專利名稱：：連續(xù)聚酰胺化過程的控制系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
：Ⅰ．發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及由二羧酸單體和二胺單體生產(chǎn)聚酰胺的過程。更具體而言，本發(fā)明涉及改進了的聚合體系和控制系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)通過測定引發(fā)聚合后反應(yīng)物的摩爾比，并調(diào)節(jié)熔融反應(yīng)物原料的流率，可保持所需的熔融反應(yīng)物的質(zhì)量流率。Ⅱ．現(xiàn)有技術(shù)的討論聚酰胺生產(chǎn)中的主要問題是保證反應(yīng)物的化合足以使所得聚酰胺中羧端基和/或胺端基的數(shù)目平衡。如果反應(yīng)物化合致使羧端基和/或胺端基的數(shù)目不一致，就會對所得聚酰胺的某些特性產(chǎn)生不利的影響。例如，當由己二酸和1,6-己二胺(HMD)生產(chǎn)尼龍6,6時，已發(fā)現(xiàn)，數(shù)量不一致的端基對尼龍的可染性有不利的影響，而且會降低制取高分子量尼龍6,6的能力。因此，為了使聚酰胺的質(zhì)量最佳化，廠家已把重點放在平衡聚合過程中反應(yīng)物的摩爾比上。一種生產(chǎn)聚酰胺的現(xiàn)有技術(shù)包括兩步法，在該方法中二羧酸和二胺在水中反應(yīng)形成一種鹽，然后將該鹽加熱以引發(fā)聚合。然而，這種兩步聚合法是有缺點的，因為它需要添加水，并要使用蒸發(fā)室以除去形成鹽時添加的水。由于蒸發(fā)室非常不可預(yù)知且難于按模型制造，因而要控制該過程以保證最終聚合物中適當?shù)哪柶胶庖彩抢щy的。在上述兩步聚合法中已采用了多種控制機制。一種已知的控制機制包括用物理方法從反應(yīng)物料中取樣用于端基分析。然而，這種方法是有缺點的，因為不僅操作費時且由于所取樣品未必都能恰當?shù)胤从撤磻?yīng)物料的特性，因而往往會造成誤差。其它已知的控制機制包括進行端基的在線分析，極力使所得的聚酰胺中保持適當?shù)哪柶胶狻Ｉ鲜鲈诰€控制機制有助于避免對反應(yīng)物料物理取樣的需要。一種技術(shù)包括通過測定兩步聚合過程中所形成鹽的pH來間接評定摩爾平衡。然而，這種pH測定技術(shù)是受限制的，因為pH不是所得聚酰胺中端基平衡的特別精確的指標。另一種在線端基分析技術(shù)包括測定聚合過程中熔融反應(yīng)物的端基比，并根據(jù)這項測定，將適量的反應(yīng)物注入熔融聚合反應(yīng)混合物中，以使所得聚酰胺中的摩爾平衡合乎要求。這個系統(tǒng)是有缺點的，因為它需要增加昂貴的計量裝置和電路才能將追加的反應(yīng)物注入熔融聚合反應(yīng)混合物中。該系統(tǒng)也是有限度的，因為它需要另花時間使隨后添加的反應(yīng)物與熔融聚合反應(yīng)混合物化合。已試圖在不加水的情況下直接從單體生產(chǎn)聚酰胺。然而，已經(jīng)證實控制反應(yīng)物化合的程度是相當困難的，因為一種或另一種反應(yīng)物過量，都會對產(chǎn)品的分子量并由此對其物理性能產(chǎn)生不利的影響。這類直接聚合法的其它問題還包括由于(1)長時間(例如，幾小時)保持在高溫下，(2)熔融單體與氧接觸，以及(3)受到制造工藝設(shè)備的材料中痕量金屬雜質(zhì)的影響而產(chǎn)生的單體和/或聚合物產(chǎn)品的降解。長期以來就需要有一種改進了的聚合體系和控制系統(tǒng)，因為該系統(tǒng)可克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點。發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面是一種用于從二羧酸單體和二胺單體生產(chǎn)聚酰胺的改進了的聚合體系。提供了用于計量熔融二羧酸單體進料的第一計量裝置。提供了用于計量熔融二胺單體進料的第二計量裝置。將第一和第二計量裝置組合在一起，這樣，熔融二羧酸單體進料和熔融二胺單體進料化合而形成熔融的聚合反應(yīng)混合物。提供了至少一種用于使聚合反應(yīng)混合物聚合的沒有排氣口的反應(yīng)器。提供了一些用于檢測聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體摩爾比的裝置。控制裝置以通訊聯(lián)絡(luò)的方式與檢測裝置以及第一和第二計量裝置連接?？刂蒲b置可選擇性地調(diào)節(jié)至少一種熔融二羧酸單體和熔融二胺單體進料的質(zhì)量流率，以平衡聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的摩爾比。本發(fā)明的另一個方面是用于從二羧酸單體和二胺單體生產(chǎn)聚酰胺的聚合控制系統(tǒng)。提供了用于計量熔融二羧酸單體進料的第一裝置。提供了用于對供入的熔融二羧酸單體進料以形成熔融聚合反應(yīng)混合物的熔融二胺單體進料計量的第二裝置。提供了用于檢測聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體摩爾比的一些裝置。提供了一種以通訊聯(lián)絡(luò)的方式與檢測裝置以及至少一個第一和第二計量裝置連接的控制器。該控制器根據(jù)來自檢測裝置的摩爾比輸入信號控制至少一個第一計量裝置和第二計量裝置，以調(diào)節(jié)至少一種熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的質(zhì)量流率，以便平衡聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的摩爾比。上述控制系統(tǒng)可連續(xù)操作，以確保反應(yīng)物的聚合能在所得聚酰胺中具有相等數(shù)目的羧端基和胺端基的平衡狀況下進行。在形成熔融聚合反應(yīng)混合物之前，對所有反應(yīng)物的流率進行調(diào)整。即，調(diào)節(jié)第一和第二計量裝置以改變至少一種熔融羧酸單體和熔融二胺單體的質(zhì)量流率?；旌虾?，沒有任何必要再追加二羧酸單體或二胺單體。本發(fā)明的控制系統(tǒng)特別適合于在直接從單體生產(chǎn)聚酰胺的聚合體系中使用。這樣，就沒有任何必要將水添加到二羧酸、二胺或熔融聚合反應(yīng)混合物中。在至少一種沒有排氣口的反應(yīng)器中，該聚合反應(yīng)混合物的溫度為約220℃至約300℃。在至少一種沒有排氣口的反應(yīng)器中，優(yōu)選壓力為約0-500磅/平方英寸(表壓)、更優(yōu)選約為50-250磅/平方英寸(表壓)、最優(yōu)選約為120-180磅/平方英寸(表壓)。在至少一種沒有排氣口的反應(yīng)器中，該聚合反應(yīng)混合物的停留時間優(yōu)選約為0.01分鐘至約30分鐘、更優(yōu)選約為0.5-30分鐘、最優(yōu)選約為1-5分鐘。從該至少一種沒有排氣口的反應(yīng)器中排出的聚合反應(yīng)混合物，通常含有低于40％(重量)未聚合的單體、優(yōu)選低于10％(重量)未聚合的單體。在某些實施方案中，可在至少一種沒有排氣口的反應(yīng)器下游任選使用至少一種有排氣口的反應(yīng)器，用以脫除聚合過程中所形成的水和/或作為進一步聚合之用。當這樣使用時，聚合反應(yīng)混合物在至少一種有排氣口的反應(yīng)器中的停留時間優(yōu)選為約1分鐘至約60分鐘。也可以使用廢氣回收系統(tǒng)，用以回收由至少一種有排氣口的反應(yīng)器產(chǎn)生的廢氣中已氣化的二胺單體和/或二羧酸單體。該廢氣流通常包括水蒸汽和已氣化的二胺單體。在回收塔中廢氣與熔融二羧酸單體接觸，借此，至少一部分已氣化的二胺單體可與二羧酸單體反應(yīng)形成聚酰胺。這足以在該回收塔內(nèi)形成包括聚酰胺和未反應(yīng)的熔融二羧酸單體的排出液流。該排出液流隨后可與熔融二胺單體混合。在一個實施方案中，從沒有排氣口的反應(yīng)器排出的聚合反應(yīng)混合物中的尼龍6,6的相對粘度(RV)為約0至約3，而從有排氣口的反應(yīng)器排出的聚合反應(yīng)混合物中的尼龍6,6的相對粘度為約3至約15。本文中所用的相對粘度是25℃下8.4％(重量)聚酰胺在90％甲酸(90％重量甲酸和10％重量水)中的溶液的粘度(以厘泊表示)與25℃下單獨的90％甲酸的粘度(以厘泊表示)之比。本發(fā)明的聚酰胺化過程可以生產(chǎn)其最終產(chǎn)品而不必將水添加到反應(yīng)物中，且沒有形成鹽的中間步驟。此外，本發(fā)明的過程可以連續(xù)操作，且在該過程的高溫段中熔融反應(yīng)物和熔融聚合物的停留時間非常短。這顯著地減少該過程的耗水量、廢水產(chǎn)出量和能量消耗。這還可省去現(xiàn)有技術(shù)過程中的某些工藝設(shè)備或縮減其所要求的尺寸，例如用來除去添加的工藝用水的蒸發(fā)器。此外，還可避免使反應(yīng)物和產(chǎn)品受到過度的熱照射。涉及連續(xù)熔融二羧酸，例如己二酸的本發(fā)明的這一方面，提供了連續(xù)供給用于聚酰胺化過程或其它用途的熔融二羧酸的實用和經(jīng)濟的方法。該方法可提供高質(zhì)量的不褪色或沒有其它熱降解的熔融酸。純凈的熔融酸產(chǎn)品有助于生產(chǎn)高質(zhì)量的聚酰胺。附圖簡述圖1是說明本發(fā)明改進了的聚酰胺化體系的方框流程圖；圖2是說明本發(fā)明聚合控制系統(tǒng)的方框流程圖；圖3是說明如圖2所示的本發(fā)明聚合控制系統(tǒng)的第二方框流程圖；和圖4是說明本發(fā)明另一可供選擇的聚合控制系統(tǒng)的方框流程圖。說明性實施方案的敘述本發(fā)明的聚合體系和聚合控制系統(tǒng)可以用于從二酸和二胺單體生產(chǎn)各種聚酰胺。這些系統(tǒng)特別適用于從己二酸和1,6-己二胺生產(chǎn)尼龍6,6。圖1顯示出該方法的一個實施方案的工藝流程圖。從熔融HMD的貯槽20供給熔融的1,6-己二胺(HMD)。有一些適宜的供給熔融HMD的方法。一種是將聚酰胺化的工藝設(shè)備設(shè)置在靠近生產(chǎn)HMD的車間，以便能直接用管道將熔融HMD流輸送到槽20。另一方法是提供HMD水溶液，將水蒸發(fā)并使HMD熔融?？扇芜x例如通過槽20周圍的傳熱夾套的方法對槽20進行加熱。該槽中的溫度優(yōu)選約為70℃。然后將熔融HMD泵送通過HMD的計量系統(tǒng)22，該系統(tǒng)可精確地控制輸送給下游裝置的HMD量。己二酸，通常呈干晶體的形式，從己二酸儲料倉24供給。己二酸從料倉滑移到批量除氧槽26。在槽26中除去空氣。優(yōu)選用氮氣分批置換的方式通過周期性的真空變化達到將槽26中的空氣除去的目的。通過真空泵28可形成真空?？梢哉{(diào)節(jié)真空和氮氣壓力之間周期性變化的頻率以達到所需的除氧程度。優(yōu)選批量除氧槽26包括一個壓力容器，該容器具有成型為朝著其底逐漸縮小直徑的漏斗形底部。該批量除氧槽漏斗部分的各邊優(yōu)選形成與水平面成至少70°的角度，以使物流易于流出槽的底部。己二酸晶體，基本上不含分子氧，從批量除氧槽26滑移(優(yōu)選通過重力，同時借助該批量除氧槽中氮氣的壓力)到己二酸的熔融釜30。優(yōu)選熔融釜30是連續(xù)攪拌的夾套釜，該夾套釜在稍高于己二酸熔點的溫度(即高于153℃)、以氮氣微加壓的條件下操作。通過釜頂部進入釜內(nèi)的己二酸晶體很快在其中的熔融己二酸的表面上熔融。因此，該過程可連續(xù)熔融己二酸。優(yōu)選熔融釜30具有倒錐形的入口噴嘴以降低流動阻力。還優(yōu)選該熔融釜30由極少含或不含對熔融單體有不良影響的雜質(zhì)的金屬合金制成。HastolloyC和316不銹鋼是適宜的材料。為了使熱降解的可能性減至最小，把可從該熔融釜中進一步除氧的附加裝置包括在內(nèi)可能是有益的。實現(xiàn)此目的的一種方法是向熔融釜30中的熔融己二酸供給振動能，例如通過超聲波裝置。振動能可促使夾帶的空氣從熔融酸中逸出，導(dǎo)致氣泡上升到該熔融酸的表面上。優(yōu)選將熔融己二酸在熔融釜30中的停留時間減小到最短，以減少對該反應(yīng)物的熱照射。優(yōu)選其停留時間小于3小時、更優(yōu)選約為1-2小時。從熔融釜30底部排出熔融己二酸并將其泵送到熔融己二酸的計量系統(tǒng)32，該系統(tǒng)可精確地控制輸送給下游裝置的己二酸量。批量除氧槽26和己二酸熔融釜30的組合可以連續(xù)熔融己二酸晶體，而不會熱降解或褪色。HMD計量系統(tǒng)22和己二酸計量系統(tǒng)32按化學(xué)計算量供給熔融單體，這樣，熔融HMD和熔融己二酸就在Y-結(jié)點38處化合形成下文中所稱的“聚合反應(yīng)混合物”。換言之，熔融單體在Y-結(jié)點處化合和共混合而引發(fā)聚合過程。聚合反應(yīng)混合物向前通過下一個管道段40并進入沒有排氣口的混合器42，優(yōu)選該混合器是在線靜態(tài)混合器。在一個優(yōu)選的實施方案中，熔融己二酸流36處于約170℃的溫度下，而熔融HMD流34處于約70℃，在Y-結(jié)點38處的壓力為約150磅/平方英寸(表壓)。優(yōu)選該在線靜態(tài)混合器是具有24個單元(element)的Kenics靜態(tài)混合器。Y-結(jié)點和在線混合器42的壁均優(yōu)選保持在約268℃。單體在混合器42中的停留時間優(yōu)選為約1-30秒、更優(yōu)選為約3秒。離開混合器42的聚合反應(yīng)混合物進入沒有排氣口的管道，可以使其例如在260℃和150磅/平方英寸(表壓)下再有10-60秒的反應(yīng)時間。雖然本發(fā)明的過程可以在反應(yīng)物中不包含水的情況下操作，然而，并不要求該反應(yīng)物是完全無水的。例如，HMD進料流可以含多達約5％(重量)的水，己二酸流可以含多達約2％(重量)的水，而該過程仍然能正常運行。具有這樣低含量水的反應(yīng)物流在本文中稱為“基本上干燥的”。HMD和己二酸的一些反應(yīng)從它們彼此在Y-結(jié)點38處接觸的時間開始到它們進入熱交換器44的時間內(nèi)持續(xù)地發(fā)生?？梢詫υ撨^程這一階段中所采用的溫度和停留時間加以選擇，致使達到該設(shè)置點時發(fā)生完全聚合或達到所設(shè)置點時阻止發(fā)生完全聚合。在后一種情況下，通過單體的接觸而發(fā)生部分反應(yīng)的產(chǎn)物在本文中稱之為“預(yù)聚物”?；旌掀?2的管道下游中的預(yù)聚物，通常有60-90％轉(zhuǎn)變?yōu)槟猃?,6。不會發(fā)生堵塞，因為所采用的條件可防止低熔點半成品的結(jié)晶。重要的是使過程的操作最佳化，即管道40和混合器42是沒有排氣口的，而且其中的壓力較低，例如約為0-500磅/平方英寸(表壓)、最優(yōu)選約為150磅/平方英寸(表壓)。在圖1所示的實施方案中，該預(yù)聚物接著通過熱交換器44并進入有排氣口的預(yù)聚物反應(yīng)器46。在此處使用熱交換器并不是關(guān)鍵的。任何所需的加熱都可通過反應(yīng)器46中的內(nèi)部加熱蛇管或環(huán)繞該反應(yīng)器的夾套代替提供。加熱后離開熱交換器44的預(yù)聚物優(yōu)選在低于反應(yīng)器46中液體物料表面的部位進入。反應(yīng)器46中可進一步發(fā)生聚合反應(yīng)，優(yōu)選該反應(yīng)器是連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器?？扇芜x將反應(yīng)器底流48分成再循環(huán)流50和送去進一步加工的第二分流52。如果采用再循環(huán)，則優(yōu)選再循環(huán)流50的流率至少比供入反應(yīng)器46的新鮮預(yù)聚物的流率大15倍。優(yōu)選反應(yīng)器46在充裝約50％的液體物料下操作以便提供大的蒸汽/液體分相表面。在該過程中非常需要提供聚合物端基的逆向混合、能促進熔融物料脫揮發(fā)分的高表面積界面的生成，以及能迅速提高熔融物料溫度的高傳熱速率。這些優(yōu)點可以例如采用連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器或采用柱塞流反應(yīng)器以及使產(chǎn)物流再循環(huán)而獲得。離開反應(yīng)器46的頂部物流54是包括水蒸汽(即，由縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的汽化了的水分)和通常是一些HMD的蒸氣。頂部物流54進入HMD回收塔56，同時也將水58供入該塔。含有一些HMD和水的縮合物流60再循環(huán)到反應(yīng)器46，而其余的蒸氣被熱交換器62冷卻，然后作為一部分廢氣流64排出。在一個實施方案中，將預(yù)聚物在熱交換器44中加熱到約260℃，于是反應(yīng)器46就在約260℃和150磅/平方英寸(表壓)下操作。作為一個適宜的相對流率的實例，如果在每小時100磅的速率下將新鮮預(yù)聚物供入反應(yīng)器46，則優(yōu)選該反應(yīng)器的底流再循環(huán)流率約為每小時2,000磅。在上述條件下操作的反應(yīng)器46，在反應(yīng)物停留于其中20分鐘后，可以獲得95％以上的單體轉(zhuǎn)化為3％(重量)水含量的尼龍6,6。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于調(diào)節(jié)至少一種熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的進料速率或質(zhì)量流率的控制系統(tǒng)，以確保適當?shù)哪柋?。在一個優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)聚合反應(yīng)混合物中反應(yīng)物的羧端基和胺端基的平衡調(diào)節(jié)至少一種反應(yīng)物的質(zhì)量流率。這種端基的在線測定可以在Y-結(jié)點38下游的任一處進行。在該實施方案中表明，端基平衡的測定在離開反應(yīng)器46的物流52中進行。光譜法是測定聚合反應(yīng)混合物中熔融單體的羧端基和胺端基平衡的優(yōu)選方法。在該優(yōu)選的實施方案中，近紅外(NIR)分析儀66通過鑒定聚合反應(yīng)混合物中單體的光譜光度值，檢測該混合物中的羧端基和胺端基數(shù)。在一個實施方案中，本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括近紅外(NIR)儀66、接收來自NIR分析儀66的輸入信號的控制器67、HMD計量系統(tǒng)22以及熔融己二酸計量系統(tǒng)32。作為實例提供的NIR分析儀66并不局限于當作用于測定聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體摩爾比的裝置。NIR分析儀66通過連續(xù)檢測離開反應(yīng)器46的部分聚合物料中的羧端基和胺端基數(shù)實現(xiàn)上述測定。雖然采用NIR分析儀66是優(yōu)選的，然而可以預(yù)期，本發(fā)明的控制系統(tǒng)可與許多用于測定聚合過程中熔融二羧酸和熔融二胺的摩爾比或摩爾平衡的裝置一起使用。NIR分析儀66產(chǎn)生一個指示聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的羧端基和胺端基平衡的輸入信號給控制器67?？刂破?7利用這個輸入信號可以調(diào)節(jié)熔融二胺單體和/或熔融二胺單體的質(zhì)量流率，這樣，通過使聚合反應(yīng)混合物聚合而形成的聚酰胺就會具有所需的摩爾比。在一個優(yōu)選的實施方案中，控制器67根據(jù)來自NIR分析儀66的輸入信號利用前饋控制算法改變?nèi)廴诙穯误w的進料速率。采用這種前饋控制算法，可以在信號輸入時控制熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的比例，以生產(chǎn)出具有預(yù)定摩爾比的聚合了的最終產(chǎn)品。在一個優(yōu)選的實施方案中，這可通過借助于HMD計量系統(tǒng)22微調(diào)熔融二胺單體的進料速率而實現(xiàn)。下面將參照圖2-4對HMD計量系統(tǒng)22和熔融己二酸計量系統(tǒng)32的控制和操作進行更詳細的討論。應(yīng)該注意的是，雖然圖中所示NIR分析儀是沿著物流52的方向配置，然而可以預(yù)期，NIR分析儀66可以放置在Y-結(jié)點38下游的任一部位。例如，可將NIR分析儀66放置在反應(yīng)器46內(nèi)液面以下的部位、靜態(tài)混合器42和反應(yīng)器46之間、靜態(tài)混合器42內(nèi)或靜態(tài)混合器42和Y-結(jié)點38之間。雖然該部位的物料在過程中聚合，但是，在該過程的某些實施方案中聚合的程度，以及因此而得到的聚合物分子量和相對粘度(RV)將不會高到最終產(chǎn)品所需的程度。因此，可以將這種部分聚合的物料通過閃蒸器68以供給補充的熱量，然后進入第二反應(yīng)器70。第二反應(yīng)器70的用途是使物料進一步聚合從而提高該產(chǎn)品的分子量和RV。來自第二反應(yīng)器的底流72中的聚合產(chǎn)物應(yīng)具有最終產(chǎn)品所需的分子量。優(yōu)選第二反應(yīng)器70中的溫度為約260℃至約280℃，且壓力為大氣壓。在第二反應(yīng)器70中產(chǎn)生的HMD蒸氣和水蒸汽在進入滌氣器76的頂部物流74中除去。也將水流78供入該滌氣器，這樣，就使該蒸汽冷凝，可以作為污水流80排出。其余蒸氣以頂流82離開滌氣器76，而成為廢氣流64的一部分?？蓪⒕酆衔锂a(chǎn)品輸送到造粒機84或送到旁路管線86。如果通過該造粒機處理，其后再將該聚合物顆粒送入干燥器88。采用氮氣進料90、氮氣鼓風(fēng)機92以及氮氣加熱器94將氮氣供入可將聚合物顆粒干燥的容器88。將干燥后的顆粒從干燥器88的底部放出，并送到水噴淋冷卻器96、篩分器98，然后通過鼓風(fēng)機100將其移送到產(chǎn)品貯存區(qū)102?，F(xiàn)在，參閱圖2，圖中顯示出本發(fā)明優(yōu)選實施方案的控制系統(tǒng)的方框流程圖(概括以120表示)，該控制系統(tǒng)用于圖1所示的改進了的聚合體系?？刂葡到y(tǒng)120包括熔融二胺(HMD)計量系統(tǒng)22、熔融己二酸計量系統(tǒng)32、控制器67以及NIR分析儀66?？刂葡到y(tǒng)120用來控制熔融己二酸的量，該己二酸在Y-結(jié)點38處與熔融二胺化合以形成聚合反應(yīng)混合物，而該聚合反應(yīng)混合物在通往預(yù)聚物反應(yīng)器46的路線上進入靜態(tài)混合器42。熔融二胺的計量系統(tǒng)22包括二胺計量泵124和二胺流量計的組合126。在一個優(yōu)選的實施方案中，二胺計量泵124是容積式泵，它包括主動電動機128、多個主揚程泵(mainpumpinghead)130-134和一個微調(diào)揚程泵(trimhead)136的容積式泵。主動電動機128包括延伸到各主揚程泵130-134和微調(diào)揚程泵136中的傳動軸138。一些專用活塞(圖中未顯示)配置在主揚程泵130-134和微調(diào)揚程泵136內(nèi)。這些活塞(圖中未顯示)連接到傳動軸138上以使熔融二胺單體從熔融二胺槽20正位移經(jīng)過流量計組合126，然后向前送到Y(jié)-結(jié)點38以便進入靜態(tài)混合器42。主動電動機128還包括轉(zhuǎn)速編碼器140和轉(zhuǎn)速控制器142，它們共同構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)用以控制主動電動機128的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速編碼器140監(jiān)測主動電動機128的轉(zhuǎn)速，并將指示電動機轉(zhuǎn)速的信號傳送給控制器67。轉(zhuǎn)速控制器142接收來自控制器67的輸入信號，控制主動電動機128的轉(zhuǎn)速。主揚程泵130-134均配備了伺服電動機144-148、沖程位置編碼器152-156和沖程位置控制器160-164。伺服電動機144-148與配置在相應(yīng)主揚程泵130-134內(nèi)的活塞(圖中未顯示出)連接。沖程位置編碼器152-156監(jiān)測各伺服電動機144-148的軸位置，并將指示沖程容積(0-100％)的信號傳送給控制器67。沖程位置控制器160-164接收來自控制器67的輸入信號，控制伺服電動機144-148的軸位置，以便在主揚程泵130-134內(nèi)產(chǎn)生預(yù)定的沖程容積(0-100％)。優(yōu)選主揚程泵130-134能提供適宜的流率，以便根據(jù)操作的規(guī)模將足夠量的熔融二胺供給該系統(tǒng)。微調(diào)揚程泵136類似地配備了伺服電動機150、沖程位置編碼器158和沖程位置控制器166。伺服電動機150、沖程位置編碼器158和沖程位置控制器166按照主揚程泵130-134相同的模式協(xié)同地操作。主要的區(qū)別在于微調(diào)揚程泵136可達到的流率基本上比主揚程泵130-134的小。這是因為微調(diào)揚程泵136用于將較小流量的熔融二胺輸送到來自主揚程泵130-134的較大流量中，以便微調(diào)輸送到靜態(tài)混合器42的熔融二胺的總供給量。正如以下所作的詳細說明，這個特點的意義在于它可使本發(fā)明的控制系統(tǒng)120在混合之前改變初始反應(yīng)物(熔融己二酸和熔融二胺)的比率，這樣，就使所得的聚酰胺具有化學(xué)計算的平衡摩爾比。熔融二胺計量系統(tǒng)22的流量計組合126包括流量計168和流量傳送器170。配置流量傳送器170是用來監(jiān)測由流量計168檢測的熔融二胺單體的流率，同時傳送出一個代表進入靜態(tài)混合器42的二胺流率的輸出信號給控制器67。流量計168和流量傳送器170可以包括任一種市場上可買到的流量計和流量傳送器。流量計組合126和二胺泵124與控制器67共同配合形成閉環(huán)反饋配置，供作選擇性地調(diào)節(jié)進入靜態(tài)混合器42的熔融二胺的流率。熔融己二酸的計量系統(tǒng)32包括己二酸計量泵172和流量計組合174。在一個優(yōu)選的實施方案中，己二酸計量泵172是具有主動電動機176和多個揚程泵178-182的容積式泵。主動電動機176具有延伸到各揚程泵178-182中的單傳動軸184。一些專用活塞(圖中未顯示出)配置在揚程泵178-182內(nèi)，并連接到傳動軸184上以使熔融己二酸從己二酸熔融釜30正位移經(jīng)過流量計組合174，然后向前送到Y(jié)-結(jié)點38以便進入靜態(tài)混合器42。主動電動機176還包括轉(zhuǎn)速編碼器186和轉(zhuǎn)速控制器188，它們共同構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)用以控制主動電動機176的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速編碼器186監(jiān)測主動電動機176的轉(zhuǎn)速，并將指示電動機轉(zhuǎn)速的信號傳送給控制器67。轉(zhuǎn)速控制器188接收來自控制器67的輸入信號，以控制主動電動機176的轉(zhuǎn)速。手動沖程控制器190-194用來調(diào)節(jié)揚程泵178-182中活塞的沖程容積，優(yōu)選0-100％。熔融己二酸計量系統(tǒng)32的流量計組合174包括流量計196和流量傳送器198。配置流量傳送器198是用來監(jiān)測由流量計196檢測的熔融己二酸單體的流率，同時傳送出一個代表進入靜態(tài)混合器42的己二酸流率的輸出信號給控制器67。流量計196和流量傳送器198可以包括任一種市場上可買到的流量計和流量傳送器?？刂破?7用來接收各種輸入信號和輸出各種控制信號以協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)120的操作。優(yōu)選控制器67應(yīng)根據(jù)前饋控制算法編程運行。在這種控制方案下，對羧端基和胺端基數(shù)進行測定以確定聚合反應(yīng)混合物中未反應(yīng)的熔融單體的端基平衡。根據(jù)這項測定，控制器67會利用查閱表(look-uptable)確定在混合之前必須將初始反應(yīng)物的比率改變到什么程度以使所得的聚酰胺具有化學(xué)計量的平衡摩爾比。NIR分析儀66包括分析儀元件200和分析儀傳送器202。分析儀元件200直接與預(yù)聚物反應(yīng)器46連接，用以檢測在聚合反應(yīng)混合物從預(yù)聚物反應(yīng)器46排出時其中未反應(yīng)單體的羧端基和二胺端基數(shù)。分析儀傳送器202連接在分析儀元件200和控制器67之間，用以將分析儀元件200的輸出信號傳送給控制器67。NIR分析儀66可以包括許多可從市場上買到的能鑒定所得聚酰胺中二胺端基的近紅外分析儀。NIR分析儀66傳送一個指示聚合反應(yīng)混合物中未反應(yīng)單體的摩爾平衡的輸出信號給控制器67?？刂破?7根據(jù)來自NIR分析儀66的輸出信號，利用前饋控制算法改變?nèi)廴诙穯误w的進料速率。采用這種前饋控制算法，可以在信號輸入時控制熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的比率，以生產(chǎn)出具有化學(xué)計量平衡摩爾比的聚合了的最終產(chǎn)品。在一個實施方案中，這可借助二胺計量系統(tǒng)22通過微調(diào)熔融二胺單體的進料速率實現(xiàn)。二胺計量系統(tǒng)22和熔融己二酸計量系統(tǒng)32的控制和操作將在下面參照圖2-4作更詳細的討論。參閱圖3，控制器67可以包括任何市場上能買到的可編程控制器，它們包括但不限于分布式控制系統(tǒng)(DCS)、可編程的運算部件或基于微處理器的個人計算機。在控制器67中采用前饋控制配置是可能的，因為圖1中所示的改進了的聚酰胺化體系的各部分就其特征和對聚酰胺化過程的影響而言是可預(yù)知的。即，由于取消了通過添加水形成鹽的步驟，本發(fā)明不需要在聚酰胺化過程中使用蒸發(fā)器。蒸發(fā)器就其對聚酰胺化的影響而言是不可預(yù)知的且可能在過程中顯示出種種變化?，F(xiàn)在，將結(jié)合參照圖2和3敘述控制系統(tǒng)120的操作。首先參看圖3，控制系統(tǒng)120中的初始步驟包括有一位操作員將設(shè)定值(容量SP)輸入到控制器67中。為方便起見，將控制器67以包括輸入設(shè)定值的終端67a和用于操縱控制系統(tǒng)120操作的前向模擬控制器67b的狀態(tài)顯示在圖3中。在使用者輸入所需的設(shè)定值(容量SP)后，該計算機的終端67a將此信息傳送到前向模擬控制器67b。于是，前向模擬控制器67b對用于己二酸計量泵172的主動電動機176的轉(zhuǎn)速控制器188設(shè)置電動機轉(zhuǎn)速控制。在一個優(yōu)選的實施方案中，己二酸計量系統(tǒng)32的流率通過手動調(diào)節(jié)沖程控制器190-194進一步加以控制，這樣，使熔融己二酸按照與操作員所選設(shè)定值相符的預(yù)定流率向前進入靜態(tài)混合器42。一旦設(shè)定，該熔融己二酸的流率應(yīng)優(yōu)選不再根據(jù)來自控制器67的控制信號變化或不隨調(diào)節(jié)手動沖程控制器190-194而改變。前向模擬控制器67b也可對與二胺計量泵124的主動電動機128有關(guān)的轉(zhuǎn)速控制器142設(shè)置電動機轉(zhuǎn)速控制。前向模擬控制器67b連續(xù)地監(jiān)測來自NIR分析儀66的輸出信號，以獲得對聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的摩爾比的鑒定。在一個重要方面中，前向模擬控制器67b利用該NIR的輸出信號來產(chǎn)生和傳送微調(diào)設(shè)定值信號給與微調(diào)揚程泵136有關(guān)的伺服電動機150的沖程位置控制器166。傳送給沖程位置控制器166的微調(diào)設(shè)定值信號是根據(jù)控制器67b中得出的前饋控制算法產(chǎn)生的。這種前饋控制算法可以采取內(nèi)存查閱表的形式，該查閱表包含表示必須將反應(yīng)物(熔融己二酸和熔融二胺)的比率改變到某一程度的數(shù)據(jù)，以獲得操作員根據(jù)NIR分析儀66的輸入選擇的所需容量設(shè)定值。在該優(yōu)選的實施方案中，混合之前，將二胺計量系統(tǒng)22的流率連續(xù)調(diào)節(jié)以達到適當?shù)姆磻?yīng)物(熔融己二酸和熔融二胺)比率，這樣，使所得的聚酰胺具有化學(xué)計量的平衡摩爾比。參閱圖2，控制器67通過首先控制主動電動機128和伺服電動機144-148中的至少一臺來實現(xiàn)上述要求，這樣，使熔融二胺從主揚程泵130-134轉(zhuǎn)送到靜態(tài)混合器42。然后，控制器67調(diào)節(jié)微調(diào)揚程泵136，從而調(diào)細輸送到靜態(tài)混合器42的反應(yīng)物的比率。微調(diào)是根據(jù)以下幾方面進行的熔融己二酸的流率(由流量計組合174測定)、熔融二胺的流率(由流量計組合126測定)、在反應(yīng)器46之內(nèi)或之后的部分聚合的混合物中各反應(yīng)物重量百分數(shù)的測量結(jié)果(由NIR分析儀66測定)以及二胺計量泵124內(nèi)的沖程容積和電動機轉(zhuǎn)速信息(由位置編碼器152-158、位置控制器160-166、轉(zhuǎn)速編碼器140和轉(zhuǎn)速控制器142測定)。根據(jù)端基平衡的測定，使用前饋控制算法調(diào)節(jié)熔融二羧酸的質(zhì)量流率屬于本發(fā)明的范圍。參閱圖4，將熔融二胺單體的流率保持在恒定流率下，同時對二羧酸單體進行微調(diào)使反應(yīng)物的比率適當，從而可得出所需的容積設(shè)定值?？梢砸庾R到，示于圖4的控制回路是從示于圖2的回路轉(zhuǎn)換來的，這樣，就無必要詳細討論圖4中實施方案的操作。以上對本發(fā)明具體實施方案的敘述并不意味著是本發(fā)明每種可能的實施方案的全部說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到，本文所述的具體實施方案可能被修改，然而所有這些修改均應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。例如，雖然本文中敘述了一些詳細的實施方案，即己二酸與1,6-己二胺反應(yīng)生產(chǎn)尼龍6,6，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能采用他們熟知的其它單體來生產(chǎn)其它的聚酰胺。權(quán)利要求1．一種用于從二羧酸單體和二胺單體生產(chǎn)聚酰胺的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括(a)用于計量熔融二羧酸單體進料的第一裝置；(b)用于對供入所述熔融二羧酸單體進料以形成熔融聚合反應(yīng)混合物的熔融二胺單體進料計量的第二裝置；(c)用于檢測聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體摩爾比的裝置；和(d)一種以通訊聯(lián)絡(luò)的方式與檢測裝置以及至少一個第一和第二計量裝置連接的控制器，該控制器根據(jù)來自檢測裝置的摩爾比輸入信號控制至少一個第一計量裝置和第二計量裝置，以調(diào)節(jié)至少一種熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的質(zhì)量流率，以便平衡聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的摩爾比。2．權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其中所述檢測裝置是用于測定聚合過程中熔融聚合反應(yīng)混合物中的羧基單體端基和二胺單體端基數(shù)目的近紅外分析儀。3．權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，此外，所述用于計量的第一裝置包括與所述熔融二羧酸單體進料相連的第一泵，而所述用于計量的第二裝置包括與所述熔融二胺單體進料相連的第二泵。4．權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其中所述二羧酸單體是己二酸，所述二胺單體是1,6-己二胺，而所述聚酰胺是尼龍6,6。5．一種用于從二羧酸單體和二胺單體生產(chǎn)聚酰胺的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)提供了用于計量熔融二羧酸單體進料的第一計量裝置；(b)提供了用于計量熔融二胺單體進料的第二計量裝置，將第一和第二計量裝置組合在一起，使得熔融二羧酸單體進料和熔融二胺單體進料化合，形成熔融的聚合反應(yīng)混合物；(c)至少一種用于使聚合反應(yīng)混合物聚合的沒有排氣口的反應(yīng)器；(d)用于檢測聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體摩爾比的裝置；和(e)一種以通訊聯(lián)絡(luò)的方式與檢測裝置以及第一和第二計量裝置連接的控制裝置，該控制裝置可調(diào)節(jié)至少一種熔融二羧酸單體和熔融二胺單體進料的質(zhì)量流率，以平衡聚合反應(yīng)混合物中熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的摩爾比。6．權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中該二羧酸單體是己二酸，該二胺單體是1,6-己二胺，而該聚酰胺是尼龍6,6。全文摘要一種用于從熔融二羧酸單體和熔融二胺單體生產(chǎn)聚酰胺的改進了的聚酰胺化體系和控制系統(tǒng)。該聚酰胺化控制系統(tǒng)可測定帶有部分聚合的混合物的熔融二羧酸單體和熔融二胺單體的摩爾比。在該控制系統(tǒng)中利用前饋控制算法來確定在混合之前必須將初始反應(yīng)物的比率改變到什么程度,以使所得的聚酰胺具有化學(xué)計量的平衡摩爾比。文檔編號C08G69/00GK1310736SQ99809020公開日2001年8月29日申請日期1999年5月26日優(yōu)先權(quán)日1998年5月29日發(fā)明者G·E·布斯,C·E·施維爾,R·M·萊姆布克,S·W·庫克申請人:索羅蒂亞公司