CN103313784A - 用于执行聚合反应的批量反应器和方法 - Google Patents

Abstract

一种批量反应器，其包括反应容器，反应容器是纵向形状的并且具有包围反应容器的反应空间的侧壁。反应容器布置为用于将包括聚酰胺和/或液体单体成分的反应混合物保持在反应空间中。反应器还具有进一步包围反应空间的底壁。侧壁在反应容器的纵向方向上延伸，所述纵向方向在使用中朝上定向。批量反应器具有外部换热器，外部换热器用于与反应空间交换热量以使得能够进行聚合反应。外部换热器至少覆盖侧壁的一部分。批量反应器包括设置在反应空间中的内部换热器。内部换热器至少部分地被外部换热器围绕。批量反应器包括用于传送反应混合物的搅动器。

Description

用于执行聚合反应的批量反应器和方法

技术领域

本发明涉及一种用于执行聚合反应的批量反应器（批式反应器，batchreactor），并且所述聚合反应优选地是缩聚反应，以便由液体单体成分形成特别是聚酰胺的聚合物。本发明还涉及一种用于通过批量反应器由液体单体成分形成特别是聚酰胺的聚合物的聚合反应的方法。

背景技术

诸如聚酰胺（例如聚酰胺66）的聚合物可以由连续过程中的反应制造出来。然而，可替换地，其可以在批处理过程中制造。此批处理的一个优点是其提供了处理的灵活性。可以通过改变批量中的处理条件来制造出相对宽范围的不同产品，以使不同的批量具有不同的处理条件。如果此不同的处理条件施加在连续的过程中，通常将会在改变处理条件下产生过渡材料。此转换材料可以被出售或者回收或者抛弃。

在批量处理过程中制造聚酰胺66的一种方式是通过使用己二酸和六亚甲基二胺的盐（简言之，AH盐）作为开始产品。此种盐可以例如以水溶液的形式提供。然后可以通过将水从水溶液移除来生产聚酰胺66。在一个典型的实施方式中，在将AH盐溶液传送到批量反应器之前，AH盐溶液首先被浓缩，以便执行由溶液形成聚酰胺66的聚合反应。在批量反应器中，发生主聚合反应，以构建分子量直到达到期望的分子量。

在本领域中已知多种批量反应器。然而，不是全部批量反应器都适于执行缩聚反应。例如，由于聚烯烃的形成产生较多的热量，因此，在烯烃的聚合中使用的批量反应器应该能够将热量从反应器有效地移除。然而，缩聚反应通常要求例如聚酰胺66的产生的热输入。此外，在缩聚反应中形成水，水需要在短时间内移除以便增加分子量。因此，用于缩聚反应的反应器应该适于热量和质量传送。此外，反应器应该适于缩聚反应的粘度剖面（viscosity profile，粘度分布），因为在后面的低聚体中首先制造出具有低等级的聚合，然后其耦接在一起以形成较高分子量的聚合体。

与此同时，重要的是所生产的聚合物的批量是相对均质的。当通过已知的批量反应器生产工业规模的聚合物的批量时，特别地当生产聚酰胺66时，实现此均质性要求批量反应器的改进。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的批量反应器，其使得能够通过聚合作用（并且优选地通过缩聚反应）生产聚合物，该聚合物优选地是具有较高均质性的聚酰胺。

为此，本发明提供了一种用于执行聚合反应以便由液体单体成分形成聚合物（特别地，聚酰胺66）的批量反应器，并且聚合反应优选地是缩聚反应，批量反应器包括：-反应容器，反应容器是纵向形状的，并且具有包围反应容器的反应空间的侧壁，反应容器布置为用于将包括聚合物和/或液体单体成分的反应混合物保持在反应空间中，反应容器还具有进一步包围反应空间并且连接到侧壁的底壁，其中，侧壁在反应容器的纵向方向上远离底壁延伸，纵向方向在使用中朝上定向，优选地竖直地朝上定向；-外部换热器，外部换热器用于与反应空间交换热量以使得能够进行聚合反应，外部换热器至少覆盖侧壁的部分，该部分优选地从底壁在纵向方向上延伸；-内部换热器，内部换热器设置在反应空间中并且在纵向方向上延伸，其中，内部换热器至少部分地且优选地完全地被外部换热器围绕；-搅动器，搅动器用于将反应混合物传送通过反应空间，其中搅动器的至少一部分被内部换热器围绕，其中搅动器布置为用于将反应混合物逆着纵向方向通过内部换热器以及在纵向方向上沿外部换热器传送，并且/或者反之亦然，以便在反应混合物与内部换热器和外部换热器之间交换热量。

通过内部换热器和外部换热器的组合，使得能够以增加的均质性对反应空间中的反应混合物加热。这是由内部换热器和外部换热器两者提供的增加的换热表面的结果。因此，聚合物的均质性可以通过更加均匀的热交换增加。通过使搅动器的至少一部分被内部换热器围绕，反应混合物的主要传送方向可以施加在反应空间的被内部换热器围绕的一部分中。在反应空间的位于内部换热器与外部换热器之间的部分中，反应混合物可以主要地沿着与所述主要传送方向相对的方向流动。因此，可以实现反应混合物沿内部换热器和外部换热器两者的循环运动。这样可以使得反应混合物能够有效地混合。这可以进一步增加聚合物的均质性。

当反应容器的规模增加时，实现增加的均质性变得更加重要。因此，对于诸如聚酰胺（特别是聚酰胺66）的聚合物的经济批量聚合来说，期望的是具有高热交换以及有效的混合，以便具有均质的聚合物。

在一个实施方式中，反应容器是基本上圆柱形形状的并且具有在纵向方向上定向的对称轴线。优选地，内部换热器的形状形成为具有在纵向方向上定向的对称轴线的环形环。因此，在此实施方式中，内部换热器包围反应空间的基本上圆柱形的部分。优选地，反应空间的由内部换热器包围的圆柱形部分的直径除以侧壁与内部换热器之间的径向距离在从1.2到1.8的范围内，例如为约1.5。优选地，搅动器包括阿基米德螺旋。可选择地，阿基米德螺旋至少部分地被内部换热器围绕。优选地，阿基米德螺旋的宽度是反应空间的由内部换热器包围的基本上圆柱形形状部分的直径的至少90%，优选地至少95%，更优选地至少97%。优选地，外部换热器还基本上覆盖底壁的至少一部分。优选地，搅动器设置有优选地包括带状物的装置，以便擦拭侧壁的内表面。此实施方式可进一步增加反应混合物的均质性并进而增加所生产的聚合物的均质性。

在一个实施方式中，底壁包括用于将例如包括聚酰胺的反应混合物排放到反应空间外部的反应混合物出口。优选地，底壁至少部分地并且优选地完全地相对于纵向方向倾斜。在已知的批量反应器中，可能发生一个问题，即，其中在排放所形成的一批聚合物以后，大量的剩余材料可能一直剩留在反应器中。此剩余材料可能是污染下一批量的潜在源。此污染可能使下一批量以及可能的随后批量的质量变差。由于剩余材料可以剩留在批量反应器中长于标准循环时间（即，相续的批量开始之间的时间）的时间，并且可能最终地被任意地释放，剩余的材料可以脱色或者可以变黑。因此，剩余材料可能在一批排放的聚合物中产生脱色部分或者甚至黑斑。该批排放的聚合物的质量参数（如与黄色指数参数或凝胶浓度）可能变差。在此实施方式中，底壁的倾斜可以方便聚合物的排放。因此，可以减少剩余材料的量。因此，可以至少部分地防止质量参数的变差。优选地，底壁具有截锥形状。优选地，底壁相对于纵向方向倾斜的角度在从35到48度的范围内，优选地在从38到46度的范围中，更优选地在从39到44度的范围中，例如为约41度。底壁的倾斜定向可阻止搅动器到达反应混合物出口。对于底壁的倾斜的所述角度来说，可以在以下两个方面之间实现满意的折衷，其中一个方面是搅动器与反应混合物出口之间的距离，另一个方面是在聚合反应结束后聚合物的排放速度。

在一个实施方式中，内部换热器包括在纵向方向上延伸的多个换热管。通过这种方式，可以实现较大的热交换表面。这可以增加聚合物的均质性。此外，当聚合物链伴随水的释放而生长时，反应混合物的粘度显著地增加。因此，该反应导致局部粘度增加，这转而影响热交换。本换热器的设计允许在操作周期过程中有效的热交换。使用本换热器的另一个优点是该反应器更容易排放，并且较少的材料剩留在反应器中。因此，如上所述的换热器不仅在加热具有不规则粘度的反应混合物时是有效率的，而且还允许在周期结束时聚合物产品从反应器完全地蒸发，这导致较少的产品损失。优选地，换热管的外径、数量、和相互距离布置为用于使得在批量之间的排放时间过程中，使在聚合反应结束时存在于换热管之间的大部分聚合物由于重力和/或反应容器中的压力而能够在换热管之间以及远离换热管朝向反应混合物出口向下流动，排放时间可选地是至多60分钟或至多40分钟，优选地至多35分钟，更优选地至多30分钟，例如为约25分钟。优选地，在换热管的朝向底壁定向的端部处包括收集管，收集管与换热管流体连通并且在远离底壁定向的一侧处具有外表面，所述外表面相对于垂直于纵向方向的方向倾斜。

在一个实施方式中，内部换热器在纵向方向上具有顶端，其中，外部换热器在纵向方向上具有顶端，其中，在使用中在聚合开始时，反应混合物的高度位于外部换热器的顶端下方，并且/或者其中，在使用中在聚合结束时，反应混合物的高度位于内部换热器的顶端上方，使得优选地在批量反应器中一批量的聚合反应的全部过程中，内部换热器基本上完全地浸没在反应混合物之中和/或基本上完全地被反应混合物润湿。优选地，外部换热器的顶端在反应混合物的高度上方至多30厘米，优选地至多20厘米。优选地，侧壁从外部换热器的顶端在纵向方向上远离底壁延伸至少约0.75米、优选地至少1米、更优选地至少1.25米的距离。

在一个实施方式中，外加换热器包括外部换热介质，并且内部换热器包括内部换热介质，其中批量反应器包括用于测量反应混合物的温度的温度传感器，并且批量反应器还包括用于加热外部换热介质和/或内部换热介质的加热器，其中，批量反应器还包括控制器，控制器布置为用于基于通过温度传感器测得的反应混合物的温度来控制通过加热器的加热。

在一个特别优选的实施方式中，根据本发明的批量反应器是缩聚反应器，优选地是用于形成聚酰胺（诸如聚酰胺66）的反应器。由于缩聚反应的特征在于对反应的连续热量添加，因此缩聚反应器的内部换热器和外部换热器应该适于加热反应空间。此外，在缩聚反应过程中，连续地产生需要被移除的水。反应系统中的水通常地以水蒸汽的形式存在。因此，本发明的缩聚反应器优选地设置有用于水蒸汽的出口。优选地，蒸汽出口设置在反应器的顶壁中，该顶壁与底壁与侧壁一起包围反应空间。

本发明的另一个目的是提供一种改进的方法，其使得能够优选地通过缩聚反应生产具有较高均质性的聚合物，诸如聚酰胺。

由此本发明提供了一种通过批量反应器执行聚合反应（并且优选地缩聚反应）以便由液体单体成分形成聚合物（特别是聚酰胺，例如聚酰胺66）的方法，方法包括：-提供反应容器，反应容器是纵向形状的，并且具有包围反应容器的反应空间的侧壁，反应容器还具有进一步限定反应空间并且连接到侧壁的底壁，其中，侧壁在反应容器的纵向方向上远离底壁延伸，纵向方向在使用中朝上定向；-将包括聚合物和/或液体单体成分的反应混合物保持在反应空间中；-通过外部换热器而与反应空间交换热量，因此使得能够进行聚合反应，其中外部换热器至少覆盖侧壁的从底壁在纵向方向延伸的部分；-通过内部换热器而与反应空间交换热量，内部换热器设置在反应空间中并且在纵向方向上延伸，内部换热器至少部分地被外部换热器围绕；-通过搅动器将反应混合物逆着纵向方向通过内部换热器以及在纵向方向上沿外部换热器传送，并且/或者反之亦然，其中搅动器的至少一部分被内部换热器围绕，因此在反应混合物与内部换热器和外部换热器之间交换热量。

该方法可以通过根据本发明的批量反应器执行。

附图说明

将参照附图通过非限定实例描述本发明，在附图中：

图1示意性示出了根据本发明的第一实施方式中的批量反应器；

图2A示出了根据本发明的第二实施方式中的批量反应器的分解侧视图；

图2B示出了第二实施方式中的批量反应器的下部；

图2C示出了第二实施方式中的批量反应器的下部，其中未示出搅动器。

图3示出了在图2C中指示的内部换热器的横截面；以及

图4示意性示出了根据本发明的第三实施方式中的批量反应器的横截面。

具体实施方式

除非另外指明，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1示意性示出了根据本发明的第一实施方式中的批量反应器2。批量反应器2布置为执行用于由液体单体成分形成聚酰胺的聚合反应。

通常来说，液体单体成分可以包括纯单体、单体混合物、单体盐或其溶液。盐溶液可以例如是含水的盐溶液。所述盐可以例如是己二酸和六亚甲基二胺的盐（也称作AH-盐）。聚酰胺可以例如是聚酰胺66。因此，批量反应器2可以布置为执行用于由含水的AH盐溶液形成聚酰胺66的聚合反应。批量反应器2可以布置为执行工业规模的聚合反应。因此，批量反应器可以布置为执行聚合反应，以便由液体单体成分形成具有至少1立方米、优选地至少5立方米的体积的聚合物的批量。

批量反应器包括反应容器4。反应容器4可以是纵向形状的。因此，沿着一个方向（即纵向方向），反应容器（特别是反应容器内的空间）可以比沿着横向于（例如垂直于）纵向方向的方向更长。反应容器4具有侧壁6。侧壁6包围反应容器4的反应空间8。反应容器4布置为用于将反应混合物保持在反应空间8中。反应混合物包括聚酰胺和/或溶液。反应容器4还具有进一步包围反应空间8并且连接到侧壁6的底壁10。侧壁和底壁可以制成一体件，或者可以附接（例如焊接）于彼此。侧壁6从底壁10沿着反应容器4的纵向方向12延伸。侧壁6可以基本上平行于纵向方向12。在使用中，所述纵向方向12朝上定向。位于侧壁6与底壁10之间的边界13可以限定在这样的位置处，即，在该位置处，当侧壁6逆着（正对着，面向，against）纵向方向以后，侧壁便开始相对于纵向方向12倾斜。

批量反应器2还包括外部换热器14，例如反应器夹套14。外部换热器14布置为与反应空间交换热量。在使用中，通过外部换热器，可以与反应空间中的反应混合物交换热量。通过此种方式，使得能够进行聚合反应。例如，通过外部换热器14朝向反应混合物供给的热量可以使得能够进行聚合反应。外部换热器14可以覆盖侧壁6的至少一部分6’。所述部分6’可从底壁10沿着纵向方向12延伸。外部换热器14还可以基本上覆盖底壁10。

批量反应器2还可以包括内部换热器16。所述内部换热器16设置在反应空间8中。内部换热器可以被外部换热器围绕。当在本文中使用术语“围绕”或“被围绕”时，其可以表示沿着完整的圆或者封闭在自身中的其它线、或者沿着圆弧（例如半圆或其它圆弧）围绕。所述内部换热器16沿着纵向方向12延伸。内部换热器16布置为与反应空间8交换热量。在使用中，通过内部换热器，可以与反应空间8中的反应混合物交换热量。因此，可以通过内部换热器以及通过外部换热器实现聚合反应。

批量反应器2还包括用于使反应混合物传送通过反应空间8的搅动器18。通过箭头15.i（i=1-3）示意性地指出可能的传送路径。搅动器18的至少一部分被内部换热器16围绕。搅动器18可以布置为使反应混合物逆着纵向方向12（由箭头15.1指示）传送通过内部换热器16，并且沿着纵向方向（由箭头15.2指示）沿着外部换热器14。由于沿着侧壁6以及沿着底壁10通过外部换热器14加热反应混合物，因此在使用中，此传送通过反应混合物的自然对流支持。然而，可替换地或者附加地，搅动器18可以布置为使反应混合物沿着纵向方向12传送通过内部换热器16以及沿着逆着纵向方向12的方向传送通过外部换热器14，即，反之亦然。因此，在内部换热器与外部换热器之间的反应空间的部分8’’’中，反应混合物可主要地沿着与通过内部换热器的流动方向相反的方向流动。因此，可以实现沿着内部换热器和外部换热器两者的反应混合物的循环运动（由箭头15.1、15.2、和15.3指示）。为了使在整个聚合反应过程中能够进行此循环运动，内部换热器器可以定位在反应容器4中以在整个聚合反应过程中保持被浸没。

可以理解的是，内部换热器、外部换热器、以及搅动器相互地对准，例如它们可以定位为沿着基本平行的方向延伸。它们还可以与反应容器的侧壁6对准。它们可以沿着纵向方向对准。侧壁6可以至少部分地围绕外部换热器，或者外部换热器可以至少部分地围绕反应容器。外部换热器和反应容器两者均可以围绕搅动器的至少一部分。因此，沿着从反应容器的中心垂直于侧壁6向外地定向的假想线，搅动器、内部换热器16、侧壁6、以及外部换热器14可以以此顺序设置。

在浓缩的AH盐的聚合过程中，需要在较短时间内移除较大量的水，以使分子量增加。对于大规模的聚酰胺66的经济批量聚合来说，期望的是通过较大热交换表面而具有较高的热传送速率，以及期望具有有效的混合以便获得均质的产品。通过内部换热器16、外部换热器14的组合，可以实现搅动器18至少部分地被内部换热器围绕、均质地混合以及在相对较大热交换表面上朝向反应混合物的热供给。因此，可以生产均质聚合物。此聚合物可以具有一致的分子量。即，聚合物的分子量分布可以较窄。

图2A示出了根据本发明的第二实施方式中的批量反应器2的分解侧视图。在第二实施方式中的批量反应器2包括搅动器18、反应容器4、外部换热器14、以及内部换热器16。在第一实施方式中反应容器2的特征也可以存在于第二实施方式中的反应容器2中。图2B示出了第二实施方式中的批量反应器2的下部。图2C示出了第二实施方式中的批量反应器2的下部，其中未示出搅动器18。

在第二实施方式中，反应容器4可以基本上是圆柱形形状，即，可以基本上具有筒体的形式。筒体的直径可以在从1.5米到2.5米的范围内，例如为约2米。反应容器4可以具有沿着纵向方向12定向的对称轴线20。内部换热器可以形成为环形的环（由此，可以提供管状换热器）。通过此种方式，内部换热器包围反应空间8的基本上圆柱形的部分8’。所述环形环（或者，换句话说，中空圆柱）可以具有沿着纵向方向12定向的对称轴线20’。所述反应空间的由所述内部换热器包围的基本上圆柱形部分的直径D₁除以侧壁与内部换热器之间的径向距离D₂可以在从1.2到1.8的范围内。D₁/D₂的比率可以例如约为1.5。

搅动器18的至少一部分可以被内部换热器16围绕。搅动器18可以包括至少部分地被形成为环形环形状的内部换热器围绕的阿基米德（Archimedes）螺旋18’。阿基米德螺旋18’可以布置为将反应混合物逆着纵向方向12（例如向下）传送通过内部换热器。阿基米德螺旋18’可以进一步布置为沿着外部换热器沿着纵向方向（例如向上）传送反应混合物。因此，反应混合物可以反复地传送通过内部换热器，即，传送通过由内部换热器16包围的反应空间8的基本上圆柱形形状的部分8’。

阿基米德螺旋的宽度W是由内部换热器包围的反应空间的基本上圆柱形形状部分的直径D₁的至少90%，优选地至少95%，更优选地至少97%。此宽度W的值可以通过阿基米德螺旋18促进反应混合物的有效传送。

搅动器可以设置有用于擦拭侧壁6的内表面22的装置。此装置可以包括带状物24。此带状物24可以是柔性的。带状物24可以沿着反应容器4的侧壁向上地弯曲。带状物可以定位在侧壁附近，以便具有擦拭功能。在擦拭过程中，带状物可以与侧壁接触或可以不与侧壁接触。优选地，侧壁6的内表面22与带状物24之间的擦拭距离D₃在从10毫米至50毫米的范围中。此擦拭距离D₃通常可以提供相对良好的擦拭。用于擦拭内表面的装置可以可替换地或附加地包括刷子。例如带状物24或刷子的装置可以沿着侧壁6的内表面延伸。此装置可以连接到搅动器18，以便通过搅动器18沿着侧壁6的内表面22移动。可替换地或者除了带状物和/或刷子之外，该装置可以包括刮片或者可以搅动特别是反应空间8的与侧壁6的内表面22邻近的一部分中的反应混合物的其它部件。带状物和/或刷子可以通过支撑杆23支撑。

底壁10可以包括用于将反应产物（例如，聚酰胺）排放到反应空间8外部的反应混合物出口26。反应混合物出口26可以通过凸缘27形成。除了底壁10的一部分可以被凸缘27覆盖以外，外部换热器可以基本上覆盖底壁10。所述反应混合物出口可以在聚合反应过程中闭合，并且可以在将反应产物（例如，聚酰胺）排放到反应容器4外部的过程中打开。底壁10可以相对于纵向方向12倾斜。因此，底壁10可以与纵向方向具有一角度，而不是90度。类似地，底壁可以相对于侧壁6倾斜。即，底壁可以与侧壁具有一角度，而不是90度。如图2A-2C中所示，优选地，底壁完全地（即整个底壁10）相对于纵向方向12倾斜。如图2A-C中所示，底壁10可以具有截锥形状。

底壁10相对于纵向方向12的斜坡的角度α可以在从35度到48度的范围内。具体地说，角度α可以在从38至46度的范围内。更加具体地说，角度α可以在从39至44度的范围内，例如约41度。如果角度α太小，那么反应空间8的位于内部换热器下方的部分8’’的相应增加可能太大。可以以聚合物的均质性为代价进行此设置。然而，如果角度α太大的话，聚合物流到反应容器4的外部可能太缓慢。因此，在下一批聚合物形成过程中，聚合物的大量剩余材料可以保留在反应容器4中。发明人发现，角度α的所述范围和值在反应空间8的位于内部换热器下方的部分8’’的尺寸与聚合物向反应容器4的外部的流动速率之间提供了良好的折衷。

因此，通过倾斜的底壁，可以获得改进的批量反应器，其中先前批量的剩余材料的量可被减小。此剩余材料在反应容器中的停留时间可长于在反应容器中的批量的标准周期时间，以使其能够产生脱色材料，或者甚至是黑斑点。诸如压力和温度的处理条件可以根据批量而改变。因此，与处理条件对于每批量都是相同的情形相比，防止剩余材料可能是更加期望的。可以通过批量反应器的设计来实现剩余材料的量的减少，其中，在反应空间中“死区”的数量和大小被减小。该死区的特征可以是在聚合物批量的排放过程中局部明显减小的流速。

在第一实施方式与第二实施方式中，内部换热器沿着纵向方向具有顶端16’。外部换热器14沿着纵向方向14具有顶端14’。在使用中，在聚合开始时，反应混合物的高度30A可能在外部换热器14的顶端14’下方。因此，全部反应混合物都可以大约类似地被加热。因此，可以改进聚合物的均质性。例如，外部换热器16的顶端14’在反应混合物的高度上方至多30厘米，优选地至多20厘米。因此，如在图2B中指示的，距离D₄可以至多30厘米，优选地至多20厘米。

优选地，在使用中在聚合反应结束时，反应混合物的高度30B在内部换热器16的顶端16’的上方，以使内部换热器基本上完全地浸没在反应混合物中。因此，在聚合反应的整个过程中，反应混合物通过内部换热器的循环流动可以继续。

反应容器4可以具有顶壁34。侧壁6可以连接到顶壁34。侧壁6与顶壁34之间的边界31可以限定在这样的位置处，即，在该位置处，当侧壁6沿着纵向方向以后，侧壁便开始相对于纵向方向12倾斜。蒸汽出口36可以设置在顶壁34中。存在于反应容器4中的水既可以是液体形式又可以是蒸汽形式。在聚合反应期间，由通过内部换热器和外部换热器加热而产生的水可以通过蒸汽出口36而被排出。当批量反应器用于缩合反应时，蒸汽出口的存在是特别有益的，以移除在反应中形成的水蒸汽。因此，在优选的实施方式中，批量反应器设置有蒸汽出口。

侧壁6’可以从外部换热器的顶端16’沿着纵向方向12远离底壁10延伸跨越距离D₅。所述距离D₅可以至少约为0.75米，优选地至少1米，更优选地至少1.25米。在图2A中指示了距离D₅。如果距离D₅太小，脱离于反应混合物的聚合物部分可能被夹带并且可能达到可定位在反应容器4的顶壁34附近的蒸汽出口36，并且可能最终地堵塞蒸汽出口36。已经发现至少0.75米的距离D₅可以显著地减小此种堵塞的可能性。

在图2A-C中示出了批量反应器的实例的其它尺寸。在聚合反应结束时（并且在通过出口26排放之前）的高度30B与底壁10之间的距离D₆可以在从1.7米到2.6米的范围内，例如约2.15米。在聚合开始时的高度30A与在聚合结束时（并且在通过出口26排放之前）的高度30B之间的距离D₇在使用中可以在从0.4米到1米的范围内，例如大约0.6米。搅动器18的长度D₈可以在从4米到6米的范围内，例如约5.3米。搅动器优选地安装在反应容器4的顶壁34之中或附近。如果搅动器的长度太长，其可能很难防止搅动器（例如搅动器的阿基米德螺旋）与内部换热器16之间的不期望的机械接触。对于相对较长的搅动器来说，邻近于内部换热器的搅动器的侧向位移（即，横向于纵向方向12的方向上的位移）可能较大，从而增大了此种机械接触的风险。如果搅动器的长度太短，蒸汽出口可能在使用中太接近反应混合物。因此，可从反应混合物脱离的聚合物部分可能达到蒸汽出口36，并且可能最终地堵塞蒸汽出口36。由于蒸汽不能再通过蒸汽出口36释放，因此这可能导致危险的情形。当沿着纵向方向测量时，用于擦拭侧壁6的内表面22的装置（例如带状物24）的长度D₉处于从1.5米至2.5米的范围内，例如约为2米。当沿着纵向方向12测量时，搅动器18的下端38与边界13（该边界位于底壁10与侧壁6之间）之间的距离D₁₀可以是处于从0.2至0.4米的范围内，例如约为0.3米。沿着纵向方向测量的顶壁34的长度D₁₁可以在从0.3米到0.7米的范围内，例如约0.5米。反应空间8的由内部换热器16包围的基本上圆柱形形状部分8’的直径D₁可以在从0.4m到0.8m的范围内，例如大约0.6米。内部换热器的环形环中的中间位置之间的距离Dc可以在从0.7米到1.1米的范围内，例如约0.9米。内部换热器的外径Do可以在从1米到1.4米的范围内，例如约1.2米。可以清楚的是，保持Do>Dc>D₁。批量反应器2可以进一步设置有疏水阀（汽水分离器，steam trap）35。批量反应器2可以进一步设有用于驱动搅动器18的驱动装置37。

图3示出了图2C中指示的横截面“A”中的内部换热器16。在一个实施方式中，内部换热器包括多个换热管40。换热管40可以布置在环形环中，由此大致形成中空圆柱体。可能清楚的是，例如换热管的存在可以产生相对于纯中空圆柱体的小偏差。类似地，例如换热管可以致使反应空间8的被内部换热器16包围的基本上圆柱形部分8’相对于纯圆柱形形状的偏差。这里，术语“基本上”可以用于表示例如由换热管造成的此种偏差。换热器管40可以沿着纵向方向12延伸。因此，换热管40可以平行于侧壁6定向。换热管的长度D₁₂可以在从1.5米到2米的范围内，例如约1.8米。

内部换热器可以由此形成为竖直管状换热器。内部换热器可以由此包括以圆柱形构造布置在圆柱形空间8’周围的多个换热管40。所述管状换热器的顶端16’可以定位为使得，在聚合反应结束时或接近结束时并且在将聚合物排放到反应容器4的外部之前，该管状换热器完全地浸没在反应混合物（例如聚合物与可能地AH-盐溶液的混合物）中。搅动器18可以定位在管状换热器16中的圆柱形空间8’中。所述搅动器18可以设计为实现通过内部换热器的向下泵送运动。

内部换热器可以设有至少一个分隔板50。换热器管50可以沿着纵向方向12延伸。分隔板50还可以沿着由内部换热器形成的环形环的径向方向延伸。分隔板50可以布置为引导液体热传送介质。

在使用中，换热管40可以填充有诸如油的内部热传送介质。内部换热器和/或外部换热器优选地设计为与液体热传送介质一起使用。可替换地，内部换热器和/或外部换热器可以设计为与蒸汽冷凝热传送介质（例如包括联苯）一起使用。在使用中，此蒸汽冷凝热传送介质部分地是液体（在热交换以后）并且部分地是气体（在热交换之前）。当使用蒸汽冷凝热传送介质时，可以省略分隔板50。

在内部热传送介质进入换热管40之前，可以加热内部换热介质。通过将内部热传送介质泵送通过换热管40，可以加热反应混合物。换热管40可以设置用于具有较大换热表面的内部换热器16，这使得能够与反应混合物进行有效的热交换。因此，内部热传送介质可以流动通过换热管40，而反应混合物（即，聚合反应混合物）围绕换热管40流动。可以设置内部供给管41A和内部排放管41B。加热的内部热传送介质可以通过内部供给管41A供给到内部换热器16。内部热传送介质可以从内部换热器通过内部排放管41B排放。内部供给管41A和内部排放管41B可以通过换热管40和第一收集管44彼此流体连通。此外，可以设有外部供给管43A和外部排放管43B。加热的外部热传送介质可以通过外部供给管43A供给到外部换热器14。外部热传送介质可以从外换热器14通过外部排放管43B排放。外部供给管43A和外部排放管43B可以通过外部换热器14彼此流体连通。优选地，排放的热传送介质被重新使用。在加热以后，热传送介质可以经由内部供给管41A供给到内部换热器或者经由外部供给管43A供给到外部换热器。

在内部换热器16的远离底壁10定向的顶端16’处可以设置第二收集管42。第二收集管42可以与换热管40流体连通。在内部换热器的下端16’’（该下端朝向底壁10定向）处，可以设置第一收集管44。所述第一收集管44可以与换热管40流体连通。在远离底壁10定向的一侧（即在使用中的上侧）处，第一收集管44的外表面46可以相对于垂直于纵向方向12的方向倾斜。因此，在使用中，外表面46可以相对于水平方向倾斜。表面46相对于垂直于纵向方向的方向（例如水平方向）的倾斜的角度β可以在从15度到30度的范围内。在图2C中指出了表面46和角度β。

优选地，换热管40的外径X1、数量、和相互距离X2布置为使在聚合反应结束时存在于换热管之间的大部分（例如多于50%，75%，或95%）的聚合物由于重力和/或反应容器4中的压力而能够在换热管40之间以及远离换热管朝向反应混合物出口26向下流动。在批量之间的排放时间期间，可以实现大部分聚合物的此种流出，所述排放时间可小于40分钟，例如小于约25分钟，出口26在所述排放时间期间可打开。当聚合反应基本结束时，在聚合物通过反应混合物出口排放的过程中，此种布置可能是特别有利的。通过所述向下的流动，可以减小在反应容器中的剩余材料的量。因此，可以获得自排放换热器。自排放限定为在将聚合物排放到反应容器外以后基本上不留下剩余材料。更一般地，在将聚合物排放到反应容器外部以后以及在排放时间期间排放内部换热器以后，优选地在聚合反应结束时存在于容器中剩余的聚合物少于1%，更优选地在聚合反应结束时存在于容器中剩余的聚合物少于0.5%。技术人员将能够根据待排放的材料的粘度来调节自排放换热器的尺寸。在将聚合物排放到反应容器外部以及在将聚合物排放到内部换热器外部的过程中，聚合物（例如聚酰胺66）的动态粘度可以例如在从1Pa·s到10²Pa·s的范围内。所述粘度可以在锥板流变仪中以300摄氏度的温度以例如10²s^-1的剪切速率测量。

在一个实施方式中，外直径X1中的至少一部分（优选地至少80%）、和/或相互距离X2中的至少一部分（优选地至少80%）在从1厘米到5厘米的范围内。

外部换热器可以包括例如外部换热流体的外部换热介质，并且内部换热器包括例如内部换热流体的内部换热介质。批量反应器2可包括用于在聚合反应过程中测量反应混合物的温度的温度传感器48。批量反应器2还可以包括用于加热外部换热介质和/或内部换热介质的加热器。批量反应器还可以包括控制器，该控制器布置为基于通过温度传感器测得的反应混合物的温度来控制通过加热器的所述加热。

图4示意性示出了根据本发明的第三实施方式中的批量反应器2。在第三实施方式中，内部供给管41A和内部排放管41B在使用中可以设置在内部换热器16下方。因此，换热介质可以在第一收集管44处提供到内部换热器。所述第一收集管44可以定位在内部换热器16的下端16’’处。此种布置可与第二实施方式中的批量反应器2相反，其中换热介质可以在第二收集管42处提供到内部换热器。所述第二收集管42可以定位在内部换热器16的顶端16’处。用于带状物和/或刷子（在图4中未示出）的通过杆23的支撑可以设置在带状物和/或刷子的顶部。更通常地说，内部供给管41A和内部排放管41B可以为内部换热器16提供机械支撑。在一个方面，可以通过在内部供给管41A和/或内部排放管41B之间、并且在另一个方面在反应容器4的底壁、侧壁、和/或顶壁提供机械连接来实现此支撑。

在第三实施方式中，热传送介质优选地是蒸汽冷凝热传送介质（例如，包括联苯，或基本上由联苯构成）。此蒸汽冷凝热传送介质与此第三实施方式的实施方式很好地结合，其中热传送介质在第一收集管44处（即在内部换热器的下端处或该下端附近）进入内部换热器。排气管（未示出但是为技术人员已知）可以设置成与第二收集管42连接。此排气管可以用于在内部换热器16的启动过程中提供换热介质。外部换热器的部件6’’可以基本上覆盖底壁10。外部换热器14的基本上覆盖底壁10的所述部件6’’可以是弯曲的，例如基本上是球形形状。在第三实施方式中的批量反应器2的其它特征可以与第一或第二实施方式中的批量反应器2类似。

如在上文中描述的批量反应器2、或者另一种批量反应器可以被用于根据本发明的方法的实施方式中（所述实施方式还称作第一方法）。第一方法可以包括提供AH-盐。AH-盐可以通常地以固体的形式或作为通常地48-52%或60-62%的水溶液而获得。在进入反应容器之前，可以从水溶液中将水移除。在一个典型的实施方式中，在将AH盐溶液传送到反应容器4之前，将AH盐溶液首先在蒸发单元中浓缩到约75-85%的浓度。在批量反应器中，可以发生聚合反应，由此构建分子量直到达到期望的分子量。第一方法可以由此包括执行聚合反应，以便通过批量反应器2由AH盐的水溶液形成聚酰胺66。用于生产PA66（聚酰胺66）的聚合AH盐的过程对于本领域的技术人员是公知的，并且不需要在这里阐明。

第一方法可以包括提供具有包围反应容器4的反应空间8的侧壁的反应容器4。第一方法可以包括提供反应容器4，反应容器的纵向方向朝上定向，例如反应容器的纵向方向为竖直的。然后，可以使AH盐溶液进入反应容器中。然后，可以使搅动器运动以将反应混合物传送通过反应空间。通过搅动器的阿基米德螺旋，可以在反应空间8的由内部换热器16包围的部分8’中实现向下的泵送运动。大约同时地，内部换热介质和外部换热介质可以被加热并且分别被泵送通过内部换热器和外部换热器。因此，在第一方法中，可以通过内部换热器和外部换热器与反应空间8交换热量。这使得能够进行聚合反应。

由于通过搅动器传送反应混合物，所以反应混合物沿着（例如通过）内部换热器以及沿着外部换热器传送。反应混合物可以在反应空间中沿内部换热器逆着纵向方向、以及沿着外部换热器在纵向方向上传送，并且/或者反之亦然。因此，可以与反应混合物以及内部换热器和外部换热器交换热量。反应混合物可以被加热，并且例如水的溶剂可以蒸发。因此，可以发生聚合反应。蒸发后的水可以通过蒸发出口36排放。

因此可能清楚的是，在第一方法中的聚合反应过程中，包括聚酰胺和/或溶液的反应混合物保持在反应空间8中。在聚合反应结束以后，已经形成的聚合物（即聚合物批量）从反应容器4排出。由于倾斜的底壁10和自排放内部换热器，因此可以减少保持在反应容器中的聚合物的数量。因此，例如聚酰胺66的聚合物可以以相对透明和/或清澈的颜色并且具有较低等级的诸如凝胶剂和/或黑斑的污染物而被生产出来。此外，由于通过搅动器的均匀混合以及通过内部换热器和外部换热器的均匀加热，可以获得具有一致的分子量的相对均质的批量的聚合物。

本发明不限于这里描述的任何实施方式，并且在本技术人员的能力范围内能够做出修改，所述修改可认为落在所附权利要求的范围内。在运动学上所有等同的倒置都应认为是被内在地公开，并且落在本发明的范围内。不定冠词“一”不排除多个。在不偏离本发明的范围的情况下，未具体地或明确地描述或要求的特征可以附加地包括在根据本发明的结构中。

Claims (21)

1.一种用于执行聚合反应以便由液体单体成分形成聚合物的批量反应器，并且所述聚合反应优选地是缩聚反应，所述批量反应器包括：

-反应容器，所述反应容器是纵向形状的，并且具有包围所述反应容器的反应空间的侧壁，所述反应容器布置为用于将包括所述聚合物和/或所述液体单体成分的反应混合物保持在所述反应空间中，反应容器还具有进一步包围所述反应空间并且连接到所述侧壁的底壁，其中，所述侧壁在所述反应容器的纵向方向上远离所述底壁延伸，所述纵向方向在使用中朝上定向；

-外部换热器，所述外部换热器用于与所述反应空间交换热量以使得能够进行所述聚合反应，所述外部换热器至少覆盖所述侧壁的部分，所述部分从所述底壁在所述纵向方向上延伸；

-内部换热器，所述内部换热器设置在所述反应空间中并且在所述纵向方向上延伸，其中，所述内部换热器至少部分地被所述外部换热器围绕；

-搅动器，所述搅动器用于将所述反应混合物传送通过所述反应空间，其中所述搅动器的至少一部分被所述内部换热器围绕，其中所述搅动器布置为用于将所述反应混合物逆着所述纵向方向通过所述内部换热器以及在所述纵向方向上沿所述外部换热器传送，并且/或者反之亦然，以便在所述反应混合物与所述内部换热器和所述外部换热器之间交换热量。

2.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述反应容器是基本上圆柱形形状的并且具有在所述纵向方向上定向的对称轴线。

3.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述内部换热器的形状形成为具有在所述纵向方向上定向的对称轴线的环形环，所述内部换热器由此包围所述反应空间的基本上圆柱形的部分。

4.根据权利要求3所述的批量反应器，其中，所述反应容器是基本上圆柱形形状的并且具有在所述纵向方向上定向的对称轴线，并且其中，所述反应空间的由所述内部换热器包围的所述圆柱形部分的直径除以所述侧壁与所述内部换热器之间的径向距离在从1.2到1.8的范围内，例如为约1.5。

5.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述搅动器包括阿基米德螺旋。

6.根据权利要求5所述的批量反应器，其中，所述内部换热器的形状形成为具有在所述纵向方向上定向的对称轴线的环形环，所述内部换热器由此包围所述反应空间的基本上圆柱形部分，其中，所述阿基米德螺旋的宽度是所述反应空间的由所述内部换热器包围的所述基本上圆柱形形状部分的直径的至少90%，优选地至少95%，更优选地至少97%。

7.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述外部换热器进一步基本上覆盖所述底壁的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述搅动器设置有优选地包括带状物的装置，以用于擦拭所述侧壁的内表面。

9.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述底壁包括用于将例如包括聚酰胺的所述反应混合物排放到所述反应空间外部的反应混合物出口，所述底壁至少部分地并且优选地完全地相对于所述纵向方向倾斜。

10.根据权利要求9所述的批量反应器，其中，所述底壁具有截锥形状。

11.根据权利要求9所述的批量反应器，其中，所述底壁相对于所述纵向方向倾斜的角度在从35到48度的范围内，优选地在从38到46度的范围中，更优选地在从39到44度的范围中，例如为约41度。

12.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述内部换热器包括在所述纵向方向上延伸的多个换热管。

13.根据权利要求12所述的批量反应器，其中，所述底壁包括用于将例如包括聚酰胺的所述反应混合物排放到所述反应空间外部的反应混合物出口，其中，所述换热管的外径、数量和相互距离布置为用于使得在批量之间的排放时间过程中，使在聚合反应结束时存在于所述换热管之间的大部分聚合物由于重力和/或所述反应容器中的压力而能够在所述换热管之间以及远离所述换热管朝向所述反应混合物出口向下流动，所述排放时间是至多40分钟。

14.根据权利要求12所述的批量反应器，在所述换热管的朝向底壁定向的端部处包括收集管，所述收集管与所述换热管流体连通并且在远离所述底壁定向的一侧处具有外表面，所述外表面相对于垂直于所述纵向方向的方向倾斜。

15.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述内部换热器在所述纵向方向上具有顶端，并且其中，所述外部换热器在所述纵向方向上具有顶端，其中，在使用中在聚合开始时，所述反应混合物的高度位于所述外部换热器的顶端下方，并且/或者其中，在使用中在聚合结束时，所述反应混合物的高度位于所述内部换热器的顶端上方，使得所述内部换热器基本上完全地浸没在所述反应混合物中。

16.根据权利要求15所述的批量反应器，其中，所述外部换热器的顶端在所述反应混合物的高度上方至多30厘米，优选地至多20厘米。

17.根据权利要求15所述的批量反应器，其中，所述侧壁从所述外部换热器的顶端在所述纵向方向上远离所述底壁延伸至少约0.75米、优选地至少1米、更优选地至少1.25米的距离。

18.根据权利要求1所述的批量反应器，其中，所述外加换热器包括外部换热介质，并且所述内部换热器包括内部换热介质，其中所述批量反应器包括用于测量所述反应混合物的温度的温度传感器，并且所述批量反应器还包括用于加热所述外部换热介质和/或所述内部换热介质的加热器，其中，所述批量反应器还包括控制器，所述控制器布置为用于基于通过所述温度传感器测得的所述反应混合物的温度来控制通过所述加热器的加热。

19.根据前述权利要求中任一项所述的批量反应器，其中，所述反应器适于执行缩聚反应，优选地用于形成聚酰胺，其中，所述内部换热器和所述外部换热器适于加热所述反应空间，并且其中，所述反应器进一步设置有蒸汽出口。

20.一种通过批量反应器执行聚合反应以便由液体单体成分形成聚酰胺的方法，所述方法包括：

-提供反应容器，所述反应容器是纵向形状的，并且具有包围所述反应容器的反应空间的侧壁，所述反应容器还具有进一步限定所述反应空间并且连接到所述侧壁的底壁，其中，所述侧壁在所述反应容器的纵向方向上远离所述底壁延伸，所述纵向方向在使用中朝上定向；

-将包括所述聚合物和/或液体单体成分的反应混合物保持在所述反应空间中；

-通过外部换热器而与所述反应空间交换热量，因此使得能够进行所述聚合反应，其中所述外部换热器至少覆盖所述侧壁的从所述底壁在所述纵向方向延伸的部分；

-通过内部换热器而与所述反应空间交换热量，所述内部换热器设置在所述反应空间中并且在所述纵向方向上延伸，所述内部换热器至少部分地被所述外部换热器围绕；

-通过搅动器将所述反应混合物逆着所述纵向方向通过所述内部换热器以及在所述纵向方向上沿所述外部换热器传送，并且/或者反之亦然，其中所述搅动器的至少一部分被所述内部换热器围绕，因此在所述反应混合物与所述内部换热器和所述外部换热器之间交换热量。

21.根据权利要求20所述的方法，通过根据权利要求1所述的批量反应器执行。

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