МНОГОУРОВНЕВЫЙ ТРУБЧАТЫЙ РЕАКТОР С ВНУТРЕННИМ ЛОТКОМ Российский патент 2013 года по МПК B01J19/24 C08G63/79 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к реакторам для обработки жидкость-содержащих реакционных сред. В другом аспекте данное изобретение относится к реакторам поликонденсации, которые используются для получения сложных полиэфиров в расплаве.

2. Описание предшествующего уровня техники

Полимеризация в расплаве может использоваться для получения множества сложных полиэфиров, таких как, например, полиэтилентерефталат (ПЭТ). ПЭТ широко используется в контейнерах для напитков, продуктов и других контейнерах, а также в синтетических волокнах и смолах. Успехи в технологии способов в соединении с увеличенной потребностью привели к растущему конкурентному рынку получения и продажи ПЭТ. Поэтому дешевый высокоэффективный способ получения ПЭТ является желательным.

Обычно установки получения сложных полиэфиров в расплаве, включая установки, применяемые для получения ПЭТ, используют стадию этерификации и стадию поликонденсации. На стадии этерификации исходные материалы полимера (т.е. реагенты) превращаются в мономеры и/или олигомеры полиэфира. На стадии поликонденсации полиэфирные мономеры, выходящие со стадии этерификации, превращаются в полимерный продукт, имеющий желаемую конечную среднюю длину цепи.

Во многих обычных установках получения сложного полиэфира в расплаве этерификацию и поликонденсацию выполняют в одном или нескольких механически перемешиваемых реакторах, таких как, например, непрерывно перемешиваемые, баковые реакторы (НПБР). Однако НПБР и другие механически перемешиваемые реакторы имеют ряд недостатков, которые могут приводить к увеличенным капитальным, рабочим и эксплуатационным затратам для всей установки получения полиэфира. Например, механические мешалки и различное контрольное оборудование, обычно связанное с НПБР, являются сложными, дорогими и могут требовать дорогостоящего обслуживания.

Таким образом, существует потребность в высокоэффективном способе получения полиэфира, который минимизирует капитальные, рабочие и эксплуатационные затраты при сохранении или улучшении качества продукта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ, включающий осуществление химической реакции в реакционной среде в реакторе, содержащем горизонтально вытянутый сегмент реактора, через который течет реакционная среда, когда реакционная среда проходит сквозь реактор. Данный сегмент реактора содержит горизонтально вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри данного трубчатого элемента и распространяющийся вдоль, по меньшей мере, половины длины трубчатого элемента. По меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну трубчатого элемента.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ получения полиэтилентерефталата (ПЭТ), содержащий: (а) введение сырья поликонденсации в реактор поликонденсации, где сырье поликонденсации образует реакционную среду в реакторе, где сырье поликонденсации содержит ПЭТ, имеющий среднюю длину цепи в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 50; (b) обеспечение поликонденсации реакционной среды в данном реакторе, где реактор содержит вертикально вытянутую головную часть и, по меньшей мере, два горизонтально вытянутых, вертикально разнесенных сегмента реактора, соединенных с головной частью и простирающихся наружу от нее, где головная часть обеспечивает проточное сообщение между сегментами реактора, где реакционная среда проходит вниз сквозь головную часть, когда реакционная среда проходит из одного сегмента реактора в другой, где каждый из сегментов реактора содержит вытянутую трубу и лоток, расположенный, по существу, внутри данной трубы, где данные труба и лоток, по существу, горизонтально ориентированы, где труба имеет отношение длины к диметру (L:D) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, где лоток имеет длину, по меньшей мере, приблизительно 0,75L, где, по меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну трубы; и (с) извлечение преимущественно жидкого продукта поликонденсации из реактора, где продукт поликонденсации содержит ПЭТ, имеющий среднюю длину цепи, которая, по меньшей мере, приблизительно на 10 больше, чем средняя длина цепи ПЭТ в сырье поликонденсации.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается реактор, содержащий горизонтально вытянутый сегмент реактора. Данный сегмент реактора содержит горизонтально вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри данного трубчатого элемента. Лоток простирается вдоль, по меньшей мере, половины длины трубчатого элемента и разделяет внутреннюю область трубчатого элемента на верхнюю и нижнюю камеры. Данный сегмент реактора определяет проход внутреннего течения возле одного конца сегмента реактора для обеспечения проточного сообщения между верхней и нижней камерами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Определенные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описываются ниже со ссылкой на приложенные фигуры, где:

фиг.1 представляет собой схематичное изображение многоуровневого трубчатого реактора, скомпонованного согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения и пригодного для использования в качестве реактора поликонденсации в установке получения сложного полиэфира в расплаве;

фиг.1а представляет собой увеличенный вид сбоку, изображающий альтернативную конфигурацию для введения потока сырья в реактор на фиг.1;

фиг.1b представляет собой вид сверху альтернативной системы введения сырья, изображенной на фиг.1а;

фиг.1с представляет собой вид с торца альтернативной системы введения сырья в разрезе, сделанном вдоль линии 1с-1с на фиг.1а;

фиг.2 представляет собой схематичное изображение многоуровневого трубчатого реактора, скомпонованного согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения и пригодного для использования в качестве реактора поликонденсации в установке получения сложного полиэфира в расплаве; и

фиг.3 представляет собой схематичное изображение многоуровневого трубчатого реактора, скомпонованного согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения и пригодного для использования в качестве реактора поликонденсации в установке получения сложного полиэфира в расплаве.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Фиг.1 и 2 изображают обычные многоуровневые трубчатые реакторы, скомпонованные согласно двум вариантам осуществления настоящего изобретения. Конфигурация и работа реакторов, изображенных на фиг.1 и 2, подробно описываются ниже. Хотя определенные части последующего описания касаются, в первую очередь, реакторов, применяемых в способе получения сложного полиэфира в расплаве, реакторы, скомпонованные согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, могут найти применение в широком множестве химических процессов. Например, реакторы, скомпонованные согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут выгодным образом применяться в любом способе, где химические реакции протекают в жидкой фазе реакционной среды и парообразный побочный продукт получается в результате данной химической реакции. Кроме того, реакторы, скомпонованные согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут выгодным образом применяться в химических способах, где, по меньшей мере, часть реакционной среды образует пену во время работы.

Обращаясь теперь к фиг.1, один вариант осуществления многоуровневого трубчатого реактора 10 показан как, в общем, содержащий вертикально вытянутую головную часть 12 и группу горизонтально вытянутых, вертикально разнесенных сегментов 14 реактора, соединенных с головной частью 12 и простирающихся наружу от нее.

Головная часть 12 обычно содержит вертикальную трубчатую оболочку 16, пару наконечников 17а,b, соединенных с противоположными концами оболочки 16, и множество козырьков 18а,b,с, расположенных во внутреннем объеме головной части 12. Первый газовый зазор 20а задается между козырьками 18а и 18b, тогда как второй газовый зазор 20b задается между козырьками 18b и 18с. Головная часть 12 задает выход 22 пара в верхнем наконечнике 17а и выход 24 жидкого продукта в нижнем наконечнике 17b. Одна сторона головной части 12 задает множество вертикально разнесенных отверстий, которые обеспечивают проточное сообщение между внутренним объемом головной части 12 и группой сегментов 14 реактора, соединенных с данной стороной головной части 12.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, оболочка 16 головной части 12 представляет собой, по существу, вертикальную, по существу, цилиндрическую трубу. В альтернативном варианте осуществления оболочка 16 может быть вертикально вытянутым трубчатым элементом, имеющим множество конфигураций сечения (например, прямоугольное, квадратное или овальное). Кроме того, оболочка 16 не обязана иметь совершенно вертикальную ориентацию. Например, центральная ось протяжения оболочки 16 может проходить приблизительно на 30, приблизительно на 15 или 5 градусов от вертикали.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, головная часть 12 имеет максимальную внутреннюю высоту (Н), которая больше, чем ее максимальная внутренняя ширина (W). В одном варианте осуществления головная часть 12 имеет отношение высоты к ширине (Н:W) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 20:1, от приблизительно 4:1 до приблизительно 15:1 или от 5:1 до 10:1. В одном варианте осуществления Н находится в диапазоне от приблизительно 8 (2,44 м) до приблизительно 100 (30,48 м) футов, от приблизительно 10 (3,048 м) до приблизительно 75 (22,86 м) футов или от 20 (6,096 м) до 50 (15,24 м) футов, а W находится в диапазоне от приблизительно 1 (0,305 м) до приблизительно 20 (6,096 м) футов, от приблизительно 2 (0,607 м) до приблизительно 10 (3,048 м) футов или от 3 (0,914 м) до 5 (1,524 м) футов.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, группа сегментов 14 реактора непосредственно соединяется с головной частью 12 и распространяется, в общем, наружу от общей стороны головной части 12. Группа сегментов 14 реактора включает в себя безлотковый сегмент 26 реактора, верхний лотковый сегмент 28а реактора, средний лотковый сегмент 28b реактора и нижний лотковый сегмент 28с реактора. Каждый сегмент реактора 26 и 28а,b,с имеет ближний конец, связанный в проточном сообщении с головной частью 12, и дальний конец, отнесенный от головной части 12.

Безлотковый сегмент 26 реактора имеет вход 30 сырья возле его дальнего конца и выход 32 возле его ближнего конца. Безлотковый сегмент 26 реактора обычно содержит горизонтально вытянутый трубчатый элемент 34 и наконечник 36. Трубчатый элемент 34 соединен с головной частью 12 возле ближнего конца безлоткового сегмента 26 реактора, тогда как наконечник 36 соединяется с трубчатым элементом 34 возле дальнего конца безлоткового сегмента 26 реактора. Перемычка 38 может, необязательно, присоединяться и распространяться вверх от дна трубчатого элемента 34 возле выхода 32 (как показано на фиг.1), и/или множество разнесенных перемычек (не показаны) могут располагаться по длине трубчатого элемента 34.

Каждый лотковый сегмент 28а,b,с реактора имеет соответствующий вход реакционной среды 40а,b,с и соответствующий выход реакционной среды 42а,b,с. Входы 40а,b,с и выходы 42а,b,с расположены возле ближнего конца сегментов 28а,b,с реактора и находятся в проточном сообщении с внутренним объемом головной части 12. Каждый лотковый сегмент 28а,b,с реактора, в общем, содержит горизонтально вытянутый трубчатый элемент 44а,b,с, наконечник 46а,b,с и лоток 48а,b,с. Каждый трубчатый элемент 44а,b,с непосредственно соединяется с головной частью 12 возле ближнего конца сегментов 28а,b,с реактора. Наконечники 46а,b,с соединяются с трубчатыми элементами 44а,b,с возле дальнего конца сегментов 28а,b,с реактора.

Лотки 48а,b,с находятся внутри соответствующих трубчатых элементов 44а,b,с и распространяются, по существу, по длине трубчатых элементов 44а,b,с. Каждый лоток 48а,b,с имеет ближний конец, соединенный с соответствующим козырьком 18а,b,с, и дальний конец, расположенный возле дальнего конца сегментов 28а,b,с реактора. Каждый лоток 48а,b,с может иметь длину, которая составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,5L, приблизительно 0,75L или 0,9L, где L является максимальной длиной сегмента 28а,b,с реактора и/или трубчатого элемента 44а,b,с, внутри которого находится соответствующий лоток 48а,b,с.

Каждый лоток 48а,b,с разделяет внутренний объем соответствующего сегмента 28а,b,с реактора на верхнюю камеру 50а,b,с и нижнюю камеру 52а,b,с. В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, каждый лоток 48а,b,с представляет собой, по существу, горизонтальную, по существу, плоскую, обращенную вверх проточную поверхность, по которой могут течь жидкости. Чтобы обеспечить достаточно большие верхние и нижние камеры 50а,b,с и 52а,b,с, обращенная вверх проточная поверхность может отделяться от верха и/или дна трубчатых элементов 44а,b,с вертикальным расстоянием в диапазоне от приблизительно 0,1D до приблизительно 0,9D, от приблизительно 0,2D до приблизительно 0,8D или от 0,4D до 0,6D, где D является максимальным вертикальным размером трубчатого элемента 44а,b,с, внутри которого находится соответствующий лоток 48а,b,с.

Дальний конец каждого лотка 48а,b,с отстоит от наконечников 46а,b,с так, что проточный проход 54а,b,с задается посредством зазора между дальним концом каждого лотка 48а,b,с и наконечниками 46а,b,с. Дальний конец каждого лотка 48а,b,с может быть, необязательно, оборудован распространяющейся вверх перемычкой 56а,b,с. Каждый лотковый сегмент 28а,b,с реактора может быть, необязательно, оборудован перемычкой 58а,b,с, соединенной с дном трубчатых элементов 44а,b,с возле выходов 42а,b,с и распространяющейся вверх от дна.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, трубчатые элементы 34 и 44а,b,с каждого сегмента 26 и 28а,b,с реактора являются, по существу, горизонтальными трубами, а лотки 48а,b,с являются, по существу, плоскими, по существу, горизонтальными, по существу, прямоугольными пластинами, жестко и герметично присоединенными к внутренним стенкам трубы. В альтернативном варианте осуществления трубчатые элементы 34 и 44а,b,с каждого сегмента 26 и 28а,b,с реактора могут иметь множество форм сечения (например, прямоугольную, квадратную или овальную). Кроме того, трубчатые элементы 34 и 44а,b,с и лотки 48а,b,с не обязательно имеют совершенно горизонтальную ориентацию. Например, центральная ось протяжения трубчатых элементов 34 и 44а,b,с может проходить приблизительно на 30, приблизительно на 15 или 5 градусов от горизонтали. Кроме того, лотки 48а,b,с могут поддерживаться в трубчатых элементах 44а,b,с с помощью множества поддерживающих механизмов, таких как, например, сварное присоединение к обеим боковым сторонам трубчатых элементов 44а,b,с, опорные ножки, распространяющиеся от дна трубчатых элементов 44а,b,с, или подвесы от верха трубчатых элементов 44а,b,с.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, каждый сегмент 26 и 28а,b,с реактора и/или каждый трубчатый элемент 34 и 44а,b,с имеет максимальную внутреннюю длину (L), которая больше, чем максимальный внутренний диаметр (D). В одном варианте осуществления каждый сегмент 26 и 28а,b,с реактора и/или каждый трубчатый элемент 34 и 44а,b,с имеет отношение длины к диаметру (L:D) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, от приблизительно 5:1 до приблизительно 20:1 или от 8:1 до 15:1. В одном варианте осуществления L находится в диапазоне от приблизительно 10 (3,048 м) до приблизительно 200 (60,96 м) футов, от приблизительно 20 (6,096 м) до приблизительно 100 (30,48 м) футов или от 30 (9,144 м) до 50 (15,24 м) футов, и D находится в диапазоне от приблизительно 1 (0,305 м) до приблизительно 20 (6,096 м) футов, от приблизительно 2 (0,607 м) до приблизительно 10 (3,048 м) футов или от 3 (0,914 м) до 5 (1,524 м) футов. В одном варианте осуществления отношение диаметра (D) одного или нескольких сегментов 26 и 28а,b,с реактора к максимальной внутренней ширине головной части (W) находится в диапазоне от приблизительно 0,1:1 до приблизительно 2:1, от приблизительно 0,25:1 до приблизительно 1:1 или от 0,4:1 до 0,9:1. В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, каждый лотковый сегмент 28а,b,с реактора имеет, по существу, идентичную конфигурацию. В альтернативном варианте осуществления сегменты 28а,b,с реактора могут иметь разные длины, разные диаметры и/или разные ориентации.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.1, реактор 10 содержит один безлотковый сегмент 26 реактора и три лотковых сегмента 28а,b,с реактора. Однако следует заметить, что число и конфигурация сегментов реактора могут быть оптимизированы так, чтобы соответствовать тому применению, для которого используется реактор 10. Например, реактор 10 может использовать только лотковые сегменты реактора (т.е. нет безлотковых сегментов реактора). В такой конфигурации самый верхний лотковый сегмент реактора будет иметь вход сырья возле головной части. В другом примере реактор может использовать один безлотковый сегмент реактора и два лотковых сегмента реактора. В другом примере реактор может использовать один безлотковый сегмент реактора и четыре лотковых сегмента реактора. Хотя фиг.1 изображает вход 30 сырья, расположенный в наконечнике 36, в альтернативном варианте осуществления вход сырья может находиться в боку трубчатого элемента 34 возле дальнего конца безлоткового сегмента 26 реактора, но на расстоянии от него.

Фиг.1а-с изображают альтернативную систему 90 ввода сырья, которая вводит сырье реактора через бок сегмента 26 реактора. Как, наверное, лучше изображается на виде сверху на фиг.1b и виде с торца на фиг.1с, боковая система 90 введения сырья включает в себя входное отверстие 92, заданное в боковой стороне сегмента 26 реактора, внутренний распределитель 94 сырья, распространяющийся в сегмент 26 реактора, и выпускное отверстие 96, заданное с помощью распределителя 94 сырья. В варианте осуществления, изображенном на фиг.1а-с, распределитель 94 сырья представляет собой, по существу, цилиндрический патрубок, который прикреплен к боковой стенке сегмента 26 реактора у входного отверстия 92. Дальний конец распределителя 94 сырья имеет выпускное отверстие 96 в положении, отстоящем от боковых стенок и конца сегмента 26 реактора. Как показано на фиг.1b и 1с, выпускное отверстие 96 может быть образовано путем разрезания дальнего конца распределителя 94 сырья под косым углом, так что выпускное отверстие 96 обращено, по меньшей мере, частично к закрытому концу сегмента 26 реактора. Расположение и ориентация выпускного отверстия 96 могут увеличивать циркуляцию жидкости и помогать уменьшать или устранять застойные зоны возле конца сегмента 26 реактора.

Обращаясь опять к фиг.1, при работе сырье, которое может быть преимущественно в жидкой форме, вводят в реактор 10 посредством входа 30 сырья безлоткового сегмента 26 реактора. В безлотковом сегменте 26 реактора сырье образует реакционную среду 60, которая течет, в общем, горизонтально по дну трубчатого элемента 34 от дальнего конца безлоткового сегмента 26 реактора к ближнему концу безлоткового сегмента 26 реактора. Когда реакционная среда 60 течет сквозь безлотковый сегмент 26 реактора, в реакционной среде 60 происходит химическая реакция. Пар 62 может образовываться в безлотковом сегменте 26 реактора. Пар 62 может содержать побочный продукт химической реакции, протекающей в безлотковом сегменте 26 реактора, и/или летучий компонент сырья в сегменте 26 реактора. По меньшей мере, часть пара 62 выделяется из реакционной среды 60 и течет, в общем, над ней, когда реакционная среда 60 течет сквозь безлотковый сегмент 26 реактора.

Как изображено на фиг.1, в одном варианте осуществления настоящего изобретения химическая реакция, протекающая в реакторе 10, вызывает вспенивание реакционной среды 60, тем самым образуя пенистую часть 64 и преимущественно жидкую часть 66 реакционной среды 60. Химическая реакция может протекать в жидкости и пенистой части 64, преимущественно жидкой части 66. Действительно, присутствие пены может фактически усиливать определенные химические реакции, особенно те реакции, которые облегчаются путем увеличения площади поверхности жидкости и снижения давления. Таким образом, в одном варианте осуществления настоящего изобретения внутренний объем и область открытого течения сегментов реактора являются, по существу, настолько большими, насколько позволяет максимальное количество образования пены. В приложениях, где большое вспенивание происходит в значительной части реактора, может быть желательно иметь два или больше безлотковых сегментов реактора и меньше лотковых сегментов реактора, чтобы обеспечить достаточное пространство внутри сегментов реактора для максимального образования пены. Альтернативно, большие лотковые сегменты реактора могут применяться для обеспечения необходимого объема и площади открытого течения, чтобы способствовать образованию пены. Как показано на фиг.1 и 2, количество пены, получаемой при реакции, может уменьшаться по мере того, как реакция продвигается по реактору. Таким образом, реакционная среда 60 в начальном сегменте реактора может содержать больше чем 50, 75 или 90 объемных процентов газа, тогда как реакционная среда 60 в конечном сегменте реактора может содержать меньше чем 20, 10 или 5 объемных процентов газа.

Обращаясь опять к фиг.1, после протекания через безлотковый сегмент 26 реактора реакционная среда 60 выходит из безлоткового сегмента 26 реактора через выход 32. Если применяется перемычка 38, реакционная среда 60 течет над ее верхней частью, вокруг краев, через отверстия в и/или под перемычкой 38, когда она покидает безлотковый сегмент 26 реактора и входит во внутренний объем головной части 12. Когда реакционная среда 60 выходит из безлоткового сегмента 26 реактора и течет вниз в головную часть 12, пар 62 течет вверх в головную часть 12. В головной части 12 пар 62 из безлоткового сегмента 26 реактора может объединяться с паром, образовавшимся в лотковых сегментах 28а,b,с реактора. Полученный объединенный пар может покидать головную часть 12 через выход 22 пара. После выхода из безлоткового сегмента 26 реактора реакционная среда 60 течет вниз в головной части 12 и направляется с помощью козырька 18а на вход 40а самого верхнего лоткового сегмента 28а реактора.

В самом верхнем лотковом сегменте 28а реактора реакционная среда 60 течет, в общем, горизонтально по обращенной вверх поверхности лотка 48а и в направлении дальнего конца сегмента 28а реактора. Как обсуждается выше, реакционная среда 60 подвергается химической реакции в сегменте 28а реактора, и данная химическая реакция может вызывать образование парообразного побочного продукта и/или пены, когда реакционная среда 60 течет по лотку 48а. Когда с помощью реакционной среды 60, текущей по лотку 48а, образуется пар, данный пар может течь в верхней камере 50а в противотоке к направлению потока реакционной среды 60 в верхней камере 50а. Парообразный побочный продукт может покидать верхнюю камеру 50а через вход 40а, когда реакционная среда 60 входит в верхнюю камеру 50а через вход 40а.

Когда реакционная среда 60 достигает терминального конца лотка 48а, она падает вниз сквозь проточный проход 54а и на дно трубчатого элемента 44а. Когда терминальный конец лотка 48а оборудован перемычкой 56а, реакционная среда 60 течет над ее верхом, вокруг краев, через отверстия в и/или под перемычкой 56а перед входом в проточный проход 54а. Реакционная среда 60 затем течет по дну трубчатого элемента 44а от дальнего конца сегмента 28а реактора к ближнему концу сегмента 28а реактора. Когда реакционная среда 60 достигает ближнего конца сегмента 28а реактора, она покидает сегмент 28а реактора через выход 42а и входит в головную часть 12. Когда парообразный побочный продукт получается в нижней камере 52а, пар течет, в общем, над реакционной средой 60 и покидает нижнюю камеру 52а вместе с реакционной средой 60 через выход 42а. Когда перемычка 58а обеспечивается у выхода 42а, по меньшей мере, часть реакционной среды 60 течет над ее верхней частью, вокруг краев, через отверстия в и/или под перемычкой 58а.

Перемычки 38, 56а,b,с и 58а,b,с могут применяться в реакторе 10, чтобы помогать поддерживать желаемую глубину реакционной среды 60 в сегментах 26 и 28а,b,с реактора. В одном варианте осуществления настоящего изобретения максимальная глубина реакционной среды 60 в каждом сегменте 26 и 28а,b,с реактора составляет меньше чем приблизительно 0,8D, меньше чем приблизительно 0,4D или меньше чем 0,25D, где D является максимальным вертикальным размером соответствующего сегмента 26 и 28а,b,с реактора.

Когда реакционная среда 60 выходит из самого верхнего лоткового сегмента 28а реактора и течет вниз в головной части 12, пар, образованный в лотковом сегменте 28а реактора, течет вверх в головную часть 12. Пар, покидающий нижнюю камеру 52а сегмента 28а реактора, может проходить сквозь зазор 20а пара, заданный козырьком 18b или между козырьками 18а и 18b. Как указано выше, пар, образованный в сегменте 28а реактора, может объединяться в головной части 12 с паром, образованным в безлотковом сегменте 26 реактора и лотковых сегментах 28b,с реактора. Полученный объединенный пар покидает головную часть 12 через выход 22 пара. После выхода из лоткового сегмента 28а реактора реакционная среда 60 течет вниз в головной части 12 и направляется козырьком 18b на вход 40b среднего лоткового сегмента 28b реактора.

Течение реакционной среды 60 через средний и самый нижний лотковые сегменты 28b и 28с реактора может происходить, по существу, так же, как описано выше в отношении течения через самый верхний лотковый сегмент 28а реактора. Суммируя, реакционная среда 60 проходит сквозь лотковые сегменты 28а,b,с реактора следующим образом: (а) реакционная среда 60 направляется из головной части 12 в лотковые сегменты 28а,b,с реактора с помощью козырьков 18а,b,с; (b) реакционная среда 60 входит в лотковые сегменты 28а,b,с реактора через входы 40а,b,с; (с) реакционная среда 60 течет, в общем, прочь от головной части по лоткам 48а,b,с; (d) реакционная среда 60 падает вниз над терминальным концом лотков 48а,b,с на дно трубчатых элементов 44а,b,с; (е) реакционная среда 60 течет обратно к головной части 12 по дну трубчатых элементов 44а,b,с; (е) реакционная среда 60 покидает лотковые сегменты 28а,b,с реактора через выходы 42а,b,с; и (f) реакционная среда 60 падает вниз в головной части 12 на следующий уровень обработки.

Реакционная среда 60, выходящая из самого нижнего лоткового сегмента 28с реактора, течет в головной части 12 и собирается на ее дне. Эта конечная реакционная среда 60 выпускается из головной части 12 в виде преимущественно жидкого продукта через выход 24 жидкого продукта.

Хотя это не показано на фиг.1, отбойники могут применяться в головной части 12 возле одного или нескольких из выхода 22 пара, выхода 32 безлоткового сегмента реактора и выходов 42а,b,с лотковых сегментов реактора. Такие отбойники могут находиться в путях течения пара, так что жидкость, увлеченная в текущем паре, ударяет в отбойники, собирается на них и падает вниз. Это помогает гарантировать то, что только пар выходит через выход 22 пара головной части 12.

Обращаясь теперь к фиг.2, второй вариант осуществления многоуровневого трубчатого реактора 100 изображен как, в общем, содержащий головную часть 102, первый набор лотковых сегментов 104а,b,с,d реактора и второй набор лотковых сегментов 106а,b,с,d реактора. В конфигурации, показанной на фиг.2, первый и второй наборы сегментов 104а,b,с,d и 106а,b,с,d реактора распространяются наружу от, в общем, противоположных сторон головной части 102. Однако в альтернативном варианте осуществления данные наборы сегментов могут распространяться от разных сторон головной части 102, которые не обязательно являются противоположными. Например, два набора сегментов реактора могут распространяться наружу от головной части под углом 45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 130°, 145° или 160° относительно друг друга. В другом примере реактор 100 может использовать три набора сегментов реактора, расположенных по кругу вокруг головной части 102 под углами 120° относительно друг друга.

Обращаясь опять к фиг.2, головная часть 102 имеет вход 108 сырья для приема сырья, которое может быть в преимущественно жидкой форме, выход 110 продукта для выпуска преимущественно жидкого продукта и пару выходов 112а,b пара для выпуска пара. Головная часть 102, в общем, содержит рассекатель 114 потока, первый набор козырьков 116а,b,с и второй набор козырьков 118а,b,с. Первый и второй наборы сегментов 104а,b,с,d и 106а,b,с,d реактора могут иметь, по существу, одинаковую конфигурацию, как лотковые сегменты реактора, описанные выше со ссылкой на фиг.1. Поэтому конкретная конфигурация и детали функционирования лотковых сегментов 104а,b,с,d и 106а,b,с,d реактора не будут повторно описываться.

При работе реактор 100 принимает сырье, которое может быть в преимущественно жидкой форме, через вход 108 сырья. Рассекатель 114 потока рассекает сырье на две, по существу, равные части. Рассекатель 114 потока затем направляет одну из частей на внутренний лоток самого верхнего сегмента 104а реактора, а другую часть на внутренний лоток самого верхнего сегмента 106а реактора. Как только отсеченные части сырья входят в лотковые сегменты реактора, течение через лотковые сегменты реактора может происходить, по существу, таким же образом, как описано выше в отношении фиг.1, причем реакционная среда следует траектории течения, которая включает в себя участок наружу (т.е. течение прочь от головной части по внутреннему лотку), участок вниз (т.е. течение из лотка на дно трубчатого элемента) и участок внутрь (т.е. течение обратно к головной части по дну трубчатого элемента). После протекания через каждый сегмент реактора реакционная среда направляется через головную часть с помощью козырьков на следующий нижний сегмент реактора. Обращаясь опять к фиг.2, когда реакционная среда покидает самые нижние сегменты 104d и 106d реактора, две части реакционной среды объединяются, образуя преимущественно жидкий продукт, который выпускается из головной части 12 через выход 110 жидкого продукта.

Обращаясь теперь к фиг.3, третий вариант осуществления многоуровневого трубчатого реактора 200 изображен как содержащий горизонтально вытянутую оболочку 202 резервуара и лоток 204, расположенный в оболочке 202 резервуара. Лоток 204 разделяет внутренний объем оболочки 202 резервуара на верхнюю камеру 206 и нижнюю камеру 208. Оболочка 202 резервуара содержит горизонтально вытянутый трубчатый элемент 210 и пару наконечников 212, 214, присоединенных к противоположным концам трубчатого элемента 210. Оболочка 202 резервуара имеет вход 216 сырья, выход 218 жидкого продукта и выход 220 пара. Реактор 200 может иметь, по существу, такую же конфигурацию, как лотковые сегменты реактора, описанные выше со ссылками на фиг.1 и 2.

При работе реактор 200 принимает сырье, которое может быть в преимущественно жидкой форме, через вход 216 сырья. Сырье для реактора 200 образует реакционную среду 222 в верхней камере 206 реактора 200. Реакционная среда 222 течет через верхнюю камеру 206 по верхней поверхности лотка 204. Когда реакционная среда 222 достигает дальнего конца лотка 204, она падает над дальним концом лотка 204 и входит в нижнюю камеру 208. Реакционная среда 222 течет по дну трубчатого элемента 210 в направлении выхода 218 жидкого продукта. Реакционная среда 222 затем выходит из реактора 200 в виде преимущественно жидкого продукта через выход 218 продукта. Как изображено с помощью сплошных стрелок на фиг.3, реакционная среда 222 течет, в общем, в противоположных направлениях в верхней и нижней камерах 206, 208. Как показано с помощью пунктирных стрелок на фиг.3, пар, образующийся из реакционной среды 222 в верхней и нижней камерах 206, 208, может объединяться и выпускаться из реактора 200 через выход 220 пара.

Многоуровневые трубчатые реакторы, скомпонованные согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, не требуют или требуют меньшего механического перемешивания обрабатываемой в них реакционной среды. Хотя реакционная среда, обрабатываемая в многоуровневом трубчатом реакторе, может отчасти перемешиваться с помощью вспенивания, течения через сегменты реактора и падения из одного сегмента реактора в другой, это пенное перемешивание, потоковое перемешивание и гравитационное перемешивание не являются механическим перемешиванием. В одном варианте осуществления настоящего изобретения менее чем приблизительно 50 процентов, менее чем приблизительно 25 процентов, менее чем приблизительно 10 процентов, менее чем приблизительно 5 процентов или 0 процентов полного перемешивания реакционной среды, обрабатываемой в многоуровневом трубчатом реакторе, обеспечивается с помощью механического перемешивания. Таким образом, реакторы, скомпонованные согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут работать без каких-либо механических перемешивающих устройств. Это находится в прямом контрасте с обычными, непрерывно перемешиваемыми, баковыми реакторами (НПБР), которые используют почти исключительно механическое перемешивание.

Как указано выше, многоуровневые трубчатые реакторы, скомпонованные согласно вариантам осуществления реакторов настоящего изобретения, могут использоваться во множестве химических процессов. В одном варианте осуществления многоуровневый трубчатый реактор, скомпонованный согласно настоящему изобретению, применяется в установке получения сложного полиэфира в расплаве, способной производить любой из множества полиэфиров из множества исходных материалов. Примеры полученных в расплаве полиэфиров, которые могут быть получены согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, включают в себя полиэтилентерефталат (ПЭТ), который включает в себя гомополимеры и сополимеры ПЭТ; полностью ароматические или жидкокристаллические полиэфиры; биоразрушаемые полиэфиры, такие как полиэфиры, содержащие остатки бутандиола, терефталевой кислоты и адипиновой кислоты; гомополимер и сополимеры поли(циклогександиметилентерефталата); и гомополимеры и сополимеры 1,4-циклогександиметанола (ЦГДМ) и циклогександикарбоновой кислоты или диметилциклогександикарбоксилата, но не ограничиваются ими. Когда получают сополимер ПЭТ, такой сополимер может содержать, по меньшей мере, 90, по меньшей мере, 91, по меньшей мере, 92, по меньшей мере, 93, по меньшей мере, 94, по меньшей мере, 95, по меньшей мере, 96, по меньшей мере, 97, по меньшей мере, 98 мольных процентов повторяющихся звеньев этилентерефталата и до 10, до 9, до 8, до 7, до 6, до 5, до 4, до 3 или до 2 мольных процентов повторяющихся звеньев добавленного сомономера. Обычно повторяющиеся звенья сомономера могут быть производными одного или нескольких сомономеров, выбранных из группы, состоящей из изофталевой кислоты, 2,6-нафталиндикарбоновой кислоты, ЦГДМ и диэтиленгликоля.

Обычно способ получения сложного полиэфира согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать две основных стадии - стадию этерификации и стадию поликонденсации. На стадии этерификации исходные материалы полиэфира, которые могут содержать, по меньшей мере, один спирт и, по меньшей мере, одну кислоту, подвергаются этерификации с получением полиэфирных мономеров и/или олигомеров. На стадии поликонденсации полиэфирные мономеры и/или олигомеры со стадии этерификации реагируют в конечный полиэфирный продукт. Как используется здесь в отношении ПЭТ, мономеры имеют длины цепи меньше чем 3, олигомеры имеют длины цепи от приблизительно 7 до приблизительно 50 (компоненты с длиной цепи от 4 до 6 единиц могут рассматриваться как мономеры или олигомеры), и полимеры имеют длины цепи больше чем приблизительно 50. Димер, например EG-TA-EG-TA-EG, имеет дину цепи 2, а тример 3 и так далее.

В качестве исходной кислоты, используемой на стадии этерификации, может быть дикарбоновая кислота, такая, что конечный полиэфирный продукт содержит, по меньшей мере, один остаток дикарбоновой кислоты, имеющий от приблизительно 4 до приблизительно 15 или от 8 до 12 атомов углерода. Примеры дикарбоновых кислот, пригодных для использования в настоящем изобретении, могут включать в себя терефталевую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, циклогександиуксусную кислоту, дифенил-4,4'-дикарбоновую кислоту, дифенил-3,4'-дикарбоновую кислоту, 2,2-диметил-1,3-пропандиол, дикарбоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту и их смеси, но не ограничиваются ими. В одном варианте осуществления кислотный исходный материал может быть соответствующим сложным эфиром, таким как диметилтерефталат вместо терефталевой кислоты.

Спиртовой исходный материал, используемый на стадии этерификации, может представлять собой диол, такой, что конечный полиэфирный продукт может содержать, по меньшей мере, один остаток диола, такой как, например, остатки, происходящие от циклоалифатических диолов, имеющих от приблизительно 3 до приблизительно 25 атомов углерода или от 6 до 20 атомов углерода. Подходящие диолы могут включать в себя этиленгликоль (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-гикроксипропоксифенил)пропан, изосорбид, гидрохинон, BDS-(2,2-(сульфонилбис)4,1-фениленокси))бис(этанол) и их смеси, но не ограничиваются ими.

Кроме того, исходные материалы могут содержать один или несколько сомономеров. Подходящие сомономеры могут включать в себя, например, сомономеры, содержащие терефталевую кислоту, диметилтерефталат, изофталевую кислоту, диметилизофталат, диметил-2,6-нафталиндикарбоксилат, 2,6-нафталиндикарбоновую кислоту, этиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,4-циклогександиметанол (ЦГДМ), 1,4-бутандиол, политетраметиленгликоль, транс-DMCD, тримеллитовый ангидрид, диметилциклогексан-1,4-дикарбоксилат, диметилдекалин-2,6-дикарбоксилат, декалиндиметанол, декагидронафталан-2,6-дикарбоксилат, 2,6-дигидроксиметилдекагидронафталин, гидрохинон, гидроксибензойную кислоту и их смеси.

И стадия этерификации, и стадия поликонденсации способа получения полиэфира в расплаве могут включать в себя множество этапов. Например, стадия этерификации может включать в себя этап начальной этерификации для получения частично этерифицированного продукта, который затем дополнительно этерифицируют на этапе вторичной этерификации. Также стадия поликонденсации может включать в себя этап предварительной полимеризации для получения частично конденсированного продукта, который затем подвергается окончательному этапу с получением конечного полимерного продукта.

Реакторы, скомпонованные согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, могут применяться в системе получения сложного полиэфира в расплаве в качестве реактора вторичной этерификации для выполнения этапа вторичной этерификации, в качестве реактора предварительной полимеризации для выполнения этапа предварительной полимеризации и/или в качестве конечного реактора для выполнения конечного этапа. Подробное описание условий способа для настоящего изобретения, применяемого в качестве реактора этерификации, реактора предварительной полимеризации и/или конечного реактора даны ниже со ссылкой на фиг.1. Понятно, что реакторы, скомпонованные согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, могут, в общем, применяться в качестве реакторов этерификации, реакторов предварительной полимеризации и/или конечных реакторов и что эти условия способа не ограничиваются вариантом осуществления, описанным на фиг.1.

Обращаясь опять к фиг.1, когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации в способе получения сложного полиэфира в расплаве (например, способ получения ПЭТ), более чем одна химическая реакция может протекать в реакторе 10. Например, хотя этерификация может быть основной химической реакцией, протекающей в реакторе 10, определенная величина поликонденсации также может происходить в реакторе 10. Когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации, сырье, вводимое во вход 30 сырья сегмента 26 реактора, может иметь величину превращения в диапазоне от приблизительно 70 до приблизительно 95 процентов, от приблизительно 75 до приблизительно 90 процентов или от 80 до 88 процентов, тогда как выпуск преимущественно жидкого продукта из выхода 24 жидкого продукта головной части 12 может иметь величину превращения, по меньшей мере, приблизительно 80 процентов, по меньшей мере, приблизительно 90 процентов, по меньшей мере, приблизительно 95 процентов или, по меньшей мере, 98 процентов. Когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации, химическая реакция(и), протекающая в реакторе 10, может увеличивать превращение реакционной среды 60 на, по меньшей мере, приблизительно 2 процента, на, по меньшей мере, приблизительно 5 процентов или на, по меньшей мере, 10 процентов между входом 30 сырья и выходом 24 жидкого продукта. Кроме того, средняя длина цепи сырья, вводимого во вход 30 сырья, может быть меньше чем приблизительно 5, меньше чем приблизительно 2 или меньше чем 1, тогда как выпуск преимущественно жидкого продукта из выхода 24 жидкого продукта может иметь среднюю длину цепи в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20, от приблизительно 2 до приблизительно 12 или от 5 до 12. Обычно когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации, средняя длина цепи реакционной среды 60 может увеличиваться в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20, от приблизительно 2 до приблизительно 15 или от 5 до 12 между входом 30 сырья и выходом 24 жидкого продукта.

Когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации, сырье в реактор 10 может входить во вход 30 сырья при температуре в диапазоне от приблизительно 180 до приблизительно 350°С, от приблизительно 215 до приблизительно 305°С или от 260 до 290°С. Преимущественно жидкий продукт, выходящий из выхода 24 жидкого продукта, может иметь температуру в пределах приблизительно 50°С, 25°С или 10°С от температуры сырья, входящего во вход 30 сырья. В одном варианте осуществления температура жидкого продукта, выходящего из выхода 24 жидкого продукта, может быть в диапазоне от приблизительно 180 до приблизительно 350°С, от приблизительно 215 до приблизительно 305°С или от 260 до 290°С. В одном варианте осуществления средняя температура реакционной среды 60 в реакторе 10 находится в диапазоне от приблизительно 180 до приблизительно 350°С, от приблизительно 215 до приблизительно 305°С или от 260 до 290°С. Средняя температура реакционной среды 60 является средним из, по меньшей мере, трех измерений температуры, сделанных на равных расстояниях вдоль основной траектории течения реакционной среды 60 через реактор 10, где каждое измерение температуры делают возле центроида сечения преимущественно жидкой части 66 реакционной среды 60 (в противоположность измерениям вблизи стенки реактора или вблизи верхней поверхности преимущественно жидкой части). Когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации, давление пара в пространстве реактора 10 (измеряемое у выхода 22 пара) может поддерживаться при менее чем приблизительно 70 psig (0,498 МПа), в диапазоне от приблизительно -4 (0,0279 МПа) до приблизительно 10 (0,0698 МПа) psig или в диапазоне от 2 (0,0140 МПа) до 5 (0,0349 МПа) psig.

Когда реактор 10 применяют в качестве реактора вторичной этерификации, может быть желательно нагревать сырье перед введением в реактор 10 и/или может быть желательно нагревать реакционную среду 60, когда она течет через реактор 10. Нагрев сырья перед введением в реактор 10 можно выполнять в обычном теплообменнике, таком как, например, кожухотрубный теплообменник. Нагрев реакционной среды 60 в реакторе 10 можно выполнять с помощью внешних нагревающих устройств, которые контактируют с реактором 10, но не проникают внутрь реактора 10. Такие внешние теплообменные устройства включают в себя, например, кожухи и/или трассирующий нагрев. Обычно суммарное количество тепла, добавленного к сырью непосредственно до реактора 10, плюс тепло, добавленное к реакционной среде 60 в реакторе 10, может быть в диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 5000 БТЕ (11627 Дж/г) на фунт реакционной среды (БТЕ/ф), в диапазоне от приблизительно 400 (930 Дж/г) до приблизительно 2000 (4651 Дж/г) БТЕ/ф или в диапазоне от 600 (1395 Дж/г) до 1500 (3488 Дж/г) БТЕ/ф.

Обращаясь опять к фиг.1, когда реактор 10 применяют в качестве реактора предварительной полимеризации в способе получения сложного полиэфира в расплаве (например, способе получения ПЭТ), более чем одна химическая реакция может протекать в реакторе 10. Например, хотя поликонденсация может быть преобладающей химической реакцией, протекающей в реакторе 10, определенная величина этерификации также может протекать в реакторе 10. Когда реактор 10 применяют в качестве реактора предварительной полимеризации, средняя длина цепи сырья, вводимого во вход 30 сырья, может быть в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 20, от приблизительно 2 до приблизительно 15 или от 5 до 12, тогда как средняя длина цепи выпуска преимущественно жидкого продукта из выхода 24 жидкого продукта может быть в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 50, от приблизительно 8 до приблизительно 40 или от 10 до 30. Когда реактор 10 применяют в качестве реактора предварительной полимеризации, химическая реакция, протекающая в реакторе 10, может заставлять среднюю длину цепи реакционной среды 60 увеличиваться, по меньшей мере, на 2, в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 30 или в диапазоне от 8 до 20 между входом 30 сырья и выходом 24 жидкого продукта.

Когда реактор 10 применяют в качестве реактора предварительной полимеризации, сырье может входить во вход 30 сырья при температуре в диапазоне от приблизительно 220 до приблизительно 350°С, от приблизительно 265 до приблизительно 305°С или от 270 до 290°С. Преимущественно жидкий продукт, выходящий из выхода 24 жидкого продукта, может иметь температуру в пределах приблизительно 50°С, 25°С или 10°С от температуры сырья, входящего во вход 30 сырья. В одном варианте осуществления температура жидкого продукта, выходящего из выхода 24 жидкого продукта, может быть в диапазоне от приблизительно 220 до приблизительно 350°С, от приблизительно 265 до приблизительно 305°С или от 270 до 290°С. В одном варианте осуществления средняя температура реакционной среды 60 в реакторе 10 находится в диапазоне от приблизительно 220 до приблизительно 350°С, от приблизительно 265 до приблизительно 305°С или от 270 до 290°С. Когда реактор 10 применяют в качестве реактора предварительной полимеризации, давление пара в пространстве реактора 10 (измеряемое у выхода 22 пара) может поддерживаться в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 300 Торр (39996 Па), в диапазоне от приблизительно 1 (133,32 Па) до приблизительно 50 Торр (6666 Па) или в диапазоне от 20 (2666,4 Па) до 30 (3999,6 Па) Торр.

Когда реактор 10 применяют в качестве реактора предварительной полимеризации, может быть желательно нагревать сырье перед введением в реактор 10 и/или может быть желательно нагревать реакционную среду 60, когда она течет через реактор 10. Обычно суммарное количество тепла, добавленного к сырью непосредственно до реактора 10, плюс тепло, добавленное к реакционной среде 60 в реакторе 10, может быть в диапазоне от приблизительно 100 (232,5 Дж/г) до приблизительно 5000 (11627 Дж/г) БТЕ/ф, в диапазоне от приблизительно 400 (930,2 Дж/г) до приблизительно 2000 (4651 Дж/г) БТЕ/ф или в диапазоне от 600 (1395 Дж/г) до 1500 (3488 Дж/г) БТЕ/ф.

Обращаясь опять к фиг.1, когда реактор 10 применяют в качестве конечного реактора в способе получения сложного полиэфира в расплаве (например, способе получения ПЭТ), средняя длина цепи сырья, вводимого во вход 30 сырья, может быть в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 50, от приблизительно 8 до приблизительно 40 или от 10 до 30, тогда как средняя длина цепи выпуска преимущественно жидкого продукта из выхода 24 жидкого продукта может быть в диапазоне от приблизительно 30 до приблизительно 210, от приблизительно 40 до приблизительно 80 или от 50 до 70. Обычно поликонденсация, протекающая в реакторе 10, может заставлять среднюю длину цепи реакционной среды 60 увеличиваться на, по меньшей мере, приблизительно 10, на, по меньшей мере, приблизительно 25 или, по меньшей мере, 50 между входом 30 сырья и выходом 24 жидкого продукта.

Когда реактор 10 применяют в качестве конечного реактора, сырье может входить во вход 30 сырья при температуре в диапазоне от приблизительно 220 до приблизительно 350°С, от приблизительно 265 до приблизительно 305°С или от 270 до 290°С. Преимущественно жидкий продукт, выходящий из выхода 24 жидкого продукта, может иметь температуру в пределах приблизительно 50°С, 25°С или 10°С от температуры сырья, входящего во вход 30 сырья. В одном варианте осуществления температура жидкого продукта, выходящего из выхода 24 жидкого продукта, находится в диапазоне от приблизительно 220 до приблизительно 350°С, от приблизительно 265 до приблизительно 305°С или от 270 до 290°С. В одном варианте осуществления средняя температура реакционной среды 60 в реакторе 10 находится в диапазоне от приблизительно 220 до приблизительно 350°С, от приблизительно 265 до приблизительно 305°С или от 270 до 290°С. Когда реактор 10 применяют в качестве конечного реактора, давление пара в пространстве реактора 10 (измеряемое у выхода 22 пара) может поддерживаться в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 30 (3999,6 Па) Торр, в диапазоне от приблизительно 1 (133,32 Па) до приблизительно 20 (2666,4 Па) Торр или в диапазоне от 2 (266,64 Па) до 10 (1333,2 Па) Торр.

Реакторы, скомпонованные согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, могут обеспечивать многочисленные преимущества, когда применяются в качестве реакторов в стадиях этерификации и/или поликонденсации способа получения сложного полиэфира. Такие реакторы могут быть особенно выгодными, когда применяются в качестве реакторов вторичной этерификации, предварительной полимеризации и/или окончательных реакторов в способе получения ПЭТ. Кроме того, такие реакторы хорошо подходят для использования в установках получения ПЭТ коммерческого масштаба, способных производить ПЭТ со скоростью, по меньшей мере, приблизительно 10000 фунтов (4536 кг) в час, по меньшей мере, приблизительно 100000 фунтов (45360 кг) в час, по меньшей мере, приблизительно 250000 фунтов (113400 кг) в час или, по меньшей мере, 500000 (226800 кг) фунтов в час.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ, содержащий осуществление химической реакции в реакционной среде в реакторе, содержащем первый горизонтально вытянутый сегмент реактора, через который течет реакционная среда, когда реакционная среда проходит сквозь реактор. Первый сегмент реактора содержит первый горизонтально вытянутый трубчатый элемент и первый лоток, расположенный, по существу, внутри первого трубчатого элемента и распространяющийся на, по меньшей мере, половину, по меньшей мере, три четверти или, по меньшей мере, девять десятых длины первого трубчатого элемента. По меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по первому лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну первого трубчатого элемента.

В одном примере реактор дополнительно содержит головную часть, к которой присоединен ближний конец первого сегмента реактора, где первый сегмент реактора принимает реакционную среду на первый лоток из головной части, где первый сегмент реактора выпускает реакционную среду в головную часть из дна первого трубчатого элемента. Кроме того, первый сегмент реактора может выпускать парообразный побочный продукт химической реакции в головную часть, где выпускаемый парообразный побочный продукт течет, в общем, вверх в головной части, тогда как реакционная среда течет, в общем, вниз в головной части.

В другом примере реакционная среда течет по первому лотку от ближнего конца к дальнему концу первого лотка, где реакционная среда течет над дальним концом первого лотка и падает на дно первого трубчатого элемента. Кроме того, дальний конец первого лотка может содержать распространяющуюся вверх перемычку, над, через, вокруг и/или под которой, по меньшей мере, часть реакционной среды течет перед проходом на дно первого трубчатого элемента. В другом примере первый сегмент реактора содержит наконечник, соединенный с дальним концом первого трубчатого элемента, где дальний конец первого лотка горизонтально отстранен от данного наконечника, тем самым образуя проточный проход, через который течет реакционная среда, когда реакционная среда проходит из первого лотка на дно первого трубчатого элемента.

В одном примере первый трубчатый элемент и первый лоток, по существу, горизонтально ориентированы. В другом примере первый трубчатый элемент представляет собой трубу. Первый сегмент реактора может иметь отношение длины к диаметру (L:D) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, от приблизительно 5:1 до приблизительно 20:1 или от 8:1 до 15:1. В одном примере, кроме того, L находится в диапазоне от приблизительно 10 (3,048 м) до приблизительно 200 (60,96 м) футов, приблизительно от 20 (6,096 м) до 100 (30,48 м) футов или от 30 (9,144 м) до 50 (15,24 м) футов, и D находится в диапазоне от приблизительно 1 (0,305 м) до приблизительно 20 (6,096 м) футов, от приблизительно 2 (0,607 м) до приблизительно 10 (3,048 м) футов или от 3 (0,914 м) до 5 (1,524 м) футов.

В еще одном примере реактор дополнительно содержит второй горизонтально вытянутый сегмент реактора, через который, по меньшей мере, течет часть реакционной среды, когда реакционная среда проходит сквозь реактор, где второй сегмент реактора отстранен по вертикали вниз от первого сегмента реактора, где реактор содержит головную часть, к которой первый и второй сегменты реактора присоединены на разной высоте, где реакционная среда течет вниз через головную часть, когда реакционная среда проходит через первый сегмент реактора во второй сегмент реактора. Второй сегмент реактора может содержать второй вытянутый трубчатый элемент и второй лоток, расположенный, по существу, внутри второго трубчатого элемента, где второй лоток распространяется на, по меньшей мере, половину, по меньшей мере, три четверти или, по меньшей мере, девять десятых длины второго трубчатого элемента, где, по меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по второму внутреннему лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну второго трубчатого элемента. В одном примере реактор дополнительно содержит первый и второй козырьки, соединенные с первым и вторым лотками соответственно и распространяющиеся в головную часть, где второй козырек направляет реакционную среду, выходящую из первого трубчатого элемента, через головную часть на второй лоток. Кроме того, зазор для пара может задаваться между первым и вторым козырьками, где данный зазор для пара позволяет течь парообразному побочному продукту химической реакции из второго сегмента реактора вверх через головную часть, тогда как реакционная среда, выходящая из первого сегмента реактора, направляется вниз во второй сегмент реактора.

В одном примере парообразный побочный продукт химической реакции, протекающей в первом и втором сегментах реактора, объединяется в головной части и выходит из реактора через выход пара, расположенный возле верхней части головной части. Кроме того, преимущественно жидкий продукт химической реакции может выходить из реактора через выход жидкости, расположенный возле дна головной части.

В одном примере головная часть имеет отношение высоты к ширине (Н:W) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 20:1, от приблизительно 4:1 до приблизительно 15:1 или от 5:1 до 10:1, где первый и второй сегменты реактора каждый имеют отношение L:D в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, от приблизительно 5:1 до приблизительно 20:1 или от 8:1 до 15:1.

В одном примере головная часть распространяется, по существу, вертикально (т.е. центральная ось протяжения головной части является, по существу, вертикальной). Альтернативно, головная часть может распространяться под приблизительно 30, приблизительно 15 или 5 градусов к вертикали. В одном примере сегменты реактора распространяются, по существу, горизонтально (т.е. центральная ось протяжения сегментов реактора является, по существу, горизонтальной). Альтернативно, сегменты реактора могут распространяться под приблизительно 30, приблизительно 15 или 5 градусов к горизонтали. В другом примере реактор не содержит механического перемешивающего устройства.

В одном примере в добавление ко второму сегменту реактора реактор дополнительно содержит третий горизонтально вытянутый сегмент реактора, через который, по меньшей мере, течет часть реакционной среды, когда реакционная среда проходит сквозь реактор, где третий сегмент реактора отстранен по вертикали вниз от второго сегмента реактора, где третий сегмент реактора содержит третий вытянутый трубчатый элемент и третий лоток, расположенный, по существу, внутри третьего трубчатого элемента, где третий лоток распространяется на, по меньшей мере, половину, по меньшей мере, три четверти или, по меньшей мере, девять десятых длины третьего трубчатого элемента, где, по меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по третьему внутреннему лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну третьего трубчатого элемента, где третий сегмент реактора соединен с головной частью, где реакционная среда течет вниз через головную часть, когда реакционная среда проходит из второго сегмента реактора в третий сегмент реактора.

В одном примере реакционная среда содержит жидкость, в которой протекает химическая реакция. В другом примере реакционная среда содержит пенистую часть и преимущественно жидкую часть, каждая из которых содержит жидкость. В еще одном примере реактор содержит множество горизонтально вытянутых сегментов реактора, где часть реакционной среды, находящаяся в самом верхнем из множества сегментов реактора, содержит, по меньшей мере, 50 объемных процентов пара и часть реакционной среды, находящаяся в самом нижнем из множества сегментов реактора, содержит менее чем 20 объемных процентов пара.

В одном примере данная химическая реакция включает в себя поликонденсацию, при которой средняя длина цепи реакционной среды увеличивается на, по меньшей мере, 10, по меньшей мере, 25 или, по меньшей мере, 50 в реакторе. В одном примере реакционная среда может содержать полиэфирный полимер или сополимер, который, по меньшей мере, частично образован путем поликонденсации. Полиэфирный полимер или сополимер может содержать полиэтилентерефталат (ПЭТ). Кроме того, данный способ может содержать введение сырья поликонденсации во вход сырья реактора, где сырье поликонденсации образует реакционную среду в реакторе. Сырье поликонденсации может иметь среднюю длину цепи в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 50, от приблизительно 8 до приблизительно 40 или от 10 до 30.

В другом примере настоящего изобретения обеспечивается способ, содержащий протекание реакции этерификации и/или поликонденсации в реакционной среде в реакторе, содержащем горизонтально вытянутый сегмент реактора, через который течет реакционная смесь, когда реакционная смесь проходит сквозь реактор. Сегмент реактора содержит горизонтально вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный, по существу, внутри трубчатого элемента и распространяющийся на, по меньшей мере, половину, по меньшей мере, три четверти или, по меньшей мере, девять десятых длины трубчатого элемента. По меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну трубчатого элемента. Подробное описание реактора 10 на фиг.1, применяемого в качестве реактора второй стадии этерификации, предварительной полимеризации и/или конечного реактора, приведенное выше, применимо к этому примеру настоящего изобретения. Более конкретно, характеристики сырья (например, конверсия и/или длина цепи), температура, давление, увеличение превращения, увеличение средней длины цепи, характеристики продукта и любой ввод тепла применимы к этому примеру настоящего изобретения.

В одном примере продукт удаляется из выхода продукта реактора, где реакционная среда образует продукт реактора. Кроме того, когда химическая реакция включает в себя поликонденсацию, данный продукт может быть продуктом поликонденсации. It.V. продукта или продукта поликонденсации может быть в диапазоне от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,2, от приблизительно 0,35 до приблизительно 0,6 или от 0,4 до 0,5 дл/г. В одном примере It.V. продукта или продукта поликонденсации находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5, от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 или от 0,15 до 0,35 дл/г. В одном примере сырье вводят во вход сырья реактора, образуя реакционную среду, и It.V. сырья находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5, от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 или от 0,15 до 0,35 дл/г.

Величины внутренней вязкости (It.V.) приводятся в единицах дл/г, вычисляемых из внутренней вязкости, измеренной при 25°С в 60% фенола и 40% 1,1,2,2-тетрахлорэтана по массе. Образцы полимера можно растворять в данном растворителе при концентрации 0,25 г/50 мл. Вязкость растворов полимера можно определять, например, используя Rheotek Glass Capillary вискозиметр. Описание принципа работы вискозиметра можно найти в ASTM D 4603. Внутреннюю вязкость вычисляют из измеренной вязкости раствора. Следующие уравнения описывают такие измерения вязкости раствора и последующие вычисления Ih.V. и It.V. из Ih.V.:

η_inh = [ln(t_s/t_o)]/C

где η_inh = Собственная вязкость при 25°С при концентрации полимера 0,5 г/100 мл 60% фенола и 40% 1,1,2,2-тетрахлорэтана по массе

ln = натуральный логарифм

t_s = время течения образца через капиллярную трубку

t_o = холостое время течения растворителя через капиллярную трубку

С = концентрация полимера в граммах на 100 мл растворителя (0,50%)

Внутренняя вязкость представляет собой предельную величину удельной вязкости полимера при бесконечно большом разбавлении. Она определяется следующим уравнением:

η_int = lim (η_sp/C) = lim (ln η_r)/C

C→0 C→0

где η_int = Внутренняя вязкость

η_r = Относительная вязкость = t_s/t_o

η_sp = Удельная вязкость = η_r -1

Внутренняя вязкость (ВВ или η_int) может быть оценена с помощью уравнения Биллмейера:

η_int = 0,5 [e^0,5×ih.V. -1] + (0,75 × Ih.V.)

Ссылкой для оценки внутренней вязкости (соотношение Биллмейера) является J. Polymer Sci., 4, pp. 83-85 (1949).

Вязкость растворов полимера можно также определять, используя модифицированный дифференциальный вискозиметр Viscotek (описание принципа работы вискозиметров дифференциального давления можно найти в ASTM D 5225) или другие способы, известные специалистам в данной области техники.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ получения полиэтилентерефталата (ПЭТ), содержащий: (а) введение сырья поликонденсации в реактор поликонденсации, где сырье поликонденсации образует реакционную среду в реакторе, где сырье поликонденсации содержит ПЭТ, имеющий среднюю длину цепи в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 50, от приблизительно 8 до приблизительно 40 или от 10 до 30; (b) обеспечение поликонденсации реакционной среды в данном реакторе, где реактор содержит вертикально вытянутую головную часть и, по меньшей мере, два горизонтально вытянутых, вертикально разнесенных сегмента реактора, соединенных с головной частью и простирающихся наружу от нее, где головная часть обеспечивает проточное сообщение между сегментами реактора, где реакционная среда проходит вниз сквозь головную часть, когда реакционная среда проходит из одного сегмента реактора в другой, где каждый из сегментов реактора содержит вытянутую трубу и лоток, расположенный, по существу, внутри данной трубы, где данные труба и лоток, по существу, горизонтально ориентированы, где труба имеет отношение длины к диметру (L:D) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, от приблизительно 5:1 до приблизительно 20:1 или от 8:1 до 15:1, где лоток имеет длину, по меньшей мере, приблизительно 0,5L, по меньшей мере, приблизительно 0,75L, или, по меньшей мере, 0,9L, где, по меньшей мере, часть реакционной среды течет в одном направлении по лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну трубы; и (с) извлечение преимущественно жидкого продукта поликонденсации из реактора, где продукт поликонденсации содержит ПЭТ, имеющий среднюю длину цепи, которая, по меньшей мере, приблизительно на 10, по меньшей мере, приблизительно на 25 или, по меньшей мере, на 50 больше, чем средняя длина цепи ПЭТ в сырье поликонденсации.

В одном примере способа получения ПЭТ реакционная среда содержит пенистую часть и преимущественно жидкую часть.

В одном примере сегменты реактора распространяются от, в общем, одной стороны головной части. В другом примере сегменты реактора распространяются от, в общем, противоположных сторон головной части.

В одном примере лоток имеет обращенную вверх проточную поверхность, по которой течет реакционная среда, где данная обращенная вверх проточная поверхность отстоит на, по меньшей мере, приблизительно 0,1D, по меньшей мере, приблизительно 0,2D или, по меньшей мере, 0,4D от верха и/или дна трубчатого элемента. В другом примере обращенная вверх поверхность отстоит на от приблизительно 5 (12,7 см) до приблизительно 50 (127 см) дюймов, от приблизительно 10 (25,4 см) до приблизительно 40 (101,6 см) дюймов или от 15 (38,1 см) до 30 (76,2 см) дюймов от верха и/или дна трубчатого элемента. В одном примере максимальная глубина реакционной среды на каждом лотке и/или дне каждого трубчатого элемента составляет меньше чем приблизительно 0,8D, меньше чем приблизительно 0,4D или меньше чем 0,25D. Максимальная глубина реакционной среды на каждом лотке и/или дне каждого трубчатого элемента может быть от приблизительно 1 (2,64 см) до приблизительно 40 (101,6 см) дюймов, от приблизительно 1 (2,64 см) до приблизительно 32 (81,28 см) дюймов или от 1 (2,64 см) до 24 (60,96 см) дюймов.

В другом примере поликонденсация вызывает образование парообразного побочного продукта, где парообразный побочный продукт выпускается из реактора поликонденсации через выход пара, расположенный возле вершины головной части, где продукт поликонденсации извлекается из выхода жидкости возле дна головной части.

В одном примере It.V. сырья поликонденсации находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,5, от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 или от приблизительно 0,15 до приблизительно 0,35 дл/г. В одном примере It.V. продукта поликонденсации находится в диапазоне от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,2, от приблизительно 0,35 до приблизительно 0,6 или от 0,4 до 0,5 дл/г.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается реактор, содержащий первый горизонтально вытянутый сегмент реактора. Первый сегмент реактора содержит первый горизонтально вытянутый трубчатый элемент и первый лоток, расположенный, по существу, внутри данного трубчатого элемента. Первый лоток простирается на, по меньшей мере, половину, по меньшей мере, три четверти или, по меньшей мере, девять десятых длины первого трубчатого элемента и разделяет внутреннюю область первого трубчатого элемента на первые верхнюю и нижнюю камеры. Первый сегмент реактора определяет проход внутреннего течения возле одного конца сегмента первого реактора для обеспечения проточного сообщения между первыми верхней и нижней камерами.

В одном примере первый сегмент реактора содержит первый наконечник, соединенный с первым трубчатым элементом на одном конце. В другом примере первый лоток не распространяется полностью до наконечника, так что первый проход внутреннего течения задается зазором между первым лотком и первым наконечником. Кроме того, первый сегмент реактора может содержать распространяющуюся вверх перемычку, соединенную с первым лотком возле первого прохода внутреннего течения.

В другом примере первый трубчатый элемент имеет отношение длины к диаметру (L:D) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, от приблизительно 5:1 до приблизительно 20:1 или от 8:1 до 15:1. Кроме того, первый лоток может иметь длину, по меньшей мере, приблизительно 0,5L, приблизительно 0,75L или 0,9L, где первый лоток имеет обращенную вверх проточную поверхность, которая отстоит от вершины и/или дна трубчатого элемента на вертикальное расстояние в диапазоне от приблизительно 0,1D до приблизительно 0,9D, от приблизительно 0,2D до приблизительно 0,8D или от 0,4D до 0,6D. В другом примере обращенная вверх поверхность отстоит на от приблизительно 5 (12,7 см) до приблизительно 50 (127 см) дюймов, от приблизительно 10 (25,4 см) до приблизительно 40 (101,6 см) дюймов или от 15 (38,1 см) до 30 (76,2 см) дюймов от вершины и/или дна трубчатого элемента. В одном примере максимальная глубина реакционной среды на каждом лотке и/или дне каждого трубчатого элемента составляет меньше чем приблизительно 0,8D, меньше чем приблизительно 0,4D или меньше чем 0,25D. Максимальная глубина реакционной среды на каждом лотке и/или дне каждого трубчатого элемента может быть от приблизительно 1 (2,54 см) до приблизительно 40 (101,6 см) дюймов, от приблизительно 1 (2,54 см) до приблизительно 32 (81,28 см) дюймов или от 1 (2,54 см) до 24 (60,96 см) дюймов.

В одном примере первый трубчатый элемент содержит трубу. Кроме того, данная труба и первый лоток могут быть, по существу, горизонтально ориентированы.

В одном примере реактор дополнительно содержит вертикально вытянутую головную часть, где один конец первого сегмента реактора отстоит от головной части, где противоположный конец первого сегмента реактора соединен с головной частью. Дополнительно, первая верхняя и нижняя камеры могут быть обе в проточном сообщении с головной частью на данном противоположном конце первого сегмента реактора.

В одном примере отношение длины к диаметру (L:D) первого трубчатого элемента находится в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 50:1, от приблизительно 5:1 до приблизительно 20:1 или от 8:1 до 15:1, где L находится в диапазоне от приблизительно 10 (3,048 м) до приблизительно 200 (60,96 м) футов, от приблизительно 20 (6,096 м) до приблизительно 100 (30,48 м) футов или от 30 (9,144 м) до 50 (15,24 м) футов и D находится в диапазоне от приблизительно 1 (0,305 м) до приблизительно 20 (6,096 м) футов, от приблизительно 2 (0,607 м) до приблизительно 10 (3,048 м) футов или от 3 (0,914 м) до 5 (1,524 м) футов, где головная часть имеет отношение высоты к ширине (Н:W) в диапазоне от приблизительно 2:1 до приблизительно 20:1, от приблизительно 4:1 до приблизительно 15:1 или от 5:1 до 10:1, где Н находится в диапазоне от приблизительно 8 (2,44 м) до приблизительно 100 (30,48 м) футов, от приблизительно 10 (3,048 м) до приблизительно 75 (22,86 м) футов или от 20 (6,096 м) до 50 (15,24 м) футов, а W находится в диапазоне от приблизительно 1 (0,305 м) до приблизительно 20 (6,096 м) футов, от приблизительно 2 (0,607 м) до приблизительно 10 (3,048 м) футов или от 3 (0,914 м) до 5 (1,524 м) футов.

В одном примере реактор дополнительно содержит второй горизонтально вытянутый сегмент реактора, присоединенный к головной части и распространяющийся наружу от нее, где второй сегмент реактора отстранен по вертикали вниз от первого сегмента реактора. Первый и второй сегменты реактора могут распространяться наружу от, в общем, одной стороны головной части или от, в общем, противоположных сторон головной части.

В одном примере второй сегмент реактора имеет ближний конец, соединенный с головной частью, и дальний конец, отдаленный от головной части, где второй сегмент реактора содержит второй вытянутый трубчатый элемент и второй лоток, расположенный, по существу, внутри второго трубчатого элемента, где второй лоток распространяется на, по меньшей мере, половину, по меньшей мере, три четверти или, по меньшей мере, девять десятых длины второго трубчатого элемента и разделяет внутреннее пространство трубчатого элемента на вторую верхнюю и нижнюю камеры, где вторая верхняя и нижняя камеры обе находятся в проточном сообщении с головной частью на ближнем конце, где второй сегмент реактора задает второй проход внутреннего течения возле дальнего конца, делающий возможным проточное сообщение между второй верхней и нижней камерами. Дополнительно реактор может содержать первый и второй козырьки, соединенные с первым и вторым лотками соответственно и распространяющиеся в головную часть. В одном примере зазор для пара задается во втором козырьке или между первым и вторым козырьками на высоте выше высоты второго сегмента реактора.

В одном примере реактор дополнительно содержит третий горизонтально вытянутый сегмент реактора, присоединенный к головной части и распространяющийся наружу от нее, где третий сегмент реактора отстранен по вертикали вниз от второго сегмента реактора. Первый, второй и третий сегменты реактора могут иметь, по существу, идентичные конфигурации.

Численные интервалы

Настоящее изобретение использует численные интервалы, чтобы количественно описать определенные параметры, относящиеся к данному изобретению. Следует понимать, что когда даются численные интервалы, такие интервалы следует толковать как обеспечивающие буквальную основу для ограничений формулы изобретения, которые указывают только нижнее значение диапазона, а также ограничений формулы изобретения, которые указывают только верхнее значение диапазона. Например, описанный численный интервал от 10 до 100 обеспечивает буквальную основу для пункта формулы изобретения, указывающего "больше чем 10" (без верхних границ), и пункта формулы изобретения, указывающего "меньше чем 100" (без нижних границ).

Определения

Применяемые здесь термины "а", "an", "the" и "упомянутый" означают один или несколько.

Применяемый здесь термин "перемешивание" относится к работе, затрачиваемой в реакционной среде, вызывающей течение и/или перемешивание текучей среды.

Применяемый здесь термин "и/или", когда используется в перечне двух или более наименований, означает, что любое из перечисленных наименований может применяться само по себе или может применяться любая комбинация двух или более из перечисленных наименований. Например, если композиция описывается как содержащая компоненты А, В и/или С, данная композиция может содержать только А; только В; только С; А и В в комбинации; А и С в комбинации; В и С в комбинации; или А, В и С комбинации.

Применяемый здесь термин "средняя длина цепи" означает число повторяющихся звеньев в полимере. Для сложного полиэфира средняя длина цепи означает число повторяющихся кислотных и спиртовых звеньев. Средняя длина цепи является синонимом численной средней степени полимеризации (СП). Средняя длина цепи может быть определена различными средствами, известными специалистам в данной области техники. Например, 1Н-ЯМР может быть использован, чтобы непосредственно определять длину цепи на основании анализа концевых групп, и рассеяние света может быть использовано для измерения средневзвешенной молекулярной массы с корреляциями, используемыми для определения длины цепи. Длина цепи часто вычисляется на основании корреляций с измерениями гельпроникающей хроматографии (ГПХ) и/или измерениями вязкости.

Применяемые здесь термины "содержащий", "содержит" и "содержат" являются свободными переходными терминами, используемыми для перехода от указанного перед термином объекта к одному или нескольким элементам, указанным после термина, где данный элемент или несколько элементов, перечисленные после переходного термина, не обязательно являются единственными элементами, которые составляют данный объект.

Применяемые здесь термины "содержащий", "содержит" и "содержат" имеют такое же открытое значение, как "содержащий", "содержит" и "содержат", обеспеченное ниже.

Применяемый здесь термин "конверсия" используется для описания свойства жидкой фазы потока, который подвергнут этерификации, где превращение этерифицированного потока указывает процент исходных кислотных концевых групп, которые превратились (т.е. этерифицировались) в сложные эфирные группы. Конверсия может количественно выражаться как число превратившихся концевых групп (т.е. спиртовых концевых групп), деленное на полное число концевых групп (т.е. спиртовых плюс кислотных концевых групп), выраженное в процентах.

Применяемый здесь термин "непосредственно соединенный" относится к способу соединения двух резервуаров в проточном сообщении друг с другом без применения промежуточного соединителя, имеющего существенно меньший диаметр, чем данные два резервуара.

Применяемый здесь термин "этерификация" относится и к реакции этерификации, и к реакции обмена сложных эфиров.

Применяемые здесь термины "имеющий", "имеет" и "имеют" имеют такое же открытое значение, как "содержащий", "содержит" и "содержат", обеспеченное выше.

Применяемый здесь термин "горизонтально вытянутый" означает, что максимальный горизонтальный размер больше, чем максимальный вертикальный размер.

Применяемые здесь термины "включающий в себя", "включает в себя" и "включают в себя" имеют такое же открытое значение, как "содержащий", "содержит" и "содержат", обеспеченное выше.

Применяемый здесь термин "механическое перемешивание" относится к перемешиванию реакционной среды, вызванному физическим движением жесткого или гибкого элемента(ов) относительно или внутри реакционной среды.

Применяемый здесь термин "открытая площадь течения" относится к открытой площади, доступной для течения текучей среды, где данная открытая площадь измеряется в плоскости, которая перпендикулярна направлению потока через отверстие.

Применяемый здесь термин "труба" относится к, по существу, прямому вытянутому трубчатому элементу, имеющему, в общем, цилиндрическую боковую стенку.

Применяемые здесь термины "полиэтилентерефталат" и "ПЭТ" включают в себя ПЭТ гомополимеры и ПЭТ сополимеры.

Применяемые здесь термины "сополимер полиэтилентерефталата" и "сополимеры ПЭТ" обозначают ПЭТ, который модифицирован до 10 мольных процентов одним или несколькими добавленными сомономерами. Например, термины "сополимер полиэтилентерефталата" и "сополимеры ПЭТ" включают в себя ПЭТ, модифицированный до 10 мольных процентов изофталевой кислотой из расчета 100 мольных процентов карбоновых кислот. В другом примере термины "сополимер полиэтилентерефталата" и "сополимеры ПЭТ" включают в себя ПЭТ, модифицированный до 10 мольных процентов 1,4-циклогександиметанолом (ЦГДМ) из расчета 100 мольных процентов диолов.

Применяемый здесь термин "сложный полиэфир" относится не только к традиционным сложным полиэфирам, но также включает в себя производные полиэфиров, такие как, например, простые сложные полиэфиры, сложные полиэфирамиды и простые сложные полиэфирамиды.

Применяемый здесь термин "преимущественно жидкий" означает больше чем 50 объемных процентов жидкости.

Применяемый здесь термин "реакционная среда" относится к любой среде, претерпевающей химическую реакцию.

Применяемый здесь термин "остаток" относится к фрагменту, который представляет собой результирующий продукт химических частиц в конкретной реакционной схеме, или последующем составе, или химическом продукте, безотносительно того, получается ли действительно данный фрагмент из данных химических частиц.

Применяемый здесь термин "парообразный побочный продукт" включает в себя пар, образующийся с помощью желаемой химической реакции (т.е. парообразный сопродукт), и любой пар, возникающий за счет других реакций (т.е. побочных реакций) реакционной среды.

Применяемый здесь термин "вертикально вытянутый" означает, что максимальный вертикальный размер больше, чем максимальный горизонтальный размер.

Формула изобретения не ограничена описанными вариантами осуществления

Типичные варианты осуществления данного изобретения, описанные выше, следует использовать только в качестве иллюстрации и не следует использовать в ограничивающем смысле при интерпретации объема заявленного изобретения. Различные модификации к вышеописанным типичным вариантам осуществления могут быть легко сделаны специалистами в данной области техники без отклонения от объема данного изобретения, установленного в последующей формуле изобретения.

Изобретение относится к реакторам поликонденсации, которые используются для получения сложных полиэфиров в расплаве. Реактор включает горизонтально вытянутый сегмент, содержащий вытянутый трубчатый элемент и лоток, расположенный внутри трубчатого элемента, причем лоток простирается вдоль половины длины трубчатого элемента и разделяет его внутреннюю область на верхнюю и нижнюю камеры, сегмент реактора определяет проход внутреннего течения возле одного конца сегмента реактора для обеспечения проточного сообщения между верхней и нижней камерами. Способ включает осуществление химической реакции в реакционной среде в реакторе, где реакционная среда протекает в одном направлении по лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну трубчатого элемента и где реакционная среда включает сырье для поликонденсации, содержащее ПЭТ, имеющий среднюю длину цепи в диапазоне от 5 до 50. Изобретение обеспечивает высокоэффективное производство полиэфира и позволяет снизить производственные затраты. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ получения сложных полиэфиров, включающий осуществление химической реакции в реакционной среде в реакторе, содержащем горизонтально вытянутый сегмент реактора, через который течет реакционная среда, когда реакционная среда проходит сквозь реактор, где первый сегмент реактора содержит первый, горизонтально вытянутый, трубчатый элемент и первый лоток, расположенный, по существу, внутри упомянутого первого трубчатого элемента, где первый лоток распространяется вдоль, по меньшей мере, половины длины упомянутого первого трубчатого элемента, где, по меньшей мере, часть упомянутой реакционной среды течет в одном направлении по упомянутому первому лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну упомянутого первого трубчатого элемента, и где реакционная среда включает сырье для поликонденсации, содержащее ПЭТ, имеющий среднюю длину цепи в диапазоне от 5 до 50, и где упомянутая химическая реакция включает в себя поликонденсацию.

2. Способ по п.1, где упомянутый реактор дополнительно содержит вертикально вытянутую головную часть и, по меньшей мере, два горизонтально вытянутых, вертикально расположенных сегмента реактора, соединенных с упомянутой головной частью и простирающихся наружу от нее, где упомянутая головная часть обеспечивает проточное сообщение между упомянутыми сегментами реактора, где упомянутая реакционная среда проходит вниз сквозь упомянутую головную часть, когда упомянутая реакционная среда проходит из одного из упомянутых сегментов реактора в другой из упомянутых сегментов реактора, где каждый из упомянутых сегментов реактора содержит вытянутую трубу и лоток, расположенный, по существу, внутри упомянутой трубы, где упомянутая труба и упомянутый лоток, по существу, горизонтально ориентированы, где упомянутая труба имеет отношение длины к диметру (L:D) в диапазоне от 2:1 до 50:1, где упомянутый лоток имеет длину, по меньшей мере, 0,75L, где, по меньшей мере, часть упомянутой реакционной среды течет в одном направлении по упомянутому лотку и, в общем, в противоположном направлении по дну упомянутой трубы.

3. Способ по п.2, где парообразный побочный продукт упомянутой химической реакции, протекающей в упомянутых, по меньшей мере, двух сегментах реактора, объединяется в упомянутой головной части и выходит из упомянутого реактора через выход пара, расположенный возле вершины упомянутой головной части.

4. Способ по пп.2 и 3, где преимущественно жидкий продукт упомянутой химической реакции выходит из упомянутого реактора через выход жидкости, расположенный возле дна упомянутой головной части.

5. Способ по пп.2 и 3, где упомянутая головная часть имеет отношение высоты к ширине (H:W) в диапазоне от 2:1 до 20:1, где L находится в диапазоне от 3,05 до 61 м (от 10 до 200 футов), и D находится в диапазоне от 0,31 до 6,1 м (от 1 до 20 футов).

6. Способ по пп.1-3, где упомянутая реакционная среда содержит жидкость, внутри которой протекает упомянутая химическая реакция, и упомянутая жидкость содержит вспененную часть и преимущественно жидкую часть.

7. Способ по пп.1-3, где средняя длина цепи упомянутой реакционной среды увеличивается на, по меньшей мере, 10 в упомянутом реакторе.

8. Способ по пп.1-3, где жидкая фаза упомянутого сырья поликонденсации имеет среднюю длину цепи в диапазоне от 5 до 50.

9. Способ по пп.1-3, где упомянутое сырье поликонденсации поддерживают при температуре в диапазоне от 220 до 350°С, где давление паровой области в упомянутом реакторе поддерживают в диапазоне от 0 до 3999,6 Па (от 0 до 30 торр).

10. Способ по пп.1-3, где упомянутый ПЭТ представляет собой сополимер ПЭТ, содержащий, по меньшей мере, 90 мол.% повторяющихся звеньев этилентерефталата и до 10% добавленных повторяющихся звеньев сомономера.

11. Способ по п.10, где упомянутые добавленные повторяющиеся звенья сомономера получены из добавленного сомономера, выбранного из группы, состоящей из изофталевой кислоты, 2,6-нафталиндикарбоновой кислоты, 1,4-циклогександиметанола, диэтиленгликоля и комбинаций двух или более из них.

12. Способ по п.11, где упомянутый добавленный сомономер содержит изофталевую кислоту.

13. Способ по пп.1-3, дополнительно включающий извлечение продукта из выхода продукта упомянутого реактора, где упомянутая реакционная среда образует упомянутый продукт в упомянутом реакторе, где It.V. упомянутого продукта находится в диапазоне от 0,3 до 1,2 дл/г.

14. Реактор для получения сложных полиэфиров, включающий: первый, горизонтально вытянутый сегмент реактора, где упомянутый первый сегмент реактора содержит первый вытянутый трубчатый элемент и первый лоток, расположенный, по существу, внутри упомянутого первого трубчатого элемента, где упомянутый первый лоток простирается вдоль, по меньшей мере, половины длины упомянутого первого трубчатого элемента и разделяет внутреннюю область упомянутого первого трубчатого элемента на первую верхнюю и нижнюю камеры, где упомянутый первый сегмент реактора определяет первый проход внутреннего течения возле одного конца упомянутого первого сегмента реактора для обеспечения проточного сообщения между упомянутой верхней и нижней камерами.