專利名稱：于生產聚合物時形成真空的方法
技術領域：
本發明涉及一種用來形成真空以及用來從蒸氣中析離出可冷凝的成份的方法，該蒸氣系于生產聚合物，例如聚酯、多芳基化物、聚膦酸酯、聚砜、聚醚酮以及聚碳酸酯等時，通過于至少一反應階段中的真空狀態下所進行的熔融相的縮聚作用所形成的，而反應階段的抽吸側與至少一個蒸氣噴射真空泵(其帶有一后置的噴射冷凝器)相結合。
聚合物因具有優異的機械技術特性，因而在機械和設備制造業、電工行業、建筑行業、紡織工業、制漆工業以及在日用品的制造方面得到了廣泛的應用。它可以通過直接從二羧酸和二醇或二酚進行界面冷凝或熔體縮聚方法來制造，也可以通過對相應的酸酯進行酯交換而制造。如果使用熔體縮聚方法來生產聚碳酸酯和聚膦酸酯，在催化劑存在時進行酚分裂的情況下，芳族二羥基化合物，如雙(4-羥苯基)鏈烷，尤其是雙酚A，會和碳酸二苯酯或二芳基烷基膦酸酯進行酯交換、低聚作用，然后產生縮聚。在逐漸增加的真空條件下，這種縮聚分為若干個反應階段，例如在溫度為220至350℃時從|800|毫巴這樣一個較低的真空度開始，在預縮聚時的真空度為＜|100|毫巴，最后階段縮聚的真空度為＜|1|毫巴。
在用往復式真空泵產生真空時，在這種真空泵的前面或后面會連接用于分離在聚縮過程產生的蒸汽中所含的可冷凝成分如酚類、多元醇類、單體、低聚物的表面冷凝器，這種可冷凝的成分會在相對低的冷凝溫度下在表面冷凝器和/或泵和管道系統中產生沉積，造成運行中斷的情況。為了避免這個缺點，已建議使用帶轉動式刮板的冷卻器，以便對冷卻表面進行清理。然而，它的缺點是真空狀態下的波動狀態在出現泄露的情況下會給運行和產品質量造成很大的危險。此外，我們還知道(參見SRI報告50BPolycarbonates，圖5.1)在縮聚的最后階段，在保留表面冷凝器的情況下使用兩個串聯連接的用水蒸汽驅動的蒸汽噴射真空泵來產生真空。在這種情況下沉積下來的成分，如酚類、二元醇和低聚物會對廢水造成污染。此外，低聚物還會沉積在蒸汽噴射真空泵里。
在US-A-3468849號專利和DE-A-2227261號專利里，對生產聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的方法進行了說明，在這些方法里在聚縮的最后階段是使用一臺使用乙二醇(EG)蒸汽以大約|2|巴壓力運行的蒸汽噴射真空泵來形成真空的。乙二醇在室溫下為液態，在|2|巴的壓力下它的沸點為222℃，而生產聚碳酸酯、聚砜、聚醚酮、多芳基化膦物和聚膦酸酯的單體初始產品在室溫下為固體，它們具有很高的沸點溫度，在大氣壓力下通常＞300C；這樣就可能會部分出現所不希望的分解反應和副反應。在聚對苯二甲酸乙二酯聚縮時，和蒸汽噴射真空泵的推動劑及單體相同的EG會發生分解，并在正常條件下呈液體狀。
在從碳酸二苯酯得到聚碳酸酯、二羧酸多芳基化物、從雙酚和/或其它苯酯得到聚膦酸酯的縮聚反應時，會從單體或生產聚酯的酯交換反應中的裂化產物中產生各種不同的酚類，這些酚類是有毒的，在溫度低于41℃時呈固體狀。這種特性會對生產和人員安全造成損害，并引發腐蝕現象。
專利DE-A-4440741的主題為一種在生產聚碳酸酯過程中形成真空，并將熔融相聚縮中的蒸氣混合物里的可冷凝成分分解出來的方法。在這種方法里，一個聚縮階段的抽吸側至少各要連接一到兩個蒸汽噴射真空泵，在這些真空泵的后面都連接有噴射冷凝器。在這種方法里使用壓力為|0.3|至|1.5|巴的蒸汽狀碳酸二苯酯作為推動劑，使用液體的碳酸二苯酯作為噴射液體。在通過熔融相聚縮方法生產聚碳酸酯時，使用這種方法可以在一個或若干個反應階段里很好地形成真空。這種方法在實踐中基本上排除了由于低聚物沉積或表面冷凝器飽和所造成的生產中斷的情況。需要回收處理的噴射物也降到最低程度，尤其是再也不會產生受苯酚、低聚物和單體污染過的廢水了。
以上述的現有技術為基礎，本發明的目的在于改良前述方法的能量效率。
本發明目的的解決方式在于，上述蒸氣噴射真空泵以由至少一種蒸氣形式的碳酸亞烴酯和/或至少一種蒸氣形式的碳酸二烷基酯所組成的推動劑來進汽，而噴射冷凝器以由至少一種液態的碳酸亞烴酯和/或至少一種液態的碳酸二烷基酯所組成的冷卻劑來進料。
要解決本發明的任務，碳酸亞乙酯的蒸汽形態特別運用作蒸汽噴射真空泵的推動劑，而它的液體形態特別運用作噴射冷凝器的噴射劑使用，以便對蒸汽中高沸點的成分進行噴射冷凝，盡管碳酸亞乙酯的熔化溫度大約在37℃，在壓力為|1|巴的情況下它的沸點大約為248℃。此外，還令人驚奇地發現碳酸亞乙酯有過冷的傾向，它只有在溫度遠遠低于水的凝固點時才會結晶，這樣它就可以像碳酸亞丙酯和碳酸亞丁酯那樣的碳酸烷基酯一樣可在產生真空的設備中使用。
運行蒸汽噴射真空泵所使用的蒸汽狀推動劑的壓力為|0.3|毫巴至|9|巴。為了獲得相對高的能量效率，工作蒸汽的壓力應盡可能高一些。根據設備的不同規模，在生產聚酯、多芳基化物、聚膦酸酯、聚砜、聚醚酮或聚碳酸酯時可以使用壓力為|0.5|毫巴至|1|巴的節熱運行方式。在相對較高的壓力下，每一反應階段通常只需要使用一臺蒸汽噴射真空泵就夠了，而在相對較低的壓力下則要在噴射冷凝器的前面連接兩臺蒸汽噴射真空泵。在給定的壓力下，工作蒸汽的溫度和碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯和碳酸亞烴酯的沸點溫度相同。
為了避免在蒸汽噴射真空泵里的蒸氣的可冷凝成分的離析，要在工作蒸汽進入蒸汽噴射真空泵之前對其施加1至100℃、優選3至25℃的過熱。
從蒸汽噴射真空泵里出來的蒸汽狀混合物由推動劑、縮聚反應和酯交換反應的裂化產物如酚類、二元醇和其它物質、聚縮過程的蒸汽所含有的低聚聚碳酸酯及其它的低聚聚合物和單體組成，該混合物被送到直接連接在蒸汽噴射真空泵的噴射冷凝器里，并在那里使用液態的碳酸亞烴酯進行噴淋將其中的可冷凝成分離析出來。噴淋劑應盡可能保持較低的溫度，根據噴淋劑的純度不同其溫度應該在10至200攝氏度之間，優選在25至150攝氏度之間，以便能達到將可冷凝成分最大限度離析出來的目的。
在本發明的框架范圍內，將從噴射冷凝器里流出來冷凝液的一部分支流經過相應的溫度調節處理后送回噴射冷凝器作為噴射劑使用，而另一部分支流則被送到生產推動劑的蒸發器，其余的支流則通過閘門引導出來，送回過程內部或者送到一個回收設備去。由此避免了低聚物、單體和縮聚或酯交換反應的裂化產物的積聚。可以先將若干個噴射冷凝器的冷凝物收集起來，然后再把它們分配到相應的支流中去。
和縮聚階段的壓力相比，從第一個噴射冷凝器出來的蒸汽相相應于前置連接的一臺或若干臺蒸汽噴射真空泵的壓縮比而具有更高的壓力。可以通過一個或若干個由蒸汽噴射真空泵和噴射冷凝器組成的后置壓縮階段對蒸汽相進行進一步壓縮。還可以使用像真空鼓風機和液體環型泵這樣的機械真空泵來替代一個或多個由蒸汽噴射真空泵和噴射冷凝器所構成的后置壓縮階段。可以使用從噴射冷凝器里出來的冷凝物，或者液態的碳酸亞烴酯，或者是由液態的碳酸亞烴酯或碳酸二烷基酯組成的混合液體作為液體環型泵的工作液體。如果需要，可以在中間裝熱交換器和/或冷凝器。這種其它壓縮階段可以同時為前面的聚縮階段產生真空。如果使用機械真空泵，還可以同時為酯交換階段生成真空。從噴射冷凝器出來的另一部分冷凝物流可以被送到為蒸汽噴射真空泵生產推動劑的蒸發器去。也可以僅用純碳酸亞烴酯，而不用回送冷凝物來運行蒸發器。由于在管道和配件中會有一些壓力損耗，所以蒸發器的工作壓力比推動劑的壓力稍微高一些。如果有若干個壓縮階段，則要根據壓縮階段的數目將從蒸發器出來的推動劑流分成相應的支流。蒸發器的沉淀物可以通過閘門連續不斷地部分排放出來，必要時還可重新利用。
因為在這種方法里所使用的碳酸亞烴酯和所使用的酚類相比具有更高的沸點，所以可以很容易地通過蒸餾的方法進行分離。在通過熔融相聚縮方法生產聚酯、聚膦酸酯、聚砜、聚醚酮、多芳基化物和聚碳酸酯時，本發明的方法可以為一個或若干個縮聚反應階段無故障地和經濟地產生真空。基本上排除了由于低聚物沉積而造成的生產中斷的情況。所有的物料都能在過程內部得到循環利用。需要回收處理的噴射物也降到最低程度，尤其是再也不會產生受酚類、低聚物和單體污染的廢水了。
本發明之方法藉由附圖
所示的流程圖來作詳細地和示例性地說明。
經由導管(1)將由一未示出的預縮聚反應器所輸出的產物供應至縮聚反應器(2)內，該縮聚反應器(2)內溫度為295℃以及壓力為|2|毫巴；經由導管(3)將聚合物從縮聚反應器(2)導出。該縮聚反應器(2)的抽吸側系經由導管(4)與設有輔助加熱器(5)的蒸氣噴射真空泵(6)相連接，而該蒸氣噴射真空泵(6)由從汽化器(8)導出、并經由導管(7)輸送的碳酸亞乙酯蒸氣所驅動。為了避免于碳酸乙二酯蒸氣內所含的成份沉積于蒸氣噴射真空泵(6)的范圍內，可將碳酸乙二酯蒸氣用包覆導管(7)的輔助加熱器(9)來進行過熱。離開蒸氣噴射真空泵(6)的蒸氣形式混合物由碳酸乙二酯蒸氣以及縮聚作用的蒸汽中所含的苯酚、低聚聚碳酸酯和單體組成，將該混合物導入直接與蒸氣噴射真空泵(6)相接的噴射冷凝器(10)中。在該噴射冷凝器(10)中，藉由噴灑溫度為40℃的經導管(11)導入的液態形式碳酸乙二酯而將可冷凝的成份予以離析。從噴射冷凝器(10)經由導管(12)所導出的冷凝物流入具有輔助加熱器(13)的冷凝物收集器(14)中。由噴射冷凝器(10)頂部離開的氣相則經由導管(15)流入具有輔助加熱器(16)的蒸氣噴射真空泵(17)中，而該蒸氣噴射真空泵(17)系經由從導管(9)分支出來的導管(18)所供應的碳酸乙二酯蒸氣所驅動。由蒸氣噴射真空泵(17)所流出的蒸氣形式混合物由碳酸乙二酯蒸氣以及縮聚作用中含有酚類的蒸氣組合，將該混合物進給至噴射冷凝器(19)，并于該噴射冷凝器(19)內，以經由導管(20)所供應的冷凝物來進行噴灑。經由導管(21)離開噴射冷凝器(19)的冷凝物則流入冷凝物收集器(14)內。經由導管(22)從冷凝物收集器(14)排出的冷凝物將藉由泵裝置(23)，經導管(11)或(20)分別供應至噴射冷凝器(10)或(19)。經由噴射冷凝器(19)頂部流出的氣相則通過導管(24)流入至液體環形泵(25)內，藉由該液體環形泵(25)，廢氣經由導管(26)從上述制程中導出。
權利要求
1.一種用來形成真空以及用來從蒸氣中析離出可冷凝的成份的方法，該蒸氣是生產聚合物，例如聚酯、多芳基化物、聚膦酸酯、聚砜、聚醚酮以及聚碳酸酯等時，通過于至少一個反應階段(2)中的真空狀態下所進行的熔融相縮聚作用所形成的，其中反應階段的抽吸側與至少一個帶有后置的噴射冷凝器(10)的蒸氣噴射真空泵(6，17)相連接，其特征在于，上述蒸氣噴射真空泵(6，17)以由至少一種蒸氣形式的碳酸亞烴酯和/或至少一種蒸氣形式的碳酸二烷基酯所組成的推動劑進汽，而噴射冷凝器(10，19)以由至少一種液態的碳酸亞烴酯和/或至少一種液態的碳酸二烷基酯所組成的冷卻劑來進給。
2.權利要求1的方法，其特征在于，在以多個反應階段(2)進行的熔融相縮聚反應中，最后一個反應階段與一蒸氣噴射真空泵(6，17)相連接，而該蒸氣噴射真空泵(6，17)帶有一后置的噴射冷凝器(10，19)。
3.權利要求1的方法，其特征在于，在以多個縮聚反應階段(2)進行的熔融相縮聚反應中，最后一個反應階段以及至少一個之前的反應階段與一蒸氣噴射真空泵(6，17)相連接，而該蒸氣噴射真空泵(6，17)帶有一后置的噴射冷凝器(10，19)。
4.權利要求1-3中任一項的方法，其特征在于，優選使用碳酸乙二酯以及碳酸亞丙酯作為碳酸亞烴酯。
5.權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于，優選使用碳酸二甲酯以及碳酸二乙酯作為碳酸二亞烷基酯。
6.權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，推動劑的壓力為|0.3|毫巴至|9|巴，優選|5|毫巴至|1|巴。
7.權利要求1-6中任一項的方法，其特征在于，蒸氣形式的推動劑在進入蒸氣噴射真空泵(6，17)前過熱1-100℃，優選3-25℃。
8.權利要求1-7中任一項的方法，其特征在于，冷卻劑的溫度為10-200℃，優選25-150℃。
9.權利要求1-8中任一項的方法，其特征在于，至少一個噴射冷凝器(19)的壓力側與往復式真空泵(25)相連接，優選與液體環形泵相連接。
10.權利要求1-9中任一項的方法，其特征在于，在所形成的冷凝物量中，第一部分量系供應至噴射冷凝器(10，19)中，第二部分量則供應至蒸發器(8)中來產生推動劑，而其余量則導回至制程中，或是導入回收設備中。
全文摘要
以至少一個反應階段在真空的狀態下通過熔融相的縮聚作用來生產聚合物的方法當中所形成的蒸氣，藉由至少一個蒸氣噴射真空泵(其帶有一后置的噴射冷凝器)，從反應階段中抽離。為了改善該方法，將該蒸氣噴射真空泵藉以蒸氣狀的碳酸亞烴酯來驅動，并對噴射冷凝器進給作為冷卻劑的液態碳酸亞烴酯。
文檔編號C08G63/00GK1780870SQ200480011141
公開日2006年5月31日 申請日期2004年3月31日 優先權日2003年4月25日
發明者R·坎普夫 申請人:齊默股份公司