CN1009651B - 高分子量聚酯的生产工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种生产高分子量线形聚酯的工艺和装置，在该工艺和装置中，先制取一种可泵唧的物质(特别是由对苯二酸与碱性二醇制取可泵物质)，然后在两级或多级的反应器系统中进行酯化，随后在至少一个真空反应器中，在真空下缩聚，利用酯化反应设备的余热，使真空反应器产生真空，蒸汽冷凝用的水也是取自工艺蒸汽。

Description

本发明涉及聚对苯二甲酯乙酯、聚对苯二甲酸丁酯，以及它们的共聚物等一类高分子聚酯的生产工艺和实施该工艺所用的装置。在此工艺中，先制取一种可泵的浆料，特别是由对苯二酸与碱性二醇制取可泵浆料，然后在两级或多级反应器系统中酯化，随后在至少一个真空反应器中，在真空下进行缩聚。此工艺的特点在于，上述至少一个真空反应器的真空是利用酯化反应器系统的余热而产生的。也就是说，该余热以工艺蒸汽的形态，作为动力流，供给蒸汽喷射真空系统，以产生真空。此工艺蒸汽在真空装置中冷凝成工艺水，又可作为冷却水，循环供给真空装置，再次供工艺蒸汽冷凝用。

一种以对苯二酸和乙二醇为原料的连续生产聚对苯二甲酸乙酯（PETP）的已知工艺，将参照图1的装置加以叙述。把对苯二酸和乙二醇，以适合于酯化反应的比例，加入混合槽1中，用泵2将它泵入酯化反应器3中，在温度为240～280℃，压力0.1-8巴的条件下，有80～90%转化为对苯二甲酸双（2-羟乙基）酯。该反应动力学地产生的水，以水蒸汽的形态，和放出的乙二醇蒸汽一起进入分离塔4，在塔4的顶部引出纯的水蒸汽，并在冷凝器6中冷凝。冷凝液收集在容器7中，并通过泵把一部分冷凝液再返回分离塔4，作为回流液，同时，反应水从容器7排出。反应产物送入下一台反应器8，在此基本上完成酯化反应。将反应水蒸汽和放出的乙二醇全部冷凝，并送入回收装置。酯化产物进入第一台真空反应器9，它做成脱气容器的结构，其中有加热盘管，用于补偿予缩合物的热损以及因乙二醇、齐聚物和剩余水在蒸发过程中蒸发时造 成的热焓损失。予缩合作用在第二台真空反应器10中继续进行，其搅拌叶栅对聚合物的生成以及反应物乙二醇的排出有良好的作用。

最终的缩合反应发生在第三真空反应器11中，它可以做成一台转盘式反应器。最终的熔融聚酯产物通过该反应器出口的泵12排出，并送到纺丝装置中。反应器9、10、11分别接以一套真空装置12、13、14，以产生100至0.1毫巴的不同真空度。真空装置12、13做成例如乙二醇-液体泵，乙二醇15离开喷射泵12、13，同时流入管道回路，而且不断聚集于回收装置中。在真空反应器9、10、11与真空装置12、13、14之间，装置有喷雾冷凝器16，从各真空反应器放出的乙二醇蒸汽和齐聚物即凝聚于此。冷却液是乙二醇，它藉喷嘴喷出。凝聚下来的乙二醇也集中到收集容器中。使最终缩合反应器11产生真空的真空装置14是多级式结构，也就是说，喷射泵17与喷雾冷凝器16相连，而17也可以是多级式结构，而且最好将它做成蒸汽喷射泵，17与直接接触冷凝器18相连，18的出口接到第二喷射泵19，19又再一次导入第二直接接触冷凝器20，20的出口则接到第三喷射泵21。对喷射泵17、19、20供以直接蒸汽22，而接触冷凝器18、20则用冷却水23操作，23部分来自冷凝器18、20和喷射泵21的冷凝水，但必须供应一部分淡水，以避免冷却水在回路中浓缩。冷凝液收集于容器24中，并用泵25送到热交换器26或类似设备中。富集有乙二醇、醛和其它分解产品的冷凝液从气压容器24溢流出去，通入废水系统。

其它装置，如带有旋转泵或乙二醇蒸汽与液体的喷射泵的机械真空泵也可以用作真空装置，只要它们考虑到产品的特殊需要即可。还可以为了冷凝和分离反应蒸汽和齐聚物而正确地设置上游的装置。

各已知工艺的特征特别在于，其热效率较低，约为30%，此外，在已知工艺中还发生相当大程度不希望有的支流，这会导致废水污染，或增加回收设备或废水处理的污物。另外，所有已知的真空装置都必须从外部藉外加的能源进行操作，而且维修费和基本费用很高。

本发明的中心问题是要改进已知的高分子量聚酯的生产工艺，在本发明中，总的效率得以提高，也就是说，由于减少了初用能源的使用，工厂设备便可更经济地操作。此外，废水的污染必须减至最低限度，且操作的可靠性也需改善。此问题可藉本发明的装置加以创造性的解决。本发明装置乃高分子量聚酯连续生产用的装置。它包括至少一套酯化反应用的两级反应器系统，特别是对苯二酸与碱性二醇的酯化反应系统;和至少一台缩聚用的真空反应器;此外还装备有一套真空装置，用以在至少一个真空反应器中产生真空。该装置的特征在于，真空装置（14、28、29）采取多级式结构，它有至少一台蒸汽泵（30、32、33、35、37、17、19、21），它们经蒸汽供气管（38）与反应器系统（3、4.8）相连。正是本发明装置的这一特征创造性地解决上述问题。

已经发现，由酯化反应阶段得到的工艺蒸汽可以以良好的操作可靠靠性来操作蒸汽真空泵，从而提高了效率。也已证明由工艺蒸汽得到的工艺水，在脱气以后适于用来冷凝喷射泵的动力流。与其它工艺相比，本发明使废水量减少约60%，这是由于以下事实造成的，即系统所需全部用水皆可由工艺本身来满足，也就是说，不需要为了避免在冷却回路中的浓缩作用而补充以额外的、处理过的水。作为本发明工艺的结果是已经能够减少化学废水和生物废水的总污物量约达40%。本发明的另一个优点是，喷射泵文丘里管的最狭截面的直径可以作得较大，因为工艺蒸汽具有2至3巴的过压，所以大大增加了检测泵的无故障操作周期，结果就不需要像其它工艺所必须的一样采用双列真空泵。

下面，参照附图所示的装置，更详细地叙述本发明。

图1是根据现有技术，为实施高分子量聚酯连续生产工艺所需的一套装置。

图2是按照本发明连续生产高分子量聚酯工艺所需装置的简图。

图3是作为图2的另一种形式的简图。

在图2所示的本发明装置的简图中，与图1相同的部分采用与它相同的标注。将真空装置28、29和14做成蒸汽喷射泵的装置，真空装置28、29使予缩用的真空反应器9、10产生真空，真空装置14则和最终缩合反应用的真空反应器11相连。

真空装置28与真空反应器9相连，28是两级式线构，而且包括一个与喷雾冷凝器相接的蒸汽喷射泵30，一个与30相接的直接接触冷凝器31，以及一台接到接触冷凝器31出口的蒸汽喷射泵32。

第二真空反应器10的真空装置是三级式结构，它有一台喷射泵33，一台与之相连的直接接触冷凝器34，下面一级则包括喷射泵35和直接接触冷凝器36，而再下一级是喷射泵37。

对苯二酸与乙二醇在酯化反应反应器3或酯化反应器组3、8中酯化产生的水汽或蒸汽，从分离塔4流出，作为过程蒸汽，而且分为两股气流，其中一股流入蒸汽供气线38的工艺蒸汽压力在0.1至8巴之间，它作为动力流供给蒸汽喷射泵30、32、33、35、37、17、17a、19、21。其中直接位于喷射冷凝器（16）后面的蒸汽喷射泵（30、33、17）装配有夹套，而且最好被加热到290～330℃。蒸汽供气线38可以装设一种附加的加热器39，它加热工艺蒸汽至沸腾温度以上，它增加了喷射泵动力蒸汽喷咀的寿命。使上述各真空装置中最后一个蒸汽喷射泵的蒸汽分别地进行全冷凝，且与工艺蒸汽的残余气一起被脱气，然后回到水循环回路中。在真空装置28、29、14的喷射泵和直接接触冷凝器中已冷凝的工艺蒸汽全部收集于气压容器40，用泵41泵入冷却塔42，在42中进行脱气和冷却。然后用泵43，使上述已处理过的工艺水，经管线44，泵入真空装置28、29、14的直接接触冷凝器31、34、36、18、20，用以冷凝动力蒸汽。冷却塔42中因雾化、蒸发以及淤泥带走而损失的水，可由分离塔4供给的工艺蒸汽所不断产生的工艺水加以补充。多余的工艺水则经容器40，从工艺流程中排出。

由分离塔4放出的第二股工艺蒸汽，经管线45通向热交换器46。通过支管47而从回路44供给一部分工艺水。用上述热交换器将其加热至沸点，并经过流量调节器48，使它作为回流液流入分离塔4。在热交换器46后面，在管线45中接有一个压力调节器49，它使反应器系统3、4和为蒸汽喷射泵供气的蒸汽供气线38保持恒定的压力。剩余的蒸汽和冷凝液通过管线45上的热交换器46，引入真空反应器9、10、11的真空装置28、29、14中的一个直接接触冷凝器，或者引入到一个单独的直接接触冷凝器50中，使之全部冷凝。

利用工艺蒸汽以产生真空的先决条件是，从真空反应器抽出的气体是没有杂质的，尤其是不能有齐聚物和乙二醇。因此，把真空装置的上游连接喷雾冷凝器16和/或分离器，从真空反应器9、10、11排出的乙二醇蒸汽即在上述装置中凝聚，并在此富集有这种杂质。这些物质随后被夹带到真空装置中，但根据拉鸟尔定律，它们须呈饱和状态，因此只有很小量杂质被抽到真空装置中。为使离开真空反应器的乙二醇蒸汽凝聚，而使它通过喷嘴喷入喷雾冷凝器，此喷雾的乙二醇于10与30℃之间的适宜温度下循环流动。即喷雾冷凝器16是用乙二醇在10℃与30℃之间操作的，将此冷凝器16接在真空反应器（9、10、11）与真空装置（28、29、14）之间。喷雾冷凝器16可以后接以齐聚物分离器（图中未示），它可以装备一个分离用滤布。将10℃至30℃温度下的乙二醇喷雾到多层滤布上，并在底端将它除去到收集容器中。

实施例1

在按照图1的装置中，生产100吨/天的聚酯时，生产单位最终产品聚对苯二甲酸乙酯的热耗确定为745千瓦/1000公斤。

实施例2

在按照图2的装置中，生产100吨/天的聚酯时，生产单位最终产物聚对苯二甲酸乙酯的热耗确定为595千瓦/1000公斤。因此，应用本 发明可以节省大约20%的初用能源。在反应塔3、4中可以使大约45%的工艺蒸汽得到应用。

实施例3

在按照图1的装置中，生产100吨/天的聚酯时，生产单位最终产物聚对苯二甲酸乙酯的冷却水消耗量确定为88米³/1000公斤。

实施例4

在按照图2的装置中，生产100吨/天的聚酯时，生产单位最终产物聚对苯二甲酸乙酯的冷却水消耗量确定为42米³/1000公斤。因此，应用本发明就能节省大约63%的冷却水。

实施例5

按照图1的装置生产100吨/天聚酯时，生产每单位最终产品对苯二甲酸乙酯产生的废水量确定为310公斤/1000公斤。

实施例6

按照图2的装置生产100吨/天聚酯时，生产每单位最终产品对苯二甲酸乙酯产生的废水量确定为120公斤/1000公斤。

因此，对于大致相同浓度的有机物来说，由于使用了本发明，废水量减少约60%以上。

其它装置示于图3，其中，喷射泵32、37、21的残余蒸汽，以及热交换器46下游中未使用的工艺蒸汽，都在直接接触冷凝器50中被凝聚和脱气。该冷凝器经过气压容器40，再次送到回路中。这种结构的优点是，由于冷凝器50中的温度比冷却塔42高，有助于酯化和缩聚过程中产生的气体或低沸点成分的分离，结果废水系统的污染较小。这种情况下可以用一台水/水热交换器代替冷却塔42。

Claims (18)

1、一种高分子量聚酯的生产工艺，其中，先制取一种可泵的浆料，特别是由对苯二酸与碱性二醇制取可泵的浆料，然后在两级或多级结构的反应器系统中进行酯化，随后在至少一个真空反应器中，在真空下进行缩聚，其特征在于，利用反应器系统排出的余热，使至少一个真空反应器产生真空。

2、按照权利要求1的工艺，其特征在于，把该余热以工艺蒸汽的形态，供给产生真空用的蒸汽喷射泵装置，作为其动力流。

3、按照权利要求2的工艺，其特征在于，作为动力流的工艺蒸汽被冷凝于真空装置中，所产生的工艺水则作为冷却水，循环供给真空装置，再次用于工艺蒸汽的冷凝。

4、按照权利要求3的工艺，其特征在于，将工艺水的一部分循环液流加热，并作为回流液返回到反应器组中。

5、按照权利要求1至4中的一种工艺，其特征在于，把离开反应器系统的工艺蒸汽分为两股气流，其中一股气流通过热交换器使部分循环水加热。

6、按照权利要求5的工艺，其特征在于，把热交换器流出的部分已冷凝的工艺蒸汽供应到真空装置中的一个真空器中，使其全部冷凝。

7、按照权利要求5的工艺，其特征在于，使各真空装置的最后一级喷射泵的蒸汽单独地进行全冷凝，并与工艺蒸汽的残余气体一起进行脱气，然后返回水的循环系统中。

8、按照权利要求1至4中的一种工艺，其特征在于，把离开真空装置的工艺水冷凝液收集于一个气压容器中，并用冷却塔进行脱气和冷却。

9、按照权利要求1至4中的一种工艺，其特征在于，把工艺蒸汽加热到沸点以上的温度。

10、按照权利要求1至4中的一种工艺，其特征在于，工艺蒸汽在蒸汽供气管（38）中的压力是在0.1与8巴之间。

11、一种以权利要求1所述工艺连续生产高分子量聚酯的装置，该装置具有至少一套酯化反应用的两级反应器系统，特别是用于对苯二酸与碱性二醇的酯化，以及至少一台缩聚用的真空反应器，其中装有一套真空装置，用以在至少一个真空反应器中产生真空，其特征在于，该真空装置（14、28、29）有至少一台蒸汽泵（30、32、33、35、37、17、19、21），它们经蒸汽供气管（38）与反应器系统（3、4、8）相连。

12、按照权利要求11的装置，其特征在于，至少一个蒸汽泵做成一个蒸汽喷射泵，它与一个直接接触冷凝器（31、34、36、18、20）相连，气压容器（40）是为收集已冷凝的工艺蒸汽而设置的，它与冷却塔（42）相连，而连结到冷却塔（42）的循环管线（44），使由直接接触冷凝器得到的工艺水返回使用。

13、按照权利要求11的装置，其特征在于，管线（45）进一步通到至少一个直接接触冷凝器（31、34、36、18、20），将此管线接到反应系统（3、4），中间接以一台热交换器（46），循环管线（44）的一根支管（47）通过热交换器（46），并进入反应系统（3）、（4）。

14、按照权利要求11的装置，其特征在于，喷雾冷凝器（16）是用乙二醇在10℃与30℃之间操作的，将此冷凝器（16）接在真空反应器（9、10、11）与真空装置（28、29、14）之间。

15、按照权利要求14的装置，其特征在于，直接位于喷雾冷凝器（16）后面的蒸汽喷射泵（30、33、17）装配有夹套，而且最好加热到290至330℃。

16、按照权利要求11的装置，其特征在于，有若干台真空反应器（9、10、11），其中每一台皆与一套真空装置（28、29、14）相连。

17、按照权利要求11的装置，其特征在于，该真空装置以多级形式构成。

18、按照权利要求10至17中的一种装置，其特征在于，有一台单独分开的直接接触冷凝器（50），它用工艺水使蒸汽泵（32、37、21）和管线（45）中的残余蒸汽全部冷凝和脱气。

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