TWI321092B - Rotary processor - Google Patents

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1321092 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明提供一種用於增加聚合物之固有黏度之裝置。該 裝置包括一具有内壁（36)之旋轉式爐（2〇)，内壁（36)用於延 緩聚合物朝向該爐出口之行進，使聚合物經受充分處理， 從而獲得期望的固有黏度。 【先前技術】 聚合物樹脂可模製成多種有用的產品。此等聚合物樹脂 之一係聚對苯二曱酸乙二酯（PET)樹脂。眾所周知，芳族聚 酯樹脂尤其是PET、對苯二甲酸與較低比例的間笨二曱酸及 1對本一曱酸丁 一 S旨之共聚物可用於生產飲料容器、薄 膜、纖維、包裝及輪胎簾布。美國專利第4,064^ 12號揭示 用於生產PET樹脂之固態聚縮合或聚合（ssp)方法。 對於纖維及薄膜之而，樹脂之固有黏度（IV)通常必須為 0.6至0.75 dl/g，而諸如容器及輪胎簾布等模製材料需要更 高的值。更高的固有黏度例如大於〇.75 dl/g的固有黏度可藉 由熔融PET之聚縮合（通常稱為熔融相方法）直接獲得，但會 遭遇較大的困難且產品會降解（此係因為欲移動黏度不斷 增加之熔體時需用高剪切力所致SSP方法係一種實用且 廣泛應用的技術’其藉由加熱並去除呈顆粒或屑片形式的 反應產物而將聚合作用驅動至更高程度並增加聚合物之分 子量◊具有較高分子量之聚合物具有較大的機械強度及其 他對於生產諸如容器、纖維及薄膜等有用的性質。 SSP方法以呈非晶態之聚合物屑片開始。美國專利第 U4429.doc 1321092 4,064，112號教示於進入SSP反應器之前於攪動的情況下在 結晶容器中結晶並加熱該等屑片至i 403至1 ·4 1 5克/公分3 之密度及介於2 3 0 °C與2 4 51 ( 4 4 6 T與4 7 3 T )間之溫度。否則 該等黏性屑片往往會在聚合過程期間黏在一起。於pET聚縮 合期間發生多種反應。增加PET之分子量之主要反應係乙二 醇或水之消除： 1. PET-COO-CHz -CH2 -OH+HO-CH2 -CH2 -OOC-PET — PET-COO-CH2 -CH2 -OOC-PET+HO-CH2 -ch2 -oh

2. PET-COOH +HO-CH2 -CH2 -〇〇C--PET->PET-CO〇-CH2 -~CH2 -OOC-PET+ H2 O 使諸如氮氣等惰性氣體穿過聚合反應器來去除形成的聚 合物中之雜質。在SSP方法中生產聚對苯二甲酸乙二酯時使 用的惰性氣體流中所含雜質通常包括水及有機物，例如路 及醇’通常為乙醛、乙二醇及醇募聚物。並且，揮發性雜 質包括低分子量PET寡聚物，例如PET之環狀三聚物及其他 寡聚物。於惰性氣流循環至SSP之前需去除水及乙二醇，此 乃因該等材料會逆轉聚合反應。去除所有的雜質可強化該 I合物產物並確保該等雜質不會影響最終產品與其應用之 相容性。尤其重要的是防止有機雜質自樹脂容器洩漏至所 盛裝的飲料中《該等雜質自聚物合屑片去除並積聚於惰性 氣流中。一毒性特別大的雜質實例係乙醛，其可由聚合物 端基之熱分解以痕量產生。乙醛在具有諸如礦泉水等敏感 商品中具有討厭的氣味，必須將其去除至通常小於2 ppm , 否則其將以可被消費者察覺的水平轉移至食品中。有機雜 114429.doc 1321092 質在離開固態反應之惰性氣流中以2000至3000 ppm或更大 的數量存在（此量係以甲烷當量來定義者美國專利第 5,708，124號揭示在SSP反應器中將惰性氣體物質之流速與 PET聚合物固體物質流速之比率維持在〇·6以下。 亦眾所周知，聚酿胺樹脂，尤其是PA-6、PA-6,6、PA-11、 PA-12及其共聚物可廣泛應用於纖維及撓性封裝扇區以及 由吹製擠出技術產生的製造物件中。纖維之樹脂相對黏度 較低，為2.4至3.0，而由吹製擠出技術產生的物件需要3 2 至5.0的較高相對黏度。視所用聚醯胺類型而定，藉助於14〇 °C與230°(： (284°F與446°F)間之溫度下運作之SSP方法可使 相對黏度增加至3.0以上》美國專利第4,460,762號闡述用於 聚醯胺之SSP方法及用於加速該反應之不同方法。 用於聚醢胺樹脂之SSP方法亦闡述於論文「Nylon 6 Polymerization in the Solid State, j R. J. Gaymans 等人， JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE,第 27 卷， 25 13-2526 (1982)中，該論文揭示使用氮氣作為加熱及沖洗 助劑。該反應於145°C(293°F)下實施》 亦知SSP方法可增加聚碳酸酯之分子量。形成聚酿胺及聚 碳酸酯亦產生必須用惰性氣體吹掃之有機雜質，而該惰性 風體必須隨後加以純化。 SSP方法要求在SSP設備中維持穩定且不中斷的聚合物 屑片流。聚合物屑片之黏結應降至最低，以在整個ssp過程 期間確保平穩的屑片流β為此，ssp方法需要屑片之反應器 停留時間與溫度之適宜組合來達成期望的IV，同時在設備

Il4429.doc 1321092 内維持期望的屑片流動。由於反應速率隨溫度之增加而增 加’且IV隨停留時間之增加而增加，故可通過相對長停留 時間與相對低溫度之組合或相對短停留時間與相對高溫度 之組合來獲得期望的IV。然而，溫度範圍有實際的限制。 • 當低於190°C時’對於典型的PET共聚物而言，反應速率極

、 『又在低於其極限炫融溫度約10 °C至3 0 °C之溫度下，PET 樹脂則開始顯著軟化而必須對其保持充分攪拌，否則將發 生黏結。 在SSP方法中獲得的聚合物屑片最好是具有窄IV分佈以 在最終產品中達成窄分子量分佈。為此，於SSp設備中接受 處理之聚合物屑片之流型應盡可能地接近理想的「栓流」 . 狀態，使所有穿過該反應器之聚合物皆以相同的持續時間 - 經受相同的處理條件。 聚合物屑之黏結主要受溫度、屑片尺寸、反應器高度、 屑片流經反應器之流速及聚合物結晶形態的影響。最初時 • 在移動床中自由移動的聚合物屑片在（例如）溫度或床高度 增加或速率降低時會黏結並結塊。在固相聚合條件下，聚 酯僅部分結晶（通常結晶度為25至65%卜因此，此聚酯並非 剛性體，而是呈皮革樣並略微黏稠。由於聚合物屑片之黏 稠度隨溫度之增加而增加，故聚合物屑片之黏結可能性亦 隨溫度之增加而增大。在聚合溫度及固結壓力下在一豎直 的圓枉形反應器内被保持靜止或移動極緩慢的聚醋顆=固 定床令，聚合物床之重量使待聚合之屑片在接觸時彼此混 在-起’最終，聚合物屑片往往會聚結並形成更大的團塊。 U4429.doc 1321092 在極端的情況下’結塊及聚蛀合道sA分欧士 如、、，〇會導致邊豎直反應器之排放 段之橋結及流動之中斷。防jJ·处t 防止結塊之最有效方式係不斷地 更新屑片間接觸面積，以便聚入私β y .Λ 士 u 之l a物屑片 >又有機會彼此混在 一起。此可藉由維持聚合物眉κ 切項片在足夠鬲速度下之穩定流 動來達成。 此外，由於黏結可能性随取人ρ u 庄隨裝合物屑片之比表面積（面積/ 單位質量）之增加或更精確而士陕卜技 5卩吼比接觸面積之增加而增

大，故其亦隨聚合物屑片尺+ 丄 月乃人寸之增加而增大。降低屑片尺 寸往往可加速聚合過程，彳日回主 1—冋時增加聚合物屑片結塊之可 月t* ft因此在處理小尺寸聚合物屑片時，處理溫度降低 會導致更易黏結’此又會使處理速率之最終值返回在較高 溫度下處理較大尺寸顆粒時之通常值。

施加於豎直琦内顆粒上之平均固結力隨材料性質、壁摩 擦及容器直徑之變化而變化。該理論已眾所周知，且由 Janssen公式約算，janssen公式由E B phman概述於「心⑴ on bins: The effect of rand〇m fricti〇n」比 pHYSlCAL REVIEW E, Vo 1. 57, No. 3, March 1998中。自豎直反應器中 在固體之最高水平向下移動應用Jannsen公式可預測壓力升 高至一漸近值（通常於兩倍或三倍於容器直徑之距離處），然 後壓力變得穩定。施加於顆粒上之最大壓力之值隨直徑之 增加而增大°為此’固相聚合反應器之高度及直徑尺寸有 實際限制《在足夠高的流動速度下’聚合物屬片可相對於 彼此來改變其位置（藉由滑動，舉例而言），形成結塊之可能 性變小。由於聚合物顆粒接觸面積之變化速率及床體積密 114429.doc 丄切092 度之降低隨屑片流動速度之增加而增加，故反應器内聚合 物黏結之可能性隨屑片流動速度之增加而降低。 因此，在習用SSP方法中，有兩種以增量方式增加產品… 之主要方法；即升高反應器溫度或延長聚合物屑片之反應 • g停留時間。反應器停留時間受床高度和直徑及屑片流動 - 4度的限制。增加床高度或降低屑片速度皆可延長反應器 停留時間。在屑片速度保持怪定的情況下，增大反應器直 Φ 徑可增大流速但不會延長停留時間。另一方面，若升高反 應器溫度來增大最終產品之IV，則聚合物黏結可能性會相 應地增大。一種防止聚合物黏結之方法係減小床直徑並相 應地減小施加於顆粒上之力，或係增大屑片速度。然而， 右期望減少床直徑或增大速度，則容器必須製造的更高且 ' 更為昂責才能在特定的反應速率下達成期望的保持時間。 若期望藉由升兩溫度來增大反應速率，則黏結可能性增 大。該等限制條件限制使用豎直的單個或多個反應器的習 修用設備增加固有聚合物IV之能力。 【發明内容】 本發明1¾:供一種用於增加聚合物固有黏度之裝置。該裝 置包括：（1) 一適於繞一轴旋轉並界定第一徑向尺寸之室， '^至界疋一内部體積及一内表面，該室具有第一端壁及一 與該第一端壁對置之第二端壁，該第一端壁具有一界定較 該第一徑向尺寸小之第二徑向尺寸之第一開孔，該第二端 壁具有第二開孔，該第一及第二開孔提供通至該内部體積 之途徑；（2)—界定該内部體積並自該第一端壁向内斜向延 114429.doc -10- 伸的第一壁’該第一壁具有環繞該第一開孔的一部分佈置 的第一產品接觸表面；及（3) 一界定該内部體積並沿該第一 轴自該第一壁軸向佈置的第二壁，該第二壁自該第二端壁 向内斜向延伸，該第二壁具有一環繞該第二開孔的一部分 佈置的第二產品接觸表面。 本發明亦提供一種用於增加聚合物之固有黏度之裝置。 該裝置具有一界定第一徑向尺寸及第一軸之室，該室界定 内部體積及一内表面。該裝置亦具有複數個沿該第一軸間 隔佈置並在該内部體積内軸向延伸來界定第一數量之鄰接 區段的分隔壁，每兩個軸向間隔的分隔壁之間界定一個區 段’各分隔壁皆具有一提供通至該内部體積的一部分之途 禮的開孔。該裝置進一步包括一用於使該室繞該第一軸旋 轉之馬達。 本發明進一步提供一種用於增加聚合物之固有黏度之方 法。該方法要求：（1)提供一具有第一固有黏度之聚合物材 料塊；（2)饋送該聚合物材料至一包含下列之爐中：（a) 一界 定第一徑向尺寸及第一軸之室，該室界定一内部體積及一 内表面，（b)複數個沿該第一軸間隔佈置並在該内部體積内 轴向延伸來界定第一數量之鄰接區段的分隔壁，每兩個轴 向間隔的分隔壁之間界定一個區段，各分隔壁皆具有一提 供通至該内部體積的一部分之途徑的開孔；及繞該第一 軸旋轉該爐以使該聚合物塊穿過該爐。 現在將參照下列附圖及隨附說明論述本發明之該等及其 他態樣及特徵。 H4429.doc -II - 【實施方式】 雖然本發明可以有呈許多不同形式之實施例，但在附圖 中僅顯示其具體實施例並將在本發明尹對該等具體實施例 加以杜闡述，同時應理解，本揭示内容應視為本發明原 則ί例證而非意欲將本發明限制為所例示的具體實施例。 實施裝孝王之較佳方法之詳細說明於固態聚縮合或聚合 八）方法之背不中給出 '然而，本發明可與其他類型的聚 。方去-域用，例如對於聚醯胺及聚碳酸醋，其中用惰 性氣體自聚合反應切掉雜質且料雜質可尤其氧化成二 乳二碳及水。彳用於ssp方法之聚酉旨樹脂係芳族二缓酸尤其 對本一甲酸或其酯與具有!至⑵固碳原子之二醇(例如乙二 知、1，4-環己烷二甲醇及M•丁二醇)之聚縮合之產物。聚對 苯二甲酸乙二醋_)及聚對苯二甲丁二醇係首選樹脂。可 用於SSP方法中之聚g旨樹脂亦可包括彈性體聚㈣脂，包括 何生=聚乙二醇之區段，以及含有至多寫的衍生自不同 於對苯一甲酸之芳族二緩酸（例如間苯二甲酸）之單位的共 聚醋。待經受ssp之樹脂可含有樹脂升級添加劑來加速i SSP反應較佳升級化合物係四羧基芳族酸之二酸酐，尤其 係苯均四知' —酐。該升級劑通常以0.05至2重量％之量使 用樹月曰中亦可存在習用添加冑，如穩定劑、染料、阻燃 «J及成核劑。在SSP方法中用於IV升級之聚酯樹脂亦可係由 已沖洗、切碎及乾燥的回收容器產生之材料。通常，在送 至SSP製程以前’將回收材料進行㈣及粒化。 可用於本發明方法中之聚醯胺樹脂包括由己内醯胺衍生 114429.doc 12 丄切〇92 之聚醯胺6、自六亞甲基二胺及己二酸獲得的聚醯胺6,6、 自胺基Η--烷酸獲得之聚醯胺11、及12聚月桂基丙酮 (polylaurilacetone)共聚醢胺6/10及10/12以及間二甲笨二胺 之聚醯胺。 聚碳酸醋亦可用於本發明方法中。 參照圖1，可應用本發明之聚酯SSP方法於設備5中實施， 該方法包括饋送具有較終端使用所需IV低的固有黏度的起 始聚酯屑片。通常該起始IV介於0.57至〇·65 dl/g之間。該等 起始屑片經由管線10饋送至料斗12»起始材料之固有黏度 或刀子量對於本發明之實施並不重要。通常，可使用跨越 一寬廣範圍之值的饋料成功地實施SSP方法。舉例而言，美 國專利第5,540,868號、美國專利第5,633,〇18號及美國專利 第5,744,074號揭示使用一具有低至2至4〇之聚合度的起始 材料的技術，該等專利涵蓋最終經受ssp處理以使分子量增 加至足以製備有用的樹脂。並且，在為消費後回收材料之 情況下，起始固有黏度可處於高於〇·65 dl/g之水平。 料斗12經由管線14及控制閥16饋送屑片至可選預結晶區 18，然後經由管線19饋送至旋轉式處理器或爐2〇。若需要 另外的聚合，則然後將屑片經由管線23饋送至一可選反應 器22中，聚合反應可於—經由管線25呈屑片流連通的產品 冷郃或猝滅站24令猝滅。氣體純化及唧送系統26經由管線 28連接至設備5之各種容器及組件。然而，可以預見，無需 使用預結晶區18或反應器22即可在旋轉式爐2〇中達成所有 的結晶及聚合反應。 H4429.doc -13- 丄 用 料斗12具有習用設計，其具有一 重力將聚合物屑片饋送至管線14 錐角以促進栓流並且利

被Z結晶區可選。其可位於旋轉式爐⑽部或安裝至旋 二„ 2G°PET初始m放熱性f使得最好是使用該預 二二區/PET結晶之全部熱量係120 "g。在自完全非晶形 一匕成35%結晶時，釋放们/g之熱量。由差示掃描敎 置測定法⑽C)測得該過程之發生時間小於2分鐘。若芦由 熱接觸去除該熱量，則需要對熱屬片進行劇烈的搜拌。因 此’該結晶最好是以分開的依序步驟實施，即首先利用一 預結晶區，隨後在旋轉式爐20中進一步結晶。

預結晶可於旋轉式爐20之外部以多種習知技術實施，例 如藉由利用返混流化床—種簡單的流化床或其中利用水下 及屑片之自加熱來達成初始結晶的方法（如WO 00/23497 A1中所揭示）。 在預結晶區之較佳形式中，利用返混流化床18。返混流

體床1曰8具有物流控制饋料器’該物流饋料器接收來自料斗 之非BB ifU並將其饋送至—預昆合容器。該預混合容器 對原料及來自預結晶室i 8之部分結晶及加熱的屬片予以混 °在杈佳形式中，該返混流化床利用諸如耙子或槳葉 等返屍益件來促進返混，使时的屑片與進料屑片以5:1至 40.1的比率摻混’摻混比率更佳為最佳為1 至20:1 〇 為 再參照圖2及3，旋轉式爐2G具有—水平延伸且較佳通常 圓柱形的外壁30及一旋轉軸35，外壁3〇界定一室32並具 114429.doc 14· 丄 W1092 有一第一徑向尺寸33。在旋轉式爐之較佳形式中，旋轉軸 平行於水平線或可與水平線形成一銳角，例如自1。至2〇。。 圖2顯示室32由軸向佈置並徑向延伸的分隔壁％分隔成一 系列她鄰區段34。分隔壁36貫穿室32之内部體積並於每兩 個鄰接分隔壁36間界定一區段（參見圖3至7)。 各分隔壁36皆具有一開孔38。在一較佳形式中，開孔38 位於各分隔壁36之中央並與其他開扎對齊.。開孔38可具有 多種形狀，例如圓形、橢圓形或多邊形且最佳通常為圓形。 開孔之周緣可根據需要而具有一傾斜邊緣或刀形邊緣。開 孔38亦較佳繞圓枉形外壁30之旋轉軸共軸佈置。開孔38具 有一第二徑向尺寸39。該第一徑向尺寸與該第二徑向尺寸 應具有自1:0.9至1:0·1之比率β所示旋轉式爐2〇具有8個區 段，但可利用更少或更多數量的區段，此並不背離本發明 之範圍。 圖1亦顯示一系列每個皆與一個區段34相聯繫的刀閘閥 39。刀閘閥39允許該爐在設備關停時排空。刀閘閥39具有 滑動閘’可關閉圓柱形壁3 0中小的排放孔。該等排放孔較 佳佈置成孔之邊緣與圓柱形外壁30相平《該等閘閥依序打 開來排放出各區段之内容物。 在旋轉式爐20之較佳形式中，—可選壁4〇自各區段分隔 壁中的至少一個向内斜向延伸。甚至更佳地，各區段皆具 有一可選第一壁和一第二壁40、42，其各自從對置分隔壁 延伸’自分隔壁向内斜向延伸。如圖4及6中所示，區段34 可由一相交固體界定’該相交固體由一第一圓柱體及一

Il4429.doc 1321092 第二虛構圓柱體46形成（以剖視圖顯示），其繞中心逆時針旋 轉。該第一壁及該第二壁40、42應以與該第一圓柱體之旋 轉軸呈自10。至80。之角度延伸，更佳自2〇。至6〇。且最佳自 20。至45。。圖4及5顯示該第二圓柱體以2〇。角向旋轉軸傾 斜，而圖6及7顯示該第二圓柱體以3〇。角向旋轉軸傾斜。雖 然顯示該第一壁之遠端與該第二壁之遠端間有一軸間隙 48，但該間隙可選。 該第一壁及該第二壁40和42各具有一產品接觸表面5〇〇 產品接觸表面50可平整或彎曲、凸起或凹陷，且在—較佳 形式中係呈半1U主體形並凹陷。並且’產品接觸表面5〇應 自分隔壁36延伸至圓柱形壁3〇之内部且較佳不横越開^ 38 〇產品接觸表面5G具有對置側邊52且各側邊皆較佳接觸 圓柱形外壁30之内表面54β在—較佳形式中…弦於對置 側邊52間延伸且可具有一基本上等於該第一徑向尺寸之長 度。在一較佳形《中，第—壁4〇及/或第二壁42將具有一鄰 接開孔3 8之外周或緊靠著其之部分。位於相應產品接觸表 面50與圓柱形外壁3〇之間的旋轉式爐之體積％可排空或 填充有絕緣體β本發明亦涵蓋各區段之外圓柱體壁可具 有其他構形，例如一可選的位於中央的圓柱形部分及逐漸 A田的端#，其係由該產品接觸表面之對置表面W界定以 界定一兩端皆截平之圓柱體。因此，圓柱形外壁3〇不—定 必須在其整個長度上具有固定不變的外徑，其可部分移 除’以使該器件無未與待處理材料接觸之未使用的内部體 積。 114429.doc • 16 - 1321092 圖2及圖3顯示，第一壁及第二壁4〇和42之產品接觸表面 5 0位於亥内部體積之對置半部分中且相對於彼此以繞該旋 轉軸呈180之相角取向。然而，本發明涵蓋該相角可係自 3 0。至180。》在本發明之較佳形式中各區段的長度與該第 一徑向尺寸之比率應為自1:1至5:1，更佳係自15:1至3:1。 圖2顯不8個區段34彼此毗鄰並連接在一起形成旋轉式爐 20。在一較佳形式中，各區段於該第一區段後沿旋轉式爐 20之長度相對於其前一區段以繞該旋轉軸旋轉的第二相角 取向。在一本發明較佳形式中’該第二相角藉由用區段數 量除以360。來確定。因此，在一較佳形式中，該第二相角 係45°，因此該第二區段相對於該第一區段以45。取向而該 第二區段相對於該第一區段以90。取向，沿著該爐一直這樣 繼縯下去。本發明涵蓋該第二相角可係自1〇。（36個區段）至 180°(2個區段）。 本發明涵蓋’各區段間可使用單個分隔壁36而非使用兩 個於地鄰區段中彼此鄰接的分隔壁36。本發明亦涵蓋，該 等础鄰區段可用一連接區段彼此間隔開，該連接區段連接 一個區段之開孔36與一第二毗鄰區段之開孔36。該連接區 段可呈圓柱形或其他形狀，只要其可於毗鄰區段間提供用 於輸送聚合物屑片之通道。 旋轉式爐20安裝成可繞圓柱形壁30之旋轉軸旋轉移動。 業内有數種方法來支撐並旋轉一旋轉式爐。通常係向圓柱 开> 至3 0之外表面繞其一圓周部分附裝一或多個軸向間隔的 金屬輪箱（未圖示於是藉由使該等輪箍擱置於滾柱支架上 114429.doc 韓疋轉式爐2G之長度支禮旋轉式爐.馬達7Q使爐_ 爐多個可銲接至外壁3G的環齒（未圖示）。當旋轉式 : 時，會輕柔地搜動聚合物屑片並有翻動作用。此 ::片t自前—室調拌至下一室，因此屑片不太可能阻 二。故樣’爐中之固體停留時間係一系列罐之停留時 二I中罐之數量等於區段之數量。此外，區段之順序佈 于屑片翻動’但不會將猛烈的離心機械力傳輸至支撐 體或驅動齒輪。 離開該旋轉式爐之PET屑片視應用而通常具有〇6至12 ^之固有黏度（例如對於容器而言為〇· 70至〇·86 d丨/g，而對 二科技纖維而言為〇9至12 dl/g)。離開旋轉式爐Μ之樹脂 可=平輸达至-g直筒或料斗反應器或多個料斗反應器來 心大ID有勒度。較佳地’若在旋轉式爐Μ中達成足夠 ㈣増加’則離開的樹脂層片可直接輸送至產品冷卻器 24 1由水平或與水平線呈小角度安裝旋轉式爐20,用於 實，SSP方法之整個設備5可具有較其他先前技術設備低的 重量。本發明亦涵蓋’該等肩片可自旋轉式爐向上輸送至 豎直的單個或多個反應器。此可藉由氣動稠或稀相輸送實 把’如工業中所習知。這樣，爐2〇位於或接近地面，從而 易於維護及正確地建造。 圖8顯示反應器22的一較佳形式，其具有分流器6〇，將屬 片流分入4個賢直延伸的反應器料斗㈣。反應器料斗& 顯示為具有一方形剖面形狀，但該形狀對於料斗Μ之設計 並不重要。料斗62可具有圓形 '橢圓形、多邊形或不規則 H4429.doc -18· IDLlKjyL· 形狀，只要可在該等料斗 .. 丑直σρ分内維持固體之栓流。 料斗之排放端顯示為具有一方 ^方錐體形狀，但此形狀可係任 何可維持平穩栓流之形式。 ^ ^ +妁而5，工業t習知圓錐形 或橢圓-圓錐形、階梯形及其他類型。 分流器6 0可係箱型或由且有 八百步進致動器之管道組成， 該步進致動器以程控方忒佶 、 L万式使物流自一個料斗轉移至下一料 斗’以便在各料斗中禮伴相莖& '、等的&速且因此確保相同的保

持時間β 氣體純化及卿送系餅2 6 音' 1 •.兄通吊經由官線28向設備5且尤其 向爐20提供熱的乾燥氮氣來去除雜質並向產品冷卻器織 供冷卻的氮氣。該氣流可與穿過設備5之㈣之流動相逆或 同向。氣流系統26可選’在某些其令流速較小的情況下，

以-次通過方式使用乾燥氮氣並將其排放至大氣或污染控 制器件中。此外’纟某些情況下，使該系統經受—具有或 不具有某些少量吹掃氣體的部分真空，在此情況下雜質藉 由直接自該設備排放來去除。 乳體純化及唧送系統26在整個設備5内提供熱氣體、冷卻 軋體、純化氣體來去除雜質及諸如此類。氣流可與穿過設 備5之固體之流動相逆或同向。氣流系統％可視所利用氮氣 之體積而係一敞口或封閉系統。 熱氣流可使用業内習知的熱交換單元、氣體輪送管線及 循壤官線達成，以在期望的溫度下操作該設備中之各種容 器。同樣，可以類似方式向產品冷卻器24或視需要向別處 提供冷卻氣流。 I14429.doc -19- 實例1 方疋轉式爐處理器具有7個依序佈置的區段，各區段皆直接 排二至隨後的室。旋轉式爐處理器之角度係自水平線向下 傾斜至少1。且較佳5。，以於各區段間提供平穩的流動而無 返混現象。 各區段皆具有3.7米（12英尺）之長度及2.4米（8英尺）之直 徑，因此具有1.5之l/D比。各區段的兩個對置内壁（如由圖 4中40及42所繪示）皆以與旋轉式爐20之水平轴呈3〇〇角自 對置分隔壁向内斜向延伸。單個區段之固體保持體積（定義 為當該區段水平時固體將經由開孔38溢流入下一區段的水 平）係4.1米3(144英尺3)。體積效率（固體保持/空鼓體積）係 24¼ ’其中術語「空鼓」假定去除可選内壁4〇及42而形成 一圓柱體。 具有0.5 8 dl/g之固有黏度之聚對苯二甲酸·間苯二甲酸乙 二酯共聚酯需要升級至0.80 dl/g來用作拉伸吹塑容器之材 料。設備生產量係55 MT/d且以MV/小時為單位表示的聚合 物反應性（聚合速度）係0.03 0，此係於流動氮氣中於22 5 下 藉由實驗室檢測法量測。由於已在稱重器件上對料倉進行 量測’藉由來獲知翻動狀態下之顆粒密度及大約空隙度估 算翻動屑片之床密度。根據此空隙度，可確定升級所需保 持體積係20.39米3，其可由5個連續的室滿足。 114429.doc -20· 表 單位 PET屑片之假定片密度 kg/m3 1360 PET屑片之假定翻動空隙度 0.39 225°C下PET共聚物之反應性 dl/g/hr 0.03 需要的IV增加 dl/g/hr 0.22 生產量 MT/d 55.3549 單元體積 ft3 144 處理器PET之體積密度 kg/m3 829.60 IV提高所需的保持時間 hr 7.33 所需要保持體積 m3 20.39 單元體積 m3 4.08 所需單元的數量 5.00 總長度 ft 60.00 總長度 M 18.3 直徑 M 2.44 總L/d 7.50 1321092 該表顯示在本發明之旋轉式爐反應器令可達成充分的保 持，從而使得能足以增加至0.80 IV而無需另外的豎直反應 器。 此一器件之停留時間之範圍可由一「連續的罐」模型來 估算，例如由 Hans-Juergen Henzler 於 in Ullmann’s ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY,第 7版 (2002: Wiley)之第 7章「Continuous Mixing of Fluids」中 所概述之「連續的罐」模型。由此參考文獻可得知，借助 至少5個且更佳地7個連續的區段可達成相對對稱的分佈。 對稱的分佈較為理想，此乃因其對於達成離開該旋轉式爐 處理器之聚合物之穩定時間分佈而言極為重要。理想地， 114429.doc -21 - 此時間分佈可使產品分子量分佈小於或等於縮合聚合物中 之常見分子量分佈，即多分散性（MWn/MWw)=2.0，其中 MWn及MWw分別係數量平均分子量及重量平均分子量。若 可達成這一點，則該聚酯樹脂對於所有終端使用而言皆具 有穩定的品質及可處理性。 實例2 具有0.5 8 dl/g之固有黏度之聚對苯二曱酸-間苯二甲酸乙 二酯共聚酯需要升級至0.80 dl/g來用作拉伸吹塑容器之材 料。設備生產量係390 MT/d且以Δίν/小時為單位表示的聚 合物反應性（聚合速度）於225。(：下係0.030且於220 °C下係 0.025 ’此係於流動氮氣中藉由實驗室檢測法量測。屬片之 床密度與先前實例相同。 旋轉式爐處理器具有8個區段，各區段具有與先前實例相 同的長高、直徑及内部幾何形狀。該8個依序佈置的室具有 32.6 M3之床有效體積’對應於在給定生產量下167小時之 平均保持時間。於流動氮氣中於225°C下翻動屑片。 在s玄處理器之排放處，該等屑片進入一稠相輸送系統， 在這裏通過上升氣體之作用，屑片冷卻了 5〇c，變成22(Γ(：。 在排放時，一旋轉選擇閥交替地將相等的成批部分升級屑 片排放至由4個直徑為2米且工作長度為1〇 6米的圓柱形筒 組成的組。流動氮氣以〇·2至〇.5公斤/公斤之有效氣體/固體 重罝比注入各筒之底部。該等筒中之平均床溫度約固定在 225C。在各筒之排放處有一旋轉饋料器，該饋料器運作以 使各筒保持恆定水平。來自各筒之合併後的完全升級屑片 114429.doc •22- 1321092 排放至-屑片冷卻器。該等筒之有效總體積係ΐ33 Μ;，給 出以小時之保持時間，此保持時間在所量測的反應性下足 以滿足iv升級需求。在此實例t，所需保持時間之2〇%由 該爐處理器提供，剩餘的80%由該等筒提供。不同於習用 方法，本發明中所述方法需要僅具有中等高度的建築來容 納該暨直筒組。此外，輸送系統之高度降至最低，因此需 要杈少的輸送氣體及壓降。此外，此實例之改進製程能快 速而容易地執行級變，此乃因該選擇器能繞過一或多個筒 來以20%之增量降低總的設備保持。 由上述内容可看出，在不背離本發明精神及範圍的情況 下可達成諸多改變及修改。應理解，並不打算或不應臆測 將本發明限定為本文所圖解之具體裝置。當然，本發明意 欲由隨附申請專利範圍來涵蓋所有此等仍歸屬於該等隨附 申請專利範圍之範疇内之修改。 【圖式簡單說明】 圖1係用於實施固態聚合方法之設備之示意圖。 圖2係旋轉式爐之等距視圖。 圖3係該旋轉式爐一區段之等距視圖。 圖4係該旋轉式爐一區段之側視圖。 圖5係圖4之區段的端視圖。 圖6係該旋轉式爐一區段之側視圖。 圖7係圖6之區段之端視圖。 圖8係具有多個反應器料斗之反應器之示意圖。 【主要元件符號說明】 H4429.doc •23- 1321092

5 設備 10 管線 12 料斗 14 管線 16 控制閥 18 可選預結晶區 19 管線 20 旋轉式處理器或爐 22 可選反應器 23 管線 24 冷卻器 25 管線 26 氣體純化及唧送系統 28 管線 30 外壁 32 室 33 第一徑向尺寸 34 區段 35 旋轉軸 36 分隔壁 38 開孔 39 第二徑向尺寸（刀閘閥） 40 第一壁 42 第二壁 114429.doc -24- 1321092 44 第一圓柱體 46 第二虛構圓柱體 48 轴間隙 50 產品接觸表面 52 側邊 54 圓柱形外壁之内表面 56 旋轉式爐之體積 58 產品接觸表面之對置表面

60 分流器 62. 反應器料斗 70 馬達

114429.doc -25-

Claims (1)

1321092 r

,- 第095133280號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年9月） 十、申請專利範圍： 1· 一種用於增加聚合物之固有黏度之裝置（20)，其包括： 一適於繞一軸（35)旋轉並界定第一徑向尺寸（33)之室 (32)，該室界定一内部體積及—内表面，該室具有第一端 ^ 卯6)及與該第-端壁對置之第二端壁(36)，該第-端壁 ' *有一界定較該第一徑向尺寸小之第二徑向&寸（39)之 • 第一開孔（38)，該第二端壁具有第二開孔（38)，該第一及 ^ 第二開孔提供通至該内部體積之途徑； 一具有與該第一端壁鄰接之第一端之第一壁（4〇)，該第 一壁進一步界定該内部體積且自該第一端壁向内斜向延 ^該第一壁具有與該第二端壁轴向間隔開之遠端，該 . 第羞界疋一環繞該第一開孔的一部分佈置的第一產品 接觸表面；及 〔'有與該第二端壁鄰接之第一端之第二壁（42)，該第

土進步界定該内部體積並自該第二端壁向内斜向延 伸’該第二辟百^_ —2具有軸向安置在該第二端壁與該第一壁之 該遠端問夕、土 ^ 之退％，該第二壁旲有一環繞該第二開孔的— 部分佈置& @ ^ 直的第二產品接觸表面。 2.如清求項1之萝 攻置，其進一步包括一界定該内部體積並包 括該第一壁；5分姑 該第二壁的第三壁（30)。 3·如請求項^^ 展置’其進一步包括一用於旋轉該室之馬 達〇 4.如請求項1 哀置’其中該第一及第二開孔繞該軸以共中 心方式佈置。 114429-980903.doc 如π求項1之裝置，其中該第一產品接觸表面通常為曲 面。 6·如咕求項1之裝置，其中該第一端壁及該第二端壁在複數 個位於沿該轴間隔佈置並界定複數個鄰接區段的分隔壁 ^每一區#又界疋於每兩個軸向間隔的分離壁之間， 在各刀隔壁中的該開孔提供通至該内部體積的一部分之 途徑。 7·如明求項1之裝置，其中該第二產品接觸表面自該第-產 πσ接觸表面以繞該第一軸旋轉的相角佈置。 8. 如明求之裝置，其中該第一壁的一部分緊靠著該第一 端壁中該開孔的外周。 9. 一種用於增加聚合物之固有黏度之方法其包括： 提供一具有第一固有黏度之聚合物材料塊； 饋送該聚合物材料至包含下列之爐中：一界定第一徑 向尺寸及第一軸之室，該室界定一内部體積及一内表 面，複數個沿第一軸間隔佈置並於每兩個軸向間隔的分 離壁之間界定複數個鄰接區段的分隔壁，各分隔壁皆具 有一 &供通至該内部體積的一部分之途徑的開孔； 繞該第一轴旋轉該爐以使該聚合物塊穿過該爐；及 向該爐之該内部體積提供一吹掃氣流。 10. 如請求項9之方法，其進一步包括位於一區段之對置端的 第一壁及第一壁，該第一壁自該區段的第一分隔壁向内 斜向延伸，該第二壁自該區段的第二分隔壁向内斜向延 伸，忒第一壁具有第一產品接觸表面而該第二壁具有第 H4429-980903.doc • 2 - 一產品接觸表而， σ I第二產品接觸表面相對於該第一產 α 口接觸表面繞該第— 牙釉以第二相角佈置。 11. 如請求項1之裝置，发 該第一壁之遠端與該第二壁之遠 &係軸向間隔，或立 端鄰接於與軸垂直之虛構Μ。之遠端與該第二壁之遠 12. —種用於增加聚合 ♦ 口物之固有黏度之裝置，其包括： 一界定第一徑向>?·+η±ι_ 寸及軸之室，該室界定一内部體積及 一内表面； 至夕二分隔壁，每一公阻；gj a 士 _ls 刀隔壁具有提供通至該内部體積一 部分之途徑之開孔，該等分隔壁係延著該軸間隔並軸向 地延伸至該内表面；及 -品段’其為於軸向相鄰之第一與第二分隔壁間安置 之該内部體積之一部分，該區段進一步包含自該第一分 隔壁向内斜向延伸之第一壁，並具有一第一產品接觸表 面該第一壁進一步界定在軸向相鄰之第-及第-分隔 壁間安置之該内部體積之該部分； 第一 其中該裝置包含至少一第一區段與一第二區段，該第 一區段係繞著以第一相角相對於該第一區段之該軸。 13.如請求項12之裝置，其中該區段進一步包含一進一步界定 該内部體積並自該第二分隔壁向内斜向延伸之第二壁，並 具有'一第二產品接觸表面。 14.如請求項12之裝置，其中該等區段之數目為Ν，而軸向相 鄰之該等區段係繞著以3 60。除以ν之相角相對於彼此之 軸設置。 114429-980903.doc