Способ загрузки сырья при получении сложных полиэфиров и сополимеров сложных полиэфиров

Номер патента: 7623

Опубликовано: 29.12.2006

Авторы: Рау Майк, Кирстен Клаус, Деисс Стефан, Жанко Луц

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения пасты для изготовления сложного полиэфира из твердого и жидкого сырья с возможным введением добавок, отличающийся тем, что скорость загрузки твердого сырья регулируют по замкнутому циклу на основании отклонения плотности получаемой пасты от заданного значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность пасты используют в качестве базового параметра для регулирования молярного соотношения по замкнутому циклу.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что проводят измерения плотности жидкого сырья и дополнительно потока массы в оперативном режиме.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что не более 20%, предпочтительно не более 10% общего количества жидкого сырья добавляют после приготовления пасты в контейнере перед измерением плотности пасты.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что загрузку жидкого сырья и добавок осуществляют при измерении их потоков массы.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирование по замкнутому циклу жидкого сырья осуществляют с помощью измерения уровня заполнения в контейнере для приготовления пасты.

 

Текст

Смотреть все

007623 Настоящее изобретение относится к способу получения пасты для производства сложного полиэфира из твердого и жидкого сырья, возможно, с введением добавок, отличающегося упрощенной загрузкой сырья и системой контроля молярного отношения исходных материалов. Кроме того, изобретение предлагает косвенный способ определения расхода сырья для производства сложного полиэфира. Применительно к настоящему изобретению термин "сложный полиэфир" включает гомополимеры сложных полиэфиров и/или сополимеры сложных полиэфиров. Термин "сырье" включает мономеры дикарбоновой кислоты и двухосновного спирта. В качестве добавок используют, например, катализаторы,ингибиторы и - для получения сополимеров сложных эфиров - мономеры, вводимые для синтеза сополимеров, в частности, дикарбоновые кислоты и двухосновные спирты. Совокупность сырья и добавок, используемых для получения сложного полиэфира, называют исходными материалами. Пастой называют способную к перекачиванию суспензию, которая содержит основную часть исходных материалов, используемых для производства сложного полиэфира. Способы получения сложных полиэфиров известны. Обычно сырье в результате реакции этерификации сначала превращают в смесь мономеров или олигомеров оксиалкилдикарбоновых кислот, которые называют также частично этерифицированным олигомером. После этого указанный частично этерифицированный олигомер подвергают предварительной или форполимерной конденсации, при этом получают форполимер и продукты конденсации или реакционный газ, главным образом - двухосновные спирты и воду. Затем форполимер подвергают поликонденсации, чтобы довести степень полимеризации сложного полиэфира до желаемого уровня. Для обеспечения стабильности процесса и высокого качества продукции решающее значение имеют установление и поддержание желаемой концентрации исходных материалов, необходимых для получения сложного полиэфира. При этом особый интерес представляет отношение присутствующих гидроксильных концевых групп, например, двухосновного спирта, к карбоксильным концевым группам, например, дикарбоновой кислоты, поскольку они являются основными компонентами реакции. Это отношение обычно называют молярным отношением. Поскольку при получении сложного полиэфира полимер, в основном, образуется в результате ступенчатых реакций роста цепи, отношение участвующих реактивных концевых групп друг к другу является точной мерой концентрации компонентов реакции и поэтому имеет важное значение для скорости и равновесия реакции. Поэтому для получения высококачественного сложного полиэфира очень важно поддерживать молярное отношение на точно установленном уровне. Традиционно, для получения сложных полиэфиров обычными способами из сырья, представляющего собой дикарбоновую кислоту и двухосновный спирт, вначале изготавливают пасту, пригодную к перекачиванию. В указанную пасту непосредственно и/или на более поздней стадии процесса вводят также добавки, которые придают специальные свойства продукту и/или обеспечивают желаемые характеристики процесса. Такая паста имеет определенное молярное содержание, которое устанавливают и поддерживают с помощью систем управления. Для этой цели в композиционую систему пасты обычно добавляют соответствующий исходный материал, как правило - дикарбоновую кислоту, скорость подачи которой служит в качестве базового параметра, таким образом, чтобы поддерживать необходимое молярное отношение, а также концентрацию добавок. Контроль установленного состава пасты, в частности, молярного отношения, обычно производят автономно с помощью лабораторных анализов образцов, которые отбирают из пасты с интервалом в несколько часов. В отличие от этого точное определение количества твердых исходных материалов, главным образом - дикарбоновой кислоты, в известных способах производят взвешиванием порошкообразного сырья перед его введением в процесс. Необходимые для этой операции весы являются весьма дорогостоящими и требуют регулярного технического обслуживания. Чтобы избежать простоев производства во время технического обслуживания, необходимо иметь достаточно большие запасы пасты или резервное оборудование для дозирования и взвешивания твердой дикарбоновой кислоты. Оба варианта требуют высоких капиталовложений для приобретения и содержания больших запасных контейнеров для хранения пасты или резервного оборудования. Для обеспечения качества продукта и определения расхода сырья важным является определение количества исходных материалов, необходимых для производства сложного полиэфира. В этой связи интерес представляет сырье, включающее дикарбоновую кислоту или ее сложные эфиры и двухосновный спирт, поскольку с количественной точки зрения они являются основными компонентами. Точное определение расхода исходных материалов, используемых в жидкой форме, осуществляют с помощью обычных расходомеров, предназначенных для жидкостей. В отличие от этого точное определение количества твердых исходных материалов, главным образом - дикарбоновой кислоты, в известных способах производят взвешиванием порошкообразного сырья перед его введением в процесс. Количество исходного материала, необходимое для получения определенного количества конечного продукта - сложного полиэфира, называют расходом сырья. Этот термин обычно означает удельный расход, представляющий собой отношение массы исходного материала к массе сложного полиэфира, полученного из этого исходного материала. При использовании весов возникают временные изменения результатов измерений расхода массы-1 007623 твердого материала. Этот, так называемый, дрейф измерения расхода массы вызывается постепенным смещением нулевой точки взвешивания вследствие накопления на измерительном приборе отложений,которые связаны с небольшим содержанием остаточной влаги в твердом материале и которых невозможно избежать на практике. При использовании традиционных способов этот дрейф оказывает лишь слабый эффект на стабильность процесса и стандартное качество изготавливаемой пасты. Однако вследствие временного дрейфа определения массы происходит неточное измерение расхода сырья. Периодическое проведение повторной калибровки весов такого типа может ограничить эту погрешность, однако, не позволяет полностью устранить ее. Поэтому задачей настоящего изобретения является экономичный и в то же время точный способ усовершенствованной загрузки сырья и упрощенный способ контроля молярного отношения при получении сложных полиэфиров с целью исключения трудностей и недостатков вышеописанных известных способов. Согласно изобретению эта задача решается с помощью способа получения пасты для изготовления сложного полиэфира из твердого и жидкого сырья с возможным введением добавок, при этом указанный способ отличается тем, что контроль скорости загрузки твердого материала осуществляют по отклонению плотности готовой пасты от заданного значения при проведении измерений в оперативном режиме. Измерение плотности можно выполнять различными физическими методами, например, согласно принципу Кориолиса, с помощью ультразвуковых изгибающих вибраторов или аналогичными способами. Молярное отношение предпочтительно устанавливают без применения весов для взвешивания твердого сырья. В способе согласно настоящему изобретению плотность пасты можно использовать в качестве базового параметра для регулирования молярного отношения по замкнутому циклу. Плотность пасты регулируют с помощью изменения скорости подачи твердого сырья в соответствии с заданным значением. Пропускная способность установки является базовым параметром для регулирования по замкнутому циклу скорости выгрузки пасты. Ее регулируют с помощью соответствующего разгрузочного оборудования согласно заданному значению. Регулирование по замкнутому циклу уровня заполнения контейнера для приготовления пасты осуществляют с помощью регулирования загружаемого количества жидкого сырья. Его можно также использовать в качестве базового параметра для регулирования по замкнутому циклу скорости загрузки добавок. Кроме того, его можно также включить в качестве параметра переменного возмущения для регулирования по замкнутому циклу скорости загрузки твердого материала. В одном из возможных вариантов реализации данного способа не более 20%, предпочтительно - не более 10% общего количества жидкого сырья добавляют после приготовления пасты в контейнере перед измерением плотности пасты. В другом варианте реализации способа согласно настоящему изобретению контейнер для приготовления пасты имеет такой размер, чтобы время пребывания пасты в указанном контейнере соответствовало времени, которое требуется для гомогенизации исходных материалов. Определение расхода твердого сырья также можно выполнять без применения весов. Достоинством способа согласно настоящему изобретению является отсутствие необходимости применения оборудования, которое требует интенсивного технического обслуживания и способно выходить из строя, что приводит к снижению капиталовложений и расходов на техническое обслуживание, а также к снижению расходов на энергию, благодаря более эффективному использованию потребляемой механической энергии для гомогенизации исходных материалов. Кроме того, вследствие сокращения времени пребывания пасты в контейнере для ее приготовления,обеспечивается сокращение простоя системы, что является важным фактором, например, при изменении рецептуры. Регулирование подачи парциального потока жидкого сырья повышает стандартное качество и, следовательно, управление процессом, благодаря оперативному измерению плотности пасты и оперативному определению молярного отношения в отличие от лабораторных анализов, которые выполняли ранее с интервалом несколько часов или один раз в сутки. Таким образом, обеспечивается более высокая стабильность процесса производства сложного полиэфира. Другие преимущества способа согласно изобретению по сравнению с известными способами связаны с прямым добавлением горячего регенерированного жидкого сырья в пасту при одновременном повышении молярного отношения, установленного для пасты, и соответствующим уменьшением молярного отношения добавки жидкого сырья на следующих стадиях процесса. Это снижает потери энергии и способствует снижению вязкости пасты (3 Пас) при температуре более 75 С. С этим связано дополнительное достоинство повышенной реактивности сырья на следующей стадии процесса вследствие более однородного распределения в реакционном пространстве и более длительных периодов контакта по сравнению с отдельной загрузкой большой партии жидкого сырья на следующей стадии процесса. Далее приведено более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры. На фиг. 1 показан схематический чертеж установки для реализации способа согласно изобретению. Пасту f,содержащую исходные материалы, получают в контейнере 3 для приготовления пасты. Кроме того, из бункера 1 в контейнер 3 для приготовления пасты с помощью питающего устройства 2, например, лопастного затворного питателя, шнекового питателя или аналогичного устройства, в качестве сырья подают-2 007623 дикарбоновую кислоту а, обычно - РТА (Purified Terephtalic Acid - очищенная терефталевая кислота). Второй сырьевой материал - двухосновный спирт b вводят вместе со всеми остальными добавками с, d, e,измеряя при этом поток массы FI, поступающий в контейнер 3 для приготовления пасты. Количество добавок, загружаемых в контейнер 3 для приготовления пасты, не ограничено тремя указанными добавками, и зависит только от требований к желаемому конечному продукту. Для способа согласно настоящему изобретению не существенно, каким образом исходные материалы вводят в контейнер 3 для приготовления пасты. Важно определить поток массы всех исходных материалов, вводимых в контейнер 3 для приготовления пасты вместе с твердой дикарбоновой кислотой а. При этом не существенно, измеряют ли поток массы для каждой отдельной добавки c - e или для смеси различных добавок при условии,что вводимые количества обеспечивают требуемое молярное отношение. Пасту g, получаемую в контейнере 3 для приготовления пасты, с помощью по меньшей мере одного насоса 4 перекачивают для дальнейшего использования в процессе изготовления сложного полиэфира. При этом количество пасты f,подаваемой из контейнера 3 для приготовления пасты, определяют на основании измерения потока массы FI. Кроме того, определяют плотность пасты DI. Для регулирования по замкнутому циклу молярного отношения способом согласно настоящему изобретению важно в оперативном режиме определять количество двухосновного спирта и всех остальных добавок, а также плотность пасты. Количество сырьевого двухосновного спирта является базовым параметром в системе регулирования по замкнутому циклу согласно изобретению. Оно устанавливается на желательном уровне или регулируется на желательном уровне другой системой регулирования по замкнутому циклу. Количество сырьевого двухосновного спирта b определяют в оперативном режиме с помощью расходомера FI. Количество других добавок, вводимых в пасту, устанавливают или регулируют в соответствии с требованиями к изготовлению сложного полиэфира (рецептура), чтобы обеспечить желаемую концентрацию указанных добавок. Величину потоков добавок также определяют с помощью расходомеровFI. Зная вышеуказанные величины и состав потоков материалов (согласно рецептуре, а также известные квазипостоянные загрязнения), можно рассчитать количество дикарбоновой кислоты a, которое требуется для обеспечения желаемого молярного отношения. На основании этого количества устанавливают заданное значение для регулятора скорости питающего устройства 2. Поскольку регулятор скорости не выполняет задачи точного измерения или функции дозирования, требуется подача сигнала, соответствующего плотности DI пасты f. Регулятор скорости питающего устройства 2 использует плотность пасты в качестве параметра переменного возмущения для того, чтобы увеличивать подаваемое количество, если плотность пасты падает ниже значения, требуемого для необходимого молярного отношения, и, соответственно, наоборот. По сравнению с традиционными системами контроля, которые требуют непосредственного взвешивания твердого сырья, преимущество данного способа заключается в возможности исключить применение весов для загрузки твердого сырья. Кроме того, благодаря измерению плотности пасты в оперативном режиме, улучшается стандартное качество и обеспечивается повышенная стабильность процесса,поскольку прямое измерение плотности пасты позволяет оперативно контролировать и регулировать молярное отношение, в то время как в традиционных способах контроль производят с помощью автономных лабораторных анализов образцов, отбираемых с многочасовыми интервалами. Для дальнейшего повышения стандартного качества целесообразно измерять в оперативном режиме как поток массы, так и плотность сырьевого двухосновного спирта b. При этом упрощается учет изменений плотности сырья, которые происходят вследствие наличия загрязнений, например, воды. Это имеет особое значение в тех случаях, когда в качестве сырьевого двухосновного спирта используют регенерированный продукт с последующего этапа получения сложного полиэфира, с возможными небольшими отклонениями по качеству. Другой вариант реализации способа повышения стабильности процесса показан на фиг. 2. Этот вариант позволяет устранить изменения плотности пасты, возникающие, например, в результате простоя системы регулирования по замкнутому циклу, с помощью регулируемого добавления в пасту f небольшого парциального потока сырьевого двухосновного спирта (b110% b) с целью точной корректировки остальных отклонений регулируемых параметров. Это позволяет дополнительно повысить постоянство молярного отношения, которое необходимо поддерживать на заданном уровне, и обеспечить улучшение стабильности процесса и качества продукта. Регулирование необходимого количества сырьевого двухосновного спирта b можно осуществлять с помощью регулятора LI уровня заполнения контейнера 3 для приготовления пасты, чтобы поддерживать желаемый уровень заполнения в указанном контейнере. При этом, если уровень заполнения окажется слишком низким, количество дополнительно вводимого сырьевого двухосновного спирта b увеличивают и, соответственно, наоборот. Количество подаваемой пасты f может регулироваться регулятором уровня заполнения следующего контейнера и использоваться в качестве базового сигнала для регулирования потока всей установки по производству сложного полиэфира. В способе согласно изобретению не используют весы для прямого определения массы сырьевой дикарбоновой кислоты. Поэтому для косвенного определения расхода сырья предлагается следующий спо-3 007623 соб. Искомый расход твердого сырья, а именно, дикарбоновой кислоты а, определяют с помощью измеренного потока массы FI и известного содержания пасты LI в контейнере 3 для приготовления пасты, а также известной плотности DI пасты f в начале и в конце наблюдаемого интервала времени следующим способом согласно изобретению: где msa - удельный расход массы твердого сырья а в течение наблюдаемого интервала времени t в кг (а)/т продукта,t = (t2 - t1) - интервал времени в часах, для которого определяют расход сырья,t1, t2 - время начала и конца интервала времени t, для которого определяют расход сырья,А, В - константы, специфические для установки,1, 2 - измеренные значения плотности пасты f в кг/м 3 для времени t1 или t2,L1, L2 - измеренные уровни заполнения контейнера 3 для приготовления пасты в моменты времениt1 или t2 в %,mf - измеренная аккумулированная масса пасты f в кг, поступившая в течение интервала времени t из контейнера 3 для приготовления пасты,mk - измеренная аккумулированная масса всех остальных исходных материалов в кг, где k = b, с, d,e, которые были добавлены в течение интервала времени t в контейнер 3 для приготовления пасты,D - производительность установки в кг продукта (сложного полиэфира)/ч. Для применения способа согласно изобретению предпочтительно, чтобы производительность установки для получения сложного полиэфира была постоянной в течение периода времени, для которого определяют расход сырья. Если это невозможно обеспечить, производительность можно определить другим способом во время определения расхода, например, с помощью полного количественного определения конечного продукта, полученного за указанный период времени. Учитывая высокую точность оборудования для измерения потока массы и плотности, можно доказать, что способ определения расхода сырья согласно настоящему изобретению превосходит по точности традиционные способы, использующие весы. По сравнению с традиционными способами одно из преимуществ способа косвенного определения расхода твердого материала согласно изобретению состоит в отсутствии временных изменений результатов измерения массы твердого материала (дрейф), которые наблюдают при взвешивании. Вследствие высокой стабильности в течение длительного времени и надежности способа измерения, применяемого при косвенном определении массы твердого материала согласно изобретению, измерение расхода сырья является стабильным и надежным также в течение длительных периодов наблюдения, что является важным преимуществом по сравнению с традиционными способами. Еще одно важное преимущество способа загрузки твердого сырья, а именно, дикарбоновой кислоты а, согласно изобретению при получении сложного полиэфира без применения весов по сравнению с традиционными способами заключается в возможности существенного сокращения запаса пасты в контейнере для ее приготовления на периоды простоя в результате неисправностей или технического обслуживания весов. Это обеспечивается за счет применения измерительных приборов, которые требуют малого технического обслуживания и не содержат механических подвижных частей. Для остальных механических подвижных частей, например, питающих устройств (шнеков, трубчатых цепных транспортеров и т. п.) можно изготовить запасные части, которые могут использоваться по мере необходимости, чтобы дополнительно минимизировать возможное время простоя в случае неисправности или технического обслуживания. Благодаря минимальному объему контейнера для приготовления пасты, способ согласно изобретению позволяет существенно сократить как капиталовложения, так и время простоя системы для приготовления пасты. Это в свою очередь оказывает положительное влияние на стандартное качество приготовления пасты и стабильность процесса, и, следовательно, на качество продукта. Далее применение способа согласно изобретению поясняется с помощью примеров. Пример 1. Определили расход сырьевой терефталевой кислоты для получения 10000 кг/ч сополимера сложного полиэфира полиэтилентерефталата в течение 3 сут (72 ч). Получили следующие аккумулированные результаты измерений для исходных материалов, подаваемых в контейнер для приготовления пасты, и пасты, полученной в течение 72 ч. По уравнению (1) рассчитали следующий расход РТА:msa = 841,5 кг РТА/т сложного полиэфира. Измерение потока массы, а также сбор данных для исходных жидких материалов и пасты производили с помощью измерительных приборов, работающих по принципу Кориолиса. Массу изофталевой кислоты измерили с помощью весов. Пример 2. Определили расход сырьевой терефталевой кислоты для получения 5000 кг/ч гомополимера сложного полиэфира полиэтилентерефталата в течение 8 ч. Получили следующие аккумулированные результаты измерений для исходных материалов, подаваемых в контейнер для приготовления пасты, и пасты,полученной в течение 8 ч. По уравнению (1), рассчитали следующий расход РТА:msa = 860,4 кг РТА/т сложного полиэфира. Измерение потока массы, а также сбор данных для исходных жидких материалов и пасты производили с помощью измерительных приборов, работающих по принципу Кориолиса.-5 007623 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения пасты для изготовления сложного полиэфира из твердого и жидкого сырья с возможным введением добавок, отличающийся тем, что скорость загрузки твердого сырья регулируют по замкнутому циклу на основании отклонения плотности получаемой пасты от заданного значения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность пасты используют в качестве базового параметра для регулирования молярного соотношения по замкнутому циклу. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что проводят измерения плотности жидкого сырья и дополнительно потока массы в оперативном режиме. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что не более 20%, предпочтительно не более 10% общего количества жидкого сырья добавляют после приготовления пасты в контейнере перед измерением плотности пасты. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что загрузку жидкого сырья и добавок осуществляют при измерении их потоков массы. 6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что регулирование по замкнутому циклу жидкого сырья осуществляют с помощью измерения уровня заполнения в контейнере для приготовления пасты.

МПК / Метки

МПК: B01J 19/00, B01J 19/18, G05D 11/13

Метки: полиэфиров, сополимеров, получении, сложных, способ, загрузки, сырья

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/8-7623-sposob-zagruzki-syrya-pri-poluchenii-slozhnyh-poliefirov-i-sopolimerov-slozhnyh-poliefirov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ загрузки сырья при получении сложных полиэфиров и сополимеров сложных полиэфиров</a>

Похожие патенты