TWI475044B - Method and apparatus for manufacturing polyamide - Google Patents

Description

製造聚醯胺之方法與裝置

本發明係關於一種製造根據申請專利範圍第1項總概念所述之聚醯胺6或共聚醯胺之方法，及製造根據申請專利範圍第9項總概念所述之聚醯胺6或共聚醯胺之裝置。

聚醯胺於今日廣泛用於各種領域，例如紡織品、地毯或輪胎簾布，或例如於汽車業界用於製造射出成形件，或例如於包裝業界用於製造箔片或空心體。其由於聚醯胺具有許多優異特性，例如高韌性及高耐熱性與聚醯胺之良好彈性相結合。

關於各種製造聚醯胺方法之概覽，例如以己內醯胺(Caprolactam)為基礎製造之聚醯胺6或共聚醯胺，可於貝克(G.W.Becker)及布朗(D.Braun)經由漢瑟出版社(Hanser-Verlag)，慕尼黑與維也納，1998年出版之塑膠手冊第三冊「工程熱塑膠」，第四分冊「聚醯胺」第22頁至第75頁得知。關於聚醯胺於紡紗工藝上應用之概覽，可於例如Franz Fourné經由漢瑟出版社，慕尼黑與維也納，1995年出版之設施規劃手冊中之「合成纖維」第36頁至第56頁得知。

一般而言，現行製造聚醯胺之方法與裝置，特別係製造聚醯胺6或共聚醯胺之方法與裝置，係使一以己內醯胺為基礎之融液聚合作用。以該方式製造之聚醯胺融液，接著首先例如藉由浸水式粒化過程，或例如亦藉由搓絞粒化過程，達到粒化。然而，該粒化之聚醯胺材料一般尚含有約10%之低分子量物質或成分，例如含有己內醯胺及環狀低分子量聚合物(zyklische Oligomere)。為避免於進一步處理該粒化之聚醯胺材料時，受該類低分子量成分之干擾，該低分子量成分被粹取出，直到其含量低至一定程度 且成為無礙。此外，通常於粒化後，乾燥之顆粒受一濕式粹取，使顆粒含水量大增。因而於一粹取步驟後接著實施一乾燥步驟。通常於習知技術中，使用設於一對流粹取裝置後之惰氣乾燥器。

於粹取過程結束時，水中之粹取物含量，亦即低分子量成分之含量，一般高於10%重量比。該粹取水直接被引回聚合化過程，或於粹取後被重新處理，將粹離之低分子量成分回收，然後可被再度導引至聚合化過程。

於所述之粒化過程中，一般需注意保持粒化水之組成，使粒化過程可靠進行，粒化水中之粹取物含量一般於重量比4%左右。若無法保持此比率，則粒化水之純度不佳，因此導致粒化水起泡沫。

直接導入粒化水進行粹取會使該處粹取物含量不符期望地下降。於粹取入口之聚醯胺粒化顆粒(習稱PA-片，PA-Chips)之乾燥程度之要求值約重量比1%。

圖一顯示習知技術中一裝置之示意圖。於一聚合化反應器16中製造出以己內醯胺為基礎(由指向聚合反應器16之箭頭代表)之聚醯胺6或共聚醯胺之聚合化融液。於一浸水式粒化器11中，聚合化融液於粒化水中被粒化成粒化顆粒。接著，該粒化顆粒於一乾燥器13中由粒化水中被乾燥出，再被導引至一粹取裝置12，於其中另有一分離之粹取水循環，該循環包含一清洗裝置14，透過粹取水回收粹取物。回收之粹取物可再度送回聚合化反應器。粹取後，粒化顆粒於乾燥器15中進行進一步乾燥。粒化水於一自我循環中被處理，並被導向浸水式粒化器11。材料流動與水流動分別以不同箭頭顯示於圖一中。

世界專利案WO 02/094908 A1提出一種粹取聚醯胺之方法與裝置，其於聚醯胺融液粒化成粒化顆粒後，使用特殊粹取水，於 特殊條件下，尤其於高溫高壓下多階段分別粹取低分子量(殘餘)成分。

本發明之目的在於克服習知技術之缺點，特別在於提出一種製造聚醯胺6或共聚醯胺之粒化顆粒之方法與裝置，其流程簡單，成本低廉，能有效製造可供進一步利用之聚醯胺6或共聚醯胺粒化顆粒。

本發明之目的係藉一具有申請專利範圍第1項所述特徵之方法，及一具有申請專利範圍第9項所述特徵之裝置達成。

本發明之較佳實施例說明於申請專利範圍之各附屬項中。

本發明製造聚醯胺6或共聚醯胺之粒化顆粒之方法具有以下步驟：

- 經由聚合化作用製造一聚醯胺6或共聚醯胺之融液。該聚合化作用係於己內醯胺基礎上進行。

- 由融液藉由浸水式粒化製造粒化顆粒，例如藉由一浸水式粒化器，該浸水式粒化器係如專利申請人於產品代號SPHERO下所製造及販售，其中粒化顆粒係於一處理液中粒化。

- 將粒化顆粒於處理液中由浸水式粒化處移開，及

- 將粒化顆粒於處理液中導引至一粹取過程。

- 粹取低分子量成分，特別係粹取未完全聚合之成分，成為粹取物，較佳之作法係進行液基或水基粹取。

- 粹取後對粒化顆粒進行乾燥。

本發明之方法進一步特徵在於，浸水式粒化及粹取於使用相同處理液之情況下進行。亦即，於本發明中，浸水式粒化及粹取皆使用相同之處理液，該處理液對二步驟皆相同，其表示，於浸水式粒化中使用之該液體，與粹取過程使用之液體完全相同。簡 言之，浸水式粒化之輸送液及粹取所用之粹取液相同。於本發明中使用一致之處理液，不僅用於粒化，亦用於粒化顆粒之輸送，及用於由粒化顆粒粹取低分子量成分。

經由本發明之方法，一方面省卻介於製程中之乾燥步驟，其於習知技術中通常不可省略，必須安裝於粒化過程及粹取過程之間。此外，本發明之處理液中，粒化之粒化顆粒之融解能量可同時使用於加熱處理液，以達到節能作用。此外，由於省卻準備兩種不同液體，能以簡單及成本低廉之方式提供一簡單、便宜又可靠之方法，用以製造根據本發明之聚醯胺6或共聚醯胺之粒化顆粒，產生一根據本發明之簡單、可靠且可繼續處理之細顆粒。

本發明之方法中，該處理液之較佳組成可相當於粹取過程後之組成，最好相當於一粹取過程後之處理液之正常組成，該處理液之較佳組成含高於10%重量比之粹取物，亦即低分子量成分。因而於本發明中使用之處理液具一粹取液之組成，該組成能進一步改善製造方法之可靠度，關於生產簡單且非常容易繼續處理之細顆粒。

本發明方法之一較佳實施例中，該處理液可於浸水式粒化與粹取過程間之一第一循環中流動，並於粹取過程與粹取物清洗處理液間之一第二循環中流動，第一循環與第二循環處理液間存在液體連通，使第一及第二循環局部重疊。如此能於技術上以簡單且成本低廉之方式建置一封閉循環或二封閉循環，而彼此互相連通，特別係彼此直接連通，如此特徵於本發明中優先實現。

本發明之方法中可進一步改進粒化之可靠度，顆粒於處理液中導出與導入之可靠度，及處理液於第一循環中回流至粒化過程之可靠度，較佳作法係於一液體回流連通中，保持處理液溫度不受第二循環影響，最好不受第二循環於粹取-液體連通中溫度之影 響。

為達到一特別可靠之粒化步驟，本發明之方法中，較佳之作法係使浸水式粒化過程中之處理液，及粒化顆粒導出與導入時之處理液處於一高於環境之壓力下，該較高壓力之較佳值為等於或大於1巴，更佳值為等於或大於3巴，又更佳值為等於或大於4巴。如此能有效避免或至少減少處理液可能之發泡。

本發明之一方法中，粹取過程可於低於該較高壓力之下進行，較佳之作法係於環境壓力下進行粹取，且於粹取之前，可將處理液由較高壓力值降壓成較低壓力值，較佳之壓力值係環境壓力。粹取步驟因而位於相對於粒化步驟較低之壓力處。

於本發明之方法中，粹取過程亦可於較高壓力下進行，且於粹取後及乾燥前進行降壓，使壓力由較高之壓力值降為較低之壓力值，最好為環境壓力。因而粒化步驟及粹取步驟可於例如較高壓力下進行，最好係於相同之較高壓力值下進行。其可進一步提升粹取步驟之效率，亦即，粹取低分子量成分之效率可因此獲得改善。

為盡可能於所有條件下使本發明之方法運作流暢，特別係於大質量流動情況下，本發明中，浸水式粒化過程及粒化顆粒導出與導入時之處理液流量，與粹取過程處理液流量之流量比保持至少3：1。

本發明用於製造聚醯胺6或共聚醯胺粒化顆粒之裝置可用以實現本發明之方法。本發明之裝置具有一浸水式粒化器，該粒化器將一於一聚合化反應器中聚合化之聚醯胺6融液或共聚醯胺融液，粒化成於一處理液中之粒化顆粒，其間於浸水式粒化器與一粹取裝置之間有一液體導出連通，處理液連同其中所含之粒化顆粒經由該連通被導出浸水式粒化器，並被導入粹取裝置。於粹取 裝置後有一乾燥器，用以乾燥粒化顆粒。本發明中，於粹取裝置前不需此乾燥器，因而本發明將其省略，此外，於本發明中，浸水式粒化器與粹取裝置間設有一直接液體連通。本發明之裝置中，浸水式粒化器與粹取裝置皆被輸以相同處理液，而於粹取裝置與浸水式粒化器間除有處理液之液體導出連通，該含粒化顆粒之處理液，由浸水式粒化器流向粹取裝置外，尚有處理液之液體回流連通，該不含粒化顆粒之處理液，由粹取裝置回流至浸水式粒化器。

以該方式，本發明於浸水式粒化器或浸水粒化與粹取裝置之連通上，或低分子量成分之粹取上，使用單一且相同之處理液，且本發明將處理液由粹取裝置回流至浸水式粒化器。以該方式，本發明提供一種裝置，以特別簡單且成本低廉之方式，可靠地製造聚醯胺6或共聚醯胺之粒化顆粒。

為了以特別簡單之方式調整處理液之成份，本發明之裝置中可設置一處理液清洗裝置，最好設置於粹取裝置之粹取-液體連通區。

本發明之裝置中較佳之作法為，處理液於浸水式粒化器與粹取裝置間經由浸水式粒化器、液體導出連通、至少一部份粹取裝置、一共同液體連通及液體回流連通形成一第一循環，於粹取裝置及清洗裝置間經由共同液體連通、粹取-液體連通、清洗裝置及至少一部份粹取裝置形成一第二循環，其中於第一循環與第二循環間有共同液體連通，使第一循環與第二循環至少局部重疊。因此本發明中，處理液之循環可較佳地形成一封閉系統，使處理液既可用於粒化亦可用於粹取，並可依其目的循環流動，使本發明之整體裝置及本發明整體系統由浸水式粒化器至粹取裝置使用一種且相同之處理液。

本發明之裝置中可進一步改進於第一循環中粒化之可靠度，於處理液中粒子導出與導入之可靠度，及處理液回流至粒化過程之可靠度，較佳作法係於液體回流連通區域調節處理液之溫度，且不受第二循環影響。可於各相應區域/區段設置溫度測量及控制裝置。

本發明之裝置中，至少於浸水式粒化器區域之處理液壓力高於環境壓力，且至少於粹取裝置區域之壓力低於浸水式粒化器區域之壓力，其壓力最好為環境壓力，而於浸水式粒化器與粹取裝置間至少有一降壓裝置，最好設於液體導出連通中。如此能以特別簡單之方式，於本發明之裝置中調節不同之壓力水準。

本發明之裝置中，該處理液於浸水式粒化器及粹取裝置區域之壓力亦可高於環境壓力，且於粹取裝置及設於其後之乾燥器間設一降壓裝置，亦即，粹取裝置可為一壓力粹取裝置。如此本發明能於粹取裝置中以較高壓力進行粹取，該較高壓力使粹取步驟之效率能藉由可能之較高溫度進一步提升。

本發明之裝置可於液體導出連通中裝設一閘門，以過濾粒化顆粒/結塊。因此，特別能於裝置之一啟動過程中，輕易地過濾液體中之雜質。

補充說明為，上述根據本發明方法之說明所呈現之本發明所有特徵及優點，對本發明之裝置均成立，反之亦然。

圖一已於前述習知技術之討論中充分說明。

圖二顯示一裝置之實施例，用以製造聚醯胺6或共聚醯胺之粒化顆粒，特別適於根據本發明第一較佳實施例執行本發明之方法。

一聚合化反應器6中，由己內醯胺及適當之環狀二聚物/低 分子量聚合物之基礎，製造聚醯胺6或共聚醯胺之聚合化融液。製造該融液屬於習知技術，此處不再贅述。本發明之裝置中設有一浸水式粒化器1，藉由該浸水式粒化器1，由聚合化反應器6輸出之聚合化融液被粒化成處理液中之粒化顆粒。藉由一液體導出連通7，處理液及其中所含之粒化顆粒被導出浸水式粒化器1，並被導入一粹取裝置2。其於圖二中由不同箭頭表示。於圖二所示之實施例中，於浸水式粒化器1與粹取裝置2間之液體導出連通7中裝設一降壓裝置8。浸水式粒化器1區域之壓力相對於粹取裝置2之低壓較高，可於降壓裝置8中降低。

液體導出連通7中設有一閘門10，用以過濾粒化顆粒。於該裝置啟動時，提供簡單之粒化顆粒/結塊過濾作用。

由處理液與其中所含之粒化顆粒形成之混合液進入粹取裝置2，粒化顆粒於該裝置中向下運動(見圖二中粹取裝置2橫線下方區域)。該處理液經由共同之液體連通3及液體回流連通3a再度被導回浸水式粒化器1，且亦經過粹取-液體連通3b導入一清洗裝置4，通過清洗裝置4後，經由粹取-液體連通3b流入粹取裝置2。浸水式粒化過程中通過浸水式粒化器1之處理液之流量、導出與導入過程中通過液體導出連通7之含粒化顆粒處理液之流量，及通過液體回流連通3a之流量，與粹取作用通過粹取裝置之處理液流量，兩者之流量比為3：1。圖二所示之實施例中，處理液由下往上流動通過至少一部份粹取裝置2。粒化顆粒向下運動。兩者於圖二中由不同箭頭表示。

圖二所示之裝置於浸水式粒化器1與粹取裝置2間有一第一循環，第一循環由浸水式粒化器1、液體導出連通7、至少一段粹取裝置2、共同液體連通3及液體回流連通3a構成，且於粹取裝置2與清洗裝置4間有一第二循環，第二循環由共同液體連通3、 粹取-液體連通3b、清洗裝置4及至少一段粹取裝置2構成，第一循環及第二循環共有共同液體連通3，亦即第一循環及第二循環於其中局部重疊。處理液於粹取裝置2與浸水式粒化器1間係經由液體回流連通3a連通，而含有粒化顆粒之處理液於粹取裝置2與浸水式粒化器1間係經由液體導出連通7連通。

圖二所示本發明之裝置係由單一處理液填充及操作，亦即，於浸水式粒化器1區域之處理液與於粹取裝置2區域之處理液相同。

於粹取裝置2之後可經由例如葉輪閘門(於圖二中未顯示)過濾粒化顆粒。於其後設有一乾燥器5，用以乾燥粒化顆粒，使粒化顆粒能被適當儲存及進一步處理。

於清洗裝置4中回收之低分子量成分之粹取物原來係混於處理液中，經由清洗裝置4中回收，且可再被導向聚合化反應器6。其於圖二中以虛線表示。另外於圖二所示，於聚合化反應器6之區域中，聚合化原材料係由外界導入聚合化反應器6(於圖二中以不同箭頭表示聚合化反應器6區域)。

一般而言，於圖二(如隨後之圖三中)所示之裝置於適當位置，特別於分流處，裝有適當之閥門、壓力及溫度感測器、輸送幫浦、過濾器、熱交換器等。為使圖式清楚，其皆未於圖中顯示。

圖三顯示本發明裝置之另一較佳實施例。

圖三所示之實施例與圖二所示者不同處僅在於此例之粒化及粹取於相同之較高壓力下進行，且降壓作用僅於乾燥器5前經由一設於粹取裝置2與乾燥器5間之降壓裝置9實施。此外，圖三所示之實施例與圖二所示之實施例相同。

使用上述本發明之裝置，特別能實現本發明之方法。如此能以簡單且成本低廉之方式，可靠地製造可供繼續處理之聚醯胺6 或共聚醯胺之粒化顆粒。

1‧‧‧浸水式粒化器

2‧‧‧粹取裝置

3‧‧‧液體連通

3a‧‧‧液體回流連通

3b‧‧‧粹取-液體連通

4‧‧‧清洗裝置

5‧‧‧乾燥器

6‧‧‧聚合化反應器

7‧‧‧液體導出連通

8‧‧‧降壓裝置

9‧‧‧降壓裝置

10‧‧‧閘門

11‧‧‧浸水式粒化器

12‧‧‧粹取裝置

13‧‧‧乾燥器

14‧‧‧清洗裝置

15‧‧‧乾燥器

16‧‧‧聚合化反應器

以下將根據所附圖式對本發明之實施例做進一步說明。圖式顯示：圖一 已知技術中之一裝置示意圖；圖二 本發明一較佳實施例之裝置之示意圖；及圖三 本發明裝置另一較佳實施例之示意圖。

1‧‧‧浸水式粒化器

2‧‧‧粹取裝置

3‧‧‧液體連通

3a‧‧‧液體回流連通

3b‧‧‧粹取-液體連通

4‧‧‧清洗裝置

5‧‧‧乾燥器

6‧‧‧聚合化反應器

7‧‧‧液體導出連通

8‧‧‧降壓裝置

10‧‧‧閘門

Claims (13)

1. 一種製造聚醯胺6或共聚醯胺之粒化顆粒之方法，藉由- 聚合化作用製造聚醯胺6或共聚醯胺之融液，- 於處理液中藉由浸水式粒化作用由融液製造粒化顆粒，- 由浸水式粒化作用處將粒化顆粒於處理液中導出，及- 將處理液中之粒化顆粒導入一粹取過程，- 粹取低分子量成分作為粹取物，- 於粹取後乾燥粒化顆粒，浸水式粒化作用及粹取作用使用相同之處理液，其特徵為，該處理液於浸水式粒化作用與粹取作用間之一第一循環中流動，並於粹取作用與粹取物之清洗處理液間之一第二循環中流動，且第一循環與第二循環處理液間具有一液體連通，使第一循環與第二循環至少局部重疊。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，該處理液具有一組成，其相當於粹取後之組成，該處理液具有重量比高於10%之粹取物。
3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，其特徵為，該處理液於浸水式粒化作用與粹取作用間之一第一循環中流動，並於粹取作用與粹取物之清洗處理液間之一第二循環中流動，第一循環與第二循環處理液間具有一液體連通，使第一循環與第二循環至少局部重疊。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之方法，其特徵為，於第一循環中，於一液體回流連通中保持處理液溫度不受第二循環影響，不受第二循環於粹取-液體連通中溫度之影響。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其特徵為，該處理液於 浸水式粒化作用時，及於粒化顆粒導出與導入時，處於高於環境之壓力，而該高於環境壓力等於或大於1巴。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之方法，其特徵為，粹取作用於相對較高壓力值之較低壓力下進行，該較低壓力係介於該較高壓力與環境壓力之間，且於粹取作用前實施處理液之降壓，由較高壓力降為介於較高壓力與環境壓力之間之較低壓力。
7. 根據申請專利範圍第5項所述之方法，其特徵為，粹取作用於較高壓力下進行，且於粹取後及乾燥前實施降壓，由較高壓力降為介於較高壓力與環境壓力之間之較低壓力。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之方法，其特徵為，浸水式粒化過程及粒化顆粒導出與導入時之處理液流量，與粹取過程處理液流量，兩者流量比為至少3：1。
9. 一種製造聚醯胺6或共聚醯胺粒化顆粒之裝置，具有一浸水式粒化器(1)，該粒化器(1)將一於聚合化反應器(6)中聚合化之聚醯胺6或共聚醯胺之融液粒化為處理液中之粒化顆粒，於浸水式粒化器(1)與一粹取裝置(2)間有液體導出連通(7)，處理液連同其所含之粒化顆粒由該液體導出連通(7)被導出浸水式粒化器(1)，並被導入粹取裝置(2)，於粹取裝置(2)之後設有乾燥器(5)，用以乾燥粒化顆粒，該浸水式粒化器(1)及粹取裝置(2)使用相同之處理液，且於粹取裝置(2)與浸水式粒化器(1)間具有處理液之液體回流連通(3a)，其特徵為，該處理液於浸水式粒化器(1)與粹取裝置(2)間之一第一循環內，被引導通過浸水式粒化器(1)、液體導出連通(7)、至少一部份粹取裝置(2)、一段共同液體連通(3)，及液體 回流連通(3a)，並於粹取裝置(2)與清洗裝置(4)間之一第二循環內，被引導通過共同液體連通(3)、粹取-液體連通(3b)、清洗裝置(4)，及至少一部份粹取裝置(2)，而於第一循環與第二循環之間有共同液體連通(3)，使第一循環與第二循環至少局部重疊。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之裝置，其特徵為，設有一處理液之清洗裝置(4)，設置於粹取裝置(2)之一粹取-液體連通(3b)區域。
11. 根據申請專利範圍第9項所述之裝置，其特徵為，該處理液至少於浸水式粒化器(1)區域具有相對於環境壓力較高之壓力，且至少於粹取裝置(2)中具有低於該較高壓力之較低壓力，該較低壓力係介於較高壓力與環境壓力之間，且介於浸水式粒化器(1)與粹取裝置(2)間，至少裝設一降壓裝置(8)，設於液體導出連通(7)中。
12. 根據申請專利範圍第11項所述之裝置，其特徵為，該處理液於浸水式粒化器(1)區域及於粹取裝置(2)中具有相對於環境壓力較高之壓力，且介於粹取裝置(2)與其後裝設之乾燥器(5)間設有一降壓裝置(9)。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之裝置，其特徵為，於液體導出連通(7)中設一閘門(10)，用以過濾粒化顆粒/結塊。