发明内容
本发明的目的在于,克服现有技术中存在的问题,提供一种酯化聚合两釜***,结构紧凑,生产效率高。
为解决以上技术问题,本发明的一种酯化聚合两釜***,包括酯化预缩聚反应器和无搅拌聚合反应器,所述酯化预缩聚反应器设有物料进口和预缩聚出料口,所述无搅拌聚合反应器设有聚合反应器进料口和聚合物出料口,所述预缩聚出料口通过预缩聚液位控制阀或预缩聚熔体输送泵与预缩聚出料管相连,所述预缩聚出料管与所述聚合反应器进料口相连接,所述无搅拌聚合反应器包括立式设置且两端封闭的筒体,筒体内腔的上部设有水平状且将筒体横向隔断的布液盘,所述布液盘上设有上大下小的布液孔,所述布液孔中设有降膜管且两者共轴线,所述降膜管竖直向下延伸,所述降膜管的内腔插接有聚合反应器热媒加热管,所述筒体的上部外壁设有聚合反应器抽真空口和所述聚合反应器进料口,所述筒体的下端设有锥形头,所述锥形头的下端设有出料螺旋,所述聚合物出料口位于所述出料螺旋的下端;所述筒体的外周设有聚合反应器夹套,所述锥形头的外周设有锥形头夹套,所述聚合反应器进料口位于所述布液盘的下方,所述筒体的内壁与所述聚合反应器进料口相应的部位设有环状的布液槽,所述布液槽的下端与筒体内壁之间留有均匀的环状缝隙;所述筒体的下部内壁设有环状的集液槽,所述集液槽的上端开口且下端封闭;所述筒体的外壁上设有与所述集液槽的底部相通的中间熔体出口,所述中间熔体出口与中间熔体输送泵的入口连接,所述中间熔体输送泵的出口与中间熔体进口连接,所述中间熔体进口位于筒体外壁上且位于所述布液盘的上方。
相对于现有技术,本发明取得了以下有益效果:当采用预缩聚液位控制阀时,预缩聚熔体通过位差进入聚合反应器进料口;当采用预缩聚熔体输送泵时,由预缩聚熔体输送泵向聚合反应器进料口输送。预缩聚熔体从聚合反应器进料口进入布液槽,随布液槽在筒体内壁的圆周上均匀分布,然后从布液槽下端的环状缝隙流出,在筒体内壁上形成均匀的降膜,在流动过程中,在夹套中热媒的加热下,熔体升温得以预聚合成为预聚合中间熔体,然后流入筒体内壁下部的集液槽中,然后从中间熔体出口流出,再由中间熔体输送泵送入聚合反应器上部的中间熔体进口,从中间熔体进口进入聚合反应器内腔后,落在布液盘上,从布液盘上的布液孔与降膜管之间的缝隙向下流出,在降膜管的外壁再次形成挂壁降膜,在降膜管内热媒介质的加热下,预聚合中间熔体进一步聚合完成,从聚合反应器底部的聚合物出料口流出。该聚合反应器采用无搅拌结构,电耗及故障率低;在聚合反应器内腔采用环状布液槽布液,形成的降膜均匀,且在聚合反应器内腔进行了两次聚合,提高了反应效率;在反应及出料过程中,通过聚合反应器抽真空口抽气,聚合反应器内腔始终保持在真空状态,不会造成熔体降解,产品品质稳定。
作为本发明的改进,所述布液盘的上方设有降膜管隔板,所述降膜管隔板的上方设有聚合反应器热媒加热管隔板,所述降膜管隔板和所述聚合反应器热媒加热管隔板分别将筒体横向隔断,所述聚合反应器热媒加热管隔板的上方设有聚合反应器上封头;所述降膜管的上端口连接在所述降膜管隔板的管孔上,所述聚合反应器热媒加热管的上端口连接在所述聚合反应器热媒加热管隔板的管孔上;所述聚合反应器上封头上连接有降膜管热媒进口,所述降膜管隔板与聚合反应器热媒加热管隔板之间的筒体壁上连接有降膜管热媒出口。热媒介质例如导热油从降膜管热媒进口进入聚合反应器上封头与聚合反应器热媒加热管隔板之间的进油腔,然后沿聚合反应器热媒加热管直接下到聚合反应器热媒加热管底部,流出聚合反应器热媒加热管后向上进入降膜管与聚合反应器热媒加热管之间的环状空腔,沿该环状空腔上行,从降膜管的上端口进入降膜管隔板与聚合反应器热媒加热管隔板之间的出油腔,最后从降膜管热媒出口流出。物料刚进入布液孔时温度较低,形成降膜后沿降膜管向下流动,不断受到降膜管内热媒的加热,温度逐渐升高,到达降膜管底部时物料的温度达到最高。温度最高的热媒首先下到降膜管底部,因为聚合反应器热媒加热管的外周为返程的热媒,温度较高,沿聚合反应器热媒加热管下行的热媒热量损失很小;返程上行的热媒由于不断对物料降膜进行放热,温度逐渐下降。因此降膜管外物料的温度自上而下逐渐递增,降膜管内的热媒温度自下而上逐渐递减,温度最低的物料与温度较低的热媒进行换热,温度最高的物料与温度最高的热媒进行换热,换热双方始终保持较大的温差,换热效率高。
作为本发明的进一步改进,所述筒体内壁设有螺旋向下延伸的筒壁物料分配环,所述筒壁物料分配环的上端位于所述布液槽的出口下方,所述筒壁物料分配环的下端位于所述集液槽的上端口上方,所述筒壁物料分配环为半圆形截面且平面连接在所述筒体内壁上。熔体从布液槽下端的环状缝隙流出,沿筒体内壁向下流动形成降膜后,需要越过多道半圆形截面的筒壁物料分配环,在越过筒壁物料分配环时受到阻滞,使筒体内壁整个圆周方向及高度方向的降膜厚度更加均匀;半圆形截面表面光滑使得熔体流动非常均匀平缓,又不存在物料死角,避免物料停滞导致过热。
作为本发明的进一步改进,所述布液孔以下的降膜管外壁均匀设有至少一道降膜管物料分配环,所述降膜管物料分配环的截面呈两头小中间大的鼓形。中间熔体从布液盘上的布液孔与降膜管之间的缝隙向下流出,在降膜管的外壁再次形成挂壁降膜后,在向下流动过程中需要越过多道鼓形的降膜管物料分配环,在越过降膜管物料分配环时受到阻滞,使降膜管外壁整个圆周方向及高度方向的降膜厚度更加均匀;降膜管物料分配环的表面光滑弧形过渡使得熔体流动非常均匀平缓,又不存在物料死角,避免物料停滞导致过热。
作为本发明的进一步改进,所述酯化预缩聚反应器包括封闭的立式塔体,所述立式塔体内由弧形隔板分隔成酯化上室和预缩聚下室,所述酯化上室的筒壁外设有酯化加热夹套,所述预缩聚下室的筒壁外设有预缩聚加热夹套;所述酯化上室的顶部设有酯化上室气相出口和所述物料进口,所述弧形隔板的底部中心设有氮气进口,所述酯化上室的侧壁设有酯化物料出口;所述预缩聚下室的底部连接有酯化物料预热器,所述酯化物料预热器的下封头底部设有预热器进料口,所述酯化物料出口通过酯化液位控制阀和酯化物出料管与所述预热器进料口相连,所述酯化物出料管上连接有助剂进口,所述酯化物料预热器上端的预热器出料口与所述预缩聚下室的底部进口相连;所述预缩聚下室的内腔自下而上设有多层塔盘,所述预缩聚出料口位于所述预缩聚下室的上部筒壁上,所述预缩聚出料口的上方设有预缩聚下室抽真空口。PTA粉料和乙二醇混合打浆后从物料进口进入酯化上室,氮气从弧形隔板底部的氮气进口进入酯化上室,对物料进行搅拌使其混合均匀,在酯化上室的高温环境下,PTA粉料与乙二醇发生酯化反应,酯化上室的工作压力为0.5~2bar(表压),酯化反应产生的气相物质从酯化上室气相出口排出,酯化物料从酯化物料出口排出,通过酯化液位控制阀进入酯化物出料管,助剂通过助剂进口添加到酯化物出料管中;在位差和压差的作用下,酯化物料和助剂进入预热器进料口,在酯化物料预热器中,助剂中过量的乙二醇气化产生气泡,气泡由下而上运动给物料以推动力,同时起到搅拌作用;酯化物料被加热后向上进入预缩聚下室,继续进行部分酯化反应,同时进入缩聚过程;预缩聚下室的预缩聚下室抽真空口位于最上端,越往上层真空度越高,预缩聚下室顶部的真空度为1~10kpa(绝对压力),物料在穿过层层塔盘时逐步进行聚合反应,使物料在由下而上的过程中聚合度逐步增大,最后从预缩聚出料口排出。该反应器将酯化室和预缩聚室连为一体,结构紧凑,占地面积小,热损失少,无需额外动力物料即可从酯化上室流向预缩聚下室,无机械搅拌装置,节约了能耗,降低了故障率,提高了生产效率。
作为本发明的进一步改进,所述酯化上室的底部中心设有水平设置且呈中心对称的气旋搅拌盘,所述气旋搅拌盘为空心的圆柱盘,所述气旋搅拌盘的底部中心与所述氮气进口相连,所述气旋搅拌盘的圆周壁上均匀分布有多个氮气喷射口,各所述氮气喷射口的外侧分别设有使氮气沿切向射出的氮气导流弧形板,各所述氮气导流弧形板的根部分别连接在所述气旋搅拌盘的圆周壁上。氮气从气旋搅拌盘的底部中心进入气旋搅拌盘的内腔,从各个氮气喷射口喷出,经过氮气导流弧形板的导流,各处氮气均沿氮气导流弧形板顶圆的切线方向射出,在酯化上室的底部形成水平涡旋,可以充分地对物料进行搅拌,氮气射出后还要向上运动对物料形成二次搅拌,保证物料彻底混合均匀。
作为本发明的进一步改进,所述酯化上室的内壁下部设有沿周向延伸且上端开口的外导流筒,所述外导流筒与酯化上室内壁之间形成酯化出料环槽,所述外导流筒上设有外导流筒物料出口与所述酯化出料环槽相通,所述酯化物料出口与所述酯化出料环槽的底部相通;所述外导流筒的内腔设有与之共轴线的内导流筒,所述内导流筒与所述外导流筒之间的环状区域位于所述气旋搅拌盘的外圆周上方,所述内导流筒的上端口低于外导流筒的上端口;所述酯化上室的内腔设有沿轴线向下延伸至内导流筒中部的中心料管,所述中心料管的上端与所述物料进口连接;所述外导流筒与内导流筒之间环状空间设有多组酯化加热盘管,每组热媒加热盘管分别设有酯化加热盘管热媒进口和酯化加热盘管热媒出口。气旋搅拌盘射出的氮气使酯化上室底部的物料形成强烈的环流,在氮气和加热盘管的热对流双重作用下,物料沿内导流筒与外导流筒之间的环状空间向上运动;内导流筒内部的物料向下流动,形成内外料流循环的状态,新物料从中心料管的下端口向下流出后,即被卷入料流循环中得以搅拌均匀;在高温下PTA粉料与乙二醇发生酯化反应,随着新物料不断的进入,反应完的物料从外导流筒的外导流筒物料出口进入酯化出料环槽,在酯化加热夹套中热媒的加热下流动过程中继续反应彻底,最后从酯化出料环槽底部的酯化物料出口排出。PTA粉料与乙二醇在外导流筒与内导流筒之间环状空间中一边搅拌,一边被酯化釜加热盘管加热,并且可以根据工艺需要决定投入加热的酯化釜加热盘管的组数。
作为本发明的进一步改进,所述外导流筒物料出口沿所述外导流筒的高度方向竖向向下延伸,所述酯化出料环槽的内腔设有上室径向导流隔板,所述外导流筒物料出口与所述酯化物料出口分别位于所述上室径向导流隔板的两侧;顶层塔盘的上方设有预缩聚下室出料环槽,所述预缩聚下室出料环槽的底部连接在所述预缩聚下室的筒壁上,所述预缩聚下室出料环槽上设有沿竖向延伸的预缩聚下室溢料口,所述预缩聚出料口与所述预缩聚下室出料环槽的底部相通,所述预缩聚下室出料环槽的内腔设有预缩聚下室径向导流隔板,所述预缩聚下室溢料口与所述预缩聚出料口分别位于所述预缩聚下室径向导流隔板的两侧。上室径向导流隔板将酯化物料出口与外导流筒物料出口隔开,可以防止酯化出料环槽中的物料发生短流,使物料在酯化出料环槽中具有最大的行程,物料进入酯化出料环槽后呈平推流的形式,沿塔体内壁环绕一周,物料在前进过程中继续被酯化加热夹套加热,最后从酯化物料出口流出,该结构延长了物料在酯化出料环槽中的加热时间。预缩聚下室径向导流隔板将预缩聚下室溢料口与预缩聚出料口隔开,可以防止预缩聚下室出料环槽中的物料发生短流,使物料在预缩聚下室出料环槽中具有最大的行程,物料进入预缩聚下室出料环槽后呈平推流的形式,沿塔体内壁环绕一周,物料在前进过程中继续被预缩聚加热夹套加热,最后从预缩聚出料口流出,该结构延长了物料在预缩聚下室出料环槽中的加热时间。
作为本发明的进一步改进,各层所述塔盘上分别均匀分布有多个贯通塔盘的物料上升管,各所述物料上升管的上方分别覆盖有与之共轴线的物料折流罩,各所述物料折流罩为穹窿形且下端口连接在所述塔盘上,各所述物料折流罩的下部圆周上均匀设有折流罩出料口。物料从物料上升管上行进入物料折流罩的内腔,然后折流向下从物料折流罩下部圆周上的折流罩出料口流出。由于预缩聚下室上部预缩聚下室抽真空口的抽吸作用及物料的缩聚过程,在每一层物料折流罩的顶部形成气腔,最上一层物料折流罩气腔中的真空度最高,越往下物料折流罩气腔中的真空度逐步递减,物料由下而上依次通过各层塔盘及物料折流罩的过程中逐步进行聚合反应,物料在由下而上的过程中聚合度逐步增大。
作为本发明的进一步改进,所述预缩聚下室出料环槽的上方设有泡沫捕集盘,所述泡沫捕集盘水平设置在所述预缩聚下室的横截面上且位于所述预缩聚下室抽真空口的下方;所述酯化物料预热器的下封头内腔分别设有水平设置的物料分配盘,所述物料分配盘上均匀分布有多个物料分配孔。聚合过程中会产生大量气泡,泡沫捕集盘可以阻止预缩聚下室的气泡进入上方的预缩聚下室抽真空口和预缩聚下室真空表接口。酯化物料和助剂经过物料分配盘的众多物料分配孔后,可以更均匀地进入上方的各换热列管。
具体实施方式
图1所示,本发明的酯化聚合两釜***包括酯化预缩聚反应器和无搅拌聚合反应器4,酯化预缩聚反应器设有物料进口1a和预缩聚出料口2c,无搅拌聚合反应器4设有聚合反应器进料口401a和聚合物出料口410a,预缩聚出料口2c通过预缩聚液位控制阀V2与预缩聚出料管G2相连,预缩聚出料管G2与聚合反应器进料口401a相连接。
图2所示,本发明的酯化聚合两釜***包括酯化预缩聚反应器和无搅拌聚合反应器4,酯化预缩聚反应器设有物料进口1a和预缩聚出料口2c,无搅拌聚合反应器4设有聚合反应器进料口401a和聚合物出料口410a,预缩聚出料口2c通过预缩聚熔体输送泵B1与预缩聚出料管G2相连,预缩聚出料管G2与聚合反应器进料口401a相连接。
如图3和图4所示,无搅拌聚合反应器4包括立式设置且两端封闭的筒体,筒体内腔的上部设有水平状且将筒体横向隔断的布液盘402,布液盘402上设有布液孔402a,布液孔402a中设有降膜管403且两者共轴线。布液孔402a为上大下小的漏斗形,便于足够的物料流入布液孔402a中,布液孔402a的小端与降膜管403的间隙控制降膜的厚度。降膜管403竖直向下延伸,降膜管403的内腔插接有聚合反应器热媒加热管411,无搅拌聚合反应器4的筒体上部外壁设有聚合反应器进料口401a和聚合反应器抽真空口401b,无搅拌聚合反应器4的下端设有锥形头,锥形头的下端设有出料螺旋410,出料螺旋410的下端设有聚合物出料口410a。
无搅拌聚合反应器4的筒体外周设有聚合反应器夹套407,聚合反应器夹套407的底部设有聚合反应器夹套热媒进口407a,聚合反应器夹套407的顶部设有聚合反应器夹套热媒出口407b。热媒从聚合反应器夹套热媒进口407a进入聚合反应器夹套407内,然后从聚合反应器夹套热媒出口407b流出。
锥形头的外周设有锥形头夹套,锥形头夹套的底部设有锥形头夹套热媒进口409a,锥形头夹套的上部设有锥形头夹套热媒出口409b。热媒从锥形头夹套热媒进口409a进入锥形头夹套内,然后从锥形头夹套热媒出口409b流出。
聚合反应器进料口401a位于布液盘402的下方,无搅拌聚合反应器4的筒体内壁与聚合反应器进料口401a相应的部位设有环状的布液槽404,布液槽404的下端与筒体内壁之间留有均匀的环状缝隙;无搅拌聚合反应器4的下部内壁设有环状的集液槽405,集液槽405的上端开口且下端封闭;无搅拌聚合反应器4的外壁上设有与集液槽405的底部相通的中间熔体出口401d,中间熔体出口401d与中间熔体输送泵406的入口连接,中间熔体输送泵406的出口与中间熔体进口401c连接,中间熔体进口401c位于筒体外壁上且位于布液盘402的上方。
中间熔体出口401d和中间熔体进口401c在无搅拌聚合反应器4的圆周上可以均匀设置有一组、两组或三组以上。
布液盘402上可以设有多个布液孔402a,各布液孔402a的中心分别设有降膜管403。降膜管403至少设置一组,且每组均设有聚合反应器热媒加热管411。
布液盘402的上方设有降膜管隔板401f,降膜管隔板401f的上方设有聚合反应器热媒加热管隔板401e,聚合反应器热媒加热管隔板401e和降膜管隔板401f分别将筒体横向隔断,聚合反应器热媒加热管隔板401e的上方设有聚合反应器上封头;降膜管403的上端口连接在降膜管隔板401f的管孔上,聚合反应器热媒加热管411的上端口连接在聚合反应器热媒加热管隔板401e的管孔上;聚合反应器上封头上连接有降膜管热媒进口408a,降膜管隔板401f与聚合反应器热媒加热管隔板401e之间的筒体壁上连接有降膜管热媒出口408b。
聚合反应器抽真空口401b位于布液盘402的下方,在反应及出料过程中,通过聚合反应器抽真空口401b抽气,聚合反应器内腔始终保持在真空状态。
聚合反应器上与集液槽405的下端对应的部位设有集液槽液位计接口413,锥形头的下端设有锥形头液位计接口414,以便控制聚合反应器内部物料的液位。
熔体从聚合反应器进料口401a进入布液槽404,随布液槽404在筒体内壁的圆周上均匀分布,然后从布液槽404下端的环状缝隙流出,在筒体内壁上形成均匀的降膜,在流动过程中,在聚合反应器夹套中热媒的加热下,熔体升温得以预聚合成为预聚合中间熔体,然后流入筒体内壁下部的集液槽405中,然后从中间熔体出口401d流出,再由中间熔体输送泵406送入聚合反应器上部的中间熔体进口401c,从中间熔体进口401c进入聚合反应器内腔后,落在布液盘402上,从布液盘402上的布液孔402a与降膜管403之间的缝隙向下流出,在降膜管403的外壁再次形成挂壁降膜,在降膜管403内热媒介质的再次加热下,预聚合中间熔体进一步聚合完成,从聚合反应器底部的锥形头进入出料螺旋410,再从出料螺旋410下端的聚合物出料口410a排出。聚合物出料口410a的酯化率大于99%,聚合度大于100。
热媒介质例如导热油从降膜管热媒进口408a进入聚合反应器上封头与聚合反应器热媒加热管隔板401e之间的进油腔,然后沿聚合反应器热媒加热管411直接下到聚合反应器热媒加热管411底部,流出聚合反应器热媒加热管411后向上进入降膜管403与聚合反应器热媒加热管411之间的环状空腔,沿该环状空腔上行,从降膜管403的上端口进入降膜管隔板401f与聚合反应器热媒加热管隔板401e之间的出油腔,最后从降膜管热媒出口408b流出。
物料刚进入布液孔402a时温度较低,形成降膜后沿降膜管403向下流动,不断受到降膜管403内热媒的加热,温度继续升高,到达降膜管403底部时物料的温度达到最高。而温度最高的热媒首先下到降膜管403底部,因为聚合反应器热媒加热管411的外周为返程的热媒,温度较高,沿聚合反应器热媒加热管411下行的热媒热量损失很小;返程上行的热媒由于不断对物料降膜进行放热,温度逐渐下降。因此降膜管外物料的温度自上而下逐渐递增,降膜管内的热媒温度自下而上逐渐递减,温度较低的物料与温度较低的热媒进行换热,温度最高的物料与温度最高的热媒进行换热,换热双方始终保持较大的温差,换热效率高。该聚合反应器在聚合反应器内腔采用环状布液槽404布液,在降膜管403外采用布液孔402a布液,形成的降膜都十分均匀,且在聚合反应器内腔进行了两次聚合,增大了换热面积,提高了反应效率。
筒体内壁设有螺旋向下延伸的筒壁物料分配环412,筒壁物料分配环412的上端位于布液槽404的出口下方,筒壁物料分配环412的下端位于集液槽405的上端口上方,筒壁物料分配环412为半圆形截面且平面连接在筒体内壁上。熔体从布液槽404下端的环状缝隙流出,沿筒体内壁向下流动形成降膜后,需要越过多道半圆形截面的筒壁物料分配环412,在越过筒壁物料分配环412时受到阻滞,使筒体内壁整个圆周方向及高度方向的降膜厚度更加均匀;半圆形截面表面光滑使得熔体流动非常均匀平缓,又不存在物料死角,避免物料停滞导致过热。
布液孔以下的降膜管403外壁均匀设有至少一道降膜管物料分配环403a,降膜管物料分配环403a的截面呈两头小中间大的鼓形。中间熔体从布液盘402上的布液孔与降膜管403之间的缝隙向下流出,在降膜管403的外壁再次形成挂壁降膜后,在向下流动过程中需要越过多道鼓形的降膜管物料分配环403a,在越过降膜管物料分配环403a时受到阻滞,使降膜管外壁整个圆周方向及高度方向的降膜厚度更加均匀;降膜管物料分配环403a的表面光滑弧形过渡使得熔体流动非常均匀平缓,又不存在物料死角,避免物料停滞导致过热。
如图5至图10所示,酯化预缩聚反应器包括封闭的立式塔体,立式塔体内由弧形隔板分隔成酯化上室1和预缩聚下室2,酯化上室1的筒壁外设有酯化加热夹套,预缩聚下室2的筒壁外设有预缩聚加热夹套;酯化上室1的顶部设有物料进口1a和酯化上室气相出口1b,弧形隔板的底部中心设有氮气进口1c,酯化上室1的侧壁设有酯化物料出口1f,酯化上室1的顶部设有酯化上室压力表接口1k。
预缩聚下室2的底部连接有酯化物料预热器3,酯化物料预热器3的下封头底部设有预热器进料口3a,酯化物料出口1f通过酯化液位控制阀V1或预缩聚熔体输送泵B1与酯化物出料管G1连接,酯化物出料管G1与预热器进料口3a相连,酯化物出料管G1上连接有助剂进口G1a,酯化物料预热器3上端的预热器出料口3b与预缩聚下室2的底部进口相连。
预缩聚下室2的内腔自下而上设有多层塔盘2a,预缩聚下室2的上部筒壁上设有预缩聚出料口2c,预缩聚出料口2c通过预缩聚液位控制阀V2或预缩聚熔体输送泵B1与预缩聚出料管G2相连,预缩聚出料口2c的上方设有预缩聚下室抽真空口2e和预缩聚下室真空表接口2g。
PTA粉料和乙二醇混合打浆后从物料进口1a进入酯化上室1,氮气从弧形隔板底部的氮气进口1c进入酯化上室1,对物料进行搅拌使其混合均匀,在酯化上室1的高温环境下,PTA粉料与乙二醇发生酯化反应,酯化上室1的工作压力为0.5~2bar(表压),酯化反应产生的气相物质从酯化上室气相出口1b排出,酯化物料从酯化物料出口1f排出,通过酯化液位控制阀V1进入酯化物出料管G1,助剂通过助剂进口G1a添加到酯化物出料管G1中。在位差和压差的作用下,酯化物料和助剂进入预热器进料口3a,在酯化物料预热器3中,助剂中过量的乙二醇气化产生气泡,气泡由下而上运动给物料以推动力,同时起到搅拌作用。酯化物料被加热后向上进入预缩聚下室2,继续进行部分酯化反应,同时进入缩聚过程。预缩聚下室2的预缩聚下室抽真空口2e位于最上端,越往上层真空度越高,预缩聚下室顶部的真空度为1~10kpa(绝对压力),物料在穿过层层塔盘时逐步进行聚合反应,使物料在由下而上的过程中聚合度逐步增大,最后从预缩聚出料口2c排出。
酯化上室1的底部中心设有水平设置且呈中心对称的气旋搅拌盘1h,气旋搅拌盘1h为空心的圆柱盘,气旋搅拌盘1h的底部中心与氮气进口1c相连,气旋搅拌盘1h的圆周壁上均匀分布有多个氮气喷射口1h1,各氮气喷射口1h1的外侧分别设有使氮气沿切向射出的氮气导流弧形板1h2,各氮气导流弧形板1h2的根部分别连接在气旋搅拌盘1h的圆周壁上。氮气从气旋搅拌盘1h的底部中心进入气旋搅拌盘1h的内腔,从各个氮气喷射口1h1喷出,经过氮气导流弧形板1h2的导流,各处氮气均沿氮气导流弧形板顶圆的切线方向射出,在酯化上室1的底部形成水平涡旋,可以充分地对物料进行搅拌,氮气射出后还要向上运动对物料形成二次搅拌,保证物料彻底混合均匀。
酯化上室1的内壁下部设有沿周向延伸且上端开口的外导流筒1d,外导流筒1d与酯化上室1内壁之间形成酯化出料环槽1e,外导流筒1d上设有外导流筒物料出口1d1与酯化出料环槽1e相通,酯化物料出口1f与酯化出料环槽1e的底部相通;外导流筒1d的内腔设有与之共轴线的内导流筒1g,内导流筒1g与外导流筒1d之间的环状区域位于气旋搅拌盘1h的外圆周上方,内导流筒1g的上端口低于外导流筒1d的上端口;酯化上室1的内腔设有沿轴线向下延伸至内导流筒1g中部的中心料管,中心料管的上端与物料进口1a连接。
气旋搅拌盘1h射出的氮气使酯化上室底部的物料形成强烈的环流,在氮气和加热盘管的热对流双重作用下,物料沿内导流筒1g与外导流筒1d之间的环状空间向上运动;内导流筒1g内部的物料向下流动,形成内外料流循环的状态,新物料从中心料管的下端口向下流出后,即被卷入料流循环中得以搅拌均匀;在高温下PTA粉料与乙二醇发生酯化反应,随着新物料不断的进入,反应完的物料从外导流筒1d的外导流筒物料出口1d1进入酯化出料环槽1e,在酯化加热夹套中热媒的加热下流动过程中继续反应彻底,最后从酯化出料环槽1e底部的酯化物料出口1f排出。
外导流筒1d与内导流筒1g之间环状空间设有多组酯化加热盘管1p,每组热媒加热盘管分别设有酯化加热盘管热媒进口和酯化加热盘管热媒出口。PTA粉料与乙二醇在外导流筒1d与内导流筒1g之间环状空间中一边搅拌,一边被酯化釜加热盘管加热,并且可以根据工艺需要决定投入加热的酯化釜加热盘管的组数。
外导流筒物料出口1d1沿外导流筒1d的高度方向竖向向下延伸,酯化出料环槽1e的内腔设有上室径向导流隔板1e1,外导流筒物料出口1d1与酯化物料出口1f分别位于上室径向导流隔板1e1的两侧;顶层塔盘的上方设有预缩聚下室出料环槽2b,预缩聚下室出料环槽2b的底部连接在预缩聚下室2的筒壁上,预缩聚下室出料环槽2b上设有沿竖向延伸的预缩聚下室溢料口2b1,预缩聚出料口2c与预缩聚下室出料环槽2b的底部相通,预缩聚下室出料环槽2b的内腔设有预缩聚下室径向导流隔板2b2,预缩聚下室溢料口2b1与预缩聚出料口2c分别位于预缩聚下室径向导流隔板2b2的两侧。
上室径向导流隔板1e1将酯化物料出口1f与外导流筒物料出口1d1隔开,可以防止酯化出料环槽1e中的物料发生短流,使物料在酯化出料环槽1e中具有最大的行程,物料进入酯化出料环槽1e后呈平推流的形式,沿塔体内壁环绕一周,物料在前进过程中继续被酯化加热夹套加热,最后从酯化物料出口1f流出,该结构延长了物料在酯化出料环槽1e中的加热时间。预缩聚下室径向导流隔板2b2将预缩聚下室溢料口2b1与预缩聚出料口2c隔开,可以防止预缩聚下室出料环槽2b中的物料发生短流,使物料在预缩聚下室出料环槽2b中具有最大的行程,物料进入预缩聚下室出料环槽2b后呈平推流的形式,沿塔体内壁环绕一周,物料在前进过程中继续被预缩聚加热夹套加热,最后从预缩聚出料口2c流出,该结构延长了物料在预缩聚下室出料环槽2b中的加热时间。
预缩聚下室出料环槽2b的上方设有泡沫捕集盘2d,泡沫捕集盘2d水平设置在预缩聚下室2的横截面上且位于预缩聚下室抽真空口2e的下方。聚合过程中会产生大量气泡,泡沫捕集盘2d可以阻止预缩聚下室2的气泡进入上方的预缩聚下室抽真空口2e和预缩聚下室真空表接口2g。
各层塔盘2a上分别均匀分布有多个贯通塔盘的物料上升管2a1,各物料上升管2a1的上方分别覆盖有与之共轴线的物料折流罩2a2,各物料折流罩2a2为穹窿形且下端口连接在塔盘2a上,各物料折流罩2a2的下部圆周上均匀设有折流罩出料口2a3。物料从物料上升管2a1上行进入物料折流罩2a2的内腔,然后折流向下从物料折流罩2a2下部圆周上的折流罩出料口2a3流出。由于预缩聚下室上部预缩聚下室抽真空口2e的抽吸作用及物料的缩聚过程,在每一层物料折流罩2a2的顶部形成气腔,最上一层物料折流罩气腔中的真空度最高,越往下物料折流罩气腔中的真空度逐步递减,物料由下而上依次通过各层塔盘及物料折流罩2a2的过程中逐步进行聚合反应,物料在由下而上的过程中聚合度逐步增大。
酯化物料预热器3的下封头内腔分别设有水平设置的物料分配盘3e,物料分配盘3e上均匀分布有多个物料分配孔3e1。酯化物料和助剂经过物料分配盘3e的众多物料分配孔3e1后,可以更均匀地进入上方的各换热列管。
酯化上室1的筒壁上设有酯化上室液位计接口1j与酯化出料环槽1e的下部相通,酯化液位控制阀V1的开度受控于酯化出料环槽1e的液位;预缩聚下室2的筒壁上设有预缩聚下室液位计接口2f与预缩聚下室出料环槽2b的底部相通,预缩聚液位控制阀V2的开度或预缩聚熔体输送泵B1的流量受控于预缩聚下室出料环槽2b的液位。
酯化加热夹套的底部设有酯化上室热媒进口1m,酯化加热夹套的上部设有酯化上室热媒出口1n;预缩聚加热夹套的底部设有预缩聚下室热媒进口2h,预缩聚加热夹套的上部设有预缩聚下室热媒出口2j;酯化物料预热器3的壳程下部设有预热器热媒进口3c,酯化物料预热器3的壳程上部设有预热器热媒出口3d。
本发明酯化预缩聚反应器的工作步骤依次如下:⑴PTA粉料和乙二醇混合打浆后经中心料管进入酯化上室1的内导流筒1g,氮气从气旋搅拌盘1h的各个氮气喷射口1h1喷出,经过氮气导流弧形板1h2的导流在酯化上室1的底部形成水平涡旋,氮气向上运动对物料形成二次搅拌,物料在氮气和加热盘管的热对流双重作用下沿内导流筒1g与外导流筒1d之间的环状空间向上运动,内导流筒1g内部的物料向下流动,形成内外料流循环。
⑵在高温下PTA粉料与乙二醇在酯化上室1发生酯化反应,酯化上室1的表压为0.5~2bar,酯化反应产生的气相物质从酯化上室气相出口1b排出;随着新物料不断的进入,反应完的物料从外导流筒物料出口1d1进入酯化出料环槽1e,在酯化出料环槽1e中流动一周并继续被加热使反应彻底,最后从酯化物料出口1f排出,通过酯化液位控制阀V1进入酯化物出料管G1,酯化液位控制阀V1的开度受控于酯化出料环槽1e的液位,助剂从助剂进口G1a被添加到酯化物出料管G1中。
⑶在位差和压差的作用下,酯化物料和助剂进入预热器并穿过物料分配盘3e,助剂中过量的乙二醇气化产生气泡,气泡向上运动推动物料并搅拌;酯化物料被加热后向上进入预缩聚下室2。
⑷在预缩聚下室2中物料向上依次穿过各层塔盘继续进行部分酯化反应,并进入缩聚过程;在穿过塔盘2a时,物料从物料上升管2a1上行进入物料折流罩2a2的内腔,然后折流向下从物料折流罩下部圆周上的折流罩出料口2a3流出,在物料折流罩2a2的顶部形成气腔;预缩聚下室顶部的绝对压力为1~10kpa,最上一层物料折流罩气腔中的真空度最高,越往下逐步递减,物料在由下而上的过程中聚合度逐步增大,进入预缩聚下室出料环槽2b,在预缩聚下室出料环槽2b中流动一周并继续被加热,最后从预缩聚出料口2c排出,通过预缩聚液位控制阀V2或预缩聚熔体输送泵B1进入预缩聚出料管G2。预缩聚出料口2c的物料酯化率大于96%,聚合度大于15。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已,非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式,例如热媒可以为导热油,也可以为其它热载体等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述。