TW200800538A - Crystallizer temperature control via fluid control - Google Patents

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200800538 九、發明說明： [發明所屬之技術領域】 本發明大體而$係關於使聚合物顆粒結晶之方法及系 統’且更特定言之係關於使聚酯顆粒結晶之方法及系統。 【先前技術】

熱塑性樹脂使用於眾多商業應用中。詳言之，聚酯（諸 如聚對苯二甲酸乙二酯（ΡΕΊΓ)、聚萘二甲酸乙二酯（pEN)以 及類似聚合物及共聚物）已成為大宗商品(其製品係熟知且 成熟的）。聚靡之應用包括食品、飲料及其他液體貨櫃以 及合成纖雉。諸如PET之若干聚醋可以非晶及半結晶形式 存在。非晶PET為透明的，而結晶PET為不透明的。 在白知PET製程中，藉由在反應容器中酯化對苯二甲酸 及乙二醇以形成預聚合混合物來形成PET。酯化不需加以 催化。預聚合糊狀物隨後經加熱以促進聚合。所得混合物 接著在存在適當之觸媒的情況下於高溫（例如，285。〇下在 熔融劑中經受聚縮合。將Sn、Sb、Ge、Ti或其他元素之化 :物用作聚縮合觸媒。聚合物直接自聚縮合反應器擠壓為 股線。使該等較熱、擠出之股線在切為顆粒之前與冷水接 觸、乾燥且在結晶之前儲存在館倉中。 在美國專利第5,310,515號 丁询不ί裂粒製程，其中4 粒則拉伸股線。習知知識指示至少顆粒之表 '面必須冷名 M C至30。(：以避免在儲存期間結塊。在儲存期間，來差 威之較熱内部之熱遍及該等顆粒而分布。 ’、，夕部顯著高於20°C至30°C之顆粒）可能在儲存其 120l37.doc 200800538 j溫度平衡之後聚結。除藉由與水接觸而引起之溫度之減 二外’可用冷空氣、氮氣或惰性氣體進一步將該等顆粒冷 Γί:要溫度。儲存顆粒’且接著隨後將其再加熱至所要 結晶溫度。加熱、冷卻及再加熱之此等步驟引起已能量密 木衣耘中的顯著姥I知失。較熱顆粒之結晶可在—結晶震 盪器或流體床中完成。固體成態用於提高固有黏度並::除 乙醛。 ” 芩看圖ΙΑ、1Β，及1C，提供ΡΕΤ製造設施之圖式。PET 加工設施1〇包括混合槽12，在其中混合對苯二甲酸 (TPA )及乙一醇（EG")以形成預聚合糊狀物。轉移此預聚 合糊狀物且將其在醋化反應器14中加熱以形成醋化單體。 調節酉旨化反應器14内之Μ力以控制乙二醇之沸點及有助於 將產物移動至醋化反應器16。來自醋化反應器14之單體在 酯化反應器1 6中經受額外之加熱但此次為反芎 14中之壓力相比而較小之壓力下。接著，將來自醋 器16之單體引入至預聚物.反應器18中。單體在真空下在位 於預聚物反應器18内時被加熱。在預聚物反應器“内，預 聚物之固有黏度開始增加。將在預聚物反應器18中形成之 預聚物順序地引入至聚縮合反應器2 〇中且接著引入至聚縮 合反應器22中。在與預聚物反應器18中之真空相比而較大 之真空下’在聚縮合反應器20、22中之每一者中加熱預聚 物，使得聚合物鏈長度及固有黏度增加。在最終聚縮合反 應為之後’藉由泵24在壓力下移動PET聚合物穿過過濾器 26、28並穿過沖模30、32、34，既而形成PET股線36、 120137.doc 200800538 38、40(見圖 IB) 〇 參看圖IB ’說明一種用於形成聚酯顆粒之方法。當股線 自沖模30、32、34排出時，藉由擠出之聚合物股線％、 38、40上之水噴霧流42、44、46來冷卻股線。在自沖模 30、32、34排出之後，在股線仍較熱時由切割機54、％、 58將股線36、38、40切割為顆粒48、5〇、52。雖然以此方 式形成之聚酯顆粒傾向於具.有圓柱形形狀，但可被修改為 立方形、狗骨形或其他形狀。此時，在該製程中，聚酯顆 粒通常為非晶的。聚醋顆粒通常在運輪至消費者之前結 晶。此結晶允許在較高溫度下進行後績乾燥，使得可視需 要來擠壓V酯。通常藉由將顆粒再加熱至高於結晶溫度之 溫度來達成聚㈣粒之結晶。在顆粒結晶時，由於所產生 之結晶熱而獲得額外之熱。此額外之熱傾向於使顆粒柔軟 且彼此黏著。因此，攪拌顆粒以避免其由於軟化而黏附在 -起。在結晶之後，通常使惰性氣體圍繞較熱顆粒穿過來 使該等顆粒固體成態以增加爵有黏度。 &芩看圖1C，提供一種替代顆粒形成製程之示意圖。在此 變體中’由模面切割機（如face cutter)80 ' 82、84在水下 將自沖模66、68、7°排出之股線60、62、64切割為顆粒 74 76。在此變體十，擠出之聚酯股線在退出沖模 68 70日守兀全浸沒在水下且在水下切割。由於當排出 至水中時溶融聚醋之表面張力，因此以此方式形成之顆粒 =、74、76傾向於具有球形形狀。最初，在切割之後，顆 球72 74、76仍在内部中保..持大量之熱。隨後，經由輪送 120l37.doc 200800538 j統92將顆粒/水組合發送至乾燥器90。適用之乾燥器之 實^包括自水移除顆粒72、74、76的向心乾燥器。在^ 萃d 9叫，額外之水由於在自乾燥器如排出時仍較高之 =72、:74' 76的熱含量而蒸發°若足夠快地將顆粒/水 組合傳达至乾燥器，則聚醋顆粒可保持足夠之熱以發生社 晶。接著將顆粒72、74、76轉移至結晶器94，在其 滯留歷時一滞留時間（約2至2〇分鐘）以發生結晶。結晶器94 亦提供足夠之攪拌以抑制聚酯顆粒黏附在一起。 國際專利申請㈣WQ2()_33 m號及美國㈣申請案 第鳩〇110182號及第細5〇11()184號揭示了用於使聚^顆 粒結晶之方法。國際專利申請案第w〇2_/〇33i74號揭示 了在高溫下於液體浴(例如’水浴)中處理聚合顆粒以誘發 九曰曰之方法。吴國專利申請案第2〇〇5〇ιι〇ΐ82號及第 ㈣m灣揭示了將空氣注人至圖ic之顆粒/水聚料中 以便迅速地將祕料至錢器9G並穿過㈣㈣的方 在結晶之後，藉由敏密相輸送系統96將顆粒72、74、％ 傳送至-或多個顆粒處理站。此等、敏密相輸送系統利用空 氣來將顆粒自-位置移動至另一位置。舉例而言，該等顆 此等摻㈣倉中’聚s旨顆粒混合在—起以達成目標規格。 此規格可關於色彩、分子量、觸媒濃度、添加劑濃度、密 度及其類似特性。在又-實例中，將顆粒輪送至一固體成 •悲製程反應器中。應注意’因為稀釋相輸送系統可引起顆 120137.doc 200800538 粒之表面嫁融或具有較高衝擊速度既而形成非所要之流及 細屑，所以在此應用中敏密相輸送系统傾向於比稀釋相輸 送系統適用。 儘管製造聚合顆粒（且詳言之，聚酯顆粒）之此等方法及 系統良好地運作，但設備之製造及維護為昂貴的。一典型 pet製造線可包括.若干結晶器，該等結晶器中之每一ς利 用-相當大之馬達且佔用製造工廠中之較大佔據面積。此 結晶器之初始資本投入可能容易地超過—百萬美元。 =此’存在對較不昂貴地安裝、操作及維護之=合物加 工没備及方法的需要。 【發明内容】 =發明藉由在至少—實施例中提供—種使複數個聚合顆 :來克服一或多個問題，施例之方法包括 …顆粒引入至一結晶器中的步驟。為使結晶成 為可施，必須由可么士曰# 了、，，口日日之一或多個聚合物形成該等聚合顆 ΓΓ結晶之聚合物之特徵在於結晶溫度及㈣溫 士、。：外’該複數個聚合顆粒之特徵在於平均顆粒溫度。 初口千均溫度將該複數個聚合顆粒引入至結晶器中。當 位於結晶器内時’為調節平均顆粒溫 ： 該流體藉由具有二::二入至結晶器内之接 均顆粒溫度维=::r之溫度，該溫度足以在將平 粒之至少部八2 度以下的同時允許複數個聚合顆 自結s曰哭〆s曰的溫度。最後’將該複數個聚合物顆粒 。曰曰m 口移除。有利地，本實施例t所利用之流體 120137.doc -10- 200800538 為液體或氣體。 在本發明之另一實施例中，提供一種用於使聚合顆粒結 晶的結晶器。此實施例之結晶器包括：一入口，其用於接 收複數個聚合顆粒；及一出口，其用於移除該等顆粒。該 ‘ ，吉晶器進一步包含一流體施料器，其用於將該複數個顆： ' 與一溫度調節流體接觸。結晶器亦包括一輪送嚣.，其用於 將該複數個顆粒自第一位置傳送至第二位置。在此實施例 φ 之义體中，輸达器以一方式振動顆粒以使得顆粒向出口移 冑。有㈣’輸送n亦在輸送期間攪拌顆粒使得顆粒黏附 或聚集在一起最小化。 本發明之額外益處及實施例將自該描述而為明顯的，或 可藉由實踐本發明而獲悉。亦可藉由在隨附申請專利範圍 中特別指出之元件及組合來實現並達到本發明之复他只 處。因此，應理解前述-般摇述及以下詳細描述為本發明 之某些實施例之例示及說明且不限制如所主張之本發明。 φ 【實施方式】 、、現將詳細參考本發明之當前較佳組合物、實施例及方 、^、構成貝奴§則本發明者已知之本發明的最佳模式。 • ®式未必按比例繪製。然而，應理解，所揭示之實施例僅 ° '各種开/式及替代形式具體化之本發明的例示。因 此’本文所揭示之特定細節不應解釋為限制性的，而僅為 本發明之任-態樣的代表性基礎及/或為用於教示熟習此 項技術者不同地採用本發明的代表性基礎。 除了在實例中或在其他處胸地指示，否則在描述本發 120137.doc 200800538 明之最廣範時指示材料.之量或反應及/或使用之條件的 本描述中之所有數值量應理解為由詞，，大約"修飾。在所陳 述之數值限制内的實踐通常為較佳的。同樣，除非明確地 相反陳述，否則：百分比、”份"及比值係以重量計；術語 水合物包括"寡聚物”、”共聚物，，、，，三元共聚物”及其類 似物；適用於或較佳用於關於本發明之給定目的之一組材 料或θ材料的描述暗示該組或該類之成員中的任意兩個 或兩個以上的混合物為同樣適用或較佳的；成分在化學方 面之描述指在添加至該描述中指定之任一組合時的成分， 且未必排除一旦混合即在混合物之成分中進行的化學相互 作用;字首語或其他縮寫之第一次定義適用於同'缩窝在 本文t的所有後_使用且加以必要修改*適用於初始定義 之縮寫的正常語法變化；及，除㈣確地相反陳述，否則 特性之$測係藉.由與針對相同特性先前或稍後引用之技術 相同的技術來判定。 亦應理解’因為特定組份及/或條件當然可變化，所以 本發明並非限制於下文所描述之特定實施例及方法。此 卜本文所使用之術語僅用於描述本發明之特定 目的且不意欲以任何方式加以限制。 】的 '、…。如在本§兒明書及隨附申請專利範圍中所使 ，用/除非上下文清楚地另外指示，否則單數形式"一"及 Π該”包含複數個引用物兴々 立 丨用4勿舉例而吕，以單數形式引用組件 思、治人包含複數個組件。 貫穿本申請案’在引用公開案時，以引用方式將此等公 I20137.doc -12« 200800538 開案之揭示内容以其全文併入本申請案以便較全面地描述 本發明所關於之技術狀態。 如本文所使用之術語"聚合顆粒”意謂由聚合物形成之三 維物體。此等聚合物體包括在任一方向上大於或等於該聚 合物體之範圍的最大尺寸。聚合顆粒以大量形狀（諸如球 形、圓柱.形及其類似形狀）出現。球體之，最大尺寸為直 徑。 如本文所使用之術語”結晶熱"意謂當單位質量之物質結 晶時釋放之熱的量。 如本文所使用之術語"結晶溫度"意諝至少部分之材料開 始結晶時之溫度。 如本文所使用之術語”熔融溫度”意謂至少部分之村料自 結晶狀態轉化為液體時之溫度。當材料在溫度範圍内經歷 此轉化時，為達成本發明之目的，熔融溫度為此範圍之中 值溫度。通常，非晶顆粒與結晶顆粒相比在較低溫度下熔 融。 如本文所使用之術語"結晶度"意謂聚合樣本中之結晶之 分數。在本發明中，結晶度為聚合顆粒中之結晶之平均分 數。結晶度可表述為重量百分比或體積百分比。如本文所 使用，除非另外明確地陳述，否則結晶度表述為重量百分 比。結晶度可由差示掃描熱量測定（’’DSC”)確定。 在本發明之實施例中，提供一種使複數個聚合顆粒結晶 的方法。根據本發明，將複數個聚合顆粒引入至結晶器 中。通常，根據本發明，待結晶之複數個顆粒為非晶顆粒 I20137.doc -13- 200800538 或具有小於所要結晶度之顆粒·。在本實施例之一變體中， 在結晶之前’顆粒之結晶度小於3〇 wt·%。在本實施例之 另一變體中，.在結晶之前，顆粒之結晶度小於2〇 wt %。 在本實施例之又一變體中，在結晶之前，顆粒之結晶度小 於10 wt.%。在結晶之後，結晶度通常大於3〇wt. %。在其 他變體中，在結晶之後，結晶度大於4〇 wt D/〇。對於大部 刀應用’在結晶之後，結晶度小於7〇 wt 〇/〇。在其他變體

中，在結晶之後，結晶度小於6〇 wt %。在其他變體中， 在結晶之後，結晶度小於5〇 wt.%。 有利地，待結晶之聚合顆粒包括任一可結晶之聚合物。 此等聚合物之實例包括（但不限於）聚酯、聚烯烴、聚苯乙 烯、耐綸及聚酮。在一變體中，此等適用聚合物之結晶熱 使得結晶熱除以聚合物之熱容的所得值為至少5。〇。結晶 溫度及熔融溫度額外地特徵化該等可結晶之聚合物。本實 :例尤其適用於使聚對苯二甲酸烷二_聚合物(尤其聚對 苯二甲酸乙二酯聚合物）結晶。 #退出t融相聚合製程或引人至結晶器或結晶區中的聚對 f酸燒二S旨聚合物具有至少㈣dL/g，或至少〇.55 /g，或至少〇.6dL/g，且尤其至少〇.7〇dL/g，或至少〇.72 di/g，/戈 t 少 〇.74dL/g，或至少 〇wdL/g，或至少 0.78 It ^ ，且向達約L2 dL/g ’或hl乩/g，或0.9 dL/g之 的·因#結晶之聚醋聚合物亦有利地並非為經固態聚合 的。因此’亦提供-實施例，其包含一運輸貨樞，該貨權 120137.doc -14- 200800538 含有未經固態聚合的具有至少20%之結晶度及至少〇 7〇 dL/g之It.V·的複數個經部分結晶之顆粒。適合之運輸貨櫃 為適用於商業運輸之貨櫃（其具有至少丨立方公尺或更多， 或2立方公尺或更多，或3立方公尺或更多，或8立方公尺 或更多，或20立方公尺或更多的容積）且包括蓋洛德箱 (Gaylord box)、鐵路槽車(rail tank car)、用於牵引拖車之 拖車，及殼船。顆粒之比义可為高於〇 7〇 dL/g之上文所述 之任一值，且結晶度可為如上文所述之高於2〇%的任一 值。 .本發明之方法中所利用之顆粒由熟習此項技術者已知之 各種方法形成。此等顆粒形成製程之實例包括（但不限於） 圖1A、汨及⑴中所描繪且上文所描述之製程。應瞭解， 本發明提供（在至少一實施例中）對圖lc中所描述之結晶器 的改良。詳言之，本發明允許此等結晶器之長度（亦即， 沿輸送顆粒之方向）的減少以及設備成本之同時顧著減 少。本實施例之方法用於使實際上任一形狀或大小之顆粒 結晶。通常，該複數個聚合顆粒之至少一部分包括特徵在 於小於0.25英吋之最大尺寸的三維物體。適用於本發明之 實踐中的經成形之顆粒的實例包括（但不限於）球形顆粒、 圓柱形顆粒及具有矩形截面的顆粒。 苓看圖2，提供本發明之實施例的示意性說明。此實施 例之方法包含經由顆粒入口 104將複數個聚合顆粒引入 至結晶器102中。在一變體中，以5,⑽〇 lb/hr至2〇〇,〇⑽ lb/hr的量將複數個顆粒1〇〇引入至結晶器中。在一變體 12D137.doc -15- 200800538 中’可經由人口 104將再循環之顆粒與聚合顆粒刚一起引 4入至結晶器1〇2中。在此變體中，可藉由變化再循環之顆 粒之溫度來調節顆粒100之溫度。

ϊ引入至結晶器1 〇2中時，痛盤細取人μ L 禝數個聚合顆粒100具有初始 r句顆粒溫度。在本實施例之某些變體中，當顆粒100滯 .留在結晶器102中時，顆粒100處在適用於發生結晶之高溫 下在至少某些貫施例中（諸如，當顆粒100為古 溫為135〇C至205〇Γ，B产甘L ^ C且在其他貫施例中為1〇5。(：至200°c。 ?…方式(包括在冷卻之後再加熱聚合顆粒的製峨 &供聚合顆粒⑽、此製程之實例包括如上文結合圖⑺之 描述而闡述之由股線切割機切割的贿股線。 切之特別適用之變體中，由模面顆粒切割機來 八合顆粒100,如上文結合圖1C之描述而闡述。在此 变體中，藉由顆粒輸送系統92將顆粒⑽自模面顆粒 機轉移至乾燥器90。適用之乾燥器之實例包括自水移除顆 粒_的向心乾燥器。應瞭解在此情形下乾燥器知為 於使顆粒⑽與水分離之任—裝置。在退出乾燥器，時， 水可由於在自乾燥器9〇排出時仍相對較高之顆粒的 Ή而条發。在使用模面顆粒切割機之此變體中 迅速地將顆粒100自切割機轉移至乾燥器，使得顆持 大量之熱。通常’退出此乾燥器之聚合顆 超過 135t之溫度。 、令^過 應瞭解’㈣⑽中之每—者通常具有相對非均 度分布’其中顆粒100之内部大體上比顆粒之外部熱。： 120137.doc -16- 200800538 情形係由於用於模面切割機.及顆粒輸送系統92中之水的冷 部效果及聚合物之較低熱導率。此外，每一顆粒可能具有 略微變化之溫度輪廓。因此，將複數個顆粒描述為具有平 均顆粒溫度為適當的。 亦應瞭解，用於將顆粒100自模面切割機傳送至乾燥器 90之水可由具有優良或較合需要之熱轉移特性的其他輸送 流體取代。顆粒100之平均溫度亦可由用於將顆粒自模面 切割機輸送至乾燥器90之水（或其他輸送流體）之溫度來控 制。舉例而言，輸送流體可經加熱以允許較高初始平均顆 粒溫度（引人至結晶器1()2)或經冷卻以允許較低初始平均顆 粒溫度。在典型聚酉旨形成製程中，自模面切割機至乾燥器 90之轉移時間為大約若干秒，其中當含顆粒之漿料在顆粒 输送系統92中時以10至3〇英呎/秒之速度行進。 結晶器102沿輸送器108而沿自入口 1〇4至顆粒出口 106之 ㈣方向㈣送複數_粒⑽^由結晶器⑽輸送的同 日:’可㈣顆粒_以有助於防止在平均顆粒溫度由於結 I曰熱之釋放而在結晶期間增加時顆粒】〇〇而聚集或黏附在 在至乂貫細*例中，藉由機械軸Π 2而與結晶器i 02 接觸之馬達11G提供此撥拌。此授拌可引起顆粒⑽之震盈 或振動。通常’輸送器⑽包括底壁114、端壁ιΐ5、ιΐ6及 2置側壁(未圖示)。結晶器1〇2亦可包括可選頂部US，其 文置在輪送器108之頂部以形成空腔119。在本發明之另一 改進方法中，此攪拌亦沿方向七輸送顆粒100。 經由顆粒出口 m將顆粒100自結晶器卿除且轉移至 120l37.doc -17- 200800538 可取決於許多因素而變化 / 初始平均顆粒溫度、所 彳…曰之“物的類型、 、禹Α σ工之顆粒之產量及其類似因素。 留時間為】秒至1小時。在其他變體中，滯留時門 為1分鐘至1〇分鐘。 ψ叫間 ^^ ^ "1〇〇# ' ^ ^ ^ ^ ^ ^ 千句》皿度。藉由流體施料器丨2 2將流體作 以引入至結晶㈣之接觸區域啊。適合之== ^⑵之^料液體或氣时时嘴。顆粒⑽與流體接 觸^此使熱轉移至顆粒100或將其自顆粒1〇〇移除。流體 ^務24_有咖度，該溫度足以（藉由調節顆粒溫度）在 複數個顆粒位於結晶器内時在將該複數個顆粒之平均溫^ 維：f熔融溫度以下的同時允許該複數個聚合顆粒二 至少部分結晶。有利地調節該複數個顆粒1〇〇之溫度以便 控制結晶之速率。顆粒100之平均溫度愈高’結晶之速率 愈高。若顆粒100過冷（亦即，低於135。〇,則可能相對較 難以供應足夠之額外熱以達成結晶。若顆粒1〇〇過熱，則 由於在顆粒結晶時所釋放之結晶熱.，顆粒可能開始熔融。 本發明之本實施例有利地允許最隹化平均顆粒溫度以便最 小化結晶器1〇2之長度，因為較高初始平均顆粒溫度可與 冷卻供於本發明中以抑制由所釋放之結晶熱引起之力 熱）一起使用。最小化結晶器102之長度減少傾向於昂貴之 與購買及維護此等結晶器相關聯之費用、。在本發明之二織 體中，以1:2000至2000:1之流體與顆隹之重量比將複數= 120137.doc -18 - 200800538 顆粒1 00引入至結晶器1 02中。 τ 在本發明之另一變體中，該 複數個顆粒之至少一部分白 二、 |刀自内部至外部而結晶。此情形意 谓通常比接近於表面或位协本 、 :表面上之區域熱的顆粒之内部 區域首先結晶。 在本實施例之一變體中，取人‘呢、 ·_ 甲聚a物顆粒1 〇 〇以高於結晶之 • 最佳溫度之平均溫度進入姓曰 ,' ^ 史八、、、口.日日杳102。在此變:體中，由流 體來冷卻聚合物顆粒，該蓉治麟 夺冰體在此变體中具有低於顆粒 之平均溫度之溫度。本變體 • 文饈之方去尤其適用於使聚對苯二 甲酸乙二醋顆粒結晶，聚對笨二甲酸乙二g旨顆粒通常在 135 c之溫度下開始結晶且在肅t之溫度下炼融。對於進 入結晶器1 02之聚對苯二甲醅7 - 。 T S欠乙一 S曰顆粒之平均溫度之每 C之θ加；^利用根據本發明之足夠冷卻則可將結晶器 102之長度山最佳地減少兩倍。當顆粒1〇〇具有擁有足夠之 熱含量以發生結晶的區域時，平均顆粒温度隨著沿方向di 輸送顆粒100而增加。此溫度增加係當顆粒100結晶時结晶 _ 熱自顆粒100釋放的結果。 本變體之一改進方法中，初始平均顆粒溫度（在引入至 結晶器U)2中時）與結晶溫度之間的差小於在不存在外部冷 料由顆粒100之結晶誘發的溫度上升。因此，在此改進 • 方法中，在導致顆粒100熔融或黏附之平均溫度出現之前 但在結晶開始之後的時刻，藉由流體噴霧124對顆粒灣 用冷卻。 在本變體之另-改進方法中，藉由如13()處示意性說明 之絕緣來部分或完全地使結晶器i 02之一或多側絕緣。若 120137.doc -19- 200800538 夕之冷卻’則可提供較少量之絕緣_提供.絕緣。 亦可錯由移除結晶器之頂部118來實現結晶器⑽之額夕卜 卻，如圖3中所說明。在此變體中，結晶器如呈不且㈣ 部區的構造。可藉由用風扇將空氣引導至顆粒上來提供更 多冷卻。此結晶器在當顆粒將用於允許顆粒暴露於周圍條 件之應用中時為適用的。 ,、 在本實施例之另一變體中，以足夠量之熱將聚合顆粒 100引入至結晶器102，使得在顆粒100中存在具有大於或 等於形級粒刚之聚合物之結晶温度的溫度的區域。本 顆粒，位於結晶器102内時，此溫度引起至少部分結晶。田 在本實施例之又一變體中，乎人‘ ^ τ聚合物顆粒100以太低而不 能=結晶繼.續至所要程度的平均溫度進入結晶器⑽。在 此ί月形下，流體之溫度使得聚合顆粒藉由與流體接觸而得 以加熱（亦即，流體之溫度高於顆粒100之平均溫度Ρ 在至少某些實施例中’本發明進—步包括使流體與聚合 ^粒分離之步驟。可在自結晶器102移除所結晶之顆粒之 則或在自結晶器102移除所結晶之顆粒之後發生此分離。 在於和除之後發生分離之情況下，顆粒丨〇〇與流體一起經 由顆粒出口 106而移除。 如上文所闡述’藉由與流體接觸來調節（向上或向下）顆 粒100之溫度。在本發明之方法中所使用之流體包括液體 與氣體。液體之特定實例包括（但不限於）水及不具反應性 之有機液體（例如，玉米糖漿）。在一改進方法中，流體為 具有低於聚合顆粒之最大溫:度之濟點的液體。在此改進方 120137.doc -20 - 200800538 法中’使流體與顆粒！叫離可藉由蒸發大體上經由通風 ，口 132移除之該流體來實現。此改進方法僅在流體用於冷 卻且顆粒100具有足夠之結晶熱時為適用的。在另一改進 方法中’流體為具有高於聚合顆粒之最大溫度之沸點的液 體。在此改進方法中’經由顆粒出口 106移除-部分（或所 有）液態流體。可藉由—基於密度而分義.體及液體之裝 置（諸如，向心乾燥器）來移除流體。圖4說明自結晶器1〇2 f除液體之又一變體。藉由排洩管133來分離液體，排洩 官具有大體上較小以大體上抑制顆粒丨〇〇 液體經由管道⑽結晶讀移除。視需二 熱或冷卻且接著穿過結晶器1〇2而再循環。在另一改進方 法中，流體具有低於平均顆粒溫度之沸點，且具有低於該 沸點之整體溫度。 在當流體為氣體時之變體中，氣體在複數個聚合顆粒 100之上流動且可經由通風口 132而排出結晶器。在此變體 中’流體可經由流出喷嘴122來達成，該喷嘴在此變體中 為氣流噴嘴。亦可藉由諸如自一電扇產生之強制通風的強 制通風來實現氣體之流動。圖5說明自顆粒1〇〇下方引導強 制通風的變體1電扇140產生沿方向t穿過顆粒1〇〇的空氣 流動。在此變體中，沿底壁142輸送顆粒1〇〇，底壁142具 有空氣流經之開口 144。適用之氣體之實例包括（但不限於） 空氣、氮氣、二氧化碳、惰性氣體、稀有氣體及其組合。 參看圖6八及沾，提供可用於輸送顆粒1〇〇之技術的示意 性説明。如上文所闡述，馬達可用來以-方式振動本發明 120137.doc -21 · 200800538 之結晶器以使得顆粒100自入口 1〇4被輸送至出口 1〇6。在 圖6A中，結晶斋1〇2包括隔板15〇至156，其將結晶器之 中工内#劃分為區16〇至168。沿方向I振動結晶器1〇2， 其用以輸送顆粒100。當顆粒100填充區160至168時，振動 引起接近頂部之顆粒1〇〇中之某些被傳送至一鄰近區域。 在圖6B中，說明以螺旋方式輸送瀬粒1〇〇之方法。在此技 術中，以方式沿方向贞振動輸送器jog以在將顆粒1〇〇自 入口 1 04輸送至出口 } 〇6時誘發螺旋運動心。在此等實施例 之變體冲，結晶器可自入口 1〇4向下傾斜至出口 1〇6以在沿 方向心振動的同時有助於顆粒1〇〇向前移動。 在本發明之另一實施例中，提供一種用於使非晶聚合顆 粒結晶之結晶器。參看圖2、圖3、圖4及圖$，提供此實施 例之結晶器的理想化示意性說明。結晶器1〇2包括入口 1〇4，其用於接收複數個聚合顆粒。結晶器102亦包括一輸 C w 108其用於將該複數個顆粒1 〇〇自第一位置傳送至第 二位置。在此實施例之-變體中，以—方式由馬達ιι〇振 動輸送為108，使得顆粒1〇〇向顆粒出口 1〇6移動。有利 =，輪送器108亦可在輸送顆粒時攪拌顆粒1〇〇，使得黏附 或聚集在一起最小化。結晶器1〇2亦包括流體施料器122， 其用於使複數個聚合顆粒100與流體接觸。流體施料器 可為一或多個噴嘴且可位於結晶器1〇2中之任一處。如上 文所闡述，顆粒出口 106係用於在結晶之後移除聚合物 粒。 I看圖7，提供以圖6A中所描繪之方式傳送顆粒之結曰 120l37.doc •22- 200800538

器的示意性側視圖。結晶：器系統150包括震盪器蓋扳 (deck)l 52，其具有沿接面16〇附著在一起之頂部區156及底 部區158〇頂部區156及底部區158 一起界定結晶器空腔 162。以上文所闡述之方式將顆粒100引入至顆粒入口 164 中且經由出口 166將其移除。經由流體施料器168引入溫度 調節流體。結晶器系統150包括隔板17〇至18〇，其將震盪 器蓋板152分為區域182至194。馬達196沿方向1震堡該震 盪杳盍板152，該方向大體上係沿著與將顆粒1〇〇自入口 164輸送至出口 166之方向相同的方向。在至少所說明之實 %例中，馬達196藉由機械軸198及p付著托架2〇〇而附著至 震盪器蓋板152的底部區158。結晶器系統15〇包括框架 2〇2 ’其藉由彈簧2〇4、2〇6而附著至底部區i5g。彈菁 204、206提供用於振動、震盪器蓋板152之靈活性。視需 要，結晶糸統1 5 0包括通風口 2 〇 8。 參看圖8A及8B，提供以如圖6B中所描繪之螺旋前向運 動傳送顆粒之結晶器的示意性說明。結晶器系統21〇包括 震盪器蓋板212，其具有沿接面218附著在一起之頂部區 214及底部區216。頂部區214及底部區216一起界定結晶器 空腔222。以上文所闈述之方式將顆粒引入至顆粒入口 η# 中且經由出口 226將其移除。經由流體施料器228引入溫度 調節流體。馬達230沿方向^圖8B)震盪該震盪器蓋板 M2，藉此引起顆粒以如由ds所指示之螺旋運動自入口 移動至出口 226。在至少所說明之實施例中，馬達23〇藉由 機械軸232而附著至震凌器蓋板2 12的底部區2丨6。結^器 120137.doc -23- 200800538 系統210包括框架236，其藉由彈簧24〇、242而附著.至底部 區216。彈簧240、242提供用於振動震盪器蓋板212之靈活 性。結晶系統210亦包括通風口 244，其附著至震盪器蓋 板212 °在某些變體中，震盪器蓋板212自入口 224向下傾 斜至出口 226。 雖然已說明並描述本發明之實施例，但此等實施例不意 欲說明並描述本發明之所有可能形.式。相反，用於本說明 書中之同為描述之詞而非限制之詞，且應理解在不背離本 發明之精神及範壽的情況下可進行各種改變。 【圖式簡單說明】 圖1A為貫穿聚縮合反應器之聚酯製造線的示意性說明； 取=為展不在聚縮合反應器之後使用股線切割機來形成 “曰顆粒之處理之聚g旨製造線的示意性說明； 又圖1C為展示在聚縮合反應器之後使用模面切割機來形成 聚_顆粒之處理之聚酯制 A ®曰I造線的示意性說明； 圖2為適用於本發明 之方法中的結晶器之實施例的示意 性說明； 圖3為具有開放之頂。— • 、σ之、、、ϋ晶器的貫施例的示意性說 圖4為具有一用以 的示意性說明； 移除液體之排泡管之結晶器的實 施例 器之實施例 Q5為引導直接通風 a AA - ^ ^二虱穿過顆粒之結晶 的不意性說明； 送聚合顆粒之結晶器之實施例 圖6A為使用隔板來輔助輪 I20l37.doc -24- 200800538 的示意性說明； 圖6B為使用螺旋運動來輸送聚合顆粒之結晶器之實施例 的示意性說明； 圖7為使用圖6A之結晶器來輸送聚合顆粒的结晶器系統 之側視圖； .圖8A為使用圖6B之結晶器來輸送聚合顆粒的結晶器系 統之側視圖；及

圖8B為使用圖6A之結晶器來輸送聚合顆粒的結晶器系 統、之正視圖。 ， 【主要元件符號說明】 10 PET加工設施 、 12 混合槽 14 酯化反應器 16 酯化反應器 18 預聚物反應器 20 聚縮合反應器 22 聚縮合反應器 24 泵 26 過濾器 28 過濾器 3 0 沖模 32 沖模 34 沖模 36 PET股線/聚合物股線 120137.doc -25- 200800538

38 PET股線/聚合物股線 40 PET股線/聚合物股線 42 水噴霧流 44 水喷霧流 46 水噴霧流 48 50 顆粒 52 顆粒 54 切割機 56 切割機 58 切割機 60 股線 62 股線 64 股線 66 沖模 68 沖模 70 沖模 72 顆粒 74 顆粒 76 顆粒 80 模面切割機 82 模面切割機 84 模面切割機 90 乾燥器 120137.doc -26- 200800538

92 顆粒輸送系統 94 結晶器 96 緻密相輸送系統 100 聚合顆粒 102 結晶器 104 顆粒入口 106 顆粒出口 108 輸送器 110 馬達 112 槪械轴 114 底壁 115 端壁 116 端壁 118 頂部 119 空腔 120 接觸區域 122 流體施料器/喷嘴 124 流體喷霧 130 絕緣 132 通風口 133 排洩管 134 開口 136 管道 140 電扇 120137.doc •27- 200800538

142 底壁 144 開口 150 隔板（圖6A)/結晶器系統（圖7) 152 • 隔板（圖6A)/震盪器蓋板（圖7) 154 隔板 156 隔板（圖6A)/頂部區（圖7) 158 底部區 160 區（圖6A)/接面（圖7) 162 區（圖6A)/結晶器空腔（圖7) 164 區（圖6 A) /顆粒入口（圖7) 166 區（圖6A)/出口（圖7) 168 區（圖6A)/流體施料器（圖7) 170 隔板 172 隔板 174 隔板 176 隔板 178 隔板 180 隔板 182 區域 184 區域 186 區域 188 區域 190 區域 192 區域 120137.doc -28- 200800538

194 區域 196 馬達 198 機械軸 200 托架 202 框架 204 彈簧 206 彈簧 208 結晶器系統 212 震盪器蓋板 214 頂部區 216 底部區 218 接面 222 結晶器空腔 224 顆粒入口 226 出口 228 流體施料 230 馬達 232 機械軸 236 框架 240 彈簧 242 彈簧 244 通風口 di 縱向方向 d2 方向 120137.doc -29- 200800538 d3 方向 d4 方向 d5 螺旋運動 li 長度

120137.doc -30-

Claims (1)

1. 200800538 十、申請專利範® : 1·.一種在一結晶器中使聚合顆粒結晶之方法，該結晶器具 有—入口、一出口、及一位於該入口與該出口之間的接 觸區域，該方法包含：

   勾將複數個聚合顆粒引入至該結晶器中，該複數個聚 合顆粒包含一具有一結晶溫度及一熔融溫度之可結晶之 聚合物，該複數個聚合顆粒具有一平均顆教溫度，其中 忒複數個顆粒之至少一部分自内部至外部而結晶； 將一流體引 ’、有Μ度，遠溫度足以在該複數個聚合顆粒位於該 晶器内時在將該平均顆粒溫度維持在該熔融溫度以^ 同時允許該複數値聚合顆粒之至少部分結晶；及 C)自該結晶器之該出口移除該複數個聚合顆粒。 2·如請求則之方法’其中在步驟a)中引人之該複數個聚 顆拉包含具有-大於或等於該聚合物之該結晶溫度之: 度的區域，使得該複數個聚合顆粒在位於該結晶哭内£ 至少部分地結晶。 3.如，求項i之方法，其中該流體具有—溫度，該溫度义 二^複數個顆粒位於該結晶.器内時在將—最大顆粒廷 ^、在魏心度訂_時允許該複數㈣ 之至少部分結晶。 姓曰、之n其中步驟a)t之該平均顆粒溫度與該 G顆皿 ❹小於在㈣b)_在不存在冷卻時由 “顆粒之該結晶引起的溫度上升： 120137.doc 200800538 士明求項1之方法’其中在步驟a)之該引入步驟之前，藉 由使用一股線切割機來切割聚合股線而形成該複數個顆 粒。 如明求項1之方法，其中藉由使用一模面顆粒切割機來 切割聚合股線而形成該複數個顆粒。 月长項1之方法，其中在步驟c)之後，該等聚合顆粒具 有等於或大於30%之結晶度。 如％求項1之方法，其中在步驟c)之後，該筝聚合顆粒具 有筹於或小於70%之結晶度。 9·如2求項1之方法，其中在步驟c)之後，該等聚合顆粒具 有等於或大於40%之結晶度。 1〇·如明求項1之方法，其中該複數個聚合顆粒之一部分為 特徵在於一最大尺寸的三維物體’該最大尺寸係小於 〇·25英吋。 、 如明求項1之方法，其中該複數個聚合顆粒之一部分且 有球形形狀。 〃 12·如請求項！之方法，其中該馥數個聚合顆粒之一部分呈 有圓杈形形狀。 /、 13·如請求们之方法，其中該複數個聚合顆粒之_部分且 有—矩形截面。 八 14.如請求们之方法，其中該等聚合顆粒包含一選自由以 下各物組成之群的組份：聚酯、聚 綸及聚_。 ^紅、聚苯乙烯、耐 1 5 ·如凊求項丨之方法，1中 成，、Υ邊寺I合顆粒包含聚對苯二甲 120137.doc 200800538 酸乙自旨。 16·如請求項.！ 5之方 。 忐其中該4顆粒在步驟a)中具有一約 n5C至約200°C的初始平均溫度。 17 ·如請求項i之方 ’其中該複數個顆粒係以5,000 lb/hr至 200,000 lb/hr^ t a ^ b n t o 1 8 ·如吞青j；員i>ι 、 、，其中該流體為一具有低於該等聚合 顆粒之該最大溫度之沸點的液體。 19 ·如請求項i 8之古 、8之方去，其進一步包含以下步驟： )吏該複數個聚合物顆粒與該流體分離。 2〇·如請求項19之方 ^ 去，其中步驟d)係在步驟c)之前，在步 ’C之後，或在步驟e)期間執行。 2 1 ·如請求項} 9之古 、之方法’其中該複數個聚合顆粒係藉由向心 力而與該流體分離。 22·如1求項18之方法，其中該液體為水。 23·如請求項】$古 取人 '，其中該流體為一具有高於該複數個 ♦ϋ之該平均她溫度之沸 。 24·如請求項！之方 從篮 万去，其中該流體為一氣體。 25·如睛求項24之方法，盆中治 成之栽A a μ ，、中忒/瓜體為一選自由以下各物組 成之群的氣體，··办 ^ 有 b甘 二*、虱虱、二氧化碳、惰性氣體、稀 有虱體及其組合。 ^ 26·如請求項1之方法，由紅 輸逆至w -中5亥祓數個聚合顆粒在自該入口 輸达至该出口的同時被攪拌。 27·如請求項26之方 、 來攪拌。 ，，/、中該複數個聚合顆粒係藉由震盪 120137.doc 200800538 28.如請求項27之方沐 去其中該複數個聚合顆粒係藉由螺旋 狀地引導該複數個顆粒來攪拌。 29·如請求項1之方 、 / '、中該結晶器包括至少部分絕緣的 或多側。 = 其中該結晶器包括部分或完全未絕 其中該流體為一噴霧至該複數個聚 3〇·如請求項丨之方法 緣的一或多側。 3 1 ·如請求項！之方法 合顆粒上的液體。 3 2 ·如請求項1之古 / ’，、中该複數個顆粒係以L:2q〇〇至 20 = . 1之流體舆顆粒之—重量比引入至該結晶器令。 33·如請求項1之方法’其中該複數個顆粒具有1秒至！小時 之平均滯留時間。 3 4 ·如5青求項1之方 , 之方法，其中該複數個顆粒具有1分鐘至1〇分 鐘之平均滯留時間。 〜广求項1之方法，其進一步包含，在一連讀製程中， 、々相聚口純聚酯熔融聚合物，固化該熔融聚合物以形 成與水接觸之顆粒，使該水之至少—部分與該等顆粒分 離’及將該等顆粒引入至該輸送系統中。 3 6.如清求項3 5之古、ί , 、之方法，其中由該固化製程形成之該等聚酯 聚合物顆粒具有至少U〇dL/g之Μ。 37·如請求項36之方法，其中該itv·為至少ο” dL/g。 3 8·如明求項37之方法，其中該^兄為至少ο %㈣。 39.種用於使聚合顆粒結晶之結晶器，該結晶器包含： 入口，其用於接收複數個聚合顆粒； 120137.doc 200800538 輪送器，其用於將該複·數個顆粒自一第一位置傳、吴 至第二位置，該輸送器在輸送該等顆粒的同時塘來 等顆粒；. 守櫈掉该 以體施料器，其用於使該複數個聚合顆一法 接觸·，及 ，、机體 一出〇 ,其用於移除該複數個聚合物顆粒。 4〇·如請求項39之結晶器，其具有一開放之頂部區。 札如請求項40之結晶器，其中氣體係越過該等顆粒之表 而傳送.。 42. 如=求項39之結晶器，其具有一封閉之頂部區。 43. 如4求項41之結晶器，其中該輪送器藉由攪拌來傳送該 等顆教。 44. 1在—結晶器中使㈣顆粒結晶之方法，該結晶器具 有一入口、一出口、及一位於該入口與該出口之間的揍 觸區域，該方法包含·· a) 將複數個PET顆粒引入至該結晶器中，該複數個 PET顆粒為可結晶之聚合物且具有—結晶溫度及一溶融 溫度，該複數個PET顆粒具有一平均顆粒溫度； b) 將-流體引人至該結晶器之該接觸區域中，該流體 具有-溫度’該溫度足以纟該複數個ρΕτ顆粒位於該結 晶器内時在將該平均顆粒溫度維持在該炫融溫度以下的 同時允許該複數個ΡΕΤ顆粒之至少部分結晶，其中該複 數個顆粒之至少-部分自内部至外部而結晶；及 Θ自該結晶器之該.出口移除該複數個術顆粒。 120137.doc