СПОСОБ И АППАРАТ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2012 года по МПК B29B9/10 B29B9/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к формованию и кристаллизации низкомолекулярных полимерных частиц. Говоря более конкретно, данное изобретение относится к способу и аппарату для экструдирования, резки и кристаллизации полимерных частиц в жидкой среде.

Уровень техники

Из полимерных смол формуют широкий ассортимент подходящих для использования продуктов. Подходящие для использования полимерные смолы включают ароматические сложные полиэфиры, примерами которых являются полиэтилентерефталат (ПЭТФ), политриметилентерефталат (ПТТФ), полибутилентерефталат (ПБТФ), политриметиленнафталат (ПТН), полициклогексилтерефталат (ПЦТФ) и полиэтиленнафталат (ПЭН). Смолы сложных полиэфиров, в частности, ПЭТФ, сополимеры терефталевой кислоты и более низких относительных количеств изофталевой кислоты и ПБТФ, используют при изготовлении контейнеров для напитков, пленок, волокон, упаковок и шинного корда.

Сложный полиэфир получают по способу полимеризации в фазе расплава (ПФР), имеющей относительно низкую молекулярную массу, непригодную для коммерческого использования. Молекулярная масса продукта способа ПФР должна быть модифицирована. Следовательно, продукт способа ПФР формуют в виде частиц и подвергают твердофазной поликонденсации (ТФП) для увеличения его молекулярной массы, выдерживая твердые полимерные частицы при температурах в диапазоне от температуры стеклования до температуры плавления при одновременном удалении продуктов реакции в ходе продувки инертным газом или под вакуумом.

Расплавленный сложный полиэфир способа ПФР обычно экструдируют под давлением и разрезают на мелкие частицы. В документе US 4,436,782 описывают машину для формования расплавленных гранул ПЭТФ и резкого охлаждения гранул в воде. В документе GB 1,143,182 описывают устройство для резки полимера на поверхности экструзионной головки, где поверхность экструзионной головки погружают в воду для немедленного резкого охлаждения гранул после формования. В документе WO 00/23497 А1 описывают экструдирование расплавленного полимера в виде прядей, резкое охлаждение прядей в охлаждающей жидкости и резку прядей на полимерные частицы.

В соответствии с документом US 4,064,112 тенденция частиц к агломерированию из-за клейкости во время проведения твердофазной поликонденсации (ТФП) может быть уменьшена и даже устранена в случае предшествования твердофазной полимеризации стадии кристаллизации, которая включает тепловую обработку. В способе, описанном в документе US 5,540,868, формуют частицы низкомолекулярного сложного полиэфира, характеризующиеся степенью кристалличности, большей, чем 15%, подходящей для использования в качестве исходного сырья для способа ТФП. В документе US 5,290,913 описывают кристаллизацию частиц ПЭТФ в перемешиваемой жидкой ванне и нагревание до температуры кристаллизации. В документах US 5,532,335 и WO 00/23497 A1 описывают кристаллизацию сложных полиэфиров в жидкости при более чем 100°С. В способах, описанных в документах US 6,740,733 В2, US 6,297,315 В1 и US 6,461,575 B1, отделяют относительно холодную воду, использующуюся при гранулировании, от гранул ПТФТ и кристаллизуют гранулы в относительно теплой воде при не более чем 100°С. В документе WO 00/23497 A1 описывают охлаждение ПЭТФ во время или после получения, а после этого кристаллизацию гранул ПЭТФ при более чем 100°С.

Способ в документе WO 2004/033174 A1 включает гранулирование полимера в жидкой ванне или непосредственное введение гранулята в жидкую ванну при температуре, большей, чем 100°С. После кристаллизации смесь гранулят-жидкость охлаждают до приблизительно 60°С, перемешивают с жидким хладагентом и подвергают воздействию сбрасывания давления, после чего гранулят от жидкости отделяют.

Как продемонстрировано в документе US 6,749,821, в типичном способе ТФП полимерные частицы подают в систему реактора ТФП через бункер загрузки в нагретый предварительный кристаллизатор с псевдоожиженным слоем, работающий для достижения определенной степени кристалличности. После этого полимерные частицы подают в первый кристаллизатор, а затем необязательно во второй кристаллизатор. Кристаллизаторы нагревают полимерные частицы при механическом перемешивании, доводя их до желательной температуры реакции и степени кристалличности, подходящей для использования в последующем реакторе ТФП. Сложные полиэфиры претерпевают выделение теплоты кристаллизации, если не будут закристаллизованы в достаточной степени. Продолжение процесса кристаллизации в реакторе ТФП приводит к возникновению проблем с тепловыделением и агломерированием или слипанием частиц, что приводит к неравномерному распределению газов и прерыванию течения твердых частиц. Впускное отверстие высокого реактора ТФП располагается высоко над землей, так что для введения в способ ТФП частицы до впускного отверстия необходимо будет поднимать. В промышленной практике обычно этого добиваются при использовании медленно движущегося пневматического транспортирования.

Температуру плавления T_m полимера предпочтительно определяют как максимум эндотермы плавления при первом нагревании согласно измерению по методу дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Температура стеклования (T_g) представляет собой точку перегиба связанного со стеклованием ступенчатого перехода на кривой ДСК для нагревания при 10°С/мин. Средней объемной температурой полимерной частицы являются средняя температура массы частицы или средняя температура в каждом месте частицы. Термин «измеренная или фактическая температура максимальной скорости кристаллизации (T_c)» представляет собой экспериментально устанавливаемое определение, известное на современном уровне техники. Определение значений T_g и T_m описывают в документе ASTM D-3419-99 «Standard Test Method for Transition Temperatures of Polymers by Differential Scanning Calorimetry».

Температура максимальной скорости кристаллизации (T_c) может быть экспериментально определена несколькими методами. Один такой метод заключается в наблюдении первоначальной скорости роста сферолитных структур на тонком слое аморфного расплава по методу микроскопии в поляризованном свете, проведении на фотографии измерений и вычерчивании графической зависимости скорости от приложенной температуры. Данный и другие методы описываются в работе J.M.Schultz, «Polymer Crystallization: The Development of Crystalline Order in Thermoplastic Polymers», 2001 Oxford U. Press 127-139.

Значения Т_с могут быть найдены в литературе для широкого ассортимента полимеров. В соответствии с документом US 5,540,868 значение Т_с также можно оценить, рассчитав среднее арифметическое для температур стеклования и плавления при использовании формулы (1):

Для целей данного изобретения данное значение T_c представляет собой разумное приближение для истинной температуры максимальной скорости кристаллизации. В документе US 6,451,966 В1 приводят приблизительные значения T_g и T_m для некоторых подходящих для использования сложных полиэфиров, к которым в приведенной далее таблице добавлены расчетные значения T_c.

  T_g, °C T_m, °С Расчетное значение T_c, °С ПЭТФ 70 260 165 ПЭН 120 270 195 ПБН 82 242 162 ПТТФ 35 227 131

Значения T_g, T_c и T_m в некоторой степени могут варьироваться, например, в зависимости от морфологии, термической предыстории, молекулярной массы, уровня влагосодержания и первоначальной степени кристалличности полимера. Например, ПЭТФ, характеризующийся низкой степенью полимеризации в диапазоне от 10 до 20, обычно демонстрирует значения T_m 250°С, T_g 60°С и T_c 155°С. В документе US 5,744,578 описывают кристаллизацию ПЭН в жидкости при температуре в диапазоне от температуры, на 20°С большей, чем температура стеклования (T_g), до температуры, на 10°С меньшей, чем температура плавления (T_m).

Цель настоящего изобретения заключается в резком охлаждении свежеполученных расплавленных полимерных частиц в охлаждающей жидкости для отверждения внешней области полимерных частиц при одновременном все еще сохранении средней объемной температуры полимерных частиц в пределах диапазона, в котором они кристаллизуются с разумной скоростью.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в замещении вышеупомянутой охлаждающей жидкости, содержащей твердые полимерные частицы, обогревающей жидкостью, которая имеет температуру, равную или большую вышеупомянутой средней объемной температуры полимера.

Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в транспортировании снизу вверх твердых полимерных частиц в жидкости в систему реактора ТФП.

Дополнительная цель настоящего изобретения заключается в кристаллизации твердых полимеров в жидкости при одновременном транспортировании полимера в жидкости в систему реактора ТФП.

Краткое изложение изобретения

Настоящее изобретение представляет собой способ и аппарат для предотвращения потерь тепла при одновременном формовании и кристаллизации полимерных частиц в жидкости. Как обнаружили заявители, в результате регулирования температуры охлаждающей жидкости и продолжительности охлаждения в подходящем для использования аппарате средняя объемная температура полимерных частиц может быть уменьшена в степени, достаточной для эффективного формования твердых гранул в операции экструдирования и резки, но при сохранении средней объемной температуры частиц в пределах температурного диапазона, в котором протекает быстрая кристаллизация.

После замещения охлаждающей жидкости обогревающей жидкостью температура полимера попадает в пределы данного диапазона кристаллизации, и экзотермическая природа данной кристаллизации дополнительно нагревает частицы до более высокой температуры, что ускоряет скорость кристаллизации.

В одном варианте реализации температура обогревающей жидкости никогда не опускается ниже средней объемной температуры полимера, так что обогревающая жидкость никогда не охлаждает полимер. Данное изобретение позволяет добиться меньшего непроизводительного расходования тепловой энергии горячего расплава вследствие его полного охлаждения, а после этого его нагревания вплоть до температуры кристаллизации. Кроме того, в одном варианте реализации основная часть кристаллизации протекает в обогревающей текучей среде, использующейся для транспортирования гранул в способ ТФП, что уменьшает необходимое технологическое время. Кроме того, исключается потребность в пневматическом транспортировании в способ ТФП горячей крошки пластика, что устраняет риск агломерирования вследствие трения и пыления горячей крошки.

Краткое описание чертежей

Фигура представляет собой схематическое изображение настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение может быть использовано для формования частиц из расплавленного полимера, если полимер необходимо будет охлаждать после его формования с приданием желательной формы. Полимером настоящего изобретения предпочтительно является кристаллизуемый термопластичный полимер. В особенности подходящим для использования в настоящем изобретении является сложный полиэфир, а предпочтительным является полимерный ПЭТФ. Подходящими для использования также являются сополимеры ПЭТФ и сложных полиэфиров.

Описание настоящего изобретения будет сделано в связи с фигурой. Настоящее изобретение включает систему формования частиц и резкого охлаждения 2, обслуживаемую охлаждающей жидкостью, секцию кристаллизации 4, обслуживаемую обогревающей жидкостью, и систему реактора ТФП 6. Система формования частиц и резкого охлаждения 2 включает формовочное устройство 10, которое принимает полимерную смолу из линии 12. Либо смола в линии 12 уже является расплавленной, либо формовочное устройство 10 нагревает ее до температуры, большей, чем температура плавления, переводя полимер в расплавленное состояние. Для формования из расплавленного полимера частиц может быть использован любой из нескольких способов. Однако, важно, чтобы полимерные частицы в жидкости резкого охлаждения проводили бы относительно небольшое время, и чтобы время между формованием частиц и их поступлением в обогревающую жидкость было бы сведено к минимуму. Однако, для сведения к минимуму охлаждения перед нагреванием предпочтительным является устройство для резки полимера на поверхности экструзионной головки из документа GB 1,143,182. В одном варианте реализации расплавленную полимерную смолу подают в работающую под давлением камеру 14 и экструдируют через фильерную пластину 16, поверхность которой обегает вращающееся устройство для резки. Экструдированный полимер подают в охлаждающую камеру 18 через отверстия фильеры и разрезают на полимерные частицы при одновременном резком охлаждении в подаваемой под давлением охлаждающей жидкости, подаваемой через впускное отверстие в камеру 18 по линии 20. Охлаждающая жидкость отверждает внешнюю область полимерных частиц при одновременном предпочтительном сохранении внутренней области расплавленной. Полимерные частицы в охлаждающей жидкости будут транспортировать из охлаждающей камеры 18 предпочтительно непосредственно на улавливающее сито 22. В улавливающем сите 22 наклонное сито 24 имеет размер перфораций, обеспечивающий прохождение полимерных частиц максимального размера и отвод частиц с размером, большим, чем максимальный, в линию 26 для повторного плавления. Хотя это и не показано, но линия 26 может подавать отведенные полимерные частицы в шлюзовой бункер с установленными последовательно запорными клапанами для недопущения потери давления системы. Смесь охлаждающей жидкости и полимерных частиц, которая проходит через наклонное сито 24, предпочтительно поступает непосредственно в устройство удаления охлаждающей жидкости 28. Устройство удаления охлаждающей жидкости 28 может включать сито с коленообразными профильными стержнями, обезвоживающий конус, центрифугу или гидроциклон, которые быстро удаляют полимерные частицы из существенного количества охлаждающей жидкости. В одном варианте реализации устройство удаления охлаждающей жидкости 28 представляет собой центрифугу с коническими перегородками в роторе, изготовленную в компании Alfa-Laval АВ. Альтернативную центрифугу изготавливают в компании Dorr-Oliver Eimco, Ltd. Центрифуга устройства удаления охлаждающей жидкости 28 вращается с высокой скоростью, разделяя охлаждающую жидкость, удаляемую через ее верх по линии 30, и полимерные твердые частицы, удаляемые по линии 32. Более высокая эффективность разделения в устройстве удаления охлаждающей жидкости 28 в результате будет приводить к более высокому уровню сохранения тепла в полимерных частицах. Центрифуги могут достигать 90%-ной эффективности отделения жидкости от твердых частиц, в то время как статические устройства могут быть эффективными только на 60%. Охлаждающая жидкость, остающаяся с твердыми полимерными частицами, используется для облегчения вытекания частиц из центрифуги в линию 32. Назначение охлаждающей жидкости в линии 20 будет заключаться в облегчении формования из полимера частиц, что потребует наличия пониженной температуры для отверждения внешней области частиц при одновременном не уменьшении средней объемной температуры полимера ниже минимальной температуры кристаллизации (T_cmin) для полимера. T_cmin для полимера представляет собой температуру, при которой скорость роста сферолитов является меньшей, чем 10% от максимальной скорости роста для полимера. Скорость роста сферолитов может быть измерена через рост диаметра в микронах за секунду в результате непосредственного визуального наблюдения кристаллизующегося полимерного образца в поляризованном свете при использовании микроскопа с нагревательным столиком, как это известно на современном уровне техники. При проведенном таким образом определении значение T_cmin для ПЭТФ составляет 120°С, что на 45°С меньше, чем значение T_c. В контексте настоящего изобретения значение T_cmin в 120°С в общем случае может быть использовано для всех сложных полиэфиров. Таким образом, комбинация температуры охлаждающей жидкости и времени пребывания полимерных частиц в охлаждающей жидкости в промежутке от охлаждающей камеры 18 до устройства удаления охлаждающей жидкости 28 должна действовать таким образом, чтобы средняя объемная температура полимера не опускалась бы ниже значения T_cmin. Температура расплавленного полимера перед резким охлаждением будет большей, чем 260°С, а предпочтительно равной, по меньшей мере, 270°С. Температура охлаждающей жидкости обычно будет не большей, чем 100°С, для ПЭТФ. Однако, при подходящим образом повышенных давлениях могут быть использованы и более высокие температуры при недопущении вскипания жидкости. Охлаждающая жидкость может быть выбрана из любого совместимого материала, предпочтительно того, который обладает совместимостью со смолой сложного полиэфира и вызывает минимальное разложение. Охлаждающая жидкость предпочтительно представляет собой воду и может включать добавки, такие как этиленгликоль, для увеличения температуры кипения. Однако, для целей, таких как содействие кристаллизации, могут быть добавлены и другие жидкости, такие как этиленгликоль или родственные гликоли. Зависимость между температурой полимера и степенью охлаждения, которому его подвергают под действием охлаждающей жидкости, продемонстрирована в формуле (2):

где T_q представляет собой среднюю объемную температуру частицы смолы после ее удаления из охлаждающей жидкости и до ее погружения в обогревающую жидкость, m представляет собой массовый расход смолы, C_presin представляет собой среднюю теплоемкость смолы, Q_cooling представляет собой теплоту, теряемую во время стадии формования частиц и резкого охлаждения, a T_molten представляет собой температуру расплавленного полимера, покидающего способ получения в фазе расплава по линии 12 и поступающего в формовочное устройство 10. В одном варианте реализации желательно обеспечить неопускание значения T_q ниже значения T_cmin которое составляет 120°С для ПЭТФ. В одном варианте реализации формовочное устройство 10, улавливающее сито 22 и устройство удаления охлаждающей жидкости 28 секции формования частиц и резкого охлаждения интегрально объединяют друг с другом для сведения к минимуму времени охлаждения полимера и более простого выдерживания давления. Также предусматривается и возможность устранения улавливающего сита 22, в случае чего интегрально будут объединены формовочное устройство 10 и устройство удаления охлаждающей жидкости 28. Также предусматриваются и каналы, соединяющие устройства, но относительно длинные каналы будут увеличивать степень охлаждения, что нежелательно.

Охлаждающую жидкость в линии 30, покидающую устройство удаления охлаждающей жидкости 28, переводят в резервуар охлаждающей жидкости 40. Охлаждающую жидкость из резервуара охлаждающей жидкости 40 удаляют по линии 42 насосом 50, производящим выгрузку в линию 52, которая подает ее на фильтр 44, который удаляет полимерные частицы заниженного размера для дополнительной повторной переработки в линии 46. В одном варианте реализации фильтр может относиться к типу с промыванием обратным потоком. На линии 46 может быть использован шлюзовой бункер (не показан), что обеспечивает удаление частиц без сбрасывания давления в системе. Линия 48 подает охлаждающую жидкость в необязательный холодильник 54, из которого линия 20 по рециклу подает охлаждающую жидкость в формовочное устройство 10. Для выдерживания в ходе операции формования частиц температуры охлаждающей жидкости в оптимальном для резки температурном диапазоне может быть введен холодильник 54.

Секция кристаллизации 4 начинается с канала или линии 38, которые подают обогревающую жидкость для переноса полимера, покидающего устройство удаления охлаждающей жидкости 28 по линии 32. По линии 38 обогревающую жидкость предпочтительно подают в устройство удаления охлаждающей жидкости 28 или в позицию по ходу технологического потока после него. Обогревающая жидкость будет иметь более высокую температуру, чем охлаждающая жидкость. Однако, в одном варианте реализации обогревающая и охлаждающая жидкости будут находиться в сообщении через текучую среду и при одном и том же давлении системы для того, чтобы быстро замещать охлаждающую жидкость обогревающей жидкостью при покидании охлаждающей жидкостью устройства удаления охлаждающей жидкости. Таким образом, достигается цель в виде сведения к минимуму потерь тепла. Полимер, покидающий устройство удаления охлаждающей жидкости 28, все еще будет находиться в оптимальном температурном диапазоне, в котором будет протекать кристаллизация, который является большим или равным T_cmin. Внешняя область полимерной частицы должна быть твердой, в то время как внутренняя область частицы будет расплавлена, тем самым, стимулируется продолжение кристаллизации. Кристаллизующийся полимер будет отдавать теплоту кристаллизации, которая будет производить самообогрев полимерных частиц. Для использования данной теплоты кристаллизации температуру обогревающей жидкости, введенной в линию 38, важно выдерживать равной температуре, которая будет не меньшей, чем максимальная средняя объемная температура, которую достигает полимер при нахождении в контакте с обогревающей жидкостью. Среднюю объемную температуру кристаллизующегося полимера в обогревающей жидкости обозначают как T_w. В одном варианте реализации значение T_w будет, по меньшей мере, большим, чем значение T_cmin, которое составляет 120°С для ПЭТФ, а предпочтительно будет находиться в диапазоне от 150° до 180°С для ПЭТФ, который попадает в пределы плюс или минус 15°С от значения T_c, что представляет собой подходящий для использования температурный диапазон, который включает температуру, при которой достигается максимальная скорость кристаллизации. Подходящими для использования также могут быть и более высокие температуры. Формула (3) демонстрирует зависимость T_w от T_q:

где T_w представляет собой среднюю объемную температуру полимера на стадии кристаллизации, ΔX_f представляет собой разницу степени кристалличности, достигаемой на стадии кристаллизации, и степени кристалличности полимера после стадий формования частиц и резкого охлаждения, H_c представляет собой теплоту кристаллизации, которая обычно составляет 120 Дж/г для ПЭТФ. Предпочитается, чтобы значение T_w находилось бы в диапазоне максимальной скорости первичной кристаллизации, который для сложного полиэфира на основе ПЭТФ должен быть заключен в пределах от 150° до 180°С, но может быть и настолько же высоким, как и температура последующей переработки далее по ходу технологического потока, но меньшим, чем температура размягчения ПЭТФ. Диапазоном температуры размягчения типичного сополимерного ПЭТФ считается момент, в который материал начинает претерпевать необратимую пластическую деформацию под действием механического напряжения, обычно измеряемую при помощи термомеханического анализатора или аппарата для определения температуры прогиба под нагрузкой (ТППН). У типичной коммерческой смолы, имеющей температуру основного пика плавления 250°С согласно измерению по методу ДСК, диапазон температуры размягчения будет заключен в пределах от 230° до 250°С. В данном температурном диапазоне подвижность молекул будет настолько высока, что скорость кристаллизации будет значительно меньшей, чем при T_c.

Линия 32 может переносить смесь полимерных частиц и обогревающей жидкости в необязательный сборный бак 34, в котором может быть реализовано время пребывания, достаточное для обеспечения кристаллизации полимерных частиц до желательного уровня. Желательный уровень степени кристалличности для полимера в связи с последующей твердофазной реакцией определяют как минимальную процентную степень кристалличности, которая будет достаточно высокой для того, чтобы последующее экзотермическое тепловыделение в реакторе твердофазной реакции было бы невозможным. Точный уровень может быть различным для различных смол. Процентную степень кристалличности обычно оценивают по плотности гранулы, используя ее плавучесть в колонке с градиентом плотности, в соответствии с документом ASTM D 1505-98 «Standard Test Method For The Density Of Plastics by Density-Gradient Technique» в предположении плотности 1,332 г/куб.см при 0%-ной степени кристалличности (полностью аморфная смола) и плотности 1,455 г/куб.см при 100%-ной степени кристалличности. Типичное значение степени кристалличности смолы, подходящей для использования в случае сополимерного ПЭТФ в расположенном по ходу технологического процесса далее процессе ТФП, находится в диапазоне от 15 до 35%. По каналу 36 смесь обогревающей жидкости и полимерных частиц подают на впускное отверстие стояка с восходящим потоком 60, который транспортирует обогревающую жидкость и полимерные частицы вверх вплоть до высоты вблизи от верха системы реактора ТФП при одновременном предоставлении полимерным частицам достаточного времени для кристаллизации. Стояк с восходящим потоком транспортирующей жидкости 60 работает в режиме идеального вытеснения и в одном варианте реализации при времени пребывания, равном, как минимум, одной минуте. В случае использования сборного бака 34 предусматриваются и более короткие времена пребывания. По линии 62 отходящий поток из выпускного отверстия стояка с восходящим потоком 60 подают в гидроциклон 64, такой как разделяющий гидроциклон, в котором производят грубое отделение обогревающей жидкости от полимерных частиц, которые согласно измерению плотности достигли степени кристалличности в диапазоне от 15 до 35%. Основной объем обогревающей жидкости из разделяющего гидроциклона 64 вытесняют через линию 66 и подают в резервуар обогревающей жидкости 68. Пополнение сжатой текучей среды, подаваемое в резервуар обогревающей жидкости 68 для всей системы через клапан регулирования давления 109, управляемый при помощи ПК контроля давления, будет выдерживать давление в системе большим, чем давление выпаривания обогревающей жидкости, для удержания обогревающей жидкости в жидком состоянии. Поскольку обогревающая жидкость будет иметь температуру в диапазоне от 120° до 230°С для ПЭТФ, манометрическое давление будет находиться в диапазоне от 131 кПа (19,1 фунт/дюйм² (изб.)) до 2731 кПа (136 фунт/дюйм² (изб.)) с учетом превышения давления в 35 кПа (5 фунт/дюйм² (изб.)), если обогревающей жидкостью будет вода. Например, если обогревающей водой будет вода, выдерживаемая при температуре 180°С, то тогда манометрическое давление в системе будет составлять 935,9 кПа (136 фунт/дюйм² (изб.)). В случае обогревающих жидкостей, имеющих более высокие температуры кипения, могут быть использованы более низкие давления. Полимерные частицы и остаточную обогревающую жидкость удаляют из гидроциклона 64 и перепускают через впускной клапан 70 в испарительную емкость 72. В испарительной емкости 72 давление стравливают для обеспечения выпаривания обогревающей жидкости при высокой температуре в виде пара из полимерных частиц. Выпаренные пары обогревающей жидкости удаляют из испарительной емкости 72 по линии 74. Пары выпаренной обогревающей жидкости могут быть выпущены в атмосферу или в другой компоновке сконденсированы в жидкое состояние и откачаны в циркулирующий запас обогревающей жидкости. Данная компоновка на фигуре не показана. Испарительная емкость 72 может включать двойной шлюзовой бункер, когда отходящий поток из гидроциклона 64 будет поступать через впускной клапан 70, который будет открыт, в то время как выпускной клапан 76 будет закрыт. После поступления во впускной клапан 70 партии влажных полимерных частиц впускной клапан 70 закрывают и открывают выпускной клапан 76, делая возможными быстрое уменьшение давления и выпаривание обогревающей жидкости по линии 74. При непрерывном выпаривании обогревающей жидкости из полимерных частиц введение влажных полимерных частиц из гидроциклона 64 в емкость пониженного давления делает возможным необязательная емкость (не показана) с регулированием на впускном отверстии при помощи шарового клана и клапана с зажимом для выдерживания давления технологического потока до емкости и отделения от пониженного давления технологического потока после емкости. Емкость пониженного давления может включать водоотделительное сито, из которого обогревающая жидкость сливается и выпаривается и транспортируется в линию 74, которая необязательно производит подачу в резервуар обогревающей жидкости 68, описанный в вышеизложенном описании. Однако, в варианте реализации, соответствующем фигуре, отходящий полимерный поток из испарительной емкости 72 в линии 78 имеет кристаллическую форму и пригоден для переработки по способу ТФП.

Кристаллические полимерные частицы подают в систему реактора ТФП 6, которая в варианте реализации фигуры начинается с вибрирующего псевдоожиженного слоя 80. Газодувка 82 по распределительным линиям 84 вдувает в псевдоожиженный слой 80 горячий инертный газ. Горячий инертный газ барботируется через полимерные частицы с образованием кипящего слоя, обеспечивая дополнительное высушивание полимерных частиц и прохождение дополнительной кристаллизации. Инертный газ покидает псевдоожиженный слой 80 через линию 86, в то время как сухие полимерные частицы транспортируются через линию 88 и поступают в кристаллизатор 90. Полимерные частицы в кристаллизаторе 90 подвергают воздействию тепла и механического перемешивания лопастным ротором, перемещая полимерные частицы от края с впускным отверстием к краю с выпускным отверстием. Полимерные частицы, поступающие в систему реактора ТФП 6, имеют температуру в диапазоне от 180° до 200°С, а предпочтительно 190°С, что является предпочтительной входной температурой полимерных частиц, поступающих в реактор ТФП 94. Однако, подходящими для использования могут оказаться и другие температуры. Впускная линия 92 подает полимерные частицы из кристаллизатора 90 в реактор ТФП 94. Реактор ТФП 94 предпочтительно представляет собой реактор ТФП с нисходящим потоком, но подходящим для использования может оказаться и реактор ТФП периодического действия. В некоторых случаях потребуется дополнительный кристаллизатор. Однако, в некоторых условиях схема потоков фигуры может работать и без необходимости прибегать к использованию псевдоожиженного слоя 80, газодувки 82 и кристаллизатора 90 и подавать подвергнутые выпариванию полимерные частицы из испарительной емкости 72 непосредственно в реактор ТФП 94 после достижения достаточной степени кристалличности в стояке с восходящим потоком 60 перед поступлением в гидроциклон 64. Полимерные частицы в реакторе ТФП 94 перемещаются сверху вниз в противотоке по отношению к потолку горячего инертного газа, которым предпочтительно является азот, что обеспечивает модифицирование молекулярной массы до достижения степени полимеризации полимерных частиц. Инертный газ может поступать через линию 96 при одновременном покидании модифицированными полимерными частицами реактора ТФП 94 через линию отходящего потока 98. В резервуар обогревающей жидкости 68 через клапан регулирования давления 109, производящий подачу в линию 100, может быть введено пополнение обогревающей жидкости для пополнения потерь обогревающей жидкости. Обогревающая жидкость покидает резервуар обогревающей жидкости 68 через линию 102 и закачивается насосом 108 через линию 110 в фильтр 104. Обогревающую жидкость в фильтре 104 отфильтровывают от любых полимерных частиц, удаляя частицы заниженного размера, где данные частицы отводят через линию 106 для возможного проведения дополнительной переработки. На линии 106 может быть использован шлюзовой бункер (не показан), что делает возможным удаление частиц без сбрасывания давления в системе. Линия 111 производит подачу обогревающей жидкости в дополнительный нагреватель 112, где последняя становится обогревающей жидкостью в линии 38, которую вводят в полимерные частицы, покидающие устройство удаления охлаждающей жидкости 28, в секции кристаллизации 4.

Схема потоков настоящего изобретения работает, обеспечивая сведение к минимуму времени контакта между вновь отвержденными полимерными частицами и охлаждающей жидкостью. Вновь отвержденные полимерные частицы и охлаждающую жидкость быстро транспортируют от формовочного устройства 10 в устройство удаления охлаждающей жидкости 28 для быстрого отделения охлаждающей жидкости от полимерных частиц и замещения охлаждающей жидкости обогревающей жидкостью. Сведение к минимуму охлаждения делает возможным отверждение внешней области полимерных частиц, обеспечивая формование частиц, в то время как расплавленная внутренняя область продолжает кристаллизоваться, поскольку средняя объемная температура частиц все еще будет находиться в оптимальном диапазоне для кристаллизации. Быстрое замещение охлаждающей жидкости и обогревающей жидкостью делает возможным прохождение кристаллизации при одновременном транспортировании частиц в реактор ТФП. В одном варианте реализации давление в системе при помощи клапана регулирования давления 109 выдерживают равным давлению, которое предотвращает переход обогревающей жидкости в паровую фазу до тех пор, пока транспортирование и кристаллизация полимерных частиц не достигнут желательного уровня.

Настоящее изобретение является выгодным, поскольку полимерные частицы отверждаются при технологических температурах, намного меньших, чем температура размягчения, которая составляет 250°С для ПЭТФ, так что сформованный полимер будет принимать хорошую форму. Полимерные частицы кристаллизуются в жидкости, когда экзотермическая теплота кристаллизации может легко в жидкости поглотиться, что более удобно для работы в сопоставлении с регулированием тепловыделения в сухой газовой среде, которая создает риск наплавления частицы на частицу и агломерирования частиц на трубах. Впускное отверстие системы реактора ТФП 6 расположено высоко на удалении от систем формования и кристаллизации способа. Стояк с восходящим жидкостным потоком 60 облегчает достаточно быстрое транспортирование от зоны кристаллизации в зону реакции ТТП, что предотвращает термическое разложение, которое может протекать в полимерных частицах. Между способом формования, который реализуют при высоких температурах, обычно больших, чем 270°С для ПЭТФ, и способом ТТП, обычно реализуемым выше 190°С для ПЭТФ, каких-либо избыточных тепловых потерь не возникает. В дополнение к этому, транспортирование в стояке с восходящим жидкостным потоком устраняет недостаток, заключающийся в необходимости охлаждения полимерных частиц во время транспортирования до температуры, меньшей, чем температура стеклования, которая составляет 70°С для ПЭТФ, что предотвращает возникновение клейкости, появляющейся в результате недостаточной кристаллизации, а после этого в необходимости нагревания полимерных частиц обратно вплоть до температуры реакции ТТП.

Изобретение относится к аппарату для получения твердых закристаллизованных полимерных частиц. Аппарат включает формовочное устройство для получения расплавленного полимера в камере резкого охлаждения с впускным отверстием для охлаждающей жидкости для резкого охлаждения упомянутого расплавленного полимера в охлаждающей жидкости для получения твердого полимера. Также аппарат содержит устройство удаления охлаждающей жидкости, находящееся в сообщении через текучую среду с камерой резкого охлаждения, для удаления существенного количества охлаждающей жидкости из твердого полимера. Аппарат включает канал для транспортирования твердого полимера из устройства удаления охлаждающей жидкости в обогревающей жидкости в стояк с восходящим потоком. При этом стояк с восходящим потоком предназначен для подъема твердого полимера и обогревающей жидкости вверх системы реактора твердофазной полимеризации. Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении потерь тепла при осуществлении процесса одновременного формования и кристаллизации полимерных частиц в жидкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат для получения твердых закристаллизованных полимерных частиц, который включает:
формовочное устройство (10) для получения расплавленного полимера в камере резкого охлаждения (18) с впускным отверстием для охлаждающей жидкости для резкого охлаждения упомянутого расплавленного полимера в охлаждающей жидкости для получения твердого полимера;
устройство удаления охлаждающей жидкости (28), находящееся в сообщении через текучую среду с камерой резкого охлаждения, для удаления существенного количества охлаждающей жидкости из твердого полимера;
канал (36) для транспортирования твердого полимера из устройства удаления охлаждающей жидкости в обогревающей жидкости в стояк с восходящим потоком (60) и
стояк с восходящим потоком (60) для подъема твердого полимера и обогревающей жидкости вверх системы реактора твердофазной полимеризации (ТФП) (6).

2. Аппарат по п.1, который дополнительно включает канал (38) для введения обогревающей жидкости в твердый полимер в устройстве удаления охлаждающей жидкости или в позиции по ходу технологического потока после него.