СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАМИДА
METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING POLYAMIDE

Изобретение относится к способу получения полиамида 6 или сополиамидов согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также устройству для получения полиамида 6 или сополиамидов согласно ограничительной части пункта 9 формулы изобретения.
Полиамиды в настоящее время находят применение во многих областях, к примеру, в текстиле, коврах или в корде шин, при изготовлении литых изделий, к примеру, для грузовых автомобилей, или при изготовлении пленки или пустотелых изделий для нужд упаковки. При этом, в частности, большое количество положительных свойств, имеющих значение, к примеру, высокая вязкость и высокая стойкость к температуре сочетается с хорошей упругостью полиамидов.
Обзор различных способов получения полиамидов, к примеру, полиамида 6 или сополиамидов на основе капролактама, приводится в Kuststoff-Handbuch, Band 3 "Technische Thermoplaste", Teilband 4 "Poliamide", изданном G.W.Becker и D.Braun, Hanser-Verlag Munchen und Wien, 1998, Seiten 22-75. Обзор применения полиамидов в текстильном производстве приведен, например, в "Synthetische Fasern", Handbuch fur Anlagenplanung. Franz Fourme, Hanser-Verlag Munchen und Wien, 1995, Seiten 36-56.
В принципе в современных способах и устройствах для получения полиамидов, в частности, для получения полиамида 6 или сополиамидов, расплав на базе капролактама подвергается полимеризации. Полученный таким образом расплав полиамида затем сначала гранулируется с помощью подводного гранулирования или, к примеру, также с помощью стренгового гранулирования. Такой гранулированный полиамидный материал, однако, содержит обычно примерно 10% низкомолекулярных форм или компонентов, к примеру, капролактама или циклических олигомеров. Чтобы снять проблемы, возникающие из-за этих низкомолекулярных компонентов при дальнейшем использовании такого гранулированного полиамидного материала, содержание этих низкомолекулярных компонентов уменьшают с помощью экстракции до необходимой для соответствующего применения величины, и таким образом регулируется их остаточное содержание. Обычно для этого высушенный после гранулирования гранулят подвергается водной экстракции, причем гранулят обычно поглощает значительное количество воды. Таким образом, после соответствующего этапа экстракции осуществляется дополнительный этап сушки. Обычно в уровне техники при этом в качестве осушителя применяется инертный газ, который дополнительно подводится к устройству для экстракции с противотоком.
Вода после окончания экстракции имеет обычно концентрацию экстракта, т.е. долю низкомолекулярных компонентов, свыше 10% по весу. Эта вода для экстракции либо сразу направляется обратно для процесса полимеризации, либо она после экстракции регенерируется, причем экстрагированные низкомолекулярные компонентны извлекаются и потом могут быть снова возвращены в процесс полимеризации.
В описанном процессе грануляции в целом следует обратить внимание на то, что существует согласованность между составом воды для грануляции, который подходит для надежного хода грануляции, и концентрацией экстрагированного вещества в воде для грануляции, которая обычно составляет около 4% по весу. Если это не соблюдено, очистка воды для грануляции происходит не оптимально, так как происходит вспенивание воды для грануляции.
Непосредственная подача воды для грануляции на стадию экстракции нежелательным образом снизила бы содержание в ней экстракта. Требуемая степень сушки гранул полиамида (еще употребляется название РА-чипсы) в начале экстракции составляет около 1% по весу.
На фигуре 1 показано схематическое изображение устройства согласно уровню техники. В реакторе 16 для полимеризации создается полимеризованный расплав полиамида 6 или сополиамидов на базе капролактама (соответствующая стрелка к реактору 16 для полимеризации). В грануляторе 11 для подводной грануляции полимеризованный расплав в воде для грануляции гранулируется в виде гранул. Затем гранулы в сушильном аппарате 13 высушиваются от воды для грануляции и потом направляются в устройство 12 для экстракции, где в отдельном цикле воды для экстракции с интегрированным очистным устройством 14 для извлечения экстракта с помощью воды для экстракции протекает экстракция. Извлеченный экстракт может быть снова возвращен в реактор для полимеризации. После экстракции осуществляется дальнейшая сушка гранул в сушильном аппарате 15. Вода для грануляции обрабатывается в отдельном цикле и возвращается в гранулятор 11 для подводного гранулирования. Потоки материала и воды показаны с помощью соответствующих стрелок.
Публикация WO 02/094908 А1 описывает способ и устройство для экстракции полиамида, где после гранулирования расплава полиамида в гранулы осуществляется отдельная экстракция низкомолекулярных (остаточных) компонентов при применении специальной воды для экстракции в специальных условиях, в частности, многоступенчато, при повышенных температуре и давлении.
Задачей изобретения является устранение недостатков уровня техники, в частности создание способа и устройства для получения гранул полиамида 6 или сополиамидов, который (которое) позволяет просто, экономически выгодно и при этом надежно, получать гранулы полиамида 6 или сополиамидов, которые могут быть в дальнейшем переработаны простыми способами.
Согласно изобретению эта задача решается с помощью способа с признаками пункта 1 формулы изобретения, соответственно с помощью устройства с признаками пункта 9.
Предпочтительные формы осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах.
Предложенный согласно изобретению способ получения гранул полиамида 6 или сополиамидов имеет следующие этапы:
- получение расплава полиамида 6 или сополиамидов с помощью полимеризации. Полимеризация происходит при этом на базе капролактама.
- Получение гранул из расплава с помощью подводной грануляции, например, с помощью гранулятора подводной грануляции, который изготавливается и предлагается заявителем под производственным названием SPHERO, причем гранулы гранулируются в технологической жидкости.
- удаление гранул из места подводной грануляции в технологической жидкости, и
- подача гранул в технологической жидкости на стадию экстракции.
- экстракция низкомолекулярных компонентов, в частности компонентов, которые не были полностью полимеризированы, в виде экстракта, причем осуществляется предпочтительно базированная на жидкости или базированная на воде экстракция.
Предложенный согласно изобретению способ далее отличается тем, что подводная грануляция и экстракция осуществляются при применении одной и той же технологической жидкости. Таким образом, как подводная грануляция, так и экстракция согласно изобретению производится при применении одной технологической жидкости, причем эта технологическая жидкость одна и та же для обоих этапов способа, т.е. жидкость, которая применяется в подводной грануляции, это та же жидкость, которая применяется при экстракции. Короче говоря, перекачиваемая жидкость подводной грануляции та же самая или идентична жидкости для экстракции. Таким образом, согласно изобретению, как для гранулирования, так и для транспорта гранул, а также и для экстракции низкомолекулярных компонентов используется единая технологическая жидкость.
Благодаря предложенному согласно изобретению способу, во-первых, можно исключить промежуточный этап сушки, который обычно предусмотрен согласно уровню техники и выполняется между грануляцией и экстракцией. Кроме того, для нагревания технологической жидкости может использоваться энергия расплава гранул, гранулированных в предложенной согласно изобретению технологической жидкости, вследствие чего возможна экономия энергии. Далее простым и экономичным образом, благодаря исключению обязательной подготовки двух различных жидкостей согласно изобретению, получается особенно простой и экономичный и при этом, тем не менее, надежный способ получения гранул полиамида 6 или сополиамидов, причем согласно изобретению в распоряжении будет иметься простой и пригодный к дальнейшей переработке гранулят.
При предложенном согласно изобретению способе технологическая жидкость может иметь состав, который соответствует составу после стадии экстракции, предпочтительно соответствует традиционному составу после стадии экстракции, при этом технологическая жидкость предпочтительно содержит более чем 10% по весу экстракта, т.е. низкомолекулярных компонентов. Таким образом, согласно предложенному в соответствии с изобретением способу использованная технологическая жидкость может иметь состав жидкости для экстракции, что может значительно улучшить надежность способа в части получения гранулята, который обладает способностью к простой и особенно легкой дальнейшей переработке.
В предпочтительной форме осуществления предложенного в соответствии с изобретением способа технологическая жидкость может обращаться в первом циркулирующем контуре между стадией подводной грануляции и стадией экстракции и может обращаться во втором циркулирующем контуре между стадией экстракции и стадией обработки для удаления экстрагированного вещества из технологической воды, причем между первым циклом и вторым циклом существует соединение для технологической жидкости, так что первый цикл и второй цикл, по меньшей мере, там, т.е. где существует это соединение для жидкости, перекрываются участками. Таким образом, технически простым и вместе с тем экономически эффективным образом согласно изобретению создается замкнутый цикл или два замкнутых цикла, которые соединены друг с другом, в частности соединены непосредственно.
При предложенном согласно изобретению способе для дальнейшего повышения надежности гранулирования, удаления и подачи гранулята в технологической жидкости и возврата технологической жидкости на стадию грануляции в первый цикл, предпочтительно в соединении для возврата жидкости под давлением может устанавливаться независимая от второго цикла, предпочтительно в соединении для жидкости для экстракции, температура технологической жидкости.
Чтобы сделать возможным особенно надежный этап грануляции, при предложенном согласно изобретению способе предпочтительно технологическая жидкость при подводной грануляции, извлечении и подаче гранул находится при повышенном давлении по отношению к давлению окружающей среды, причем давление равно или больше 1 бар, предпочтительнее равно или больше 3 бар и еще предпочтительнее равно или больше 4 бар. Таким образом может надежно исключаться или, по меньшей мере, уменьшаться вспенивание технологической жидкости.
При таком предложенном согласно изобретению способе стадия экстракции может осуществляться при давлении более низком, чем упомянутое повышенное давление, предпочтительно при давлении окружающей среды, при этом перед экстракцией может осуществляться снижение давления технологической жидкости с повышенного давления до пониженного давления, предпочтительно до давления окружающей среды. Таким образом, этап экстракции происходит при этом при пониженном по отношению к этапу грануляции давлении.
При предложенном согласно изобретению способе экстракция может осуществляться также и при повышенном давлении, и после экстракции и перед сушкой осуществляется снижение давления с повышенного давления до более низкого, предпочтительно давления окружающей среды. Таким образом, согласно изобретению, например, этап грануляции и этап экстракции могут проводиться предпочтительно при повышенном давлении, предпочтительно при одинаковом повышенном давлении. Это может значительно повысить эффективность этапа экстракции, т.е. таким образом может повышаться эффективность экстракции низкомолекулярных компонентов.
Чтобы согласно изобретению иметь возможность еще большего улучшения ведения способа без осложнений при, если это возможно, всех условиях способа и, в частности, при большом массовом расходе, возможно для массового расхода технологической жидкости при подводной грануляции, извлечении и подаче гранул в технологической жидкости и для массового расхода технологической жидкости регулировать отношение скоростей в размере, по меньшей мере, 3:1.
Предложенное согласно изобретению устройство для получения гранул полиамида 6 или сополиамидов может применяться при осуществлении предложенного согласно изобретению способа. Предложенное согласно изобретению устройство имеет гранулятор подводного гранулирования, который гранулирует гранулы в технологической жидкости из полимеризованного в реакторе для полимеризации расплава полиамида 6 или сополимеров, причем между гранулятором подводного гранулирования и устройством для экстракции существует соединение для отвода технологической жидкости, через которое от гранулятора подводного гранулирования отводят технологическую жидкость с содержащимися в ней гранулами и подают к устройству для экстракции. После устройства для экстракции предусмотрен сушильный аппарат для сушки гранул. Перед устройством для экстракции согласно изобретению не нужно какого-либо такого сушильного аппарата и таким образом он исключается, тем более что согласно изобретению предусмотрено непосредственное соединение для жидкости между гранулятором подводного гранулирования и устройством для экстракции. В предложенном согласно изобретению устройстве в грануляторе подводного гранулирования и устройстве для экстракции использована одна и та же технологическая жидкость и между устройством для экстракции и гранулятором подводного гранулирования наряду с соединением для отвода технологической жидкости и содержащихся в ней гранул от гранулятора подводного гранулирования к устройству для экстракции существует соединение для подвода под давлением технологической жидкости без гранул от устройства для экстракции назад в гранулятор подводного гранулирования.
Таким образом, согласно изобретению становится возможным предложенное согласно изобретению соединение гранулятора подводного гранулирования или подводной грануляции и устройства для экстракции соответственно экстрагирования низкомолекулярных компонентов с помощью одной и той же технологической жидкости, и согласно изобретению становится возможным также возврат технологической жидкости от устройства для экстракции к гранулятору подводного гранулирования. Таким образом, согласно изобретению предлагается устройство, которое особенно простым и при этом экономичным способом делает возможным надежное получение гранул полиамида 6 или сополиамидов.
Чтобы иметь возможность простым способом регулировать состав технологической жидкости, в предложенном согласно изобретению устройстве может быть предусмотрено очистное устройство для технологической жидкости, предпочтительно в области соединения экстракционной жидкости устройства для экстракции.
В предложенном согласно изобретению устройстве технологическая жидкость может быть предпочтительно направлена в первый цикл между гранулятором подводного гранулирования и устройством для экстракции через гранулятор подводного гранулирования, соединение для удаления жидкости, по меньшей мере, участок устройства для экстракции, общее соединение жидкости и соединение для возврата жидкости, и должна быть направлена во второй цикл между устройством для экстракции и очистным устройством через общее соединение жидкости, соединение экстракционной жидкости, очистное устройство и, по меньшей мере, участок устройства для экстракции, причем между первым циклом и вторым циклом существует общее соединение для жидкости, так что первый цикл и второй цикл перекрываются там, по меньшей мере, участками. Таким образом, согласно изобретению предпочтительно может быть предусмотрена замкнутая система циркулирования технологической жидкости, причем технологическая жидкость применена как для гранулирования, так и для экстракции и соответственно может циркулировать, причем во всем предложенном согласно изобретению устройстве соответственно во всей предложенной согласно изобретению системе гранулятора подводного гранулирования и устройстве для экстракции находится одна и та же технологическая жидкость.
В предложенном согласно изобретению устройстве для дальнейшего повышения надежности гранулирования, извлечения и подачи гранулята в технологической жидкости и возврата технологической жидкости на стадию грануляции в первом цикле, предпочтительно в области соединения для возврата жидкости, может регулироваться независимая от второго цикла температура технологической воды. Для этого в соответствующих областях/участках могут быть предусмотрены устройства для измерения и регулирования температуры.
В предложенном согласно изобретению устройстве технологическая жидкость, по меньшей мере, в области гранулятора подводного гранулирования может находиться под повышенным по отношению к давлению окружающей среды давлением и, по меньшей мере, в устройстве для экстракции при более низком давлении по отношению к указанному повышенному давлению, предпочтительно давлении окружающей среды, при этом между гранулятором подводного гранулирования и устройством для экстракции, предпочтительно в соединении для удаления жидкости, расположено, по меньшей мере, одно устройство для снижения давления. Таким образом, возможна особенно простая регулировка различного уровня давления в предложенном согласно изобретению устройстве.
В предложенном согласно изобретению устройстве технологическая жидкость может также в области гранулятора подводного гранулирования и в устройстве для экстракции находиться под повышенным по отношению к давлению окружающей среды давлением, при этом между устройством для экстракции и расположенным за ним сушильным аппаратом может быть расположено устройство для снижения давления, т.е. устройство для экстракции может быть устройством для экстракции под давлением. Таким образом, согласно изобретению предпочтительно возможно, что экстракция в устройстве для экстракции может происходить при повышенном давлении, что может дополнительно повысить эффективность этапа экстракции благодаря возможным там более высоким температурам.
Предложенное согласно изобретению устройство в соединении для удаления жидкости может иметь шлюз для шлюзования гранул/агломератов. Благодаря этому может, в частности при процессе пуска устройства осуществляться простой отбор доставленного материала.
Следует отметить, что признаки и преимущества изобретения, которые были описаны выше в связи с предложенным согласно изобретению способом, также действительны для предложенного согласно изобретению устройства и наоборот.
Изобретение более подробно поясняется с помощью приложенных в качестве примера чертежей, на которых:
фигура 1 схематическое изображение устройства согласно уровню техники;
фигура 2 схематическое изображение устройства согласно предпочтительной форме осуществления изобретения; и
фигура 3 схематическое изображение другой предпочтительной формы осуществления предложенного согласно изобретению устройства.
Описание фигуры 1 уже выполнено выше в связи с обсуждением уровня техники.
Фигура 2 схематически показывает примерное устройство для получения гранул полиамида 6 или сополиамидов, в частности, подходящее для осуществления предложенного согласно изобретению способа в соответствии с первой предпочтительной формой осуществления изобретения.
В реакторе 6 для полимеризации получают полимеризованный расплав полиамида 6 или сополиамидов на базе капролактама или подходящих циклических димеров/олигомеров. Получение такого расплава, впрочем, известно и поэтому дальше не описывается. В предложенном согласно изобретению устройстве предусмотрен гранулятор 1 подводного гранулирования, с помощью которого полимеризированный расплав из реактора 6 для полимеризации гранулируется в виде гранул в технологической жидкости. Через соединение 7 для удаления жидкости технологическая жидкость с содержащимися в ней гранулами отводится из гранулятора 1 подводного гранулирования и направляется в устройство 2 для экстракции. Это показано с помощью соответствующих стрелок на фиг.2 Согласно форме осуществления, показанной на фиг.2, между гранулятором 1 подводного гранулирования и устройством 2 для экстракции в соединении 7 для отвода жидкости расположено устройство 8 для снижения давления. Это делает возможным снизить повышенное давление в области гранулятора 1 для подводного гранулирования по отношению к более низкому давлению в области устройства 2 для экстракции.
В соединении 7 для отвода жидкости предусмотрен шлюз для шлюзования (удаления) гранул. Он может применяться при процессе пуска устройства для простого извлечения гранул/агломератов из доставленного материала.
Смесь из технологической жидкости и содержащихся в ней гранул поступает в устройство 2 для экстракции, причем гранулы движутся вниз (см. область ниже поперечной черты в устройстве 2 для экстракции на фиг.2). Технологическая жидкость подается через общее соединение 3 для жидкости и соединение 3a для возврата жидкости обратно в гранулятор 1 подводного гранулирования, а также подается через соединение 3b для экстракционной жидкости в очистное устройство 4, а после очистного устройства через соединение 3b для экстракционной жидкости подается в устройство 2 для экстракции. Отношение скорости подачи при этом составляет 3:1 между скоростью подачи технологической жидкости при подводной грануляции с помощью гранулятора 1 подводного гранулирования и скоростью удаления и подачей содержащихся в технологической жидкости гранул через соединение 7 для отвода жидкости, а также через соединение 3a для возврата жидкости и скоростью подачи технологической жидкости в ходе экстракции с помощью устройства для экстракции. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2, технологическая жидкость направляется снизу вверх через, по меньшей мере, один участок устройства 2 для экстракции. Гранулы движутся вниз. И то и другое показано на фиг.2 соответствующими стрелками.
Устройство согласно фиг.2 образует первый цикл между гранулятором 1 подводного гранулирования и устройством для экстракции 2 через гранулятор 1 для подводного гранулирования, соединение 7 для отвода жидкости, по меньшей мере, один участок устройства 2 для экстракции, общее соединение 3 для жидкости и соединение 3a для возврата жидкости под давлением, и второй цикл между устройством 2 для экстракции и очистным устройством 4 через общее соединение 3 для жидкости, соединение 3b для экстракционной жидкости, очистное устройство 4 и, по меньшей мере, один участок устройства 2 для экстракции, причем для первого цикла и второго цикла является общим соединение 3 для жидкости, так что первый цикл и второй цикл, по меньшей мере, там перекрываются участками. Соединение для технологической жидкости между устройством 2 для экстракции и гранулятором 1 подводного гранулирования осуществляется с помощью соединения 3a для возврата жидкости под давлением и соединение для технологической жидкости с содержащимися в ней гранулами осуществляется через соединение 7 для удаления жидкости.
Согласно изобретению устройство на фигуре 2 заполнено единой технологической жидкостью и с ней работает, т.е. технологическая жидкость в области гранулятора 1 подводного гранулирования является той же самой, что и технологическая жидкость в области устройства 2 для экстракции.
Удаление гранул после устройства для экстракции может, например, осуществляться через шлюзовой затвор (на фиг.2 не показан). После него предусмотрен сушильный аппарат 5 для сушки гранул, которые потом могут складироваться и подвергаться дальнейшей переработке.
Полученный в устройстве 4 для очистки экстракт низкомолекулярных компонентов, которые находились в технологической воде, снова извлекается устройством 4 для очистки и может быть снова возвращен в реактор 6 для полимеризации. Это показано штриховой линией на фиг.2. Далее в области реактора 6 для полимеризации можно на фиг.2 видеть, что исходные вещества для полимеризации, впрочем, подводятся в реактор для полимеризации извне (показано соответствующей стрелкой в области реактора 6 для полимеризации на фиг.2).
В принципе следует отметить, что в показанном на фиг.2 устройстве (как и на следующем устройстве, представленном на фиг.3) на соответствующих местах, в частности на ответвлениях, предусмотрены подходящие клапаны, датчики давления и температуры, перекачивающие насосы, фильтры, теплообменник и тому подобное. Однако из соображений наглядности изображения это не показано.
На фигуре 3 схематически показан второй предпочтительный вариант осуществления устройства данного изобретения.
Показанный на фиг.3 вариант осуществления отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.2, главным образом тем, что там гранулирование и экстракция происходят при одинаковом или по существу одинаковом, повышенном давлении, а также тем, что снижение давления осуществляется только перед сушильным аппаратом 5 благодаря тому, что между устройством 2 для экстракции и сушильным аппаратом 5 предусмотрено устройство 9 для снижения давления. В остальном вариант осуществления на фиг.3 соответствует варианту осуществления, описанному в связи с фиг.2.
С помощью предложенного согласно изобретению устройства, как описано выше, может, в частности, осуществляться предложенный в соответствии с изобретением способ. Таким образом, согласно изобретению появляется простая и требующая меньших затрат возможность надежно получать особенно хорошо обрабатываемый в дальнейшем гранулят подиамида 6 или сополиамидов.