CN101460241A - 终端反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于流动介质的反应器装置(25)，特别地，涉及一种用于聚合物缩聚产生聚酯的反应器装置。所述反应器装置具有在反应器壳体(1)中旋转的转子，且所述转子通过依靠突出于所述反应器壳体(1)端壁的短轴装置的安装件(4)水平安装；所述反应器壳体具有入口和出口(31，32)，以及在所述反应器壳体内，环形膜元件(8)设置在所述转子上，而脱料器在所述反应器壳体的内表面上，设置于所述环形膜元件(8)之间；从而所述圆柱状转子具有至少局部加热的部分。

Description

终端反应器
技术领域
依据独立权利要求的前序部分，本发明涉及一种用于流动介质的反应器装置，特别地，涉及一种用于聚合物缩聚产生聚酯的反应器装置。
背景技术
德国专利文献DE 44 47 422 A1中公开了这种类型的反应器装置。该装置包括具有入口和出口的反应器壳体，和在该反应器壳体中旋转的转子；所述转子通过具有真空紧密封、依靠突出于所述反应器壳体端壁的短轴装置的安装件水平安装；环形输送元件设置于所述转子上。从而所述转子包括有孔的中空圆柱体(有孔的篮状框体)，于是所述环形元件安装在所述转子上。
前述反应器装置特别地用于粘性单体和/或预聚物的缩聚。然而，事实证明，相对于已知系统而言，不可能通过简单的方法以合理的生产成本，用这种类型的反应器装置生产高粘聚合物产品，并同时实现提高终端产品的质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的为提供一种用于流动介质，特别是用于聚合物缩聚产生聚酯的反应器装置。采用该反应器装置，就能以简单的方式在该反应器中生产出质量优良且具有规定驻留时间频谱(dwell time spectrum)的高粘度聚合物产品，同时获得高的分子量。该反应器可在整个低压到高压的范围内运行，也能在高达350℃的温度下运行。
依据本发明，通过独立权利要求中特征部分的技术特征和前序部分的技术特征一起实现这个目的。从属权利要求揭示了进一步的改进。
依据本发明提出的圆柱状转子本身具有至少局部可加热或可冷却的部分。由于所述圆柱状转子具有至少局部可加热或可冷却的部分的结构，使得在生产高粘聚合物产品时没有所谓的“哑点(dead spots)”产生。这样的哑点能导致超粘和高度结晶的沉积物，而这样的沉积物会降低终端产品(end product)的质量。
因此所述转子的加热或冷却可以被构造为：将所述转子全部加热或全部冷却，或者将所述转子分成两部分，以及事实上，分成一个不加热的部分和一个可加热/可冷却的部分；所述可加热/可冷却的部分置于出口侧；所述可加热/可冷却的部分被设置为大体覆盖该高粘区，而所述不加热的部分被设置为大体覆盖该低粘区。根据该聚合物，所述水平设置的转子的三分之一到三分之二可由所述加热部分构成，所述加热部分置于出口侧。
在持续加热/冷却转子的情况下，通过适当的测量产生相应的温度梯度是有利的；所述温度梯度起始于入口处的低温，也就是低粘区中的低温，终止于出口处所述高粘区中的高温。
优选地，所述反应器装置构造为具有一个不加热的部分和一个出口侧的可加热/可冷却的部分。所述可加热/可冷却的部分位于高粘区，并在水平延伸方向上占整个水平反应器的三分之一到三分之二。
在依据本发明的反应器中，所述不加热的部分较佳地由有孔的篮状框体构成，所述可加热/可冷却的部分较佳地由封闭的框体构成。位于高粘区的所述封闭的框体较佳地另设有加热部件，所述加热部件可构造为用于传热油(heattransfer oils)或电辐射加热(electric radiation heating)的双层护套。从所述有孔的篮状框体到所述封闭的篮状框体之间的过渡构造为长的锥体，该锥体体现了从中等粘度滞留(sump)运行到高粘几乎无滞留(sump-free)运行的过渡的特征。
当选用液态热载体时，所述篮状框体的加热/冷却通过依靠引入的驱动轴来实现，所述驱动轴周围和内部均包有隔热层，这使得非必需的热量不被传导至搅拌器(agitator)的轴承(bearings)和密封件(seals)上。所述驱动本身构造为为具有扭矩变换轴承的滑套(slip-on)齿轮机构。
依据本发明，所述有孔的框体的直径与反应室的直径的比在0.5和0.6之间；所述封闭的框体的直径与所述反应室的直径的比在0.65到0.75之间。进一步地，所述反应室的L/D比值(长度值(L)比直径值(D))为1到3.5被证明是有优势的，优选为1.5到3.0，尤其是2.5到3。
本发明的另一个特点是所述环形膜元件构造为管状冠体，具有不同几何形状的网状金属管结构夹在所述管状冠体和所述转子的表面之间。与先前的经验相反，已经揭示出带有高粘聚合物、包含矩形侧断面和轮辐(spokes)的表面成型的环结构不是一个优选的解决方案；所述轮辐具有圆形或多边形(例如六角形)的孔。而揭示出用于支撑结构的圆形横截面(管子)有助于聚合物的收缩和条痕与膜的形成。所述管子结构使得可利用三角形和/或菱形形状的孔，在所述孔中，实施用于形成膜的拉伸(drawing)。这些孔可置于管状渐开线(involutes)上；所述渐开线产生与所述篮状框体的连接，并确保归因于所述篮状框体的旋转运动，所述膜的表面的扩大始终能实现。这样的配置还具有优点：在脱料器(stripper)上实施柔和的剪切(拉伸切割)，其结果是能量输入大大减少。
进一步地，同管环上的矩形侧断面相比，静止水平表面的结果导致质量上的损失，聚合物在其上可存留较长时间的静止水平表面不能形成，这一点是有利的。在圆形横截面上，聚合物与形成的膜包裹所述横截面，于是在所述聚合物上重力开始起作用。相应的结果是连续的物质交换和特别薄和稳定的产品膜的不断形成，使得流动的反应物或溶剂迅速蒸发。
所述管状膜元件设置在所述转子上并垂直于所述容器的轴线。
正如现有技术发展水平中已知的那样，脱料器设置在每对管状膜元件之间。然而，在依据本发明的反应器设备的情形下，在所述不加热的部分的区域中，也即在所述有孔的篮状框体的区域中安装脱料器(定子(stators))；以及在所述加热/冷却的区域中，也即在所述封闭的框体的区域中安装所谓的输送脱料器(conveyer stripper)和反脱料器(counter-stripper)是优选的。所述脱料器/输送脱料器和反脱料器的目的是：经由所述管状冠体从滞留区抽出的聚合物块被限定为一样，同时避免了在中间区域中产生闭合的聚合物桥。因此，优选地脱料器以相切的方式安装在所述篮状框体的底部边缘。所述脱料器/输送脱料器和反脱料器的更进一步的目的是：在所述封闭的框体上形成的珠子通过所述管状冠体，以及从光滑的篮状框体壁上流下的聚合物珠子变为薄层，所述聚合物块在滞留区中被收集。
在流动方向上，安装在每对膜元件之间的所述输送脱料器和安装在所述框体另一侧的所述脱料器确保所述珠子和累积在两个管状冠体之间中间区域的聚合物块同时通过下一个磨盘(disc)，从而实现了所述管环与所述框体连接点处的自动清洗，同时实现所述管环与所述框体连接点处的自动重载。所述脱料器构造为三角形横截面的形式，其一边定位偏离水平线，以达到输送效果。
依据本发明的反应器装置的另一个特点是：所述可加热/可冷却的篮状框体设置为和所述反应器端盖之间有小空隙。在所述篮状框体的外周边，装有弹性圆周刀状脱料器元件以消除所述端盖的污染。所述中间区域可由惰性气体吹扫。
此外，较佳地在卸料区装有月牙形的置换器，该置换器确保了通向泵的吸入口的固定无隙(dead space-free)过渡，且该置换器被设置为与聚合物滞留区成特定角度。为了实现聚合物最优的最后除气，在所述置换器前面装有一个或多个环形膜元件，并且同再循环脱料器一起，保证对所述泵的聚合物供应。
在依据本发明的反应器装置的情形下，必需强调的另外一点是，聚合物出口连接件具有矩形构造是有益的；矩形的长边设置为与容器的轴线成直角，从而通过脱料器的产品供应能实现最优的卸料齿轮泵的填充。优选地，所述聚合物出口连接件为矩形块法兰，所述矩形块法兰构成了与容器壁中的加热护套的连接；同常规方式不同，所述矩形块法兰不是设置为垂直于容器的中轴，而是设置为在所述篮状框体的旋转方向上平行。其结果是，确保所述齿轮泵得到恒定和完整的供应。
在依据本发明的反应器装置的情形下，在所述反应器较高区域中的纵向位置上布置气体真空管(蒸汽连接件)是更加有利的，尤其是把该管刚好布置在高粘区之前，例如在大约反应器长度的60％之后。为了防止在进入该管的过渡点处气体流的紊乱，过渡截面收缩比率优选为(2-3):1；特别优选地，在所述篮状框体的旋转方向上，从该容器的上中线处倾斜10°-30°。为了在所述反应器的高粘部分之前，便利地将溶剂或反应气的主要块去除，另外一个蒸汽管可以设在反应器壳体的第一个三分之一处。
本发明进一步涉及上述用于聚合物缩聚，特别是用于聚酯的装置的使用。依据本发明的所述装置较佳地能在缩聚过程中，被进一步用作所谓的终端反应器(end reactor)。
附图说明
下面参照图1至图4，详细阐述本发明，而并不限制本发明的主题。示出了：
图1为依据本发明的反应器装置的纵向剖面图；
图2为所述反应器装置的横截面图；
图3为所述环形膜元件的结构图；
图4为所述端盖结构的局部视图。
具体实施方式
图1示出了依据本发明的反应器装置25的具体实施例，以纵向剖面图表示。所述反应器装置25包括具有加热双层护套2的反应器壳体1；所述反应器壳体1在入口侧设有带有加热护套3的盖、以及所述反应器壳体1在出口侧设有带有焊接缝(welded lip)的端盖5。带有真空紧密封4的安装件，依靠突出于所述反应器壳体1端壁的短轴装置，在反应器25中水平安装旋转转子；所述反应器壳体端壁构成盖3，5。在依据图1的实施例中，所述水平安装的旋转转子由有孔的被搅动(agitated)的篮状框体6和封闭加热被搅动的篮状框体7构成。从有孔的篮状框体到封闭的篮状框体的过渡构造为长的锥体22。依据本发明由作为封闭框体7的加热部分和作为有孔的篮状框体6的不加热部分形成的所述转子的构造的优点是：在反应器中能实现具有高分子量的高粘聚合物产品的生产，例如生产具有高纯度的聚酯。由于从有孔的篮状框体到封闭的篮状框体之间的过渡为长的锥体22，协助了从中等粘度滞留运行到高粘度几乎无滞留运行的过渡。
依据图1所示的实施例中，所述封闭的被搅动的篮状框体7是由双层护套23加热的。
安装在所述可旋转的转子6，7上的该环形膜元件8由管状冠体28和夹在所述管状冠体28和所述转子的表面之间的网状金属管结构12形成，所述环形膜元件8的具体构造如图2所示。
依据本发明的反应器装装置25的另一个特点是：脱料器、输送脱料器和/或反脱料器11，13，14，15设置在每对环形膜元件之间。在依据图1所示的实施例的情形下，刀式脱料器11安装在不加热的部分6的区域，也即安装在有孔的被搅动的篮状框体的区域，该区域基本由低粘区所界定。在基本由高粘运行所界定的所述加热部分的区域中，安装有具有三角形剖面和/或支撑翼剖面的输送脱料器13和同样具有三角形剖面的反脱料器14。由于脱料器、输送脱料器和/或反脱料器11，13，14，15的不同排列和构造的这种特定结构，几乎最优的膜成型和自清洗得以实现。在图1所示的反应器装置(25)的实施例中，为了进一步协助优化的膜成型，同样也提出了依据图1的反应器装置25的具体实施例，在入口侧装有短轴脱料器18，在出口侧装有弹性刀片21。还必需强调的是，在依据本发明的反应器装置25的情形下，直到端盖5的环状膜元件8的排列使得最优除气过程得以实现。因此，含有低含量非必需的副产品的聚合物终端产品得以生产，对于聚酯而言，副产品特指低含量的乙醛。在反应器装置25，通过至少一个蒸汽连接件17，优选地，如图1所示，通过两个蒸汽连接件17，实现排出产生的气体。作为依据本发明的反应器装装置25的又一个特征，必需提到卸料泵19直接集成在反应器壳体1中。因此，优选地，分配给所述卸料泵19的聚合物出口连接件为直接集成在加热护套2中的矩形块法兰，与常见情形不同，所述矩形块法兰不是垂直于容器的中轴，而是设置为在所述篮状框体的旋转方向上平行(同样参见图2)。其结果是，产品被吸取的尽可能干净，因为产品通常在所述篮状框体的水平方向之外的旋转方向上累积。更有利的是，在依据本发明的反应器装置中的端盖置换器16也安装在所述端盖上，以向卸料泵19中，实现高粘聚合物的最优供给，同时消除了固定间隙的产生。在图1中，对于安装在所述壳体2中的水平篮状框体的驱动传送或马达用标号20指示。
在图2中示出了图1中所描述的反应器25的横截面。特别地，在旋转方向上，图2示出了卸料泵19在旋转方向上的平行位移，以及在所述壳体1中的矩形块法兰26的集成；此外，图2也示出了分别具有三角形剖面的输送脱料器13及反脱料器14的布置。在逆流中的所述输送脱料器用标号15指示。图2同样示出了在封闭加热被搅动的篮状框体7上的环状膜元件8在截面上的布置。所述环形膜元件8包括管状冠体28和带有管渐开线(involutes)和菱形(lozenges)的管环。与在图1中一样，蒸汽或真空管再次用标号17指示，标号16用于指示所述端盖置换器。
图3示出了所述环状膜元件8的具体构造，在图3中示出了没有转子的膜元件8的截面。所述环形膜元件8包括管状冠体28和带有管渐开线和菱形12的管环。特别地，示出了用于支撑结构的圆形横截面，如管子，协助聚合物的收缩和条痕及膜的形成。如图3所示，管子构建成三角形或菱形开口，在这些开口中实施用于形成膜的拉伸。这些孔可以设置在管状渐开线上，所述渐开线产生了到所述篮状框体上的连接，以及由于所述篮状框体的旋转运动，确保膜表面的扩大始终能够实现。这样安排的另一个优点是在脱料器上产生柔和的剪切(拉伸切割)，其结果是能量输入大大减少。此外，图3也示出了管子的、渐开线的、以及三角形切口的相应尺寸。渐开线或菱形的尺寸是作为将要生产的聚合物和相应的粘度的函数选定的。至于高粘聚合物的情况，要选用相应的大尺寸；然而，图3示出的尺寸对低粘度产品更有利。
图4再次以放大的方式示出了依据本发明图1所示的反应器装置25的端盖结构5的图示。如图4所示，依据图1所示的实施例具有弹性脱料器21，该弹性脱料器21通过螺丝安装有封闭篮状框体7的加热护套，此外，点焊(spotweld)30也可能存在。构造为刀形的弹性脱料器21确保阻止对带有产品的端盖的污染。进一步地，由所述弹性脱料器21和端盖5所限定的空间可由惰性气体吹扫。

Claims (22)

1、一种用于流动介质的反应器装置(25)，特别是用于聚合物缩聚产生聚酯的反应器装置，所述反应器装置具有在反应器壳体(1)中旋转的转子，且所述转子通过依靠突出于所述反应器壳体(1)端壁的短轴装置的安装件(4)水平安装；所述反应器壳体具有入口和出口(31，32)，以及在所述反应器壳体内，环形膜元件(8)设置在所述转子上，而脱料器在所述反应器壳体的内表面上，设置于所述环形膜元件(8)之间，其特征在于：所述圆柱状转子具有至少局部可加热/可冷却的部分。
2、根据权利要求1所述的反应器装置，其特征在于：可加热/可冷却的部分设置在所述出口(32)的方向上，以及不加热的部分设置在所述入口(31)的方向上。
3、根据权利要求1或2所述的反应器装置，其特征在于：该圆柱状转子的所述不加热的部分构造为有孔的篮状框体(6)；以及该圆柱状转子的所述可加热/可冷却的部分构造为封闭的框体(7)。
4、根据权利要求1-3任一项所述的反应器装置，其特征在于：所述有孔的框体的直径与反应室的直径的比在0.5和0.6之间；以及所述封闭的框体的直径与所述反应室的直径的比在0.65到0.75之间。
5、根据权利要求1-4任一项所述的反应器装置，其特征在于：所述反应室的L/D比值(长度值(L)比直径值(D))为1到3.5，优选为1.5到3.0，尤其是2.5到3。
6、根据权利要求1-5任一项所述的反应器装置，其特征在于：所述封闭的框体(7)具有可加热/可冷却的双层护套(23)。
7、根据权利要求1-6任一项所述的反应器装置，其特征在于：从所述有孔的篮状框体(6)到所述封闭的框体(7)的过渡构造为锥体(22)。
8、根据权利要求1-7任一项所述的反应器装置，其特征在于：在水平延伸方向，所述水平设置的转子的三分之一到三分之二由所述可加热/可冷却的部分构成，所述可加热/可冷却的部分设置于所述出口侧。
9、根据权利要求1-8任一项所述的反应器装置，其特征在于：脱料器(11)只配置在所述不加热的部分，以及输送脱料器(13)配置在所述可加热/可冷却的部分。
10、根据权利要求9所述的反应器装置，其特征在于：所述输送脱料器(13)设置为相对于所述脱料器(11)径向偏置；所述脱料器(11)配置在所述不加热的部分的区域。
11、根据权利要求9或10所述的反应器装置，其特征在于：在所述可加热/可冷却的部分的区域中，反脱料器(14)相向于所述输送脱料器(13)配置。
12、根据权利要求9-11任一项所述的反应器装置，其特征在于：所述输送脱料器(13)和/或所述反脱料器(14)具有三角形构造。
13、根据权利要求1-12任一项所述的反应器装置，其特征在于：所述环形膜元件(8)由管状冠体(28)和网状金属管结构(12)形成；所述网状金属管结构(12)夹在所述管状冠体(28)和所述转子表面之间。
14、根据权利要求13所述的反应器装置，其特征在于：所述网状金属结构构成菱形形状和/或三角形的开口。
15、根据权利要求1-14任一项所述的反应器装置，其特征在于：卸料泵(19)直接安装在所述反应器壳体(1)上。
16、根据权利要求1-15任一项所述的反应器装置，其特征在于：所述反应器壳体(1)具有可加热的双层护套(2)。
17、根据权利要求1-16任一项所述的反应器装置，其特征在于：端盖置换器(16)设置在所述封闭的框体(7)的出口侧端部。
18、根据权利要求1-17任一项所述的反应器装置，其特征在于：包括弹性刀片的密封件(21)设置在所述壳体的端盖(5)和所述可加热/可冷却的篮状框体(7)之间，所述壳体的端盖(5)和所述可加热/可冷却的篮状框体(7)之间由惰性气体吹扫。
19、根据权利要求1-10任一项所述的反应器装置，其特征在于：设置有一个或两个蒸汽管(17)用于排气，以及该蒸汽管通过锥体连接到所述反应器装置，蒸汽管与锥体的表面比率为(2-3):1。
20、根据权利要求19所述的反应器装置，其特征在于：相对于垂直容器的轴线，所述蒸汽管(17)配置成具有0到30度的角。
21、根据权利要求1-20任一项所述的用于聚合物缩聚，特别是用于聚酯的反应器装置的使用。
22、根据权利要求21所述的反应器装置的使用，其特征在于：所述装置用作终端反应器。
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