдукторами, эжекторами или подобным оборудованием, известным в технике. Вакуум в каждой из линий отвода пара может быть использован для регулирования давления в зонах поликонденсационного реактора.
На фиг.9 показан один вариант сливной перегородки/дегазирующей системы, в частности использование необязательной системы инвертора потока для отделенной жидкости, поликонденсационный реактор может также включать редуктор 123, расположенный непосредственно ниже по потоку от сливной перегородки 124 внутри тройника 128. В одном варианте, по меньшей мере, одна поликонденсационная жидкость течет через инвертор потока, где инвертор потока находится вблизи и ниже по потоку от сливной перегородки. Редуктор имеет диаметр меньше, чем внутренний диаметр поликонденсационного реактора, и редуктор образует часть стыка двух взаимосоединенных секций, где взаимосоединенные секции образуются секцией вверх по потоку и секцией вниз по потоку. Редуктор соединен с верхней секцией и выходит в нижнюю секцию. Редуктор имеет нижний конец 127, имеющий отверстие, через которое течет мономер/олигомер/полимер при прохождении от верхней секции к нижней секции. Нижний конец редуктора 127 отстоит от внутренней поверхности нижней секции, что улучшает смешивание, когда жидкости падают под действием силы тяжести на внутреннюю поверхность нижней секции. Действительно, более предпочтительно, нижний конец редуктора отстоит от верха или верхней поверхности мономера/олигомера, текущего через нижнюю секцию, что жидкость, текущая через редуктор, разбрызгивается на верх или верхнюю поверхность мономера/олигомера/полимера.
В одном варианте внутренний и наружный пути потока могут быть смешаны при использовании инвертора потока. При падении через сливную перегородку 124 и в редуктор 123 перед поступлением в следующее колено 125 жидкий мономер/олигомер/полимер смешивается изнутри наружу и наоборот. Жидкость течет в трубу с левой стороны и проходит через сливную перегородку 124, которая регулирует глубину жидкости. Пар выходит с правой стороны тройника 128 под номером 121. Дегазированная жидкость течет в концентрический редуктор 123. Концентрический редуктор 123 проходит через крышку трубы 126 (трубы большого диаметра). Редуцированная труба оканчивается выше глубины столба жидкости следующего прогона трубы. Конструкция отводит жидкость от стенок трубы верха и вводит жидкость в середину следующей трубы и за трубу под номером 122. На фиг.9 представлен, однако, один вариант инверторной поточной системы 142; другие инверторы потока, известные в технике, также могут быть использованы. Типичные инверторы потока, используемые в технике, могут быть найдены, например, в справочнике Chemical Engineer's Handbook, Perry and Chilton, Ed., 6th Edition, p.5-23. Инверторы потока обычно не требуются в этерификационном способе, потому что газ имеет тенденцию смешиваться с жидкостью. Однако инвертор потока может быть использован в этерификационном способе при необходимости.
Система высвобождения пара, например, представленная на фиг.8, может быть использована без инвертора потока. В данном аспекте в одном варианте тройник 139 на фиг.8 содержит сливную перегородку, такую, как показано на фиг.9, но секция 143 может быть просто прямой трубой, а секция 140 - коленом без инвертора потока. Таким образом, в данном аспекте секция 142 на фиг.8 и 18 не содержит инверторную поточную систему на фиг.9.
При обращении снова к типичному варианту поликонденсационного реактора, показанному на фиг.2, высота трубы поликонденсационного реактора может быть непрерывно наклонена от верха к дну. Данная конфигурация требует чрезвычайной точности в расчете углов для получения желаемого уровня жидкости, так как вязкость жидкости и длина трубы (реакция по длине) будут точно регулировать угол для уровня. При введении сливных перегородок для каждого уровня трубопровода сливные перегородки могут корректировать ошибки в расчете. Даже со сливными перегородками жидкость может переливаться и течь вокруг наклонной горизонтальной спирали поликонденсационного трубопровода. Однако ламинарное течение будет удерживать часть жидкости снаружи, а часть жидкости внутри пути потока.
В поликонденсационных трубчатых реакторах настоящего изобретения насосы не требуются между реакторными зонами или секциями поликонденсационного трубчатого реактора. Таким образом, настоящее изобретение в одном аспекте исключает необходимость в дополнительных насосах между зонами. Олигомер и полимер в поликонденсационных зонах реактора в одном аспекте текут самотеком из одной секции в следующую, и между реакторами не устанавливают устройства, ограничивающие давление. Колена затвора, предпочтительно, используют для поддержания перепада давления между реакторами, как рассмотрено ниже.
При обращении теперь к фиг.17а и 17b, поликонденсационный реактор, предпочтительно, включает верхнюю секцию 235, среднюю секцию 236 и нижнюю секцию 237 и, по меньшей мере, один дегазирующий механизм, введенный в поликонденсационный реактор. Такой дегазирующий механизм показан в одном аспекте на фиг.8 и на фиг.18 как система 133. Только одна вакуумная система требуется и только одно вакуумное давление требуется в поликонденсационном способе. Однако только с одной вакуумной системой скорости пара могут быть чрезвычайно высокими и будут вредно вводить жидкость с паром в вакуумную систему. По меньшей мере, два и, более предпочтительно, три уровня вакуума могут быть использованы для минимизации подсоса. Одна вакуумная система может в конечном счете подавать одно или более требуемых вакуумных давлений.
Если используется только одна впрыскивающая система, это требует, чтобы вакуум в зоне самого высокого давления регулировался регулирующим клапаном. Без впрыскивающего конденсатора между реактором и регулирующим клапаном таким клапаном будет заглушка. Когда используют три уровня вакуума, с основной впрыскивающей системой для комбинированных двух вакуумных систем низкого давления и другой впрыскивающей системой для вакуумной системы высокого давления, тогда регулирующий клапан будет расположен после высоковакуумной впрыскивающей системы. Данный клапан не будет заглушкой. Один вакуумный подвод является достаточным, но обычно требуются две впрыскивающие системы.
На фиг.17а и 17b выходящий поток из этерификационного реактора поступает в поликонденсационный реактор под номером 235, и конечный продукт поликонденсационного процесса выходит из системы под номером 239. Жидкости, пересекающие внутреннюю поверхность поликонденсационного реактора, также текут последовательно, по меньшей мере, при одном (один является минимумом, но дополнительные дегазирующие механизмы снижают скорость пара, отсюда снижая унос жидкости в паре) соответствующем дегазирующем механизме, проходя от первого конца к второму концу поликонденсационного реактора, где, как показано, три дегазирующих механизма расположены в верхней секции, средней секции и нижней секции поликонденсационного реактора. Верхняя, средняя и нижняя секции, предпочтительно, поддерживаются при давлениях, отличающихся друг от друга, предпочтительно при использовании колен затвора. Предпочтительно для получения ПЭТФ давление в верхней секции находится в интервале от 40 до 120 мм рт.ст., давление в средней секции находится в интервале от 2 до 25 мм рт.ст. и давление в нижней секции находится в интервале от 0,1 до 5 мм рт.ст. Один вариант колен затвора и источника вакуума рассмотрен в патентах США №№5466765 и 5753190, которые приводятся здесь посредством ссылки. Также предпочтительно, чтобы три дегазирующих механизма находились в проточном сообщении с одной вентилирующей системой. Когда поликонденсационный трубчатый реактор находится при давлении ниже атмосферного, источником такого вакуума может быть любой источник, создающий вакуум, такой как (но не ограничиваясь этим) вакуумный насос или эжектор. Предпочтительный дегазирующий механизм 133 показан в разобранном виде на фиг.8. В одном аспекте может быть использована ламинарная смешивающая система 142, которая показана в разобранном виде на фиг.9. Разность высот в различных зонах поликонденсационного реактора позволяет исключить все насосы внутри цепи поликонденсационного реактора. Поликонденсационный трубчатый реактор действительно гасит возмущения на впуске несмотря на исключение использования насосов.
Альтернативно различные стадии поликонденсации могут быть проведены так, что выходящий поток (низ) с одной стадии подают насосом в входящий поток (верх) следующей стадии. Это позволяет снизить высоту всей системы, потому что каждая стадия является меньше по высоте, чем общая система с питанием самотеком. Таким образом, различные вакуумные секции не требуется заканчивать одной ниже следующей. В одном аспекте перепад давления, который регулируется в колене затвора, может быть использован для повышения следующей секции поликонденсационного реактора выше выхода секции более высокого давления. Насос может быть введен между поликонденсационными зонами вакуумного давления, так что все зоны могут начинаться на одинаковой высоте. Это снижает общую высоту здания для поликонденсационного оборудования.
На фиг.18 показана единичная зона поликонденсационного реактора. Т.е. по отношению к фиг.17а и 17b фиг.18 представляет одну из зон P1, P2 или Р3. Альтернативно фиг.18 может представлять полный поликонденсационный процесс. Обычно каждая из зон Р1, P2 и Р3 находится при различном давлении для максимизации эффективности получения сложного полиэфира. Может быть использовано больше или меньше зон, от 1 до множества, например 2, 3, 4, 5 или более, с 3, обычно используемыми, например, для получения ПЭТФ или ПЭТФП. Вход в зону на фиг.18 обозначен позицией 147, а выход - позицией 148. Поликонденсационные жидкости текут через трубчатый реактор с реакцией от впуска до выпуска на протяжении, как показано в одном варианте, линейного и нелинейного пути. Пар высвобождается из поликонденсационного реактора с размещением трубопровода подобно этерификационному процессу 133, как показано на фиг.7 и как, в частности, показано для одного варианта поликонденсации на фиг.8 (что также было указано выше при рассмотрении этерификационного трубчатого реактора). На фиг.9 показана продувка секции 142 на фиг.8 и фиг.18. На фиг.18 показаны пять секций высвобождения пара 133. Однако любое число секций высвобождения пара 133 может быть использовано для конкретной зоны, от 1, 2, 3 до такого большого, как требуется для эффективного вентилирования данной системы. На фиг.18 также показан вариант, в котором используется ламинарное смешение, использующее инверторную поточную систему 142, которая продувается на фиг.9. Кроме того, показаны предпочтительные углы для вентилирующей системы 90 градусов с последующими двумя углами 45 градусов. Также используются другие углы.
Пар или газ в поликонденсационном способе должен быть, предпочтительно, освобожден от жидкости. Например, в одном варианте предпочтительно вывести побочный ЭГ-продукт из реакции поликонденсации в виде пара, освободить его и удалить его из системы. Степень высвобождения может быть изменена, например, увеличением числа параллельных труб, что улучшает высвобождение.
На фиг.8 и 9 показано, что в конце каждого подъема поликонденсационного реактора 138 жидкость течет через сливную перегородку 124 внутрь тройника 139 с ветвью 143, направляющей жидкость к дну колена 140 и затем горизонтально колену под номером 141. Сливная перегородка (или вязкость жидкости и длина трубы) в поликонденсационных зонах поддерживает уровень жидкости L на приблизительно половинном заполнении трубопровода. Это максимизирует площадь поверхности. Как только жидкость в реакторе становится настолько вязкой, что сливная перегородка не требуется для поддержания уровня, тогда поддержание половинного заполнения трубы не максимизирует площадь поверхности или скорость массопереноса. Вторая ветвь 138 тройника находится в направлении течения. Третью ветвь 144 тройника ориентируют в горизонтальной плоскости в направлении, противоположном потоку жидкости. В одном аспекте пар и унесенная жидкость разъединяются при прохождении через нелинейную трубу. В одном аспекте нелинейной трубой является такая труба, что угол от третьей ветви 144 к выходу пара не проходит по линейному пути. Такой угол создает плоскость соударения для унесенной жидкости. Плоскость соударения заставляет унесенную жидкость отделяться от пара и возвращаться обратно в систему жидкости. На фиг.7, 8 и 18 показаны различные варианты сепаратора унесенной жидкости/пара. После короткого горизонтального прогона от третьей ветви тройника линия пара имеет колено 134, предпочтительно колено под 90°, направляющее пар в сторону от дна. Горизонтальная зона 144 позволяет пару течь с малой скоростью, а жидкости отделяться и течь обратно в основной поток. После короткого вертикального прогона 145 от колена пара 134 колено 135 предпочтительно под 45° (общий компонент трубы с максимальным вектором разъединения) монтируют с коленом предпочтительно под 45° к линии пара, которая снова является горизонтальной под номером 137. Изогнутая труба имеет крутой уклон для создания энергии, необходимой для отвода высоковязкой жидкости обратно в реактор с очень малым временем пребывания. Пар без жидкости проходит вверх в изогнутую трубу. Горизонтальную трубу 137 затем комбинируют с другими линиями пара или направляют к конденсатору или вакуумной системе. Пар выходит по линии 137, а жидкость идет к следующему уровню по линии 141. Крутой уклон является плоскостью соударения для унесенной жидкости. Жидкость течет через сливную перегородку и падает в следующую зону. Дополнительная поликонденсация может быть проведена в следующей линии 141. Физическое расположение трубы создает предпочтительную функциональность (течение, давление и т.д.) без каких-либо внутренних частей (иных, чем сливная перегородка) или усложненных конфигураций.
Переэтерификационный или этерификационный трубопровод пара, выходящий из тройника 36, может быть таким же, как поликонденсационный трубопровод после колена 134 под 90°, направляющего пар вертикально, как показано на фиг.7g. Как показано на фиг.7g, жидкость освобождается напротив изогнутой трубы, стекая обратно в столб жидкости. Как показано на фиг.18, изогнутая труба имеет крутой уклон для создания энергии, необходимой для отвода высоковязкой жидкости обратно в реактор с очень малым временем пребывания. Пар без жидкости проходит вверх в изогнутую трубу. Газ проходит до трубы и к парообрабатывающему оборудованию.
Зона падения давления, предшествующая поликонденсационной зоне, имеет высокую степень смешения. Зоны снижения давления между реакторами также имеют высокое смешение и являются доступными в данном реакторе.
Азот, или пар, или газ может быть продут через или в жидкость одной или более секций поликонденсационного реактора. Азот, или пар, или газ снижает парциальное давление диола с увеличением в результате скорости поликонденсации.
На фиг.6 представлен еще один вариант изобретения, в котором показан этерификационный реактор, разделенный на множество параллельных проточных трубок трубчатого реактора 165 и 166 с впуском под номером 164. Выпуск параллельных этерификационных реакторов идет к поликонденсационным реакторам. Показан поликонденсационный реактор, разделенный на множество по существу параллельных проточных трубок 160, 161 и 162 между первым и вторым его концами. Жидкость, текущая через поликонденсационный реактор, проходит через одну из множества проточных трубок при протекании от первого конца до второго конца. Как показано, по меньшей мере, одна из проточных трубок дополнительно содержит линию впрыска 163 в проточном сообщении с ней, где линия впрыска предназначена для ввода добавки в протекающий мономер. Рассматриваемыми добавками может быть любая из добавок, указанных выше.
Показанный на фиг.6 поликонденсационный реактор настоящего изобретения может быть использован для получения многочисленных продуктов от линии разделения. Реактор может быть разделен во многих местах, чтобы позволить введение различных добавок, реагентов или свойств продукта (таких, как характеристическая вязкость ((IV) (ХВ)). Например, на фиг.6 один мономер или олигомер получают в единственной этерификационной секции 164 (показана с двумя параллельными реакторами 165 и 166) и подают в два различных поликонденсационных реактора 160 и 161, что позволяет получать два различных продукта в расплавной фазе. Реакции поликонденсации могут быть одинаковыми или могут различаться по условиям, реагентам, добавкам, размеру или комбинации указанных характеристик или других характеристик. Линия 163 является линией введения, и мономер показан как находящийся в разделении, и дополнительный реагент, такой как ДЭГ, введен под номером 163, чтобы обеспечить получение различного продукта в одном поликонденсационном реакторе, такого как высший ДЭГ продукт, в 162. Число разделений не ограничивается двумя; может быть сделано любое число разделений. Аналогично, установка может работать с некоторой пустой и не работающей зоной, что позволяет установке работать при многих мощностях.
Возвращаясь к конструкции поликонденсационного трубчатого реактора, высота трубы, диаметр трубы, общая длина трубы и давление на впуске и выпуске могут широко варьироваться в зависимости от полученных продуктов, мощности установки и рабочих условий. Специалист в данной области техники может легко определить параметры, используя основные принципы конструирования. Высота трубы обычно является некритической и может быть основана на размерах здания.
ТПС-подконтуры
Большинство сложнополиэфирных установок имеет многочисленные насосы подконтуров ТПС (теплопередаюших сред, таких как масло). Насосы позволяют регулировать температуру отдельных контуров, которая является ниже температуры коллектора основного контура. Снижение температуры ТПС снижает температуру стенки, улучшает цвет полимера, снижает деструкцию и позволяет улучшить контроль температуры.
В настоящем изобретении температура коллектора регулируется самой горячей зоной в реакторе, и клапаны для других зон могут исключить указанные насосы. Вторая самая горячая зона нагревается ТПС, выходящей из первой зоны. Между двумя зонами регулирующий клапан обеспечивает течение к возвратному коллектору ТПС, и затем второй регулирующий клапан обеспечивает течение от подающего коллектора ТПС. Это обеспечивает регулирование температуры, эквивалентное тому, которое может быть получено насосами подконтура. Каждая последующая зона имеет температуру, регулируемую таким же образом. Все это делается возможным, поскольку трубчатым реактором может быть труба с рубашкой, так что падение давления (ΔР) ТПС по всему реактору является низким. С другой стороны, для традиционного способа ПРМ полагается на змеевики в реакторе и реакторе с рубашкой, что обуславливает большое ΔР ТПС по всему реактору.
На фиг.14 показана скорость потока в основном коллекторе ТПС, которая может быть снижена, и возвратная температура ТПС будет ниже, чем системы, регулируемой подконтуром. Теплопередающая среда подается в коллектор 137 и возвращается в печь или источник тепла в коллекторе 174. Различное давление подводят между коллекторами 173 и 174 для обеспечения движущей силы для потока жидкости. Давление подающего коллектора 173 также должно превышать дополнительное падение давления во всех зонах, соединенных трубами последовательно, и еще превышать давление в возвратном коллекторе 174. Возвратный коллектор 174 должен обеспечивать адекватную чистую положительную высоту всасывания (ЧПВВ) для насосов коллектора. Теплопередающая среда (ТПС) подается в зону 172 через регулирующий клапан температуры или потока. ТПС, выходящая из зоны 172, проходит в зону 171. Если жидкость является слишком горячей или течение является слишком высоким, тогда ТПС отводится в коллектор 174. Если жидкость является слишком холодной, жидкость вводится из коллектора 173. Если жидкость требует более высокой температуры, чем может быть получена регулированием клапаном, тогда жидкость может быть отведена в коллектор 174 и заменена жидкостью из коллектора 173.
В первом варианте поэтому система регулирования теплопередающей среды включает первый коллектор теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды; второй коллектор теплопередающей среды, через который проходит второй поток теплопередающей среды; первый подконтур теплопередающей среды, через который может быть пропущена теплопередающая среда из первого коллектора к второму коллектору, соответственно; и регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с выбранным одним из коллекторов и первого подконтура. Давление первого потока теплопередающей среды в первом коллекторе будет выше, чем давление второго потока теплопередающей среды во втором коллекторе, и регулирующий клапан используется для избирательного направления, по меньшей мере, части первого потока теплопередающей среды в первый подконтур с использованием давления первого потока теплопередающей среды только для пропускания теплопередающей среды через первый подконтур, а также для регулирования температуры и давления проходящего потока теплопередающей среды. В дополнительном аспекте система включает второй подконтур теплопередающей среды, образованный отдельно от первого подконтура и находящийся в проточном сообщении с ним, и второй регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с вторым подконтуром. Второй регулирующий клапан избирательно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплопередающей среды во второй подконтур, используя давление первого потока теплопередающей среды, с регулированием температуры и давления проходящей теплопередающей среды.
В другом варианте система регулирования теплопередающей среды включает первый коллектор теплопередающей среды, через который проходит первый поток теплопередающей среды; второй коллектор теплопередающей среды, через который проходит второй поток теплопередающей среды; первый подконтур теплопередающей среды, через который теплопередающая среда может быть пропущена из первого коллектора к второму коллектору; первый регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с первым коллектором и первым подконтуром; и второй регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с первым подконтуром и вторым коллектором. Давление первого потока теплопередающей среды в первом коллекторе будет выше, чем давление второго потока теплопередающей среды во втором коллекторе, и один или оба регулирующих клапана используются для избирательного направления, по меньшей мере, части первого потока теплопередающей среды в первый подконтур с использованием давления первого потока теплопередающей среды для пропускания теплопередающей среды через первый подконтур и для регулирования температуры и давления потока теплопередающей среды, проходящего через первый подконтур.
Дополнительный аспект второго варианта изобретения включает введение второго подконтура теплопередающей среды, образованного отдельно от первого подконтура и находящегося в проточном сообщении с ним с вторым регулирующим клапаном, находящимся в проточном сообщении с вторым подконтуром, где второй регулирующий клапан избирательно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплопередающей среды во второй подконтур, используя давление первого потока теплопередающей среды, с регулированием температуры и давления проходящей теплопередающей среды. Второй регулирующий клапан используют для снижения температуры и давления теплопередающей среды, проходящей через первый подконтур. Дополнительный аспект изобретения включает третий регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с вторым подконтуром, где третий регулирующий клапан избирательно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплопередающей среды во второй подконтур, используя давление первого потока теплопередающей среды, с регулированием температуры и давления проходящей теплопередающей среды.
Еще один аспект системы регулирования теплопередающей среды заключается в том, что давление теплопередающей среды, пропускаемой через второй подконтур, будет ниже, чем давление теплопередающей среды, пропускаемой через первый подконтур. Кроме того, второй регулирующий клапан используют для увеличения температуры и давления теплопередающей среды, пропускаемой через второй подконтур. Таким образом, в другом аспекте система включает трубу, идущую в герметичном проточном сообщении от первого подконтура к второму подконтуру, так что теплопередающая среда, пропускаемая через первый подконтур, проходит через второй подконтур, причем второй регулирующий клапан находится в проточном сообщении с каждым из первого и второго подконтуров, соответственно, и используется для регулирования температуры и давления теплопередающей среды, пропускаемой из первого подконтура во второй подконтур. Второй регулирующий клапан также может быть использован для снижения температуры и давления теплопередающей среды, пропускаемой из первого подконтура во второй подконтур.
Еще один аспект системы включает ряд подконтуров теплопередающей среды, поэтому каждый последующий подконтур находится в проточном сообщении с непосредственно предыдущим подконтуром для получения теплопередающей среды от него. Это характеризуется тем, что давление жидкости теплопередающей среды, пропускаемой через ряд подконтуров теплопередающей среды, будет ниже в каждом последующем подконтуре по отношению к непосредственно предыдущему подконтуру. Также аспект варианта системы заключается в том, что температура теплопередающей среды, пропускаемой через ряд подконтуров теплопередающей среды, будет ниже в каждом последующем подконтуре по отношению к непосредственно предыдущему подконтуру. Дополнительный аспект состоит в том, что каждый соответствующий подконтур теплопередающей среды из ряда подконтуров имеет первый регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с первым коллектором и подконтуром для увеличения температуры и давления проходящей теплопередающей среды, и второй регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с подконтуром и вторым коллектором для снижения температуры и давления проходящей теплопередающей среды.
Другой аспект системы регулирования теплопередающей среды заключается в том, что теплопередающую среду пропускают из первого коллектора в и через первый подконтур при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды, а также в том, что теплопередающую среду пропускают из первого подконтура во второй коллектор при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды. Аналогично дополнительным аспектом данного варианта является то, что теплопередающую среду пропускают из первого коллектора в и через первый подконтур и пропускают из первого подконтура во второй коллектор, соответственно, при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды.
Способ пропускания теплопередающей среды через систему теплопередающей среды включает пропускание первого потока теплопередающей среды через первый коллектор теплопередающей среды; пропускание второго потока теплопередающей среды через второй коллектор теплопередающей среды; пропускание теплопередающей среды из первого коллектора через первый подконтур теплопередающей среды при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды с первым регулирующим клапаном, находящимся в проточном сообщении с первым коллектором и первым подконтуром; и пропускание теплопередающей среды из первого подконтура во второй коллектор при отсутствии циркуляционного насоса теплопередающей среды с вторым регулирующим клапаном, находящимся в проточном сообщении с первым подконтуром и вторым коллектором. Поликонденсационные жидкости движутся от первого конца трубчатого реактора к второму его концу в отсутствие насоса.
Минимизация оборудования
Если необходимо, использование резервуаров подачи жидких исходных материалов может быть исключено из сложнополиэфирных процессов. Как известно, исходные материалы подаются к установке любым числом известных типов подающих транспортных средств, включая трубопровод, железнодорожный вагон или прицеп тягача. Данное изобретение предусматривает, что исходные материалы, которые подаются, могут быть поданы насосом прямо в установку из подающего транспортного средства. Основой данного процесса является ЧПВВ-кривая насоса. Как известно и, например, когда используют прицеп тягача для перевозки жидкости (жидкостей), ЧПВВ является функцией уровня жидкости в прицепе и падения давления жидкости в насосе. Падение давления является функцией скорости жидкости, вязкости жидкости и используемой конфигурации трубопровода. Для сравнения напор давления от резервуара питания является функцией высоты и плотности жидкости. Конфигурация трубопровода системы является постоянной в обоих случаях. Изменения плотности и вязкости жидкости должны быть небольшими при изменении температуры окружающей среды, но если изменения плотности и вязкости являются большими, они могут быть получены от кориолисного расходомера известным образом.
Поэтому, если скорость массопотока известна от расходомера, тогда в компьютер контроля способа (не показан) известной конструкции могут быть введены требуемые данные, а также дополнительные входные данные, которые могут потребоваться, и может быть рассчитан массопоток в прицепе с использованием давления на впуске насоса. Давление на впуске насоса и поток используют для непрерывного определения массы жидкости в прицепе. В ходе рабочей проверки устанавливают соотношение давления и потока к уровню жидкости в прицепе для корректировки любых неточностей компьютерного анализа.
Далее описан рабочий процесс по отношению к системе подачи жидкости, показанной на фиг.21. Первый прицеп 265 припарковывают на насосном пункте "Р". Прицеп соединяют через клапаны с насосом 263 с открыванием ряда клапанов 251, 252, 253, 257, 261 и 276, соответственно. Одновременно закрывают второй ряд клапанов 258, 259, 272, 274 и 275, соответственно. Насос 263 пускают и начинают гнать жидкость обратно в прицеп 265. Система теперь готова к работе установки, как только откроется автоматический клапан 272. Второй прицеп 266 также припарковывают на насосном пункте и соединяют через клапаны с вторым насосом 264 при открывании ряда клапанов 254, 255, 256, 260, 262 и 273, соответственно. Одновременно закрывают клапаны 258, 259, 271, 274 и 275. Насос 264 пускают и начинают гнать жидкость обратно в прицеп 266. Система насоса 264 теперь готова к работе установки, но ее оставляют в виде резерва.
Открывают клапан 272 и пускают установку. Когда определяют, что уровень в прицепе находится на некотором уровне, таком как, например, 10% от его полного уровня, клапан 272 закрывают и одновременно открывают клапан 271 для обеспечения бесперебойной подачи жидкости в установку. Теперь насос 263 находится в положении рециркуляции обратно в прицеп 265, а насос 264 питает установку из прицепа 266. Установка продолжает потреблять жидкость из прицепа 266 до тех пор, пока измеренный в ней уровень не будет на некотором уровне, таком как, например, 85% от полного уровня. Как только это будет иметь место, компьютер открывает клапан 275 и закрывает клапан 276. При этом остаток жидкости, содержащейся в прицепе 265, перекачивается в прицеп 266. Насос 263 останавливается автоматически на низких ваттах. Компьютер контроля способа затем закрывает клапан 275.
Первый прицеп 265 отводят от насосного пункта, а другой прицеп, заполненный жидкостью, необходимой для процесса, паркуют на насосном пункте. Процесс повторяют с насосом 263, качающим из прицепа 265. Затем, как только измеренный уровень жидкости в прицепе 266 достигнет некоторого уровня, такого как, например, 10% от полного значения, клапан 271 закрывают, а клапан 272 открывают. Уровень жидкости в прицепе 265 используют до тех пор, пока измеренный уровень жидкости не достигнет некоторого уровня, такого как, например, 85% полного, при этом оставшуюся часть жидкости в прицепе 266 прокачивают в прицеп 265. Прицеп 266 затем удаляют с насосного пункта, а другой полный прицеп 266 паркуют на место исходного прицепа. Насос 264 подает и загружает из нового прицепа 266, и способ продолжается подобным образом.
Первый вариант описанной системы подачи жидкости поэтому включает, по меньшей мере, один резервуар питания, расположенный на насосном пункте, и, по меньшей мере, один насос, находящийся в проточном сообщении, по меньшей мере, с одним резервуаром питания; причем, по меньшей мере, один резервуар питания находится в проточном сообщении с рядом клапанов, причем ряд клапанов находится в проточном сообщении с трубчатой системой установки способа. Жидкость избирательно подают насосом прямо, по меньшей мере, из одного резервуара питания через ряд клапанов и в трубчатую систему установки при отсутствии емкости хранения и подачи питания жидкости для получения и хранения жидкости, по меньшей мере, из одного резервуара питания. Дополнительно система включает второй резервуар питания, расположенный на насосном пункте, и второй насос, находящийся в проточном сообщении с вторым резервуаром питания, причем каждый из резервуаров питания и насосов, соответственно, находится в проточном сообщении с рядом клапанов. Ряд клапанов состоит из множества избирательно работающих регулирующих клапанов и находится в проточном сообщении с трубчатой системой установки, так что жидкость избирательно подают насосом прямо из первого и второго резервуаров питания, соответственно, через ряд клапанов и в трубчатую систему установки в отсутствие емкости хранения и подачи питания жидкости.
Дополнительные аспекты системы включают компьютер контроля процесса, причем компьютер контроля оперативно спарен с первым и вторым насосами, соответственно, и, по меньшей мере, с одним из регулирующих клапанов в системе клапанов; расходомер, находящийся в проточном сообщении с каждым из первого и второго резервуаров питания соответственно, который соединен с компьютером контроля способа; причем расходомер сконструирован и установлен для измерения и отправления данных по скорости массопотока жидкости, прокачиваемой из одного из резервуаров питания, к компьютеру контроля; причем компьютер контроля рассчитывает массопоток в выбранном одном из резервуаров питания с использованием скорости массопотока жидкости и измеренного давления на впуске насоса. Кроме того, компьютер контроля использует давление на впуске насоса и скорость массопотока жидкости для непрерывного определения массы жидкости в выбранном одном из резервуаров питания.
Компьютер контроля способа открывает первый автоматический регулирующий клапан и начинает работу установки способа и закрывает первый автоматический регулирующий клапан сразу после того, как компьютер контроля способа определит, что уровень жидкости в первом резервуаре питания находится на первом заданном уровне жидкости. Дополнительный аспект состоит в том, что второй автоматический регулирующий клапан одновременно открывается компьютером контроля, так что первый насос циркулирует жидкость из первого резервуара питания обратно в первый резервуар питания, а второй насос подает жидкость из второго резервуара питания в установку способа. Установка затем обеспечивается жидкостью из второго резервуара питания до тех пор, пока уровень жидкости, определенный компьютером контроля, не достигнет второго заданного уровня жидкости. Затем компьютер контроля открывает первый регулирующий клапан и закрывает второй регулирующий клапан, так что остаток жидкости, содержащейся в первом резервуаре питания, прокачивается во второй резервуар питания. Как только компьютер контроля закрывает первый регулирующий клапан, первый резервуар питания может быть заменен свежим резервуаром питания на его месте на насосном пункте. Дополнительный аспект изобретения включает компьютер контроля, повторно открывающий второй регулирующий клапан и закрывающий первый регулирующий клапан, так что установка обеспечивается жидкостью из второго резервуара питания.
Описанный способ данного изобретения поэтому включает размещение первого резервуара питания на насосном пункте, причем первый резервуар питания находится в проточном сообщении с первым насосом, размещение второго резервуара питания на насосном пункте, причем второй резервуар питания находится в проточном сообщении с вторым насосом, и избирательную подачу насосом жидкости из каждого из соответствующих резервуаров питания в систему клапанов и в трубчатую систему установки. Данный способ включает аспекты соединения компьютера контроля с первым и вторым насосами, соответственно, и, по меньшей мере, с одним из регулирующих клапанов в системе клапанов, и использования расходомера, находящегося в проточном сообщении с каждым из первого и второго резервуаров питания, соответственно, и соединенного с компьютером контроля с измерением потока жидкости, подаваемого первым и вторым насосами, соответственно. Компьютер контроля рассчитывает массу жидкости в выбранном одном из резервуаров питания с использованием скорости массопотока жидкости и измеренного на впуске давления насоса, а также использует давление на впуске насоса и скорость массопотока жидкости и непрерывно определяет массу жидкости в выбранном одном из резервуаров питания. Компьютер контроля открывает первый автоматический регулирующий клапан и начинает работу установки в ответ на определение массы жидкости в выбранном одном из резервуаров питания.
Дополнительные аспекты способа также включают закрывание компьютером контроля первого автоматического регулирующего клапана сразу после того, как компьютером контроля определяется, что уровень жидкости в первом резервуаре питания находится на первом заданном уровне жидкости, так что первый насос рециркулирует жидкость обратно в первый резервуар питания, и одновременно открывание второго автоматического регулирующего клапана, так что второй насос подает жидкость из второго резервуара питания в установку; обеспечение установки жидкостью из второго резервуара питания до тех пор, пока уровень жидкости в нем, который определяется компьютером контроля, не достигнет второго заданного уровня жидкости; открывание компьютером контроля первого регулирующего клапана и закрывание второго регулирующего клапана, так что остаток жидкости, содержащейся в первом резервуаре питания, подается насосом во второй резервуар питания; закрывание компьютером контроля первого регулирующего клапана и замену первого резервуара питания свежим резервуаром питания на насосном пункте; и затем прокачивание остатка жидкости из первого резервуара питания во второй резервуар питания и затем продолжение обеспечения установки жидкостью из второго резервуара питания при замене первого резервуара питания жидкости.
Как известно, в типичном оборудовании сложнополиэфирного процесса присутствуют три дистилляционные колонны: водяная колонна, отпарная колонна и СГМ (MGM) колонна (колонна смешанного гликоля и мономера или колонна этиленгликольного конденсата). Пар из этерификационного реактора направляют в водяную колонну. Здесь вода отделяется от этиленгликоля. Низкокипящие компоненты (включая воду) удаляются из верхней части колонны и направляются в отпарную колонну, тогда как этиленгликоль и другие высококипящие компоненты удаляются из нижней части колонны и могут быть направлены обратно в пастовую емкость, реакторы другого назначения и, как описано здесь, обратно в рециркуляционный контур.
Отпарная колонна отделяет парадиоксан из верхней части отпарной колонны, который не может быть направлен в оборудование для переработки сточных вод, и комбинирует парадиоксан с азеотропом воды, который затем направляют в печь или в окислитель с другими низкокипящими компонентами. Жидкости из нижней части отпарной колонны направляют в оборудование для переработки сточных вод. В одном варианте настоящего изобретения водяную колонну поддерживают при направлении низкокипящих компонентов в печь в большей степени, чем отпарную колонну, и отпарная колонна может быть исключена. В данном случае водяную колонну вентилируют в печь в большей степени, чем посылают низкокипящие компоненты в отпарную колонну. СГМ-колонну также вентилируют в печь.
Также известно, что в традиционном оборудовании сложнополиэфирного процесса оборудование по переработке сточных вод требуется для переработки органических отходов, а также гидравлической нагрузки (потока воды), создаваемой процессом. В одном аспекте настоящего изобретения, описанном выше, органические отходы вентилируют в печь, где их сжигают. В отдельном аспекте изобретения, при исключении многих отдельных операций из способа получения сложного полиэфира и объединении установки с созданием в результате более компактной установки крыша может быть возведена над всей установкой, исключая таким образом необходимость посылать гидравлическую нагрузку в оборудование для переработки сточных вод, потому что дождевая вода больше не сможет контактировать с технологическим оборудованием и/или любыми разлитыми техническими жидкостями. Еще в одном аспекте изобретения поэтому исключение органических отходов направлением их в печь и исключение гидравлической нагрузки или сточных вод объединением установки путем снижения размера оборудования, совмещенного с возведением крыши над оборудованием, устраняет необходимость в оборудовании для переработки сточных вод, необходимого для другого обслуживания установки получения сложного полиэфира.
Выделения в окружающую среду от установки могут быть снижены вентилированием всех конструкций (т.е. дистилляционных колонн, скрубберов, адсорберов, вакуумных насосов и т.д.) и отводов емкостей в спрессованный вентиляционный коллектор. Вентиляционный коллектор направляет их в ТПС-печь, где они прокаливаются. Если все такие отводы будут соединены с коллектором, тогда неокисленные выделения от установки будут снижены более чем на 99% (обычно окисленными выделениями являются углекислый газ и вода). Кроме того, данный способ исключает необходимость в отпарной колонне.
Еще одной характеристикой настоящего изобретения является то, что при увеличении объема основной части соответствующих дистилляционных колонн по сравнению с объемом, используемым в традиционных способах, емкости для продуктов, идущих в и из дистилляционных колонн, могут быть исключены. Это снижает количество площади локализации жидкости и все затраты, связанные с любыми такими емкостями хранения. Увеличение высоты или диаметра основания может увеличить объем дистилляционной колонны. Никакие дополнительные приборы не требуются на колонне. В одном аспекте изобретения основание водяной колонны является не менее чем на 40% больше по диаметру или высоте, чем традиционная водяная колонна. В данном аспекте общая высота увеличивается не менее чем примерно на 3%. В другом аспекте основание увеличивается не менее чем на 50% в диаметре или по высоте.
Оборудование для переработки сточных вод может быть исключено, как указано выше, путем объединения установки. Это, в частности, делается возможным при исключении выделений в окружающую среду и при исключении емкостей хранения, как указано выше. Кроме того, установка конструируется с крышей над всеми производственными строениями, прицепным насосным/разгрузочным пунктом, ТПС-печью и/или другими зонами установки, которые могут иметь потенциал COD ((ХПК) (химическая потребность в кислороде). Сточные воды от гранулятора и градирни отделяются от всех других сточных вод и идут в сброс установки. Вся дождевая вода, включая воду со всех зон крыши, описанных выше, также идет в сброс установки. Котлован, предпочтительно, с двойными стенками строится между установкой способа и ТПС-печью. Он, предпочтительно, является покрытым котлованом. Все остальные загрязненные сточные воды идут в котлован. Все собранные в котловане сточные воды подают насосом из котлована в ТПС-печь, где сточные воды сжигаются. Затраты на работу нагревания компенсируются снижением капитальных затрат и рабочей стоимости установки по переработке сточных вод, если все другие источники воды являются ограниченными.
Кроме того, если расположение установки спланировано надлежащим образом, только одна конвейерная система требуется для гранул или крошки для расплавнофазного оборудования. Выпуск конечного реактора является настолько высоким, что рубящая машина может делать гранулы, которые будут падать под действием силы тяжести в аналитические бункеры, расположенные ниже рубящих машин. В другом варианте аналитические бункеры исключаются. Гранулы транспортируются в верхнюю часть смесительного бункера, а днище смесительного бункера расположено выше упаковочного бункера. Расположение днища и возвышение упаковочного бункера являются настолько высокими, что позволяют содержимому упаковочного бункера падать под действием силы тяжести в трюмы кораблей, на товарные платформы или в железнодорожные вагоны. Упаковочный бункер также может быть исключен при прямом питании упаковочного оборудования из смесительного бункера. Установки, которые упаковывают массу в пакеты, ящики, барабаны и мешки, расположены под и достаточно близко к упаковочному бункеру, так что они также могут заполняться самотеком. Уменьшение конвейерных систем уменьшает оборудование, затраты на эксплуатацию и улучшает качество продукта с исключением механизма для плавления и жгутирования гранул.
Еще в одном аспекте изобретения водные системы установки могут быть минимизированы комбинированием бесперебойного полива, градирни, воды рубящей машины и холодильников ТПС-насосов.
Обычно система бесперебойного полива установки является автономной системой. Она имеет систему регулирования уровня с питанием от городского водоснабжения. Она также имеет систему создания давления и газ для компенсирования давления в случае потери мощности. Градирня имеет подачу воды, используемую для поддержания уровня воды в ней, меняющегося в результате потери воды, которая испаряется, и продувку (очистку) для удержания высококипящих компонентов от концентрирования и осаждения. Система градирни имеет систему химических добавок, которая поддерживает рН воды, жесткость, биологический рост и подобное по заданию. Водная система рубящей машины подает воду к рубящей машине (делающей ганулы), и требуется свежая вода, т.к. вода испаряется при контактировании с горячими полимерными нитями. Такая система обычно не имеет продувку, и загрязнения обычно остаются на гранулах, хотя это может вызвать проблемы. Система рубящей машины также имеет систему химических добавок. ТПС-насосы имеют холодильники, которые имеют падение высокого давления. Коллектор стандартной градирни не подает достаточное давление для прохождения через холодильники с падением высокого давления на ТПС-насосы.
Четыре варианта обычно существуют для решения проблем:
1) использование подачи воды сразу через охлаждение;
2) увеличение давления коллектора воды градирни с оплатой увеличенных капитальных затрат и затрат на подачу насосом;
3) строительство отдельного коллектора высокого давления градирни с увеличением капитальных затрат и затрат на подачу насосом;
4) приобретение холодильников с низким падением давления с увеличением капитальных затрат и аннулированием гарантий.
Объединение систем может снизить капитальные и текущие затраты. С объединением ТПС-систем и исключением насосов подконтуров остаются только ТПС-насосы основного контура. Поток охлаждающей воды, необходимой для ТПС-насосов, является немного меньше требуемой свежей воды градирни (слишком много воды допускается). Водная система рубящей машины имеет высокое давление воды, чтобы пройти к рубящим машинам, давление которой является также достаточно высоким для использования с холодильниками ТПС-насосов. Однако после прохождения через ТПС-насосы вода не должна идти обратно в рубящую систему, так как утечка ТПС будет загрязнять продукт. Поэтому вода из ТПС-насосов должна идти в градирню. Если химикалии градирни введены в водяную систему рубящей машины, это будет защищать водяную систему рубящей машины и исключать одну из систем химических добавок, а еще подавать химические вещества в градирню через продувку. Продувка водяной системы не является ухудшающей и может быть полезной. Подача насосом воды из водяной системы рубящей машины через холодильники ТПС-насосов и затем через градирню исключает дополнительные охлаждающие системы, необходимые для ТПС-насосов, исключает систему химической обработки и обеспечивает необходимую воду для всех трех применений. Воду еще будет необходимо подать в водяную систему рубящей машины и на бесперебойный полив.
Систему бесперебойного полива необходимо продувать еженедельно для удержания воды от застаивания. Более частая продувка является полезной, а автоматическая продувка снижает затраты. Если емкость бесперебойного полива установлена высоко, тогда система создания повышенного давления и его компенсирования не требуется. Если вода поступает в емкость бесперебойного полива и перетекает через верх емкости, тогда емкость будет стоять полной, и нет необходимости в системе регулирования уровня. Если регулирующий клапан уровня для водяной системы рубящей машины находится в линии питания емкости бесперебойного полива и емкость бесперебойного полива переливается в емкость воды рубящей машины, тогда емкость бесперебойного полива будет непрерывно промываться водой, текущей с полученной скоростью для водяных систем как рубящей машины, так и градирни. Такая компоновка исключает все приспособления и приборы из системы бесперебойного полива.
Водораспределительная система новой объединенной установки изобретения, имеющая вышеуказанные проблемы и удовлетворяющая требованиям оператора установки, показана на фиг.22. В емкость хранения воды бесперебойного полива 290 подают чистую свежую воду из подходящего водного источника "W", такого как внешнее городское водоснабжение (не показано). Емкость бесперебойного полива подает любую необходимую воду для систем бесперебойного полива установки и промывки глазков (не показано), а также подает воду через первый трубопровод 291 к узлу фильтра и емкости 294 хранения воды, предусмотренному как часть отдельной емкости 294 рубящей машины/гранулятора. Сразу после введения в водораспределительный контур вода проходит в и через узел фильтра и емкости 294 хранения воды. Отсюда отфильтрованную и холодную воду пропускают через водораспределительный контур соответствующим насосом 295 и затем пропускают через теплообменник 296 ниже по потоку для охлаждения воды после ее прохождения через насос. Фильтр 298 расположен в водораспределительном контуре гранулятора ниже по потоку от насоса для удаления грязи и/или небольших частиц, которые могут быть унесены. Пункт 299 химических добавок ниже по потоку предусматривается как часть водораспределительного контура гранулятора для того, чтобы поддерживать воду в водораспределительном контуре гранулятора с регулируемым ростом органических веществ, жесткостью воды, водорастворимостью и коррозионными характеристиками, а также благодаря локальным и водным характеристикам воды, подаваемой в систему. Последней составной частью водораспределительного контура гранулятора является пункт рубящей машины/гранулятора 300, работа которого описана ниже.
Расплавленный полимер из установки подают по линии 316 подачи полимера в полимерную экструзионную головку 317 на пункт 300 рубящей машины/гранулятора, причем экструзионная головка экструдирует множество расплавленных полимерных стренг 318 известным образом. Расплавленные полимерные стренги охлаждают на пункте 300 рубящей машины/гранулятора для гранулирования и/или рубки расплавленных полимерных стренг холодной отфильтрованной водой, подаваемой через водораспределительный контур гранулятора. Затем нагретую и "грязную" воду пропускают в узел фильтра и емкости хранения воды для охлаждения, со свежей водой для компенсации потери воды от испарения на пункте рубящей машины/гранулятора, где свежая вода, введенная из емкости хранения воды бесперебойного полива используется для промывки насоса 303. Воду, поступившую в узел фильтра и емкости хранения воды, затем пропускают обратно через водораспределительный контур гранулятора, как указано выше, для повторного использования.
Отдельная линия 302 воды питается из водораспределительного контура и идет к насосу 303 ниже по потоку, используемому для пропускания воды в градирню 304. Градирня обеспечена устройством 306 регулирования уровня, используемым для поддержания уровня воды, содержащейся в накопителе 307 воды, выполненном как часть узла градирни. Устройство 306 регулирования уровня имеет минимум заданных параметров потока, что обеспечивает подачу достаточного количества воды для минимально требуемого охлаждающего потока для насоса 303. Градирня охлаждает проходящую через нее воду, причем воду пропускают из накопителя воды через контур 308 подачи воды градирни.
Предполагаемые использования воды, проходящей через контур подачи воды градирни, включают любое число потребителей 311 холодной воды ниже по потоку, причем потребители могут возвратить "сбросовую" воду в контур подачи воды градирни. Любую воду, не использованную ниже по потоку, пропускают обратно в и через градирню, причем регулирующий клапан 306 уровня отводит воду из водораспределительного контура гранулятора, когда необходимо компенсировать потерю воды в накопителе/резервуаре 307.
Сбросовая вода, пропускаемая обратно в контур подачи воды градирни от потребителей ниже по потоку, проходит обратно в и через градирню и здесь выпаривается. Выпаривание воды таким образом концентрирует твердые вещества и/или загрязнения в водном потоке, проходящем через контур подачи воды градирни, так что вода продувается из контура по линии 312 продувки воды, когда требуется, в сброс воды (не показано) контроллером 314. Насос (насосы) 310 создает напор, используемый для пропускания холодной воды к любому и всем потребителям воды.
Вода, подаваемая в емкость 290 хранения воды бесперебойного полива, регулируется устройством 315 регулирования уровня воды, которое поддерживает уровень воды в емкости 290 на соответствующем уровне воды. Избыток воды из емкости хранения воды бесперебойного полива пропускают из нее по линии 291 воды в узел фильтра и емкости 294 хранения воды водораспределительного контура 292 гранулятора, где воду обрабатывают, как указано выше. Всю воду, подаваемую в водораспределительный контур 292 гранулятора и водораспределительный контур 308 градирни, подают из подходящего водного источника W, как указано выше. Это включает всю воду, вводимую в каждую систему для восполнения потери воды через потребители 311 ниже по потоку и в результате испарения воды на пункте рубящей машины/гранулятора 300, а также в градирне 304.
Соответственно, объединенная водораспределительная система установки данного изобретения включает в первом варианте емкость хранения воды бесперебойного полива, находящуюся в проточном сообщении и питаемую водой из источника воды, первый водораспределительный контур, находящийся в проточном сообщении с емкостью хранения воды бесперебойного полива и питаемый водой из нее, второй водораспределительный контур, находящийся в проточном сообщении с первым водораспределительным контуром, и регулирующий клапан или клапаны для избирательного отвода воды из первого водораспределительного контура для подачи воды во второй водораспределительный контур. Аспекты данной системы включают емкость хранения воды бесперебойного полива, находящуюся в проточном сообщении с отдельной системой бесперебойного полива и промывки глазков; трубопровод воды, проходящий в герметичном проточном сообщении от емкости хранения воды бесперебойного полива к первому водораспределительному контуру, где первый водораспределительный контур питается водой из емкости хранения воды бесперебойного полива, когда вода переливается из нее и проходит в первый водораспределительный контур. Первый водораспределительный контур содержит водный контур гранулятора, сконструированный и расположенный для подачи воды на пункт гранулирования, используемый для гранулирования расплавленного пластикового полимера; фильтр и емкость хранения воды; насос, сконструированный и расположенный для прокачивания воды из емкости хранения воды через первый водораспределительный контур; теплообменник; фильтр и пункт химических добавок. Теплообменник расположен ниже по потоку от насоса, фильтр расположен ниже по потоку от теплообменника, пункт химических добавок расположен ниже по потоку от фильтра, пункт гранулирования расположен ниже по потоку от пункта химических добавок, и фильтр и емкость хранения воды находятся ниже по потоку от пункта гранулирования.
Дополнительные аспекты объединенной водораспределительной системы установки включают устройство регулирования уровня, находящееся в проточном сообщении с фильтром и емкостью хранения воды и регулирующий клапан, находящийся между и в проточном сообщении с каждым из устройств регулирования уровня и емкости хранения воды бесперебойного полива. Устройство регулирования уровня воды сконструировано и установлено для избирательного введения свежей воды в фильтр и емкость хранения воды прямо из источника воды. Устройство регулирования уровня воды также сконструировано и установлено для избирательного регулирования подачи воды в емкость хранения воды бесперебойного полива для поддержания уровня воды в ней на заданном уровне.
Второй водораспределительный контур содержит водораспределительный контур градирни, который включает градирню, насос, сконструированный и установленный для прокачивания воды из градирни через второй водораспределительный контур, и, по меньшей мере, один потребитель воды градирни. Градирня дополнительно содержит накопитель воды, выполненный как ее часть, для накапливания проходящей воды. Насос водораспределительного контура градирни расположен ниже по потоку от накопителя воды и, по меньшей мере, один потребитель воды градирни расположен ниже по потоку от насоса и выше по потоку от градирни. Второй водораспределительный контур дополнительно содержит линию продувки, находящуюся в проточном сообщении с ним, и регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с линией продувки для избирательного пропускания воды из второго водораспределительного контура. Второй трубопровод воды проходит в герметичном проточном сообщении от первого водораспределительного контура к второму водораспределительному контуру для обеспечения водой.
Один аспект устройства избирательного отвода воды из первого водораспределительного контура во второй водораспределительный контур содержит второй насос, находящийся в проточном сообщении с вторым трубопроводом воды, предназначенный для пропускания воды из первого водораспределительного контура во второй водораспределительный контур. Дополнительным аспектом устройства избирательного отвода воды является устройство регулирования уровня воды, находящееся в проточном сообщении с накопителем воды градирни, и регулирующий клапан, находящийся между и в проточном сообщении с каждым из второго насоса и накопителя воды градирни. Устройство регулирования уровня воды для накопителя воды градирни сконструировано и установлено для избирательного ввода свежей воды в накопитель воды градирни из второго трубопровода воды, а также сконструировано и установлено для определения минимального количества параметров потока воды, что обеспечит подачу достаточного количества воды для минимально требуемого охлаждающего потока второго насоса.
Другим аспектом данного изобретение является способ распределения воды через объединенную водораспределительную систему установки, причем аспекты способа включают подачу воды в емкость хранения воды бесперебойного полива, пропускание воды из емкости хранения воды бесперебойного полива в первый водораспределительный контур и избирательное пропускание воды из первого водораспределительного контура во второй водораспределительный контур. Способ характеризует дополнительные аспекты избирательного введения воды в первый водораспределительный контур прямо из источника воды; пропускание воды в первый водораспределительный контур через пункт гранулирования расплавленного полимера; пропускание воды во второй водораспределительный контур через градирню; избирательное пропускание воды из второго водораспределительного контура через линию продувки воды, находящуюся в герметичном проточном сообщении с вторым контуром; и избирательное пропускание воды из первого водораспределительного контура в накопитель воды градирни, выполненный как часть второго водораспределительного контура.
Предпочтительный вариант объединенной вакуумной системы для использования с описанным способом/установкой показан на фиг.23. При использовании показанной объединенной вакуумной системы число ЭГ-жиклеров может быть снижено, система охлажденной воды может быть минимизирована, если не исключена в некоторых случаях, и число компонентов, требуемых для получения двух стадий вакуума в последнем поликонденсационном реакторе также минимизируется.
Как показано на фиг.17а и 17b, соответственно, поликонденсация обычно имеет три стадии вакуума. Уникальная конструкция данного изобретения объединяет последние две стадии вакуума, стадии вакуума среднего давления и низкого давления. Третья стадия вакуума не может быть объединена, потому что давление на этой стадии является слишком высоким и не будет позволять жиклеру ЭГ-пара иметь надлежащий перепад давления для работы. Установка клапана в линию пара приводит к проблемам закупоривания и не является надежным решением. Тем не менее, две стадии вакуума могут быть эффективно соединены.
На фиг.23 показан подходящий традиционный вакуумный насос 320, подающий вакуум на межстадийный конденсатор 321, используемый для конденсации компонентов, таких как ЭГ и другие конденсируемые вещества. Первый жиклер ЭГ-пара 322 установлен между впрыскивающим конденсатором 324 и межстадийным конденсатором, где жиклер пара обычно имеет степень сжатия между 6 и 8. Выгрузка жидкости межстадийного конденсатора идет к герметичному сосуду 325 жидкости, также называемому погружным сосудом. Выгрузка из вакуумного насоса, а также выгрузка жидкости из впрыскивающего конденсатора также могут быть направлены к герметичному сосуду или к сосуду любого другого типа. Жидкость из погружного сосуда затем прокачивают через фильтр 326, холодильный аппарат 328 и либо (а) возвращают в межстадийный конденсатор 321 или впрыскивающий конденсатор 324, либо (b) выгружают из системы по линии 33, например, в колонну воды (не показано). В зависимости от полученного продукта, как известно, температура системы должна быть повышена или снижена для регулирования вакуума, а также регулирования увеличения низко- и среднекипящих компонентов.
Вакуумный насос объединенной вакуумной системы данного изобретения подводит вакуум от поликонденсационной стадии вакуума среднего давления, или зоны Р2, в верхнюю часть или область впрыскивающего конденсатора по линии 244, как показано схематически. Поток вакуума среднего давления/пара из верхней части конечного поликонденсационного реактора соединяется с впрыскивающим конденсатором ниже охлаждающих форсунок жидкости (не показано) в верхней зоне конденсатора. Как показано, вакуумное соединение, идущее от впрыскивающего конденсатора к первому ЭГ-жиклеру, находится также в верхней части впрыскивающего конденсатора, что позволяет поликонденсационным парам конденсироваться до входа в ЭГ-жиклер. Это дает необходимый эффект увеличения производительности жиклера.
Поликонденсационная зона вакуума низкого давления, или зона Р3, конечного поликонденсационного реактора соединена по линии 245 с вторым ЭГ-жиклером 330 и идет от него к нижней части, или области, впрыскивающего конденсатора. Пары из второго ЭГ-жиклера, таким образом, поступают в впрыскивающий конденсатор 324 в точке ниже дна охлаждающих форсунок жидкости (не показано). Это позволяет поликонденсационным парам из второго ЭГ-жиклера и поликонденсационному вакууму низкого давления из нижней части конечного реактора конденсироваться без ухудшения или уменьшения вакуума верхней части поликонденсационного реактора.
Показанная на фиг.23 объединенная вакуумная система изобретения также включает необходимые составные части для подвода вакуума через поликонденсационную стадию вакуума высокого давления, или зону Р1, с использованием вакуумного насоса 320. Соответственно, зона вакуума высокого давления подается в конденсатор 335 по вакуумной линии 243. Пары со стадии высокого давления охлаждаются в конденсаторе 335 известным образом. Жидкость/конденсат жидкости, собранный в конденсаторе, пропускают во второй герметичный сосуд 336, находящийся в проточном сообщении с конденсатором.
Второй герметичный сосуд находится в проточном сообщении с насосом 337, который отводит из него жидкость/конденсат жидкости и пропускает через фильтр 339 ниже по потоку. Затем жидкость охлаждают в холодильном аппарате 340 в проточном сообщении с фильтром, и жидкость пропускают обратно в конденсатор 335 для повторного использования или пропускают к другим потребителям в установке. Вакуумная линия 334 идет от верхней части конденсатора 335 и находится в проточном сообщении с вакуумным насосом 320 через регулирующий клапан 343.
Такая конструкция исключает одну цепь ЭГ-жиклера, один впрыскивающий конденсатор и систему подачи насосом и имеет только два общих ЭГ-жиклера, по существу, три на цепь. При установке всех колен затвора для зон вакуума среднего и нижнего давления в том же герметичном сосуде число герметичных сосудов также сокращается до менее половины. Например, двойная система будет иметь пять герметичных емкостей, тогда как единичная система обычно имеет три герметичных емкости. Данная конструкция, таким образом, исключает необязательное оборудование, приборы, а также снижает энергопотребление, необходимое для работы более крупной вакуумной системы.
Поэтому объединенная вакуумная система изобретения включает впрыскивающий конденсатор, находящийся в проточном сообщении с каждой из зон вакуума среднего и низкого давления, соответственно, поликонденсационного реактора, межстадийный конденсатор, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором, и вакуумный насос, находящийся в проточном сообщении с межстадийным конденсатором. Дополнительный аспект системы включает герметичный сосуд, находящийся в проточном сообщении с каждым из впрыскивающего конденсатора, межстадийного конденсатора и вакуумного насоса соответственно, и систему распределения жидкости, сконструированную и установленную для сбора, фильтрования, охлаждения и распределения жидкости из впрыскивающего конденсатора и межстадийного конденсатора соответственно к каждому из впрыскивающего конденсатора и межстадийного конденсатора соответственно. Другие аспекты включают систему распределения жидкости, сконструированную и установленную для сбора жидкости от вакуумного насоса, причем система распределения жидкости содержит единственный герметичный сосуд, сконструированный и установленный для сбора жидкости из каждого из впрыскивающего конденсатора и межстадийного конденсатора, соответственно, и регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с системой распределения жидкости и сконструированный и установленный для избирательного пропускания охлажденной жидкости к другим потребителям.
Еще другие аспекты системы включают жидкость из зоны вакуума низкого давления, поступающую в нижнюю часть впрыскивающего конденсатора, и жидкость из зоны вакуума среднего давления, поступающую в удаленную верхнюю часть впрыскивающего конденсатора; второй впрыскивающий конденсатор, находящийся в проточном сообщении с зоной вакуума высокого давления поликонденсационного реактора, причем второй впрыскивающий конденсатор также находится в проточном сообщении с вакуумным насосом; регулирующий клапан, расположенный между и в проточном сообщении с каждым из второго впрыскивающего конденсатора и вакуумного насоса; и вторую систему распределения жидкости, сконструированную и установленную для сбора, фильтрования, охлаждения и распределения жидкости, проходящей из второго впрыскивающего конденсатора, по меньшей мере, во второй впрыскивающий конденсатор.
Еще один аспект объединенной вакуумной системы изобретения включает впрыскивающий конденсатор, находящийся в проточном сообщении с каждой из зон вакуума среднего и низкого давления, соответственно, поликонденсационного реактора, первый ЭГ-жиклер, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором, межстадийный конденсатор, находящийся в проточном сообщении с первым ЭГ-жиклером, вакуумный насос, находящийся в проточном сообщении с межстадийным конденсатором, и второй ЭГ-жиклер, находящийся в проточном сообщении с зоной вакуума низкого давления и впрыскивающим конденсатором, соответственно. Дополнительный аспект данного варианта изобретения включает жидкость из зоны вакуума низкого давления, поступающую в нижнюю часть впрыскивающего конденсатора, и жидкость из зоны вакуума среднего давления, поступающую в удаленную верхнюю часть впрыскивающего конденсатора; первый ЭГ-жиклер, идущий от верхней части впрыскивающего конденсатора; второй ЭГ-жиклер, находящийся в проточном сообщении с зоной вакуума низкого давления и нижней частью впрыскивающего конденсатора; и герметичный сосуд, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором, межстадийным конденсатором и вакуумным насосом, соответственно, причем герметичный сосуд сконструирован и установлен для сбора в нем жидкости и жидкого конденсата. Кроме того, аспекты включают насос в проточном сообщении с герметичным сосудом для прокачивания собранной жидкости из него; фильтр, находящийся в проточном сообщении с насосом; холодильный аппарат, находящийся в проточном сообщении с фильтром и сконструированный и установленный для охлаждения проходящей жидкости, причем холодильный аппарат находится в проточном сообщении с каждым из впрыскивающего конденсатора и межстадийного конденсатора соответственно, при этом жидкость, охлажденная холодильным аппаратом, проходит в впрыскивающий конденсатор и межстадийный конденсатор, соответственно; регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с холодильным аппаратом и сконструированный и установленный для избирательного пропускания охлажденной жидкости к другим ее потребителям; систему накопления и охлаждения жидкости, сконструированную и установленную для сбора, фильтрования и охлаждения жидкости и жидкого конденсата из впрыскивающего конденсатора, межстадийного конденсатора и вакуумного насоса, соответственно, и перераспределения охлажденной жидкости в впрыскивающем конденсаторе и межстадийном конденсаторе, соответственно.
Способ накопления жидкости из конечного поликонденсационного реактора включает пропускание жидкости, по меньшей мере, из поликонденсационной зоны вакуума среднего давления и поликонденсационной зоны вакуума низкого давления реактора в единственный впрыскивающий конденсатор, находящийся в герметичном проточном сообщении с каждой из зон вакуума среднего и низкого давления, соответственно, и отвод жидкости через межстадийный конденсатор, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором посредством вакуумного насоса, находящегося в проточном сообщении с межстадийным конденсатором. Дополнительный аспект способа включает пропускание жидкости из поликонденсационной зоны вакуума низкого давления в нижнюю часть впрыскивающего конденсатора и пропускание жидкости из поликонденсационной зоны вакуума среднего давления в удаленную верхнюю часть впрыскивающего конденсатора; пропускание жидкости из верхней части впрыскивающего конденсатора в межстадийный конденсатор; пропускание жидкости из верхней части впрыскивающего конденсатора через первый ЭГ-жиклер, находящийся в проточном сообщении с впрыскивающим конденсатором и межстадийным конденсатором; пропускание жидкости из поликонденсационной зоны вакуума низкого давления через второй ЭГ-жиклер, находящийся в проточном сообщении с поликонденсационной зоной вакуума низкого давления и впрыскивающим конденсатором, соответственно; сбор жидкости и жидкого конденсата из впрыскивающего конденсатора в герметичный сосуд, находящийся в проточном сообщении с каждым из впрыскивающего конденсатора и межстадийного конденсатора; фильтрование и охлаждение жидкости, собранной в герметичном сосуде; и пропускание охлажденной жидкости обратно в впрыскивающий конденсатор и межстадийный конденсатор, соответственно; избирательное пропускание, по меньшей мере, части охлажденной жидкости, по меньшей мере, через один регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с потребителем в другом месте; и пропускание жидкости из зоны вакуума высокого давления во второй впрыскивающий конденсатор, находящийся в герметичном проточном сообщении с вакуумным насосом.
Система адсорбера
В некоторых вариантах может быть необходимо заменить дистилляционные колонны адсорберами. Адсорберы могут использовать горячий инертный газ для десорбции. Инертным газом является любой газ, который не взаимодействует с реагентами в существующих условиях. Десорбция горячим газом дает гликоли с очень низкой концентрацией воды, что улучшает переэтерификационное или этерификационное преобразование. В одном аспекте, по меньшей мере, одним реагентом является диольное соединение и, по меньшей мере, часть диольного соединения выводят из процесса как пар, жидкость или как пар, так и жидкость и обрабатывают в адсорбционной системе для избирательного извлечения диольного соединения.
Как показано на фиг.19, жидкости из процесса направляют в первый адсорбер 182. Жидкости процесса, направляемые в первый адсорбер 182, обычно содержат пары, жидкости или их смесь. Жидкость процесса обычно выходит из потока пара из этерификационного процесса и выходит из поликонденсационного и других потоков, таких как продувки насоса, затвор насоса, вакуумные насосы, продувки выпарного аппарата, межконденсаторы и т.д. Поток жидкости процесса проходит во второй адсорбер до тех пор, пока компонент, который необходимо извлечь, не прорвется через слой. Все предшествующие паровые жидкости процесса, выходящие из адсорбера, направляют в ТПС-печь для прокаливания по линии 184. В этот момент слой является насыщенным.
Использование адсорбции снижает колонны, оборудование, емкости, мешалки, насосы и т.д. и заменяет их в одном варианте несколькими простыми большими трубами или емкостями, компрессором и двумя теплообменниками. Адсорбция экономит энергию, так как не требуется кипячения подобно дистилляционной колонне, которая обычно имеет степень кипячения, равную скорости отвода продукта. Другое преимущество адсорбции над дистилляцией состоит в том, что диол является более чистым, что дает меньше побочных продуктов в продукте, таких как ДЭГ, и меньше окрашивания. Также побочный продукт снижается в переэтерификационном и этерификационном реакторе, как вода в этерификационном реакторе. Вода может иметь значительное влияние на реактор, так что этерификационные реакторы могут быть меньше.
Жидкости процесса входят в слой адсорбера 181 как поток 189 и выходят в потоке 190. Поток 190 имеет средство непрерывного контроля (такое, как FTIR (ИКС) (ИК-спектроскопия с Фурье-преобразованием), но единственная длина волны будет согласовываться с опытом, и изменение может быть сделано таймером после опыта, и контроль может быть выполнен с ручным отбором образцов), которое показывает, когда сохраняемый компонент выходит из слоя. До тех пор, пока требуемый компонент не выйдет, все другие компоненты направляют через поток 190 в поток 184. Поток 184 проходит в устройство термического разрушения, такое как печи теплопередающей среды, термический окислитель, каталитический окислитель и т.д. Как только слой 181 будет загружен и требуемый компонент выйдет из потока 190, жидкости процесса направляются в следующий поглощающий слой.
Для того чтобы использовать тот же самый отвод, слой 181 показан как частично загруженный слой, который загружается через поток 189 из реакторов. Слой 182 является полностью загруженным слоем, описанным в предыдущем абзаце. Слой 183 является полностью десорбированным слоем. Слой 181 загружают, как описано в первом абзаце. Слой 182 имеет горячий поток инертного газа, такого как азот, углекислый газ, аргон и т.д., подаваемый в него через поток 191, идущий от теплообменника 188, который нагревает поток. Может быть использован любой подходящий источник тепла, такой как водяной пар, электроэнергия, горячий газ или пар, горячие жидкости, такие как теплопередающая среда и т.д. Может также осуществляться теплообмен между потоками конденсаторов 187, 191, 192, 193 и потоком 199. Могут быть использованы традиционные воздух-воздух теплообменники, а также теплообменники с сплошным слоем. Движущая сила для потока инертного газа идет от компрессора или воздуходувки 186, хотя эдукторное устройство может быть использовано с инертным свежим потоком 197. Давление на входе компонента 186 поддерживается введением инертного потока 197 и рециркуляционного потока 195.
Горячий инертный газ, идущий в слой 182, десорбирует компоненты из слоя. Альтернативно могут быть использованы водяной пар или другой горячий коденсируемый пар, но это снижает чистоту выходящего потока, а также требует дополнительного сепараторного оборудования для потока. Необходимо контролировать течение и температуру потока 191 для точной десорбции слоя 182, отделяя десорбированные компоненты высокочистыми отдельными порциями. Эти порции в потоке 192 контролируются подобным устройством, используемым в потоке 190. Когда нежелательный компонент выводят из слоя 182 в поток 192, переключают 3-ходовой клапан или множество 2-ходовых клапанов и поток 192 направляют через поток 198 к устройству термоокисления через поток 184. Альтернативно поток 192 может быть пропущен через неохлажденный конденсатор 185 и пройти в поток 184 для термоокисления. Когда требуемый компонент выводят из слоя 182 в поток 192, переключают клапаны, и поток 192 проходит в поток 199 и в конденсатор 185. Конденсатор может быть охлажден воздухом, охлажденной водой, охлажденным газом, охлаждением при расширении или другим подходящим способом. Охлажденный поток 199 будет иметь температуру ниже температуры насыщения, и требуемый компонент будет конденсироваться из пара в виде жидкости. Жидкость в потоке 187 направляют в соответствующий резервуар хранения для данного продукта. Как только поток 192 снова будет содержать нежелательный компонент, снова переключают клапаны так, что поток 192 идет в устройство термоокисления. Процесс переключения между требуемыми и нежелаемыми компонентами продолжают до тех пор, пока слой 182 не десорбируется полностью. Слой 182 тогда идет в резерв.
Газ из конденсатора 185, направляемый в поток 193, будет содержать требуемый извлекаемый компонент с температурой ниже температуры насыщения конденсатора 185. Тогда поток 193 направляют в полностью десорбированный слой 183. Слой 183 адсорбирует требуемые компоненты, очищая поток 193. Поток 193 выходит из слоя 183, как поток 194. Поток 194 направляют обратно к воздуходувке или компрессору 186, как поток 195. Поток 197 вводит свежий инертный газ для поддержания постоянного давления на впуске компрессора 186.
Поскольку слой 181 является насыщенным, а слой 182 был ранее десорбирован, слой действует циклически. Слой 181 занимает место слоя 182 в цикле. Слой 182 занимает место слоя 183. Слой 183 занимает место слоя 181. В ходе второй фазы слой 181 десорбируется, слой 182 захватывает требуемые компоненты из конденсатора 185. Слой 183 насыщается реакторными парами. Как только слой 181 десорбируется, а слой 183 насыщается, начинается следующая фаза.
Дополнительные улучшения могут быть необходимо основаны на размерах системы и полученных продуктах. Многочисленные слои адсорбера могут потребоваться для каждой функции, а также многочисленные холодильные аппараты, компрессоры, нагреватели и теплообменники. Поток 189 из реакторов может быть охлажден до поступления в слой 181 для улучшения адсорбционной способности слоя.
Исключение шестеренчатого насоса (насосов)
Большинство сложнополиэфирных установок имеет шестеренчатый насос между форполимерным реактором и отделочным реактором. Насос преодолевает падение давления между двумя реакторами, так как перепад давления не является достаточно большим для обеспечения требуемого потока. Насос также используют как дозирующее устройство для обеспечения однородного потока к отделочному реактору, обеспечивающего стабильную работу. Некоторые установки были сконструированы с форполимерным реактором на большей высоте, чем отделочный реактор для обеспечения необходимого перепада давления. Установки будут обеспечивать однородный поток к отделочному реактору.
Трубчатая реакторная система не требует насоса в поликонденсационной системе, так как конструкция по своей сути обеспечивает давление, необходимое для перемещения материала к следующей секции установки. Кроме того, трубчатый реактор не имеет системы регулирования уровня или давления для обеспечения заданий системе, которые будут погашены шестеренчатым насосом. Трубчатый реактор гасит возмущения на впуске. Так как трубчатая реакторная система обеспечивает однородный поток без дополнительного гашения и обеспечивает напор давления, необходимый для течения между секциями реактора, отсутствует необходимость в шестеренчатом насосе в поликонденсационной секции.
Комбинированный этерификационный трубчатый реактор и поликонденсационный трубчатый реактор
Отдельные секции, описанные выше в отношении способов и устройств применительно к этерификации и поликонденсации, могут быть использованы в комбинации и в вариантах модификации, приведенных ниже.
Как показано на фиг.6, 17a и 17b, две основные стадии трубчатого реактора согласно настоящему изобретению могут быть скомбинированы в объединенной установке. На фиг.17a показан один вариант настоящего изобретения. Этерификационный реактор и поликонденсационный реактор оба являются трубчатыми реакторами. Реакционный материал хранится и подается из емкости 221. В предпочтительном варианте твердую ОТК подают непосредственно по рециркуляционной линии 224. Реакционный материал поступает в дозатор твердого материала 222 из емкости 221, которая находится на датчиках массы 223. Твердая ОТК поступает в рециркуляционную линию 224, где она смешивается с реакционным мономером из этерификационного реактора 227, который рециклируется по линии 230. Смесь поступает в теплообменник 226, где она нагревается. Смесь затем подают в трубчатый реактор 227. Часть реакционной смеси рециклируется обратно по линии 230 к впуску насоса 225. Дополнительные добавки жидкости, такие как реагенты, могут быть поданы по линии 240, предпочтительно, к впуску насоса 225. Впуск насоса 225 питается через устройство 246 снижения давления для облегчения подачи твердой ОТК из емкости 221. Этерификационный реактор может быть вентилирован по линиям 231 и 232. Пар, предпочтительно, направляют на очистку. Фиг.17b отличается от фиг.17a тем, что присутствует дополнительная отводная линия 229. Отводная линия 229 в одном аспекте расположена еще до рециркуляционного тройника, как показано на фиг.17b, для удаления воды из процесса. Другая часть реакционной смеси проходит через дополнительный трубчатый реактор 228 этерификационного процесса. Выходящий поток из этерификационного процесса затем необязательно смешивают с дополнительными добавками жидкости в 234, подают через теплообменники 233 и затем подают в поликонденсационные реакторы 235, 236 и 237. Выходящий продукт, или конечный сложный полиэфир, или полимер подают шестеренчатым насосом 238 и выводят из системы в 239. Давление, особенно вакуум, в ПЭТФ- и ПЭТФП-способах можно регулировать с использованием вентиляционных или вакуумных коллекторов 243, 244 и 245. Вентиляционные или вакуумные коллекторы 243-245 могут питать аппарат окисления, такой как ТПС-печь, печь для прокаливания или устройство термоокисления. Перепад давления между этерификационными секциями, или зонами (Е1/Е2), и поликонденсационными секциями, или зонами (Р1/Р2/Р3), может регулироваться с использованием устройства перепада давления, такого как колено затвора 247, и перепад давления между каждой из поликонденсационных стадий 235, 236 и 237 может регулироваться с использованием устройства перепада давления, такого как колено затвора при каждом из 241 и 242. В альтернативном варианте вместо рециклируемого потока, выходящего из этерификационного процесса, рециклируемый поток может идти из поликонденсационного процесса, например, как скользящий поток выходящего продукта 239 (не показано). Это может увеличить однородность жидкого полимера.
Реакторы согласно настоящему изобретению могут быть использованы для конструирования новых установок, а также для увеличения или улучшения существующих установок или увеличения производительности. Трубчатые реакторы могут быть использованы для замены или могут быть введены в секцию или многие секции существующей установки, которая имеет техническое ограничение или ограничение по производительности. В одном аспекте этерификационный трубчатый реактор, поликонденсационный трубчатый реактор или оба трубчатых реакторных устройства сконструированы и установлены в проточном сообщении с традиционным реактором для получения сложноэфирного мономера или полимера. Например, на фиг.5 показаны возможные конфигурации, где второй этерификационный реактор 212 не имеет достаточного объема для питания поликонденсационного реактора 213 на его полную мощность. В данной ситуации трубчатый реактор 21 может быть введен между первым и вторым этерификационными реакторами (211 и 212, соответственно). Если в первом поликонденсационном реакторе 213 требуется дополнительное время пребывания, трубчатый реактор 215 может быть установлен выше верха первого поликонденсационного реактора. Аналогично труба с рубашкой может быть введена для увеличения площади поверхности высвобождения для снижения уноса жидкости. Пар, удаляемый из системы, выводят по линиям 216 и 217. Дополнительная труба может быть введена для увеличения поверхности теплопередачи. Такие усовершенствования трубопровода могут быть установлены при действии установки (труба даже может быть направлена к наружной стене, чтобы иметь достаточное помещение для установки), за исключением соединений двух ниток трубопровода. Тогда в процессе короткой остановки соединения двух ниток трубопровода могут быть сделаны с эффективным добавлением мощности или улучшением характеристики. Трубчатые реакторные усовершенствования могут быть последовательными или параллельными с существующим оборудованием ПРМ или традиционного реактора (реакторов) другого типа. Когда трубчатое реакторное усовершенствование является параллельным традиционному реактору, каждый из соответствующих трубчатого реактора и традиционного реактора может работать отдельно так, что либо только один из реакторов работает в это время, либо оба реактора могут работать одновременно.
Альтернативно трубчатое реакторное усовершенствование может заменить существующий реактор (реакторы). В одном варианте предусматривается система получения сложного полиэфира, содержащая трубчатый реактор согласно настоящему изобретению, введенный как усовершенствование в традиционный сложнополиэфирный процесс, содержащий традиционный сложнополиэфирный реактор, где традиционный реактор отключен от системы получения. В другом аспекте предусматривается способ введения в качестве усовершенствования трубчатого реактора в традиционный сложнополиэфирный процесс, содержащий: (а) введение в качестве усовершенствования трубчатого реактора согласно настоящему изобретению в традиционный сложнополиэфирный процесс, содержащий традиционный сложнополиэфирный реактор; (b) отключение традиционного реактора от процесса. Отключение по отношению к традиционному процессу относится к предотвращению поступления жидкости в традиционный процесс, например, установкой клапана выше по потоку от впуска и ниже по потоку от выпуска традиционного реактора и перекрытием клапана традиционного процесса или отсоединением впуска и выпуска традиционного реактора от системы.
В способах и устройствах, описанных здесь, может быть более одной этерификационной стадии, или зоны, и/или более одной поликонденсационной стадии, или зоны. Многочисленные реакторы могут быть размещены последовательно или параллельно.
В предыдущих разделах были описаны параметры конструирования трубчатых реакторных систем согласно настоящему изобретению. Для крупных установок может быть невозможно достигнуть достаточно большого диаметра трубы для конструирования реактора и соответствия параметрам. Для таких установок множество трубчатых реакторов могут работать параллельно. Множество параллельных трубчатых реакторов может быть установлено и скомбинировано в различных местах в или между зонами. Для минимизации стоимости начальная исходная секция реактора может быть смешанной до разделения. Это будет исключать преимущество дополнительных систем питания. Линии пара могут все идти по одной и той же цепи вакуума. Поликонденсационные реакторы могут совместно использовать одни и те же вакуумные и конденсаторные системы. Таким образом, единственным дополнительным оборудованием и затратами является необходимый дополнительный трубопровод.
В другом варианте один единственный трубчатый реактор получает сложноэфирный полимер из исходных формономерных реагентов. В этом трубчатом реакторе реагенты для получения мономера подают на одном конце, а сложноэфирный полимерный продукт выходит на другом конце. Это особенно применимо для сложнополиэфирных процессов, которые не имеют отдельных стадий этерификации и поликонденсации. В данном варианте вышеуказанные аспекты по отношению к раздельным этерификационным и поликонденсационным реакторам и способам являются применимыми к указанному процессу с единственным трубчатым реактором, а именно использование сливной перегородки, удаление пара и высвобождение жидкости, геометрическая ориентация трубчатого реактора и т.д.
Соответственно, в одном аспекте трубчатый реактор делится на множество по существу параллельных труб, идущих между его впуском и выпуском, при этом реагент, текущий через трубчатый реактор, проходит через одну из множества труб, когда течет через реактор. В другом аспекте предусматриваются, по меньшей мере, два отдельных этерификационных трубчатых реактора, каждый из которых дает один и тот же или различный сложноэфирный мономер, при этом жидкий сложноэфирный мономер, выходящий из соответствующих этерификационных трубчатых реакторов, направляют в первый конец поликонденсационного трубчатого реактора. В другом аспекте предусматриваются, по меньшей мере, два отдельных поликонденсационных трубчатых реактора, каждый из которых дает один и тот же или различный сложноэфирный полимер, и где каждый жидкий сложноэфирный мономер, выходящий из соответствующих этерификационных трубчатых реакторов, направляют в первый конец, по меньшей мере, одного из соответствующих поликонденсационных трубчатых реакторов. В другом аспекте этерификационный трубчатый реактор содержит множество этерификационных реакторов, расположенных параллельно друг другу с общим впуском. В другом аспекте поликонденсационный трубчатый реактор содержит множество поликонденсационных реакторов, расположенных параллельно друг другу с общим первым концом. В данном варианте сореагент может быть введен, по меньшей мере, в один из множества поликонденсационных реакторов, но не во все поликонденсационные реакторы, с получением в результате, по меньшей мере, двух различных сложнополиэфирных продуктов.
Некоторые преимущества настоящего изобретения
Одним преимуществом настоящего изобретения является то, что конструкция позволяет реактору быть построенным в зонах, которые содержат препятствия. Труба может быть выполнена вокруг колонн, балок, других труб, других реакторов, дистилляционных колонн и т.д.
Кроме того, варианты настоящего изобретения не требуют регулирования давления или уровня. Давление в нижней части этерификационного или переэтерификационного реактора регулируется потерями давления из-за сил трения, статическим напором жидкого содержимого реактора и обратным давлением на линиях пара, выходящего из реактора. Так как задачей является снижение давления в реакторе в предварительно описанном профиле распределения давления, трубопровод реактора конфигурируют для получения профиля. Это исключает необходимость регулирования давления клапанами. Но можно регулировать давление дистилляции или выпуска пара и вводить дельту давления в весь реактор этерификации или переэтерификации.
Почти каждый аспект цепочки поликонденсации значительно упрощается трубчатым реактором согласно настоящему изобретению. Необходимые приборы, клапаны и регулирующие контуры значительно снижаются, а насосы, реакторные мешалки, реакторные шнеки и присоединенные системы герметизации исключаются. За исключением насоса, если он используется для группы рециркуляции, трубчатые реакторные системы согласно настоящему изобретению имеют незначительное количество или даже не имеют подвижных частей. Снижение и удаление составных частей из установки значительно снижает необходимое количество компьютеров и контрольного оборудования, капитальные затраты, затраты на обслуживание и эксплуатационные расходы. Трубчатый реактор может быть сварен без прокладок, что снижает выбросы из реактора и всасывание воздуха в реактор с улучшением в результате качества продукта. Значительные сокращения оборудования и систем контроля также дает снижение рабочей стоимости.
Трубчатые реакторы согласно настоящему изобретению могут быть сконструированы и установлены за меньшее время, чем реакторные сосуды. Трубопровод может быть предварительно изготовлен в цехе или в полевых условиях. Размеры трубчатого реактора могут быть спроектированы так, чтобы можно было перевозить реакторные секции стандартными грузовыми автомобилями, контейнерами, железнодорожными платформами т.д. без получения разрешений на дорогостоящую и медленную сверхгабаритную или с перегрузкой перевозку. Предварительное изготовление обеспечивает модульные конструкции установки, где трубопровод может быть сконструирован, испытан на давление и установлен в цеху, снижая время конструирования в полевых условиях и при меньшей стоимости.
Объем жидкости, необходимый для конструкции сложнополиэфирного трубчатого реактора, является значительно меньшим, чем в традиционном сложнополиэфирном способе. К тому же количество конкретных получаемых побочных продуктов может быть значительно снижено при использовании конструкции трубчатого реактора. В одном аспекте данного изобретения, когда получают ПЭТФ, изобретение может достигнуть уровень примеси ДЭГ в конечном продукте менее 1,2% масс., в другом аспекте менее или равно 1,0% масс., в другом аспекте 0,74-1,0% масс. Это отличается от типичного традиционного способа получения ПЭТФ, в котором типичный интервал уровня примеси ДЭГ составляет от 1,2% масс. до 2,0% масс. Действительно, сниженное количество примеси ДЭГ в конечном продукте может быть достигнуто одновременно с существенным снижением объема жидкости, обеспечиваемым конструкцией сложнополиэфирного трубчатого реактора данного изобретения.
Примеры
Следующие примеры приведены с тем, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники с полным рассмотрением и описанием понять как получены и испытаны соединения, композиции, изделия, устройства и/или способы, заявленные здесь и предназначенные только иллюстрировать изобретение и не предназначенные ограничивать объем изобретения. Были сделаны усилия по обеспечению точности по отношению к цифрам (например, количества, температуры и т.д.), но некоторые ошибки и отклонения будут выявлены. Если не указано иное, части являются частями по массе, температура дается в °С или является температурой окружающей среды, а давление является атмосферным или близким к атмосферному.
Для получения данных, приведенных ниже, используют ASPEN-моделирование. Когда на ASPEN-моделирование есть ссылка в примерах, это означает ASPEN 10, 2, service patch 1, с Polymers Plus и ASPEN ПЭТФ-технологией.
Пример 1
С использованием ASPEN-моделирования рассчитывают типичные длины трубы и поверхность теплопередачи для трубчатой реакторной системы для каждого из ПЭТФ и ПЭТФП. Результаты показаны в таблице 1.
Значения длин труб и поверхностей теплопередачи
Пример 2
Объем жидкости, необходимый для конструкции сложнополиэфирного трубчатого реактора, является значительно меньшим, чем в традиционном сложнополиэфирном процессе. Например, ASPEN-моделирование было осуществлено по сравнению с установкой получения ПЭТФ-бутылок мощностью 300 млн.фунт/год. Результаты приведены в таблице 2.
Объем жидкости до 300 млн.фунт/год (134 млн.кг) завода по изготовлению бутылок
Примеры 3-7.
Различное ASPEN-моделирование было проведено для определения рабочих условий и характеристик для различных сложных полиэфиров изобретения. Моделирование основано на устройстве изобретения, показанном либо на фиг.17а, либо на фиг.17b, как представлено в таблицах ниже. Характеристическую вязкость (ХВ) измеряют при растворении 0,25 г полимера в 50 мл растворителя, который состоит из 60% фенола и 40% 1,1,2,2-тетрахлорэтана по массе. Измерение выполняют при 25°С с использованием либо прибора Viscotek Differential, либо модифицированного дифференциального вискозиметра в соответствии с ASTM D 5225 "Стандартный метод испытания для получения вязкости раствора полимеров дифференциальным вискозиметром". Результаты для примеров 3-7 приведены в таблицах 3-7 соответственно.
Предполагаемые рабочие условия для производства сложного гомополимера ПЭТФП-бутылочного полимера согласно фиг.17а
Предполагаемые рабочие условия для производства сложного сополиэфира ПЭТФП согласно фиг.17а
Предполагаемые рабочие условия для производства гомополимера ПЭТФ-бутылочного полимера согласно фиг.17b
Предполагаемые рабочие условия для производства гомополимера ПЭТФ-волокнистого полимера
Предполагаемые рабочие условия для производства сложного сополиэфира ПЭТФП согласно фиг.17b
При сравнении таблиц 3-5 наблюдается следующее. При отсутствии высвобождения пара в процессе контроля (данные таблицы 3) побочный ДЭГ-продукт составляет 0, 78% масс. по сравнению с данными таблицы 5, где имеется высвобождение пара в этерификационной секции реактора, и содержание побочного ДЭГ-продукта составляет 0,94% масс. Однако при высвобождении пара в этерификационной системе объем жидкости снижается с 16,2 м3 до 8,4 м3 (сравните таблицу 5 с таблицей 3). Удаление воды в процессе этерификационного процесса, как показано в таблице 5, приводит реакцию к получению мономера, но также приводит реакцию к получению дополнительного ДЭГ. Однако, объем жидкости реактора сильно снижается. В данном случае для ПЭТФ снижение объема вытесняет увеличенную скорость получения ДЭГ и обеспечивает конечный продукт с немного более высоким содержанием ДЭГ, но с объемом жидкости реактора, сниженным почти на 50%. Это дает значительную экономию капитальных затрат и экономию текущих расходов на получение ПЭТФ.
Кроме того, обе таблицы 3 и 5 показывают, что содержание побочного ДЭГ-продукта 0,78% масс. и 0,94% масс., соответственно, является более низким, чем обычно имеет место при использовании традиционного способа с ПРМ, которое составляет от 1,2 до 2,0% масс.
Кроме того, как указано в таблицах 3-6, реакторы работают более горячими, чем традиционные ПРМ-реакторы. В варианте, показанном в таблицах 3-6, реакторы работают при 296°С в противоположность традиционным ПРМ-реакторам, которые обычно работают при примерно 262°С. Было отмечено, что трубчатые реакторы способны работать более нагретыми, чем ПРМ, без отрицательных побочных эффектов получения увеличенного содержания ДЭГ, как показано данными по конечному продукту в таблицах 3-6. Теоретически, это обусловлено меньшим временем пребывания в трубчатом реакторе по сравнению с ПРМ-реактором. Более высокая температура реакции также улучшает процесс в результате увеличенного выпаривания и удаления воды из способа.
По всему описанию приводятся различные публикации. Содержания указанных публикаций в их полноте приводятся поэтому в качестве ссылки в данном описании для того, чтобы более полно описать существующий уровень области техники, к которой относится изобретение.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны в настоящем изобретении без отступления от объема или сущности изобретения. Другие варианты изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники из рассмотрения описания и осуществления на практике изобретения, рассмотренного здесь. Подразумевается, что описание и примеры были рассмотрены только иллюстративно, а действительный объем и сущность изобретения указаны в следующей далее формуле изобретения.
Изобретение относится к способам и устройствам получения сложных полиэфиров. Способ получения сложноэфирного мономера посредством этерификации реагентов, выбранных из двухосновной кислоты или источника двухосновной кислоты, и диола или источника диола, включает: (а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих первый впуск и первый выпуск, (b) введение реагентов в условиях реакции этерификации в этерификационный трубчатый реактор вблизи первого впуска и образование двухфазного потока так, что реагенты образуют жидкую фазу и паровую фазу, через этерификационный трубчатый реактор, причем этерификационный трубчатый реактор выполнен с возможностью работы, по меньшей мере, в одном из режимов, выбранных из группы, состоящей из пузырькового потока, пробкового потока, слоистого потока, волнистого потока, медленного потока, диспергирующего потока и пенного потока, при этом, по меньшей мере, часть реагентов образует сложноэфирный мономер. Способ получения сложного полиэфира посредством этерификации реагентов, выбранных из двухосновной кислоты или источника двухосновной кислоты, и диола или источника диола, включает: (а) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих первый впуск и первый выпуск, (b) введение реагентов в условиях реакции этерификации в этерификационный трубчатый реактор вблизи первого впуска и образование двухфазного потока так, что реагенты образуют жидкую фазу и паровую фазу, через этерификационный трубчатый реактор, причем этерификационный трубчатый реактор выполнен с возможностью работы в одном, по меньшей мере, из режимов, выбранных из группы, состоящей из пузырькового потока, пробкового потока, слоистого потока, волнистого потока, медленного потока, диспергирующего потока и пенного потока, при этом, по меньшей мере, часть реагентов образует сложноэфирный мономер, (с) взаимодействие мономера в условиях реакции поликонденсации в поликонденсационном трубчатом реакторе, при этом, по меньшей мере, часть сложноэфирного мономера образует олигомер и (d) взаимодействие олигомера в условиях реакции поликонденсации в поликонденсационном трубчатом реакторе, при этом, по меньшей мере, часть олигомера образует сложный полиэфир. Устройство для получения сложноэфирного мономера содержит этерификационный трубчатый реактор, имеющий первый впуск, первый выпуск, первую внутреннюю поверхность и первую внутреннюю часть для пропускания реагентов, при этом реагенты взаимодействуют, по меньшей мере, в одном режиме потока, выбранного из группы, состоящей из пузырькового потока, пробкового потока, слоистого потока, волнистого потока, медленного потока, диспергирующего потока и пенного потока. Устройство для получения сложного полиэфира содержит: (а) этерификационный трубчатый реактор, имеющий первый впуск, первый выпуск, первую внутреннюю поверхность и первую внутреннюю часть для пропускания реагентов, (b) поликонденсационный трубчатый реактор, имеющий второй впуск, второй выпуск, вторую внутреннюю поверхность и вторую внутреннюю часть для пропускания реагентов. Изобретение позволяет снизить затраты, а также значительно улучшить способы и устройства с использованием трубчатого реактора. Способы позволяют улучшить функции теплопередачи, регулирования объема, перемешивания и высвобождения. 4 н. и 62 з.п. ф-лы, 7 табл., 24 ил.
(a) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих первый впуск и первый выпуск,
(b) введение реагентов в условиях реакции этерификации в этерификационный трубчатый реактор вблизи первого впуска и образование двухфазного потока, так что реагенты образуют жидкую фазу и паровую фазу, через этерификационный трубчатый реактор, причем этерификационный трубчатый реактор выполнен с возможностью работы в, по меньшей мере, одном из режимов, выбранных из группы, состоящей из пузырькового потока, пробкового потока, слоистого потока, волнистого потока, медленного потока, диспергирующего потока и пенного потока, при этом, по меньшей мере, часть реагентов образует сложноэфирный мономер.
(a) обеспечение одного или нескольких этерификационных трубчатых реакторов, имеющих первый впуск и первый выпуск,
(b) введение реагентов в условиях реакции этерификации в этерификационный трубчатый реактор вблизи первого впуска и образование двухфазного потока, так что реагенты образуют жидкую фазу и паровую фазу, через этерификационный трубчатый реактор, причем этерификационный трубчатый реактор выполнен с возможностью работы в, по меньшей мере, одном из режимов, выбранных из группы, состоящей из пузырькового потока, пробкового потока, слоистого потока, волнистого потока, медленного потока, диспергирующего потока и пенного потока, при этом, по меньшей мере, часть реагентов образует сложноэфирный мономер,
(c) взаимодействие мономера в условиях реакции поликонденсации в поликонденсационном трубчатом реакторе, при этом, по меньшей мере, часть сложноэфирного мономера образует олигомер, и
(d) взаимодействие олигомера в условиях реакции поликонденсации в поликонденсационном трубчатом реакторе, при этом, по меньшей мере, часть олигомера образует сложный полиэфир.
(a) этерификационный трубчатый реактор, имеющий первый впуск, первый выпуск, первую внутреннюю поверхность и первую внутреннюю часть для пропускания реагентов,
(b) поликонденсационный трубчатый реактор, имеющий второй впуск, второй выпуск, вторую внутреннюю поверхность и вторую внутреннюю часть для пропускания реагентов.
(а) линейного стояка,
(b) линейного стояка, имеющего сепаратор унесенной жидкости, встроенный в линию пара, и
(c) нелинейного стояка, расположенного вертикально выше трубчатого реактора и образованного из трех смежных секций, причем каждая находится в жидкостном сообщении с соседней секцией, по существу, вертикальная первая секция находится в жидкостном сообщении с трубчатым реактором, вторая секция, соединенная с первой секцией и ориентированная под углом относительно первой секции в плоскости, и третья секция, соединенная со второй секцией и ориентированная под дополняющим до 90° углом относительно второй секции, так что третья секция ориентирована, по существу, горизонтально, при этом нелинейность обеспечивает дробление всей или большей части жидкости в мелкие капли в паре с соударением о ту же самую поверхность вентиляционного трубопровода, или
(d) устройства снижения давления, выбранного из эдуктора, сифона, расширителя, сопла Вентури или жиклера.
(a) рубашки вокруг наружной поверхности трубчатого реактора, которая определяет кольцевое пространство, через которое циркулирует теплопередающая среда,
(b) множества электрических нагревательных элементов, намотанных вокруг наружной поверхности трубчатого реактора, или
(c) теплообменника, расположенного вдоль, по меньшей мере, части трубчатого реактора, через который пропускают реагенты для поддержания температуры, когда выпаривается побочный продукт.
(а) первый коллектор теплопередающей среды, через который пропускается первый поток теплопередающей среды,
(b) второй коллектор теплопередающей среды, через который пропускается второй поток теплопередающей среды,
(c) первый подконтур теплопередающей среды, через который пропускается теплопередающая среда из первого во второй контур соответственно,
(d) регулирующий клапан, находящийся в жидкостном сообщении с выбранным одним из коллекторов и первого подконтура,
при этом давление первого потока теплопередающей среды в первом коллекторе выше давления второго потока теплопередающей среды во втором коллекторе, а регулирующий клапан используется для избирательного направления, по меньшей мере, части первого потока теплопередающей среды в первый подконтур с использованием давления первого потока теплопередающей среды для пропускания теплопередающей среды, а также для регулирования температуры и давления потока теплопередающей среды, проходящего через первый подконтур.
(a) второй подконтур теплопередающей среды, образованный отдельно от первого подконтура и находящийся в жидкостном сообщении с ним, и
(b) второй регулирующий клапан, находящийся в проточном сообщении с вторым подконтуром,
при этом второй регулирующий клапан избирательно направляет, по меньшей мере, часть первого потока теплопередающей среды во второй подконтур для регулирования температуры и давления теплопередающей среды, проходящей через второй подконтур.
| US 3892798 А, 01.07.1975 | |||
| СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОВОЗА В РЕЖИМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЗА | 2019 |
|
RU2709642C1 |
| Непрерывный способ получения полиэфиров путем взаимодействия ангидридов декарбоновых кислот с соединениями | 1980 |
|
SU1066195A1 |
