连续聚酰胺化方法-II技术

一种用于制造聚酰胺的连续方法，所述方法包含以下步骤：(i)使包含熔融二羧酸或包含二羧酸和二胺的富含熔融二羧酸的混合物的流A流过垂直多阶段反应器的第一阶段和至少另外一个反应阶段，其中所述第一阶段处于所述反应器的顶部；(ii)使包含二胺的流B以蒸气或富含二胺的液体形式逆向流过所述垂直多阶段反应器的所述第一反应阶段下方的阶段中的至少一个；(iii)在所述反应器的所述最终阶段处和/或下方积聚包含聚酰胺的液相材料P；其中所述反应器具有适用于实现逆向流动流A与B之间的接触的内部特征；且其中所述方法进一步包含通过直接控制所述聚酰胺化反应的化学平衡或通过控制流B来控制所述液相材料P的粘度，以使得在所述方法期间引入所述反应器中的二胺和二羧酸的量为化学计量不平衡的。本发明专利技术进一步提供经配置以实施所述方法的垂直多阶段反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】连续聚酰胺化方法-II
本专利技术涉及生产聚酰胺的方法和可执行聚合方法的设备。更确切地说，本专利技术涉及通过二羧酸与二胺经由垂直多阶段反应器中的逆流的反应来生产高分子量聚酰胺的连续方法。
技术介绍
如尼龙-6，6的聚酰胺需要两类起始单体：具有羧酸官能性反应性基团对的单体(二酸)和具有氨基官能性反应性基团对的单体(二胺)，且所述聚酰胺通常被称作双单体聚酰胺。聚酰胺可进一步并入一种以上二酸和一种以上二胺，且可将少量(通常不超过10％)具有羧酸官能团和氨基官能团或官能性前体的第三类起始物质并入此类化合物。在制备此类双单体聚酰胺的常规方法中，以化学计量比例将起始二酸和二胺组分混合到水溶液中。随后通常在高压下通过蒸发去除水以便实现足够高的沸腾温度以防止固体形成。然而，后蒸发减压步骤需要过多热量来防止产物固化，且已知此加热导致产物的变色和化学降解。生产聚酰胺的替代性方法包含以液体(熔融)形式供应一或两种组分。通常，聚酰胺化反应在垂直多阶段反应器(或者称为柱反应器)中进行。使必需的二酸和二胺逆向流过反应器，且在反应器的最低阶段或柱底部收集产物聚酰胺。然而，将组分保持于熔融形式需要的高温可能导致降解，且已寻求多种方法(参见例如US-4131712、US-4433146和US-4438257)来减少此类降解且克服相关困难。US-5674974(以全文引用的方式并入本文中)公开在垂直多阶段反应器中用逆向流动二羧酸和二胺流连续生产聚酰胺，其通过降低能量消耗、降低设备的资金成本且减少环境排放以及改进产物质量来改进较早方法。在如US-5674974中所公开的垂直多阶段反应器中，二酸进料流通常由二酸与二胺的混合物组成，其中存在过量二酸。此类二酸进料流不需要超大气压以便溶合由聚酰胺化反应产生的水分，且因此在大气压下操作所述反应器。此外，通常控制馈入反应器的二胺流来维持二酸和二胺的化学计量平衡。在所有此类包含供应液体(熔融)形式的组分的方法中，要求在反应器的底部积聚的熔融材料必须均质且充分混合以有效地进行反应。搅拌对于柱操作为必需的，以便均质化下部三个阶段且避免停滞区域中的凝胶积聚，其也可引起降解和着色杂质的形成。由于不具有直接控制熔融物中的化学平衡的方法而出现凝胶积聚，由于聚酰胺化反应放出的热量，温度上升，其转而使由聚酰胺化反应产生的水蒸发，因此引起粘度升高和凝胶积聚。举例来说，当柱反应器中下部的温度达到约250℃时，液体熔融物中的水分降到低于约0.5重量％且接近0.2重量％。因此熔融物缺乏水分，从而促进粘度升高。因此，所有此类常规方法需要机械搅拌以便实现充分混合。然而，存在与使用机械搅拌相关的若干缺点，包括反应器复杂度和方法规模放大的复杂度。设计且制造用于垂直多阶段聚酰胺化反应器的搅拌器是复杂且昂贵的，因为其需要充分机械强度以充分搅拌熔融聚酰胺，但需要最小表面积和粗糙度以便限制其表面向胶凝提供晶核的程度。较大反应器需要相称较大的机械搅拌器。然而，当增加搅拌器尺寸来应对增加的反应器尺寸时，跨越柱的直径传送由搅拌器产生的扭力变得越来越困难。另外，当机械搅拌器的尺寸增加时，其机械强度也必须增加，其导致组件的设计、制造和可靠性中的困难，以及增加的资金支出。机械搅拌器尺寸的有效限制转而限制聚酰胺化反应器的尺寸，且因此限制生产输出。另外，使用常规机械搅拌的方法和设备对于反应器中的材料扰动敏感，且可能具有不良可靠性。本专利技术的目标为克服这些问题中的一或多个。如本文所使用，术语“逆向流动”具有所属领域中的常规含义，即反应器中的一种流动流的流向与另一流动流的流向相反。如本文所使用，术语“盐”以通用意义使用以涵盖无论处于完全离子化状态、寡聚状态或其任何组合的聚酰胺化的前体。如本文所使用，术语“堰”具有其在所属领域中的常规含义，即阻碍液相反应流体流动的阻障。堰使得液相反应流体在其后汇集，同时一旦充分体积反应流体在其后积聚，允许液相反应流体稳定流过其顶部。因此，堰优选地包含在堰与反应流体的接触点垂直或大体上垂直于液相反应流体的流动方向的表面，但可使用与反应流体的流动方向呈大于0°(优选地至少30°，优选地至少60°，优选地至少85°)的任何适当角度。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种用于制造聚酰胺的连续方法，所述方法包含以下步骤：(i)使包含熔融二羧酸或包含二羧酸和二胺的富含熔融二羧酸的混合物的流A流过垂直多阶段反应器的第一阶段和至少另外一个反应阶段，其中所述第一阶段处于所述反应器的顶部；(ii)使包含二胺的流B以蒸气或富含二胺的液体形式逆向流过所述垂直多阶段反应器的所述第一反应阶段下方的阶段中的至少一个；(iii)在所述反应器的最终阶段(即，距所述反应器的所述第一阶段下方最远的阶段)处和/或下方积聚包含聚酰胺的液相材料P；其中所述反应器具有适用于实现逆向流动流A与B之间的接触的内部特征；其中通过直接控制所述反应器中的聚酰胺化反应的化学平衡或通过控制流B来控制所述液相材料P的粘度，使得在所述方法期间引入所述反应器中的二胺和二羧酸的量为化学计量不平衡的。根据本专利技术的另一个方面，提供一种适用于实施本专利技术的方法的垂直多阶段反应器或柱反应器，其中所述反应器包含：(i)第一阶段；(ii)在所述第一阶段下方的至少一个阶段；(iii)适用于实现通过所述第一阶段引入的第一流A与通过所述第一反应阶段下方的至少一个阶段引入的第二流B的逆向流动流之间的接触的内部特征；和(iv)腔室，其经配置以允许气流C或D在所述反应器的最终阶段处或下方从所述腔室注入所述反应器。通过使得操作员能够控制反应器中的粘度积聚速率，与所属领域中已知的方法相比，所述方法减少或消除在反应器的最低阶段中直接机械搅拌的需求。在第一实施例中，通过将蒸汽注入材料P控制粘度。在第二实施例中，通过将反应器的压力维持在大于大气压的压力下控制粘度。在第三实施例中，通过控制流B控制粘度，使得在方法期间引入反应器中的二胺和二羧酸的量为化学计量不平衡的。可彼此分开使用上文描述的第一、第二和第三实施例，或其可组合使用。因此，借助于第一或第二或第三实施例控制液相材料P的粘度。或者，通过第一实施例与第二或第三实施例的组合控制粘度。或者，通过第二实施例与第三实施例的组合，任选地与第一实施例的组合控制粘度。本专利技术提供多种益处，包括简化反应器设计、易于方法规模放大和设计、增加反应器尺寸和输出、改进反应器平衡、降低对反应器中的材料扰动的敏感性、增加可靠性、减小能量要求、降低装备的资金支出和在反应器中改进热传递。本专利技术可用于完全不具有机械搅拌的反应器，或其可连同机械搅拌使用。本专利技术的关键优势之一为柱反应器的尺寸和输出不再视机械搅拌器的尺寸而定。此外，不再需要在搅拌器机械强度的限度下操作而增加反应器尺寸和输出。本专利技术允许更有效和更经济地生产具有低量杂质和/或着色剂的聚酰胺。具体实施方式在垂直多阶段反应器(所属领域中已知为柱反应器)中进行本专利技术的方法。垂直多阶段反应器可具有高达10个或更多个阶段，通常6到10个阶段。第一阶段在反应器的顶部(柱顶部)，且反应器在第一阶段下方具有一或多个额外阶段，最终阶段(即，距第一阶段最远的阶段)在反应器的底部(柱底部)。在本专利技术的方法中，可将熔融二酸馈入反应器，或可将二酸与二胺的富含熔融酸的混合物馈入反应器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造聚酰胺的连续方法，所述方法包含以下步骤：(i)使包含熔融二羧酸或包含二羧酸和二胺的富含熔融二羧酸的混合物的流A流过垂直多阶段反应器的第一阶段和至少另外一个反应阶段，其中所述第一阶段处于所述反应器的顶部；(ii)使包含二胺的流B以蒸气或富含二胺的液体形式逆向流过所述垂直多阶段反应器的所述第一反应阶段下方的阶段中的至少一个；(iii)在所述反应器的所述最终阶段处和/或下方积聚包含聚酰胺的液相材料P；其中所述反应器具有适用于实现逆向流动流A与B之间的接触的内部特征；且其中所述方法进一步包含通过直接控制所述聚酰胺化反应的化学平衡或通过控制流B来控制所述液相材料P的粘度，以使得在所述方法期间引入所述反应器中的二胺和二羧酸的量为化学计量不平衡的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.20 GB 1320518.21.一种用于制造聚酰胺的连续方法，所述方法包含以下步骤：(i)使包含熔融二羧酸或包含二羧酸和二胺的富含熔融二羧酸的混合物的流A流过垂直多阶段反应器的第一反应阶段和至少另外一个反应阶段，其中所述第一反应阶段处于所述反应器的顶部；(ii)使包含二胺的流B以蒸气或富含二胺的液体形式逆向流过所述垂直多阶段反应器的所述第一反应阶段下方的反应阶段中的至少一个；(iii)在所述反应器的最终反应阶段处和/或下方积聚包含聚酰胺的液相材料P；其中所述反应器具有适用于实现逆向流动流A与B之间的接触的内部特征；且其中所述方法进一步包含通过直接控制所述聚酰胺化反应的化学平衡或通过控制流B来控制所述液相材料P的粘度，以使得在所述方法期间引入所述反应器中的二胺和二羧酸的量为化学计量不平衡的，并且包含蒸汽或至少一种惰性气体或蒸汽与至少一种惰性气体的混合物的气流C在所述反应器的所述最终反应阶段处或下方注入所述反应器，其中气流C注入所述反应器以使所述液相材料P喷射以实现其搅拌。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相材料P的所述粘度维持在0.1到1200泊范围内的值。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相材料P的所述粘度维持在0.1到500泊范围内的值。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气流C由或主要由蒸汽组成。5.根据权利要求1所述的方法，其中粘度通过将包含蒸汽的流注入所述垂直多阶段反应器的所述第一反应阶段下方的反应阶段中的至少一个来控制。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述包含蒸汽的流为所述气流C或流D。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述流D注入所述垂直多阶段反应器的所述第一反应阶段下方的反应阶段中的至少一个。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述流D注入所述反应器以使所述液相材料P喷射。9.根据权利要求6所述的方法，其中所述流D进一步包含惰性气体。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器在大气压下或低于大气压下操作。11.根据权利要求1所述的方法，其中粘度通过将所述反应器维持在大于大气压的压力下来控制。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述反应器维持在1.5atm到20atm范围内的压力。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述液相材料P的水分浓度维持在0.1重量％至3.0重量％的含量。14.根据权利要求1所述的方法，其中粘度通过控制流B来控制，使得引入所述反应器中的所述二胺和二羧酸为化学计量不平衡的。15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述方法期间将相对于二胺过量的二羧酸引入所述反应器中。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述液相材料P中的所述化学计量不平衡为使得[二羧酸单元摩尔]∶[二胺单元摩尔]的摩尔比为1.005∶1至1.3∶1。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述二羧酸包括一或多种选自由以下组成的群组的二酸：草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、顺丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思·马奇利顿，卡伦·A·瑟奇诺，布赖恩·D·考希瓦，
申请(专利权)人：因温斯特技术公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH