CN203820679U - 用于制造热塑性聚合物的聚合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于制造热塑性聚合物的聚合装置，其包括：单级或多级地实施的至少一个聚合反应器；前置于至少一个聚合反应器的至少一个混合容器；以及至少一个管路，其将至少一个混合容器的排出口与至少一个聚合反应器的进入口相连接，其特征在于，至少一个聚合反应器、至少一个混合容器和至少一个管路分别包括至少一个换热器元件，其中，至少一个聚合反应器的至少一个换热器元件、管路的至少一个换热器元件和混合容器的至少一个换热器元件能够以换热器流体流过且相串联。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于制造热塑性聚合物的熔融物的聚合装置，在其中可回收所发出的产品的热量且用于预热可使用的原料。此外，本实用新型涉及一种相应的用于制造热塑性聚合物的方法。
背景技术
由现有技术已知进行聚合物熔融物(Polymerschmelze)的冷却，以引起相对粘度的提升。对此，借助于空气冷却器取出聚合物熔融热量且发出到环境处。余热因此未利用地失去。
实用新型内容
提出任务是开发一种用于将热量从聚合反应器的熔融冷却器回引到聚合过程中的结构上的解决方案。利用其可回收聚合物熔融热量且用于原料的预热。在此应避免单独的换热器，但是温度应持久可靠地低于热载体油(W?rmetr?ger?l)至在聚合反应器中的熔融冷却器的进入温度。
该目的通过关于一种带有权利要求1的特征的聚合装置、关于一种用于通过权利要求17的特征来制造热塑性聚合物的方法来实现。相应的从属权利要求在此示出有利的改进方案。
根据本实用新型因此说明一种聚合装置，其包括：
a) 单级或多级地实施的至少一个聚合反应器(1)，
b) 前置于该至少一个聚合反应器(1)的至少一个混合容器(3)，以及
c) 至少一个管路(2)，其将该至少一个混合容器(3)的排出口(3b)与该至少一个聚合反应器的进入口(1a)相连接，
其中，该至少一个聚合反应器(1)、该至少一个混合容器(3)和该至少一个管路(2)分别包括至少一个换热器元件(1c, 2c, 3c)，其中，该至少一个聚合反应器的至少一个换热器元件(1c)、管路(2)的至少一个换热器元件(2c)和混合容器(3)的至少一个换热器元件(3c)能够以换热器流体流过且相串联。
在根据本实用新型的聚合装置中因此设置成，主要组成部分中的每个、即聚合反应器、混合容器以及管路(其将混合容器与聚合反应器相连接)包括换热器元件。在此，各个换热器元件相串联且能够以换热器流体流过。尤其在此，换热器流体在从聚合反应器出发经由管路朝向混合容器的换热器元件的方向上流过各个换热器元件。
利用换热器元件的该级联可以回收在聚合反应器中作为产品积聚的聚合物熔融物的热能。通过换热器流体可从在聚合反应器中积聚的聚合熔融物提取热能且传输到待输送给聚合反应器的物质处。
在混合容器中例如可实现单体或低聚物(应由其在聚合反应器中来制造热塑性聚合物)的存储(Vorlage)。在混合容器中同时可向单体或低聚物添加另外的物质例如添加剂、催化剂等。
经由管路将这些离析物(Edukt)输送给聚合反应器。通过经由换热器流体回收包含在熔融的聚合材料中的热能，因此已可在至聚合反应器的路径上实现离析材料的部分加热。
与带有单独的换热器的解决方案相比优点在于成本和安装位置节省。来自聚合反应器的热量完全又被输送给该过程，不需要附加的装备，用于新鲜己内酰胺的管路按照标准设有双层外套(Doppelmantel)，其也适和于利用热载体油的加热。该实用新型的污染倾向比在大多数的常见换热器类型中更低。在双层管中的加热效率比较高，因为在内管中和在外套中达到较高的流动速度。能够将热载体油的温度可靠地降低到对于聚合物冷却必要的值之下，使得可利用简单的馈给/放泄(Feed/Bleed)-调节来调节热载体油的所需的温度。
换热器元件(其在上面所提及的聚合装置的主要组成部分中来实施)在此可以以任意的方式来形成。由此例如可使用由现有技术已知的换热器元件。
根据本实用新型的优选的实施形式设置成，管路(2)的换热器元件(2c)通过管路(2)的双层壁式的管结构(带有双层外套的管)来实现。
当混合容器(3)具有表示换热器元件(3c)的外套时，尤其是有利的。
此外，换热器流体可以在循环中来引导。对此例如设置成，混合容器(3)的换热器元件(3c)经由管路(31)与聚合反应器(1)的换热器元件(1c)相连接。
此外可能的是，已对离析物输送至混合容器来调温。这例如可由此来实现，即混合容器(3)具有至少一个进入口(3a)，其利用管路(4)来供给，管路(4)具有至少一个换热器元件(4c)。
当管路(利用其可将离析物输送给混合容器)的换热器元件(4c)具有双层壁式结构时，这里也是优选的。
就此而言另外可设置成，管路(4)的至少一个换热器元件(4c)与混合容器(3)的换热器元件(3c)相串联，也就是说例如换热器流体在经过混合容器之后被输入管路(4)的换热器元件(4c)中。
另一实施形式设置成，换热器流体如前面所说明的那样在循环中来引导，其中，此外设置成，用于混合容器的输入管路(4)的换热器元件(4c)联接到该循环处。这例如可由此实现，即混合容器(3)的换热器元件(3c)经由三通阀(31a)与管路(31)和管路(4)的换热器元件(4c)处于连接中。备选地，代替三通阀也可存在两个双通阀或者其它适合的用于控制部分流的阀装置。
输入到用于混合容器(3)的输入管路(4)的换热器元件(4c)中的换热器流体的回流也可被回引到循环中。对此可设置成，管路(4)的换热器元件(4c)经由管路(431)与管路(31)处于连接中。
根据之前所说明的实施形式因此产生两个用于换热器流体的循环，它们可被相互联结：第一循环将换热器流体从混合容器引回至聚合反应器，第二循环经由用于混合容器的输入管路引导换热器流体。两个循环可重新汇合，使得两个换热器流体流(输入到至聚合反应器的回引管路中的流以及经由用于混合容器的输入管路所引导的换热器流体流)可经由共同的线路被引回至聚合反应器。
经由三通阀例如可来进行换热器流体流的分配。这尤其可以以温度控制的方式实现，对此可设置成，在连接管路(将换热器流体从至混合容器的输入管路输引回到在混合容器与聚合反应器之间的连接管路中的管路)中包括温度传感器。温度传感器可实施用于控制之前所说明的三通阀。
此外当管路(31)包括用于输送换热器流体的至少一个泵(5)时，是有利的。
为了调温在循环中所引导的换热器流体此外可设置成，将混合容器的换热器元件与聚合反应器的换热器元件相连接的管路具有至少一个入口和至少一个出口。经由出口可从管路中取出换热器流体，经由管路的出口来输送特别调温的换热器流体。所输送的换热器流体的温度以及量可限定地来调节，使得在进入之后存在限定地调温的换热器流体流且此外可输送给聚合反应器的换热器元件。在此优选地，出口与入口相比在管路的流动方向上进一步布置在下游。
此外当管路(31)和/或聚合装置具有经由至少一个温度传感器(TC)来确定在管路(31)中的换热器流体和/或聚合反应器(1)的内含物(Inhalt)的温度时，是优选的。
经由该或多个温度传感器例如可来调整经由入口所输送的换热器流体流的量或温度且因此最终来调节从聚合反应器分出的聚合物熔融物的温度。关于此同样可来调节所回收的热能的量。
当入口(6)和/或出口(7)包括控制阀(6a)(经由其可来调节经由入口(6)输送到管路(31)中的换热器流体的量和/或经由出口(7)从管路(31)导出的换热器流体的量)时，在此尤其是有利的。
尤其通过该至少一个温度传感器(TC)来调整控制阀(6a)。
将离析物引导至混合容器的管路同样可经由调温的供给部来供给。
本实用新型此外涉及一种用于利用根据前述权利要求中任一项所述的聚合装置通过优选地聚酰胺、尤其包含聚酰胺6个单元的聚酰胺6或者共聚酰胺的聚合或者缩聚作用制造热塑性聚合物的方法，在其中：
a) 将待聚合的或者待缩聚的材料输入混合容器(3)中且必要时与另外的待混入的物质混合，
b) 经由管路(2)将材料或者材料混合物输送给聚合装置(1)且在那里聚合或缩聚成热塑性聚合物，
c) 经由换热器元件(1c)来冷却热塑性聚合物，其中，加热在换热器元件(1c)中所引导的换热器介质，以及
d) 并且接下来作为熔融物从聚合反应器(1)经由排出口(1b)被发出，
其中，在换热器元件(1c)中加热的换热器流体被引导通过管路(2)的换热器元件(2c)且接下来通过混合容器(3)的换热器元件(3c)，其中，在管路(2)和混合容器(3)中所引导的或包含的材料或者材料混合物被调温、尤其加热。
当换热器流体在管路(2)的换热器元件(2c)中逆流于材料或者材料混合物的流动方向来引导时，尤其在根据本实用新型的方法中是有利的。
换热器流体可在经过混合容器(3)的换热器元件(3c)之后：
a) 被输入管路(31)中且输送给换热器元件(1c)且由此在循环中来引导，并且/或者
b) 被输入管路(4)的换热器元件(4c)中且逆流于在管路(4)中所引导的材料来引导。
优选地此外可设置成，换热器流体输入到管路(31)中和/或到换热器元件(4c)中经由三通阀(31a)实现，其中，换热器流体的输入到管路(31)和/或换热器元件(4c)中的份额的体积分配的控制以温度调节的方式经由温度传感器(TC)实现。
当从管路(31)经由排出口(7)来取出热的换热器流体且经由供给部(6)来输送冷的换热器流体时，尤其在根据本实用新型的方法中是优选的，其中，导出的或输入的换热器流体的量优选地经由调节阀(6a)来控制，其中，调节阀(6a)尤其经由温度调节部(TC)来控制。
附图说明
根据接下来的附图详细地来阐述本实用新型，然而不将附图限于特别示出的实施形式。其中：
图1显示了根据本实用新型的聚合装置的优选的实施方案。
具体实施方式
己内酰胺(Caprolactam)聚合成聚酰胺6(即使在带有共聚物的聚酰胺6的聚合中)在单级的或者多级的过程中实现。最后的工序是冷却聚酰胺熔融物以提升相对粘度。出于节省能量的原因来利用从在最后的反应器中的聚合物熔融物取得的能量，以便预热聚合的原材料。由此完全回收该能量。
通常借助于热载体油来执行聚酰胺的熔融冷却。其根据在聚合反应器的排出口中所希望的熔融温度在至熔融冷却器的入口中被调节到恒定的温度上。在熔融冷却器的流出流(Abstrom)中将热载体油引向设备部件，在那里使用热量(备选于空气冷却器)，以加热其它介质。之后通过热的初级热载体油的混入又将热载体油(其具有在对于熔融冷却所需的温度之下的温度)带到所需的温度上。热载体油的温度通常处于在熔融冷却器的出口中的260℃与在熔融冷却器的入口中的230℃之间。
来自热载体油的热量通常经由单独的换热器来使用，以便加热原材料己内酰胺或者不同原材料的混合物(己内酰胺+水+添加剂+提取物(可选))。在单独的换热器中以热载体油加热己内酰胺是有问题的。不推荐使用管束换热器，因为由于己内酰胺的聚合各个管堵塞且在较长的运行时间之后仅还有少量换热器管可通行。经常不再达到所需的换热器功率。类似的问题在使用板式换热器和其它标准形式的换热器时出现。在实践中实施双层管-换热器的形式，其中，己内酰胺在内管中流动且热载体管在套管中逆流地被引导。
对于在单独的换热器中的热量利用的备选方案(其已被反复使用)是加热前置于聚合的混合容器的加热套。在该容器中混合和加热聚酰胺的原材料。在该混合容器中的运行温度低于在熔融冷却器之后的热载体油温度。由此可将热量发出到该容器中。
该解决方案对于带有较小容量的聚合设备是足够的，但是对于超过100t/天的设备尺寸引起问题，因为加热套的传热面积不足以导出全部热量。
在图1中示出根据本实用新型的聚合装置，其包括聚合反应器1、混合容器3以及将聚合反应器1与混合容器3相连接的管路2。混合容器具有进入口3a，利用其可将单体材料、例如ε-己内酰胺发送到混合容器3中。此外可经由另一入口3a'将另外的材料例如水、催化剂、添加剂或者提取物发送到混合容器中。混合容器例如可包括用于混匀或搅混(Durchmengung)所发送的材料的机械装置、例如搅拌装置等。在混合容器3中所产生的混合物可经由混合容器3的排出口3b被发送到管路2中且在那里发送到聚合反应器1中。聚合反应器1可以单级或多级地、例如两级地来构造。在两级构造的情况中聚合反应器1在此例如可包括预聚合级以及后凝聚级。在聚合反应器中使从混合容器3所输送的混合物聚合。经由入口1a将混合物输送给聚合反应器1。完成的产品、也就是说热塑性聚合物的熔融物、例如聚酰胺-6-熔融物经由排出口1b被从聚合反应器1取走。对于本实用新型现在重要的是，不仅聚合反应器1、管路2而且混合容器3具有换热器元件1c、2c或3c。聚合反应器1的换热器元件1c在此例如可构造为管式换热器，其尤其构造在聚合反应器的排出口区域中、也就是说在排出口1b附近。聚合反应器1的这样的区域可被称为聚合物-冷却-区。管路2的换热器元件2c尤其通过管2的双层壁式结构来构造，在此真正的管路2(利用其可将混合物从混合容器3引导到聚合反应器1中)是内部的管路。换热器元件2c因此形成管路2的包套(Ummantelung)。混合容器的换热器元件3c尤其实施为混合容器3的包套或双层壁。全部换热器元件1c、2c和3c在此处于流动连通中且可接连地、也就是说依次被换热器流体流过。换热器流体优选地在此逆着产品材料的流动方向来引导、也就是说从聚合反应器1的换热器元件1c经过管路2的换热器元件2c朝向混合容器3的换热器元件3c。利用该装置可在从聚合反应器1发出之前从完成的聚合物熔融物中提取热能且输入到离析物材料(其经由管路2从混合容器3被输送给聚合反应器1)中。以此可在无较大的装置耗费的情况下实现热能的回收。
根据按照图1的实施例在循环中来引导换热器流体。对此设置有管路31，利用其可将换热器流体在经过混合容器3的换热器元件3c之后回引到聚合反应器1的换热器元件1c中。为了输送换热器流体在管路31中设置有泵5。
另一可能性设置成，管路4(利用其将离析物材料、例如ε-己内酰胺输送给混合容器3)已设有换热器4c。该换热器元件4c同样可设计为管路4的双层壁式管结构，其中，离析物材料又在内部的管路中而换热器流体在该管路4的包套中被引导。在管路4的换热器元件4c中同样逆流于在管路4中所引导的单体来引导换热器流体。在此，管路4的换热器元件4c后置于混合容器3的换热器元件3c。
换热器元件4c可归并到换热器流体的循环31处。对此例如可设置有三通阀，利用其可来控制换热器流体流到循环31或到管路4的换热器元件4c上的分配。为了将换热器流体从管路4的换热器元件4c回引到循环31中可设置有另外的管路431。为了借助于三通阀31a控制换热器流体流分配到循环31或换热器元件4c上同样可将温度传感器TC引入管路431中。因此，通过经由三通阀将预定的量的换热器流体发送到管路4中，已能在管路4中精确地调温离析物材料。
管路4在其方面可经由另外的供给部8来供给，其同样可具有可调温的包套。对此设置有调温的流体、例如热水的的进入口8a以及输出口8b。离析物材料、例如ε-己内酰胺经由供给部81被输入到管路8中。
此外，循环31可具有用于在循环31中所引导的换热器流体的入口6以及出口7。入口6例如可经由可控制的阀6a来调节。经由入口6输送给循环31的换热器流体可被预调温到一定的温度上。借助于一个或者多个另外的温度传感器TC(其例如可在进入到聚合反应器1的换热器元件1c中之前确定发出到循环31中的热塑性聚合物熔融物或换热器流体的温度)此外可来调节阀6a和因此所输送的换热器流体的量或温度且因此来调整换热器流体流过换热器元件1c的温度。
Claims (16)
1.一种聚合装置，其包括：
a) 单级或多级地实施的至少一个聚合反应器(1)，
b) 前置于至少一个所述聚合反应器(1)的至少一个混合容器(3)，以及
c) 至少一个管路(2)，其将至少一个所述混合容器(3)的排出口(3b)与至少一个所述聚合反应器的进入口(1a)相连接，
其特征在于，至少一个所述聚合反应器(1)、至少一个所述混合容器(3)和至少一个所述管路(2)分别包括至少一个换热器元件(1c, 2c, 3c)，其中，至少一个所述聚合反应器的至少一个换热器元件(1c)、所述管路(2)的至少一个换热器元件(2c)和所述混合容器(3)的至少一个换热器元件(3c)能够以换热器流体流过且相串联。
2.根据权利要求1所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(2)的换热器元件(2c)通过所述管路(2)的双层壁式的管结构来实现。
3.根据前述权利要求中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述混合容器(3)具有外套，其表示所述换热器元件(3c)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的聚合装置，其特征在于，通过使所述混合容器(3)的换热器元件(3c)经由管路(31)与所述聚合反应器(1)的换热器元件(1c)相连接，在循环中来引导所述换热器流体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述混合容器(3)具有至少一个进入口(3a)，其利用管路(4)来供给，所述管路(4)具有至少一个换热器元件(4c)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(4)的换热器元件(4c)通过所述管路(4)的双层壁式的管结构来实现。
7.根据前述两项权利要求中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(4)的至少一个换热器元件(4c)与所述混合容器(3)的换热器元件(3c)相串联。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述混合容器(3)的换热器元件(3c)经由三通阀(31a)或者两个双通阀与所述管路(31)和所述管路(4)的换热器元件(4c)处于连接中。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(4)的换热器元件(4c)经由管路(431)与所述管路(31)处于连接中。
10.根据前述权利要求所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(431)包括温度传感器(TC)，其用于控制所述三通阀(31a)。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(31)包括用于输送所述换热器流体的至少一个泵(5)。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(31)具有用于换热器流体的至少一个入口(6)和至少一个出口(7)。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(31)和/或所述聚合装置经由至少一个温度传感器(TC)来确定在所述管路(31)中的所述换热器流体和/或所述聚合反应器(1)的内含物的温度。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述入口(6)和/或所述出口(7)包括控制阀(6a)，经由其能够来调节经由所述入口(6)输送到所述管路(31)中的所述换热器流体的量和/或经由所述出口(7)从所述管路(31)输出的所述换热器流体的量。
15.根据前述两项权利要求中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述控制阀(6a)通过至少一个所述温度传感器(TC)来调整。
16.根据权利要求5至15中任一项所述的聚合装置，其特征在于，所述管路(4)经由调温的供给部(8)来供给。
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