CN218307851U - 用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统。所述反应系统包括：第一蒸馏装置、第一熔融结晶装置、第二蒸馏装置和第二熔融结晶装置。进料管与所述第一蒸馏装置连接。所述第一蒸馏装置设有第一轻质出口和第一重质出口，并且通过第一管道与所述第一熔融结晶装置横向连接。所述第一熔融结晶装置的底部通过第二管道与所述第二蒸馏装置相连。所述第二蒸馏装置设有第二轻质出口和第二重质出口。所述第二蒸馏装置通过靠近所述第二蒸馏装置底部的第三管道与所述第一管道连接，并且通过第四管道横向连接到所述第二熔融结晶装置。本实用新型提供的反应系统简化了反应步骤，能够生产出高纯度、低杂质的无色聚合物级内消旋丙交酯。

Description

用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体涉及一种用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统。

背景技术

随着对环境的关注日益增加，作为聚烯烃和聚氨酯等传统的和不易降解的合成聚合物的替代品，可生物降解的聚合物正变得越来越具有商业价值。因此，可生物降解聚合物在包装和纺织品领域的使用正在稳步增长。因此，许多研究都针对这些可生物降解材料的合成。在各种可生物降解的聚合物中，聚乳酸(PLA) 是最常用和研究最多的聚合物之一。

PLA是一种基于乳酸的脂肪族聚酯，后者通过糖和/或淀粉的发酵获得。因此，PLA来源于可再生蔬菜，可通过堆肥进行生物降解。

目前，聚丙交酯的工业化生产一般是先形成低分子量的聚乳酸，然后将低分子量的聚乳酸解聚。解聚步骤产生丙交酯。

为了制备高质量的PLA，使用高纯度的丙交酯非常重要。因此，丙交酯需要进行高度纯化，然后才能进行开环聚合以制备高质量的PLA。

在这些步骤中，可能会发生一些外消旋化，并且从该过程中获得的丙交酯将是L-丙交酯、D-丙交酯和内消旋丙交酯的混合物。目前，对于涉及L-丙交酯的通常应用，要求具有高光学纯度的这种L-丙交酯；获得这种纯度的通常工艺往往需要一个分离内消旋丙交酯的步骤。

在主要基于L-丙交酯对映异构体的PLA的通常制备工艺中，这些工艺包括粗丙交酯的纯化步骤，以从粗丙交酯料流中选择性地分离L-丙交酯对映异构体。

关于内消旋丙交酯，它也从粗丙交酯料流中分离出来，但分离后的料流中还会包含某些杂质，例如水、乳酸以及乳酸的二聚体和三聚体以及其他成分和确切结构还不完全确定的杂质。当丙交酯聚合时，这些杂质或由杂质形成的反应产物会影响聚合物的颜色(通常表示为聚合物的“黄度”)。

使用通常的分离方法，如蒸馏和/或熔融结晶，在内消旋丙交酯流中发生杂质浓缩。尽管通常的做法是将含有杂质的内消旋丙交酯流与纯L-丙交酯流以不高于约20重量％的比例混合，但这会导致产生较少结晶的聚丙交酯，如果不除去杂质，它们在聚合过程中会导致黄度，这就是为什么在这些工艺中回收的大部分或全部内消旋丙交酯被简单地丢弃，因此，这大大降低了丙交酯的总收率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，利用该反应系统，可以通过简单的反应步骤得到具有高纯度且低杂质含量的无色聚合物级内消旋丙交酯。

本实用新型的技术方案如下：

提供了一种用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统。该反应系统包括：第一蒸馏装置、第一熔融结晶装置、第二蒸馏装置和第二熔融结晶装置。进料管与所述第一蒸馏装置连接。所述第一蒸馏装置设有第一轻质出口和第一重质出口，并且通过第一管道与所述第一熔融结晶装置横向连接。所述第一熔融结晶装置的底部通过第二管道与所述第二蒸馏装置相连。所述第二蒸馏装置设有第二轻质出口和第二重质出口。所述第二蒸馏装置通过靠近所述第二蒸馏装置底部的第三管道与所述第一管道连接，并且通过第四管道横向连接到所述第二熔融结晶装置。

在本实用新型的一实施例中，所述第一蒸馏装置和所述第二蒸馏装置包括一个或多个蒸馏塔。

在本实用新型的一实施例中，所述蒸馏塔为板式塔或填充塔。

在本实用新型的一实施例中，第一熔融结晶装置和第二熔融结晶装置为静态熔融结晶器、降膜熔融结晶器或悬浮结晶器。

在本实用新型的一实施例中，所述第二蒸馏装置的顶部通过所述第四管道与所述第二熔融结晶装置横向连接。

在本实用新型的一实施例中，所述第二蒸馏装置通过所述第三管道与所述第一管道连接，以允许回收靠近所述第二蒸馏装置的底部的料流。

该反应系统生产无色聚合物级内消旋丙交酯的优点总结如下：

本实用新型提供的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，简化了反应步骤，能够生产出纯度高、杂质含量低的无色聚合物级内消旋丙交酯。所获得的内消旋丙交酯具有小于15mEq/kg、优选小于10mEq/kg的残余酸度以及小于 100ppm、优选小于50ppm的水含量。

此外，所获得的内消旋丙交酯可以在PLA的生产中重复使用，而不会影响最终聚合物的着色(即，对“黄度”没有显著影响)。因此，最终PLA的黄度指数 (使用BYK 6836测色仪(或等效物)根据ASTM E313-98在以下测量条件下测量：光源＝D65/10°；单元尺寸＝～2/2cm)为小于5，最好小于2。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施作进一步详细说明。显然，以下描述中的附图仅为本实用新型的一实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在没有创造性劳动的情况下，还可以从这些附图中获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚易懂，下面结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型的说明书中，需要说明的是，除非另有明确说明和限制，“安装”、“连接”等术语应从广义上理解，例如可以是固定连接，也可以是可连接的连接；可拆卸连接，或整体连接；可以是机械连接或电气连接；可以是直接连接，也可以是通过中间介质的间接连接，也可以是两个组件之间的内部连通/通信。

对于本领域的普通技术人员来说，本实用新型中上述术语的具体含义可以在具体情况下理解，不应理解为对本实用新型的限制。

此外，各种阀门、泵、加热和冷却设备、分析设备、控制设备等辅助设备未示出，但当然可以根据需要或希望使用。

应当理解，“第一”、“第二”等术语仅用于描述的目的，绝不能解释为相对重要性的指示或暗示，或暗示所提及的技术特征的数量。因此，以“第一”和“第二”为前缀的特征将明确或隐含地表示包括了所提及的技术特征中的一个或多个。在本申请的描述中，“多个”/“若干个”是指两个或两个以上的数量，除非另有明确和具体定义。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其包括：第一蒸馏装置1、第二蒸馏装置3、第一熔融结晶装置2、第二熔融结晶装置4以及进料管5。

进料管5与第一蒸馏装置1相连，第一蒸馏装置1设有第一轻质出口7和第一重质出口8，并通过第一管道6与第一熔融结晶装置2横向连接。第一熔融结晶装置2的底部通过第二管道10与第二蒸馏装置3连接。第二蒸馏装置3设有第二轻质出口11和第二重质出口13，还通过靠近第二蒸馏装置3底部的第三管道12与第一管道6连接，并通过第四管道14横向连接到第二熔融结晶装置4。

将含有粗丙交酯的料流通过进料管5进料到第一蒸馏装置1中，该第一蒸馏装置可以以液体或蒸气形式进料。根据本实用新型，含丙交酯的料流的来源可以是变化的。在这方面，观察到可用于制备PLA的丙交酯可通过各种途径获得。例如，该料流可能来自丙交酯生产、回收的丙交酯或PLA，或来自PLA的脱挥发份作用。待纯化的含丙交酯料流可通过两步聚合/解聚过程制备，其中，首先将来自进料源的乳酸聚合成相对低分子量的聚乳酸，然后将聚乳酸加热，通常该加热步骤在催化剂的存在下进行，从而将低分子量聚乳酸解聚成丙交酯。该丙交酯通常作为蒸气产物流的组分被回收，该蒸汽产物流也包含杂质。

第一蒸馏装置1包括一个或多个蒸馏塔。优选地，蒸馏塔是多级蒸馏塔。蒸馏塔可以是任何类型的已知蒸馏塔，例如板式塔或填充塔。优选蒸馏塔是填充塔。

第一蒸馏装置1的顶部和底部分别设有第一轻质出口7和第一重质出口8。其中，第一轻质出口7中的物料流可被丢弃或者被净化或者循环至回收步骤(如专利CN106414547所述)，而第一重质出口8中的物料流可被丢弃或被净化或者在该工艺中再次循环，例如回到低聚步骤。

第一蒸馏装置1通过第一管道6横向连接到第一熔融结晶装置2，第一管道 6允许从第一蒸馏装置1出来的预纯化丙交酯流进入第一熔融结晶装置2。第一熔融结晶装置2可以是任何已知类型的熔融结晶器，例如静态熔融结晶器、降膜熔融结晶器、悬浮结晶器等。

纯化的L-丙交酯料流通过第五管道9从第一熔融结晶装置2中排出，并可用于聚合步骤。

第一熔融结晶装置2的底部通过第二管道10连接到第二蒸馏装置3，该第二管道10允许富含内消旋丙交酯的料流和杂质进入第二蒸馏装置3。

第二蒸馏装置3包括一个或多个蒸馏塔。优选地，蒸馏塔是多级蒸馏塔。蒸馏塔可以是任何已知类型的蒸馏塔，例如板式塔或填充塔。优选蒸馏塔是填充塔。

第二蒸馏装置3的顶部和底部分别设有第二轻质出口11和第二重质出口13。其中，该第二轻质出口11的料流包括可被清除或循环到回收步骤的挥发性化合物(如专利CN106414547所述)，并且，该第二重质出口13的料流可以是要么在工艺中被再次循环，例如回到低聚步骤，要么被清除。

第二蒸馏装置3还通过第三管道12连接到第一管道6，以允许回收接近第二蒸馏装置3的底部的料流。

第二蒸馏装置3在其顶部附近通过第四管道14横向连接到第二熔融结晶装置4。第一熔融结晶装置2可以是任何类型的已知熔融结晶器，例如静态熔融结晶器、降膜熔融结晶器、悬浮结晶器和类似。

经纯化的内消旋丙交酯料流通过第六管道15从第二熔融结晶装置4中收回并可用于聚合步骤。这种纯化的内消旋丙交酯是无色的，具有小于15mEq/kg、优选小于10mEq/kg的残余酸度以及小于100ppm、优选小于50ppm的水含量。

第二熔融结晶装置4的底部设有液体出口16，该液体出口16的料流优选在工艺中被清除或部分地再次循环回到该工艺。

以下实施例仅用于说明本实用新型，不能用于限制本实用新型的范围。

示例

将粗丙交酯流注入第一蒸馏装置1，该第一蒸馏装置1包括多级蒸馏填充塔。蒸馏塔填充有规整填料ROMBOPACK S6M，其是一种金属板填料，每米产生3.5 个理论级数。粗丙交酯料流经受蒸馏条件，根据该条件，轻质料流通过第一轻质出口7回收然后冷凝，而重质料流通过第一重质出口8收回并循环到PLA生产工艺中。

气态丙交酯料流通过第一管道6横向抽出，冷凝，然后供应给第一熔融结晶装置2(其中，该第一熔融结晶装置2为动态熔融结晶装置)，从中通过第五管道9回收纯化的L-丙交酯料流。这种纯化的L-丙交酯具有1.43mEq/kg的残留酸度和28ppm的水含量。含有内消旋丙交酯和杂质的料流通过第二管道(10)送入第二蒸馏装置(3)，该第二蒸馏装置(3)包括填充有规整填料BS-500MN的多级蒸馏塔，其产生30个理论级。

粗丙交酯料流经受蒸馏条件，根据该条件，轻质丙交酯(包括挥发性化合物) 通过第二轻质出口11回收并冷凝，而重质丙交酯流通过第三管道12和第二重质出口13收回并净化。

液态丙交酯流通过第四管道(14)在上部侧向抽出，冷凝，然后被供给到第二熔融结晶装置4(该第二熔融结晶装置为静态熔融结晶装置)，从中通过第六管道15回收纯化的内消旋丙交酯流。获得的纯化内消旋丙交酯是无色的，具有 5mEq/kg的残余酸度和25ppm的水含量。然后将纯化的(通过第五管道9回收的)L-丙交酯料流聚合，并根据ASTM E313-98使用BYK 6836测色仪在以下测量条件下测量聚合物的黄度指数：光源＝D65/10°；单元尺寸＝～2/2cm。来自聚合的L-丙交酯料流的黄度指数为2.2。

将95％(重量)的(通过第五管道9回收的)纯化L-丙交酯料流以及5％(重量)的(通过第六管道15回收)纯化内消旋丙交酯的混合物聚合(得到的聚合物L(+)98％，D(-)2％)中，黄度指数为2.3。这清楚地表明纯化的内消旋丙交酯流不会影响最终聚合物的颜色。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其特征在于：

所述反应系统包括：第一蒸馏装置(1)、第一熔融结晶装置(2)、第二蒸馏装置(3)和第二熔融结晶装置(4)；

进料管(5)与所述第一蒸馏装置(1)连接；

所述第一蒸馏装置(1)设有第一轻质出口(7)和第一重质出口(8)，并且通过第一管道(6)与所述第一熔融结晶装置(2)横向连接；

所述第一熔融结晶装置(2)的底部通过第二管道(10)与所述第二蒸馏装置(3)相连；

所述第二蒸馏装置(3)设有第二轻质出口(11)和第二重质出口(13)，还通过靠近所述第二蒸馏装置(3)底部的第三管道(12)与所述第一管道(6)连接，并且通过第四管道(14)横向连接到所述第二熔融结晶装置(4)。

2.根据权利要求1所述的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其特征在于，所述第一蒸馏装置(1)和所述第二蒸馏装置(3)包括一个或多个蒸馏塔。

3.根据权利要求2所述的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其特征在于，所述蒸馏塔为板式塔或填充塔。

4.根据权利要求1所述的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其特征在于，所述第一熔融结晶装置(2)和第二熔融结晶装置(4)为静态熔融结晶器、降膜熔融结晶器或悬浮结晶器。

5.根据权利要求1所述的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其特征在于，所述第二蒸馏装置(3)的顶部通过所述第四管道(14)与所述第二熔融结晶装置(4)横向连接。

6.根据权利要求1所述的用于生产无色聚合物级内消旋丙交酯的反应系统，其特征在于，所述第二蒸馏装置(3)通过所述第三管道(12)与所述第一管道(6)连接，以允许回收靠近所述第二蒸馏装置(3)的底部的料流。

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