[发明专利]用于竖直分级聚合反应器的固定薄膜生成器与薄膜支撑结构系列

说明书

技术领域

本发明涉及用于生产缩聚产品(诸如线型聚酯和共聚多酯)的设备。更具体地说，本发明涉及在竖直定向的聚合反应器中使用的改进的塔盘设计。

背景技术

通过缩聚反应来产生诸如聚酯和共聚多酯之类的聚合材料的方法涉及在分子的聚合官能团彼此反应以产生更长分子链的分子时释放副产物。一般说来，必需从反应混合物提取这些被释放的副产物分子以便驱动聚合物的分子形成。如果不去除这些副产物化合物，那么化学平衡将抑制所形成的聚合链的长度。在这些缩聚反应体系的许多反应体系中，用于提取所释放的副产物的优选方法为将副产物从反应混合物中蒸发出来。

已经设计和操作各种反应器设计和多步骤反应体系来帮助副产物的蒸发和缩聚材料的相关生产。这种缩聚反应的最经济的设计(至少对于低分子量到中分子量聚合材料的生产)为一系列搅拌釜反应器。在这些反应器系统中，可通过使用机械搅拌、热缸吸再沸器及/或简单气泡搅拌来产生大量的材料以促进传热和液-汽表面积更新。不幸的是，聚合熔体的粘度随着聚合度(“DP”)增加而显著增加。因此，由于搅拌器设计的实际限制，这些材料的高粘度显著地减小更新液-汽表面的能力因而减小搅拌釜反应器的质量传递效率。

除了上述缺点之外，在缩聚过程中其它操作参数也是受到限制的。举例说来，可需要较高的温度来增加反应动力学和反应副产物的挥发性。副产物较高的挥发性减小副产物在反应混合物中的浓度，从而促进聚合反应。然而，聚合材料对降解反应的温度敏感性限制使用越来越高的温度作为促进聚合度的手段。同样，可以通过使用低操作压力来进一步增加副产物的挥发性。然而，使用非常低的操作压力受到实现低操作压力的成本和防止将聚合物夹带到真空源内所需的反应器蒸汽空间的量的限制。另外，聚合池的深度可抑制低压缩聚反应器中反应体积的有效使用。具体说来，反应混合物过深增加挥发性副产物在逃逸之前必需经历的扩散和对流路径。另外，随着聚合池的深度增加，该池的更深的部分经受更大的静水压力。在该液体内更高的局部压力抑制副产物气泡的形成，这阻碍了副产物的释放和因此反应体积对于促进聚合的有效使用。

由于上文所述的原因，增加聚合度需要将简单搅拌釜反应器替换为专门的反应设备。这种专门的设备必须克服一个或多个上文所述的操作限制以实现所要的聚合度。目前，存在两种基本方法来促进液-汽表面更新，这些方法最好地被描述为动态方法和静态方法。

第一种方法可以被称作动态方法，这是因为其涉及使用移动的机械装置来促进液-汽表面更新。如上文所述，促进的液-汽表面更新有助于副产物的释放。利用这种动态方法，需要围绕穿过反应器壁的一个或多个转轴进行密封。必须维持这些密封以防止空气泄漏到反应器内。同样对于这种动态方法，随着容器的大小和产物的粘度增加，机械构件的大小必须增加以处理负载的增加。第二种方法可以被称作静态方法，这是因为并不使用移动装置来用于液-汽表面更新。这后一种方法使用结合竖直降落的重力来形成薄聚合薄膜。一般而言，这种聚合薄膜在竖直降落期间在塔盘之间流动。结合通过竖直落下的薄膜所形成的剪切和表面翻转效应的薄聚合薄膜通过促进副产物的释放而驱动聚合反应。