TWI418399B - 旋轉式傾斜反應器用徑向混合裝置 - Google Patents

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TWI418399B TW097104185A TW97104185A TWI418399B TW I418399 B TWI418399 B TW I418399B TW 097104185 A TW097104185 A TW 097104185A TW 97104185 A TW97104185 A TW 97104185A TW I418399 B TWI418399 B TW I418399B
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Description

旋轉式傾斜反應器用徑向混合裝置
本發明係揭示一種內部混合裝置之設計，其可增加旋轉式傾斜反應器之類塞流(plug flow like)特性。
使用旋轉窯或水泥窯反應器來熱處理塑膠顆粒或碎片，尤其是熱處理可結晶聚酯(其包含由對苯二甲酸、鄰苯二甲酸、2,6－萘二羧酸、或其個別之雙酯所衍生之75%酸單元)的微粒、顆粒、或碎片之技術早已在專利申請案WO 2004/018541中被揭示。WO 2004/018541案之一重要特徵在於使用類塞流特性(plug flow like behaviour)以達到在出口處之微粒性質之均一性。雖然WO 2004/018541案思考使用阻擋板或內部件，但其內容卻未教示在徑向轉動方向上增加混合且還維特類塞流特性所需之該類阻擋板的設計。
US 3,767,601案敘述一種用於聚酯薄片之旋轉窯反應器，其具有複數個可用於獲得良好混合之內部件。US 3,767,601案揭示若干具有複數個內部件之窯，以供進行批次式與連續式兩種製程。按照定義，批次製程不可有塞流(plug flow)，且在US 3,767,601案中並無任何內容表示此諸內部件被特別地構形以便可在維持類塞流(plug flow like)特性之同時進行混合。
本說明書揭示一種具有轉軸之水平旋轉式反應器，其 中此轉軸並不平行於與重力成垂直之水平線，且其中此水平反應器具有至少一個混合裝置，其中此混合裝置具有高度、寬度、及當量長度，其被界定為介於與轉軸垂直並包含此混合裝置最先從反應器壁突出處之點的平面及與轉軸垂直並包含該混合裝置停止從該壁部突出處之點的平面間之距離，且此混合裝置之當量長度係選自由複數個小於反應器長度之1/10的當量長度所構成之群組。此混合裝置之諸更佳當量長度係小於此反應器長度之1/12，小於此反應器長度之1/14，小於此反應器長度之1/15，小於此反應器長度之1/16，小於此反應器長度之1/18，及小於此反應器長度之1/20。本說明書另揭示本發明可具有一個以上之混合裝置。
本說明書亦揭示諸混合裝置中之至少一者具有複數個孔，以便可將洗滌氣體引入該反應器內。本說明書另揭示可具有兩個或更多個包括複數個孔之混合裝置。本說明書又揭示當具有兩個或更多個包括複數個孔之混合裝置時，此諸混合裝置被連接成可使洗滌氣體經由一連接部分而從第一混合裝置通達第二混合裝置。
一般看法，配備有多個混合裝置(內部件)之旋轉式反應器具有比未配備有多個混合裝置(內部件)之相同旋轉式反應器更小之塞流特性或「塞流度(degree of plug flow)」。此乃因為一般相信諸內部件會產生軸向及徑向混合分量。從事本業之人士知道，造成材料可沿著轉軸 向前或向後掉落之軸向混合分量會產生性質之廣泛分佈，且係為任何內部件之主要功效。此意謂配備有多個內部件之反應器的塞流度將始終小於未配備有多個內部件之相同反應器。
在此所敘述並請求的為發現當此內部混合裝置之當量長度大於水平反應器長度之大約1/10時，軸向混合分量大於未配備有混合裝置之反應器；但當此混合裝置之當量長度小於水平反應器長度之大約1/10(尤其係小於1/20)時，如上所定義之塞流度將會增大而非減小，此可由已被增大之徑向流分量予以證明，而在軸向流分量上則無相對應之增大。
因此，本發明所述者係旋轉式反應器之內部件的設計，而此諸內部件將可達到良好之徑向混合，還可維持旋轉式反應器之類塞流特性。此內部件係指一混合裝置，或如有一個以上者，則其係指諸混合裝置。此混合表置亦被熟知為一阻擋板或舉升板。此內部件在被用以增加聚酯樹脂之極限黏度的旋轉式反應器中尤其有用。
為能了解此說明，將有必要從理論基礎及實際全球應用情形兩方面去了解塞流及CSTR反應器間之差異，而事實上並不存在真正塞流及CSTR反應器之應用。
首先，所有化學反應器均以某一混合度為其特徵。兩個極端案例(或者端點)中之一者係為連續式攪拌槽反應器(CSTR)，其係為一完全混合式系統。CSTR反應器係為一種反應器，其中構成此反應器滯留量之物質100%具有 相同之出口流成分。這是由於此設備理論上可運轉為一理想之完全混合反應器的事實所致。
在反應器系列之另一端處者係塞流式反應器，其係為一完全分離式反應器；亦即係為一種可將其滯留量分割成無限數目之滯留薄之反應器，而此諸薄片則彼此具有不同之特定成分。此反應器內之物質則係以類似「栓塞」或「活塞」之方式進行處理。
從事本業之人士知道，實際上完美之CSTR或完美之塞流式反應器並不存在，且「塞流度」術語係用以敘述設備及反應器在所涉氣相、液相及固相之流體動力學方面的特徵。
塞流度係以成串聯型式之n－CSTR予以表示，其中n係構成此n－CSTR序列或系列之CSTR數目，而此n－CSTR則具有與反應器相同之停滯時段分佈。
如果n＝1，則反應器係為理想完美之CSTR。如果n＝∞，則。此反應器係為理想完美之塞流式反應器。
一般而言，立式移動床固態聚合(SSP)反應器(類似目前被使用於商用固態聚合技術中者)具有相當於一在4至8個成串聯之CSTR範圍的塞流度，且不論在任何情形下均低於10個成串聯之CSTR。
從字面上可知，可在一窯式反應器內部之固相上達到之最高塞流度係與「滾動」及「掉落」之流態。第10圖顯示此固相之諸流態類型，並以文字敘述材料之運動，其中滑動係與較慢之反應器轉速有關，而離心運動則與較高之 速度有關。
下列之塞流度係藉由在具有下列尺寸之諸旋轉式反應器C1、C2、及C3中使用聚酯碎片而被建立：C1＝長度2m，直徑(D)175mm(未配備混合裝置)：n＝100至150 C2＝長度22m，直徑(D)2.1m(未配備混合裝置)：n＝300至400 C3＝長度(L)>50m，L/D＝10至12(未配備混合裝置)：n<500
由實驗數據顯而可知，一未配備有混合裝置水平旋轉SSP反應器係比目前可在市場上獲得之傳統立式圓筒移動床SSP反應器更加地接近理想塞流。
並非所有用於化學或聚合反應之反應器均需要一可用於所涉諸相之塞流特性。然而，因為此塞流式反應器之高分離度(此將可阻止等量集中在反應器出口處之反應物被壓平)會提高反應之進行，故有必要無論在何時均須使反應動力大於最初狀態；此外，當完成品之特性被要求作狹窄範圍之分佈時，塞流特性會是必要的。
由於這些內部混合裝置而被思及之旋轉式反應器係為一種反應器，其係為被用以使多種聚酯連續固相聚合之較大製程中的一部分，如WO 2004/018541案中所述，其以全文引用之方式被併於本說明書中。此製程被顯示於本說明隨附之諸不同圖式中。
被貯存於貯槽1－8或其他此類貯存裝置中之聚酯預聚 物微粒被進給至加熱器－結晶器1－6處，諸微粒在此處被加熱至一適當之溫度，以便使微粒、顆粒、或碎片可在最少黏附之下結晶。較佳地係無任何黏附情形。此結晶器可為本藝中許多者之一；然而，可在高溫下快速結晶者將較佳於在低溫下緩慢結晶者。
較佳地，係在一流體化床結晶器1－6中藉由利用足以使聚酯在有或無機械振動下被流體化之氣體流率而執行結晶步驟。為達此目的，可使用惰性氣體或空氣。結晶通常可在大約2至約20分鐘(較佳係大約10至約15分鐘)範圍內之停滯時段下被完成，在聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂之情形中，加熱係藉由使用在大約140℃至約235℃(較佳係大約200℃至約225℃)之溫度下的流體化媒介(空氣或惰性氣體)予以達成。用以使聚酯微粒結晶至所要程度之停滯時段係取決於聚合物之結晶溫度與結晶速率；而低結晶溫度必需較長之結晶時間。
一般而言，聚對苯二甲酸乙二醇酯預聚物被結晶至一具有相當於至少大約1.37 g/cm3 之密度的結晶程度。此諸聚酯微粒亦可藉氣體處理(見例如第4,644,049號美國專利案)或藉從大約20至約300MHz範圍之高頻能量場(見例如第4,254,253號美國專利案)而被結晶化。在被結晶化之後，微粒可自由選擇地藉由使用淨化惰性氣體而被進給至一預熱器內。諸已結晶之聚酯微粒可自由選擇地在由結晶器處出來後被乾燥。然而，乾燥程序並非是必然需要的，況且使「濕」聚酯聚合將花費較低之費用，此可由第 3,718,621號美國專利案而得如。
在結晶之後，諸聚酯微粒係為被固相聚合。結晶及固相聚合步驟並不必須依嚴格之時間順序予以進行，亦即其等並不必然要一個緊接著一個地進行。可在一位置處進行結晶步驟，並將已結晶之材料運送至另一位置處進行固相聚合步驟。
此固相聚合步驟係在如第1圖中所示之至少一水平傾斜(較佳係圓筒形)反應器1－5中進行。此反應器繞一中心軸1－3(亦即為轉軸)而旋轉。此係類似於一「旋轉窯」。此固相聚合反應器在下文中為簡化起見被縮寫為「HCIRR」，且在第1圖中被示以元件符號1－5。
此HCIRR反應器之一額外特徵在於傾斜角(第1圖中之α角)，其係由水平線1－2及轉軸1－3之相交所形成之角。如第1圖所示，其亦由一平行於轉軸之直線1－4與水平線1－2所形成之角。此傾斜角之較佳值係介於0.1∘至12∘之間，更佳地係介於1∘至6∘之間，並具有一為4.5m之較佳最大聚酯微粒床高度。有利地，將提供傾斜與旋轉之組合，並使此HCIRR反應器較佳係具有一介於0.1與10rpm間之轉速及從一端至另一端之適當流動(第1－5圖)，且微粒間接觸區域之經常更新將發生，以便使聚酯微粒不會有機會潛移至彼此之內。因為反應器內之微粒團之重量本身相對於作用為例如慣性力之其他力而言不能被忽略，故此HCIRR反應器1－5之設計與操作參數較佳地被選擇成可使反應器內之微粒流態係以在1×10－4 至0.5範圍內之佛路德 數(Froude Number)Fr＝(ω2 ×R/g)為特徵；其中ω係反應器之角速度；R係友應器之內部半徑，且g係重力加速度＝9,806 m/s2 。
此名為「滾動」之流態將使得在當諸微粒潛沒在固態物床中時，其等作用如同一剛性體且以與HCIRR反應器之轉速相同之速度旋轉；且當此諸微粒來到此固態物床之表面處時，其等將滑動在此表面上。此固態流態有助於形成諸微粒或顆粒之真正「類塞流」特性。因為絕對真實之塞流僅是理論學說，故使用類塞流特性一詞，使反應器表示多少類似塞流之特性，此意謂此反應器如前所述地在程度上多少具有塞流特性。
已結晶(或者已結晶且已預熱)之聚酯微粒被傳遞至HCIRR反應器之頂部內(圖1－5)(或當工廠具有一個以上成串聯之HCIRR反應器時，被傳遞至一系列HCIRR反應器之第一個HCIRR反應器中)，且由於反應器之傾斜及反應器之旋轉所引起之重力而通過HCIRR反應器(或諸反應器)。
經由HCIRR反應器1－5之微粒流率係藉由調整排自此HCIRR反應器本身之排出物而被控制。此排出物然後被進給至一冷卻裝置1－7內。
聚合係在洗滌惰性氣體流中進行。通常較佳的是遠低於擾流率之淨化流，以便可防止聚酯微粒之流體化及夾帶。此外，當更多之HCIRR反應器串聯地呈現時，惰性氣體流率通常係大致相等的。在後者之情形中，較佳地在各 HCIRR反應器中之流率係不超過一反應器系列中之任一反應器之流率的1.25倍。此外，較佳地，在單一HCIRR反應器或系列HCIRR反應器之情形中，洗滌氣體均以與聚酯微粒流動方向成逆流地通過HCIRR反應器1－5。雖然亦可使用與微粒流動方向成同方向流動之洗滌氣體流，但已證實此洗滌氣體流之構形效率較差，且通常需要較高之氣體流率。
適於用在本發明製程中之洗滌氣體較佳地包括氮，但亦可選用二氧化碳、氦、氬、氖、氪、氙、空氣、及某些工業廢氣及其組合或混合物。
此外，可自由選擇地，淨化惰性氣體可在已清除有機雜質之後，較佳地係直到達成有機雜質以重量計小於或等於100 p.p.m.之標準(CH4 當量)時，被再循環至反應器。
一般而言，聚合溫度將被包含於一範圍內，而此範圍係從就在門檻聚合溫度以上之溫度起至若干攝氏度(3∘)之聚合物黏附溫度內之溫度(其可遠低於聚合物之熔點溫度)。通常，此門檻溫度係40℃高於聚合物之聚合起始溫度。
例如，當以高達5%之修正(以莫耳為單元)使PET均聚物及共聚物聚合化時，HCIRR反應器中之適當溫度係在大約170℃至大約235℃之範圍，較佳係在大約190℃至大約225℃之範圍。在大約205℃至大約220℃之範圍內的溫度係較佳的。如果有一個以上之HCIRR反應器，則同樣也有可用於整個系列中之第一個HCIRR反應器之適當溫 度。
包含大約1至3莫耳百分比之異苯二甲酸(以全部酸為基礎之百分率)之已改良PET共聚物被聚合於大約5至8℃低溫下，此乃因為其熔點係低於PET均聚物。此類共聚酯係較少結晶且在聚合溫度下極易產生黏附。
此HCIRR反應器之主要特徵在於其繞著一轉軸而旋轉(第1－3圖)，其中此軸並不平行於與引力相垂直之水平線。當諸如水之材料或顆粒被安置在旋轉式反應器之較高端處時，且當未受重力以外之力及此旋轉式反應器支援下移動至另一下端處時，此轉軸將不平行於與引力相垂直之水平線。當被放置在反應器之一端處且除重力外不承受任何力(包含摩擦力)之水、顆粒、或另外物質不會移動至另端處時，此轉軸將平行於與引力相垂直之水平線。明顯地，此實驗將在反應器之兩端部處進行測試，此乃因為如果轉軸並不平行於水平面，則材料將在一端部上移動而不會向下移至反應器之另一端部上。由轉軸及與引力相垂直之水平線相交所形成之角度被稱作為傾斜角α。
雖然本藝中已習知將多個混合裝置(諸如阻擋板或舉升板)連接至旋轉式反應器之壁，但類塞流特性之設計先前並未被揭示。本說明書中所揭示者係多個混合裝置，其藉由移除位於壁處之材料並將其連同材料放回至流床之中央以便混合材料，而以方式進行材料之混合將可維持或改良反應器之類塞流特性。
在未配備混合裝置及配備有各種長度之混合裝置的旋 轉式反應器之實驗期間可直接觀察到的是，當諸微粒/碎片被潛沒並從弦之上側向下滑(或向下滾)至下側時，其等會被移動如一剛性體，而此弦在當諸微粒/碎片被處理於一未配備有混合裝置之旋轉式傾斜反應器中時係代表此固相之上邊界。此弦係由反應器壁之截面所劃定之圓的弦，其中當諸微粒被拉上旋轉中之容槽壁時，此弦係此微粒床之頂部。此弦被示於第9圖中。在向下滾動此弦之同時，各碎片被床表面(由其他碎片所構成)之粗糙度所擾動。此擾動之功效在於：一些碎片被沿著轉軸(往反應器上方)送回，且一些則朝轉軸方向(往反應器下方)前進，因而產在一可量測且可觀察到之軸向分散度。當此諸混合裝置之當量長度係大於反應器長度之1/10時，將存在比未配備有混合裝置者更多之軸向混合。即使這些配備有混合裝置之反應器係在一非常高之塞流度下作業，其等仍不會提供與未配備有內部混合裝置之反應器一樣高之塞流度。
在混合裝置之一實施例中，至少一混合裝置被連接至反應器之壁上。第2圖係此反應器在一與轉軸垂直之平面上之剖面圖，並包含一混合裝置2－7。此混合裝置之厚度被示為2－6。反應器壁被示為2－5，且其內徑被示為2－4。此混合裝置係從壁上之點2－1處突出，此點2－1係為直線2－9之交點，而此直線2－9係為一與由反應器壁之旋轉所劃定之圓相切在一與轉軸2－3相距最遠之點處的直線。此混合裝置在此平面視圖上之高度係為距離2－8，而此距離係從突出點2－1處起量至此混合裝置在平面2－2上之頂部處為止 者。
此混合裝置在與轉軸垂直之平面上的厚度2－6在維持塞流方面並非極其重要的。然而，從事本業之人士均認可的，其必須足夠強固以便可在應力下而不變形或破壞，而此應力則係由於固相在旋轉通過其試圖混合之材料時所承受之阻力所導致者。因此，此混合裝置之厚度係由所需之強度所決定，而此強度則部分地係由構成之材料及操作之溫度所決定。
此混合裝置在與轉軸垂且之平面上之高度係從反應器壁起至混合裝置頂部止之距離。雖然此高度在維持類塞流特性方面並非是重要的，但卻已發現在當此高度係小於由混合裝置與反應器壁之連接點繞著轉軸的旋轉所界定之圓的直徑之一半時(如第2－3圖)將可獲得最佳之結果。對一圓形反應器而言，此混合裝置之高度將小於反應器之內徑的一半(或半徑)。並非需要或必要的是，此混合裝置係沿著混合裝置之長度成恆定的。然而，當此混合裝置之高度，亦被熟知為其徑向穿透(突出)，係小於反應器直徑之1/20時，對於氣體碎片更新率或對於類塞流特性之有利影響將變成微不足道，即使混合裝置之長度係小於反應器總長之1/20。在此高度下，此類內部件僅當作為抗滑裝置，以便可避免碎片在反應器上之滑動。
混合裝置具有兩個長度。此混合裝置之實際長度係為此裝置從其頂部一點處起所量得之長度，且該點係為此混合裝置最先從壁突出至此裝置頂部之處，而此混合裝置則 在此頂部處終止或停止再從壁處突出。在此混合裝置之開端或終端處之突出點係謂當此混合裝置之高度小於圓形反應器之圓周直徑的1/20時。當此高度係小於由此突出點之旋轉所劃定之圓周直徑的1/20時，此混合裝置將停止從壁處突出。此混合裝置之當量長度係為介於與轉軸相垂直且包含此混合裝置最先從壁處突出之點的平面及與轉軸相垂直且包含此混合裝置停止再從壁處突出之點的平面之間的距離。此被示於第3圖中。
第3圖顯示此反應器之長度3－10及兩混合裝置3－11及3－13之當量長度。混合裝置3－13係一循著此反應器之旋轉曲線的螺旋。裝置3－13之當量長度被示為3－12，其係沿著轉軸從第一突出點3－1(對應於3－4)起至最後突出點(對應於3－6)止之距離。因為此混合裝置係循著此反應器之曲線或螺旋，故此裝置之實際長度係大於當量長度。此實際長度係直線3－2。第二混合裝置3－11係平行於轉軸而延伸。因此，其實際長度與當量長度係相同。反應器之長度並非按比例的，而係介於諸點3－8與3－9之間的距離3－10。其他在第3圖上之諸參考點係為：反應器壁3－5、轉軸3－3、及反應器直徑3－7。
此在實際長度與當量長度間之差異被用以描繪一由壁突出且還沿著此反應器壁而盤旋之混合裝置。此實際長度可為三或四個周長，但仍僅具有一為0.5個周長之當量長度。此被示於第4圖中，其中此混合裝置4－1環繞反應器壁4－5二次。此反應器具有直徑4－2及長度4－4。當量長度 4－11係從點4－6至4－10沿著轉軸4－3所量得者，而實際長度則係沿著壁順著從4－6至4－7至4－8至4－9至4－10之裝置所量得之尺寸。對於一圓形之反應器及一理想之螺旋，此實際長度可藉由畢氏定理而被予確定，其中將反應器之周邊被當作三角形之底邊，而當量長度被當作此直角三角形之高，且實際長度被當作其斜邊。
儘管螺旋構形係為可能的，但卻不相信一個完全環繞反應器之混合裝置至少曾經提供過所要之混合。然而，此類混合裝置卻是被仔細考慮過的。一般相信良好之混合可在當混合裝置不會形成一個完整之圓時被予達成。
形成一完整之圓可被說明為是在當此混合裝置之實際長度大於下列公式之時，(公式1)
其中a係此混合裝置之當量長度，且b係旋轉周長，其為在從壁處突出之點的一個旋轉中所運行之距離。其亦係一圓形環狀反應器之內周長。因此，一般相信較佳地係將此實際長度保持在小於由公式1所界定之值。
可確定類塞流特性是否受影響的就是此當量長度。已發現的是，當此當量長度小於反應器長度之1/20時，塞流被增大。雖然小於反應器長度之1/20的當量長度係為有利的，但亦相信其他長度亦可有效運作，因而可謂此當量長度係選自由小於此反應器長度之1/10，小於此反應器長度之1/12，小於此反應器長度之1/14，小於此反應器長度之1/15，小於此反應器長度之1/16，小於此反應器長度之 1/18，及小於此反應器長度之1/20的諸當量長度所構成之群組。
從事本業之人士將認可，在反應器之任何給定之水平區段中可有多個混合裝置。例如，在旋轉圓周上之第一點處可有一自壁處突出之第一混合裝置，而在旋轉圓周上之一與第一點相差180∘之第二點處可有一自壁處突出之第二混合裝置。其他混合裝置可在與第一點相差90∘及270∘之諸點處自壁處突出。儘管先前諸範例試著保持諸混合裝置之平衡，但混合裝置之數量及其相對於第一個混合裝置之位置卻並非重要的。此構形被示於第5圖。
第5圖顯示反應器壁5－5、轉軸5－3、及各彼此相隔90∘之四個混合裝置5－1、5－2、5－4、5－6。另亦顯示在反應器不轉動時之材料床5－8。此床高被示為5－10，且係為床之頂部5－12與反應器在床之最厚點處之壁間的距離。5－9係與突出點相交之切線，而5－7則係反應器之內徑。如果使用多個混合裝置，並不必定要使諸混合裝置開始突出或停止突出於與轉軸成垂直的相同平面上。其等可沿著反應器之長度而被交錯配置。
亦被思及的是，此混合裝置可從其頂部起彎曲至由壁突出之點處。此彎曲亦係相對於與轉軸相交之平面及由壁突出之點。此彎曲可彎成順著轉動方向或逆著轉動方向。
第6圖顯示一實施例，其可包含此類之教示。在此實施例中，真正之反應器之容槽6－5並非圓形，而在此例中係為方形。即使反應器6－5係方形，其繞轉軸6－3之其旋轉 仍可在其諸外部隅角處描繪出一圓6－6，且可在各個阻擋板6－1、6－2、6－4、6－7之突出點處描繪出另一圓6－8。此圓6－8可被用以計算各個混合裝置之不同尺寸。
此混合裝置可用任何方式被連接至壁上。第7a及7b圖顯示一被栓固及焊固之混合裝置。在第7a圖中，混合裝置7－2係利用螺栓7－1予以連接。在第7b圖中，此混合裝置7－2被焊接至壁上，而7－4則顯示由焊接所形成之焊珠。
此混合裝置應亦沒有橫向於轉軸之孔，而此諸孔則係大於將被處理之微粒、顆粒、薄片、或碎片的大小。在一實施例中，孔被具體地思及。因為此反應器之性能在當氣體被部分地或全部地注射至碎片床內時將更佳，故混合裝置可為具有若干孔之空心體，而此諸孔則可將洗滌氣體引入材料內，此乃藉由首先將此洗滌氣體傳遞至混合裝置內，再使此洗滌氣體通過此諸孔而進入正被處理中之材料床內而達成。多個混合裝置可藉由一管件或等效功能結構而被連接。
第8a及8b圖顯示此混合裝置之一實施例。詳言之，具有轉軸8－3之反應器8－5具有一系列混合裝置8－1。這些混合裝置係具有一大孔8－4之空心體。諸孔8－4係用於將洗滌氣體引入諸混合裝置，而若干小於被處理過之顆粒或碎片的孔8－2則被用於將此洗滌氣體8－6分散至整個床8－8。諸混合裝置8－1係藉由複數個連接器8－7而被串聯地連接。雖然並非是必要的，但相信在當此諸連接器與反應器之壁「不相接觸」時可獲得更佳效果。實際上，「不相接觸」 意指與反應器壁相距至少10mm。
不同之構形是可行的。例如，可將80m之反應器分割成三個區間：30m、20m、30m，且將兩個混合裝置放在各區間之各2m區段中。此諸混合裝置較佳係彼此徑向地分開180∘。諸區間之間的差異在於：混合裝置之高度係不同的，且係為固相頭部沿著HCIRR反應器軸向座標之不同高度的函數。
在另一實施例中，每一區段會有一混合裝置。在另一實施例中，反應器被分割成若干80m之區段，並使得第一區段具有一混合裝置，下一區段具有第二個混合裝置，且同時使第二混合裝置之開端被定位為與第一混合裝置之末端成90∘，使位於第三區段中的第三混合裝置之開端被定位為與第二混合裝置之末端成90∘，並與第一混合裝置之末端成180∘。此一構形將在整個所有區間中連續延伸。全部這些構形均已用比無任何內部件者更佳之類塞流特性試驗過，且確定比當此內部混合裝置係大於反應器長度之1/10時更佳。
實驗結果
第一組實驗係在一玻璃管旋轉圓形反應器中進行，而此反應器具有175mm之內徑、1800mm之長度、43立方分米之總體積、及1∘之傾斜角度。
已使用之多種內部混合裝置類型被示於第11a及11b圖中，其中類型1(第11a圖)係為一L形金屬件，而類型2(第11b圖)則為一在頂部處具有60∘彎折之件。諸混合 裝置被安裝成可使當量長度及實際長度相等，此外並平行於轉軸。此諸混合裝置在長度上各為100mm，而類型1者之高度係30mm，且類型2者之高度為35.43mm。在位於反應器端部處之四個100mm長之軸向區段上(即位於碎片出口處之諸端部區段上)，四個混合裝置被安裝在反應器中，每個100mm之區段有一個且各相隔90∘。更詳細言之，一個混合裝置被安裝在諸100mm區段中之第一個內；另一個混合裝置被安裝在第二個且接續之100mm區段中，並與被安裝在第一個區段中之混合裝置的端部相隔90∘；再一個混合裝置被安裝在第三個且接續之100mm區段中，並與被安裝在第二個區段中之混合裝置的端部相隔90∘，而與被安裝在第一個區段中之混合裝置的端部則相隔180∘；又一個混合裝置被安裝在第四個且接續之100mm區段中，並與被安裝在第三個區段中之混合裝置的端部相隔90∘，且與被安裝在第二個區段中之混合裝置的端部相隔180∘，而與被安裝在第一個區段中之混合裝置的端部則隔270∘。利用商用瓶等級PET之碎片以及覆蓋以被注射作為示蹤劑之磁粉(即氧化鐵粉)之碎片而進行若干個實驗，以便可確定在穩定狀態下諸停滯時段之分佈曲線。樣本係在反應器出口處所取，取樣將起始於當示蹤劑被注射之時，並直到具有示蹤劑之碎片停止出來為止，且具有示蹤劑或由磁鐵所覆蓋之碎片的濃度係由所取樣本而被確定。n－CSTR序列(或系列)之數目n(其可被比擬作經實驗所獲得之停滯時段分佈)係基於具有示蹤劑之碎片相對於時間之濃度曲線而被決 定，且塞流度將因此而被確定。此諸範例之結果被列於表I中。
在當若干混合裝置(其當量長度係大於反應器總長之1/10)被安裝在此反應器中時，一些被舉升之碎片(或微粒)向前滑動並直接留在混合裝置本身之平面上，而快速地在軸向上向上運行(相對於HCIRR反應器之轉軸)，因而對塞流度產生一不利之影響。
相反地，當若干混合裝置(其當量長度係小於反應器總長之1/20)被安裝在此反應器內時，碎片(或微粒)被混合裝置所舉升並掉落在滑動(或滾動)弦之中間某處，此因而具有50%之表面滑動路徑，以及50%之粗糙表面運動擾動，而此運動擾動會造成軸向分散。
1－2‧‧‧水平線
1－3‧‧‧轉軸
1－4‧‧‧直線
1－5‧‧‧反應器
1－6‧‧‧結晶器
1－7‧‧‧冷卻裝置
1－8‧‧‧貯槽
2－1‧‧‧點
2－2‧‧‧平面
2－3‧‧‧轉軸
2－4‧‧‧內徑
2－5‧‧‧壁
2－6‧‧‧厚度
2－7‧‧‧混合裝置
2－8‧‧‧高度
2－9‧‧‧直線
3－1/3－4/3－6‧‧‧點
3－2‧‧‧直線
3－3‧‧‧轉軸
3－5‧‧‧壁
3－7‧‧‧直徑
3－8/3－9‧‧‧點
3－10‧‧‧長度
3－11‧‧‧混合裝置
3－12‧‧‧當量長度
3－13‧‧‧混合裝置
4－1‧‧‧混合裝置
4－2‧‧‧直徑
4－3‧‧‧轉軸
4－4‧‧‧長度
4－5‧‧‧壁
4－6/4－7/4－8‧‧‧點
4－9/4－10‧‧‧點
4－11‧‧‧當量長度
5－1/5－2/5－4/5－6‧‧‧混合裝置
5－3‧‧‧轉軸
5－5‧‧‧壁
5－7‧‧‧內徑
5－8‧‧‧材料床
5－9‧‧‧切線
5－10‧‧‧床高
5－12‧‧‧床頂
6－1/6－2/6－4/6－7‧‧‧阻擋板
6－3‧‧‧轉軸
6－5‧‧‧反應器
6－6‧‧‧圓
6－8‧‧‧圓
7－1‧‧‧螺栓
7－2‧‧‧混合裝置
7－4‧‧‧焊珠
8－1‧‧‧混合裝置
8－2‧‧‧孔
8－3‧‧‧轉軸
8－4‧‧‧孔
8－5‧‧‧反應器
8－6‧‧‧洗滌氣體
8－7‧‧‧連接器
8－8‧‧‧床
α‧‧‧傾斜角
第1圖係相對於水平軸轉動之旋轉式反應器的側視圖，且包括可供更多商業操作模式用之多種可自由選擇的裝置。
第2圖係一與轉軸垂直之平面的視圖，且包括一混合裝置，其亦被熟知為阻擋板或舉起板。
第3圖係一旋轉式反應器之側視圖，且顯示此混合裝置相對於轉軸所量得之理論長度。本圖亦顯示此旋轉式反應器之長度。
第4圖係具有螺旋混合裝置之反應器的側視圖，而當其環繞容槽盤旋時，混合裝置之實際長度係為沿此混合裝置所量得之距離。
第5圖顯示一與轉軸垂直之平面上具有多個阻擋板的實施例。本圖亦顯示範例床高。
第6圖顯示容槽並非圓形但其外壁卻轉動之實施例。
第7a及7b分別顯示用以將混合裝置連接至反應器壁上之不同方式。
第8a及8b顯示具有多個孔之混合裝置，而此諸孔可使清洗氣體被引入微粒或顆粒床內。
第9圖顯示旋轉式反應器之各種不同元件，並以深色區域表示材料床。
第10圖顯示反應器內部之固相在當反應器轉速增加時所可能經歷之各種不同類型的流型。
第11a及11b顯示分別被使用在諸實驗中之類型1及類型2內部件。
3－1/3－4/3－6‧‧‧點
3－2‧‧‧直線
3－3‧‧‧轉軸
3－5‧‧‧壁
3－7‧‧‧直徑
3－8/3－9‧‧‧點
3－10‧‧‧長度
3－11‧‧‧混合裝置
3－12‧‧‧當量長度
3－13‧‧‧混合裝置

Claims (9)

  1. 一種具有轉軸之倾斜圓筒旋轉式反應器，其中該轉軸在中央且並不平行於與重力成垂直之水平線，且其中該反應器具有至少一個混合裝置，其中該混合裝置具有高度、寬度、及當量長度，此當量長度被界定為介於垂直該轉軸並包含該混合裝置最先從該反應器側壁突出處之點的平面與垂直該轉軸且包含該混合裝置停止從該側壁部突出處之點的平面間之距離，且該混合裝置之當量長度係選自由複數個小於該反應器長度之1/10的當量長度所構成之群組，而使於反應器內被處理的微粒材料由於重力及具有類塞流特性的反應器旋轉而通過。
  2. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中有至少一個混合裝置，其當量長度係小於該水平反應器長度之1/20。
  3. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中該等混合裝置中之至少一者具有複數個孔，以便可將洗滌氣體導入該反應器內。
  4. 如申請專利範圍第3項之反應器，其中有至少兩個混合裝置，且該等至少兩個混合裝置具有複數個孔，以便可將洗滌氣體導入該反應器內。
  5. 如申請專利範圍第4項之反應器，其中該至少兩個混合裝置被連接成使該洗滌氣體可經由連接器而從第一混合裝置通達第二混合裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項之反應器，其中該連接器係與該反應器壁相距至少10mm。
  7. 如申請專利範圍第1項之反應器，其中有至少一個混合裝置，其當量長度係與實體長度一致，且小於該水平反應器長度之1/20。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一之反應器，其中轉軸相對於與重力成垂直的水平線成的傾斜角度範圍為0.1°至12°。
  9. 一種如申請專利範圍第1至8項中任一項的反應器之用途，用來進行聚酯的固態聚合。
TW097104185A 2007-02-06 2008-02-04 旋轉式傾斜反應器用徑向混合裝置 TWI418399B (zh)

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