CN103788353A

CN103788353A - 聚酯脱挥装置

Info

Publication number: CN103788353A
Application number: CN201210418819.0A
Authority: CN
Inventors: 邹弋; 王洪涛; 祝桂香; 计文希; 张伟; 韩翎; 许宁
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN103788353B

Abstract

本发明涉及种聚酯脱挥装置，包括：彼此液体连通的第一脱挥单元和第二脱挥单元，所述第一脱挥单元包括闪蒸型脱挥器，所述第二脱挥单元包括挤出型排气器。其中，所述第一脱挥单元设置在所述第二脱挥单元的上方，并且所述第一脱挥单元内的压力大于所述第二脱挥单元内的压力。通过本发明的聚酯脱挥装置提高了聚酯的聚合度，并且在操作过程中能耗较小。

Description

聚酯脱挥装置

技术领域

本发明涉及聚酯生产装置，特别涉及一种聚酯脱挥装置。

背景技术

聚酯在纺织、工程塑料、饮料包装等领域具有广泛的应用，其生产规模也在迅速扩大。但是，在聚酯生产中还存在一些问题，例如在聚酯终聚反应过程期间，需要脱除所产生的小分子和水等反应产物。这是由于聚酯单体的缩聚反应是一个平衡反应，而且反应平衡常数较小，如不尽快地脱除反应生成的小分子和水，将会影响反应速率，甚至达不到要求的聚合度。尤其反应物料粘度增大到一定程度，传热传质能力急剧下降。物料中的小分子、水分子和低聚物从物料体系中脱除就变得更为困难。这种现象在间歇釜式反应器和半连续的聚酯合成工艺中尤为普遍。

高效率脱挥必须具备以下条件：第一，被脱除物与气相空间有尽量多的接触机会；第二，尽快排除逃逸到气相空间中的被脱除物质。

在专利US 4744957公开了一种塔式列管式脱挥器，其具有2台真空槽，其中第2真空槽内又分为2个室。通过将熔融聚合物从第1室抽出送入第2室，增加了熔融聚合物与气相空间的接触面积而提高脱挥率。但在此过程中需要使用熔体泵实现熔融聚合物的输送，由于在终聚反应过程期间，物料粘度很高，因此会消耗大量的电能来驱动机械设备。另外，采用熔体泵输送物料的过程中容易产生局部过热和剪切断链导致聚酯产品降解的现象。

由于在终聚反应过程期间，物料的粘度较高，在其中包含的水和小分子物质难以到达反应物料表面而脱离反应体系，因此给后续步骤的脱挥装置带来较大的负荷。例如，大量的挥分需要配备更大负荷的真空泵，这就对排气式真空泵的密封性和机械构造等提出了更高的要求，大大提高了设备成本。同时，还要对挥发组分进行回收，增大工艺的复杂程度。

因此，如何实现在聚酯终聚反应期间尽快脱挥，提高聚酯的聚合度并且降低生产能耗成为设计聚酯终聚反应器的一个重要问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种聚酯脱挥装置，其不但能在聚酯终聚反应期间尽快脱挥，提高聚酯的聚合度而且生产过程的能耗较低。

根据本发明，提供了一种聚酯脱挥装置，包括：

彼此液体连通的第一脱挥单元和第二脱挥单元，第一脱挥单元包括闪蒸型脱挥器，第二脱挥单元包括挤出型排气器，其中，第一脱挥单元设置在第二脱挥单元的上方，并且第一脱挥单元内的压力大于第二脱挥单元内的压力。

根据本发明的聚酯脱挥装置，第一脱挥单元内的物料在压差和重力作用下可自动向下流入第二脱挥单元内，避免了使用外界动力源输送物料，大幅降低了生产过程中的能耗。另外，闪蒸型脱挥器用于终聚反应过程期间脱挥，有利于反应平衡朝向聚合反应进行的方向转移，从而能提高聚酯产品的聚合度。另外，在终聚反应过程期间脱挥可减小后续的挤出型排气器的脱挥负荷。

在一个实施例中，闪蒸型脱挥器包括彼此液体连通的正压脱挥器和负压脱挥器，并且负压脱挥器设置在正压脱挥器的下方。

由于正压脱挥器内的压力大于负压脱挥器内的压力，并且负压脱挥器设置在正压脱挥器的下方，因此物料在正压脱挥器内脱挥之后可在压差和重力作用下自动流入负压脱挥器，避免了使用外界动力源输送物料，大幅降低了能耗。

在一个实施例中，在正压脱挥器中，使用惰性气体脱挥，优选为氮气。向正压脱挥器中内通入惰性气体能迅速降低挥发性物质的分压，带走如水和小分子等物质，有利于反应平衡朝向聚合反应进行的方向转移，聚酯产品的聚合度也会提高。此外，在脱挥过程中还能降低反应物料在熔体输送过程的温度，防止聚酯发生降解。由此，提高了聚酯的品质。另外，氮气的成本较低，并且同样能够实现良好的脱挥作用和防止聚酯降解作用，降低了生产成本。

在一个实施例中，正压脱挥器和负压脱挥器通过带有夹套的管道连通。夹套的温度略低于物料温度，但是高于物料的熔点，以给物料降温的同时保证物料的顺畅流动。

在一个实施例中，正压脱挥器内的压力在0.1到0.3MPa之间，负压脱挥器内的压力在2×10^-4到5×10^-4MPa之间，挤出型排气器内的压力在1×10^-5到1.5×10^-4MPa之间。

根据这种压力设置，正压脱挥器可将终聚反应过程中产生的小分子物质和水脱除，负压脱挥器可将终聚反应过程中产生的低聚物脱除，而挤出型排气器则用于将聚酯内的挥发性物质进一步脱除。这种分级脱除挥发性物质方式使得每一级的脱挥效率得到提高，下一级的脱挥负荷由此变小，因此整体的脱挥效率得到提高。脱挥效率提高直接导致聚酯的聚合度大幅提高，因此提高了聚酯产品的品质。

在一个实施例中，在正压脱挥器和/或负压脱挥器的出料口处设置有阀门。通过设置阀门，可保证在正压脱挥器和/或负压脱挥器内积存有一定量的物料，使得整个装置能够连续运行。

在一个实施例中，在正压脱挥器内惰性气体的流向与物料的流向相反。这种设计使得正压脱挥器内能够充满惰性气体，有利于降低小分子和水在气相中分压，从而将其排出。同时，气体流向与物料流向相反，有利于对反应物料的降温，从而提高其色度品质。在一个优选的实施例中，在正压脱挥器内，惰性气体以鼓泡形式进行脱挥。在终聚反应期间，物料的粘度更大导致挥发性物质难以从物料内部运动出来，鼓泡方式能够促进挥发性物质从物料内脱除，从而提高了脱挥效率。

在一个实施例中，在正压脱挥器的进料口处和/或负压脱挥器的进料口处设置有筛板。这样当物料进入正压脱挥器和/或负压脱挥器时，筛板会将物料流变成小股细流，增加了挥发性物质与气相空间的接触机会并且使得物料表面得以更新，有助于脱除挥发性物质而不需要添加传动设备，降低了成本。

在一个实施例中，在正压脱挥器的侧壁上和/或负压脱挥器的侧壁上设置有夹套。夹套的温度略低于物料温度，但是高于物料的熔点，以给物料降温的同时保证物料的顺畅流动。

在本申请中，用语“自然下流”是指，物料不借助于传动装置而实现的流动。用语“压力”是指绝对压力。

与现有技术相比，本发明的优点在于，通过将不同的脱挥单元竖直布置，并且这些脱挥单元自上而下压力逐渐降低，使得物料能够在压差和重力作用下自然下流，省去了物料传动装置，降低了成本和生产中的能耗。使用不同脱挥器进行分级脱挥，使得每一级的脱挥效率得到提高，下一级的脱挥负荷由此变小，因此整体的脱挥效率得到提高。脱挥效率提高直接导致聚酯的聚合度大幅提高，因此提高了聚酯产品的品质。使用惰性气体脱挥能够防止聚酯发生降解，也提高了聚酯产品的品质。另外，在正压脱挥器的进料口处和/或负压脱挥器的进料口处设置筛板会使物料以小股细流方式进料，不需要添加传动设备即可增加挥发性物质与气相空间接触机会并且使得物料表面得以更新，有助于脱除挥发性物质。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的聚酯脱挥装置的示意图；

图2是根据本发明的筛板的示意图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的聚酯脱挥装置100。聚酯脱挥装置100包括彼此液体连通的第一脱挥单元和第二脱挥单元。其中，第一脱挥单元内的压力大于第二脱挥单元内的压力，并且第一脱挥单元设置在第二脱挥单元的上方，使得物料能够从上而下自然下流而不必使用传动装置，从而减小了生产中的能耗。在一个实施例中，第一脱挥单元包括闪蒸型脱挥器，第二脱挥单元包括挤出型排气器18。物料在闪蒸型脱挥器内继续进行终聚反应，而在挤出型排气器18的脱挥过程中，挥发性物质可通过排气孔21排出，此外还可通过助剂添加孔20添加助剂以对所获得的聚酯产品进行改性。

挤出型排气器18优选地可采用双螺杆挤出机。螺杆组合形式为啮合同向旋转，并且螺杆和机筒不为一个整体。在排气孔21处，螺杆的螺距是其他部分螺距的50%-80%以便于物料在此部分获得更长的停留时间，有助于脱挥效果。另外，由于进料方式为熔融进料，所以将物料进口处的螺杆的螺距构造为其他部分的110%-130%以便于物料在此处获得更大的正位输送能力，防止物料在进料口处发生架桥现象。

如图1所示，闪蒸型脱挥器又包括正压脱挥器3和负压脱挥器13。负压脱挥器13设置在正压脱挥器3的下方，并且通过管路11连接于正压脱挥器3。在管路11上还设置有夹套10以保证物料的顺畅流动。正压脱挥器3和负压脱挥器13布置方式同样使得物料能在压差和重力作用下从上而下自然下流。在一个实施例中，在正压脱挥器3中使用惰性气体进行脱挥。这是由于惰性气体能够降低挥发性物质的分压，有利于终聚反应持续进行，并且惰性气体还能够防止聚酯的降解，从而提高聚酯的聚合度。在一个实施例中，惰性气体选择为氮气。

在正压脱挥器3的正上方设置有进料口1，以便于物料能够在重力作用下由上而下自然流入正压脱挥器3内。在正压脱挥器3的周向侧壁较下部分设置有惰性气体入口4，在较上部分设置有惰性气体出口6。这种设置的惰性气体入口和出口使得惰性气体只能从正压脱挥器3的下部向上部运动，即在正压脱挥器3内物料与惰性气体为逆流，这样惰性气体会充满正压脱挥器3，有利于挥发性物质脱除。优选地，在正压脱挥器3的靠近底部的位置处也设置有惰性气体入口2以便于进行下文所述的鼓泡脱挥，在物料粘度较高的情况下，鼓泡脱挥非常有利于挥发性物质的脱除。

如图1所示，在进料口处1还设置有筛板5，其结构如图2所示。在筛板5的作用下，物料进入正压脱挥器3时会形成多个小股细流7，这增加了物料内挥发性物质与气相空间的接触机会并且使得物料表面得以更新，有助于脱除挥发性物质而不需要添加传动设备，降低了成本。在一个实施例中，筛板5的网眼51为直径不大于20mm的圆形孔，网眼之间的距离不小于10mm。

在正压脱挥器3的侧壁上设置有夹套8。夹套8的温度略低于物料温度，但是高于物料的熔点，以给物料降温的同时保证物料的顺畅流动。

在正压脱挥器3的出料口处设置有阀门9。在操作过程中，通过打开或关闭阀门9可保证在正压脱挥器13内积存有一定量的物料，使得根据本发明的聚酯脱挥装置100能够连续运行。此外，在正压脱挥器13内积存有一定量的物料还能够实现鼓泡脱挥。在一个实施例中，阀门9选择为球阀。

负压脱挥器13的结构和操作原理与正压脱挥器3相似，为了简单起见，这里不再对负压脱挥器13进行详细描述。但是，负压脱挥器13不使用氮气脱挥，而是直接通过靠近正压脱挥器3较上部的管口14连接于真空泵（未示出）进行抽真空而实现脱挥。

如有必要，在负压脱挥器13与挤出型排气器18之间的连接管上还可以设置泵17作为阀门19的旁路。这种设计的目的在于，当负压脱挥器13内的物料的粘度过大而物料流动不顺畅时，可以将阀门19关闭而运行泵17，从而保证生产的连续性。可以理解地是，也可以给阀门9设置旁路泵（未示出）。

挤出型排气器18是现有技术中常见的装置，为了简单起见，这里不再对其进行详细描述。

在聚酯脱挥装置100的操作过程中，将正压脱挥器3内的压力在0.1到0.3MPa之间，负压脱挥器13内的压力在2×10^-4到5×10^--4MPa之间，挤出型排气器内的压力在1×10^-5到1.5×10^-4MPa之间。应当理解地是，正压脱挥器3、负压脱挥器13和挤出型排气器18内的压力不限于这些数值，而是可根据实际工况进行调整。这种逐渐降低的压力设计有利于物料的自然下流。更为重要地是，这种压力设计使得正压脱挥器3用于脱除终聚反应中产生的小分子物质和水，负压脱挥器13用于脱除终聚反应中产生的低聚物，而挤出型排气器18则用于进一步将聚酯内的挥发性物质脱除。分级脱除挥发性物质方式使得每一级的脱挥效率得到提高并且下一级的脱挥负荷变小，因此整体的脱挥效率得到提高。脱挥效率提高直接导致聚酯的聚合度大幅提高，因此提高了聚酯产品的品质。

实施例1：

使用对苯二甲酸和乙二醇作为原料合成PET聚酯。在反应后期，将物料供入根据本发明的聚酯脱挥装置100内进行处理，此时物料温度为290℃。其中，正压脱挥器3的压力控制在0.1至0.3MPa，温度控制在250-285℃。负压脱挥器13的压力控制为3×10^-4×10^-4MPa，温度控制在230-250℃。挤出型排气器18的压力控制在1×10^-4到1.5×10^-4MPa，温度控制在200-230℃。

经分析，根据本发明的聚酯脱挥装置100处理后PET聚酯的数均分子量为26356、齐聚物含量为1.8wt%、色度L值为77，b值为3.5，并且聚酯的外观很好。而在现有技术中，PET聚酯的数均分子量通常为25665、齐聚物含量为2.2wt%，色度L值为75.5，b值为3.8。

由此可见，使用本发明的聚酯脱挥装置100所获得PET聚酯的数均分子量相对于现有技术提高了2.7％，并且色度品质也明显更好。此外，在生产过程中，根据本发明的聚酯脱挥装置100的能耗也较低。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种聚酯脱挥装置，包括：

彼此液体连通的第一脱挥单元和第二脱挥单元，

所述第一脱挥单元包括闪蒸型脱挥器，所述第二脱挥单元包括挤出型排气器，

其中，所述第一脱挥单元设置在所述第二脱挥单元的上方，并且所述第一脱挥单元内的压力大于所述第二脱挥单元内的压力。

2.根据权利要求1所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，所述闪蒸型脱挥器包括彼此液体连通的正压脱挥器和负压脱挥器，并且所述负压脱挥器设置在所述正压脱挥器的下方。

3.根据权利要求2所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，在所述正压脱挥器中使用惰性气体脱挥，优选为氮气。

4.根据权利要求2或3所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，在所述正压脱挥器的进料口处和/或所述负压脱挥器的进料口处设置有筛板。

5.根据权利要求3所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，在所述正压脱挥器内，所述惰性气体的流向与物料的流向相反。

6.根据权利要求5所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，在所述正压脱挥器内，所述惰性气体以鼓泡形式进行脱挥。

7.根据权利要求3到6中任一项所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，所述正压脱挥器和所述负压脱挥器通过带有夹套的管道连通。

8.根据权利要求3到7中任一项所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，在所述正压脱挥器的侧壁上和/或所述负压脱挥器的侧壁上设置有夹套。

9.根据权利要求3到8中任一项所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，在所述正压脱挥器和/或所述负压脱挥器的出料口处设置有阀门。

10.根据权利要求3到6中任一项所述的聚酯脱挥装置，其特征在于，所述正压脱挥器内的压力在0.1到0.3MPa之间，所述负压脱挥器内的压力在2×10^-4到5×10^-4MPa之间，所述挤出型排气器内的压力在1×10^-5到1.5×10^-4MPa之间。