TW201336584A - 執行機械性、化學性和／或熱處理的方法 - Google Patents

Abstract

在反應物或產物之機械性、化學性和/或熱處理的實施程序中，將反應物和至少一種觸媒混入一具有至少一個添加位置(供料點)的料筒中，藉此使產物反應至一所要求的轉化度。進程中，反應物應在饋入料筒之前先與觸媒混合。

Description

執行機械性、化學性和/或熱處理的方法 發明領域

本發明係在反應物或產物之機械性、化學性和/或熱處理的實施程序中，反應物和至少一種觸媒被混入一具有至少一個添加位置(供料點)的料筒中，產物會藉此而反應至一所要求的轉化度。

發明背景

這種設備係以混合捏揉機來實現。這對於非常多元化的用途上是很有利的。第一個要提到的是批次式或連續式或者也經常會在真空下實施之隨著溶劑回收的蒸發作用。藉此，例如蒸餾剩餘物，特別是二異氰酸甲苯，還有來自化學及醫藥生產之帶有毒性或高沸點溶劑的生產剩餘物，清洗劑和塗裝污泥，來自溶劑聚合作用的聚合物溶液、彈性體溶液，黏合劑和密封膠會被加以處理。

此外，利用這種裝置實施一連續式或批次式之水-和/或溶劑潤濕的產物之接觸乾燥，同樣地，這也經常在真空下進行。其應用首先被考慮的是用在色素、染料、精細化學品、添加劑，例如鹽類、氧化物、氫氧化物、抗氧化物、溫度敏感型醫藥-和維他命產品、活性劑、聚合物、合 成橡膠、聚合體懸浮液、乳膠、水合膠、生長劑、殺蟲劑，而來自化學或醫藥製程的剩餘物則有，例如鹽類、觸媒、飛灰、廢液。這些方法也可以應用在食物製品上，例如固體牛乳、糖的替代用品、澱粉衍生物、海藻膠之製造和/或加工處理，工業污泥、石油污泥、生物污泥、造紙污泥、含漆污泥的處理，而且通常也用來處理黏性的、乾硬黏稠濃厚的產物、廢品及纖維素衍生物。

聚縮合反應可以在混合捏揉機中進行，多數是連續性而且多數是在熔體中進行，並且主要是應用在聚醯胺、聚酯、聚酯酸酯、聚亞醯胺、熱塑性塑料、彈性材料、矽膠、脲甲醛樹脂、酚樹脂、清潔劑和肥料的加工處理。例如，應用在甲基丙烯酸衍生物的大塊聚合後之聚合物熔體。

聚合反應也可以進行，同樣多數是連續性的。此係應用在聚丙烯酸酯、水凝膠、多元醇、熱塑性聚合物、彈性材料、對排聚苯乙烯和聚丙烯醯胺。

混合捏揉機中可以實施除氣和/或脫揮。此係於單體的(共)聚合之後、聚酯或聚醯胺熔體的縮合之後，應用在聚合物熔體，應用在合成纖維的紡絲溶液，以及應用在固態下的聚合物-或彈性材料顆粒或-粉末。

通常，在混合捏揉機中可以進行固體、流體或多相的反應。這主要適用在氫氟酸、硬脂酸鹽、氰化物、聚磷酸鹽、三聚氰酸、纖維素衍生物、-酯類、-醚類、聚縮醛樹脂、磺胺酸、酞菁銅、澱粉衍生物、聚磷酸銨、磺酸鹽、 殺蟲劑和肥料的加工處理作業中之反向作用。

此外，可以進行固-/氣態(例如，羧化)或者液-/氣態反應。此係應用在醋酸鹽、酸、科爾貝-施密特反應(Kolbe-Schmitt Reactions)，例如，BON、柳酸鈉、對羥基苯甲酸酯，以及藥品的加工處理。

液/液相反應發生在中和反應和轉酯化作用。

此種混合捏揉機中，在合成纖維、聚醯胺、聚酯和纖維素的紡絲溶液中會發生溶解和除氣反應。

在加工處理或製造顏料時會進行所謂的沖洗作業。

在聚酯、聚碳酸酯和聚醯胺的製造或加工處理中會發生固態後縮合反應，例如，在纖維的加工處理中，比如說用溶劑處理纖維素纖維時的連續打漿，在處理鹽類、精緻化學品、多元醇、烷氧化物時，自熔體或溶液發生的結晶現象，在聚合混合物、矽氧聚合物、密封材料、飛灰中發生的複合、混合(連續式和/或批次式)，在聚合物懸浮液的處理中發生之凝結作用(尤其是連續性的)。

混合捏揉機中也可以組合多功能程序，例如，加熱、乾燥、熔解、結晶、混合、排氣、反應-這些全都是連續或批次進行的。藉此可以製造或處理聚合物、彈性材料、無機產物、殘渣、藥品、食物產品、印刷油墨。

混合捏揉機中也可以進行真空昇華作用/反昇華作用(desublimation)，由此可以將化學前驅物，例如蒽醌、金屬氯化物、二茂鐵、碘、金屬有機化合物等加以純化。 此外，可以製造藥物中間體。

在有機中間物，例如蒽醌和精緻化學品中會出現連續性的載體氣體-反昇華作用。

單軸式和雙軸式混合捏揉機實質上是有區別的。單軸式混合捏揉機已知者可舉例如，At 334 328、CH 658 798 A5或CH 686 406 A5。在這種情形中，料筒內安裝了一支做軸向運動之帶有圓盤狀元件並且繞著旋轉軸循旋轉方向轉動的軸。這會造成產物在輸送方向上的傳送。圓盤狀元件之間有固定地安裝在料筒上之對應元件。圓盤狀元件安裝在垂直於捏揉軸的平面而在彼此之間形成開放區段，這些區段連同相鄰之圓盤狀元件的平面塑造出捏揉空間。

CH-A 506 322中記載一種多軸式混合-及捏揉機。其中，在一個軸上有徑向的圓盤狀元件，而圓盤之間則安裝了軸向排齊之捏揉棒。另一個軸在這些圓盤之間插進成形成框狀的混合-及捏合元件。這些混合-及捏合元件有清潔第一個軸的圓盤及捏揉棒的功能。兩個軸上的捏揉棒又會清潔料筒的內壁。

上述種類的混合捏揉機已知者有，例如，EP 0 517 068 B1所載。在該混合捏揉機中，兩個軸向平行地運轉的軸，或反方向或同方向地轉動。安裝在圓盤狀元件上的混合棒共同作用。混合棒除了混合的功能之外，還有一個任務是要將混合器料筒接觸產品的表面、軸和圓盤狀元件儘可能地清乾淨，從而避出現未混合的區域。

此外，De 199 40 521 A1介紹了一種上述型式的 混合捏揉機，其中，承載元件在捏揉棒的區域形成一個凹座，藉以使捏揉棒具有一個儘可能大的軸向延伸。此種混合捏揉機對料筒和軸與產品接觸的所有表面有很好的自我清潔效果，但是因為捏揉棒的承載元件必需為捏揉棒的軌道設置凹座，導致承載元件的形態太複雜。

發明概要

本發明的課題是要改善在反應物或產物中的反應程序。

為了解決上述課題，反應物在置入料筒之前要先與觸媒混合。

本發明的對象是一種方法，要用催化反應做基礎，在這種情況下，轉換率及所需的反應器尺寸或反應物和產物在反應器中混合的停留時間，將取決於進行反應之反應物和產物混合物中的觸媒濃度。不僅是反應物和產物，觸媒也一樣，要充分混合-或者更好的是可以溶於彼此之中。

這主要涉及催化聚合反應或者讓單體或其他起始物質以提高的轉換率進行反應。這關係到一種不會出現或僅短暫地出現中間物的反應。舉例來說，聚乳酸(PLA)的聚合反應是通過乳酸交酯(Lactides)的觸媒催化開環聚合反應來進行的。

這個反應典型的做法是將單體與觸媒強力地預混合，然後導入聚合反應器。聚合反應器通常是連續式的，這是因為最終產物具有黏性而不易流動。因此會利用水平式混合捏揉機、螺旋擠壓機、攪拌槽或者環形反應器以及靜態混合器。這些反應器類型的共通點是，在聚合反應期間必須確保聚合物與觸媒和單體確實混合均勻。只有這樣才能製造出高分子量的PLA。這些反應器類型雖然在達到高轉換度的可行性上有所不同，但是反應速率在第一近似下與觸媒濃度呈線性相關這點則是相同的。可惜的是，最好的觸媒是鋅基觸媒，因此可能產生有毒的分解產物。觸媒的濃度因而必須加以限制，但是這卻會使反應時間增長。也因而使得不想要的副反應有更多時間去發展，導致產品性質劣化。透過降低溫度可以應對副反應的發生，但是這樣又會進一步使反應速率減緩。

依據本發明之方法，係通過混合觸媒與部分反應物然後再導入聚合反應器的方式來改善上述的限制。因為這時候觸媒濃度較高，所以反應速率也相應地較快。很大程度上已經反應完全的產物將再被混合以一部分反應物。這時候，反應速度變得比較慢。重復這個過程直到反應物的總量都已經混合進去而且完全反應了為止。因此，觸媒的濃度和所有的反應物事先與觸媒混合的情形一樣，只是一開始的反應比較快。

圖1係依據本發明之方法的圖解表示。

較佳實施例之詳細說明

將這個方法的概念應用到連續式的程序時，確實可以看到各種優點。在連續式處理程序中總是使用反應器的整個可用容積。但是因為第一供料點所需的停留時間比較短，因此到第二供料點的距離可以縮小。類似的情形也適用於後續的供料點。一個示例係，反應為一級反應且與觸媒濃度呈線性相關。如果觸媒的量減少3倍，那麼所需的停留時間就會增加3倍。但是，如果在三個相同的供料點分配供料，形成供料點1和2之間的距離是25%，供料點2和3之間的距離也是25%，則所需的停留時間僅提高35%(而不是200%)。

連續式的程序係沿著長度進行部分地再混合，而由於再混合的區域對於轉換率和溫度水平是可以分開來就每個個別的供料點做設定，從而產生了依據本發明方法的另一個優點。有許多反應是放熱反應並因而需要準確的溫度控制。再混合的方法中，溫度水平是在製程啟動時設定然後通過能量平衡來維持。如果只有一個供料點，也可以只調整一個溫度水平。未與供料區域充分再混合的反應器下游部分，從先前的再混合裝置部分取得其包含有反應物和產物的供料，因此不用獨立地調整。在有多個供料點的情形中，可以通過對其他供料點在時間上和數量上的控制來調整在整個反應空間中的轉換率和溫度水平。對此，還 要分別加以保護。

部分再混合的反應器可舉例如，大容量的、水平的捏揉機，在軸向上的混合會受到軸上或者料筒上的對應構件的阻礙。該裝置具有良好的徑向和切線的混合作用。產物的流動和再混合的方向因而會實現在軸的方向上。

Claims (10)

1. 一種在一具有至少一個添加位置(供料點)的料筒之反應物或產物中實施機械性、化學性和/或熱處理的方法，其中該反應物和至少一種觸媒被混入藉以使產物反應至一所要求的轉化度，特徵在於，反應物係在多個供料點，時間上和/或數量上有所區別地被饋入該料筒中。
2. 一種在一具有至少一個添加位置(供料點)的料筒之反應物或產物中實施機械性、化學性和/或熱處理的方法，其中該反應物和至少一種觸媒被混入藉以使產物反應至一所要求的轉化度，特徵在於，反應物係在饋入料筒之前先與觸媒混合。
3. 如申請專利圍第1或2項之方法，特徵在於，反應物和觸媒的量被劃分成部分量並且在一個批次製程中按時間累進地被饋入反應器。
4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，特徵在於，在一個連續式的製程中，反應物和觸媒的量係在空間上相隔地經由隔開的供料點被饋入反應器。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，特徵在於，在連續式製程中，供料點之間再混合會受到阻礙或抑制。
6. 如前述申請專利範圍中之至少一項的方法，特徵在於，觸媒的量是完全或者最大部分和開始時就要饋入反應器之反應物的量一起，或者在連續式製程中沿產物流動 方向，被饋入位在第一個的供料點。
7. 如前述申請專利範圍中之至少一項的方法，特徵在於，其係用於處理一聚合反應。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，特徵在於，其係用於處理一開環聚合反應。
9. 如前述申請專利範圍中之至少一項的方法，特徵在於，其中添加一起始劑以使反應開始進行。
10. 一種在一料筒(3)中以軸(1,2)上之混合-和製出元件(5)實施機械性、化學性和/或熱處理的裝置，其中該軸(1,2)之混合-和製出元件(5)在繞著軸轉動時會彼此嚙合。