水平的带有塔板的反应器的利记博彩app

专利名称：水平的带有塔板的反应器的利记博彩app
水平的带有塔板的反应器 发明背景
1.发明领域 本发明涉及用于加工含有液体的反应介质的反应器。在另一方面，本发明涉及縮
聚反应器，该反应器用于聚酯的熔融相生产。 2.现有技术说明 熔融相聚合可以用来生产多种聚酯，例如诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。 PET被广泛的用于饮料、食品和其他容器中，以及用于合成纤维和树脂中。加工工艺的进步以及增长的需求已经导致了PET生产和销售的市场竞争日益激烈。所以，用于生产PET的低成本、高效率的方法是令人期望的。 通常，熔融相聚酯生产设备，包括用于制造PET的这些设备，使用了酯化阶段和縮聚阶段。在该酯化阶段中，聚合物原材料(即，反应物)被转化为聚酯单体和/或低聚物。在该縮聚阶段中，将从酯化阶段出来的聚酯单体和/或低聚物转化成具有所期望的最终平均链长的聚合物产物。 在许多常规的熔融相聚酯生产设备中，酯化和縮聚是在一个或多个机械搅拌的反应器例如诸如连续搅拌的槽式反应器(CSTR)中进行的。但是，CSTR和其他机械搅拌的反应器具有许多的缺点，这会导致整个聚酯生产设备的资金、运行和/或维护成本的上升。例如，与CSTR相关的机械搅拌器和不同的控制装置典型的是复杂的、昂贵的，并且会需要大的维护。 因此，存在着对于高效的聚酯加工方法的需要，该方法使得资金、运行和维护成本最低，同时保持或者提高了产物的品质。

发明内容
在本发明的一种实施方案中，这里提供了一种方法，其包含使反应介质流过反应器，该反应器包含水平延伸的容器壳和布置在该容器壳中的多个垂直间隔的塔板，其中当该反应介质通过反应器时，该反应介质是沿着至少两个塔板流动的。 在本发明的另外一种实施方案中，这里提供了一种方法，其包含(a)将主要为液体的供料引入到縮聚反应器中，其中该供料形成了在该反应器中的反应介质，其中该供料包含了平均链长范围为大约5-大约50的PET ; (b)使得该反应介质在反应器中进行縮聚，由此来提供主要为液体的产物和蒸气，其中该蒸气包含縮聚副产物，其中该反应器包含基本上水平的、延伸的容器壳和布置在该容器壳中的至少两个基本上水平的、垂直间隔的塔板，其中当反应介质进行縮聚时，至少一部分的该反应介质沿着该塔板流动，其中该反应介质在塔板的垂直相邻的塔板上以通常相反的方向流动，并且在该塔板之间在重力作用下下
落，其中该容器壳的长径比(l : d)范围是大约i.2 : 1-大约30 : i，其中大部分的塔板
的长度是至少大约0. 5L，其中该容器壳包含基本上圆柱形的管和结合到该管相反端上的一对端帽；(c)将蒸气经由位于容器壳顶部附近的蒸气出口从反应器中排出；和(d)将产物经由位于容器壳底部附近的产物出口从反应器中排出，其中该产物包含PET，该PET的平均链长比供料的平均链长大了至少大约10。 在本发明另外一种的实施方案，这里提供了一种反应器，其包含水平延伸的容器 壳和布置在该容器壳中的至少两个垂直间隔的塔板。


本发明的某些实施方案将参考附图在下面进行更详细的说明，其中 图1是按照本发明一种实施方案的水平的带有塔板的反应器示意图，该反应器适
于用作熔融相聚酯生产设备中的縮聚反应器；禾口 图2是图1的水平的带有塔板的反应器沿着线2-2的端截面图。
具体实施例方式
图1和2示意了按照本发明一种实施方案所配置的一种示例性的水平的带有塔板 的反应器。图l和2中所述的反应器的构造和运行在下面更详细的进行描述。虽然下面的 说明的某些部分主要涉及到用于熔融相聚酯生产方法中的反应器，但是根据本发明的实施 方案所配置的反应器可以在广泛的多种化学方法中获得应用。例如，按照本发明的某些实 施方案所配置的反应器可以有利的用于任何这样的方法中，在这里化学反应是在反应介质 的液相中进行的，并且作为该反应反应的结果，产生了蒸气副产物。此外，按照本发明的某 些实施方案所配置的反应器可以有利的用于这样的化学方法，在这里至少一部分的反应介 质在加工过程中形成了泡沫。 现在参考图l，示意了水平的带有塔板的反应器10的一种实施方案，其通常包含 水平延伸的容器壳12和布置在该容器壳12中的一连串的垂直间隔的塔板14a-f。
容器壳12通常包含水平延伸的管状元件16和结合到管状元件16相反端上的一 对端帽18a和18b。容器壳12具有进料口 20、蒸气出口 22和液体产物出口 24。如图1所 示，进料口 20和蒸气出口 22可以位于容器壳12的顶部附近，而液体产物出口 24可以容器 壳12的底部附近。在一种实施方案中，进料口20可以位于一个端帽之中或者附近，而蒸气 和产物出口 22和24可以位于相反的端帽之中或者附近。此外，可以使用内部供料分配器 20a来将供料朝着端帽18a排出，由此来使得上塔板14a上的静止区域最小和/或得以消 除。 在图1所示的实施方案中，管状元件16是基本上水平的、基本上直的、基本上圆柱 形的管。在一种可选择的实施方案中，管状元件16可以具有多种横截面构造(例如矩形， 正方形或者椭圆形)。此外，管状元件16不必需具有极好的水平定向。例如，管状元件16 的中心轴延长线可以在相对于水平线为大约10内、大约5内或者2度内延伸。
在图1所示的实施方案中，容器壳12和/或管状元件16可以具有最大内部长度 (L)，其大于它的最大内径(D)。在一种实施方案中，容器壳12和/或管状元件16的长径比
(l : D)范围是大约i. i : 1-大约50 : 1，大约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : i-大 约i5 : 1，大约i.5 : i-大约io : 1，或者2 : l-6 : i。在一种实施方案中，D可以处于
下面的范围大约2-大约40英尺，大约6-大约30英尺，或者10英尺-20英尺，L可以处 于下面的范围大约5-大约100英尺，大约10-大约60英尺，或者15英尺-40英尺。
如图1所示，该一连串的塔板14a-f布置在容器壳12中，并且通常沿着容器壳
412的基本上整个长度延伸。该一连串的塔板14a_f包括最上面的塔板14a，多个中间塔板 14b-e和最下面的塔板14f。任意的、大部分的或者全部的塔板14a-f可以具有至少大约 0. 5L，至少大约0. 75L，或者至少0. 90L的长度。在一种实施方案中，每个塔板可以具有相同 的长度，或者可选择的，至少两个塔板可以具有不同的长度。 每个塔板14a-f具有接受端和排出端。在图1所示的实施方案中，垂直相邻的塔 板的接受和排出端可以布置在容器壳12通常相反的端上，以使得下塔板14b， d， f的接受端 通常位于垂直相邻的一对上塔板14a， c， e的排出端以下。此外，下塔板14b， d， f的接受端 可以与上塔板14a， c， e的排出端向外间隔开，以产生流道26a， c， e，该通道使得流体在垂直 相邻的塔板之间流动连通。在图1所示的实施方案中，塔板14b， d， f的接受端可以装备有 流动分流器28b， d， f。任选的，每个塔板14a-f的排出端可以装备有向上延伸的堰30a-f。
在图1所示的实施方案中，塔板14a，c，e的接受端直接结合到端帽18a上，而塔板 14b，d，f的排出端是与端帽18a间隔开的，目的是产生流道26b，d，f，其促进了在垂直相邻 的塔板之间的流体流动连通。可选择的，塔板14c，e的接受端也可以与端帽18a间隔开，并 且可以位于通常塔板14b， d的排出端的外面。如图1所示的实施方案，塔板14b， d， f的接 受端和塔板14a， c， e的排出端每个是与端帽18b间隔开的，以使得通过塔板14a_f的端部 和端帽18b之间的间隙来限定出向上的蒸气流道32。在一种实施方案中，蒸气出口 22可以 位于向上的流道32的顶部附近。 在图1和2所示的实施方案在，塔板14a-f是基本上平坦的、基本上水平的、基本 上矩形的板，其每个具有基本上水平的、基本上平坦的面朝上的流动表面，液体可以沿着该 表面流动。如图2所示，塔板14a-f将容器壳12的内部体积分成了各自的反应器流动腔室 42a-g。为了提供足够大的流动腔室42a-g，每个塔板14a_f面朝上的流动表面可以通过下 面的垂直距离与垂直相邻的塔板间隔开至少大约O. 05D，至少大约0. IOD或者至少O. 25D。 每个塔板14a-f的面朝上的流动表面可以通过下面范围的垂直距离来与垂直相邻的塔板 间隔开大约5-大约50英寸，大约10-大约40英寸或者15-30英寸。另外，每个塔板不必 需具有极好的水平的定向。例如，塔板14a-f至少两个面朝上的表面可以是相对于水平线 以小于大约IO，小于大约5，或者小于大约2度倾斜的。 在图1和2所示的实施方案中，反应器10包含具有基本上平行的侧边的六个塔板 14a-f，该侧边是刚性的，并且密封连接(例如焊接)到管状元件16的内部。但是，应当指 出的是布置在容器壳12中的塔板的数目和构造可以进行优化，来匹配使用反应器10的应 用。例如，反应器10可以使用至少2个塔板，至少4个塔板，至少6个塔板，或者4-15个， 或者5-10个塔板。另外，塔板14a-f的侧边可以与容器壳12的侧壁间隔开，并且可以使用 多种支承机构来支承在容器壳12中，例如诸如从容器壳12底部延伸的支脚或者从容器壳 12悬挂的支脚。 重新参见图l，在运行中，供料(其可以主要为液体形的)被引入到反应器10中， 并且经由进料口 20引入到最上面的塔板14a的接受端上。该供料然后形成了反应介质34， 该介质通常水平的沿着并朝向最上面的塔板14a的排出端流动。当反应介质34沿着最上面 的塔板14a的面朝上的表面流动时，在反应介质34中发生了化学反应。可以形成蒸气36， 其包含了在塔板14a面朝上的表面上进行的化学反应的副产物和/或经由进料口 20进入 反应器10的供料中的挥发性成分。当反应介质34沿着最上面的塔板14a流动时，至少一部分蒸气36离开反应介质34，并且通常流经反应介质34。 如图1所示，在本发明的一种实施方案中，在反应器10中进行的化学反应引起了 反应介质34的泡沫，由此产生了反应介质34的泡沫部分38和主要为液体的部分40。化 学反应可以在泡沫部分38和主要为液体的部分40 二者的液相中进行。实际上，泡沫的存 在可以实际上增强某些化学反应，特别是这些通过增加液体表面积和减压而促进的反应。 因此，在一种实施方案中，反应器流动腔室42a-g的内部体积和开放流动面积是足够大的， 以使得能够形成最大量的泡沫。在这里反应器的主要部分中发生大量的泡沫化的应用中， 期望的是可以使用降低数量的塔板来在该反应器体积中提供足够的空间，以形成最大的泡 沫。可选择的，可以使用更大直径的容器壳12来提供必需的体积和开放流动面积，来促进 泡沫的形成。如图1和2所示，当反应介质34前进通过反应器10时，由反应所产生的泡沫 的量会降低。因此，在最上面的塔板14a上的反应介质34可以包含大于大约50体积％，大 于大约75体积％，或者大于90体积％的蒸气，而在最下面的塔板14f上的反应介质34可 以包含小于大约20体积％，小于大约10体积％，或者小于5体积％的蒸气。
重新参见图l，当反应介质34到达最上面的塔板14a的排出端时，它在重力的作用 下，通过流道26a下落，并且下落到的第一中间塔板14b的接受端部分上，该接受端是与最 上面的塔板14a的排出端向外间隔的。当最上面的塔板14a的排出端装备有堰30a时，在 落到第一中间塔板14b的面朝上的表面上之前，至少一部分的反应介质34流经堰30a的顶 部、其边缘周围、流过其之中和/或之下的开口 。当反应介质34离开最上面的塔板14a，并 且向下流到第一中间塔板14b上时，蒸气从最上面的塔板14a向上流动，并且可以与在随后 的塔板14c-f上所产生的蒸气，以及与在容器壳12底部所产生的蒸气进行合并。在经由蒸 气出口 22离开反应器10之前，所形成的合并蒸气可以通过向上的流道32上升。
堰30a-f可以用在反应器10来帮助保持在塔板14a_f上的反应介质34所期望的 深度。在本发明的一种实施方案中，反应介质34主要为液体的部分在每个塔板上的最大深 度小于大约0. 1D，小于大约0. 05D，小于大约0. 025D或者小于0. OID。反应介质34在每个 塔板上的最大深度可以是大约l-大约40英寸，大约l-大约32英寸，或者1-24英寸。
如图1所述的实施方案，反应介质34从第一中间塔板14b接受端通常水平的沿着 该面朝上的表面并朝向塔板14b的排出端流动。如前所述，反应介质34当它沿着塔板14b 通过时进行化学反应，并且该化学反应会导致蒸气副产物和/或泡沫的形成。当蒸气是由 沿着塔板14b流动的反应介质34产生时，该蒸气可以在塔板14b以上以与反应介质34沿着 塔板14b流动方向相反的方向流动。该蒸气可以经由蒸气通道离开塔板14b上面的空间， 该蒸气通道延伸在通过流道26a的向下流动的反应介质周围和/或穿过该介质。如图1所 示，延伸穿过向下流动的反应介质的蒸气通道可以定义为小的管状元件。
当反应介质34到达塔板14b的排出端时，它在重力的作用下，通过流道26b下落， 并且下落到的第二中间塔板14c的接受端部分上，该接受端是与第一中间塔板14b向外间 隔的。当塔板14b的排出端装备有堰30b时，在进入流道26b之前，至少一部分的反应介质 34流经堰30b的顶部、其边缘周围、流过其之中和/或之下的开口 。反应介质34然后沿着 第二中间塔板14c从接受端流动到排出端，如图1所示。如上所述，反应介质34当它沿着 塔板14c通过时进行化学反应，并且该化学反应会导致蒸气副产物和/或泡沫的形成。当 蒸气产生时，该蒸气通常以与反应介质34相同的方向流经反应介质34。当该蒸气到达塔板14c的排出端时，该蒸气朝着向上的流道32流动，在这里它可以与离开塔板14a， b， d， e， f 的蒸气合并，如图l所示。 反应介质34流过其余的中间塔板14d， e和最下面的塔板14f可以基本上与上面 所述相同来进行。通常，反应介质34从塔板14c， d， e的排出端向下经由流道26c， d， e下 落到塔板14d，e，f的接受端。如前所述，反应介质34在垂直相邻的塔板上以通常相反的方 向流动，这样反应介质34通常经由塔板14d， e， f往返流过反应器10。如果当反应介质沿 着塔板14d， e， f通过时产生了蒸气副产物，则该蒸气离开塔板14d， e， f上面的空间，然后 在向上的流道32中其他的蒸气合并，并且蒸气出口 22经由离开反应器10。如在图1所示 的实施方案中，离开最下面的塔板14f的反应介质34沿着容器壳12的底部流动，然后被作 为主要为液体的产物经由产物出口 24进行回收。 尽管图1中没有表示，但是挡水板(impingement plate)可以用在靠近蒸气出口 22的蒸气流路中，以使得在该流动的蒸气中所携带的液体碰撞、收集在该挡水板上和向下 跌落。挡水板的使用有助于保证仅仅蒸气离开反应器10的蒸气出口 22。另外，尽管图1中 没有表示，但是向上延伸的堰可以用在产物出口 24附近，来帮助保证将足够水平的反应介 质34的主要为液体的部分40沿着容器壳12的底部保持。 按照本发明的某些实施方案配置的水平的带有塔板的反应器需要对在其中加工 的反应介质进行很少的或者不需要进行机械搅拌。虽然在该水平的带有塔板的反应器中加 工的反应介质可以依靠起泡、流过该反应器段和从一个反应器段降落到另一个段来进行稍 微的搅拌，但是这种起泡搅拌、流动搅拌和重力搅拌并非机械搅拌。在本发明的一种实施方 案中，在水平的带有塔板的反应器中加工的反应介质的小于大约50%，小于大约25%，小 于大约10%，小于大约5%，或者0%的总搅拌由机械搅拌来提供的。因此，按照本发明的某 些实施方案所配置的反应器可以不带有任何机械混合装置来运行。这与几乎专门使用机械 搅拌的常规的连续搅拌槽式反应器(CSTR)是完全不同的。 如上所述，按照本发明反应器实施方案所配置的水平的带有塔板的反应器可以用 于多种化学方法中。在一种实施方案中，按照本发明所配置的水平的带有塔板的反应器被 用于熔融相聚酯生产设备中，该设备能够由多种起始材料来生产任何的多种聚酯。能够根 据本发明的实施方案进行生产的熔融相聚酯的例子包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)，其包括PET的均聚物和共聚物；全芳族或者液晶聚酯；可生物降解的聚酯，例如包含 丁二醇、对苯二酸和己二酸残基的这些聚酯；聚(环己烷-对苯二甲酸二亚甲酯)均聚物和 共聚物；和1，4-环己烷-二甲醇(CHDM)和环己烷二羧酸或者环己烷二羧酸二甲酯的均聚 物和共聚物。当生产PET共聚物时，这样的共聚物可以包含至少90，至少91，至少92，至少 93，至少94，至少95，至少96，至少97，至少98mol %的对苯二甲酸乙二醇酯重复单元和至 多IO，至多9，至多8，至多7，至多6，至多5，至多4，至多3，或者至多2mol^的所加入的共 聚单体重复单元。通常，该共聚单体重复单元可以衍生自选自下面的一种或多种共聚单体 间苯二酸，2， 6-萘-二羧酸，CHDM和二甘醇。 通常，根据本发明某些实施方案的聚酯生产方法可以包含两个主要阶段-酯化阶 段和縮聚阶段。在该酯化阶段中，聚酯起始材料(其可以包含至少一种醇和至少一种酸)进 行酯化，由此来生产聚酯单体和/或低聚物。在该縮聚阶段中，来自酯化阶段自的该聚酯单 体和/或低聚物反应成最终的聚酯产物。作为此处与PET相关使用的，单体具有小于3的链长，低聚物具有大约7-大约50的链长(链长4-6单位的成分可以被认为是单体或者低
聚物)，聚合物具有大于大约50的链长。二聚体例如EG-TA-EG-TA-EG的链长是2，三聚体
阜q坐坐 疋J，寸寸。 酯化阶段中所用的酸起始材料可以是二羧酸，以使得最终的聚酯产物包含至少一 种具有大约4-大约15个或者8-12个碳原子的二羧酸残基。适用于本发明中的二羧酸的 例子可以包括但不限于对苯二酸，邻苯二酸，间苯二酸，萘_2， 6- 二羧酸，环己烷二羧酸，环 己烷二乙酸，二苯基-4，4' -二羧酸，二苯基_3，4' _二羧酸，2，2，-二甲基-1，3-丙二醇， 二羧酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，壬二酸，癸二酸，及其混合物。在一种实施方案中，该酸起 始材料可以是相应的酯，例如代替对苯二酸的对苯二甲酸二甲酯。 在酯化阶段中所用的醇起始材料可以是二醇，以使得最终的聚酯产物可以包含至 少一种二醇残基，例如诸如，来自具有大约3-大约25个碳原子或者6-20个碳原子的脂 环族二醇的这些。合适的二醇可以包括但不限于乙二醇(EG)，二甘醇，三甘醇，l，4-环己 烷_ 二甲醇，丙-1， 3- 二醇，丁 -1， 4- 二醇，戊-1， 5- 二醇，己-1， 6- 二醇，新戊二醇，3-甲基 戊二醇-(2，4)，2-甲基戊二醇_(1，4)，2，2，4-三甲基戊二醇-(1，3)，2-乙基己二醇-(l， 3)，2，2-二乙基丙二醇-(1，3)，己二醇-(1，3)，1，4-二-(羟基乙氧基)-苯，2，2-双-(4-羟 基环己基)-丙烷，2，4-二羟基-1，1，3，3-四甲基-环丁烷，2，2，4，4四甲基-环丁二醇，2， 2-双-(3-羟基乙氧基苯基)-丙烷，2， 2-双-(4-羟基-丙氧基苯基)-丙烷，异山梨醇，对 苯二酚，BDS-(2，2-(磺酰基双)4，l-亚苯氧基))双(乙醇)，及其混合物。
另外，该起始材料可以包含一种或多种共聚单体。合适的共聚单体可以包括例如 包含下面的共聚单体对苯二酸，对苯二甲酸二甲酯，间苯二酸，间苯二甲酸二甲酯，二甲 基-2， 6-萘二羧酸酯，2， 6-萘-二羧酸，乙二醇，二甘醇，1， 4-环己烷-二甲醇(CHDM) ， 1， 4_ 丁二醇，聚丁二醇，反式-DMCD，偏苯三酸酐，环己烷-1， 4 二羧酸二甲酯，十氢化萘_2， 6 二羧酸二甲酯，十氢化萘二甲醇，十氢化萘2， 6-二羧酸酯，2， 6-二羟基甲基-十氢化萘，对 苯二酚，羟基安息香酸，及其混合物。 熔融相聚酯生产方法的酯化阶段和縮聚阶段二者都可以包括多个步骤。例如，酯 化阶段可以包括初始酯化步骤来生产部分酯化的产物，其然后在二级酯化步骤中进一步酯 化。同样，縮聚阶段可以包括预聚步骤来生产部分縮聚的产物，其然后进行终聚步骤，由此 来生产最终的聚合物产物。 按照本发明某些实施方案配置的反应器可以用于熔融相聚酯生产系统中，作为二 级酯化反应器来进行二级酯化步骤，作为预聚反应器来进行预聚步骤，和/或作为终聚反 应器来进行终聚步骤。下面参考图1给出本发明用作酯化反应器、预聚反应器和/或终聚 反应器的加工条件的详细说明。应当理解按照本发明的实施方案配置的反应器通常可以用 作酯化反应器、预聚反应器和/或终聚反应器，并且这些方法条件不限于图1所述的实施方 案， 重新参见图1，当反应器10用作熔融相聚酯生产方法(例如制造PET的方法)中的 二级酯化反应器时，在反应器10中可以进行大于一种的化学反应。例如，虽然酯化可以是 在反应器10中进行的主要的化学反应，但是某些量的縮聚也可以在反应器10中发生。当反 应器IO用作二级酯化反应器时，引入进料口 20中的供料的转化率范围可以是大约70-大 约95 % ，大约75-大约90 % ，或者80-88 % ，而从液体产物出口 24收回的主要为液体的产物的转化率范围可以是至少大约80 % ，至少大约90 % ，至少大约95 % ，或者至少98 % 。当反 应器10用作二级酯化反应器时，在反应器10中进行的化学反应会使得反应介质34的转化 率在进料口 20和液体产物出口 24之间增加至少大约2个百分点，至少大约5个百分点，或 者至少IO个百分点。此外，引入进料口 20中的供料的平均链长可以是小于大约5，小于大 约2或者小于l，而从液体产物出口 24收回的主要为液体的产物的平均链长范围可以是大 约1-大约20，大约2-大约12，或者5-12。通常，当反应器10用作二级酯化反应器时，反 应介质34的平均链长在进料口 20和液体产物出口 24之间增加下面的范围大约1-大约 20，大约2-大约15，或者5-12。 当反应器10用作二级酯化反应器时，流入反应器10的供料可以在下面的温度范 围进入进料口 20中大约180-大约35(TC，大约215-大约305。C，或者260_290°C 。离开 液体产物出口 24的主要为液体的产物可以具有在进入进料口 20的供料的温度的大约50°C 内，25°C内，或者l(TC内的温度。在一种实施方案中，离开液体产物出口 24的液体产物的温 度处于下面的范围内大约180-大约350°C ，大约215-大约305°C ，或者260-290°C 。在一 种实施方案中，在反应器10中的反应介质34的平均温度范围是大约180-大约35(TC，大 约215-大约305t:，或者260-290°C。反应介质34的平均温度是至少三个温度的平均值， 这三个温度是沿着反应介质34通过反应器10的主要流路等间隔进行测量的，在这里该温 度测量每个是在靠近反应介质34的主要为液体部分40的横截面质心进行的(不同于靠近 反应器的壁或者靠近主要为液体部分的上部表面)。当反应器10用作二级酯化反应器时， 反应器IO中的蒸气空间压力(在蒸气出口 22进行测量)可以保持在下面的范围中小于 大约70psig，大约4到大约10psig，或者2-5psig。 当反应器10用作二级酯化反应器时，令人期望的是在引入到反应器10之前可以 加热该供料和/或令人期望的是当反应介质34流过反应器10时对它进行加热。引入到反 应器10之前对该供料的加热可以在常规的热交换器例如诸如壳管式热交换器中进行。反 应介质34在反应器10中的加热可以通过外部加热装置来进行，该外部加热器与反应器10 相接触，但是不伸入到反应器10的内部。这样的外部热交换装置包括例如包壳加热和/或 半热管线(heat-tracing)。通常，加入到反应器10的紧上游供料的热和加入到反应器10 中的反应介质34的热的相加累积量可以处于下面的范围中大约100-大约5000BTU每磅 的反应介质(BTU/lb)，大约400-大约2000BTU/lb，或者600-1500BTU/lb。
重新参见图1，当反应器10用作熔融相聚酯生产方法(例如制造PET的方法)中 预聚反应器时，在反应器10中可以进行大于一种的化学反应。例如，虽然縮聚可以是在反 应器10中进行的主要的化学反应，但是某些量的酯化也可以在反应器10中发生。当反应 器IO用作预聚反应器时，引入进料口 20中的供料的平均链长范围可以是大约1-大约20， 大约2-大约15，或者5-12，而从液体产物出口 24收回的主要为液体的产物的平均链长范 围可以是大约5-大约50，大约8-大约40，或者10-30。当反应器10用作预聚反应器时，在 反应器10中进行的化学反应会使得反应介质34的平均链长在进料口 20和液体产物出口 24之间增加至少大约2，增加大约5-大约30的范围，或者增加8-20的范围。
当反应器10用作预聚反应器时，供料可以在下面的温度范围进入进料口20中大 约220-大约350°C ，大约265-大约305°C ，或者270_290°C 。离开液体产物出口 24的主要 为液体的产物可以具有在进入进料口 20的供料的温度的大约50°C内，25°C内，或者l(TC内的温度。在一种实施方案中，离开液体产物出口 24的液体产物的温度处于下面的范围内 大约220-大约35(TC，大约265-大约305。C，或者270_290°C 。在一种实施方案中，在反应 器10中的反应介质34的平均温度范围是大约220-大约35(TC，大约265-大约305。C，或 者270-29(TC。当反应器10用作预聚反应器时，反应器10中的蒸气空间压力(在蒸气出 口 22进行测量)可以保持在下面的范围中大约0-大约300托，大约l-大约50托，或者 20-30托。 当反应器IO用作预聚反应器时，令人期望的是在引入到反应器IO之前可以加 热该供料和/或令人期望的是当反应介质34流过反应器10时对它进行加热。通常，加 入到反应器10的紧上游供料的热和加入到反应器10中的反应介质34的热的相加累积 量可以处于下面的范围中大约100-大约5000BTU/lb，大约400-大约2000BTU/lb，或者 600-1500BTU/lb。 重新参见图1，当反应器10用作熔融相聚酯生产方法(例如制造PET的方法)中 终聚反应器时，引入到进料口 20中的供料的平均链长可以处于下面的范围大约5-大约 50，大约8-大约40，或者10-30，而从液体产物出口 24收回的主要为液体的产物的平均链 长可以处于下面的范围大约30-大约210，大约40-大约80，或者50-70。通常，在反应器 10中进行的縮聚会使得反应介质34的平均链长在进料口 20和液体产物出口 24之间增加 至少大约IO，至少大约25，或者至少50。 当反应器10用作终聚反应器时，供料可以在下面的温度范围进入进料口20中大 约220-大约350°C ，大约265-大约305°C ，或者270_290°C 。离开液体产物出口 24的主要 为液体的产物可以具有在进入进料口 20的供料的温度的大约50°C内，25°C内，或者l(TC内 的温度。在一种实施方案中，离开液体产物出口 24的液体产物的温度处于下面的范围内 大约220-大约35(TC，大约265-大约305。C，或者270_290°C 。在一种实施方案中，在反应 器10中的反应介质34的平均温度范围是大约220-大约35(TC，大约265-大约305。C，或 者270-29(TC。当反应器10用作终聚反应器时，反应器10中的蒸气空间压力(在蒸气出口 22进行测量)可以保持在下面的范围中大约0-大约30托，大约1-大约20托，或者2-10 托。 当用作聚酯生产方法的酯化和/或縮聚阶段的反应器时，按照本发明的实施方案
配置的反应器可以提供众多的优点。当用作制造PET方法中的二级酯化、预聚和/或终聚
反应器时，这样的反应器会是特别有利的。此外，这样的反应器非常适用于商业规模的PET
生产设备中，该设备能够以下面的速率来生产PET :至少大约10000磅/小时，至少大约
100000磅/小时，至少大约250000磅/小时，或者至少500000磅/小时。 在本发明的一种实施方案中，这里提供了一种方法，其包含使反应介质流过反应
器，该反应器包含水平延伸的容器壳和布置在该容器壳中的多个垂直间隔的塔板，其中当
该反应介质通过反应器时，该反应介质是沿着至少两个塔板流动的。在图1和2所示的实
施方案中所述的容器壳、塔板和反应介质流路的特征通常可应用到本发明的这种实施方案中。 在一个例子中，容器壳是沿着中心轴延长线延伸的，该延长线以相对于水平线为 大约5度的角度延伸的，并且每个塔板具有一种基本上平坦的面朝上的表面，至少一部分 的反应介质沿着该表面流动，其中至少两个塔板的面朝上的表面是相对于水平线以小于大约5度倾斜的。在一个例子中，该中心轴的延长线是基本上水平的，并且每个塔板的面朝上 的表面是基本上水平的。 在一个例子中，容器壳的长径比(L : D)范围是大约i. i : 1-大约50 : i，大 约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : l-大约i5 : i，大约i.s : i-大约io : i，或者 2:i-6: i。除了所规定的L : d比例之外，大部分的塔板的长度是至少大约o. 5L，至少
大约0. 75L，或者至少0. 9L。此外，直径可以处于下面的范围大约2-大约40英尺，大约 6-大约30英尺，或者10英尺-20英尺，L可以处于下面的范围大约5-大约100英尺，大 约10-大约60英尺，或者15英尺-40英尺。 在一个例子中，容器壳的长径比(l : d)范围是大约i. i : 1-大约50 : i，大 约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : l-大约i5 : i，大约i.s : i-大约io : i，或者 2:i-6: i，并且每个塔板具有基本上平坦的面朝上的表面，至少一部分的反应介质沿着 该表面流动，并且塔板的垂直相邻的塔板的面朝上的表面是由下面的垂直距离来彼此间隔
的至少大约0. 05D，至少大约0. IOD，或者至少0. 25D。每个塔板的面朝上的流动表面可以 与垂直相邻的塔板以下面范围的垂直距离来间隔开大约5-大约50英寸，大约10-大约40 英寸或者15-30英寸。 在一个例子中，当反应介质流过反应器时，反应介质进行了化学反应。当反应介质 流过反应器时，会产生包含该化学反应副产物的蒸气。在一个例子中，将在多个塔板上所产 生的蒸气在容器壳中合并，并且该合并的蒸气经由位于容器壳顶部附近的蒸气出口离开反 应器。 在一个例子中，当反应介质流过反应器时，该反应介质进行了化学反应，并且产生 了泡沫，因此该反应介质包含了泡沫部分和主要为液体的部分，其中化学反应是在该泡沫 部分和主要为液体的部分二者的液相中进行的。 在本发明的一个例子中，这里提供了一种方法，其包含使反应介质流过反应器，该 反应器包含水平延伸的容器壳和布置在该容器壳中的多个垂直间隔的塔板，其中当该反应 介质通过反应器时，该反应介质是沿着至少两个塔板流动的，并且进行酯化和/或縮聚反 应。在上面给出的对于图1中用作二级酯化、预聚和/或终聚反应器的反应器10的详细说 明可应用于本发明的这个例子。具体的，供料特性(例如，转化率和/或链长)，温度，压力， 转化率增加，平均链长增加，产物特性和任何的热输入全部都应用于本发明的这个例子。
在一个例子中，将产物从该反应器的产物出口除去，其中反应介质形成了反应 器中的产物。此外，当该化学反应包含縮聚时，产物可以是縮聚产物。该产物或者縮聚 产物的特性粘度可以处于下面的范围内大约0. 3-大约1. 2，大约0. 35-大约0. 6，或者 0. 4-0. 5dL/g。在一个例子中，该产物或者縮聚产物的特性粘度处于下面范围大约O. 1-大 约O. 5，大约0. 1-大约0.4，或者0. 15-0. 35dL/g。在一个例子中，将供料引入到反应器的进 料口中，来形成反应介质，并且该供料的特性粘度处于下面的范围内大约0. 1-大约0. 5， 大约0. 1-大约0. 4，或者0. 15-0. 35dL/g。 以dL/g作为单位给出的特性粘度(It. V.)值是由比浓对数粘度来计算的，该比浓 对数粘度是在25t:在60重量％的酚和40重量％的1 ， 1 ， 2， 2-四氯乙烷中测量的。聚合物样 品能够以0. 25g/50mL的浓度溶解在该溶剂中。该聚合物溶液的粘度可以例如使用Rheotek 玻璃毛细管粘度计进行测量。这种粘度计的操作原理的说明可以在ASTM D4603中找到。比浓对数粘度是由所测量的溶液粘度来计算的。下面的等式描述了这样的溶液粘度测量和随 后换算为比浓对数粘度，并且由比浓对数粘度换算为特性粘度
ninh = [In(ts/t。)]/C
这里 ninh= 25"在聚合物浓度为0. 5g/100mL的60重量％酚和40重量％的1，1，2， 2-四氯乙烷时的比浓对数粘度
ln二自然对数 ts =样品流过毛细管的时间 t。=空白溶剂流过毛细管的时间 C =聚合物浓度，单位g/100mL溶剂(0. 50% ) 特性粘度是在无限冲淡时聚合物比粘度的极限值。它由下面的等式定义 n int = 1 im ( n SP/C) = 1 im (In n r) /C
C — 0 C — 0 在这里nint =特性粘度 i =相对粘度=ts/t。nsp =比粘度=nr-i 特性粘度(It. V.或者nint)可以使用下面的Billmeyer等式来估算
nint = 0.5[e。.5xIhv.-l] + (0.75xIh.V.) 用于估算特性粘度(Billmeyer关系式)的参考文献是J. PolymerSci. ，^ pp. 83-86(1949)。 聚合物溶液的粘度也可以使用Viscotek改进的差分粘度计(该压力差粘度计操 作原理的说明可以在ASTM D5225中找到)或者其他本领域技术人员已知的方法来测量。
在本发明的另外一种实施方案中，这里提供了一种方法，其包含(a)将主要为液 体的供料引入到縮聚反应器中，其中该供料形成了在该反应器中的反应介质，其中该供料 包含了平均链长范围为大约5-大约50，大约8-大约40，或者10-30的PET ; (b)使得该反 应介质在反应器中进行縮聚，由此来提供主要为液体的产物和蒸气，其中该蒸气包含縮聚 副产物，其中该反应器包含基本上水平的、延伸的容器壳和布置在该容器壳中的至少两个 基本上水平的、垂直间隔的塔板，其中当反应介质进行縮聚时，至少一部分的该反应介质沿 着该塔板流动，其中该反应介质在塔板的垂直相邻的塔板上以通常相反的方向流动，并且 在该塔板之间在重力作用下下落，其中该容器壳的长径比(L : D)范围是大约l. 1 : l-大
约50 : 1，大约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : l-大约i5 : i，大约i.s : i-大约
10 : 1，或者2 : 1-6 : l，其中大部分的塔板的长度是至少大约O. 5L，至少大约0. 75L或者
至少O. 9L，其中该容器壳包含基本上圆柱形的管和结合到该管相反端上的一对端帽；(c)
将蒸气经由位于容器壳顶部附近的蒸气出口从反应器中排出；和(d)将产物经由位于容器
壳底部附近的产物出口从反应器中排出，其中该产物包含PET，该PET的平均链长比供料的
平均链长大了至少大约10，至少大约25，或者至少50。在图1和2所示的实施方案中所述
的容器壳、塔板和反应介质流路的特征通常可应用到本发明的这种实施方案中。 在一个例子中，供料的特性粘度处于下面的范围中大约0. 1-大约0. 5，大约0. l-大约o. 4，或者大约0. 15-大约0. 35dL/g。在一个例子中，产物的特性粘度处于下面的 范围中大约o. 3-大约1.2，大约0. 35-大约0. 6，或者0. 4_0. 5dL/g。 在一个例子中，容器壳的长径比(l : d)范围是大约i. i : 1-大约50 : i，大 约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : l-大约i5 : i，大约i.s : i-大约io : i，或者
2:1-6: 1。此外，直径可以处于下面的范围大约2-大约40英尺，大约6-大约30英 尺，或者10英尺-20英尺，L可以处于下面的范围大约5-大约100英尺，大约10-大约60 英尺，或者15英尺-40英尺。 在本发明另外一种的实施方案，这里提供了一种反应器，其包含水平延伸的容器 壳和布置在该容器壳中的至少两个垂直间隔的塔板。在图l和2所示的实施方案中所述的 容器壳、塔板和反应介质流路的特征通常可应用到本发明的这种实施方案中。 在一个例子中，反应器容器壳的长径比(l : d)范围是大约i. i : 1-大约50 : i， 大约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : l-大约i5 : i，大约i.s : i-大约io : i，或 者2 : l-6 : i。除了所规定的L : d比例之外，大部分的塔板的长度是至少大约o. 5L，至
少大约0. 75L，或者至少0. 9L。此外，反应器直径可以处于下面的范围大约2-大约40英 尺，大约6-大约30英尺，或者10英尺-20英尺，L可以处于下面的范围大约5-大约100 英尺，大约10-大约60英尺，或者15英尺-40英尺。 在一个例子中，反应器容器壳的长径比(l : d)范围是大约i. i : 1-大约50 : i， 大约i.2 : 1-大约30 : 1，大约i.25 : l-大约i5 : i，大约i.s : i-大约io : i，或者 2:i-6: i，并且每个塔板具有基本上平坦的面朝上的表面，其中所述塔板的垂直相邻的
塔板的面朝上的表面是由下面的垂直距离来彼此间隔的至少大约0. 05d，至少大约0. 1d， 或者至少0. 25D。每个塔板的面朝上的流动表面可以与垂直相邻的塔板以下面范围的垂直 距离来间隔开大约5-大约50英寸，大约10-大约40英寸或者15-30英寸。
在一个例子中，该反应器包含至少2个塔板，至少4个塔板，至少6个塔板，或者 4-15个，或者5-10个塔板。 在一个例子中，反应器容器壳是沿着中心轴延长线延伸的，该延长线是在相对于 水平线为大约10内，大约5内或者2度内延伸的，其中每个塔板具有基本上平坦的面朝上 的表面，其中至少两个塔板的面朝上的表面是相对于水平线以下面的角度倾斜的小于大 约10度，小于大约5度，或者小于2度。
数字范围 本说明书使用数字范围来量化与本发明有关的某些参数。应当理解当提供数字范 围时，这样的范围被解释为提供了用于下面的字面支持仅仅述及该范围下限值的要求界 限，以及仅仅述及该范围上限值的要求界限。例如，10-100的公开的数字范围提供了用于 下面的字面支持述及"大于10"(没有上限)的要求和述及"小于100"(没有下限)的要 求。 定义 作为此处使用的，术语"一个"、"一种"、"该"和"所述的"表示一种或多种。
作为此处使用的，术语"搅拌"指的是消耗到反应介质中来引起流体流动和/或混 合的功。 作为此处使用的，术语"和/或"当用于列举两种或者多种项目时，意思是可以使用任何一种所列举的项目本身，或者可以使用两种或者多种所列举项目的任意的组合。例如，如果一种组合物被表述为含有成分A、B和/或C，则该组合物可以包含单独的A ;单独的
B ;单独的C ;A禾P B的组合；A和C的组合；B和C的组合；或者A、 B和C的组合。
作为此处使用的，术语"平均链长"表示聚合物中重复单元的平均数。对于聚酯来说，平均链长表示重复的酸和醇单元的数目。平均链长与数均聚合度(DP)是同义的。平均链长可以通过本领域技术人员已知的不同的手段来测定。例如，1H-NMR可以用来基于端基分析直接测定该链长，光散射可以用来测量重均分子量，并且使用相互关系来测定链长。链长经常是基于相关的凝胶渗透色谱法(GPC)测量和/或粘度测量来计算的。
作为此处使用的，术语"包含着"、"包含一种"和"包含多种"是开放式转换术语，其用来将该术语之前所述的主题转换成在该术语之后所述的一种或多种元素，在这里在该转换术语之后所列举的一种或多种元素不必是构成该主题的唯一的元素。
作为此处使用的，术语"含有着"、"含有一种"和"含有多种"具有与上面所提供的"包含着"、"包含一种"和"包含多种"相同的开放式含义。 作为此处使用的，术语"转化率"用来描述已经经历了酯化的液相流的一种性能，其中该酯化流的转化率表示已经转化(即，酯化)成酯基的初始酸端基的百分比。转化率可以量化为已转化的端基(即，醇端基)的数目除以端基(即，醇端基加上酸端基)的总数，用百分比表示。 作为此处使用的，术语"酯化"指的是酯化和酯交换反应二者。
作为此处使用的，术语"具有着"、"具有一种"和"具有多种"具有与上面所提供的"包含着"、"包含一种"和"包含多种"相同的开放式含义。 作为此处使用的，术语"水平延伸的"表示最大的水平尺寸大于最大的垂直尺寸。
作为此处使用的，术语"包括着"、"包括一种"和"包括多种"具有与上面所提供的"包含着"、"包含一种"和"包含多种"相同的开放式含义。 作为此处使用的，术语"机械搅拌"指的是通过刚性或者柔性元件靠着或者在反应介质中的物理移动来产生对反应介质的搅拌。 作为此处使用的，术语"开孔流动面积"指的是流体可以在其中流动的开孔面积，在这里该开孔面积是沿着垂直于流过该开孔的方向的平面来测量的。 作为此处使用的，术语"管"指的是基本上直的延伸的管状元件，其通常具有圆柱形侧壁。 作为此处使用的，术语"聚对苯二甲酸乙二醇酯"和"PET"包括PET均聚物和PET共聚物。 作为此处使用的，术语"聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物"和"PET共聚物"表示已经
用至多10mol^的一种或多种所加入的共聚单体改性的PET。例如，术语"聚对苯二甲酸乙
二醇酯共聚物"和"PET共聚物"包括用基于100mol^羧酸为至多10mol^的间苯二酸改性
的PET。在另外一个例子中，术语"聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物"和"PET共聚物"包括用
基于100mol^二醇为至多10mol^的1，4-环己烷二甲醇(CHDM)改性的PET。 作为此处使用的，术语"聚酯"不仅指的是传统的聚酯，而且还包括聚酯衍生物，例
如诸如聚醚酯，聚酯酰胺和聚醚酯酰胺。 作为此处使用的，"主要为液体"表示大于50体积％的液体。
作为此处使用的，术语"反应介质"指的是进行化学反应的任何介质。 作为此处使用的，术语"残基"指的是这样的部分，其是化学物质在具体的反应方
案中所形成的产物或者随后的配料或者化学产物，而不管该部分是否实际上获自该化学物质。 作为此处使用的，术语"蒸气副产物"包括由所期望的化学反应产生的蒸气(即，蒸气副产物)和由反应介质的其他反应(即，副反应)产生的任何蒸气。
权利要求不局限于所公开的实施方案 上述的本发明示例性实施方案仅仅用于示意性的，并且不应当作为限制性含义来用于解释所要求保护的本发明的范围。本领域技术人员能够容易的对上述示例性实施方案进行不同的改进，而不脱离在下面的权利要求中所述的本发明的范围。
权利要求
一种方法，其包含使反应介质流过反应器，该反应器包含水平延伸的容器壳和布置在所述容器壳中的多个垂直间隔的塔板，其中当所述的反应介质通过所述的反应器并且在其中所述的反应介质进行化学反应时，所述的反应介质是沿着至少两个所述的塔板流动的。
2. 权利要求1的方法，其中所述的反应器包含基本上水平的、延伸的容器壳和布置 在所述的容器壳中的至少两个基本上水平的、垂直间隔的塔板，其中所述的化学反应是 縮聚，其中所述的反应介质在所述塔板的垂直相邻的塔板上以通常相反的方向流动，并且在所述的塔板之间通过重力作用下落，其中所述的容器壳的长径比(L : D)范围是 1.2 : 1-30 : 1，其中大部分所述的塔板具有至少0.5L的长度，其中所述的容器壳包含基本上圆柱形的管和结合到所述管的相反端上的一对端帽。
3. 权利要求1-2的方法，其中所述的反应介质包含縮聚供料，其中所述的縮聚供料包 含平均链长范围为5-50的PET。
4. 权利要求1-3的方法，其中所述的反应器包含至少四个所述的塔板。
5. 权利要求1-4的方法，其中将在多个所述的塔板上所产生的蒸气副产物在所述的容 器壳中进行合并，并且该合并的蒸气经由蒸气出口离开所述的反应器，该蒸气出口位于所 述容器壳的顶部附近。
6. 权利要求1-5的方法，其中所述化学反应的液体产物经由产物出口离开所述的反应 器，该产物出口位于所述容器壳的底部附近。
7. 权利要求1-6的方法，其中当所述的反应介质流过所述的反应器时产生了泡沫，因 此所述的反应介质包含了泡沫部分和主要为液体的部分，其中所述的化学反应是在所述泡 沫部分和所述主要为液体的部分二者的液相中进行的。
8. 权利要求1-7的方法，其中所述反应介质的平均链长在所述的反应器中增加了至少10。
9. 权利要求1-8的方法，其中所述的反应介质包含了至少部分的由所述的縮聚形成 的聚酯聚合物或者共聚物，其中所述的聚酯聚合物或者共聚物包含聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)。
10. 权利要求9的方法，其中所述的PET是PET共聚物，其包含至少90mol^的对苯二 甲酸乙二醇酯重复单元和至多10%的所加入的共聚单体重复单元。
11. 权利要求10的方法，其中所述的所加入的共聚单体重复单元衍生自选自下面的所 加入的共聚单体间苯二酸、2，6-萘-二羧酸、1，4-环己烷_ 二甲醇、二甘醇及其两种或多 种的组合。
12. 权利要求11的方法，其中所述的所加入的共聚单体包含间苯二酸。
13. 权利要求3-12的方法，其中将所述的縮聚供料保持在220-35(TC的温度范围，其中 所述的反应器中的蒸气空间压力保持在0-3999. 6Pa(0-30托)的范围内。
14. 权利要求1-13的方法，其进一步包含从所述反应器的产物出口除去产物，其中 所述的反应介质在所述的反应器中形成了所述的产物，其中所述产物的特性粘度范围是 0. 3-1. 2dL/g。
15. —种反应器，其包含水平延伸的容器壳和布置在所述容器壳中的至少两个垂直 间隔的塔板。
全文摘要
一种水平的带有塔板的反应器，其可以用来促进在流过其中的反应介质中的化学反应。该反应器可以包括多个垂直间隔的塔板，该塔板布置在水平延伸的容器壳中。反应介质可以在垂直相邻的塔板上以通常相反的方向流动，以使得该反应介质通常往返流动通过该反应器。
文档编号B01J19/24GK101743058SQ200880024352
公开日2010年6月16日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年7月12日
发明者A·W·怀特, B·R·德布勒因, L·C·温德斯, R·D·弗洛尔斯, S·P·贝尔纳, T·L·杨特 申请人:伊士曼化工公司