專利名稱：制造縮聚物的方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及聚酯工藝和設備，其中酯化工藝，縮聚工藝，或酯化和縮聚工藝是在管式反應器中進行的。
背景技術：
隨著制造聚酯的行業(yè)變得更加有競爭性，其它供選擇的低成本制造工藝是高度希望的。人們已經(jīng)開發(fā)了許多工藝。早期的工作使用反應活性蒸餾(US專利No.2,905,707)，將乙二醇(“EG”)作為反應物(US專利No.2,829,153)。已經(jīng)公開了將多個攪拌釜用于提供對反應的附加控制(US專利No.4,110,316和WO98/10007)。US專利No.3,054,776公開了在反應器之間低壓降的使用，而US專利No.3,385,881公開了在一個反應器外殼內(nèi)的多個反應器段。這些設計經(jīng)過改進解決了與夾帶或堵塞，熱整合，傳熱，反應時間，反應器數(shù)目等有關的諸多問題，如在US專利3,118,843；3,582,244；3,600,137；3,644,096；3,689,461；3,819,585；4,235,844；4,230,818；和4,289,895中所公開的。然而，該反應器和裝置是極其復雜的。攪拌式縮聚反應器具有復雜的設計，它需要詳細計算和設計技巧。該反應器必須在真空下操作，并且不論加熱還是冷卻，保持它的形狀以使得攪拌器不刮掃反應器壁，而且保持嚴密容差以提供高效傳質(zhì)。這些復雜設計不能快速地建造或安裝。它們還需要專業(yè)技能來維持和操作。
普通的圓筒形酯化或酯交換反應器，如連續(xù)攪拌釜式反應器(“CSTR”)具有許多內(nèi)部構件，如擋扳，加熱盤管，大的溢流堰，塔板，填充物，攪拌器，和引流管，等等。酯化或酯交換反應器還可以是具有它們的相關內(nèi)部塔板，填充物，下流管，再沸，冷凝器，內(nèi)部熱交換器，回流體系，泵等的反應性蒸餾、抽提或精餾塔。普通的縮聚反應器-它典型地是假活塞流設備，該設備試圖保持平均停留時間而有窄的時間分布-典型地是(1)CSTR，典型地屬于刮膜或薄膜反應器類型，或(2)反應性蒸餾設備。此類普通的縮合反應器通常能夠增強表面更新，通常通過形成聚合物的薄膜來實現(xiàn)。此類普通的縮聚設備含有塔板，內(nèi)加熱盤管，堰，擋扳，刮膜，內(nèi)部攪拌器，和具有密封件或磁驅(qū)動的大攪拌器，等等。這些反應器通常具有刮刀或其它高度復雜的設備以便防止蒸汽管線被堵塞。許多縮聚反應器也具有非常緊密的容限要求并且在一定的溫度范圍內(nèi)保持它們的形狀。這些圓筒形反應器需要大量的工程技術，制圖，和熟練的技術來建造。該圓筒形反應器也具有特別制造的夾套，該夾套具有多個部分管夾套和將管夾套彼此和與反應器連接的焊接線。該圓筒形反應器具有附加的外部組件如齒輪箱，攪拌器，密封系統(tǒng)，馬達，等等。為了建造圓筒形反應器所需要的額外的復雜性，材料，和技術導致了較高成本。
管式反應器已經(jīng)公開在先有技術專利中，它被組合到工藝或設備中。例如，US專利No.3,192,184，公開了在反應器內(nèi)的內(nèi)有擋扳的管，和US專利No.3,644,483公開了管用于漿料添加的用途。作為其它實例，專利申請WO 96/22318和US專利No.5,811,496公開了在酯化和聚合反應器之間的兩個管式反應器，和US專利No.5,786,443公開了在酯化反應器和加熱器之間的被引導至分級反應器的管式反應器。這些反應器陣列中的每一組都將管式反應器引入到其它復合反應器和設備中。
盡管已經(jīng)在理論上推斷出最佳的酯交換或酯化將發(fā)生在連續(xù)壓降和連續(xù)溫升的連續(xù)區(qū)段中(參見圖1，Santosh K.Gupta和AnilKumar，Reaction Engineering of Step Growth Polymerization，The Plenum Chemical Engineering Series，第8章，Plenum Press，1987)，對于現(xiàn)有常規(guī)設備來說這樣做則是禁止的，因為它需要很多的小反應器，每一個都有它們自己的相關儀器和用于液面、壓力和溫度控制的閥門，和泵。因此，在普通的聚酯裝置設計中，壓降段的數(shù)量(圓筒形反應器)應該盡可能減少以最大程度地降低成本。折衷方法是，如果增加反應器的數(shù)量，則壓降將最大程度地減少。
現(xiàn)有技術中仍然需求用于制造聚酯的成本更低、更簡單的裝置和工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于聚酯制造的設備和工藝。更具體地說，本發(fā)明涉及管式反應器和配套設備和工藝，用于新的和現(xiàn)有(改型)的聚酯裝置兩者中。起始材料或反應物能夠是液體，氣體，或固體原料，使用聚酯或改性劑的任何組分。這一管式反應器發(fā)明與普通聚酯工藝和裝置相比具有許多的優(yōu)點。
理想地，本發(fā)明的這一管式反應器工藝使得設計者能夠?qū)⒎磻鱾鳠?，體積(即停留時間)，攪拌，和分離功能彼此脫開聯(lián)系。對于傳熱，本發(fā)明的管式反應器不需要連續(xù)攪拌釜式反應器的內(nèi)加熱盤管，而是能夠使用各種加熱設備如熱交換器或加熱套管。在CSTR的許多限制之中，加熱盤管的量是有限的，這歸因于保持流體的攪拌的需要。太多加熱盤管使得在盤管之間沒有足夠的空間來進行攪拌。因為傳熱功能和攪拌功能在管式反應器系統(tǒng)中脫開聯(lián)系，CSTR的這一限制不存在于本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)中。
管式反應器不局限于出于對動力學考慮的容器體積，而對于CSTR卻是這樣；管式反應器利用了管的長度來滿足動力學要求，它們能夠以簡單方式加以改變。至于傳質(zhì)或攪拌，管式反應器不需要CSTR的螺旋漿或葉輪；而泵或重力流動可用于移動流體。
管式反應器的另一個優(yōu)點是氣體從液體界面上的分離，CSTR工藝利用反應器體積來控制液體/氣體界面。通過控制反應體積來控制該界面是控制流體速度的困難途徑。如果該CSTR制得又高又細，則液面控制變得困難，攪拌軸撓曲和密封問題顯得突出，蒸汽速度增加同時夾帶提高，以及反應器成本隨著增大的表面積而提高。另一方面，如果該CSTR制得短而粗，則不能將足夠的加熱盤管置于反應器中，由于有更大的直徑而使攪拌變得更加困難，而且對于大規(guī)模的裝置，裝運該容器成為大問題。因此，CSTR的長度、寬度和高度存在最佳尺寸，因此難以改進CSTR來控制流體的速度。因此，在CSTR操作中，需要更多的蒸汽除去操作來控制該蒸汽速度。然而，附加的蒸汽除去操作會導致夾帶液體被蒸汽除去和產(chǎn)率損失的問題。相反地，在本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)中，為了控制該液體/氣體界面，平行的附加管(管式反應器)能夠被增加來控制離開該表面的總流體速度和氣體速度。因此，對于本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)，該分離功能可以比普通CSTR系統(tǒng)的所述功能更簡單和更容易地控制。類似的缺點存在于在現(xiàn)有技術中見到的用于制造聚酯的其它普通的反應器系統(tǒng)中，如反應性蒸餾、抽提器或精餾塔，或帶有內(nèi)部構件的罐，螺桿或捏合機型反應器，與本發(fā)明的管式反應器設計的上述優(yōu)點形成對比。
令人吃驚地，本發(fā)明的管式反應器能夠用于聚酯工藝，它典型地具有長的停留時間。通常，管式反應器被用于具有僅僅非常短的停留時間的工藝中。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的管式反應器能夠用于較長停留時間的聚酯制造工藝中。
因此，在一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器，該酯化管式反應器包括基本上空的管；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；c.提供單獨由酯化管式反應器形成的縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面，該縮聚管式反應器包括基本上空的管；和d.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；其中反應物包括對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞?；c.提供單獨由酯化管式反應器形成的縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面；和d.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；c.提供單獨由酯化管式反應器形成的縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面；和d.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的聯(lián)合酯化和預聚物縮聚管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯低聚物和聚酯低聚物從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯低聚物各自是酯化流體；c.提供單獨由聯(lián)合酯化和預聚物管式反應器形成的縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化/預聚物管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面；和d.將流體聚酯低聚物引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使低聚物流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)低聚物反應形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；c.提供與酯化管式反應器整體組合的縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面；和d.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯低聚物的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；c.提供單獨由酯化管式反應器形成的預聚物縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面；和d.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物，和低聚物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體和低聚物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯低聚物的工藝，包括
a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器并且彼此反應而在管式反應器中形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；c.提供與酯化管式反應器整體組合的預聚物縮聚管式反應器，該縮聚管式反應器與酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通，該縮聚管式反應器具有第一端，第二端和內(nèi)表面；和d.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物，和低聚物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體和低聚物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口，內(nèi)表面，和至少一個附著于它的內(nèi)表面的溢流堰的酯化管式反應器；和b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；和其中酯化流體在溢流堰上方流過。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；和c.將工藝流體的一部分再循環(huán)和引導該再循環(huán)流出液，在靠近酯化反應器的進口或在酯化反應器的進口和出口之間回到和穿過酯化反應器。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括
a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；和c.從管式反應器的進口和出口之中間和/或靠近管式反應器的出口，利用空管的排氣來從管式反應器中除去蒸汽。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器，該進口被定位在出口下方垂直至少20英尺；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體；和其中存在于管式反應器中的流體處于泡沫狀或沫狀流動狀態(tài)(flow regime)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器，其中該管式反應器具有在其進口和出口之間沿著其縱向延伸的交替線性和非線性的區(qū)段；b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的反應物和聚酯單體各自是酯化流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及從多種反應物制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；和b.將至少一種反應物在進口附近加入到管式反應器中，以使反應物流過管式反應器，反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和聚酯單體從它的出口離開，其中流過酯化管式反應器的至少一種反應物和聚酯單體各自是酯化流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚管式反應器，第一端在第二端的垂直上方設置，該縮聚管式反應器具有在其第一端和其第二端之間沿著其縱向延伸的交替線性和非線性區(qū)段；和b.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端，內(nèi)表面和附著于該內(nèi)表面上的至少一個溢流堰的縮聚管式反應器，其中該管式反應器由基本上空的管組成；和b.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體，和其中至少一種的縮聚流體在溢流堰上流過。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚管式反應器；和b.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體；和c.從管式反應器的進口和出口之中間和/或靠近管式反應器的出口或進口，利用包括基本上空的管的排氣管路來從管式反應器中除去蒸汽。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚管式反應器；和b.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體，和其中存在于管式反應器中的流體處于分層流動狀態(tài)。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚管式反應器；和b.將流體聚酯單體引入到縮聚管式反應器的第一端中，以使單體流過縮聚反應器，在縮聚管式反應器內(nèi)單體反應形成低聚物和然后低聚物反應而形成聚合物，和聚合物離開反應器的第二端，其中流過縮聚管式反應器的單體、低聚物和聚合物各自是縮聚流體。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚管式反應器；和b.將流體聚酯低聚物導入縮聚管式反應器的第一端中，以使低聚物流過該縮聚管式反應器，低聚物在縮聚管式反應器內(nèi)反應而形成聚酯聚合物和該聚酯聚合物從該反應器的第二端離開。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器，酯化流體反應物流經(jīng)它；和b.與酯化反應器獨立地形成的并與它實現(xiàn)流體連通的一種縮聚管式反應器，其中該縮聚反應器具有進口，出口和內(nèi)表面，有至少一種縮聚流體反應物流經(jīng)它，
其中該酯化和縮聚反應器包括基本上空的管。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器，酯化流體反應物流經(jīng)它；和b.與酯化反應器獨立地形成的并與它實現(xiàn)流體連通的一種縮聚管式反應器，其中該縮聚反應器具有進口，出口和內(nèi)表面，有至少一種縮聚流體反應物流經(jīng)它。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯單體的酯化管式反應器裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的酯化管式反應器；和b.具有流入液端和流出液端的再循環(huán)環(huán)路，流出液端與該酯化管式反應器實現(xiàn)流體連通。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯單體、低聚物或聚合物的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，其中有流體反應物流經(jīng)它；和b.連接到管式反應器的內(nèi)表面的一部分上并與其出口相鄰的溢流堰，其中該反應器包括基本上空的管。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯單體、低聚物或聚合物的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，其中有流體反應物流經(jīng)它；和b.與反應器實現(xiàn)流體連通的排氣管，該排氣管進一步包括聯(lián)接于排氣管的直立式脫氣立管，脫氣立管具有與排氣管實現(xiàn)流體連通的接收端和垂直地高于接收端設置的相反側排氣端，和其中脫氣立管在接收端和它的排氣端之間沿著其縱向非線性地延伸，和其中脫氣立管由彼此實現(xiàn)流體連通的三個鄰接段組成，第一段與接收端相鄰并基本上垂直地從排氣管延伸，第二段聯(lián)接于第一段并從平面上看以相對于第一段的一定角度來定向，和第三段聯(lián)接于第二段并從平面上看以相對于第二段的互補角度來定向，使得第三段基本上水平定向。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯單體、低聚物或聚合物的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，其中有流體反應物流經(jīng)它。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種裝置，它用于排放工藝氣體或蒸汽并從氣體或蒸汽中有效地脫除液體，該液體、氣體和蒸汽是流體，從氣體或蒸汽中分離該液體，和讓液體返回到該工藝中，包括a.含有(i)液體和(ii)氣體或蒸汽的容器或工藝管道；和b.與容器或工藝管道實現(xiàn)流體連通的排氣管，該排氣管進一步包括聯(lián)接于排氣管的直立式脫氣立管，脫氣立管具有與排氣管實現(xiàn)流體連通的接收端和垂直地高于接收端設置的相反側排氣端，和其中脫氣立管在它的接收端和排氣端之間沿著其縱向非線性地延伸，和其中脫氣立管由彼此實現(xiàn)流體連通的三個鄰接段組成，第一段與接收端相鄰并基本上垂直地從排氣管延伸，第二段聯(lián)接于第一段并從平面上看以相對于第一段的一定角度來定向，和第三段聯(lián)接于第二段并從平面上看以相對于第二段的一定角度來定向，使得第三段基本上水平定向。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及適合于流體的混合、貯存和分配到單獨的裝置工藝分配系統(tǒng)中的流體混合和分配系統(tǒng)，包括a.第一個細長的和垂直地設置的流體貯存容器；b.與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的循環(huán)泵，循環(huán)泵經(jīng)過建造和排列后讓流體流過該系統(tǒng)并將流體從第一容器中循環(huán)到第二容器中和從第一容器循環(huán)到第一容器中；c.與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的第二個流體貯存和分配容器，其以比第一容器更大的垂直高度而設置；和d.分別與循環(huán)泵、第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的控制閥，該控制閥經(jīng)過建造和排列后有選擇地引導流體從第一容器流入到第二容器中和從第一容器流入到第一容器中，其中第二容器與裝置工藝分配系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通，和其中由保持在第二容器內(nèi)的流體所形成的靜壓頭被用來讓流體從第二容器中通入到該裝置工藝分配系統(tǒng)中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及適合于流體的混合、貯存和分配到單獨的裝置工藝分配系統(tǒng)中的流體混合和分配系統(tǒng)，包括
a.第一個流體貯存容器；b.第二個流體混合和貯存容器；c.與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的循環(huán)泵，循環(huán)泵經(jīng)過建造和排列后讓流體循環(huán)穿過該系統(tǒng)并從第一容器中循環(huán)到第二容器中；d.第二容器是在比第一容器和裝置工藝分配系統(tǒng)兩者更大的垂直高度設置的；和e.分別與循環(huán)泵、第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的控制閥，控制閥經(jīng)過建造和排列后有選擇地引導流體從第一容器中流回第一容器中和從第一容器流到第二容器中；f.第二容器與裝置工藝分配系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通，其中由保留在第二容器中的流體形成的靜壓頭被利用來讓流體從第二容器中通入到該裝置工藝分配系統(tǒng)中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及在適合于流體的混合、貯存和分配到單獨的裝置工藝分配系統(tǒng)中的流體混合和分配系統(tǒng)中混合和分配流體的方法，包括a.將至少一種流體通入到第一個細長的和垂直設置的流體貯存容器；b.將流體從第一容器通入到第二個細長的和垂直設置的流體混合和貯存容器中，第二流體容器被設置在比第一容器和裝置工藝分配系統(tǒng)兩者更大的垂直高度，其中循環(huán)泵與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通，該循環(huán)泵經(jīng)過建造和排列后讓流體穿過該系統(tǒng)；c.使用與循環(huán)泵、第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的控制閥來有選擇地引導該流體從第一容器中進入到第一容器和第二容器當中的任一個中；和d.有選擇地將流體從第二容器通入到裝置工藝分配系統(tǒng)中，第二容器產(chǎn)生靜壓頭，用于將其中所貯存的流體通入到該裝置工藝分配系統(tǒng)中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及與管式反應器系統(tǒng)一同使用的傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)，該管式反應器系統(tǒng)具有供應傳熱介質(zhì)環(huán)路(傳熱介質(zhì)的第一股料流穿過它)和返回傳熱介質(zhì)環(huán)路(傳熱介質(zhì)的第二股料流穿過它)，第一傳熱介質(zhì)料流的溫度高于第二傳熱介質(zhì)料流的溫度，該傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)包括a.第一傳熱介質(zhì)匯管，第一傳熱介質(zhì)料流穿過它；b.第二傳熱介質(zhì)匯管，第二傳熱介質(zhì)料流穿過它；c.第一傳熱介質(zhì)子環(huán)路，該傳熱介質(zhì)經(jīng)過它可以分別從第一匯管中通入到第二匯管中；d.與匯管和第一子環(huán)路當中的所選擇的一種實現(xiàn)流體連通的控制閥；e.在第一匯管內(nèi)第一傳熱介質(zhì)料流的壓力大于在第二匯管內(nèi)第二傳熱介質(zhì)料流的壓力；其中該控制閥用于有選擇地引導至少一部分的第一傳熱介質(zhì)料流進入到第一子環(huán)路中，利用第一傳熱介質(zhì)料流的壓力讓傳熱介質(zhì)通過第一子環(huán)路，以及控制穿過第一子環(huán)路的傳熱介質(zhì)料流的溫度和壓力。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及與管式反應器系統(tǒng)一同使用的傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)，該管式反應器系統(tǒng)具有供應傳熱介質(zhì)環(huán)路(傳熱介質(zhì)的第一股料流穿過它)和返回傳熱介質(zhì)環(huán)路(傳熱介質(zhì)的第二股料流穿過它)，第一傳熱介質(zhì)料流的溫度高于第二傳熱介質(zhì)料流的溫度，該傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)包括a.第一傳熱介質(zhì)匯管，第一傳熱介質(zhì)料流穿過它；b.第二傳熱介質(zhì)匯管，第二傳熱介質(zhì)料流穿過它；c.第一傳熱介質(zhì)子環(huán)路，該傳熱介質(zhì)經(jīng)過它可以從第一匯管中通入到第二匯管中；d.與第一匯管和第一子環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第一控制閥；和e.與第一子環(huán)路和第二匯管實現(xiàn)流體連通的第二控制器閥；f.在第一匯管內(nèi)第一傳熱介質(zhì)料流的壓力大于在第二匯管內(nèi)第二傳熱介質(zhì)料流的壓力；其中該控制閥中的一個或兩個用于有選擇地引導至少一部分的第一傳熱介質(zhì)料流進入到第一子環(huán)路中，利用第一傳熱介質(zhì)料流的壓力讓傳熱介質(zhì)通過第一子環(huán)路，以及控制穿過第一子環(huán)路的傳熱介質(zhì)料流的溫度和壓力。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及與管式反應器系統(tǒng)一同使用的讓傳熱介質(zhì)穿過傳熱介質(zhì)系統(tǒng)的方法，該管式反應器系統(tǒng)具有供應傳熱介質(zhì)環(huán)路(傳熱介質(zhì)的第一股料流穿過它)和返回傳熱介質(zhì)環(huán)路(傳熱介質(zhì)的第二股料流穿過它)，第一傳熱介質(zhì)料流的溫度和壓力高于第二傳熱介質(zhì)料流的溫度和壓力，該傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)包括a.讓第一傳熱介質(zhì)料流穿過第一傳熱介質(zhì)匯管；b.讓第二傳熱介質(zhì)料流穿過第二傳熱介質(zhì)匯管；c.在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵的存在下，傳熱介質(zhì)從第一匯管穿過第一傳熱介質(zhì)子環(huán)路，其中第一控制閥與第一匯管和第一子環(huán)路實現(xiàn)流體連通；和d.在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵的存在下，傳熱介質(zhì)從第一子環(huán)路通入到第二匯管中，其中第二控制閥與第一子環(huán)路和第二匯管實現(xiàn)流體連通。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及用于工藝工作流體輸送供應料到流體工藝裝置中的流體輸送系統(tǒng)，該工藝裝置具有用于轉(zhuǎn)運、分配和處理該流體的管路系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a.位于泵站的至少一個配送容器；和b.與該至少一個配送容器實現(xiàn)流體連通的至少一個泵；c.該至少一個配送容器與閥門組實現(xiàn)流體連通，該閥門組與工藝裝置管路系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通；其中該流體有選擇地直接從所述至少一個配送容器中泵送通過閥門組并在另外接收和貯存來自所述至少一個配送容器的流體的流體配送進料和貯存罐不存在的情況下輸入到工藝裝置管路系統(tǒng)中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及用于輸送工藝工作流體供應料到流體工藝裝置中的流體輸送系統(tǒng)，該工藝裝置具有用于轉(zhuǎn)運、分配和處理該流體的管路系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a.位于泵站的第一配送容器；b.與第一配送容器實現(xiàn)流體連通的第一泵；c.位于泵站的第二配送容器；和d.與第二配送容器實現(xiàn)流體連通的第二泵；e.分別與閥門組實現(xiàn)流體連通的配送容器和泵的每一個，閥門組由多個可選擇性地操作的控制閥組成并與工藝裝置管路系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通；其中流體有選擇地直接分別從第一和第二配送容器中泵送穿過閥門組和在流體輸送進料和貯存罐不存在下進入到工藝裝置管路系統(tǒng)中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及用于輸送工藝工作流體的供應料到流體工藝裝置中的流體輸送方法，該工藝裝置具有用于轉(zhuǎn)運、分配和處理該流體的管路系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a.在泵站設置第一配送容器，第一配送容器與第一個泵實現(xiàn)流體連通；b.在泵站設置第二配送容器，第二配送容器與第二個泵實現(xiàn)流體連通；c.有選擇地將流體從各自配送容器中的每一個中直接泵送到閥門系中，該閥門組由與工藝裝置管路系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通的多個可選擇地操作的控制閥組成，并在另外接收和貯存來自至少一個配送容器的流體的流體輸出進料和貯存罐不存在的情況下穿過該閥門組而進入到工藝裝置管路系統(tǒng)中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及集成裝置水分配系統(tǒng)，該水分配系統(tǒng)單獨地從供水源供應純凈、新鮮水以用于工藝裝置中，該系統(tǒng)包括a.與水源實現(xiàn)流體連通并從水源供應水的安全噴淋水儲罐；b.與安全噴淋水儲罐實現(xiàn)流體連通并從它供應水的第一水分配環(huán)路；c.與第一水分配環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第二水分配環(huán)路；和d.用于有選擇地從第一水分配環(huán)路中抽出水以供應水到第二水分配環(huán)路中的設備。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及分配水穿過集成裝置水分配系統(tǒng)的方法，該水分配系統(tǒng)單獨地從水源供應純凈、新鮮水以用于工藝裝置中，該方法包括a.將水供應到安全噴淋水儲罐中；b.將水從安全噴淋水儲罐通入到與水儲罐實現(xiàn)流體連通的第一水分配環(huán)路中；c.有選擇地將來自第一水分配環(huán)路的水通入到與第一水分配環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第二水分配環(huán)路中。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及與分別具有單獨的高壓、中壓和低壓縮聚真空區(qū)段的最終縮聚反應器一同使用的集成的真空系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a.噴霧冷凝器，該噴霧冷凝器分別與縮聚反應器的中壓和低壓真空區(qū)段中的每一個實現(xiàn)流體連通；b.與噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的中間階段冷凝器；和c.與中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的真空泵。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及與具有至少中壓縮聚真空區(qū)段和單獨的低壓縮聚真空區(qū)段的最終縮聚反應器一同使用的集成的真空系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a.噴霧冷凝器，該噴霧冷凝器分別與縮聚反應器的中壓和低壓真空區(qū)段中的每一個實現(xiàn)流體連通；b.與噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的第一個EG噴嘴；c.與第一EG噴嘴實現(xiàn)流體連通的中間階段冷凝器；d.與中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的真空泵；和e.分別與低壓真空區(qū)段和噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的第二個EG噴嘴。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及收集來自具有高壓真空區(qū)段、中壓真空區(qū)段和低壓縮聚真空區(qū)段的最終縮聚反應器的流體的方法，該方法包括a.將來自反應器的至少中壓縮聚真空區(qū)段和低壓縮聚真空區(qū)段的流體通入到分別與中壓和低壓真空區(qū)段中的每一個實現(xiàn)密封式流體連通的單個噴霧冷凝器中；和b.用與中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的真空泵抽出流體而穿過與噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的中間階段冷凝器。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯單體的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，該進口設置在出口的下方；和b.在進口附近將至少一種反應物加入到管式反應器中，以使反應物流過該管式反應器，其中反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯單體和該聚酯單體從該反應器的出口離開。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括
a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚反應器，第一端設置在第二端之上，該縮聚反應器在其第一端和其第二端之間是非線性的；和b.將流體聚酯單體導入縮聚反應器的第一端中，以使單體流過該縮聚反應器，其中單體在縮聚反應器內(nèi)反應而形成聚合物和該聚合物從該反應器的第二端離開。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯聚合物的工藝，包括a.提供具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚反應器，第一端設置在第二端之上，其中縮聚反應器與垂直取向的平面形成一定角度，該角度大于零度；和b.將流體單體導入縮聚反應器的第一端中，以使單體流過該縮聚反應器，其中單體在縮聚反應器內(nèi)反應而形成聚酯聚合物和該聚酯聚合物從該反應器的第二端離開。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及制造聚酯的工藝，包括a.提供具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，該進口設置在出口的下方；和b.在進口附近將至少一種反應物加入到管式反應器中，以使反應物流過該管式反應器，其中反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成聚酯和該聚酯從該反應器的出口離開。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及讓反應物反應成聚酯單體的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，該進口設置在出口的下方；和b.與管式反應器的出口相鄰、連接于管式反應器內(nèi)表面的一部分的溢流堰。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及讓反應物反應成聚酯單體的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，該進口設置在出口的下方；和b.引入到管式反應器中的排氣機構，以使當從管式反應器的進口流向出口時在其內(nèi)表面內(nèi)穿過的流體也流過該排氣機構，該排氣機構包括偏心的平底漸縮管。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及讓反應物反應成聚酯單體的裝置，包括a.具有進口，出口和內(nèi)表面的管式反應器，該進口設置在出口的下方；和b.具有流入液端和流出液端的再循環(huán)環(huán)路，該流入液端在管式反應器的出口附近與管式反應器實現(xiàn)流體連通和流出液端在其進口附近與管式反應器實現(xiàn)流體連通。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及讓單體反應成聚酯聚合物的裝置，包括a.具有第一端，第二端和內(nèi)表面的縮聚反應器，第一端設置在第二端之上，該縮聚反應器作為多個鄰接互聯(lián)區(qū)段形成，其中單體沿著各區(qū)段的內(nèi)表面流動，從縮聚反應器的第一端到第二端，其中相鄰區(qū)段彼此形成非線性的角度；和b.附著于縮聚反應器的內(nèi)表面上的至少一個溢流堰，其中一個溢流堰位于鄰近互聯(lián)區(qū)段的每一個的接合處。
本發(fā)明為各個和每一個工藝實施方案提供裝置，和同時提供與本發(fā)明的每個裝置相關的工藝。
本發(fā)明的附加優(yōu)點將部分地在下面的詳細說明中闡述，并且部分地從該敘述中明顯看出，或通過本發(fā)明的實施來學習到。本發(fā)明的優(yōu)點將借助于具體在所附權利要求中指出的各要素和結合來認識和實現(xiàn)。應該理解的是，前面的一般說明和下面的詳細說明都僅僅是本發(fā)明的舉例和說明，而不是如權利來要求所述的本發(fā)明范圍的限制。


該附圖-被引入到本說明書中并構成其一部分-說明了本發(fā)明的幾個實施方案并與敘述一起，用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1顯示了典型的聚酯反應溫度和壓力分布圖。
圖2顯示了酯化或縮聚管式反應器的一個實施方案。按照縮聚管式反應器模式，該流入液端和流出液端可以反轉(zhuǎn)(流入液端在11和流出液在12端)。
圖3顯示了對于本發(fā)明典型的管式反應器安裝費用而言的安裝費用/標稱管徑(英寸)。
圖4顯示了本發(fā)明的一個實施方案，它是酯交換或酯化反應器的頂部，其中經(jīng)過溢流堰流入縮聚反應器中來實施液面控制。
圖5顯示了本發(fā)明的一個實施方案，其中現(xiàn)有聚酯生產(chǎn)設備已用一個或多個管式反應器加以改進。
圖6顯示了本發(fā)明的實施方案，它是較大的裝置，其中使用了多個平行酯化和縮聚管式反應器，以及在一個系統(tǒng)中的多種產(chǎn)品的生產(chǎn)。
圖7a-g顯示了酯化和縮聚工藝兩者的蒸汽釋出的各種實施方案。
圖8顯示了縮聚蒸汽釋出的實施方案。
圖9顯示了在利用溢流堰和在溢流堰下游的縮減直徑管流動轉(zhuǎn)變系統(tǒng)的一種縮聚區(qū)段中層流混合的實施方案。
圖10顯示了使用不同的非線性構型來改變酯化或酯交換反應器壓力分布的各種實施方案。這一附圖以側視圖給出，顯示了在酯化或酯交換反應器管線的每一個彎折之間的垂直位移。
圖11是對應于圖10的那些構型的壓力分布圖的曲線圖。
圖12a和12b顯示了在該工藝中添加劑位置的不同方面。
圖13a和13b顯示兩個不同的實施方案，其中該漿料罐通過使用再循環(huán)環(huán)路而省去。
圖14顯示了其中傳熱介質(zhì)副回路泵被省去的一個實施方案。
圖15a顯示了典型的先有技術混合和進料系統(tǒng)。
圖15b顯示了本發(fā)明的省去了各種罐和其它控制設備和單元操作的混合和進料系統(tǒng)的實施方案。
圖16顯示了本發(fā)明的實施方案，其中交替的低壓和高壓構型用于酯交換或縮聚管式反應器。
圖17a和b顯示了用于縮聚系統(tǒng)的酯化和管式反應器的集成管式反應器的低成本聚酯裝置設計的本發(fā)明兩個實施方式。
圖18顯示了縮聚管式反應器工藝的一個實施方式。圖8是元件133的分解圖和圖9是元件142的分解圖。
圖19是其中蒸餾被吸附替代的一個實施方案。
圖20a顯示了在水平管中二相流的不同的流動狀態(tài)(flowregimes)。
圖20b顯示了蒸汽質(zhì)量流量對液體/蒸汽質(zhì)量流量的比率以及與在圖20a的水平管中二相流的各流動狀態(tài)的關系。圖20b也確定了本發(fā)明的酯化和縮聚工藝的優(yōu)選的流動狀態(tài)。
圖21顯示了卸載槽車的本發(fā)明的實施方案，不使用罐以最大程度減少投資費用和單元操作，并無需將水送至廢水處理。
圖22顯示本發(fā)明的一個實施方案，它結合了安全噴淋器，冷卻塔，切削機水和HTM泵冷卻器以最大程度減少該設備中的水系統(tǒng)。
圖23顯示了作為本發(fā)明的一個實施方案的減少EG噴嘴和省去冷水系統(tǒng)的一種集成的真空系統(tǒng)。
圖24顯示了本發(fā)明工藝的一個實施方案的酯化和縮聚的雙相狀態(tài)(regimes)，其中管式反應器用于生產(chǎn)PET均聚物。
具體實施例方式
本發(fā)明可以通過參考本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的下列詳細說明和其中所包括的實施例和參考附圖和它們的前面和下面描述來更容易地理解。
在本發(fā)明的化合物，組合物，制品，設備，和/或方法被公開和描述之前，可以理解，本發(fā)明不局限于特定的合成方法，特定的工藝，或具體的裝置，這些當然可以改變。也可以理解的是，這里使用的術語用于描述特殊實施方案的目的，在意義上沒有限制作用。
在本說明書和所附的權利要求中，將遇到許多術語，這些被定義具有以下意義。
正如在說明書和所附權利要求中所使用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括復數(shù)指示物，除非上下文另外清楚地指明。因此，例如，對于管式反應器的參考包括一個或多個管式反應器。
范圍可以在這里表達為從“大約”一個特殊值，和/或到“大約”另一個特殊值。當該范圍表達時，另一個實施方案包括從一個特殊值和/或到另一個特殊值。類似地，當值被表示為近似值時，通過先行詞“大約”的使用，可以理解該特殊值形成了另一個實例。進一步理解的是，每一范圍的端點對于另一個端點都是重要的，并且與另一個端點保持獨立。
“任選的“或“任選地”指隨后描述的事件或情形可能或不會發(fā)生，并且該描述包括其中事件或情形發(fā)生的情況和其中它們不發(fā)生的情況。例如，短語“任選地加熱”指該材料可以或可以不加熱和該短語包括加熱和未加熱過程兩者。
殘基是指一種結構部分，它是在具體的反應歷程中的化學物質(zhì)的所獲得產(chǎn)物或后來的配制料或化學產(chǎn)品，不管該結構部分是否實際上從該化學物質(zhì)獲得。因此，在聚酯中的乙二醇殘基是指在聚酯中的一個或多個-OCH2CH2O-重復單元，不管乙二醇是否用于制備該聚酯。類似地，在聚酯中的癸二酸殘基是指在聚酯中的一個或多個-CO(CH2)8CO-結構部分，不管該殘基是否是在通過癸二酸或它的酯進行反應獲得聚酯時所獲得的。
正如這里所使用的，預聚物反應器是第一個縮聚反應器，典型地在真空之下，并且使聚合物鏈長度從1-5的進料長度增長到4-30的出口長度。該預聚物反應器典型地具有適用于全部聚酯的相同功能，但是一些聚酯具有較短的目標鏈長度，如10到30。對于這些較短的目標鏈長度產(chǎn)品，不需要后縮聚反應器(如下所定義)，因為該預聚物反應器將提供最終產(chǎn)品。后縮聚反應器是最后的熔融相縮聚反應器，典型地在真空下，并且使聚合物鏈增長到所需的產(chǎn)物鏈長度。
這里對于聚酯加工所使用的“普通”工藝或裝置是指非管式反應器或工藝，包括但不限于，連續(xù)攪拌釜式反應器(CSTR)工藝或裝置，或反應性蒸餾、抽提或精餾塔工藝或裝置，或帶有內(nèi)部構件、螺桿或捏合器的罐的工藝或裝置。用于普通的縮聚工藝中的典型CSTR反應器是刮膜或薄膜反應器。
現(xiàn)在更詳細地參考本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，它的例子在附圖中進行說明。只要可能，相同的參考編號在所有附圖中使用，指相同或類似部分。
本發(fā)明包括將反應物轉(zhuǎn)化成聚酯的裝置和方法。更具體地說，在一個實施方案中，在第一步驟中，本發(fā)明讓起始原料(也稱為原料或反應物)反應成單體(也稱為聚酯單體)，然后在第二個步驟中，本發(fā)明讓該單體反應成低聚物(也稱為聚酯低聚物或預聚物)，反應成最終的聚酯(也稱為聚合物或聚酯聚合物)。如果具有酸端基的物質(zhì)被加入到第一步中，如對苯二甲酸或間苯二甲酸，則第一步稱為酯化反應或反應器。如果該起始原料具有甲基端基，如對苯二甲酸二甲酯或間苯二甲酸二甲基酯，則第一步或第一個反應器是酯交換步驟或反應器。為簡單起見，在整個說明書和權利要求中，酯化和酯交換可以互換使用和典型地被稱為酯化，但是應該理解，酯化或酯交換取決于起始原料。也應該理解，酯化工藝的輸出產(chǎn)物除了含有單體外，還含有低聚物。該縮聚工藝能夠是一個整體工藝或能夠再分成兩個子部分，預聚物工藝和完結(finishing)工藝。在該預聚物工藝中，輸出物包括單體，低聚物，和聚合物，其中低聚物典型地占主要地位。在完結工藝中，典型地該工藝的輸出產(chǎn)物包括低聚物和聚合物，主要部分的輸出產(chǎn)物是聚合物。在該酯化工藝中，有可能讓少量的聚合物離開該工藝。同樣地，在完結工藝中，有可能讓少量的單體離開該工藝。
第二步驟稱為縮聚工藝或縮聚反應器。在這一實施方案中，第一步或酯化反應器的進口增壓側是在大約大氣壓力或更高壓力下離開，而來自第一步驟的被加入到第二步驟中的輸出產(chǎn)物基本上是單體。在第二步驟中，該單體轉(zhuǎn)化成低聚物，如果需要，它能夠在反應器中的例如第一壓力分離裝置如氣壓升降器中被分離出來。如果不被分離，則該低聚物進一步在管式反應器中轉(zhuǎn)化成聚合物。
在供選擇的實施方案中，第一步驟的進口增壓側在真空下離開(在一個實施方案中基本上將預聚物反應器設置在該酯交換或酯化反應器的頂部)，和低聚物是來自第一步驟的主要產(chǎn)物并作為最終產(chǎn)物被分離或作為原料加入到第二步驟中，在第二步驟中低聚物進行反應而形成聚合物。
本發(fā)明對于不同的反應器考慮了許多不同的排列。在一個實施方案中，酯化反應器是與縮聚反應器不同和分離的反應器。單體在酯化反應器中產(chǎn)生，然后加入到縮聚反應器中而生成聚合物。在另一個實施方案中，預聚物反應器被設置在酯化反應器的頂部而形成單獨的或整合的裝置，據(jù)此從組合的酯化/預聚物反應器中產(chǎn)生低聚物，然后加入到縮聚反應器中。正如這里所使用的，對于反應器的組合而言的整合是指將兩個反應器組合在一起，以使它們彼此直接實現(xiàn)流體連通并且該反應器基本上彼此和與其它總體反應器系統(tǒng)之間不能區(qū)別。在另一個實施方案中，該縮聚反應器與酯化反應器形成整合裝置。反應物被輸入酯化反應器中和最終的聚酯聚合物產(chǎn)物通過整合裝置來生產(chǎn)。在另一個實施方案中，預聚物反應器與酯化反應器相結合使用，作為兩個單獨的裝置或作為整合的單個裝置。來自預聚物反應器的低聚物產(chǎn)物作為最終產(chǎn)物被分離。另外，本發(fā)明提供了用于制造單體的酯化管式反應器。在另一個方面，本發(fā)明提供了縮聚管式反應器裝置和工藝。當該酯化和預聚物反應器是作為整合裝置來形成時，典型地在這些反應器之間有通風管以便排放水副產(chǎn)物；因此，該通風管作為從酯化到預聚物反應器的交叉點。
該工藝適用于任何聚酯。此類聚酯包括至少一種二羧酸殘基和至少一種二醇殘基。更具體地說，合適的二羧酸酸包括優(yōu)選具有8到14個碳原子的芳族二羧酸，優(yōu)選具有4到12個碳原子的脂族二羧酸，或優(yōu)選具有8到12個碳原子的環(huán)脂族二羧酸酸。二羧酸的例子包括對苯二甲酸，鄰苯二甲酸，間苯二酸，萘-2，6-二羧酸，環(huán)己烷二羧酸，環(huán)己烷二乙酸，聯(lián)苯-4，4’-二羧酸，聯(lián)苯-3，4’-二羧酸，2，2-二甲基-1，3-丙烷二醇，二羧酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，壬二酸，癸二酸，它們的混合物等。該酸組分能夠通過它們的酯，如用對苯二甲酸二甲酯來實現(xiàn)。
合適的二醇包括優(yōu)選具有6到20個碳原子的環(huán)脂族二醇或優(yōu)選具有3到20個碳原子的脂肪族二醇。此類二醇的例子包括乙二醇(EG)，二甘醇，三甘醇，1，4-環(huán)己烷-二甲醇，丙烷-1，3-二醇，丁烷-1，4-二醇，戊烷-1，5-二醇，己烷-1，6-二醇，新戊基二醇，3-甲基戊二醇-(2，4)，2-甲基戊二醇-(1，4)，2，2，4-三甲基戊烷-二醇-(1，3)，2-乙基己烷二醇-(1，3)，2，2-二乙基丙烷-二醇-(1，3)，已二醇-(1，3)，1，4-二-(羥基乙氧基)-苯，2，2-雙(4-羥基環(huán)己基)丙烷，2，4-二羥基-1，1，3，3-四甲基-環(huán)丁烷，2，2，4，4-四甲基環(huán)丁二醇，2，2-雙(3-羥基乙氧基苯基)-丙烷，2，2-雙(4-羥基丙氧基苯基)-丙烷，異山梨糖醇，氫醌，1，4-丁二醇丁二酸酯-(2，2-(磺酰基雙)4，1-亞苯基氧基))雙(乙醇)，它們的混合物等。聚酯可以從上述類型二醇中的一種或多種制備。
優(yōu)選的共聚單體包括對苯二甲酸，對苯二甲酸二甲酯，間苯二酸，間苯二甲酸二甲酯，2，6-萘二甲酸二甲酯，2，6-萘二甲酸，乙二醇，二甘醇，1，4-環(huán)己烷二甲醇(CHDM)，1，4-丁二醇，聚四亞甲基二醇，反式-DMCD，偏苯三酸酐，環(huán)己烷-1，4-二羧酸二甲基酯，十氫萘-2，6-二羧酸二甲酯，十氫萘二甲醇，十氫萘-2，6-二羧酸酯，2，6-二羥甲基-十氫萘，氫醌，羥基苯甲酸，它們的混合物等。雙官能(A-B型，其中端部不相同)共聚用單體，如羥基苯甲酸也可包括在內(nèi)。
共聚單體，與普通方法中一樣，能夠從酯化的開始到縮聚工藝在沿著該工藝的任何地方被添加。具體地說，對于本發(fā)明，共聚單體能夠在以下位置添加，這些位置包括但不限于，靠近酯化反應器的進口，靠近酯化反應器的出口，在酯化反應器的進口和出口之間的點，沿著再循環(huán)環(huán)路的任何地方，靠近預聚物反應器的進口，靠近預聚物反應器的出口，在預聚物反應器的進口和出口之間的點，靠近縮聚反應器的進口，和在縮聚反應器的進口和出口之間的點。
也應該理解的是，這里使用的術語聚酯試圖包括聚酯衍生物，包括但不限于，聚醚酯，聚酯酰胺和聚醚酯酰胺。因此，為簡單起見，在整個說明書和權利要求中，術語聚酯，聚醚酯，聚酯酰胺和聚醚酯酰胺可以互換使用和典型地被稱為聚酯，但是應該理解，具體的聚酯物質(zhì)取決于起始原料，即聚酯前體反應物和/或組分。
由本發(fā)明的工藝形成的聚酯是適合于許多應用的聚酯均聚物和共聚物，這些應用包括包裝材料，膜，纖維，片材，涂料，粘合劑，模制品，等等。食品包裝是本發(fā)明的某些聚酯的特別優(yōu)選的用途。在一個實施方案中，該聚酯包括二羧酸組分，后者包括對苯二甲酸或間苯二酸，優(yōu)選至少約50mol％對苯二甲酸，和在一些實施方案中，優(yōu)選至少約75mol％對苯二甲酸，以及二醇組分，后者包括選自乙二醇，環(huán)己烷二甲醇，二甘醇，丁二醇和它們的混合物中的至少一種二醇。該聚酯可以進一步包括共聚單體殘基，含量為至多約50mol％的一種或多種不同的二羧酸酸和/或至多約50mol％的一種或多種二醇，以100mol％二羧酸和100mol％二醇為基礎計算。在某些實施方案中，二羧酸組分，二醇組分或各自至多約25mol％或至多約15mol％的共聚單體改性是優(yōu)選的。在一個實施方案中，二羧酸共聚單體包括芳族二羧酸，二羧酸的酯，二羧酸酯的酸酐，和它們的混合物。
在一個實施方案中，該反應物包括對苯二甲酸和乙二醇。在另一個實施方案中，該反應物包括對苯二甲酸二甲酯和乙二醇。在另一實施方案中，該反應物包括對苯二甲酸，乙二醇，和CHDM。
優(yōu)選的聚酯包括，但不限于聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的均聚物和共聚物，PETG(用CHDM共聚單體改性的PET)，PBT，完全芳族或液晶聚酯，可生物降解的聚酯，如包括丁二醇、對苯二甲酸和己二酸殘基的那些，聚(對苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯)均聚物和共聚物，CHDM和環(huán)己烷二羧酸或環(huán)己烷二羧酸二甲基酯的均聚物和共聚物，和它們的混合物。在一個實施方案中該聚酯是通過PTA和EG反應來制得的PET。在另一個實施方案中，聚酯是通過PTA、EG和CHDM反應來制得的PETG。在一個實施方案中，該反應物不包括酸酐。在一個實施方案中，該聚酯不是聚碳酸酯或PBT(“聚對苯二甲酸丁二醇酯”)，或從鄰苯二甲酸酐或馬來酸酐制造的聚酯。
本發(fā)明的管式反應器工藝也可用于酯化，縮聚，或兩者，對于其中對苯二甲酸被酯化、氫化和聚合形成PET(或PETG，如果也添加CHDM的話)的工藝，如在US申請60/228,695，(2000年8月29日申請)，和US申請09/812,581(2001年3月20日申請)中所公開的，它們兩者被引入這里供參考。
本發(fā)明的聚酯也可含有少量的三官能或四官能的共聚單體，如偏苯三酸酐，三羥甲基丙烷，苯均四酸二酐，季戊四醇，或現(xiàn)有技術中一般已知的其它的聚酯形成用多元酸或多元醇。也可使用交聯(lián)劑或支化劑。另外，雖然不是必須的，但如果希望的話，可以使用通常在聚酯中所用的添加劑。此添加劑包括，但不限于催化劑，著色劑，調(diào)色劑，顏料，炭黑，玻璃纖維，填料，耐沖擊性改進劑，抗氧化劑，穩(wěn)定劑，阻燃劑，再加熱助劑，乙醛減少化合物，氧清除化合物，UV吸收化合物，阻隔性改進添加劑，如小片狀顆粒，黑色氧化鐵等中的一種或多種。
當對苯二甲酸用作這些反應物的一種時，典型地純化對苯二甲酸(PTA)用作反應物而不是未凈化的對苯二甲酸(TPA)或粗TPA(CTA)，雖然TPA和/或CTA可用于本發(fā)明中。
本發(fā)明的工藝涉及熔體聚合，即，本發(fā)明的方法在熔融相中進行，其中反應物處于流體狀態(tài)。這與在現(xiàn)有技術的某些聚酯工藝中使用的固體縮聚工藝形成對比。本發(fā)明的管式反應器工藝因此適合于流體工藝。本發(fā)明的聚酯縮聚工藝也區(qū)別于其它聚合物工藝，比如，乳液型聚合，它典型地需要第二種或甚至其它的溶劑，而聚酯縮合不需要，并且區(qū)別于烯烴聚合，它不必是兩步反應，而縮聚是這種情況。
本發(fā)明的工藝能夠在酯化或縮聚工藝的出口處完成或基本上完成該酯化反應。更具體地說，本發(fā)明反應的工藝，在各方面，能夠?qū)崿F(xiàn)至少80％完成，至少85％完成，至少90％完成，至少95％完成，至少97.5％完成，至少99％完成，至少99.5％完成，至少99.9％完成，其中完成是現(xiàn)有技術中通常所用的術語，它指100減去殘留羧端基除以非酸端基的摩爾百分數(shù)。
在實施本發(fā)明時，第一步優(yōu)選在管式反應器中進行。也優(yōu)選的是，第二步驟(它在第一步驟之后進行)是在相同或不同的第二管式反應器中發(fā)生。然而，技術人員會認識到，該酯化步驟能夠使用普通的現(xiàn)有技術工藝來進行，然后該縮聚步驟能夠在本發(fā)明的管式反應器中進行。類似地，酯化步驟通過使用本發(fā)明的管式反應器來進行，縮聚步驟能夠使用現(xiàn)有技術工藝來進行。根據(jù)本發(fā)明，第一步驟或第二步驟當中的至少一個是在管式反應器中進行。
這里使用的基本管式反應器裝置典型地是代替普通反應器所使用的標準管。一般地說，這里的管式反應器典型地是軸向細長的、大體上圓柱形的裝置，雖然形狀可能改變，如正方形或矩形，如果不損害本發(fā)明的目的的話。在某些方面，管式反應器能夠簡單地是中空或空的或基本上中空或空的管或管道。這里所定義的“中空或空的”是指該管或管道沒有附加的設備或內(nèi)件，尤其沒有混合、運輸或加熱該反應器或排放流體的內(nèi)部件，如攪拌器，靜態(tài)混合元件，用于控該流體流動分布的protruberences或混合器，填充物，刮刀，轉(zhuǎn)盤，例如，用于刮膜或薄膜反應器中的那些，擋扳，塔板，溢流管，螺旋，或加熱或冷卻環(huán)管，它們見于普通的反應器和見于一些管式反應器中。這里使用的中空或空的允許在管內(nèi)設置流量測量裝置，如孔板，或流量控制裝置，如控制閥或溢流堰。在本發(fā)明的一個方面，該管或管道具有光滑的內(nèi)表面。本發(fā)明的管式反應器不需要在管內(nèi)部的表面積增加組件，它也不需要膜形成增強器，而后者在現(xiàn)有技術的一些管式反應器設計中使用。
對于用于本發(fā)明的第一和/或第二步驟中的管式反應器，設計者可以考慮所希望的容量，質(zhì)量，攪拌，傳熱面積，和分離的標準。該設計者也可考慮反應器的工作容積，傳熱面積，液體的表面積，蒸汽管內(nèi)流通速率，反應器蒸氣速度，進入反應器和從反應器中出來的工藝流速，和傳熱介質(zhì)流速也可以考慮。更具體地說，對于反應器的各區(qū)段所需要的各管徑的長度，1，可通過使用反應器體積，Vr，和以下公式來計算
1＝Vr/(πr2)，其中r是管半徑。
對于各區(qū)段所需要的表面積，A，可以計算如下A＝2*1*SQRT(r2-(r-h)2)，其中h是在管中液體的高度和其中r大于h。
這些計算能夠通過考慮傳熱面積，蒸汽速度(在大多數(shù)標準反應器中的蒸汽流是垂直的，而在管式反應器中典型地是水平的)，和工藝流動速率，對于各反應區(qū)段來反復進行。這樣，能夠確定各管徑的長度。圖3含有該計算的實例。太小的管尺寸會產(chǎn)生起泡沫問題，該泡沫不會破裂，而太大的管尺寸會引起跨越該流體高度的太大壓降。反應器不僅受限于這些設計標準，因為其它因素可能導致非最佳成本設計，如材料可獲取性或反應器的表面積的次優(yōu)化。在某些方面中，該管尺寸是2英寸到24英寸，優(yōu)選6英寸到16英寸，更優(yōu)選12到16英寸。
在本發(fā)明中管式反應器的使用不必改變反應條件和投入到反應器中的原料。然而，反應條件能夠是不同的，事實上，對于本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)可加以改進。在某些實施方案中，管式反應器條件與現(xiàn)有技術的反應器條件相比得到改進，允許增強的性能，如較高純度產(chǎn)物(例如，較低DEG雜質(zhì))或改進的顏色。
技術人員能夠以制造聚酯的現(xiàn)有技術方法為基礎來確定此類操作參數(shù)，作為出發(fā)點。在一個方面，現(xiàn)有技術的操作條件是20-400℃的反應器溫度，優(yōu)選高于在反應器組中的任何給定點中該流體本體的熔點，從完全真空到500psig的壓力，至多約8小時的停留時間，和1.005∶1到6.00∶1的摩爾比，以二醇殘基與二羧酸殘基的摩爾比為基礎，其中該酸殘基基于酯和二醇殘基基于二元醇。這些條件或其它現(xiàn)有技術操作條件能夠改進和優(yōu)化以用于本發(fā)明的管式反應器設計。
除這一常規(guī)的綜述之外，特定的酯化和縮聚管式反應器工藝和裝置的考慮因素和屬性將更詳細地在下面以及在與本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)有關或無關的某些其它發(fā)明中進行討論。
酯化步驟對于在“酯化步驟”這一節(jié)下面的以下討論，包括全部小節(jié)(壓力分布圖，加熱等)，除非特定地有相反指示，否則在下面這一節(jié)中討論的本發(fā)明的工藝和裝置同樣地適用于并能夠用于縮聚工藝和裝置。
正如以上所指出的，在一個實施方案中第一步包括使用管式反應器讓起始原料反應成單體。在圖2中示出的一個實施方案中，管式反應器10具有進口12，出口11，外表面，和內(nèi)表面。在一個方面，管的內(nèi)表面在橫截面上是圓形、正方形或矩形的，優(yōu)選圓形的，因此形成了內(nèi)直徑。
對于酯化和縮聚管式反應器，該管式反應器優(yōu)選是由不與流過內(nèi)表面的物料反應的材料形成，其中包括，例如，鋼，鐵，合金，鈦，哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金，不銹鋼，碳鋼，鎳，鋁，銅，鉑，鈀，鋰，鍺，錳，鈷，鋅或它們的結合物。其它結構材料包括，但不限于，玻璃，陶瓷，有襯層的管，和塑料如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS)，聚丁烯(PB)，聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(PVC)，氯化PVC(CPVC)，聚丙烯(PP)，玻璃纖維，聚四氟乙烯，和增強環(huán)氧樹脂。通常使用不銹鋼，哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金和鈦，歸因于它們的性能，可獲取性和成本。對于酯交換和縮聚，催化材料也可用于該管。
在使用中，反應物典型地在靠近或接近進口(即與出口相比更接近進口)或鄰近于該進口(非常接近于進口或在進口處)被加入到管式反應器中。作為流過該管式反應器的反應物，該反應物在管式反應器內(nèi)彼此反應而形成單體，使得所形成的單體從出口離開。然而，不是所有的反應物必須在從進口橫穿到出口的同時反應成單體(即一些反應物在沒有反應成單體下離開出口)，這仍然屬于本發(fā)明范圍。另外一些單體可以反應形成低聚物，這仍然屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。在接近于或鄰近于管式反應器的進口被添加或注入的反應物可以是液體，氣體，固體，或淤漿的形式，或其它相的混合物。
最容易將反應物作為液體添加(例如EG和DMT)，因為這些反應物可以獨立地直接泵入管式反應器的進口或在該進口的上游或下游的另一個位置。在一個特殊的設計中，一種反應物可以經(jīng)過管式反應器的進口被添加和另一種反應物在進口的上游添加。在另一個特殊的實施方案中，一種或多種反應物可以經(jīng)進口添加和另一種反應物可以在進口和出口之間沿著管式反應器的長度在一個或多個位置添加。
當該反應物是流體時，可以使用泵，它在高于大氣壓力的壓力下排出反應物，典型地靠近該管式反應器的進口。更具體地說，泵能夠在足以讓物料貫穿該管式反應器和從出口離開的壓力下排放反應物，這包括克服摩擦力或損失，在勢能上的變化(高程)，和阻止物料流過管式反應器的其它力。該泵能夠是現(xiàn)有技術中已知的任何泵，它的非限制性例子包括離心泵(包括在線立式離心泵)；正排量泵；動力(活塞)；螺旋槳(雙頭，單頭，計時，不限時的)；旋轉(zhuǎn)(齒輪，多重-旋轉(zhuǎn)螺旋槳，圓周活塞，lore，旋轉(zhuǎn)閥，或柔性構件)；噴嘴(噴射器單噴嘴或多噴嘴)；或彎管泵。這些反應物能夠單獨泵抽或預先混合和一起泵抽。
流體反應物容易被泵抽，單獨地或混合在一起，但是固體反應物更成問題。正如以下更詳細地討論的，固體反應物能夠通過使用漿料泵，混合罐，獨特的混合和進料系統(tǒng)，與漿料罐一起整體構造的再循環(huán)環(huán)路，或這些裝置和方法的結合來添加。需要足夠的混合來溶解在液體中存在的任何固體，和提供氣體/液態(tài)混合以驅(qū)動該酯化反應。優(yōu)選，氣體/液體混合物在酯化反應器中處于氣泡或泡沫狀態(tài)。
壓力分布圖在優(yōu)選的實施方案中，與在鄰近出口的地方在內(nèi)表面上單體和/或反應物的壓力相比，在鄰近進口的地方在管式反應器的內(nèi)表面上反應物的壓力是較高的或更大的。為了實現(xiàn)這一壓差，管式反應器的進口優(yōu)選在被設置時要求在高度上低于出口(如圖2中所示)，使得在管式反應器的內(nèi)表面之內(nèi)所含有的流體產(chǎn)生的流體靜壓力部分地導致了壓差。也就是說，在下游和上游位置之間存在著流體靜壓力，使得在流體向上流經(jīng)管式反應器時，該壓力會增高。該流體靜壓力是液體密度(溫度和組成)，空隙率(添加的反應物，溫度，產(chǎn)生的反應副產(chǎn)物，從反應器中除去的氣體量)，在反應器內(nèi)兩點之間的高度或高度差異，和由于在管內(nèi)的流動所引起的壓降(流速，粘度，管直徑)的函數(shù)。
該酯化管式反應器也能夠采取不同的形狀。例如，在一種設計(未顯示)中，該管式反應器在進口和出口之間基本上是線性的，使得該管式反應器在軸向上是細長的。在另一個實例中，該管式反應器基本上是非線性的。在另一個實例中，該管式反應器具有交替的線性和非線性的區(qū)段。
該管式反應器能夠是基本上垂直的，水平的，或在兩者之間的任何角度。該管式反應器取向能夠與垂直面形成任何角度，從0度(垂直，即垂直于地面或底座)到90度(水平或平行于水平面)。在各方面，該管式反應器能夠與垂直面有0°，10°，20°，45°，60°，75°，85°，89°或90°的角度。該管式反應器與垂直面的取向角取決于許多條件，特別是所要制造的產(chǎn)物和所希望的壓力分布。例如對于PET生產(chǎn)，如果使用對苯二甲酸，水平取向是優(yōu)選的，而如果使用DMT工藝，垂直取向是優(yōu)選的。對于PETG，垂直取向是優(yōu)選的。
在各實施方案中，該酯化管式反應器能夠具有立式構型。在此類垂直構型的各實施方案中，管式反應器的進口能夠位于出口垂直下方的至少20，50，75，80，90，或100英尺。在其它實施方案中，該進口能夠位于出口垂直下方的20到200，50到200，50到175，90到150，或100到140英尺。
另一個同樣有前途的設計包括在進口和出口之間是非線性的管式反應器。一種這樣的設計示于圖2中，其中該管式反應器是在前平面視圖中的曲折狀。非線性的管式反應器的其它形式包括，但不限于，以下設計扭轉(zhuǎn)；纏繞；雙股纏繞；盤管；扭彎；環(huán)繞(曲線運動)；盤旋；扭曲；曲折；轉(zhuǎn)角；彎曲；和/或迷宮式。
在另一個設計中，該管式反應器沿著非線性、水平走向從進口延伸到出口，然后以另一非線性水平面走向垂直地延伸到另一水平面，而且這一過程可以重復到所需的任何高度(和寬度/長度)。這產(chǎn)生了具有層狀非線性、水平走向的堆疊設計。
在供選擇的實施方案中，該酯化(或縮聚)反應器能夠是一系列的上下垂直段(rises)。具體地說，該酯化反應器(或縮聚)與圖2的相當，但旋轉(zhuǎn)90度。即參考圖16，該起始原料在12處被泵進，并以交替的形式垂直向上和垂直向下。這一設計讓進料在壓力下進入，然后走向低壓，和再回到高壓，隨后前后交替。蒸汽能夠在低壓區(qū)段中被除去。流出液在11處離開。
在這些非線性的設計中，該管式反應器優(yōu)選包括在進口和出口之間設置的多個彎管。這些彎管通常構成四十五(45)或九十(90)度的角度，但其它角度也可考慮。當反應物和/或單體貫穿該彎管時，各彎管改變管式反應器內(nèi)的流向。流動的方向可以相對于靜止水平面如建筑物的地面，或相對于靜止垂直面如建筑物的墻壁，或相對于靜止水平面和垂直平面兩者來改變。當該反應物和單體流過該彎管時，與管式反應器的直線段相比物料有更理想的混合。
還可考慮設計該管式反應器以獲得所希望的壓力分布。本技術領域中的技術人員會認識到，當反應物和/或單體處于液體形式時，液體的壓力在它沿著水平取向的管式反應器的一部分流動時基本上是恒定的。即，沿著管式反應器的水平區(qū)段沒有流體靜壓力差別，但是當液體流向下游時發(fā)生摩擦損失，這將改變沿著管式反應器的水平區(qū)段的壓力。相反，當管式反應器的該部分是以更垂直地流向下游的方式取向時，流體的壓力則以增加的速率下降。
現(xiàn)在參考圖10和11，這些工程原理可用于本發(fā)明的實施方案中以對流過該管式反應器的反應物和/或單體產(chǎn)生所需的壓力分布。圖11的分布圖21-25對應于圖10的視圖21-25。改變該管的構型會改變該壓力分布。圖10和11在原理上是正確的，但是實際上，沿著水平管的壓降僅僅通過沿著管長度的摩擦壓降來減少。水平管的僅僅垂直尺寸會導致在管式反應器內(nèi)的相當?shù)偷膲毫?，因此在直立或垂直取向的區(qū)段中出現(xiàn)主要壓降。因此，描繪了壓力與長度或時間的關系的圖11事實上以脈沖方式，而不是以所描述的單調(diào)(monatomic)方式出現(xiàn)。以筒圖的這一理解描述各構型。圖10的視圖21是一系列的等間隔的管，若假設等流體密度和空隙率，它們導致在反應器中的線性壓降。視圖22顯示了管式反應器，在開始有較小的壓降和在后四個加寬間距的反應器區(qū)段中有較大壓降。在圖10的視圖23中描繪的管式反應器具有大的初始壓降，這由增大的垂直部分產(chǎn)生和在反應器的后四個區(qū)段中的較小壓降。視圖24顯示了具有四個區(qū)段的管式反應器，每一區(qū)段有小的壓降和在各區(qū)段之間有大的壓降。視圖25設計允許該反應器分步降低壓力。正如所指出的那樣，對于視圖21至25的壓力分布以圖示方式作為分布圖21-25顯示于圖11中。應該認識到，這里所述的構型是僅僅舉例而已。許多其它構型能夠根據(jù)這里所討論的原理來設計。
在另一個實施方案中，可以考慮在與出口大致相同的垂直高度上有進口(即大致上水平取向的管式反應器)，以使得在進口的壓力將大于出口的壓力，這歸因于當物料沿著管式反應器的內(nèi)表面流動時所存在的摩擦損失。在進口和出口之間的壓差將不如具有比出口更高(垂直高度)的進口的那一實例那樣大。雖然是不理想的設計，但是也在本發(fā)明范圍內(nèi)的是將反應管取向，使進口在垂直高度上高于出口。
隨著流體在真空下向上流動，在酯化反應器的頂部中的壓力將處于真空之下。在一個方面，在該真空區(qū)段之前，排氣管可用于除去大部分的水。在這一實施方案中，縮聚反應器的第一部分將放置在酯化反應器的頂部上。這將使該裝置工藝變得更小，該縮聚工藝/裝置的一部分在酯化側。在另一個實施方案中，也可省去在該設備中的最長的汽壓升降器。另外，在另一個方面，熱交換器可在排氣管之后用于該反應器管線中。
加熱加熱反應物會提高反應速率，有利于形成單體和發(fā)生縮聚。因此，本發(fā)明的另一個任選的特征是用于加熱貫穿管式反應器的反應物和/或單體的裝置。而且，沿著管式反應器的內(nèi)表面加熱該物料至沸騰會通過如下來加強混合(1)在由沸騰所形成的氣體/蒸汽和沿著管式反應器流動的周圍液體(或固體)之間產(chǎn)生浮力差別和(2)破裂由在管式反應器的內(nèi)表面和與內(nèi)表面接觸的物料之間的摩擦力所產(chǎn)生的邊界層。在各方面，在酯化工藝、縮聚工藝或酯化和縮聚兩工藝中的至少一些流體被加熱至沸騰，以獲得有效的混合。在其它方面，至少一些流體能夠利用其它方式，如通過降低系統(tǒng)壓力或添加比需要沸騰的流體有更高蒸汽壓的組分，來調(diào)節(jié)至沸騰。本領域中的技術人員會認識到，對于泡核沸騰(即獨個氣泡或泡柱的產(chǎn)生)有最高的傳熱速率，但是也考慮其它類型的沸騰。
下面的表提供了本發(fā)明所要處理的舉例性組分的沸點。當然，除以下所列舉的那些以外的其它組分也可使用

管式反應器的加熱設備能夠采取很多形式。該管式反應器可以通過流過各表面的多種介質(zhì)來加熱。更優(yōu)選，本發(fā)明包括傳熱介質(zhì)(“HTM”)，它與沿著管式反應器的至少一部分在其進口和出口之間的該管式反應器的外表面實現(xiàn)熱流通。該傳熱介質(zhì)能夠圍繞該外表面的整個外徑并且基本上延伸該管式反應器的全長。也可通過插入換熱器或通過添加熱或處于蒸汽狀態(tài)下的反應物來進行加熱。在一個方面，在PET或PETG工藝中，該乙二醇和/或CHDM能夠趁熱或以蒸汽狀態(tài)添加。另外地，可以使用感應加熱或微波加熱。
熱交換器可用于反應物進料管線中以加熱或汽化反應物。熱交換器還可以在該管式反應器中間使用，其中該管式反應器處于不同的區(qū)段中和來自各區(qū)段的各流出液被輸入到熱交換器以加熱該反應物和/或單體單元。在該管式反應器系統(tǒng)中的這一熱交換器是尤其有用的，如果管式反應器使用無夾套的管的話。熱交換器能夠是反應器組的低成本組件，這取決于套管的安裝費用與換熱器的安裝費用。典型地，在該酯化和早期的縮聚中，流體的溫度控制停留時間，因此熱輸入是限制性設計因素，而不是反應動力學。所以，為了最大程度地減少體積和費用，快速的加熱能夠加速該工藝。換熱器能夠在沿著長度方向的任何位置插入，如在酯化反應器、縮聚反應器或再循環(huán)環(huán)路的進口和出口中間或靠近或鄰近進口或出口，或在任何反應器之間(在酯化反應器之間，在縮聚反應器之間，或在酯化和縮聚反應器之間)，鄰近或靠近該酯化或縮聚反應器的任何一個的進口或出口，或靠近、鄰近或在任何汽壓升降器內(nèi)。優(yōu)選，熱交換器位于各反應器區(qū)段的開始，其中壓力發(fā)生變化，因為蒸發(fā)作用會冷卻該流體。因此，如以下所述，靠近或鄰近該汽壓升降器插入熱交換器是有利的。如果無夾套型的管用于酯化，則低成本的選擇是在酯化工藝的開始使用熱交換器，和沿著反應器的長度使用附加的熱交換器以便隨著副產(chǎn)物蒸發(fā)而使溫度回落。在一個方面，該換熱器在酯化工藝的開始被密集和稍后被拉大距離，因為在酯化的開始，蒸發(fā)的副產(chǎn)物的量更大。
傳熱介質(zhì)的一個例子包括包圍管式反應器的外表面的多個電加熱組件。也考慮使用包圍外表面的套管，其中該套管具有比管式反應器的外表面更大的內(nèi)表面以便在外圍形成環(huán)形空間。傳熱介質(zhì)，包括例如液體，蒸氣，蒸汽，過熱水，壓縮氣體，冷凝的蒸氣氣體，輸送的固體，電伴熱，電加熱組件，或它們的聯(lián)合，被定位于該環(huán)形空間之內(nèi)。對于流體傳熱介質(zhì)(即，液體，蒸氣，或蒸汽)的使用，環(huán)形空間應該在橫向上是密封的，使得流體在該進口和出口之間縱向流動。更具體地說，希望在這一實施方案中使用流體傳熱介質(zhì)，該流體在環(huán)形空間中的流動方向與流過管式反應器的物料的方向相反(即傳熱介質(zhì)從出口流動到進口，因為反應物和單體從進口流動到出口)，雖然并流HTM流徑也可以使用。
以該傳熱介質(zhì)流速為基礎，設計者必須保證在工藝管道和套管之間的環(huán)形空間中傳熱介質(zhì)的速度屬于優(yōu)良管道設計的合適速度。對于本專利申請，大約四到約十八英尺/秒線性速度的速度一般認為是合適的。如果該速度太高，則套管直徑必須增大。
也可設想的是，傳熱介質(zhì)還可以流過該內(nèi)管或處于內(nèi)管之內(nèi)而工藝流體處于在內(nèi)管的外表面和外管的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間之中。這一設計可減少工藝管道的表面積和需要較大的外管，但是對于一些傳熱介質(zhì)如高壓介質(zhì)則是有益的。HTM同時在工藝流體的內(nèi)部和外部，而工藝流體在中間的環(huán)形空間之中可以增加更多的面積。
如果希望在反應器的區(qū)段中有更多的傳熱，則表面積與工藝體積比必須增大。這伴隨使用更小直徑的工藝管道。較小的工藝管道將增大工藝線性速度，但是只要該流速不致于高到它引起管道腐蝕并且不處在管式反應器的拆卸部分中，則是可接受的。這些較高表面積的區(qū)段將影響管式反應器的成本。如果該工藝流速太高，則應使用多個平行管。
脫氣在從進口流動到出口的同時，反應物，單體，低聚物，聚合物，和副產(chǎn)物將因為化學反應、加熱或其它原因而形成蒸氣或氣體。本發(fā)明也任選包括用于在管式反應器的進口和出口中間和/或在出口處，靠近出口或鄰近出口處，從管式反應器中除去蒸氣的設備。這一除去有助于驅(qū)動該反應達到有利的平衡和/或控制相流動達到所希望的狀態(tài)。在某些方面，該除去位置能夠是在一個或多個或全部區(qū)段(“區(qū)段”指酯化區(qū)段和各縮聚區(qū)段)的末端和/或在各反應器區(qū)段之內(nèi)的一個或多個位置。
參見圖20A，顯示了在水平管中的二相流的八種不同的流動狀態(tài)。暗區(qū)代表液體和亮區(qū)代表氣體。在泡流狀態(tài)，氣體的氣泡沿著管的上部移動，大致與液體的速度相同。在活塞流狀態(tài)，液體和氣體的交替的活塞流沿著管的上部移動。在分層流狀態(tài)，液體沿著管的底部流動和氣體在上方流動，在平滑液體/氣體界面之上。波式流動類似于分層流動，只是氣體以更高的流速移動和界面受到在流動方向傳播的波的干擾。在段塞(slug)流狀態(tài)，該滾進波被更快速運動的氣體所夾帶而形成段塞，它以高于平均液體速率的一種速度下穿過管道。在環(huán)形流狀態(tài)，液體以在管內(nèi)壁周圍的薄膜形式流動而氣體在高速度下作為中心核心來流動。該表面既不是對稱的，也不是平滑的，而類似于被疊加在高速氣流(squalls)之上的滾進波，如對于波式流動已指出的。在分散或霧狀流動中，大部分的液體作為噴霧被氣體所夾帶。該噴霧似乎是由將液體劈裂離開該滾進波的波峰的高速氣體所產(chǎn)生的。沫狀流類似于泡流，僅僅有更大的泡或空隙率。參見，Robert S.Brodkey，“The Phenomena of Fluid Motions”，Addison-WesleySeries in Chemical Engineering，457-459頁，1967。
對于本發(fā)明的酯化工藝，在管式反應器中的沫狀流或泡流是在其中操作的最佳方式，因為它提供了蒸氣和液體的良好混合以利于該反應。對于本發(fā)明的縮聚步驟，在管式反應器中的分層流動是最佳流動方式，因為它提供蒸氣副產(chǎn)物從該液體產(chǎn)品中的良好離析。分層流動也是在酯化或縮聚中本發(fā)明管式反應器的放氣的最佳流動。從圖20B中可以看出，它是蒸氣質(zhì)量流量(By)與液體/蒸氣質(zhì)量流量的比率(Bx)的Baker曲線，顯示了在水平管中二相流的各種流動狀態(tài)。對于兩相流的Baker曲線，一般參見例如US專利6,111,064。如上所述，沫狀流或泡流對于酯化工藝是最佳的，而分層流動對于縮聚工藝的預聚物和后縮聚步驟是最佳的。段塞和活塞流可能導致設備損害，環(huán)形的和分配(disbursed)，提供太低的停留時間，而波式流動將工藝液體夾帶到氣流中，這引起在氣體處理設備中的結垢。
在某些實施方案中，在酯化的早期部分中，固體能夠存在，這會產(chǎn)生三相流。然而，以上所述的最佳流動狀態(tài)與液體和氣體有關系。固體事實上不影響氣體/液體流狀態(tài)，但是應該指出，為了獲得透明度，如果存在固體，它不能是真實的二相流，因為存在第三(固體)相。
在流體狀態(tài)之間的運動可通過改變設備容量，提高再循環(huán)比率，改變在該工藝中的再循環(huán)除去位置，排放蒸氣，改變管徑，使用平行管，利用諸如溫度、壓力、組成之類的措施改變物理參數(shù)，添加稀釋劑或惰性組分，或通過其它方式來實現(xiàn)。
參見圖20B，對于酯化工藝，為了在圖的右手方向上運動，該再循環(huán)能夠在量或比率上提高以實現(xiàn)沫狀或泡狀。為了在圖上向上運動，使用較小直徑的管。向左運動，可使用附加的通路。對于該縮聚工藝，如果該蒸氣速度太高，則附加的平行管能夠被增加來降低蒸氣速度，以獲得分層的二相流狀態(tài)。
圖24顯示了本發(fā)明制造PET均聚物方法的一個實例的可能的一組雙相狀態(tài)。在這一實施方案中，該酯化反應器在沫或泡狀態(tài)下在位點400處開始，并隨著該工藝貫穿該反應器進行，緩慢地移動至位點401。在分層流區(qū)段中的位點402處，兩相的分離降低了速度，然后貫穿第一壓力區(qū)分離器，例如汽壓升降器，進入到在位點403處的縮聚第一階段。該工藝沿著通路進行到位點404，直至到達了第二壓力區(qū)分離器，使流動狀態(tài)移動到位點405。該工藝沿著通路行進穿過位點406，到達最后壓力區(qū)段分離器。最終的縮聚區(qū)段沒有顯示，因為它不在這一圖解的規(guī)模上，但具有與開頭兩個區(qū)段相同的圖案。
另外，從系統(tǒng)排放氣體能夠控制蒸氣流以及液體/蒸氣流的比率。排氣可除去蒸氣。這使該工藝向下運動(較少蒸氣流)和向左運動(較高的液體/氣體的比率)。下面的實施方案顯示了一些方法，它們用于在圖中任何方向上運動以改變流動狀態(tài)。
夾帶氣能夠通過在脫氣外殼體(enclosure)中流體流速的控制降低，連同從脫氣外殼體中收集氣體的控制排放，從泵抽的液體中排出。更優(yōu)選地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在泵抽的流體流中夾含的氣體能夠通過在流體流的流路中引入一定長度的脫氣管道而從泵抽的液體中分離出來，并通過立管或流量控制排氣管而釋放所分離的氣體。這里使用的術語“夾含”和類似術語，是指在流體中存在的未溶解氣體；例如，在流體中的氣體呈現(xiàn)泡，微泡，泡沫，沫等形式。
在一個目前優(yōu)選的實施方案中，該蒸氣排放設備或脫氣設備包括引入到管式反應器中的排氣管或排氣機構。排氣機構在定位之后應使得全部或一部分在管式反應器內(nèi)表面之內(nèi)貫穿的反應物和單體，當從進口流動到出口時也流過該排氣機構。
現(xiàn)在參見圖7a-7f，該排氣機構用于減慢在管式反應器中的反應物和/或單體的速度達到足以允許夾帶氣從該流體反應物和/或單體中分離的一種程度。該排氣機構優(yōu)選產(chǎn)生層流，分層流，非圓形流，雙相氣體/液體流。為了提供所希望的雙相(氣體/液體)流而在排氣機構中減小速度的程度能夠由本技術領域中的技術人員通過使用(1a)可能存在的氣泡的尺寸和流體的粘度，或(1b)該液體和氣體兩者的物理性能，和(2)預料的流過該管式反應器的流速來確定。排氣機構的內(nèi)部尺寸經(jīng)過選擇后提供比管式反應器鄰近排氣機構處的橫截面積更大的供流體輸送用的橫截面積?；谫|(zhì)量流速原理，因為內(nèi)徑增大，恒流速的速度會下降。對于較慢的速度，氣體會上升并從溶液中逸出，一直到所釋放的氣體的壓力阻止額外的氣體從溶液中逸出為止。排放所釋放的氣體可使附加的氣體從溶液中逸出，因為在溶液中的氣體和從溶液中逸出的氣體之間最初存在的平衡發(fā)生偏移。
對于在本公開物中公開的在反應物和/或單體中的夾帶氣的分離，例如，希望該排氣機構降低流體流過的流速，使得優(yōu)選在酯化工藝中實現(xiàn)沫狀或泡狀二相流狀態(tài)和優(yōu)選在該排放和縮聚工藝中實現(xiàn)分層二相流狀態(tài)。流體在排氣機構中的停留時間也通過排氣機構長度的合適選擇來控制，以允許在排氣機構內(nèi)在減慢的速度下有足夠的時間，使得夾帶氣從液體中充分分離。對于具體的流體流的合適停留時間可由本領域中技術人員通過實驗或依據(jù)經(jīng)驗來確定。
為了獲得最好的結果，該排氣機構基本上水平設置或取向，以使得在流過它的反應物和單體內(nèi)的蒸氣和氣體將基本上水平地流動并在排氣機構的頂部區(qū)域中收集。所希望的排氣機構的屬性使得從溶液中逸出的氣體被任何設計所捕集，該設計能夠讓液體在底部上通過但限制氣體在頂部中的流動。
用于從液體反應物和單體中氣體分離的幾種設計包括，但不限于，在圖7a-7f中的那些。在圖7a-7f中的各實施方案具有接收該流體和氣體/蒸氣混合物的進口31，流體出口32，T形管36，和氣體/蒸氣出口33。該排氣機構能夠包括偏心圓平底漸縮管37以減慢該流體進入分層狀態(tài)的速度和最大程度地減少該液體夾帶到蒸氣中。
該漸縮管允許具有一定量的表面積，使得在液面上的蒸氣速度足夠地緩慢，這樣當蒸氣釋放時該蒸氣不會拖帶液體，和具有足夠的液體通路橫截面積，使得線性速度足夠緩慢，蒸氣泡利用浮力差別從液體中分離，引起兩相分離。當對于管徑或反應器容量沒有限制時漸縮管是優(yōu)選的。如果管徑被限制而設備容量沒有限制，漸縮管的替代方案是提供管并且是平行的，以便在更短的通路長度上提供較低的線性速度和更大的表面積。
該排氣機構優(yōu)選具有比管式反應器的內(nèi)徑更大的有效性內(nèi)徑(或更大的流動面積)。速度還可以通過使用在圖7f中示出的多個平行管來降低。在一個方面，圖7f的系統(tǒng)不需要在進口上的漸縮管。在圖7e和7f中的構型能夠用38處的溢流堰(逆轉(zhuǎn)溢流堰)進一步增強，它處于在T形管36和在T形管右邊的肘管之間的管的上半部分中。
當氣體和蒸氣從排氣機構內(nèi)的溶液中逸出時，它們必須被除去。為此目的，該排氣機構優(yōu)選進一步包括聯(lián)接于排氣機構的直立脫氣立管。該脫氣立管具有與排氣機構實現(xiàn)流體連通的接收端和在垂直高度上高于入口端的位置相對的排氣端。雖然考慮直線實施方案，但是優(yōu)選的是，該脫氣立管在接收端和排氣端之間是非線性的。
在一個實施方案中，該排氣管進一步包括聯(lián)接于排氣管的直立式脫氣立管，其中脫氣立管具有與排氣管實現(xiàn)流體連通的接收端和在入口端之上垂直地設置的相反側排氣端，和其中脫氣立管在接收端和它的排氣端之間沿著其縱向非線性地延伸，和其中脫氣立管由彼此實現(xiàn)流體連通的三個鄰接段組成，第一段與接收端相鄰并基本上垂直地從排氣管延伸，第二段聯(lián)接于第一段并從平面上看以相對于第一段的一定角度來取向，和第三段聯(lián)接于第二區(qū)段并從平面上看以相對于第二段的一定角度來取向，使得第三段基本上水平取向。在一個方面，該排氣管是聯(lián)接于第三段水平管的第一段立管，而第二段管以除了0或90度以外的任何角度，優(yōu)選以45度角度連接垂直與水平管。在各方面，大體上垂直的，相對于第一段，包括，第一段以相對于垂直面約0-約60度的角度，相對于垂直面約0-約50度的角度，相對于垂直面約0-約45度的角度，相對于垂直面約0-約30度的角度，相對于垂直面約0-約15度的角度，或相對于垂直面的約0度(垂直)而取向；第二段以相對于垂直面的約5-約85度，約15-約75度，約30-約60度，或約45度的角度而取向；和大體上水平的，相對于第三段而言，包括以相對于水平面正或負約45-約0度，正或負約30-約0度，正或負約15-約0度，正或負約5-約0度，或約0度的角度而取向。相對于第三段的正或負在意義上指第一和第二段典型地以相對于垂直面的一定角度來設置，使得流過的蒸氣或氣體流沿著向上方向前進(液體最初向上前進但然后在完全分離之后沿著向下方向運動回到該工藝中)，而第三段能夠沿著向上，水平，或向下的取向被取向。在另一個方面，第一段以相對于垂直面的約0度-約60度角度取向，第二段以相對于垂直面的約5-約85度角度取向，而第三段以相對于水平面的約0-約45度角度取向。在另一個方面，第一段是以相對于垂直面的0度角度取向，第二段是以相對于垂直面的45度角度取向，和第三段是以相對于水平面的0度角度取向。優(yōu)選地，第一段是以相對于第二段的大約45度角度取向，和第三段是以相對于第二段的大約45度角度取向。優(yōu)選，該第三段與實現(xiàn)流體連通的生產(chǎn)流水線保持并流，如圖7g中所示，如果圖7g的設備在其中出口33連接于進口34的圖7a-7f上直接設置或顛倒，則被示出，或如圖8中所示(假設元件137處于與T形管36或139相同的平面視圖平面上)。然而，該第三段能夠是逆流的，或甚至在并流和逆流之間的點。逆流能夠提供更有效的分離，但存在著設備布置缺陷。因此，該脫氣立管產(chǎn)生了從第一段到第二段的非線性通路和然后從第二段到第三段的另一個非線性的通路。在另一個方面，該第三段是以相對于水平面的負45度角度設置，在第三段中產(chǎn)生向下流動通路，和對于這一方面，優(yōu)選該第三段是以相對于第二段的90度角度而取向，它優(yōu)選以相對于垂直面的45度角度取向。該排氣管是發(fā)揮分離功能的極低成本構型，在排氣管的基本管道設計中沒有運動機件，而且排氣管僅僅是空的管。
如圖7g和圖8中所示，脫氣立管的優(yōu)選實例是在彼此實現(xiàn)流體連通的三個鄰接區(qū)段中形成的第一區(qū)段鄰近接收端并大體上垂直地從該排氣機構延伸；第二區(qū)段聯(lián)接于第一段并從平面上看以相對于第一段的大約45度角度取向；和第三區(qū)段聯(lián)接于第二區(qū)段并從平面上看以相對于第二區(qū)段的約45度角度取向，使得該第三區(qū)段大體上水平地取向。
共同的特征是該立管垂直地取向和該排氣機構水平地取向，這產(chǎn)生了從進口到出口的非線性通路和因此使氣體逸出但液體不會從立管中流出。參見圖7g或圖8，排氣機構排列同樣適用于該酯化工藝，管長度136和145經(jīng)過調(diào)節(jié)直到從組件144(或在圖7g中的進口34)到組件137的直線通路變得不可能為止。因此，在進口34和出口35之間不存在直線通路。這一非線性會引起蒸氣中的全部或大多數(shù)液滴撞擊在排氣管的一些表面上。因此，圖7a-7f顯示了六個不同的蒸氣分離排列，圖7d，7e和7f的實施方案是最優(yōu)選的，因為它們不具有凹陷點，后者在排放操作中是有害的。在圖7a-7f的各實例中，圖7g氣體/蒸氣進口34的實例是與圖7a-7f的排放“T形管”36的出口33實現(xiàn)流體連通地設置，使得蒸氣首先前進穿過圖7g的垂直段，然后穿過對角段，然后穿過水平段，和從出口35離開。
也希望在脫氣立管內(nèi)包括流量控制裝置以控制流過該管的流體的流量。該流量控制裝置可以是，例如，孔板；減壓閥；控制閥；手動閥；異徑管段；出口壓力控制；噴嘴；和/或穿過液體形成的壓頭的氣泡。
該流量控制裝置優(yōu)選導致在管式反應器這一距離中所產(chǎn)生的蒸氣的大約百分之九十通過，而剩余的百分之十被液體所保留。這一大約九十/十的百分比率確保了液體不穿過氣體管路并保留了大約百分之十的氣體以混入該管式反應器中。所產(chǎn)生的氣體的量不能接近最大值百分之一百，因為液體與氣體會一起流入立管中。
脫氣立管的排氣端典型地與蒸餾系統(tǒng)(蒸氣流過它或被放空)實現(xiàn)流體連通。也有可能將蒸氣排放到環(huán)境中。當排氣端與蒸餾系統(tǒng)實現(xiàn)流通時，在脫氣立管的排氣端處的壓力能夠加以控制，而當排放到環(huán)境時，排氣端處于大氣壓力下。
本領域中的技術人員會認識到，蒸氣除去的效率可通過增大鄰近該排氣機構且在該排氣機構之前的管式反應器的內(nèi)徑來改進，以最大程度地提高液體的表面積和最大程度地減小在管徑的一半處表面上的蒸氣速度。如果在分離的附近處在管中的速度太高，則管徑將按照例如在圖7d中所示膨脹。在一些實施方案中，該擴大段優(yōu)選具有偏心圓平底漸縮管，以防止在反應器中形成氣阱。這些氣阱減少了反應面積，因此降低了能力，和不能在工藝中容易地排除。在圖7d和7f中示出的構型不會捕集液體并使得在裝置停機時可以完全排出。該排氣機構能夠具有與它所連接的管道相同的尺寸，更小或更大的直徑。在一個方面，該排氣管是比需要排放的管管徑更大的至少一種標準管，在另一個方面，是需要排放的管的尺寸的兩倍。因為這里的管式反應器設計的典型最佳管尺寸正常是現(xiàn)有的最大管尺寸，所以讓排氣管大于需要排放的管是不實際的，用于降低速度的多個排氣管能夠作為替代設計方案來使用，如圖7f中所示。
如果需要或希望有附加的表面積，則可以在同一高度安裝附加的管，其中附加的管彼此平行和全部包括排氣機構(參見，例如，圖7f)。這一系列的平行管和排氣機構提供了從反應物和單體中分離氣體的附加面積。
本領域中的技術人員將會認識到，不需要脫氣來維持管式反應器內(nèi)的反應，但是氣體的排出可通過除去限制性物質(zhì)來增強反應速率。這一氣體除去也減少了空隙率，使最終的反應器體積變小。
本領域中的技術人員還認識到，多個排氣機構能夠在管式反應器的進口和出口之間用于該管式反應器。例如，在一個實施方案中，酯化或縮聚反應器具有第一段和第二段的至少兩個段，和其中在縮聚反應器中降低了壓力，該降低(壓力)步驟包括被引入到縮聚反應器中的至少兩個脫氣機構以使得在反應器內(nèi)表面之中穿行的縮聚流體當從縮聚反應器的第一端流動到第二端時，也順序地流過兩個各自的脫氣機構，和其中該兩個脫氣機構分別位于縮聚反應器的第一段和第二段。在一個方面，酯化或縮聚反應器的第一段和第二段彼此保持在不同的壓力下。在另一個實施方案中，該酯化或縮聚管式反應器包括頂段，中段，和底段，這些區(qū)段中的每一個包括至少一個排氣機構。在特殊的方面，該縮聚反應器包括頂段，中段和底段，和其中在縮聚反應器中降低壓力，該降低壓力的步驟包括被引入到縮聚反應器中的至少三個脫氣機構以使得在反應器的內(nèi)表面之中穿行的縮聚流體當從縮聚反應器的第一端流動到第二端時，也順序地流過三個各自的脫氣機構，和其中三個脫氣機構位于縮聚反應器的頂段，中段和底段?？s聚反應器的頂段、中段和底段能夠彼此保持在不同的壓力下。另一個設計考慮，正如所指出的那樣，在管式反應器內(nèi)包括多個彎管，它們能夠協(xié)助從反應物和單體中除去蒸氣。更具體地說，管式反應器包括設置在排氣機構上游的第一彎管和設置在排氣機構下游的第二管。
反應物加入到該管式反應器中反應物的添加在上面是利用泵將流體反應物加入到管式反應器來實現(xiàn)。本部分討論了將反應物加入到該管式反應器中的替代性方法，其中包括使用漿料罐，混合罐，供選擇的進料系統(tǒng)，和再循環(huán)環(huán)路。
本領域中的技術人員會認識到，對于各方法，按照以下所討論來添加反應物，該反應物可以處在標準轉(zhuǎn)移條件下，或另外地和優(yōu)選地，該反應物可以在進入反應器中之前進行預熱，以使得不存在冷的、不良混合的區(qū)段。本領域中的技術人員還會認識到，在進口的上游或下游位置添加冷的反應物到管式反應器中是有益的或必要的。
在一些實施方案中，用于加料到管式反應器中的額外反應物管線優(yōu)選從頂部向下加入到反應器中，其中進入位置可以是這里所述的任何位置或由本領域中的技術人員來選擇。這一反應物管線應該在該位置和反應物進料點處增加超過反應器內(nèi)容物熔點的溫度下的外套管。這一設計可防止反應物管線發(fā)生堵塞，當流動停止時和(1)控制閥沒有密封和(2)止回閥沒有完全地關閉，兩者是現(xiàn)有技術的聚酯裝置中的通常情況。
泵送流體反應物正如以上更徹底地討論的，更容易地將反應物作為液體(即EG和DMT)來添加，因為這些反應物可以直接泵抽到管式反應器的進口中或在該進口上游的另一個位置泵入。該泵在靠近管式反應器的進口處在高于大氣壓力下排出反應物。這些反應物能夠單獨泵抽或預先混合和然后一起泵抽。
使用漿料罐注入固體材料酯化反應器的主要目標是將反應器中的酸類完全反應或轉(zhuǎn)化成單體和低聚物。為了達到這一目標，固體酸，如對苯二甲酸，必須保持在反應器中直到它溶解為止。漿料罐常常用于協(xié)助混合和共混，和US專利No.3,644,483公開了該漿料添加的使用。如果希望有漿料罐，任何固體的漿料能夠在有或者沒有再循環(huán)環(huán)路情況下加入管式反應器的進口中或在沿著管式反應器通路的任何位置被加入，正如以下所述的。
混合和進料罐系統(tǒng)參見圖15A，混合罐41填充了所要添加的液體。合適的液體將溶解所選擇的固體或與之形成淤漿。合適的液體包括EG，甲醇，CHDM等。乙二醇將在本節(jié)中用作一個例子。EG被加熱或冷卻到合適的溫度，這取決于添加劑和EG添加溫度，它是環(huán)境條件和預先處理的函數(shù)。熱交換器46，混合罐外夾套，或內(nèi)部加熱環(huán)管等用于通過使用溫度控制器45來加熱和冷卻該混合物，當該混合物用泵43(當使用混合罐夾套或內(nèi)部加熱環(huán)管時該泵是不需要的，但該泵可用于增強傳熱和傳質(zhì))來再循環(huán)時。該熱交換器典型地提供有蒸汽47和水48，但是任何合適的加熱和冷卻介質(zhì)或機構都能夠使用。該添加劑借助于攪拌器44，泵43或兩者來添加，兩者用于懸浮該固體物，直到它們?nèi)芙獾紼G中為止。在罐42中的液面高度經(jīng)過監(jiān)測來控制EG的添加并且指示何時該罐已空可以進行下一輪混合。混合物通過使用泵43從混合罐41泵抽到進料罐51中并穿過三向閥60或一對兩向控制閥(未顯示)。
進料罐51液面高度49通過從混合罐41中添加混合物來控制。當混合罐41空了時，進行下一輪混合，而在進料罐51中的剩余容積繼續(xù)為該工藝進料。泵52和53為進料匯管59供料，將混合物供應給進料系統(tǒng)57和58，控制添加劑流入工藝中。進料罐溫度借助于溫度控制器54，通過使用蒸汽55和水56或任何合適的溫度控制介質(zhì)或機構來控制。攪拌器50用于保持在進料罐中的均勻混合。
泵52和53可以經(jīng)過安裝后直接為聚合物管線供料，無需使用匯管59。每根管線需要備用至少一個泵，視情況而定。
供選擇的系統(tǒng)按照在圖15B中所示，如下來進行。EG被加入到無夾套的管72中，它在這一系統(tǒng)中用作罐。該管72垂直地安裝在該裝置中，在不用的空間中或附著于外壁上。該管72可具有水平組件以便有利于安裝或增加體積，但是這一安裝不必具有用于已溶解固體的捕集器。在合適量的EG被加入到管72中之后，其由液面75監(jiān)測，循環(huán)泵74被啟動。混合系統(tǒng)溫度借助于溫度控制器77，通過使用蒸汽78和水76或任何合適的溫度控制介質(zhì)或機構來控制，在此情況下使用有夾套的管73來控制。添加劑被添加和泵74循環(huán)繼續(xù)將固體懸浮于管73中，直到固體溶解為止。當固體溶解時，閥門81被切換，引導流向進料罐82。
進料罐82應該具有合適的體積以使混合物得以形成和傾卸(dumped)并在第一混合物有差錯時讓第二混合物得以形成。在一個方面，罐82的進口剛剛高于底蓋的焊線。進料罐82的溢流優(yōu)選在罐蓋焊線之間在罐長度的95％的距離上。來自泵74的混合物經(jīng)閥門81引入到進料罐82中和從罐82中溢流，經(jīng)管71回到混合系統(tǒng)的管72中?；旌衔锝?jīng)由泵74流過混合系統(tǒng)和進料罐可為兩系統(tǒng)提供混合和溫度控制，使得在罐82中不需要溫度控制，液面控制和混合(攪拌)?；旌衔锉患尤氲窖b置中，穿過匯管59和系統(tǒng)57和58。在一個方面，不需要泵，因為該罐82在位于一定高度上，為添加劑系統(tǒng)提供排出壓力。當混合物通過中間站57和58(顯示了兩個站，但是能夠使用一個到很多個)消耗時，在管72中的液面會下降。當在管72中的液面是如此低，以致于泵74開始空化時，閥門60換向而引導來自管73中的液流回到管72中但不經(jīng)由罐82。在這一時間中，在罐82中的液面開始降低。通過如上所述向管72中加入EG，在混合系統(tǒng)中制備新的混合物。在罐82被清空前，該新混合物經(jīng)過制造和通過閥門60進入罐82中。
混合罐的泵74位于建筑物的下層樓。混合罐管位于屋頂?shù)耐獗谏?或內(nèi)部，如果空間允許的話)，其中有進料罐82。離開循環(huán)泵74的管73可以帶夾套以進行加熱或冷卻。管72的返回管也可帶夾套，如果需要或希望的話?；旌瞎薰?3的頂部具有三通閥60，引導至進料罐82。該進料罐82具有溢流管線71，回到該混合罐72。該進料罐82在溢流閥和進料罐的底部之間具有足夠的停留時間以便為裝置進料，同時制備下一混合批料。因此，在下一批料被制備的同時，該三通閥60換向，以使流體不流過進料罐82。這一構型免去全部攪拌器和在進料罐82中的液面控制。因為進料罐位于屋頂上，該添加劑流動壓力是從高度差異產(chǎn)生的。流量是由在工作站57和58中的流量計和控制閥來控制的。這一構型也減少了在設備中所需要的空間。
對于通過2個進料站中的每一個消耗100lbs/hr的典型系統(tǒng)，該管72能夠是72英尺長度的14-英寸規(guī)格10管。該泵能夠是50加侖/每分鐘和管72能夠是3或4英寸直徑。罐82在這種情況下容納75ft3并具有3.5英尺直徑和高度的大略尺寸。
本發(fā)明的所述流體混合和分配系統(tǒng)因此包括第一個細長和垂直地設置的流體貯存容器；與第一容器實現(xiàn)流體連通的第二個流體貯存和分配容器，第二個容器設置在比第一個容器更高的垂直高度上；與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的循環(huán)泵，該循環(huán)泵經(jīng)過構造和排列之后讓流體流過系統(tǒng)并將來自第一容器的流體再循環(huán)到第二個容器中和從第一個容器中再循環(huán)到第一個容器中；和分別與循環(huán)泵、第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的控制閥。該控制閥經(jīng)過構造和排列后有選擇地從第一容器中引導流體進入第二容器中，和從第一容器中引導流體進入第一容器中。第二容器與裝置工藝分配系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通。由保持在第二容器中的流體所形成的靜壓頭用于將流體從第二容器中通入到該裝置工藝分配系統(tǒng)中。
因此，本發(fā)明的一個方面是第一容器進一步包括液面監(jiān)測器，該液面監(jiān)測器經(jīng)過構造和排列后可以通過檢測在第一容器中預定液面來啟動控制閥。在另一方面，這些容器中的兩個或一個是絕熱的。在附加的方面，第一容器是溫度控制的，從第一容器中流出的流體可用于控制第二容器的溫度。溫度控制器進一步包括根據(jù)需要來選擇性地將蒸汽和水加入到第一容器內(nèi)的流體中以提高和降低其溫度的設備。在另一個方面，第二容器進一步包括與控制閥實現(xiàn)流體連通的流體進口，使得流體通過進口和進入第二容器中，和流體出口在進口之上垂直地間隔并與第一容器實現(xiàn)流體連通，使得保留在第二容器中的任何多余流體從其溢流到第一容器中。在另一方面，流過該系統(tǒng)的流體被控制閥從第一容器中引導回到第一容器，直至在第一容器中的流體已經(jīng)混合到預定標準為止，和其中混合流體流被控制閥有選擇地從第一容器引導至第二容器中。
系統(tǒng)的另一個實例包括第一個流體貯存容器；第二個流體混合和貯存容器；與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的循環(huán)泵，該循環(huán)泵經(jīng)過構造和排列之后讓流體流過系統(tǒng)并從第一容器流到第二容器中；第二容器被設置在比第一容器和裝置工藝分配系統(tǒng)兩者更高的垂直高度上；和分別與循環(huán)泵、第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通的控制閥，該控制閥經(jīng)過構造和排列后可以有選擇地從第一容器中引導流體流回到第一容器中和從第一容器引導至第二容器中。第二容器與裝置工藝分配系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通，和由保留在第二容器中的流體形成的靜壓頭被利用來讓流體從第二容器中通入到該裝置工藝分配系統(tǒng)中。
在流體混合和分配系統(tǒng)中混合和分配流體的方法包括將至少一種流體加入到第一細長和垂直設置的流體貯存容器中；將流體從第一容器中通入到第二細長和垂直設置的流體混合和貯存容器中，第二容器被設置在比第一容器和裝置工藝分配系統(tǒng)兩者更高的垂直高度上，其中循環(huán)泵與第一容器和第二容器實現(xiàn)流體連通，該循環(huán)泵經(jīng)過構造和排列后可以使流體流過該系統(tǒng)；通過使用與循環(huán)泵實現(xiàn)流體連通的控制閥，第一容器和第二容器有選擇地從第一容器中引導流體至第一容器和第二容器任一個中；和有選擇地將流體從第二容器中通入到裝置工藝分配系統(tǒng)中，第二容器產(chǎn)生了可用于將其中貯存的流體通入到裝置工藝分配系統(tǒng)中的靜壓頭。
該方法的附加方面包括將至少一種固體或第二種液體加入到在第一容器內(nèi)的至少一種流體中和在其中混合該混合物；將流體循環(huán)通過第一容器，直到其中的物料彼此混合為止；一旦其中的物料彼此混合之后將流體從第一容器中通入到第二容器中；控制該第一容器內(nèi)的流體的溫度；根據(jù)需要，通過有選擇地將蒸汽和水加入以提高和降低其溫度來控制第一容器內(nèi)流體的溫度；用液面監(jiān)測器測量第一容器內(nèi)的流體液面；該流體液面檢測器通過檢測在第一容器內(nèi)的預定液面高度來啟動控制閥；將來自第二容器中的任何溢流流體返回到第一容器中。
使用再循環(huán)加入反應物本發(fā)明也任選包括將流過管式反應器的反應物和單體的一部分再循環(huán)的設備。正如所指出的那樣，該酸漿料混合罐或混合罐能夠用在酯交換管式反應器上的再循環(huán)或循環(huán)環(huán)路來代替。
在目前優(yōu)選的實施方案中，該再循環(huán)設備包括具有流入液端和流出液端的再循環(huán)環(huán)路。該流入液在沿著酯化或縮聚工藝的任何位點上與管式反應器實現(xiàn)流體連通，該位點包括但不限于，靠近酯化反應器進口，靠近酯化反應器的出口，在酯化反應器的進口和出口之間的位點，靠近預聚物反應器的進口，靠近預聚物反應器的出口，在預聚物反應器的進口和出口之間的位點，靠近縮聚反應器的進口或出口，和在縮聚反應器的進口和出口之間的位點，而流出液端獨立地在沿著酯化或縮聚工藝的任何位點上與管式反應器實現(xiàn)流體連通，該位點包括但不限于，靠近酯化反應器進口，靠近酯化反應器的出口，在酯化反應器的進口和出口之間的位點，靠近預聚物反應器的進口，靠近預聚物反應器的出口，在預聚物反應器的進口和出口之間的位點，靠近縮聚反應器的進口或出口，和在縮聚反應器的進口和出口之間的位點。在一個方面，該流出液端與酯化管式反應器在靠近或鄰近其進口，靠近或鄰近其出口，或在酯化反應器的進口和出口之間的位點實現(xiàn)流體連通。在一個方面，來自再循環(huán)的該流出液在靠近酯化反應器的進口處被引入到酯化反應器中，在另一方面，該流出液在鄰近反應器進口的地方與反應器實現(xiàn)流體連通，在另一個方面，流出液在反應器的進口和出口之間與反應器實現(xiàn)流體連通，在另一個方面，來自再循環(huán)的該流出液在酯化反應器的進口的上游被引導至酯化反應器中，在另一個方面，該流入液在酯化反應器的進口和出口之間與酯化反應器實現(xiàn)流體連通，在另一個方面，該流入液在靠近反應器出口的地方與酯化反應器實現(xiàn)流體連通，在另一個方面，流入液與第二反應器實現(xiàn)流體連通，其中第二反應器是在酯化反應器的下游，在另一個方面，再循環(huán)的流入液與該縮聚反應器實現(xiàn)流體連通，在另一個方面，進入再循環(huán)的該流入液在靠近縮聚反應器的出口處與該縮聚反應器實現(xiàn)流體連通，在另一個方面，該再循環(huán)步驟通過使用具有流入液端和流出液端的再循環(huán)環(huán)路來進行，該流出液在靠近進口處與管式反應器實現(xiàn)流體連通，其中流過再循環(huán)環(huán)路的流體是各再循環(huán)流體，在另一方面，該流入液在管式反應器的進口和出口之間或靠近其出口的地方與管式反應器實現(xiàn)流體連通。在這一討論中，流過再循環(huán)環(huán)路的反應物和單體和任何其它流體，如低聚物和聚合物被稱作“再循環(huán)流體”。
按照在另一個實施方案中所述，單體能夠從縮聚反應器中提供到再循環(huán)環(huán)路中，它在下面討論。因此，在這一實施方案中，流入再循環(huán)環(huán)路中的流入液不來自(或不單獨來自)該酯化管式反應器，但再循環(huán)環(huán)路的流出液被排入其中。
在本發(fā)明的某些實施方案中，它們示于圖13a和13b中，該再循環(huán)環(huán)路91包括設置在它的流入液端93和流出液端94之中間以提高流過的再循環(huán)流體壓力的再循環(huán)泵92。該再循環(huán)泵92優(yōu)選是在線離心泵，它設置在垂直高度低于流入液端的地方，以獲得適當?shù)膬粽雺侯^(“NPSH”)。這是因為該再循環(huán)流體，正如在下面有關蒸氣除去設備所詳細討論的，處于或接近于大氣壓力和溶液沸點。其它泵也可以使用，但是基于泵抽特性，離心泵是想望的。
一旦該再循環(huán)流體穿過該流入液端和該再循環(huán)泵以提高該壓力，希望在再循環(huán)泵的下游位置上至少暫時地降低再循環(huán)流體的壓力。降低壓力的優(yōu)點是，其它物料，如一種或多種反應物能夠吸入該再循環(huán)環(huán)路中。該壓力優(yōu)選通過使用壓力降低裝置，如噴射嘴95(再循環(huán)流體的至少一部分流過它)來降低。該噴射嘴在它的喉處抽出了輕微的真空，或亞大氣壓力。本領域中的技術人員也會認識到，該噴射嘴95能夠與虹吸管；排氣管；文丘里噴嘴；噴嘴；和/或注射器或其它類似降壓裝置互換使用。
為了將反應物進給或供入再循環(huán)環(huán)路中，使用輸送管道96，它具有在鄰近噴射嘴處與再循環(huán)管道實現(xiàn)流體連通的排料端。被進給的反應物利用由噴射嘴形成的再循環(huán)流體的降低壓力而被吸入再循環(huán)管道中。該輸送管道也包括接收端，它與排料端相對。
在噴射嘴喉上的真空防止蒸氣上升進入到固體中，該固體被移動到生產(chǎn)流水線中。該蒸氣將在固體上冷凝和混合物將變粘和堵塞該系統(tǒng)。該噴射嘴膨脹區(qū)段具有強力混合作用并分離該反應物，如PTA，因此它不會在酯化管道中形成團塊。固體反應物可能將氣體隨它吸入反應器中。該氣體可通過在噴射嘴之后的另一個蒸汽分離系統(tǒng)被除去。另外地，輸入到反應器系統(tǒng)中的液體進料能夠加入到固體進料斗中。該液體置換氣體，因此惰性氣體不會進入噴射嘴中。
進料系統(tǒng)用于計量和有選擇地進給該固體反應物或其它組分如改性劑，催化劑等進入該再循環(huán)環(huán)路中。進料系統(tǒng)的一個實例示于圖13a和13b中。進料系統(tǒng)的第一組件是固體反應物貯存裝置97，如料倉，集塵器，或袋濾捕塵室，它們用于貯備被加入到該再循環(huán)環(huán)路中的固體反應物。液體能夠被加入到固體反應器和貯存裝置中減少或除去被固體所夾含的氣體。如果使用集塵器，則在秤上的輸運裝置能夠利用稱重系統(tǒng)來計量加入固體，和輸運容器用作庫存設備。另外，該料倉能夠用作稱重系統(tǒng)和短期貯存庫。如果固體原料從裝置外輸送，則不需要該輸送系統(tǒng)。固體計量設備98，如回轉(zhuǎn)式氣塞，活塞和閥門(進料斗)，雙聯(lián)閥，斗式輸送機，泄料桶等，位于固體反應物存儲裝置97的底部以接收來自固體反應物存儲裝置97的反應物。進料系統(tǒng)的下一個組件是與固體計量裝置98連通，和還與進料管道96和中間段96和98的接收端連通的減重進料器(或定體積給料器)99。因此，該反應物從固體反應物存儲裝置97輸送到再循環(huán)環(huán)路中，到固體計量裝置98中，進入減重進料器99中，然后通過進料管道96而在鄰近噴射嘴95的地方被吸入到再循環(huán)環(huán)路中或直接吸入該噴射嘴95中。減重進料器99還可以位于固體反應物存儲裝置97或位于被設置在97的上游的進料罐(未示出)(它為97供料)。也會認識到的是，固體化學組分在鄰近壓力降低裝置如噴射嘴的地方的添加能夠使固體化學組分直接加入到在給定的化學制造過程中的任何反應中。例如，在利用噴射嘴作為降低再循環(huán)流體的壓力的設備的那些實施方案中，在噴射嘴喉上的壓力將防止蒸氣上升進入被輸入生產(chǎn)流水線中的固體中。在本發(fā)明以前，蒸氣會在固體上冷凝和混合物將變得非常粘，因此導致整個系統(tǒng)的堵塞。然而，根據(jù)本發(fā)明，噴射嘴膨脹或擴散段提供了非常強力的混合作用并維持了固體組分如對苯二甲酸的足夠分離，因此它不會在各反應器區(qū)段中結塊。為此目的，本領域中的技術人員會認識到，為了獲得最好的結果，優(yōu)選的是在該壓力降低裝置的擴散或膨脹段之內(nèi)的任何位點，將固體組分直接加入到壓力降低裝置如噴射嘴中。
該進料系統(tǒng)能夠進送一種以上的固體反應物。同樣，多個進料系統(tǒng)能夠并行操作或串聯(lián)操作。在特定的實施方案中，該聚合物能夠由多種固體制成而且它們能夠各個地加入到其自身的串聯(lián)或并聯(lián)的壓力降低裝置中，或全部的聚合物固體能夠計量加入到一個進料斗，再進入一個壓力降低裝置中。固體聚合物還可以一起計量，進入固體反應器而到達設備97中。這一系統(tǒng)使得不需要壓縮機和輸送系統(tǒng)，這歸因于重力流動。
在一個方面，固體反應物存儲裝置能夠在稱重單元上以起減重進料器的作用。同樣，如果不使用稱重單元作為減重進料器，則可以使用帶式進料器，進料斗稱重秤，容積螺桿，質(zhì)量流量進料斗，科里奧利(coriolis)流量計，進料斗或減重給料斗。
當加入到再循環(huán)環(huán)路中的反應物流入再循環(huán)環(huán)路的流出液中時，該反應物和其它再循環(huán)流體在鄰近或靠近進口100處再進入該管式反應器101中。因此，在再循環(huán)環(huán)路中添加反應物，以便該反應物在進口附近開始并貫穿到出口，這一工藝發(fā)揮了將至少一種類型的反應物加入到管式反應器的進口中的功能，它是在本發(fā)明的工藝中的多個起始步驟中的一個。理想的是經(jīng)由進料系統(tǒng)將固體反應物加入到再循環(huán)環(huán)路中，這樣固體反應物被再循環(huán)流體(尤其單體或低聚物)所溶解，之后才流入再循環(huán)環(huán)路的流出液中。
也考慮將附加的流體反應物加入到再循環(huán)環(huán)路中。添加流體反應物以協(xié)助固體反應物在到達再循環(huán)環(huán)路的流出液端之前溶于再循環(huán)流體中，或為了方便，不需要在管式反應器的進口單獨添加附加反應物。
該流體反應物優(yōu)選被加入到在噴射嘴的上游(在固體反應物的添加點之前)的再循環(huán)環(huán)路中，雖然該流體反應物可以同樣地在該噴射嘴的下游添加。也考慮通過再循環(huán)泵92密封將流體反應物加入到再循環(huán)環(huán)路中。反應物還可以在再循環(huán)泵92的上游添加。當固體反應物通過進料系統(tǒng)來添加和流體反應物也被加入到再循環(huán)環(huán)路中時，這些方法可以在靠近管式反應器的進口(再循環(huán)環(huán)路的流出液被輸入其中)處將至少兩種類型的反應物加入到管式反應器中。
固體反應物材料的溶解能夠通過提高溫度和通過改變在再循環(huán)系統(tǒng)中聚酯單體與固體反應物的比例，改變進料摩爾比，和/或改變該系統(tǒng)的壓力來增強。
作為特定的例子，經(jīng)進料系統(tǒng)供入到再循環(huán)環(huán)路中的一種類型的反應物能夠是PTA，它在室溫下是固體。該再循環(huán)設計避免了漿料罐的使用和其固有的問題。該流體反應物能夠是，例如，乙二醇。因此，如果EG和PTA是被添加進去以形成單體的唯一反應物，則流出液能夠直接加入到管式反應器的進口中，作為被加入到管式反應器中的反應物的唯一來源物。當然，這一設計的變化形式可以考慮，例如，除了靠近管式反應器的進口從再循環(huán)環(huán)路所添加的EG和PTA，將更多的EG反應物泵抽到管式反應器的進口中。在單獨的方面，二醇，如EG，能夠與PTA進料一起，經(jīng)由再循環(huán)管道在再循環(huán)環(huán)路泵之前或之后或在PTA進料管線之前或之后被進給到再循環(huán)管道中，或在壓力降低裝置的上游但鄰近于壓力降低裝置。
在圖13a中，示出了一個實施方案，其中來自酯化工藝的末端的流出液被T形管輸出106，和流出液的一部分被送至再循環(huán)環(huán)路。在圖13b中示出的單獨實施方案中，該T形管106介于完全酯化工藝管道反應器101和102之間，使得再循環(huán)環(huán)路的流入液不來自酯化工藝的末端，而是來自酯化工藝中的中間點。在圖13a和13b中，該來自酯化工藝的最終流出液是在管線103中(在管線104中蒸氣除去之后)。
在另一個實施方案中，再循環(huán)環(huán)路的流出液端位于管式反應器的進口的下游。當進入再循環(huán)環(huán)路的流入液中的單體或因為在進料站加料的結果而形成的淤漿需要比如果流出液直接加入到管式反應器的進口中的情況更短的停留時間時，這一實施方案是優(yōu)選的。
在各實施方案中，進入再循環(huán)環(huán)路中的流入液來自該酯化工藝或該縮聚工藝。具體地說，在各方面，進入再循環(huán)環(huán)路的流入液能夠來自于酯化反應器之中間的點(如圖13b中所示)，酯化反應器的末端(如圖13a中所示)，從預聚物反應器的出口出來的產(chǎn)物，從后縮聚反應器的出口出來的產(chǎn)物，或從酯化工藝的開始到來自縮聚工藝的出口的最終產(chǎn)物之間的任何點。因此，在各方面，該再循環(huán)流體包括反應物，聚酯單體，聚酯低聚物，和/或聚酯聚合物，這取決于從再循環(huán)環(huán)路出來的流入液的起始處。該再循環(huán)系統(tǒng)不限于一個再循環(huán)環(huán)路的使用，而是可以另外包括串聯(lián)、并聯(lián)或兩者相結合配置的兩個或更多再循環(huán)環(huán)路。
對于再循環(huán)環(huán)路也可以考慮它包括以上對于管式反應器所討論的其它特征，如再循環(huán)環(huán)路的加熱設備和蒸氣除去設備，它們可以是以上討論的相同組件和裝置并包括相同的特征和實施方案。如果單體是從鄰近圖13a中示出的管式反應器的出口處被排出，則蒸氣除去設備不必加入到該再循環(huán)環(huán)路。另外，該液體高度被升高或降低，直到壓力接近大氣壓和蒸汽被除去到蒸餾系統(tǒng)中為止。
對于蒸氣除去設備，具體地說，在再循環(huán)環(huán)路的一個實例中，該設計類似于以上對于在例如圖7a-g中示出的管式反應器所描述的設計。同樣，雖然不是要求的，但優(yōu)選的是排氣機構位于再循環(huán)環(huán)路的流入液端附近，使得在反應物的添加之前該蒸氣被除去，和該設計示于圖13a和13b中，在圖13a中的104處和在圖13b中的105處。
值得注意的，雖然對于再循環(huán)環(huán)路來說有很多優(yōu)點，這些優(yōu)點對于本領域中的技術人員在參考以上討論之后而變得顯而易見，但是，對于落在本發(fā)明范圍內(nèi)的管式反應器來說沒有必要包括再循環(huán)環(huán)路。作為替代，最初討論的組件，如流體反應物的泵和固體反應物的漿料混合罐都能夠使用。然而，使用該再循環(huán)環(huán)路的這一實施方案使得設計者能夠用泵和壓力降低裝置如噴射嘴來取代漿料混合罐，泵，儀表配置，攪拌器等。
本領域中的技術人員也會認識到，再循環(huán)環(huán)路對于注入固體反應物是最理想的，但是當添加僅僅流體反應物時則是不太理想的(例如從DMT和EG形成PET單體)。通過使用再循環(huán)環(huán)路來溶解固體反應物可以減少由系統(tǒng)中的固體引起的磨損。例如，固體PTA能夠被再循環(huán)環(huán)路中的單體所溶解，而不是使用普通的漿料罐。在普通的漿料罐工藝中，固體PTA被加入到該工藝中并將研磨料組分保持在未溶解狀態(tài)。事實上，僅僅處理流體反應物的管式反應器不會受益于因為包括再循環(huán)環(huán)路而增添的復雜性。然而，該再循環(huán)環(huán)路能夠增強該酯化工藝中的傳熱。
溢流堰可以包括一種設備來控制在酯化管式反應器的頂部的液面。在一個實施方案中，至少一種溢流堰附裝于酯化管式反應器的內(nèi)表面上和其中酯化流體在溢流堰上方流過。如圖4中所述，所需要的控制設備是溢流堰110。該溢流堰優(yōu)選被設置在該管式反應器的出口附近。
該溢流堰具有被邊緣圈定的主體部分。邊緣的一部分被稱作連接邊緣和邊緣的剩余部分是頂邊緣。該連接邊緣在尺寸上可以互補性地與管式反應器的內(nèi)表面的一部分配合并連接于其上面。因此，因為在優(yōu)選實施方案中該內(nèi)表面具有圓形的橫截面，該連接邊緣也是圓形的，以便互補性接觸和配合于該內(nèi)表面。
仍然參見圖4，該反應物和/或單體被顯示從位點111流出并在位點112上在溢流堰上方流過。該溢流堰用作反應物和/或單體的障礙，使得流體物料在溢流堰的頂部邊緣上流過。因此，該溢流堰控制該液體深度，以及流體粘度，流速，和在溢流堰之前該管的長度。在溢流堰上方通過后，流體在113處從管式反應器的出口流出。該溢流堰，如下所述，也可在其中或在底部具有開孔，以便提供流動均勻性和完全的排放。這將包括在溢流堰中頂部傾斜、V形缺口的溢流堰，等等。該溢流堰優(yōu)選與管式反應器的出口之間的距離是五到十倍管徑。在一個方面，通過傾斜溢流堰的頂部，該溢流堰能夠補償或高或低的流動和粘度。
在供選擇的實施方案中，液面能夠通過本領域中已知的任何液面控制器來控制，例如，但不限于，控制閥，汽壓升降器，液面裝置如利用差壓，輻射，超聲波，電容，或觀察鏡的那些裝置。液面裝置的其它特定的例子能夠見于Perry′s Chemical Engineer′s Handbook，第七版，8-49頁，其在此引入供參考。
添加劑本發(fā)明的另一個任選的方面包括將一種或多種添加劑在管式反應器的進口和出口之間引入到管式反應器中的設備。此類添加劑是上面描述的并包括，但不限于催化劑，著色劑，調(diào)色劑，顏料，炭黑，玻璃纖維，填料，耐沖擊性改進劑，抗氧化劑，穩(wěn)定劑，阻燃劑，再加熱助劑，乙醛減少化合物，氧清除化合物，UV吸收化合物，阻隔性改進添加劑，如小片狀顆粒，黑色氧化鐵，共聚用單體，它們的混合物等中的一種或多種。添加劑能夠是固體，液體，或氣體。該添加劑能夠在進入系統(tǒng)之前被預熱，包括相變，如加熱EG液體到蒸氣狀態(tài)，以便為反應器提供熱量。
在圖12a和12b中示出的優(yōu)選實施方案中，引入設備包括可密封的通道，由圖12a和12b中的任何箭頭表示，穿過該管式反應器使得在其外表面和其內(nèi)表面之間有流體連通，以及用于將添加劑注入在管式反應器內(nèi)流動的原料(即反應物和/或單體)中的注射器。該注射器能夠包括泵或其它設備，如預加壓的、提升的或重力驅(qū)動的注入，這些將添加劑注入到管式反應器的內(nèi)部，它必須在可密封的通道位置上在比管式反應器內(nèi)的物料的壓力高的壓力下進行。
術語“可密封的通道”是指包括任何開口，它允許從管式反應器的外部連通到它的內(nèi)部。優(yōu)選的是，“可密封的通道”能夠閉合，使得當添加劑沒有注入管式反應器中時，該反應物和/或單體不從管式反應器中滲漏出來。可密封的通道可以由堵頭或類似物來“密封”，以及不允許從該管式反應器中滲漏的注射器。
該添加劑能夠在沿著管式反應器的任何部分上的任何位點上被引入或注入，如圖12a和12b中所示。合適添加位點的例子包括貫穿管式反應器的水平取向段的頂部、側邊或底部的一部分，各肘管的頂部、側邊或底部，而到達汽壓升降器并在熱交換器之前的可密封的通道。如圖12b中所示，注入到該肘管是有利的，因為實現(xiàn)了添加劑的最大程度混合和快速引入到反應物和/或單體中，而不在管式反應器內(nèi)部出現(xiàn)高濃度渦流。
注射設備的另一個方面是在注射器的排放口或出口處包括噴嘴。該噴嘴能夠在可密封通道的位置上在管式反應器內(nèi)導流。例如，該噴嘴能夠并流，逆流，或垂直于該反應物和/或單體(它們在該位置上在管式反應器內(nèi)流動)注射添加劑。
再回到酯化管式反應器的設計，管垂直高度，管徑，管的總長度，和在進口和出口處的壓力能夠在很大程度上變化，這取決于所制造的產(chǎn)物，設備容量，和操作條件。本領域中的技術人員能夠通過使用基本的工程設計原理來容易地確定這些參數(shù)。
縮聚步驟對于在“縮聚步驟”這一節(jié)下面的以下討論，除非特定地有相反指示，否則在下面這一節(jié)中討論的本發(fā)明的工藝和裝置同樣地適用于并能夠用于酯化工藝和裝置。
正如在以上“綜述”段中所指出的，本發(fā)明的工藝的第二步驟是縮聚步驟，它在一個實施方案中在縮聚管式反應器中進行。該縮聚步驟包括讓單體反應成低聚物然后反應成聚酯聚合物。該單體可以從酯化反應器的第一步提供，如以上討論的，或從現(xiàn)有技術工藝提供。另外地，如果在預聚物第一步中基本上形成低聚物，則低聚物直接反應形成聚合物。
在特定的實施方案中，當形成PET聚合物時，該PET單體被加入到縮聚管式反應器。PET單體在縮聚管式反應器中反應形成PET低聚物，然后優(yōu)選在同一縮聚管式反應器中進一步反應而形成PET聚合物。正如這里對于PET所使用的，單體具有低于3個鏈長度，低聚物具有約7到約50個鏈長度(具有4-6個單位的鏈長度的組分能夠認為是單體或低聚物)，和聚合物具有大于約50個鏈長度。二聚物，例如，EG-TA-EG-TA-EG，具有2的鏈長度和三聚物具有3的鏈長度，等等。因此，本發(fā)明的縮合管式反應器能夠同時代替預聚物反應器以及后縮聚反應器，如在現(xiàn)有技術中所使用的和如以上所定義的那些術語。
圖4顯示了在溢流堰上方穿過(用于液面控制)和進入本發(fā)明的第二步驟的縮聚反應器中的管式反應器的輸出料。也參見圖4和6，本領域中的技術人員會認識到能夠使用在酯化或酯交換反應器和縮聚反應器之間的壓力限制設備(如，但不限于，閥門，孔板等)，但不是必要的。
在一個實施方案中，在酯化/酯交換反應器和該縮聚反應器之間使用汽壓升降器。汽壓升降器也能夠在一些或全部的縮聚階段之間使用。正如以上對于縮聚工藝的酯化過程所討論的，熱交換器能夠靠近或鄰近于汽壓升降器或甚至在汽壓升降器內(nèi)設置，據(jù)此將熱量轉(zhuǎn)移到在酯化和縮聚之間或在縮聚階段或區(qū)段之間的流體中。
汽壓升降器的靜態(tài)等同物是氣壓計。在反應器的兩區(qū)段之間的壓力差是用“U”形管內(nèi)的流體來保持的。壓力差將等于低壓側上流體高度乘以密度的乘積減去高壓側上流體高度乘以密度的乘積。本領域中的技術人員會認識到，如果高差不是足夠的大，在區(qū)段之間的差壓會將流體從汽壓升降器中推擠出來而且兩區(qū)段將確保平衡壓力。這要求汽壓升降器的高度在具有高的壓差的區(qū)段之間是非常大的。另外，在低壓側上汽壓升降器的側邊通常在減壓下沸騰，因此低壓側的密度將通過蒸氣的空隙率來降低。
幸運地，汽壓升降器是動態(tài)氣壓設備，因為流體流過汽壓升降器。這一流體流具有相關的壓降并能夠用于增強低壓側的壓降。通過添加流路限制器，如孔板，閥門，或小直徑管路，到汽壓升降器的低壓側，能夠提高每單位高度的低壓側的壓降。如果在熱量傳遞到汽壓升降器中之前插入流動限制，則該流體不是兩相的，并且密度將更大。使用這些方法提高低壓汽壓升降器的壓降可降低該汽壓升降器的總高度。
本發(fā)明包括提供具有第一端，第二端和確定內(nèi)徑的內(nèi)表面的縮聚反應器。第一端能夠設置在垂直高度高于第二端之處，這樣重力將單體和任何形成的低聚物和聚合物從第一端移動到第二端。
如圖2中所示，該縮聚反應器能夠在前平面視圖上曲折(但是流動與酯化管式反應器相比是在相反方向上-即，流入液端在11處和流出液端在縮聚工藝的12處)。盡管如此，對于酯化管式反應器，除了該曲折設計，其它形式，如前面對于酯化管式反應器所描述的設計，也可以考慮。也優(yōu)選的是，包括多個肘管，每個肘管改變縮聚反應器內(nèi)流體流動的方向。用于形成縮聚反應器的材料也與用于形成酯化管式反應器的那些相同。
因此，單體，優(yōu)選是流體形式，被引導至縮聚反應器的第一端，使得單體向下流過該縮聚反應器。單體在縮聚反應器內(nèi)反應形成低聚物，然后形成最終聚合物，這樣聚合物從其第二端離開。本領域中的技術人員會認識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，不是所有的單體和/或低聚物必須反應。流過縮聚反應器的該單體，低聚物，和/或聚酯聚合物被稱作縮聚流體。
也優(yōu)選的是，縮聚反應器在第一端和第二端之間是非線性的，以改進單體和所形成低聚物和聚合物的傳質(zhì)/混合。通常和如以上所討論，該縮聚傳質(zhì)通過在低聚物(低分子量聚合物)的表面上的傳質(zhì)和從聚合物內(nèi)散發(fā)的氣體的發(fā)泡作用來實現(xiàn)。該氣體是通過在壁面上加熱和在聚合物內(nèi)的反應放出的。隨著流體落在在反應器的各區(qū)段中的任選的溢流堰上，傳質(zhì)進一步增強。如果聚合物的物理參數(shù)允許的話，該反應器能夠制造成沒有縮聚反應器溢流堰。
該縮聚反應器能夠作為多個鄰接互聯(lián)區(qū)段來形成，其中單體，低聚物和/或聚合物流過各區(qū)段的內(nèi)表面，從縮聚反應器的第一端貫穿到第二端。反應器的相鄰區(qū)段優(yōu)選彼此形成非線性的角度。
該縮聚反應器優(yōu)選與垂直取向平面形成一定角度，其中該角度大于零度。換句話說，各區(qū)段不平行于該垂直取向基準面，因此，不是垂直取向的。更具體地說，各區(qū)段與垂直取向平面形成的角度是在約1度(幾乎垂直取向)和90度(水平取向)之間。優(yōu)選的角度是從水平(90度)過渡到垂直的約26度之內(nèi)；然而，本領域中技術人員會認識到，優(yōu)選的角度是基于在縮聚反應器內(nèi)的粘度和線速率(流動)。優(yōu)選地，各區(qū)段能夠具有不同的相互角度，優(yōu)選初始段具有水平或近水平的角度，和隨著縮聚反應的進行和流體粘度提高，該角度增大以提供增大的垂直傾斜，以利于流體被輸送通過該縮聚管式反應器。
在一個方面，該縮聚反應在該頂端具有低傾斜(更水平)，因為流體具有低粘度，而底端具有高傾斜(更垂直)，因為流體具有高粘度。該斜率能夠根據(jù)參數(shù)如流體的粘度和密度來變化，以實現(xiàn)最佳的效果。在另一個方面，在縮聚反應器的水平構型中不使用傾斜。
在一個方面，該縮聚反應器具有一般的水平取向，而不是垂直取向。這一水平取向能夠包括一些垂直高度以使縮聚流體利用重力而向下流過該系統(tǒng)。在各方面，對于水平構型，該管式反應器能夠具有至少10英尺，至少20英尺，至少30英尺，至少40英尺，至少50英尺，至少60英尺，至少100英尺，或至少200英尺的長度。在另一方面，該長度是10到500英尺，20到250英尺，50到200英尺，60到100英尺，或60到80英尺。長度上限僅僅由生產(chǎn)設備中可用的水平空間的實際量來限定。在一個實施方案中，使用至少約60英尺的管式反應器，因為標準最大長度商購管是大約60英尺。在此，管式反應器甚至可以是幾百英尺長或更長。
在一個方面，縮聚管式反應器的內(nèi)表面是在橫截面上圓形，正方形或矩形的，優(yōu)選圓形的，因此形成了內(nèi)直徑。
為了協(xié)助傳質(zhì)/混合，本發(fā)明進一步包括對流過縮聚反應器的低聚物和聚合物進行加熱的設備。優(yōu)選的加熱設備與對于第一步驟的酯化管式反應器所討論的相同，即，傳熱介質(zhì)與縮聚反應器沿著在縮聚反應器的第一端和第二端之間的該縮聚反應器的至少一部分的外表面的一部分實現(xiàn)熱連通，或具有帶夾套或不帶夾套的管的串聯(lián)熱交換器。在優(yōu)選的實施方案中，該傳熱介質(zhì)與上述討論的相同。在一個方面，熱交換優(yōu)選在縮聚區(qū)段之間使用。在特殊的實施方案中，換熱器與汽壓升降器一起使用，如通過在靠近于、鄰近于或在用于分離各區(qū)段的汽壓升降器之內(nèi)提供換熱器。
也類似于以上討論的酯化管式反應器，在一個方面，本發(fā)明的縮聚反應器進一步包括至少一個附著于它的內(nèi)表面上的溢流堰?？s聚流體在溢流堰上方流過。
該溢流堰用作單體/低聚物/聚合物的障礙，這樣當從縮聚反應器的第一端流動到第二端時，它在溢流堰的頂部邊緣上流動。該溢流堰能夠是在酯化部分中所述的相同的溢流堰設計和/或構型。在一個方面，在縮聚反應器的各區(qū)段之間使用溢流堰，和在另一個方面，在縮聚反應器的一些區(qū)段中但不是在所有區(qū)段中使用溢流堰。
該溢流堰控制在反應器的各管液面中的液面。這些溢流堰能夠簡單到如半圓或包括增加的復雜性。在一個方面，通過傾斜溢流堰的頂部，該溢流堰能夠補償較高和較低的流量和粘度。在一個方面，縮聚管式反應器的設計允許有任何溢流堰設計的綜合，以補償這些因素。也考慮到在各溢流堰的主體部分中包括至少一個開口，這樣單體/低聚物/聚合物流過該開口，以及當流動時在溢流堰的頂部邊緣上流過。在溢流堰中的這些開孔或孔可改進該流動和減少滯流區(qū)。在另一個實施方案中，溢流堰的主體部分的區(qū)段可以拆卸式地移走，以使流體穿過溢流堰的該區(qū)段而不是在溢流堰上方流過。例如，該區(qū)段可以是在溢流堰中的“V”形缺口或“V形槽”。在管的內(nèi)部到管的中心，在各溢流堰的中間的“V形槽”進一步讓反應器在停機時泄料。這些設計會增加流體當通過該溢流堰時的混合。
在各區(qū)段中的第一管能夠是水平的并能夠在沒有溢流堰的情況下發(fā)揮作用，但是該溢流堰具有由表面積和停留時間兩者提高系統(tǒng)效率的優(yōu)點。另外，該縮聚管能夠向下傾斜，尤其當流體的IV達到0.5dl/g或更大時。
類似于以上討論的酯化管式反應器的本發(fā)明另一個方面是縮聚反應器優(yōu)選也包括降低縮聚反應器中的蒸氣壓的設備，如與縮聚反應器的內(nèi)表面實現(xiàn)流體連通的脫氣機構。
類似地，用于該縮聚反應器中的脫氣機構可以包括排放設備和/或立管，類似于以上在酯化區(qū)段中所討論的設計。值得注意的是，脫氣立管的排氣端優(yōu)選與真空源實現(xiàn)流體連通，以使得在立管中和在縮聚反應器的內(nèi)表面上存在亞大氣壓力。該真空源可以由真空泵，噴射嘴，噴射器，或現(xiàn)有技術中已知的類似設備來維持。在蒸氣分離管線的每一個中的真空可用于控制縮聚反應器的各區(qū)段中的壓力。
現(xiàn)在參見圖9，它顯示了溢流堰/除氣系統(tǒng)的一個實例，具體地說，通過使用供分離的液體用的任選的流動逆變系統(tǒng)，縮聚反應器也可包括緊接著在T形管128內(nèi)部的溢流堰124的下游設置的漸縮管123。在一個實施方案中，至少一種縮聚流體流過流動逆變器，其中流動逆變器靠近該溢流堰和在它的下游。漸縮管具有小于縮聚反應器內(nèi)徑的直徑和漸縮管構成了兩個互聯(lián)區(qū)段的接合處的一部分，其中該互聯(lián)區(qū)段由上游區(qū)段和下游區(qū)段形成。該漸縮管連接于上游區(qū)段和延伸到下游區(qū)段。漸縮管具有帶孔的下端127，當從上游區(qū)段貫穿到下游區(qū)段時，單體/低聚物/聚合物流過該孔。漸縮管127的下端與下游區(qū)段的內(nèi)表面有一定間距，當流體因重力而落入下游區(qū)段的內(nèi)表面上時這會改進混合作用。事實上，更優(yōu)選的是，漸縮管的下端與流過下游區(qū)段的單體/低聚物的頂部或上表面以一定距離間隔，使得流過漸縮管的流體濺落在單體/低聚物/聚合物的頂部或上表面上。
換句話說和仍然參見圖9，在一個實施方案中，內(nèi)部和外部流路能夠通過使用流動逆變器來混合。通過在進入下一肘管125之前降落在溢流堰124上和進入漸縮管123，液體單體/低聚物/聚合物將從內(nèi)到外被徹底混合，反之亦然。該液體在管中從左側120流出和在溢流堰124上方流過，其控制該液體深度。蒸氣連續(xù)從T形管128的右側在121處逸出。脫氣的液體流入同心的漸縮管123。該同心漸縮管123穿過大直徑管的管帽126。該漸縮管在下一管路裝置的液體池深度之上終止。該構型從頂管的壁抽液體并將該流體引入到下一個管的中間和在122處出來。圖9僅僅是流動逆變器系統(tǒng)142的一個實例；現(xiàn)有技術中已知的其它流動逆變器也可以使用。在現(xiàn)有技術中使用的典型的流動逆變器能夠見于，例如，Chemical Engineers’Handbook，Perry和Chilton編輯，第六版，5-23頁。在酯化工藝中典型地不需要流動逆變器，因為氣體傾向于混合該流體。然而，如果需要，流動逆變器可用于該酯化工藝。
例如圖8的蒸汽分離系統(tǒng)能夠在沒有流動逆變器的情況下被使用。在這一方面，在一個實施方案中，圖8的T形管139含有在圖9中示出的溢流堰，但是區(qū)段143能夠是直管和區(qū)段140是肘管，其中沒有流動逆變器。因此，在該方面，圖8和18的區(qū)段142不含有圖9的流動逆變器系統(tǒng)。
參考示于圖2中的縮聚反應器的實例，該縮聚反應器管提升段能夠自頂?shù)降走B續(xù)傾斜。這一構型需要極其小心地計算以獲得所希望液面需要的角度，因為嚴格地講，液體粘度和管長度(反應沿著長度)將控該液面所需要的角度。通過為管道的各液面增加溢流堰，該溢流堰能夠校正在計算中的誤差。甚至對于溢流堰，該液體能夠溢流和繼續(xù)沿著縮聚管路的傾斜水平方向螺旋形來流動。然而，層流將維持在流路的外部上的相同液體和在流路的內(nèi)部上的相同液體。
在本發(fā)明的縮聚管式反應器中，在縮聚管式反應器的各反應器區(qū)段或部分之間不需要泵。因此，本發(fā)明在一個方面可以不需要在區(qū)段之間的附加泵。在一個方面，在反應器的縮聚區(qū)段中的低聚物和聚合物能夠通過重力從一個部分流到下一部分，而且在反應器之間沒有壓力限制設備。汽壓升降器優(yōu)選被用于維持在下列所討論的反應器之間的壓差。
現(xiàn)在參見圖17a和17b，該縮聚反應器優(yōu)選包括頂段235，中段236，和底段237，和引入到縮聚反應器中的至少一個脫氣機構。該脫氣機構在一方面示于圖8中和在圖18中，作為系統(tǒng)133。在該縮聚工藝中僅僅需要一個真空系統(tǒng)和僅僅一種真空壓力。然而，對于僅僅一個真空系統(tǒng)，該蒸氣速度可能是極高的，這會十分有害地將液體與該蒸氣一起推入真空系統(tǒng)中。至少兩種，和更優(yōu)選三種程度的真空能夠用于最大程度地減少這一夾帶。一個真空系統(tǒng)能夠最終供應一種或多種所需真空壓力。
如果使用僅僅一個噴霧系統(tǒng)，則要求最高壓力區(qū)段的真空是用控制閥來控制。如果在反應器和控制閥之間沒有噴霧冷凝器，這一閥門將會堵塞。當使用三種水平的真空時，其中主噴霧系統(tǒng)用于聯(lián)合的兩個低壓真空系統(tǒng)和另一個噴霧裝置用于高壓真空系統(tǒng)，則該控制閥是在高真空噴霧系統(tǒng)之后。該閥門不會堵塞。一個真空組是足夠的，但是兩個噴霧系統(tǒng)是通常需要的。
參考圖17a和17b，來自酯化反應器的流出液在235處進入縮聚反應器，和來自縮聚工藝的最終產(chǎn)物在239處離開該系統(tǒng)。在縮聚反應器的內(nèi)表面中穿行的流體也順序地流過至少一個(一個是最少的，但附加的脫氣機構降低蒸氣速度，因此減少液體夾帶到蒸氣中)各自脫氣機構，當從縮聚反應器的第一端流到第二端時，其中正如所顯示的，三個脫氣機構位于該縮聚反應器的頂段、中段和底段中。該頂段，中段，和底段優(yōu)選維持在彼此不同的壓力下，優(yōu)選通過使用汽壓升降器。優(yōu)選，對于PET生產(chǎn)，在頂段中的壓力是40-120毫米汞柱，在中段中的壓力是2-25毫米汞柱，和在底段中的壓力是0.1-5毫米汞柱。汽壓升降器和真空源的一個實例公開于US專利No 5,466,765和5,753,190中，它們以全部內(nèi)容被引入本文中供參考。也優(yōu)選的是，三個脫氣機構與一個排放系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通。當該縮聚管式反應器處于亞大氣壓力下時，該真空源能夠是任何真空產(chǎn)生源，如，但不限于，真空泵或噴射器。優(yōu)選的脫氣機構133以分解圖示于圖8中。在一個方面，層流混合系統(tǒng)142能被使用和以分解圖示于圖9中。在縮聚反應器的不同區(qū)段中的垂直高度差異使得在縮聚反應器組中省去了全部的泵。該縮聚管式反應器實際上衰減進口擾動，盡管省去了泵的使用。
另外地，縮聚的各個階段能夠打破，使得來自一個階段的流出液(底部)被泵抽到下一階段的流入液端(頂部)中。這使得總系統(tǒng)的高度降低，因為各階段在高度上小于整個重力式供給系統(tǒng)。因此，不同的真空區(qū)段不需要以一個在下一個之下來結束。在一個方面，在汽壓升降器中控制的壓力差能夠用于將縮聚反應器的下一段升高到較高壓力區(qū)段的出口之上。泵能夠在縮聚真空壓力區(qū)段之間增加，這樣全部的區(qū)段能夠在同樣高度開始。這降低了縮聚設備的總建筑高度。
參見圖18，示出了縮聚反應器的單個區(qū)段。也就是說，參見圖17a和17b，圖18代表了區(qū)段P1，P2或P3中的一個。另外地，圖18能夠代表整個縮聚工藝。典型地，區(qū)段P1，P2和P3中的每一個是處在不同的壓力下，以便優(yōu)化在聚酯生產(chǎn)中的效率。或多或少的區(qū)段能被使用，從1個到多個，例如，2，3，4，5個，或更多的區(qū)段，例如3個典型地用于PET或PETG生產(chǎn)。在圖18中進入該區(qū)段的進口是在147處和該出口在148處。該縮聚流體流過該管式反應器，從進口到出口進行反應，在所示的一個實例中，沿著線性和非線性的流路。蒸氣在133處用與酯化工藝類似的管道布置從縮聚反應器中分離，如圖7中所示，而且對于縮聚的一個實例特定地示于圖8(它們也在以上酯化管式反應器的討論中談到)中。圖8顯示了圖18的區(qū)段133的放大圖，其中液體和氣體進入到分離系統(tǒng)133中。圖9顯示了圖8和圖18的區(qū)段142的放大圖。圖18顯示了五個蒸氣分離區(qū)段133。然而，許多的蒸氣分離區(qū)段133能夠用于特殊的區(qū)段，從1，2，3，一直到有效地排放該系統(tǒng)所需要的數(shù)量。圖18也顯示了一個實例，其中使用了采用流動逆變器系統(tǒng)142的層流混合，它在圖9中放大。另外，顯示了排放系統(tǒng)的90度角度接著有兩個45度角度的這些最佳角度。其它角度也可以使用。
在縮聚工藝中的蒸氣或氣體應該優(yōu)選從該液體中分離。例如，在一個實施方案中，優(yōu)選的是將EG副產(chǎn)物從縮聚反應中作為蒸氣驅(qū)出，分離它，和從該系統(tǒng)中除去它。分離的程度能夠通過例如增加平行管的數(shù)量來施加影響，這些管提高分離效果。
參見圖8和9，在縮聚反應器138的各提升段的末端，流體在T形管139內(nèi)部在溢流堰124上方流動，其中升氣器143引導液體流向地面到達肘管140，然后在141處水平流動。在縮聚區(qū)段中的溢流堰(或流體粘度和管長度)保持液面L在大約該管道中的半長度。這最大程度地提高了表面積。一旦在反應器中的流體是如此厚，使得不需要溢流堰來維持液面，則維持該管道半長度無法最大程度地提高表面積或傳質(zhì)速率。T形管的第二升氣器138處于流動方向上。T形管的第三升氣器144是在水平面中指向遠離該液體流的方向。在一個方面，蒸氣和夾帶液通過流過非線性的管而分離。在一個方面，該非線性的管是一種管，使得第三升氣器144相對于該蒸氣出口的角度不沿著線性路徑延伸。該角度產(chǎn)生了對夾帶液的沖擊板。這一沖擊板會引起夾帶液從蒸氣中分離并返回到液體系統(tǒng)中。參見圖7，8和18，示出了這一夾帶液/蒸汽分離器的各種實例。在從T形管第三升氣器起始的短的水平方向延伸之后，蒸氣管線具有肘管134，優(yōu)選90°肘管，引導該蒸氣離開地面。水平的區(qū)段144可使蒸氣在緩慢的速率下流動和使液體被分離并流回到主料流中。在從蒸氣肘管134開始的短的垂直段145之后，優(yōu)選的45°肘管135(具有最大分離矢量的公共管組件)安裝了蒸氣管線，優(yōu)選在45°肘管146上，它在137處再次呈現(xiàn)水平。彎管具有陡的傾斜段以便提供對于該高粘度液體以非常短的停留時間被抽回到反應器中所需要的能量。該蒸氣，不含液體，向上通入到彎管中。這一水平管137然后與其它蒸氣管線相結合或被引導至冷凝器或真空系統(tǒng)。該蒸氣經(jīng)管線137離開和該液體進入到在管線141中的下一個液面。陡的傾斜段是夾帶液的沖擊板。液體在溢流堰上方流動，降至下一個區(qū)段中。進一步縮聚可以在下一個管線141中進行。管的物理布局產(chǎn)生了所需的功能(流量，壓力，等等)，而不需要任何內(nèi)部零件(除溢流堰之外)或復雜的構型。
在90°肘管134垂直地引導蒸氣之后，離開T形管36的酯交換或酯化蒸氣管道能夠與縮聚管道相同，并示于圖7g中。如圖7g中所示，液體從彎管中脫離，流回到液體池。如圖18中所示，彎管136具有陡的傾斜段以便提供該高粘度液體以非常短的停留時間被驅(qū)回到反應器中所需要的能量。該蒸氣，不含液體，向上通入到彎管中。氣體沿著管上升并進入到蒸氣處理設備中。
在縮聚區(qū)段之前的壓降區(qū)段具有高的混合度。在反應器之間的壓力釋放區(qū)段具有高的混合作用并在這一反應器中可使用。
氮氣或蒸氣或氣體能夠吹過或吹入到一個或多個縮聚反應器區(qū)段的液體中。該氮氣或蒸氣或氣體降低了二醇的分壓，因此增大縮聚速率。
現(xiàn)在參見圖6，它本發(fā)明的另一實施方案，該酯化反應器被顯示已分成多個平行管式反應器流動導管165和166，進口是在164處。平行酯化反應器的出口將流向縮聚反應器。該縮聚反應器被顯示在其第一和第二端之間已分成多個大體上平行流動導管160，161，和162。流過縮聚反應器的流體穿過多個流動導管中的一個，從第一端流動到第二端。正如所示，流動導管的至少一個進一步包括與其實現(xiàn)流體連通的注入管線163，其中注入管線用于添加添加劑到流過它的單體中。所考慮的添加劑可以是以上列出的那些中的任何一種。
仍然參見圖6，本發(fā)明的縮聚反應器可用于從分割線(split line)制造多種產(chǎn)品。該反應器能夠在許多位置上被分割，以便引入不同的添加劑，反應物或產(chǎn)品屬性(如特性粘度(IV))。例如，在圖6中，在單個酯化區(qū)段164(顯示具有兩個平行反應器165和166)中制備一種單體或低聚物，并加入到兩個不同的縮聚反應器160和161中，使得形成兩種不同的熔融相產(chǎn)物。該縮聚反應能夠在條件，反應物，添加劑，尺寸，或這些特征或其它特征的結合上不同。正如所指出的那樣，管線163是添加管線和該單體被顯示為分割，以及在163處添加的附加反應物如DEG使得一個縮聚反應器可以在162制備不同的產(chǎn)物，如高級DEG產(chǎn)品。分割的數(shù)量不局限于兩個；可以進行許多數(shù)量的分割。類似地，該裝置能夠以一些區(qū)段被清空和不操作來進行操作，使允許在多種容量下操作。
再回到縮聚管式反應器的設計，管垂直高度，管徑，管的總長度，和在進口和出口處的壓力能夠在很大程度上變化，這取決于所制造的產(chǎn)物，設備容量，和操作條件。本領域中的技術人員能夠通過使用基本的工程設計原理來容易地確定這些參數(shù)。管垂直高度典型地不是關鍵的，能夠根據(jù)建筑物尺寸來定。
HTM子環(huán)路大多數(shù)聚酯裝置具有很多的HTM(傳熱介質(zhì)，如油)子環(huán)路泵。這些泵使得可對各環(huán)路進行溫度控制，其低于主要環(huán)路匯管溫度。降低HTM溫度會降低壁溫，改進聚合物顏色，減少降解，和使得有更好的溫度控制。
在本發(fā)明中，讓匯管溫度被反應器中的最熱區(qū)段所控制，各區(qū)段的閥門能夠省去這些泵。第二最熱的區(qū)段由離開第一區(qū)段的HTM來加熱。在兩個區(qū)段之間，控制閥使得流向返回HTM匯管中，然后第二控制閥允許從供應HTM匯管流出。這提供了等效溫度控制，它能夠用子環(huán)路泵來獲得。各連續(xù)的區(qū)段按照同樣方式進行溫度控制。所有這些都有可能，因為該管式反應器能夠是帶夾套的管，這樣橫跨該反應器的HTM的壓降(ΔP)是低的。另一方面，對于慣用方法，CSTR依賴于在反應器和夾套反應器中的環(huán)管，這引起了跨越該反應器的HTM的大ΔP。
參見圖14，在主要HTM匯管中的流速能夠降低，HTM的回返溫度低于子環(huán)路受控系統(tǒng)。傳熱介質(zhì)在匯管173中提供并返回到在匯管174中的爐或熱源中。在匯管173和174之間施加差壓，以便為流體流動提供驅(qū)動力。該供應匯管173壓力必須也超過串聯(lián)管路的全部區(qū)段的添加劑壓降，并仍然超過在返回匯管174中的壓力。返回匯管174必須為匯管泵提供足夠的凈正吸入壓頭。傳熱介質(zhì)(HTM)提供給區(qū)段172，通過溫度或流量控制閥。離開區(qū)段172的HTM前行到區(qū)段171。如果該流體太熱或流量太高，則HTM移動到匯管174中。如果該流體太冷，則流體從匯管173添加。如果該流體需要比用閥門限定所獲得的溫度更高的溫度，則流體能夠移動到匯管174中和用來自匯管173的流體置換。
所以在第一實施方案中，傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)包括第一傳熱介質(zhì)匯管，第一傳熱介質(zhì)流穿過它；第二傳熱介質(zhì)匯管，第二傳熱介質(zhì)流穿過它；第一傳熱介質(zhì)子環(huán)路，傳熱介質(zhì)可以穿過它，分別從第一匯管到第二匯管；和與該匯管和第一子環(huán)路中所選擇的一種實現(xiàn)流體連通的控制閥。第一傳熱介質(zhì)流的壓力大于第二傳熱介質(zhì)流的壓力，和控制閥用于僅僅利用第一傳熱介質(zhì)料流的壓力有選擇地引導第一傳熱介質(zhì)流的至少一部分到第一子環(huán)路中，以使傳熱介質(zhì)穿過第一子環(huán)路，以及控制所流過的傳熱介質(zhì)流的溫度和壓力。系統(tǒng)的附加方面包括獨立于第一子環(huán)路形成的和與其實現(xiàn)流體連通的第二傳熱介質(zhì)子環(huán)路；和與第二子環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第二控制閥。第二控制閥利用了第一傳熱介質(zhì)流的壓力有選擇地引導至少一部分的第一傳熱介質(zhì)流到第二子環(huán)路中，以便控制所流過的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。
在第二實施方案中，傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)包括第一傳熱介質(zhì)匯管，第一傳熱介質(zhì)流穿過它；第二傳熱介質(zhì)匯管，第二傳熱介質(zhì)流穿過它；第一傳熱介質(zhì)子環(huán)路，傳熱介質(zhì)可以穿過它，分別從第一匯管到第二匯管；與第一匯管和第一子環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第一控制閥；和與第一子環(huán)路和第二匯管實現(xiàn)流體連通的第二控制閥。在第一匯管內(nèi)的第一傳熱介質(zhì)流的壓力大于在第二匯管內(nèi)的第二傳熱介質(zhì)流的壓力，和控制閥的一個或兩個用于利用第一傳熱介質(zhì)料流的壓力有選擇地引導第一傳熱介質(zhì)流的至少一部分到第一子環(huán)路中，以使傳熱介質(zhì)穿過第一子環(huán)路，以及控制流過第一子環(huán)路的傳熱介質(zhì)流的溫度和壓力。
本發(fā)明的第二實施方案的附加方面包括增加與第一子環(huán)路獨立地形成的和與其實現(xiàn)流體連通的第二傳熱介質(zhì)子環(huán)路，而第二控制閥與第二子環(huán)路實現(xiàn)流體連通，其中第二控制閥用于利用第一傳熱介質(zhì)料流的壓力有選擇地引導第一傳熱介質(zhì)流的至少一部分到第二子環(huán)路中，以便控制所流過的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。第二控制閥用于降低流過第一子環(huán)路的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。本發(fā)明的附加方面包括與第二子環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第三控制閥，其中第三控制閥利用第一傳熱介質(zhì)流的壓力有選擇地引導至少一部分的第一傳熱介質(zhì)流到第二子環(huán)路中，以便控制所流過的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。
傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)的另一個方面是，穿過第二子環(huán)路的傳熱介質(zhì)的壓力低于穿過第一子環(huán)路的傳熱介質(zhì)的壓力。另外，第二控制閥用于提高穿過第二子環(huán)路的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。因此，在另一個方面，該系統(tǒng)包括從第一子環(huán)路到第二子環(huán)路實現(xiàn)密封式流體連通所延伸的導管，以使穿過第一子環(huán)路的傳熱介質(zhì)再穿過第二子環(huán)路，該第二控制閥分別與第一和第二子環(huán)路中的每一個實現(xiàn)流體連通，和用于控制從第一子環(huán)路進入第二子環(huán)路中的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。第二控制閥也可用于降低從第一子環(huán)路進入第二子環(huán)路中的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力。
該系統(tǒng)的另一個方面包括一系列傳熱介質(zhì)子環(huán)路，因此，各后續(xù)的子環(huán)路與緊接著在前面的子環(huán)路實現(xiàn)流體連通，以便接收傳熱介質(zhì)。這表現(xiàn)為穿過一系列傳熱介質(zhì)子環(huán)路的傳熱介質(zhì)的流體壓力會在各后續(xù)子環(huán)路中降低(相對于緊接著在前面的子環(huán)路而言)的方面。同樣，該系統(tǒng)的這一實例的方面是穿過一系列傳熱介質(zhì)子環(huán)路的傳熱介質(zhì)的溫度將在各后續(xù)子環(huán)路中降低，相對于緊接著在前面的子環(huán)路而言。附加的方面是，一系列子環(huán)路的各自傳熱介質(zhì)子環(huán)路具有與第一匯管實現(xiàn)流體連通的第一控制閥和用于提高所穿過的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力的子環(huán)路，和與子環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第二控制閥和用于降低所流過的傳熱介質(zhì)的溫度和壓力的第二匯管。
傳熱介質(zhì)控制系統(tǒng)的另一個方面是，傳熱介質(zhì)穿過第一匯管而在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵存在下進入和穿過第一子環(huán)路，以及傳熱介質(zhì)在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵存在下從第一子環(huán)路穿行到第二匯管中。類似地，這一實施方案的附加方面是，分別地，在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵存在的情況下，傳熱介質(zhì)從第一匯管進入和穿過第一子環(huán)路，并從第一子環(huán)路穿行到第二匯管中。
讓傳熱介質(zhì)穿過傳熱介質(zhì)系統(tǒng)的方法包括讓第一傳熱介質(zhì)流穿過第一傳熱介質(zhì)匯管；讓第二傳熱介質(zhì)流穿過第二傳熱介質(zhì)匯管；讓傳熱介質(zhì)在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵存在下從第一匯管穿過第一傳熱介質(zhì)子環(huán)路，借助于與第一匯管和第一子環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第一控制閥；和在沒有傳熱介質(zhì)循環(huán)泵存在下讓傳熱介質(zhì)從第一子環(huán)路穿行到第二匯管中，借助于與第一子環(huán)路和第二匯管實現(xiàn)流體連通的第二控制閥。縮聚流體在沒有泵存在下從管式反應器的第一端移動到它的第二端。
設備的小型化如果需要，液體原料進料罐的使用可以從該聚酯工藝中省去。正如已知的，原材料可利用許多已知類型的輸送工具被輸送到工藝裝置中，該工具包括管道，鐵路車皮，或牽引槽車。本發(fā)明中，所輸送的原材料現(xiàn)在可以直接從輸送工具泵抽到裝置中。這一工藝的基礎是泵的NPSH曲線。正如已知的，和例如當牽引槽車輸送所使用的流體時，該凈正吸入壓頭(NPSH)是在牽引槽車內(nèi)的液面和流入泵中的流體的壓降的函數(shù)。壓降是流體速度，流體粘度和所使用的管道構型的函數(shù)。比較起來，供應罐的排出壓力是液體高度和密度的函數(shù)。該系統(tǒng)的管道構型將在兩種情況下是恒定的。隨著環(huán)境溫度變化而發(fā)生的液體密度和粘度變化應該是小的，但是如果密度和粘度變化是大的，則它們能夠按已知方式從科里奧利質(zhì)量流量計獲得。
因此，如果從流量計獲知了質(zhì)量流速，則已知結構的工藝控制計算機(未加說明)能夠采用這一輸入數(shù)據(jù)，以及所需要的任何附加輸入數(shù)據(jù)，正如以上所討論，并且能夠通過使用進口泵壓力來計算槽車內(nèi)的流體質(zhì)量。該進口泵壓力和流量用于連續(xù)地測定在槽車內(nèi)流體的質(zhì)量。在功能檢驗期間，壓力和流量數(shù)據(jù)與槽車內(nèi)液面的關系經(jīng)過建立后可校正在計算機評價中的任何不足。
現(xiàn)在參考在圖21中所說明的流體輸送系統(tǒng)來描述操作工藝。第一槽車265停在泵站“P”處。通過分別開通一系列的閥門251，252，253，257，261和276，該槽車被連通并經(jīng)由閥門連通于泵263。同時，分別關閉第二系列的閥門258，259，272，274和275。啟動泵263，通過返回到槽車265中來初始化(primed)。一旦自動閥272打開，系統(tǒng)已為裝置運轉(zhuǎn)作好準備。第二槽車266也停在該泵站，并且通過開通一系列的閥門254，255，256，260，262和273來連通并經(jīng)由閥門連通于第二泵264。同時，關閉閥門258，259，271，274和275。啟動該泵264，通過返回到槽車266中來初始化。該泵264系統(tǒng)已為裝置運轉(zhuǎn)作好準備，但保持在備用方式。
閥門272打開，裝置啟動。當槽車265中的液面被測得在一定液面，如它的全部液面高度的10％，則閥門272被關閉和271同時開通以便不間斷地為裝置供應流體。現(xiàn)在泵263再循環(huán)回到槽車265，泵264從槽車266中供應該裝置。該裝置繼續(xù)運行而消耗來自槽車266的流體，直到其中的液面被測量處于一定液面，例如全部液面高度的85％為止。一旦這一情況發(fā)生，計算機打開該閥門275和關閉閥門276。該泵將槽車265內(nèi)的剩余流體泵入到槽車266中。該泵263在低瓦特數(shù)下自動停止。該過程控制計算機然后關閉該閥門275。
第一槽車265從該泵站離開，裝滿了所需工藝流體的另一個槽車265停在該泵站。由泵263從槽車265中初始化，來重復這一過程。然后，一旦槽車266內(nèi)的液面被測量處于一定液面，例如全部液面高度的10％，則關閉閥門271和開通272。使用在槽車265內(nèi)的液面，一直到該液面被測量在一定液面例如全部液面高度的85％為止，因此，槽車266內(nèi)的剩余流體泵抽到槽車265中。該槽車266然后從泵站離開，另一個全載槽車266停在該最初槽車的位置。泵264從新槽車266進料和初始化，以這種方式繼續(xù)該工藝。
所述液體輸送系統(tǒng)的第一實例因此包括位于泵站的至少一個配送容器，和與至少一個配送容器實現(xiàn)流體連通的至少一個泵，該至少一個配送容器與閥門組實現(xiàn)流體連通，該閥門組與工藝裝置管路系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通。該流體有選擇地直接從至少一個配送容器中泵抽而通過閥門組并在另外接收和貯存來自至少一個配送容器的流體的流體配送進料和貯存罐不存在的情況下輸入到工藝裝置管路系統(tǒng)中。另外，該系統(tǒng)包括位于泵站的第二配送容器和與第二配送容器實現(xiàn)流體連通的第二泵，這些配送容器和泵中的每一個分別與該閥門組實現(xiàn)流體連通。該閥門組由多個可選擇操作的控制閥組成并與工藝裝置管路系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通，使得在流體輸送進料和貯存罐不存在的情況下，流體有選擇地直接分別從第一和第二配送容器中泵抽而通過閥門組和進入到工藝裝置管路系統(tǒng)中。
該系統(tǒng)的附加方面包括過程控制計算機，該過程控制計算機以可操作方式分別聯(lián)接于第一和第二泵，和聯(lián)接于該閥門組內(nèi)的至少一個控制閥；質(zhì)量流量計分別與第一和第二配送容器中每一個實現(xiàn)流體連通，并且以可操作方式聯(lián)接于該過程控制計算機；質(zhì)量流量計經(jīng)過構造和排列后可測量和傳輸從任何一個配送容器泵抽的流體的流體質(zhì)量流速到過程控制計算機中；該過程控制計算機通過使用流體質(zhì)量流速和所測量的進口泵壓力來計算在所選擇的一個配送容器內(nèi)的流體質(zhì)量。另外，該過程控制計算機使用該進口泵壓力和流體流動流率來連續(xù)地測定在所選擇的一個配送容器內(nèi)該流體的質(zhì)量。
過程控制計算機開通第一自動控制閥和啟動該工藝裝置的操作；并且，一旦在第一配送容器內(nèi)的液面由過程控制計算機測定處于第一預定的液面，就關閉第一自動控制閥。附加的方面是，第二自動控制閥同時被過程控制計算機開通，使得第一泵將流體從第一配送容器中再循環(huán)回到第一配送容器中，和第二泵從第二配送容器中供應流體到該工藝裝置中。之后該裝置從第二配送容器中提供工藝流體，直至其中的液面被過程控制計算機測定處于第二預定的流體液面為止。其后，該過程控制計算機開通第一控制閥和關閉第二控制閥，使得在第一配送容器內(nèi)的剩余流體被泵抽到第二配送容器中。一旦該過程控制計算機關閉第一控制閥，第一配送容器可以用處于泵站的它的位置上的新鮮配送容器所代替。本發(fā)明的附加方面包括該過程控制計算機再開通第二控制閥和關閉第一控制閥，使得該裝置從第二配送容器中提供工藝流體。
本發(fā)明的所述方法因此包括在泵站處放置第一配送容器，該第一配送容器與第一泵實現(xiàn)流體連通，在泵站處放置第二配送容器，該第二配送容器與第二泵實現(xiàn)流體連通，和有選擇地直接從各配送容器的每一個中泵抽流體到該閥門組中和進入該工藝裝置管路系統(tǒng)中。這一方法包括以下各個方面，以可操作方式將過程控制計算機分別聯(lián)接于第一和第二泵中，和聯(lián)接于該閥門組內(nèi)的至少一個控制閥，和通過使用分別與第一和第二配送容器中每一個實現(xiàn)流體連通的質(zhì)量流量計，和以可操作方式聯(lián)接于過程控制計算機，測量從其分別流過第一和第二泵的流體流量。該過程控制計算機通過使用流體質(zhì)量流速和所測量的進口泵壓力來計算在所選擇的一個配送容器內(nèi)的流體質(zhì)量，以及使用該進口泵壓力和該流體流速率連續(xù)地測定在所選擇的一個配送容器內(nèi)流體的質(zhì)量。該過程控制計算機響應于測定在所選擇的一個配送容器內(nèi)該流體的質(zhì)量，來開通第一自動控制閥和啟動該工藝裝置的操作。
該方法的附加方面也包括一旦在第一配送容器內(nèi)的流體液面由過程控制計算機測得處于第一預定流體液面，該過程控制計算機關閉第一自動控制閥，使得第一泵將流體再循環(huán)回到第一配送容器，和同時開通第二自動控制閥，使得第二泵從第二配送容器中供應流體到該工藝裝置中；從第二配送容器中為工藝裝置提供工藝流體，直到其中的流體液面由過程控制計算機測得處于第二預定流體液面為止；過程控制計算機開通第一控制閥和關閉第二控制閥，使得在第一配送容器內(nèi)的剩余流體被泵抽到第二配送容器；過程控制計算機關閉第一控制閥和在泵站用新鮮的配送容器代替第一配送容器；然后將剩余的流體從第一配送容器轉(zhuǎn)移到第二配送容器中，之后，在取代第一液體配送容器的同時，繼續(xù)從第二配送容器中為工藝裝置提供工藝流體。
正如已知的，在典型的聚酯處理設備中存在三種不同的蒸餾塔水塔，抽提塔，和MGM塔(混合二醇和單體塔或乙二醇凝析塔)。來自酯化反應器的蒸氣被送至該水塔。在其中，水與乙二醇分離。低沸點物(包括水)在塔的頂部被除去并送至抽提塔，而乙二醇和其它高沸點化合物在塔的底部被除去并能夠送回到漿料罐，反應器，送往其它用戶，和正如這里所述，回到該再循環(huán)環(huán)路。
該抽提塔在抽提塔的頂部分離出二烷(paradioxane)，它不能送至廢水處理設施中，并將二烷與水的共沸物相合并，然后與其它低沸點組分一起送回爐中或送回氧化器中。來自抽提塔的底部的流體被送回到廢水處理設施中。在本發(fā)明的一個實施方案中，該水塔可通過將低沸點組分送至爐中而不是送至抽提塔中來維持，并且該抽提塔能夠省去。在這一情況下，該水塔可以排放到爐中而不是將低沸點組分送至抽提塔中。該MGM塔也排放到該爐中。
同樣已知的是，在普通的聚酯處理設備中，需要廢水處理設施來處理有機廢物以及從該工藝產(chǎn)生的水力負載(水流)。在本發(fā)明的一個方面，如上面描述的，該有機廢物被排放到爐中，在其中將它燃燒掉。在本發(fā)明的一個單獨方面，和正如這里所詳細地討論的，通過從聚酯形成工藝中省去許多單元操作和整合該裝置，因此產(chǎn)生更緊湊型裝置，使得能夠在整個工藝裝置上方布置屋頂，因此不需要將水力負載送至廢水處理設施，因為雨水不再接觸該加工設備，和/或任何泄漏工藝流體。因此，在本發(fā)明的另一個方面，通過將有機物廢料送至爐中所實現(xiàn)的有機物廢料的除去，通過減少設備尺寸連同在設備上布置屋頂對該裝置進行整合所實現(xiàn)的水力負載或廢水的消除，使得不再需要另外為聚酯加工裝置所用的廢水處理設施。
從裝置中散發(fā)到環(huán)境的量能夠通過將全部的工藝(即，蒸餾塔，洗滌器，吸附器，真空泵，等等)和罐排放物排放到增壓排放匯管中來減少。該排放匯管流向該HTM爐和被焚化。因此，如果所有這類排放物都連接到這一匯管中，來自裝置的沒有氧化的散發(fā)物將減少99％以上(典型地氧化散發(fā)物是二氧化碳和水)。另外，這一工藝使得不需要抽提塔。
本發(fā)明的另一個特征是，通過增加各蒸餾塔的基本部分的體積超過在普通工藝中使用的基本體積，供往返于蒸餾塔的產(chǎn)物所用的罐能夠被省去。這將減少流體容納區(qū)域的量和降低與任何此類貯罐相關的全部成本。通過增加基本部分的高度或直徑能夠增大蒸餾塔體積。在塔上不需要附加的儀器。在本發(fā)明的一個方面，水塔的基本部分在直徑和高度上比普通的水塔大了至少40％。在這一方面，總高度提高了約至少3％。在另一個方面，該基本部分在直徑或高度上增加了至少50％。
該廢水處理設施能夠通過該裝置的整合而省去，正如以上所討論的。這通過除去環(huán)境散發(fā)物和通過省去貯罐而成為可能，如前面所討論的。而且，該裝置可在全部工藝廠房，槽車泵/卸載站，HTM爐，和/或該裝置具有潛在COD的任何其它區(qū)域之上建造屋頂。來自制粒機和冷卻塔的廢水與全部其它廢液分開并流向裝置排泄口。全部雨水，包括來自全部上述屋頂區(qū)域的水，也走向該裝置排泄口。溝渠，優(yōu)選夾壁的，在工藝裝置和HTM爐之間建造。其優(yōu)選是被覆蓋的溝渠。全部剩余受污染的廢水進入該溝渠。在溝渠內(nèi)的全部所收集的廢水將從溝渠泵抽到HTM爐中，在其中該廢水被燃燒。如果全部其它水源加以限制，該熱負荷費用可通過廢水處理廠的投資費用和操作費用的減少來抵消。
同樣，如果該裝置布局是適當?shù)赜媱澰O計的，對于熔融相設備需要僅僅一個用于粒料或切片的輸送系統(tǒng)。最終反應器出口足夠高，以便切粒機能夠制造粒料，該粒料將利用重力而降落在切粒機下面的分析倉中。在另一個實例中，該分析倉可以省去。粒料被輸送到摻混料倉的頂部，和摻混料倉的底部也位于包裝倉之上。包裝倉的底部位置和高度足夠高，以使包裝倉的內(nèi)容物由重力供應到海洋貨艙，卡車，或鐵路車廂中。通過從料倉中直接為包裝設備供料，也能夠省去該包裝倉。包裝散裝(bulk)袋，盒子，桶和大袋的裝置在包裝倉之下并與它足夠近，以使它們也能夠由重力來填充。輸送系統(tǒng)的減少會降低設備、設施成本，并改進產(chǎn)品質(zhì)量，省去了為粒料的熔化和成條所用的機構。
在本發(fā)明的另一個方面，在裝置中的水系統(tǒng)能夠通過將安全淋浴塔，冷卻塔，切粒機水和HTM泵冷卻器相結合來小型化。
典型地，該裝置安全淋浴系統(tǒng)是自容納式系統(tǒng)。它具有從城市供水系統(tǒng)供應水的液面控制系統(tǒng)。它還具有增壓系統(tǒng)和后備加壓氣體，當出現(xiàn)動力故障時用。冷卻塔具有用于維持其中的水位(因為蒸發(fā)而損失水)的供水系統(tǒng)，和吹洗(吹掃沖洗)系統(tǒng)以防止高沸點組分發(fā)生濃縮或沉淀。該冷卻塔系統(tǒng)具有化學品添加系統(tǒng)，后者保持水的pH，硬度，生物生長等處于目標額度。切粒機水系統(tǒng)將水供應給切粒機(造粒)，并需要補給水，因為當接觸熱聚物線條時水會蒸發(fā)。通常這一系統(tǒng)不具有吹掃系統(tǒng)，雜質(zhì)通常保留在粒料上，雖然這能夠引起問題。該切粒機也具有化學品添加系統(tǒng)。該HTM泵具有冷卻器，后者具有高的壓降。標準的冷卻塔匯管無法提供足夠的壓力通過HTM泵上的高壓降冷卻器。
為了克服這些問題典型地有四種選擇
1.)使用供應水作為一次通過性冷卻；2.)投入增加的資金和泵送費用來提高冷卻塔匯水管的壓力；3.)建造單獨的高壓冷卻塔匯管，導致增大的資金和泵送費用；和4.)為泵購買低壓降冷卻器，導致增加資本成本和沒有(voiding)被擔保人(warrantee)。
這些系統(tǒng)的整合能夠減少資金和生產(chǎn)費用。通過HTM系統(tǒng)的整合和全部子環(huán)路泵的省去，只有主環(huán)路HTM泵得以保留。這些HTM泵所需要的冷卻水流量稍微低于所需要的冷卻塔補給水(太多的水是可接受的)。該切粒機水系統(tǒng)具有較高的水壓以供應給切粒機，它的壓力也足夠高以便為HTM泵冷卻器所使用。然而，在穿過HTM泵之后，水不應該回到切粒機系統(tǒng)，因為HTM漏出物會污染產(chǎn)物。因此，來自HTM泵的水應該進入到該冷卻塔中。如果冷卻塔化學品被加入到切粒機水系統(tǒng)中，它將保護該切粒機水系統(tǒng)和省去了化學品添加系統(tǒng)中的一個，而仍然經(jīng)由這一凈化將化學品供應到冷卻塔。在切粒機水系統(tǒng)上的凈化是無害的并且是有益的。從切粒機水系統(tǒng)中泵抽水使之穿過HTM泵冷卻器和然后穿過冷卻塔省去了為HTM泵所需要的附加的冷卻系統(tǒng)，可以省去化學處理系統(tǒng)，并且為全部三種用途提供所需要的水。仍然需要將水供應到切粒機水系統(tǒng)和安全淋浴系統(tǒng)中。
該安全淋浴系統(tǒng)需要每星期吹掃沖洗以防止水積滯。更經(jīng)常的沖洗是有益的，而且自動沖洗凈化將降低成本。如果該安全淋浴罐被升高，則增壓和備用增壓系統(tǒng)因此是不需要的。如果水進入安全淋浴罐中和從該罐的頂部溢出，則該罐可以完全充滿而不需要液面系統(tǒng)。如果切粒機水系統(tǒng)的液位控制閥處于供應安全淋浴罐的管線之中，和安全淋浴罐溢出到切粒機水罐中，則安全淋浴器連續(xù)地用在切粒機水系統(tǒng)和冷卻塔水系統(tǒng)兩者的補給(make-up)速率下流動的水來沖洗。這一布局將從安全淋浴系統(tǒng)中省去全部勞動和儀器。
解決上述問題和滿足裝置操作者需要的本發(fā)明的新型整合裝置水分配系統(tǒng)示于圖22中。現(xiàn)在參見圖22，安全噴淋水儲罐290從合適的水源“W”如裝置外城市供水(未示出)供應清潔的新鮮水。該安全淋浴水罐供應任何所需要的水到該裝置安全淋浴器和eyebaths(未示出)中，以及通過第一管道291將水供應到作為單獨切粒機/制粒機水罐294的一部分所提供的過濾和水貯存罐組件294中。一旦被引入該水分配環(huán)路中，水通入和穿過該過濾和水貯存罐組件294。由此處，過濾和冷的水利用合適的泵295穿過制粒機水分配環(huán)路，然后在穿過泵之后穿過下游熱交換器296來冷卻水。過濾器298位于泵下游的制粒機水分配環(huán)路中以除去所夾含的任何污物和/或小顆粒物。下游的化學品添加站299作為制粒機水分配環(huán)路的一部分而提供，以便保持在制粒機水分配環(huán)路中的水處于所控制的有機物增長，水硬度，水溶性和腐蝕性指標之內(nèi)，該指標是該工藝進行所需要的，并且是供應到該系統(tǒng)中的水的地點和水特性決定的。制粒機水分配環(huán)路的最后組件是切粒機/制粒機站300，它們的功能描述如下。
來自該裝置的熔融聚合物經(jīng)由聚合物供應管線316供應到在切粒機/制粒機站300處的聚合物擠出模頭317中，該模頭按已知方式擠出多根的熔融聚合物線條318。熔融聚合物線條利用通過制粒機水分配環(huán)路所供應的冷過濾水在切粒機/制粒機站300中冷卻，以便將該熔融聚合物線條制粒和/或切粒。其后，現(xiàn)在已加熱的和“骯臟的”水與補給水(補償在切粒機/制粒機站中因蒸發(fā)所引起的水損失)一起通入到過濾和水貯存罐組件中而進行冷卻，該補給水也用于沖洗泵303，其從該安全噴淋水儲罐中添加。通入到過濾和水貯罐組件中的水然后回到該制粒機水分配環(huán)路中，如以上所述，以供再使用。
單獨的水管線302從制粒機水分配環(huán)路中供應，和延伸到下游泵303中，用于將水通入到冷卻塔304中。該冷卻塔裝有液位控制器306，用于維持在作為冷卻塔組件的一部分所形成的水收集盆307中容納的水的液位。液位控制器306具有最小流量設定，以確保令人滿意用量的水總是滿足于泵303的最低要求冷卻流量。該冷卻塔冷卻所通過的水，該水從水收集盆中通過冷卻塔水供應環(huán)路308。
穿過冷卻塔供水環(huán)路的水的預定用途包括任何所需數(shù)量的下游冷水用戶311，這些用戶將現(xiàn)在的“廢”水送回到該冷卻塔供水環(huán)路。下游未使用的任何水回到和穿過水冷卻塔，根據(jù)為了補償在該收集盆/儲罐307內(nèi)損失水的需要，該液位控制閥306從制粒機水分配環(huán)路中抽吸水。
從下游用戶回到冷卻塔供水環(huán)路中的廢水再回到和穿過該冷卻塔304，并在其中蒸發(fā)。水的蒸發(fā)因此濃縮了在穿過冷卻塔供水環(huán)路的水流中的固體和/或污染物，因此，根據(jù)需要，用控制器314將水經(jīng)由水沖洗管線312從環(huán)路中沖出而進入水排泄口(未示出)。泵310提供了用于將冷卻水通入到任何和全部水用戶那里所需要的力。
提供給安全噴淋水儲罐290中的水通過水位控制器315來控制，該設備保持罐290內(nèi)的水位在合適的水位。來自安全噴淋水儲罐的過剩水將穿過水管線291和進入到制粒機水分配環(huán)路292的過濾和水貯存罐組件294中，在其中如上所述來處理水。提供給制粒機水分配環(huán)路292和冷卻塔水環(huán)路308中的全部水是從合適的供水源提供的，如上所述。這包括加入到各系統(tǒng)中的全部水，用于補償下游用戶311損失的全部水和在切粒機/制粒機站300中以及在冷卻塔304中的水蒸發(fā)。
因此，本發(fā)明的整合裝置水分配系統(tǒng)包括，在第一實施方案中，與水源實現(xiàn)流體連通和從該水源供應水的安全噴淋水儲罐，與安全噴淋水儲罐實現(xiàn)流體連通并從中供應水的第一水分配環(huán)路，與第一水分配環(huán)路實現(xiàn)流體連通的第二水分配環(huán)路，和控制閥，后者有選擇地從第一水分配環(huán)路中抽吸水而將水供應到第二水分配環(huán)路中。這一系統(tǒng)的各個方面包括與單獨的安全淋浴和eye wash系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通的安全噴淋水儲罐；以密封式流體連通方式從安全噴淋水儲罐延伸到第一水分配環(huán)路的水管道，當水從它溢流和通入到第一水環(huán)路中時，其中第一水分配環(huán)路從安全噴淋水儲罐中供應水。第一水分配環(huán)路包括制粒機水環(huán)路，它經(jīng)過建造和排列后而將水供應到用于將熔化塑料聚合物造粒的造粒站中；過濾和水貯罐；泵，它經(jīng)過構建和排列后可將水從水貯罐中泵抽出來并通過第一水分配環(huán)路；熱交換器；過濾器；和化學品添加站。該熱交換器位于泵的下游，該過濾器位于熱交換器的下游，該化學品添加站位于過濾器的下游，造粒站位于化學品添加站的下游，和過濾和水貯罐位于造粒站的下游。
整合裝置水分配系統(tǒng)的附加方面包括與過濾和水貯罐實現(xiàn)流體連通的水位控制器，和介于水位控制器和安全噴淋水儲罐之中間并與每一個實現(xiàn)流體連通的控制閥。該水位控制器經(jīng)過構建和排列后能夠有選擇地直接從水源添加補給水到過濾和水貯罐中。該水位控制器也經(jīng)過構建和排列后能夠有選擇地控制水供應到該安全噴淋水儲罐中以維持其中的水位在預定的水位。
第二水分配環(huán)路包括帶有冷卻塔的冷卻塔水環(huán)路，經(jīng)過構建和排列后將水從冷卻塔泵抽出來通過第二水分配環(huán)路的泵，和至少一個冷卻塔水用戶。該冷卻塔進一步包括作為其一部分形成的用于收集所流過的水的水收集盆。冷卻塔水環(huán)路的泵位于水收集盆的下游，和至少一個冷卻塔水用戶位于泵的下游和冷卻塔的上游。第二水分配環(huán)路進一步包括與其實現(xiàn)流體連通的沖洗管線，和與沖洗管線實現(xiàn)流體連通的以便有選擇地從第二水分配環(huán)路中排出水的控制閥。第二水管線以密封式流體連通方式從第一水分配環(huán)路延伸到第二水分配環(huán)路中以便為其提供水。
用于有選擇地從第一水分配環(huán)路中抽吸水到第二水分配環(huán)路中的設備的一個方面包括與第二水管道實現(xiàn)流體連通的第二泵，用于從第一水分配環(huán)路中抽吸水到第二水分配環(huán)路中。有選擇地抽吸水的設備的附加方面是，與冷卻塔水收集盆實現(xiàn)流體連通的水位控制器，和介于第二個泵和冷卻塔水收集盆之中間和與它們每一個實現(xiàn)流體連通的控制閥。用于冷卻塔盆的該水位控制器經(jīng)過構建和排列后能夠有選擇地從第二水管道中添加補給水到冷卻塔水收集盆中，和也經(jīng)過構建和排列之后能夠確定最低水流量設定值，以確保令人滿意用量的水總是滿足第二泵的最低需要冷卻流量。
本發(fā)明的另一個方面因此是將水分配通過整合裝置水分配系統(tǒng)的方法，該方法的各個方面包括將水供應到安全噴淋水儲罐中，讓水從安全噴淋水儲罐中通入到第一水分配環(huán)路中，和有選擇地將水從第一水分配環(huán)路通入到第二水分配環(huán)路中。該方法體現(xiàn)特征于以下各個方面有選擇地直接從水源將水加入到第一水分配環(huán)路中；讓第一水分配環(huán)路中的水通過熔化聚合物造粒站；讓第二水分配環(huán)路中的水通過水冷卻塔；有選擇地將水從第二水分配環(huán)路中通入到與第二環(huán)路實現(xiàn)密封式流體連通的水沖洗管線中；有選擇地將水從第一水分配環(huán)路通入到構成第二水分配環(huán)路的一部分的冷卻塔水收集盆中。
所述工藝/工藝裝置所使用的整合真空系統(tǒng)的優(yōu)選實例示于圖23中。通過使用所述的整合的真空系統(tǒng)，EG噴射器的數(shù)量可以減少，冷卻水系統(tǒng)能夠小型化，如果在一些情況下無法省去的話，以及為了在最后的縮聚反應器中獲得兩個階段的真空所需要的組件的數(shù)量也可減少。
正如分別在圖17a和17b中所說明的，縮聚通常地具有三階段的真空。在這里，本發(fā)明的獨特設計整合了這最后兩個階段的真空，該中壓和低壓真空階段。該第三真空階段不能被整合，因為在這一階段中的壓力太高和另外無法讓EG蒸氣噴射器具有為操作所需要的適宜差壓。在蒸氣管線中設置閥能夠?qū)е露氯麊栴}，因此不是可靠的解決方案。盡管如此，兩個階段的真空能夠有效地偶合。
現(xiàn)在參見圖23，合適的和另外普通的真空泵320能夠在用于冷凝組分如EG和其它可冷凝物的中間階段冷凝器321上抽出真空。第一EG蒸氣噴射器322被安裝在噴霧冷凝器324和中間階段冷凝器之間，和該蒸氣噴射器通常具有在6到8之間的壓縮比。中間階段冷凝器的液體排泄物進入到液封容器325中，后者也稱作浸漬容器。來自真空泵的排泄物，以及來自噴霧冷凝器的液體排泄物也能夠通入到這一密封容器中，或到任何其它類型的合適容器中。來自浸漬容器的該液體然后被泵抽穿過過濾器326，冷卻器328，并且或者(a)返回到中間階段冷凝器321或噴霧冷凝器324中，或者(b)在管線33處從這一系統(tǒng)中排出，例如，進入水塔(未顯示)中。根據(jù)所加工的產(chǎn)品，系統(tǒng)的溫度應該提高或降低以控制真空以及控制低沸點和中等沸點組分的聚集，這是已知的。
本發(fā)明的整合的真空系統(tǒng)的真空泵從縮聚中壓真空階段或區(qū)段P 2抽吸真空而經(jīng)管線244進入噴霧冷凝器的頂部或頂部區(qū)域中，正如圖解法所說明的。來自最終縮聚反應器頂部的這一中壓真空/蒸氣流連接于在冷凝器頂部區(qū)段內(nèi)的液體冷卻噴嘴(未示出)下方的噴霧冷凝器。如以上所示，從噴霧冷凝器延伸到第一EG噴嘴的真空連接段也是在噴霧冷凝器的頂部，這可使縮聚蒸氣在進入到EG噴嘴之前被冷凝。這具有提高噴嘴能力的所需效果。
最終縮聚反應器的縮聚低壓真空階段或區(qū)段P3由管線245連接到第二EG噴嘴330中，并從其中延伸到該噴霧冷凝器的底部或底部區(qū)域中。來自第二EG噴嘴的蒸氣因此在低于噴霧冷凝器324的底部液體冷卻噴嘴(未示出)的位點進入噴霧冷凝器324中。這使得來自第二EG噴嘴的縮聚蒸氣，和來自最終反應器底部中的低縮聚壓力真空，發(fā)生冷凝，但不另外損害或削弱該縮聚反應器頂部的真空。
仍然參見圖23，本發(fā)明的整合的真空系統(tǒng)也包括通過利用真空泵320抽吸真空，讓真空通過縮聚高壓真空階段或區(qū)段P1的所需組件。因此，該高壓真空區(qū)段經(jīng)由真空管線243以管道輸送至冷凝器335。來自高壓階段的蒸氣在冷凝器335中按已知的方式冷卻。在冷凝器中收集的液體/液體凝析液通入到與冷凝器實現(xiàn)流體連通的第二密封容器336中。
第二密封容器與泵337實現(xiàn)流體連通，從中抽吸出液體/液體凝析液并讓它通過下游的過濾器339。其后，該液體在與過濾器實現(xiàn)流體連通的冷卻器340內(nèi)冷卻，和該液體回到冷凝器335以供再使用，或通入到該裝置內(nèi)的其它用戶中，其根據(jù)需要來定。真空管線334從冷凝器335的頂部延伸，并通過控制閥343與真空泵320實現(xiàn)流體連通。
這一設計因此省去了EG噴嘴組，一個噴霧冷凝器和泵抽系統(tǒng)，并且僅僅具有兩個總EG噴嘴而不是每組三個噴嘴。通過將中壓和低壓真空區(qū)段的所有的汽壓升降器放置于同一密封容器中，密封容器的數(shù)量也已經(jīng)減少到低于一半。例如雙系統(tǒng)將具有五個密封罐，而單個系統(tǒng)正常具有三個密封罐。這一構造因此省去了不必要的設備，儀器，以及還減少了另外為了操作較大真空系統(tǒng)所需要的能量消耗。
正如所述，因此，本發(fā)明的整合的真空系統(tǒng)包括分別與縮聚反應器的中壓和低壓真空區(qū)段當中的每一個實現(xiàn)流體連通的噴霧冷凝器，與噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的中間階段冷凝器，和與中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的真空泵。該系統(tǒng)的附加方面包括分別與噴霧冷凝器、中間階段冷凝器和真空泵當中的每一個實現(xiàn)流體連通的密封容器；和液體分配系統(tǒng)，它經(jīng)過構建和排列后可收集、過濾、冷卻和分配分別來自噴霧冷凝器和中間階段冷凝器的液體，分別進入到噴霧冷凝器和中間階段冷凝器當中的每一個中。其它方面包括經(jīng)過構建和排列之后收集來自真空泵的液體的液體分配系統(tǒng)；由單個密封容器組成的液體分配系統(tǒng)，該密封容器經(jīng)過構建和排列之后收集分別來自噴霧冷凝器和中間階段冷凝器中的每一個中的液體；和控制閥，它與液體分配系統(tǒng)實現(xiàn)流體連通并經(jīng)過構建和排列之后，根據(jù)需要有選擇地將冷卻液體通入到它的其它用戶。
該系統(tǒng)的其它方面包括來自低壓真空區(qū)段的流體進入噴霧冷凝器的底部，和來自中壓真空區(qū)段的流體進入噴霧冷凝器的間隔的頂部；與縮聚反應器的高壓真空區(qū)段實現(xiàn)流體連通的第二噴霧冷凝器，第二噴霧冷凝器也與真空泵實現(xiàn)流體連通；設置在第二噴霧冷凝器和真空泵之中間并與它們當中每一個實現(xiàn)流體連通的控制閥；和第二液體分配系統(tǒng)，它經(jīng)過構建和排列之后收集，過濾，冷卻，和分配從第二噴霧冷凝器通入到至少第二噴霧冷凝器中的液體。
本發(fā)明的整合的真空系統(tǒng)的另一方面包括分別與縮聚反應器的中壓和低壓真空區(qū)段中的每一個實現(xiàn)流體連通的噴霧冷凝器，與噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的第一EG噴嘴，與第一EG噴嘴實現(xiàn)流體連通的中間階段冷凝器，與中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的真空泵，和分別與低壓真空區(qū)段和該噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的第二EG噴嘴。本發(fā)明的這一實施方案的附加方面包括來自低壓真空區(qū)段的流體進入噴霧冷凝器的底部，和來自中壓真空區(qū)段的流體進入噴霧冷凝器的間隔的頂部；從噴霧冷凝器的頂部延伸的第一EG噴嘴；與低壓真空區(qū)段和噴霧冷凝器的底部實現(xiàn)流體連通的第二EG噴嘴；和分別與噴霧冷凝器、中間階段冷凝器和真空泵實現(xiàn)流體連通的密封容器，該密封容器經(jīng)過構建和排列之后收集其中的液體和液體凝析液。更多的方面包括與密封容器實現(xiàn)流體連通的泵，用于泵抽其中的所收集液體；與泵實現(xiàn)流體連通的過濾器；與過濾器實現(xiàn)流體連通的并經(jīng)過構建和排列之后冷卻所流過的液體的冷卻器，該冷卻器分別與噴霧冷凝器和中間階段冷凝器中的每一個實現(xiàn)流體連通，和其中被冷卻器冷卻的液體分別通入到噴霧冷凝器和中間階段冷凝器中；與冷卻器實現(xiàn)流體連通的并經(jīng)過構建和排列之后根據(jù)需要來有選擇地將冷卻液體通入到它的其它用戶中的控制閥；液體收集和冷卻系統(tǒng)，它經(jīng)過構建和排列之后可收集分別來自噴霧冷凝器、中間階段冷凝器和真空泵中的液體和液體凝析液，和將冷卻的液體分別再分配到噴霧冷凝器和中間階段冷凝器中。
收集來自最終縮聚反應器的液體的方法因此包括將來自反應器的至少中壓縮聚真空區(qū)段和低壓縮聚真空區(qū)段的流體通入到分別與中壓和低壓真空區(qū)段中的每一個實現(xiàn)密封式流體連通的單個噴霧冷凝器中，和用與中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的真空泵通過與噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的中間階段冷凝器來抽吸流體。該方法的附加方面包括將來自低壓縮聚真空區(qū)段的流體通入到噴霧冷凝器的底部，和將中壓縮聚真空區(qū)段的流體通入到噴霧冷凝器的間隔的頂部；將來自噴霧冷凝器的頂部的流體通入到中間階段冷凝器中；將來自噴霧冷凝器的頂部的流體穿過與噴霧冷凝器和中間階段冷凝器實現(xiàn)流體連通的第一EG噴嘴；將來自低壓縮聚真空區(qū)段的流體穿過分別與低壓縮聚真空區(qū)段和噴霧冷凝器實現(xiàn)流體連通的第二EG噴嘴；在與噴霧冷凝器和中間階段冷凝器中的每一個實現(xiàn)流體連通的密封容器中收集來自噴霧冷凝器和中間階段冷凝器的液體和液體凝析液；過濾和收集被收集在密封容器中的液體，和將冷卻液體分別送回到噴霧冷凝器和中間階段冷凝器中；根據(jù)需要，有選擇地讓冷卻液體的至少一部分穿過與其實現(xiàn)流體連通的至少一個控制閥，以供其它地方使用；和將來自高壓真空區(qū)段的流體通入到與真空泵實現(xiàn)密封式流體連通的第二噴霧冷凝器中。
吸附器系統(tǒng)在一些實施方案中，希望用吸附器取代蒸餾塔。該吸附器能夠使用熱的，惰性的氣體來解吸。惰性氣體是在所存在的條件下不與反應物反應的任何氣體。熱氣解吸會產(chǎn)生有極低濃度的水的二醇類，它們將改進該酯交換或酯化轉(zhuǎn)化。在一個方面，至少一種反應物是二醇化合物，和其中至少一部分的二醇化合物作為蒸氣，液體或同時作為蒸氣和液體而從工藝中除去，并且送到吸附系統(tǒng)以便有選擇地回收該二醇化合物。
如圖19中所示，來自該工藝的流體被供應到第一吸附器182中。送至第一吸附器182中的工藝流體典型地包括蒸氣，液體或它們的混合物。這一工藝流體通常來自酯化工藝所排出的蒸氣流，和液體來自縮聚和其它液流，如泵沖洗，泵密封，真空泵，蒸發(fā)器沖洗，中間冷凝器等。該工藝流體流持續(xù)到達第二吸附器，直至希望回收的組分通過該床為止。離開吸附器的所有前面的工藝蒸氣流體經(jīng)由管線184被送至焚化HTM爐中。在這一點，該床是飽和的。
吸附的使用可以減少塔，設備，罐，攪拌器，泵等并且在一個實施方案中以幾個簡單的大型管或罐，壓縮機，和兩個換熱器來取代它們。吸附節(jié)約能量，因為不需要象蒸餾塔reflex，后者典型地具有等于產(chǎn)物排出速率的回流速率。吸收與蒸餾相比的另一個優(yōu)點是，該二醇是更純的，它導致產(chǎn)物中有較少的副產(chǎn)物，如降低的DEG和較少著色。同樣，該副產(chǎn)物在酯交換或酯化反應器中減少，如在酯化反應器中的水。水對于反應器有重要的影響，因此，酯化反應器可以是較小的。
工藝流體作為產(chǎn)品流189進入吸附器床181并在產(chǎn)品流190中離開。產(chǎn)品流190具有連續(xù)監(jiān)測儀器(如FTIR，但有經(jīng)驗后單個波長是合適的，在有經(jīng)驗之后切換用計時器來進行，和監(jiān)測能夠用手工取樣來完成)，它指示什么時候需要保存的組分離開該床。直到所需要的組分離開之后，全部其它組分經(jīng)由料流190送至料流184。料流184進入到熱破壞設備如傳熱介質(zhì)爐，熱氧化爐，催化氧化器等中。一旦床181被裝載，和所需要的組分是排出料流190，工藝流體被送至下一吸收劑床。
為了使用同一附圖，床181現(xiàn)在是作為部分荷載的床來顯示，它由來自反應器的料流189來裝載。床182是在前面段落中描述的滿載床。床183是完全地解吸的床。床181按照在第一段落中所述被裝載。床182具有惰性氣體如氮氣，二氧化碳，氬氣等的熱氣流，它經(jīng)由來自熱交換器188(它加熱該氣流191)的氣流191被供應給該床?？梢允褂萌魏芜m當?shù)臒嵩?，如蒸汽，電，熱氣或蒸氣，熱的液體如傳熱，介質(zhì)，等等。熱量也能夠在冷凝器料流187，191，192，193和料流199之間交換。普通的氣對氣熱交換器以及固體床交換器都可以使用。惰性氣體氣流的原動力來自壓縮機或鼓風機186，雖然對于惰性補充氣流197可以使用噴射嘴設備。在組件186的進口上的壓力通過惰性197和再循環(huán)料流195的添加來維持。
進入到床182中的熱的惰性氣體會從該床中解吸這些組分。另外地，蒸汽或其它熱的可冷凝的蒸氣可以使用，但這有損于排出料流的純度并且還需要用于該料流的附加分離設備。本領域中的那些技術人員將能夠控制料流191的流速和溫度以便準確地解吸床182，將解吸的組分分離成高純度，離散的脈沖。料流192中的這些脈沖可通過在料流190中使用的類似裝置來監(jiān)測。當不想要的組分從床182中分出而進入到料流192中時，三向閥或多個兩通閥被換向和料流192經(jīng)由料流198送至熱氧化設備，經(jīng)過料流184。另外，料流192能夠穿過非冷卻的冷凝器185和推進到料流184中以便熱氧化。當所需的組分從床182分出而進入料流192中時，該閥門被切換和料流192進入到料流199和進入冷凝器185中。冷凝器185能夠用空氣，冷卻水，冷卻氣體來冷卻，通過膨脹性冷卻，或其它適當手段。冷卻了的料流199降到飽和溫度之下，所需要的組分從料流中作為液體而冷凝。在料流187中的液體被引導至該產(chǎn)物的合適貯存容器中。一旦料流192再次含有不想要的組分，該閥門再次被換向，以使料流192進入熱氧化設備。在所需要和不想要的組分之間的這一切換過程繼續(xù)進行，直至床182完全地解吸為止。床182然后進入到備用狀態(tài)。
料流193中的來自冷凝器185的氣體將含有需要回收的所需組分，但低于冷凝器185的飽和溫度。如此，料流193被送至完全地解吸的床183。床183吸附該所需要的組分清潔料流193。料流193作為料流194離開床183。料流194作為料流195被引導回到鼓風機或壓縮機186。氣流197添加補給惰性氣體以維持壓縮機186的恒定進口壓力。
一旦床181被飽和和床182已經(jīng)預先解吸，該床能夠循環(huán)使用。床181代替該循環(huán)中的床182。床182代替床183。床183代替床181。在第二階段中，床181將被解吸，床182將匯集來自冷凝器185中的所需組分。床183將被反應器蒸氣所飽和。一旦床181被解吸和床183被飽和，下一階段將開始。
基于系統(tǒng)尺寸和所生產(chǎn)的產(chǎn)物，進一步的提高可能是需要的。多個吸附器床是各個功能所需要的，以及多個冷卻器，壓縮機，加熱器，和換熱器。來自反應器的料流189可以在進入床181中之前被冷卻以改進床的吸附容量。
齒輪泵的省去大多數(shù)的聚酯裝置在預聚物反應器和后縮聚反應器之間具有齒輪泵。該泵克服了在兩個反應器之間的壓降，因為壓差不是足夠的大以便提供所需流量。該泵也被用作計量裝置，以便為最終反應器提供均勻流速，實現(xiàn)穩(wěn)定操作。一些工藝已經(jīng)用預聚物反應器來構建，后者處于比最終反應器更高的高度上以便提供必要的壓差。這些裝置將均勻流量送至最終反應器。
該管式反應器系統(tǒng)不需要在縮聚系統(tǒng)中的泵，因為管道的設計固有地提供為了將物料移動到該裝置的下一部分中所需要的壓力。另外，該管式反應器沒有液位或壓力控制系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供擾動，這種擾動可通過齒輪泵來衰減。該管式反應器會衰減進口擾動。因為該管路系統(tǒng)提供均勻的流動，而沒有附加的衰減，并提供為在反應器各部分之間提供流動所需要的排出壓力，因此在該縮聚區(qū)段中不需要齒輪泵。
結合的酯化管式反應器和縮聚管式反應器以上對于酯化和縮聚的工藝和裝置所列舉的各個區(qū)段適用于，并能夠用于，下面講述的該結合和改型實施方案。
如圖6，17A，和17B中所示，本發(fā)明的兩個主要管式反應器階段能夠組合成整套裝置。圖17A顯示了本發(fā)明的一個實施方案。酯化反應器和縮聚反應器兩個都是管式反應器。反應物質(zhì)被儲存在罐221中并從該罐中進料。在優(yōu)選的實施方案中，它是直接加入到再循環(huán)管道224中的固體PTA。該反應物質(zhì)從罐221進入到固體計量設備222，它處于稱重單元223上。固體PTA進入再循環(huán)管道224中，它與來自酯化反應器227的反應性單體混合，后者已經(jīng)再循環(huán)通過管線230?；旌衔镞M入熱交換器226，在其中被加熱?；旌衔锶缓蟊还o管式反應器227。反應混合物的一部分再循環(huán)回到管線230中，進入泵225的流入液中。附加的液體添加劑，如反應物，能夠通過管線240進給到優(yōu)選泵225的流入液中。泵225的流出液通過降壓裝置246加入，有利于PTA從罐221中的固體進給。該酯化反應器能夠在管線231和232處排放。蒸氣優(yōu)選送到精制工藝。圖17B與圖17A的差異在于存在附加的排氣管線229。排氣管線229在一個方面剛好位于再循環(huán)T形管之前，如圖17B中所示，在某些方面，從工藝中除去水。反應混合物的另一部分流過附加管式反應器酯化工藝228。來自酯化工藝的流出液然后任選與附加的液體添加劑在234處混合，通過換熱器233，然后進給到該縮聚反應器235，236和237中。該流出液，或完成的聚酯或聚合物，穿過齒輪泵238并在239處離開該系統(tǒng)。在PET和PETG工藝中的壓力，具體地說真空，能夠通過使用排氣管或真空匯管243，244和245來控制。該排氣管或真空匯管243-245能夠供應給氧化器，如HTM爐，焚燒爐，或熱氧化爐。在酯化部分或區(qū)段(E1/E2)和縮聚部分或區(qū)段(P1/P2/P3)之間的壓差能夠通過使用壓差設備，如汽壓升降器247來控制，而在縮聚階段235，236和237的每一個之間的壓力能夠通過使用壓差設備如在241和242中的每一個處的汽壓升降器來控制。在一個供選擇的實施方案中，代替來自酯化工藝的再循環(huán)流入液，再循環(huán)流入液能夠來自縮聚工藝，例如，作為流出液239的分流(在圖中未示出)。這能夠提高該液體聚合物均勻性。
本領域中的技術人員會認識到，本發(fā)明的反應器能夠用于構造新的裝置，以及增強或改進現(xiàn)有裝置或增加容量。該管式反應器可用于取代現(xiàn)有裝置或能夠插入該現(xiàn)有裝置的部分或多個部分中，后者存在技術上或容量上的極限。在一個方面，酯化，縮聚，或兩管式反應器裝置在構建和排列之后能夠與制造聚酯單體或聚合物的普通反應器實現(xiàn)流體連通。例如，圖5顯示了可能的構型，其中第二酯化反應器212不具有足夠的體積在它的全容量下為縮聚反應器213進料。在這一情況下，在第一和第二酯化反應器(分別211和212)之間增加管式反應器21。如果在第一縮聚反應器213中需要附加的停留時間，則該管式反應器215能夠安裝在第一縮聚反應器的頂部之上。類似地，能夠增加套管來增大分離表面積以減少液體夾帶。從系統(tǒng)中除去的蒸氣經(jīng)由管線216和217排出。能夠增加另外的管以增大傳熱面積。這些管道改進能夠在裝置運行時安裝(該管甚至在壁外部布置，以便為安裝提供足夠的空間)，只是兩個末端接頭除外。然后在短的停機期間，該接頭能夠形成，有效地達到容量增大或性能增強。這些管式反應器改型能夠串聯(lián)或并聯(lián)到現(xiàn)有設備CSTR或其它類型的普通反應器。當該管式反應器改型平行于普通的反應器時，各自管式反應器和普通的反應器中的每一個能夠有選擇地操作，使得反應器中的僅僅一個在進行操作，或反應器的兩個同時進行操作。
另外地，該管式反應器改型能夠取代該現(xiàn)有反應器。在一個實施方案中，提供聚酯生產(chǎn)系統(tǒng)，這包括相對于包括普通聚酯反應器的普通聚酯工藝來說已改進的本發(fā)明的管式反應器，其中普通的反應器已經(jīng)從該生產(chǎn)系統(tǒng)中禁用。在另一個方面，提供了改進普通聚酯工藝的管式反應器的方法，包括(a)在包括普通聚酯反應器的普通聚酯工藝中更替使用本發(fā)明的管式反應器；和(b)從該工藝中禁用普通反應器。正如這里所使用的，對于普通方法而言的禁用是指，防止流體流向普通工藝，例如通過提供在普通反應器的進口上游和在普通反應器的出口下游的閥門并用閥門來隔離普通工藝或?qū)⑵胀ǚ磻鞯倪M口和出口從該工藝系統(tǒng)中脫離。
在這里所述的工藝和裝置中，有一個以上的酯化階段或區(qū)段和/或一個以上縮聚階段或區(qū)段。這些多個反應器能夠串聯(lián)或并聯(lián)布置。
前面的部分描述了用于設計本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)的參數(shù)。對于大型裝置，不可能獲得足夠大的管徑來構造該反應器和滿足該參數(shù)。對于此類裝置，多個管式反應器能夠平行操作。多個平行的管式反應器能夠在這些區(qū)段內(nèi)或在這些區(qū)段之間的不同位置上安裝和結合。為了最大程度降低費用，反應器的初始部分能夠在分割之前被混合。這使得不需要購買附加的進料系統(tǒng)。蒸氣管線能夠全部引導至同一真空組。這些縮聚反應器能夠共享相同的真空和冷凝系統(tǒng)。因此，唯一的輔助設備，和所發(fā)生的成本，是所需要的附加的管道。
在另一個實施方案，一個單管反應器從初始預單體反應物生產(chǎn)出聚酯聚合物。在這一管式反應器中，用于制造單體的反應物在一端進給，和聚酯聚合物產(chǎn)品在另一端輸出。這對于不具有單獨的酯化和縮聚步驟的聚酯工藝是尤其適用的。在這一實施方案中，對于單獨的酯化和縮聚反應器和工藝的上述各方面適用于該單管反應器工藝，如溢流堰的使用，蒸氣除去和液體分離，管式反應器的幾何取向，等等。
因此，在一個方面，該管式反應器被分成多個大體上平行流動導管，在其進口和出口之間延伸，和其中流過管式反應器的反應物穿過多個流動導管中的一個，同時流過該反應器。在另一個方面，提供了至少兩個單獨的酯化管式反應器，它們中的每一個生產(chǎn)相同的或不同的聚酯單體，和其中離開各酯化管式反應器的聚酯單體流體被引導至縮聚管式反應器的第一端。在另一個方面，提供了至少兩個單獨的縮聚管式反應器，它們中的每一個生產(chǎn)相同的或不同的聚酯聚合物，和其中離開各酯化管式反應器的各聚酯單體流體被引導至各縮聚管式反應器中的至少一個反應器的第一端。在另一個方面，該酯化管式反應器包括有共同的進口、彼此平行設置的多個酯化反應器。在另一個方面，該縮聚管式反應器包括有共同的第一端的、彼此平行設置的多個縮聚反應器。在這一實施方案中，共反應物能夠被加入到多個縮聚反應器中的至少一個中，但不加入到所有的縮聚反應器中，因此生產(chǎn)至少兩種不同的聚酯產(chǎn)物。
本發(fā)明的一些優(yōu)點本發(fā)明的一個益處是該設計使得反應器能夠在含有障礙物的區(qū)域中建造。該管能夠在塔，管束，其它管，其它反應器，蒸餾塔等周圍制造。
同樣，本發(fā)明的實施方案不需要壓力或液位控制器。在酯化或酯交換反應器的底部的壓力可通過因摩擦引起的壓降，來自反應器液體內(nèi)容物的靜壓頭，和在離開反應器的蒸氣管線上的回壓來控制。因為該目標是為了以規(guī)定壓力分布來降低反應器中的壓力，反應器管路經(jīng)過構型設計可形成這一分布。這使得不需要利用閥門的壓力控制。但是可以控制該蒸餾或蒸氣排泄壓力并將這一壓差加到整個酯化或酯交換反應器上。
聚合組的幾乎每個方面均可通過本發(fā)明的管式反應器而大大地簡化。所需要的儀表配置，閥門和控制回路大大地減少，以及泵，反應器攪拌器，反應器螺桿，和相關的密封系統(tǒng)都省去。除泵之外，如果用于再循環(huán)組，則本發(fā)明的管式反應器系統(tǒng)具有少的或甚至沒有運動的部件。這些組件從該裝置中的減少和省去大大地減少了所需要的計算機和控制設備的量，投資費用，養(yǎng)護費用和動力消耗量。該管式反應器能夠在沒有墊片下被焊接，這將減少從反應器中的散發(fā)和空氣滲漏到反應器中，據(jù)此改進了產(chǎn)品質(zhì)量。設備和控制系統(tǒng)的大幅度削減也提供了減少的生產(chǎn)費用。
本發(fā)明的管式反應器能夠在比反應器容器更少的時間內(nèi)建造和安裝完成。管道能夠選購或現(xiàn)場預制。該管式反應器尺寸能夠經(jīng)過設計可使反應器部分由標準卡車，運輸船只，載重汽車等運輸，無需花費太大和費時地獲準超大尺寸或超重運輸。該預制允許進行組裝式的裝置設計，其中管道能夠被構造，進行壓力試驗，和在工廠中絕熱，減少現(xiàn)場構造時間和具有較低費用。
本發(fā)明的聚酯管式反應器設計所需要的液體體積基本上低于普通的聚酯工藝。另外，所生產(chǎn)的特殊副產(chǎn)品的量通過利用本發(fā)明的管式反應器設計而大大地減少。在本發(fā)明的一個方面，其中生產(chǎn)PEG，本發(fā)明能夠在最終生產(chǎn)中獲得低于1.2wt％的DEG雜質(zhì)含量，在另一個方面小于或等于1.0wt％，在另一個方面0.74-1.0wt％。這與制造PET的典型的普通工藝形成對照，其中DEG雜質(zhì)量的典型范圍是1.2wt％到2.0wt％。事實上，在最終產(chǎn)物中DEG雜質(zhì)的這一減低量能夠與本發(fā)明的聚酯管式反應器設計可實現(xiàn)的急劇液體體積減少同時達到。
實施例給出下列實施例，從而為本領域中的那些普通技術人員提供了本發(fā)明的化合物，組合物，制品，設備和/或方法如何獲得和評價的完整公開和描述，并且認為是本發(fā)明純粹的舉例說明，而不認為限制本發(fā)明人認為是他們的發(fā)明的范圍。已經(jīng)作了努力來確保數(shù)值(例如量，溫度等)的精確性，但是一些誤差和偏差應該考慮。除非另外指示，否則，份是重量份，溫度是℃或在是環(huán)境溫度，壓力是在大氣壓下或接近大氣壓。
ASPEN模型用于下面的數(shù)據(jù)。當在實施例中涉及ASPEN模型設計時，它是ASPEN 10.2，service patch 1，帶有Polymers Plus，以及ASPEN′s PET Technology。
實施例1使用ASPEN模型設計，對于PET和PETG中每一個的管式反應器系統(tǒng)都計算舉例性質(zhì)的管長度和熱交換面積。結果示于下表1中。
表1

實施例2聚酯管式反應器設計所需要的液體體積基本上低于普通的聚酯工藝。例如，進行ASPEN模型設計，與300百萬磅/年PET瓶子裝置對比。結果列于下表2中。
表2

實施例3-7進行各種ASPEN模型設計，以確定操作條件和本發(fā)明的各種聚酯的性能結果。該模型設計是基于圖17a或17b任一個中本發(fā)明的裝置，如下表中所注明。特性粘度(I.V.)是通過將0.25g聚合物溶于50ml溶劑中來測量，該溶劑由60wt％苯酚和40wt％1，1，2，2-四氯乙烷組成。該測量是通過使用ASTM D 5225“Standard Test Method forMaking Solution Viscosity of Polymers with a DifferentViscometer”，使用Viscotek Differential或ModifiedDifferential Viscometer在25℃下進行。實施例3-7的結果分別顯示在下面的表3-7中。
表3


表4 表5


表6
表7
通過比較表3到表5，觀察到下列結果。在確認的過程中沒有蒸汽分離(表3數(shù)據(jù))，DEG副產(chǎn)物是0.78wt％，而表5數(shù)據(jù)，它在反應的酯化區(qū)段中具有蒸氣分離，并產(chǎn)生0.94wt％的DEG副產(chǎn)物。然而，對于在酯化系統(tǒng)中的蒸氣分離，該液體體積是從16.2m3降至8.4m3(表5與表3對比)。在酯化過程中除去水，如表5中所示，驅(qū)動該反應生產(chǎn)單體但也驅(qū)動該反應生產(chǎn)附加的DEG。然而，反應器的液體體積急劇減少。在這種情況下，對于PET來說，容積減小超越了DEG生產(chǎn)的增長速率并提供了具有稍高DEG的最終產(chǎn)物，但反應器的液體體積減少了幾乎50％。這導致了PET生產(chǎn)的相當大的資本投資節(jié)約和操作費用節(jié)約。
另外，表3和5都表明，分別0.78wt％和0.94wt％的DEG副產(chǎn)物，都低于使用普通CSTR工藝典型的副產(chǎn)物量，后者是1.2-2.0wt％。
另外，如表3-6中表明，該反應器在比普通的CSTR反應器更高的溫度下運行。在表3-6中示出的實施方案中，該反應器是在296℃下運行，與普通的CSTR反應器相反，后者典型地在約262℃下運行。令人吃驚地，該管式反應器能夠在比CSTR更高溫度下運行，但卻沒有增大DEG生產(chǎn)的副作用，正如在表3-6的最終產(chǎn)物數(shù)據(jù)中所示。在理論上推斷這歸因于與CSTR反應器相比的在管式反應器中的較少停留時間。更熱的反應溫度也會通過水從該工藝中增加的蒸發(fā)來增強該過程。
在整個申請中，各種出版物作為參考文獻來引用。這些出版物的全部公開內(nèi)容據(jù)此被引入到本申請中供參考，以便更完全地描述本發(fā)明所涉及的技術領域的狀態(tài)。
對于本技術領域中的那些技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，在本發(fā)明中能夠進行各種改進和變化。本發(fā)明的其它實施方案對于本領域中的技術人員在閱讀本說明書和其中所公開的實施方法之后是顯而易見的。本說明書和實施例被認為是僅僅舉例而已，本發(fā)明的真實范圍和精神是由下面的權利要求來指示的。
權利要求
1.一種制造縮聚物的方法，所述方法包括以下步驟(a)通過縮合反應至少一部分液體流體，從液體流體產(chǎn)生氣體流體以制造一種氣體反應產(chǎn)物；(b)使用所述液體流體和所述氣體流體在管式反應器中形成分層流狀態(tài)；和(c)在靠近于所述液體和氣體流體在分層流中的位置將所述氣體流體的至少一部分與所述液體流體分離。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中在步驟(a)產(chǎn)生的所述氣體流體基本上是存在于所述分層流狀態(tài)中的唯一氣相流體。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述分層流狀態(tài)是在管式反應器的一個基本上水平的區(qū)段中形成。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述縮合反應是在管式反應器中進行的。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述縮合反應包括縮聚具有對苯二甲酸酯部分的單體和/或低聚物。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述縮合反應包括在液體流體中形成所述縮聚物。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述縮聚物具有對苯二甲酸酯部分。
8.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述縮聚物包括聚酯。
9.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述縮聚物包括PET。
10.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟(a)包括加熱所述液體流體以蒸發(fā)該流體的一部分，由此制造所述氣體流體的至少一部分。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述加熱是在熱交換器中進行的，該熱交換器與管式反應器是流體連通的。
12.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述加熱時在管式反應器中進行的。
13.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述液體流體包括二醇并且所述加熱包括蒸發(fā)該二醇的一部分。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其中所述二醇包括乙二醇。
15.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟(c)包括從管式反應器排出所述氣體流體的至少一部分。
16.根據(jù)權利要求1的方法，其中步驟(c)包括減低所述液體和氣體流體的流速以產(chǎn)生所述液體和氣體流體的分離。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中步驟(c)是在管式反應器中進行的。
18.根據(jù)權利要求16的方法，其中步驟(c)是在與管式反應器流體連通的脫氣機中進行的。
19.根據(jù)權利要求1的方法，其中進一步包括以下步驟(d)在管式反應器中將氣體和液體流體向上輸送。
20.根據(jù)權利要求19的方法，其中步驟(d)是通過在管式反應器中產(chǎn)生壓力差而實現(xiàn)的。
21.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述管式反應器包括多個基本上線性的區(qū)段。
22.根據(jù)權利要求21的方法，其中所述基本上線性的區(qū)段是基本上水平的。
23.根據(jù)權利要求21的方法，其中所述管式反應器包括多個與所述基本上線性的區(qū)段連接的非線性的區(qū)段。
24.根據(jù)權利要求1的方法，其中所管式反應器通常具有曲折的外形。
25.根據(jù)權利要求1的方法，其中液體流體含有懸浮于其中的固體顆粒。
26.一種制造縮聚物的方法，所述方法包括以下步驟(a)在管式反應器中縮合液體單體和/或液體低聚物，以產(chǎn)生氣體縮合副產(chǎn)物和包括所述縮聚物的液體縮合混合物；和(b)使所述液體縮合混合物和氣體縮合副產(chǎn)物在流狀態(tài)中流過管式反應器的至少一部分，所述流狀態(tài)選自分層流、波式流動、段塞流、活塞流、泡流、沫狀流及其組合。
27.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述流狀態(tài)是波式流動或分層流。
28.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述流狀態(tài)是分層流。
29.根據(jù)權利要求26的方法，其中還包括以下步驟(c)將氣體縮合副產(chǎn)物的至少一部分與液體縮合混合物分離。
30.根據(jù)權利要求29的方法，其中步驟(c)包括減低氣體縮合副產(chǎn)物和液體縮合混合物的流速。
31.根據(jù)權利要求29的方法，其中步驟(c)包括使氣體縮合副產(chǎn)物和液體縮合混合物形成分層流狀態(tài)。
32.根據(jù)權利要求29的方法，其中進一步包括以下步驟(d)從管式反應器中除去分離的氣體縮合副產(chǎn)物。
33.根據(jù)權利要求26的方法，其中步驟(a)和(b)是在真空下進行的。
34.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述氣體縮合副產(chǎn)物是二醇。
35.根據(jù)權利要求34的方法，其中所述二醇是乙二醇。
36.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述縮聚物包括聚酯。
37.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述縮聚物包括PET。
38.根據(jù)權利要求26的方法，其中進一步包括以下步驟(e)在另外一個管式反應器中形成所述液體單體和/或所述液體低聚物。
39.根據(jù)權利要求38的方法，其中步驟(e)包括反應液體反應物以形成氣體反應副產(chǎn)物和包括所述液體單體和/或所述液體低聚物的液體反應混合物。
40.根據(jù)權利要求39的方法，其中進一步包括以下步驟(f)使所述液體反應混合物和氣體反應副產(chǎn)物在另外一個流狀態(tài)中流過所述另外一個管式反應器的至少一部分，所述流狀態(tài)選自分層流、波式流動、段塞流、活塞流、泡流、沫狀流及其組合。
41.根據(jù)權利要求40的方法，其中所述另外一個流狀態(tài)選自泡流、沫狀流及其組合。
42.根據(jù)權利要求40的方法，其中所述另外一個流狀態(tài)是分層流。
43.根據(jù)權利要求39的方法，其中進一步包括以下步驟(g)在所述另外一個管式反應器中將液體反應混合物和氣體反應副產(chǎn)物向上輸送。
44.根據(jù)權利要求39的方法，其中進一步包括以下步驟(h)將氣體反應副產(chǎn)物的至少一部分與液體反應混合物分離。
45.根據(jù)權利要求44的方法，其中步驟(h)包括減低氣體反應副產(chǎn)物和液體反應混合物的流速。
46.根據(jù)權利要求44的方法，其中步驟(h)包括使氣體反應副產(chǎn)物和液體反應混合物形成分層流狀態(tài)。
47.根據(jù)權利要求44的方法，其中進一步包括以下步驟(i)從所述另外一個管式反應器中除去分離的氣體反應副產(chǎn)物。
48.根據(jù)權利要求39的方法，其中所述反應包括酯化。
49.根據(jù)權利要求48的方法，其中所述酯化包括反應二酸和二醇。
50.根據(jù)權利要求49的方法，其中所述二酸是對苯二甲酸并且所述二醇是乙二醇。
51.根據(jù)權利要求39的方法，其中所述氣體反應副產(chǎn)物是水。
52.根據(jù)權利要求39的方法，其中所述縮聚物是PET。
53.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述管式反應器包括基本上水平的基本上線性的區(qū)段。
54.根據(jù)權利要求53的方法，其中所述流狀態(tài)存在于所述基本上水平的基本上線性的區(qū)段。
55.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述管式反應器包括多個基本上水平的基本上線性的區(qū)段和多個與所述基本上線性的區(qū)段連接的非線性區(qū)段。
56.根據(jù)權利要求55的方法，其中所述基本上線性的區(qū)段是相互垂直地間隔的。
57.根據(jù)權利要求26的方法，其中所述管式反應器通常具有曲折的外形。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚酯工藝，它在酯化，縮聚，或酯化和縮聚工藝兩者中采用管式反應器。本發(fā)明的管式反應器工藝與現(xiàn)有技術的工藝相比有多個優(yōu)點，其中包括改進的傳熱，體積控制，攪拌和分離功能。本發(fā)明的管式反應器工藝和裝置可用比普通聚酯工藝低得多的費用來建造和進行操作。
文檔編號B01D19/00GK1900139SQ200610121520
公開日2007年1月24日 申請日期2001年12月6日 優(yōu)先權日2000年12月7日
發(fā)明者B·R·德布魯因 申請人:伊斯曼化學公司