尼龍鹽溶液制備方法中的前饋和后饋工序控制的制作方法
【專(zhuān)利摘要】所公開(kāi)的是一種控制尼龍鹽溶液連續(xù)制備的工藝控制方法。所述工藝控制方法包括前饋控制。生成模型以得到目標(biāo)pH值和/或鹽濃度。為進(jìn)入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的二羧酸單體、二胺單體和/或水設(shè)定進(jìn)料速率?；谥亓坑?jì)量從失重式進(jìn)料器進(jìn)入反應(yīng)器的二羧酸。尼龍鹽溶液的至少一部分送入反應(yīng)器再循環(huán)回路，在此處測(cè)量pH值和/或鹽含量。來(lái)自于pH測(cè)量?jī)x器和/或鹽含量測(cè)量?jī)x器的輸出信號(hào)用于調(diào)整至少一種進(jìn)料速率。尼龍鹽溶液具有偏離目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度的低變率。尼龍鹽溶液從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器流出后，直接轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存罐，無(wú)需進(jìn)一步的單體加入、pH值調(diào)節(jié)或鹽溶液調(diào)節(jié)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】尼龍鹽溶液制備方法中的前饋和后饋工序控制
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2013年5月I日提交的美國(guó)申請(qǐng)61/818，055的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容和公開(kāi)結(jié)合于本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及制備尼龍鹽溶液中的工序控制，尤其是涉及制備尼龍鹽溶液中的前饋和后饋工序控制。所述前饋和后饋工序控制用于得到具有目標(biāo)pH值和/或鹽濃度的鹽溶液。

【背景技術(shù)】
[0004]聚酰胺通?？捎糜诩徔?、服裝、包裝、輪胎增強(qiáng)、地毯、汽車(chē)的模塑部分的工程熱塑性塑料、電子設(shè)備、體育設(shè)施以及各種工業(yè)應(yīng)用。尼龍是一種高性能材料，其可用于要求具備優(yōu)異的耐久性、耐熱性和韌性的塑料和纖維方面。被稱(chēng)為尼龍的脂肪族聚酰胺可通過(guò)二羧酸和二胺的鹽溶液制備。將所述鹽溶液蒸發(fā)后進(jìn)行加熱以使其聚合。此種生產(chǎn)方法中的一個(gè)挑戰(zhàn)就是保證在最后的聚酰胺中二羧酸和二胺具有一致的摩爾平衡。例如，當(dāng)通過(guò)己二酸(AA)和己二胺(HMD)生產(chǎn)尼龍-6，6時(shí)，不一致的摩爾平衡會(huì)不利地導(dǎo)致分子量降低，并影響尼龍的可染性。已經(jīng)通過(guò)利用間歇鹽工藝實(shí)現(xiàn)了摩爾平衡，但是間歇工藝不適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。另外，摩爾平衡也可在連續(xù)模式下通過(guò)多個(gè)反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)，在鹽的生產(chǎn)中每個(gè)反應(yīng)器均有單獨(dú)的二胺供應(yīng)。
[0005]US2130947 描述了一種如式 H2NCH2RCH2NH2 所示的二胺和式 HOOCCH2R’CH2COOH 所示的二羧酸的鹽溶液，其中，R和R’是不含烯屬和炔屬不飽和的二價(jià)烴基，R具有至少為兩個(gè)碳原子的鏈長(zhǎng)。測(cè)定鹽溶液的pH值，并確定拐點(diǎn)。然后將所述鹽溶液供入反應(yīng)器中，以形成聚酰胺。
[0006]US2012/0046439描述了一種用于制備聚酰胺的二酸和二胺鹽溶液的制備方法。該方法包括將至少兩種二酸和至少一種二胺混合，其中鹽的重量濃度為40~70%，所述方法包含:在第一步中，利用一種二酸和一種二胺制備二酸和二胺的水溶液，其中二酸和二胺的摩爾比小于1，以及在第二步中，調(diào)整二酸和二胺的摩爾比至0.9-1.1，并通過(guò)加入另一種酸和任選地額外的水和/或二胺來(lái)修正鹽的重量濃度。
[0007]US2010/0168375描述了二胺和二酸的鹽溶液，尤其是六亞甲基二胺己二酸鹽的濃溶液，其可作為生產(chǎn)聚酰胺、尤其是生產(chǎn)PA66的起始材料。所述溶液可通過(guò)在第一步中將二胺和二酸混合(其中鹽的重量濃度為50-80%)，以提供二酸和二胺的水溶液(其中二酸/ 二胺的摩爾比大于1.1 )，以及在第二步中通過(guò)加入二胺將二酸/ 二胺的摩爾比調(diào)整為0.9-1.1，優(yōu)選0.99-1.01，并任選地向其中加入水以修正鹽的重量濃度來(lái)制備。
[0008]US4233234描述了一種連續(xù)制備6_12個(gè)碳原子的鏈烷二羧酸和6_12碳原子的鏈烷二胺的鹽的水溶液的方法，通過(guò)將特定的鏈烷二羧酸和特定的鏈烷二胺在要制備的鹽的水溶液中反應(yīng)來(lái)制備。鹽的水溶液從第一混合區(qū)通過(guò)傳輸區(qū)和第二混合區(qū)循環(huán)至第一混合區(qū)，液體鏈烷二胺和鏈烷二羧酸水溶液在第一混合區(qū)和第二混合區(qū)之間引入。引入少于等當(dāng)量的鏈烷二胺，剩余量的液體鏈烷二胺在第二混合區(qū)之后加入，所述鹽的水溶液以其形成的速度從第一混合區(qū)中移出。US6995233、US6169162、US5674794和US3893811均公開(kāi)了聚合反應(yīng)器。
[0009]雖然已嘗試改進(jìn)工藝以獲得目標(biāo)參數(shù)，如適宜的pH值、摩爾平衡和/或尼龍鹽溶液中的鹽濃度，但仍然存在著挑戰(zhàn)。尤其是二羧酸，更具體地講是己二酸，其為具有可變顆粒尺寸的粉末，從而使得體積密度變化非常大。采用二羧酸粉末將引入另一個(gè)變量，從而使得在連續(xù)工藝中難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)參數(shù)，如PH值和鹽濃度的一致性。用于二羧酸粉末的容積式給料器加劇了這種困難?？紤]到在連續(xù)工藝中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)參數(shù)的一致性的困難，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)一系列反應(yīng)器加入化學(xué)計(jì)量的量的二胺。對(duì)尼龍鹽溶液的PH值和鹽濃度進(jìn)行測(cè)定，并在測(cè)量后加入額外的二胺、二羧酸粉末和/或水以調(diào)整尼龍鹽溶液。然而，測(cè)量后進(jìn)行調(diào)整導(dǎo)致“追趕”P(pán)H值或鹽濃度。進(jìn)一步地，使用一系列的pH計(jì)、折射儀和反應(yīng)器增大了設(shè)備的量、投資成本和能量成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在第一個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種控制尼龍鹽溶液連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括:a)通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液山)將補(bǔ)充二胺進(jìn)料以第三進(jìn)料速率連續(xù)地引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；c)利用在補(bǔ)充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液的在線pH測(cè)量檢測(cè)尼龍鹽溶液的pH值的變化；以及d)調(diào)整第三進(jìn)料速率來(lái)響應(yīng)pH的變化，以生產(chǎn)pH值偏離目標(biāo)pH值低于±0.04而變化的尼龍鹽溶液。所述方法可進(jìn)一步包括用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液的模型；其中第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率基于所述模型。第三進(jìn)料速率也可基于所述模型。二羧酸粉末的進(jìn)料速率可在偏離目標(biāo)進(jìn)料速率低于±5%的范圍內(nèi)變化。所述方法可進(jìn)一步包括調(diào)整第一進(jìn)料速率以響應(yīng)pH值的變化。所述方法可進(jìn)一步包括調(diào)整第一進(jìn)料速率以響應(yīng)第三進(jìn)料速率的調(diào)整。以第一進(jìn)料速率引入的二胺可包含供入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的總二胺的80~99%，而以第三進(jìn)料速率引入的二胺包含供入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的總二胺的I~20%。在線pH值測(cè)量可連續(xù)地得到尼龍鹽溶液的pH值測(cè)量結(jié)果。目標(biāo)pH值可選自7.200~7.900的范圍內(nèi)。尼龍鹽溶液的PH值可在偏離目標(biāo)pH值低于±0.03的范圍內(nèi)變化。所述模型可進(jìn)一步生產(chǎn)具有選自50~65wt.%的目標(biāo)鹽濃度的尼龍鹽溶液，其包括以下步驟:e)通過(guò)位于補(bǔ)充二胺引入下游的一個(gè)或多個(gè)折射儀測(cè)量再循環(huán)回路中尼龍鹽溶液的鹽濃度；和f)基于目標(biāo)鹽濃度，調(diào)整第二進(jìn)料速率以控制尼龍鹽溶液的鹽濃度，其中尼龍鹽溶液的濃度可在偏離目標(biāo)鹽濃度低于±0.5%的范圍內(nèi)變化。所述單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器被維持在60~110°C的溫度，并可在惰性氣氛下被維持在常壓。所述二羧酸可為己二酸，所述二胺可為六亞甲基二胺，其中所述尼龍鹽溶液包含六亞甲基二胺己二酸鹽?？蓪⑺隽鶃喖谆芳憾猁}聚合形成尼龍6, 6。
[0011]在第二個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種控制尼龍鹽溶液的連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括:a)通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末的進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，以及將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中以生產(chǎn)具有目標(biāo)鹽濃度的尼龍鹽溶液；b)將補(bǔ)充二胺以第三進(jìn)料速率連續(xù)地引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；c)通過(guò)利用在補(bǔ)充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液的在線鹽濃度測(cè)量，檢測(cè)尼龍鹽溶液的鹽濃度變化；以及d)調(diào)整第二進(jìn)料速率以響應(yīng)鹽濃度的變化，以生產(chǎn)具有變化低于±0.5%的鹽濃度。
[0012]在第三個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種控制尼龍鹽溶液的連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括:a)通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末的進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中；將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度的尼龍鹽溶液；b)將補(bǔ)充二胺以第三進(jìn)料速率連續(xù)地引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；c)通過(guò)利用在補(bǔ)充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液的在線PH值測(cè)量和鹽濃度測(cè)量，檢測(cè)尼龍鹽溶液的PH值和鹽濃度變化；d)調(diào)整第三進(jìn)料速率來(lái)響應(yīng)pH的變化，以生產(chǎn)PH值偏離目標(biāo)pH值低于±0.04的尼龍鹽溶液；以及e)調(diào)整第二進(jìn)料速率來(lái)響應(yīng)鹽濃度的變化，以生產(chǎn)具有變化低于±0.5%的鹽濃度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面通過(guò)非限定的附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0014]圖1為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的尼龍鹽溶液的生產(chǎn)工藝示意圖；
[0015]圖2為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的在生產(chǎn)尼龍鹽溶液中所用的失重式進(jìn)料器的不意圖；
[0016]圖3為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的在生產(chǎn)尼龍鹽溶液中所用的單個(gè)連續(xù)攪拌爸反應(yīng)器的示意圖；
[0017]圖4為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的在生產(chǎn)尼龍鹽溶液中所用的單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的剖視圖；
[0018]圖5為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的尼龍鹽溶液生產(chǎn)工藝的示意圖；
[0019]圖6為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于尼龍鹽溶液生產(chǎn)工藝的工序控制的示意圖；
[0020]圖7為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于尼龍鹽溶液工藝的具有二級(jí)控制的工序控制的不意圖；
[0021]圖8為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于尼龍鹽溶液工藝的具有三級(jí)控制的工序控制的不意圖；
[0022]圖9為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于尼龍鹽溶液工藝的具有在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的在線PH值測(cè)定的工序控制的示意圖；
[0023]圖10為對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的尼龍_6，6生產(chǎn)工藝的不意圖。
[0024]圖11-13是顯示對(duì)應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的來(lái)自失重式進(jìn)料器的己二酸的進(jìn)料速率的變率的圖。
[0025]具體實(shí)施例方式
[0026]此處所用之術(shù)語(yǔ)僅出于描述特定實(shí)施方案的目的，并不意欲限制本發(fā)明。除非上下文中清楚地顯示出另外的情況，如此處所用的單數(shù)形式“一個(gè)”和“該”也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，在本說(shuō)明書(shū)中使用的用語(yǔ)“包括”和/或“包括有”時(shí)說(shuō)明了存在所述的特征、整體、步驟、操作、部件和/或構(gòu)件，但不妨礙一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、部件組、構(gòu)件和/或構(gòu)件組的存在或添加。
[0027]例如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”的用語(yǔ)及其變體應(yīng)廣泛地理解，并且包含所列出的主體以及等效物，還有未列出的另外的主體。另外，當(dāng)由過(guò)渡性用語(yǔ)“包含”、“包括”或“含有”來(lái)引出組分、部件組、工藝或方法步驟或者任何其他的表述時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解此處還考慮了相同的組分、部件組、工藝或方法步驟，或者具有在該組分、部件組、工藝或方法步驟或任何其它表述的記載之前的過(guò)渡性用語(yǔ)“基本上由…組成”、“由…組成”或“選自由…構(gòu)成的組”的任何其它的表述。
[0028]如果的適用話，權(quán)利要求中的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作以及所有功能性的裝置或步驟的等效物包括用于與權(quán)利要求中所具體陳述的其他部件相結(jié)合地來(lái)執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)出于介紹和描述的目的而提供，但并不是窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開(kāi)的形式。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，許多改變和變體對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。這里選擇并描述了一些實(shí)施方案，目的是對(duì)本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行最佳的解釋?zhuān)⑶沂沟帽绢I(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的不同實(shí)施方案具有多種變化，如同適合于該特定用途一樣。相應(yīng)地，盡管本發(fā)明已經(jīng)依據(jù)實(shí)施方案進(jìn)行了描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以有所改變地并在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)實(shí)施。
[0029]現(xiàn)在將詳細(xì)參考特定的所公開(kāi)的主題。盡管所公開(kāi)的主題將結(jié)合所列舉的權(quán)利要求來(lái)描述，然而可以理解，它們并不將所公開(kāi)的主題限制到這些權(quán)利要求中。相反，所公開(kāi)的主題覆蓋了所有的替代方案、改變以及等效物，這些可以包含于由權(quán)利要求所限定的所公開(kāi)的主題的范圍之內(nèi)。
[0030]引言
[0031]本發(fā)明涉及一種控制尼龍鹽溶液的制備的方法，所述方法通過(guò)生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液的模型、控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率、設(shè)定主要二胺和水的進(jìn)料速率以及設(shè)定補(bǔ)充二胺進(jìn)料速率來(lái)實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)充二胺進(jìn)料成比例地小于主要二胺進(jìn)料。將二羧酸粉末、主要二胺和水加入到單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中以形成尼龍鹽溶液。將補(bǔ)充二胺進(jìn)料加入到單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中的尼龍鹽溶液中，且在引入補(bǔ)充二胺的下游進(jìn)行尼龍鹽溶液的PH值測(cè)量。然后可根據(jù)pH值測(cè)量對(duì)補(bǔ)充二胺的進(jìn)料速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。有利地是，結(jié)合低變率的二羧酸進(jìn)料速率和模型使得能夠通過(guò)利用補(bǔ)充二胺進(jìn)料對(duì)尼龍鹽溶液的PH值進(jìn)行微調(diào)。由于補(bǔ)充二胺進(jìn)料在pH值測(cè)量的上游引入，補(bǔ)充二胺對(duì)pH值的影響結(jié)果可以被近乎瞬時(shí)地測(cè)量，對(duì)尼龍鹽溶液目標(biāo)PH值的“追逐”被消除了。
[0032] 適用于本發(fā)明的二羧酸可選自由乙二酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、馬來(lái)酸、戊烯二酸、2-十二碳烯二酸、己二烯二酸、1，2-或1，3-環(huán)己烷基二羧酸、1，2-或1，3-亞苯基二乙酸、1，2-或1，3-環(huán)己烷基二乙酸、間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、4，4’- 二苯醚二甲酸、4，4- 二苯甲酮基二羧酸、2，6-萘基二羧酸、P-叔丁基間苯二甲酸、2，5-呋喃二羧酸及其混合物構(gòu)成的組。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述二羧酸單體包含至少80%己二酸，如至少95%己二酸。
[0033]己二酸(AA)是制備尼龍-6，6最適應(yīng)的二羧酸，其以粉末的形式使用。通常可得到純的AA,含有極少量的雜質(zhì)。典型的雜質(zhì)包括少于60ppm的其他酸類(lèi)(一元酸和較低的二元酸)、含氮材料、痕量金屬(如鐵(少于2ppm)和其他重金屬(少于1ppm或少于5ppm))、砷(少于3ppm)和烴油(少于1ppm或少于5ppm)。
[0034]適用于本發(fā)明的二胺選自由乙醇二胺、三亞甲基二胺、腐胺、尸胺、六亞甲基二胺、2-甲基-五亞甲基二胺、七亞甲基二胺、2-甲基六亞甲基二胺、3-甲基六亞甲基二胺、2，2-二甲基五亞甲基二胺、八亞甲基二胺、2，5-二甲基六亞甲基二胺、九亞甲基二胺、2，2，4-和2，4，4-三甲基-六亞甲基二胺、十亞甲基二胺、5-甲基壬烷二胺、異佛爾酮二胺、十一亞甲基二胺、十二亞甲基二胺、2，2，7，7-四甲基-八亞甲基二胺、雙(對(duì)-氨基環(huán)己基)甲烷、雙(氨甲基)降冰片烷、任選地被一個(gè)或多AC1-C4烷基取代的C2-C16脂肪族二胺、脂肪族聚醚二胺和呋喃二胺，如2，5-雙(氨甲基)呋喃，及其混合物。所選擇的二胺的沸點(diǎn)可高于二羧酸，且所述二胺優(yōu)選不為苯二甲撐二胺。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述二胺單體包含至少80%六亞甲基二胺，如至少95%六亞甲基二胺。六亞甲基二胺(HMD)最常用于制備尼龍_6，6。HMD在大約40-42°C凝固，通常加入水以降低其熔化溫度，使其容易處理。因此，濃溶液形式的HMD、如濃度為80~10wt.%或92~98wt.%的二胺是商業(yè)可得的。
[0035]除了單獨(dú)基于二羧酸和二胺的聚酰胺，加入其他單體有時(shí)是有優(yōu)勢(shì)的。當(dāng)添加的比例低于20wt.%，如低于15wt.%時(shí)，在不脫離本發(fā)明的前提下也可將這些單體加入到尼龍鹽溶液中。此類(lèi)單體可包括單官能團(tuán)羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、苯甲酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十四碳烯酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、十六碳烯酸(sapienic acid)、硬脂酸、油酸、反油酸、十八碳烯酸、亞油酸和芥酸等。此類(lèi)單體還可包括內(nèi)酰胺類(lèi)，如a-乙內(nèi)酰胺、a-丙內(nèi)酰胺、丙內(nèi)酰胺、Y-丁內(nèi)酰胺、I戊內(nèi)酰胺、Y-戊內(nèi)酰胺和己內(nèi)酰胺等。此類(lèi)單體還包括內(nèi)酯類(lèi)，如α-乙內(nèi)酯、α-丙內(nèi)酯、β-丙內(nèi)酯、Y-丁內(nèi)酯、S-戊內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯和己內(nèi)酯等。此類(lèi)單體還可包括二官能團(tuán)的醇類(lèi)，如單乙烯基乙二醇、二乙烯基乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙烯基乙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇、1，2-戊二醇、1，5-戊二醇、驅(qū)蚊醇(etohexad1l )、p-薄荷燒-3，8_ _.醇、2-甲基 ~2, 4~ 戍二醇、I, 6-己二醇、I, 7~ 庚_-醇和1，8_辛二醇。也可以使用高官能度分子，如甘油、三羥甲基丙烷和三羥乙基胺等。適宜的羥基胺也可選擇例如乙醇胺、二乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇、4-氨基-1- 丁醇、3-氨基-1- 丁醇、2-氨基-1- 丁醇、4-氨基-2- 丁醇、戊醇胺和己醇胺等。可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下也可采用任何一項(xiàng)所述單體的混合物。
[0036]向聚合工藝中引入其他添加劑有時(shí)也是有利的。這些添加劑可包括熱穩(wěn)定劑，如銅鹽、碘化鉀或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其他抗氧化劑。此類(lèi)添加劑也可包括聚合催化劑，如金屬氧化物、酸性化合物、含氧亞磷化合物的金屬鹽或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他化合物。此類(lèi)添加劑也可為消光劑和著色劑，如二氧化鈦、炭黑或其他顏料、染料和現(xiàn)有技術(shù)中已知的著色劑。所用的添加劑也可包括消泡劑，如二氧化硅分散劑、硅氧烷共聚物或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他消泡劑。也可使用潤(rùn)滑助劑，如硬脂酸鋅、硬脂基芥酸酰胺、硬脂醇、二硬脂酸鋁、乙烯基雙硬脂酰胺或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他聚合物潤(rùn)滑劑?；旌衔镏羞€可包括成核劑，如煅制二氧化硅或氧化鋁、二硫化鑰、滑石粉、石墨、氟化鈣、苯基亞膦酸鹽或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他助劑。也可向聚合工藝中加入現(xiàn)有技術(shù)已知的其他常用添加劑，如阻燃劑、增塑劑、抗沖改性劑和其他類(lèi)型的填料。
[0037]在以下的說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)己二酸(AA)和六亞甲基二胺(HMD)用于代表二羧酸和二胺。然而，此方法也用于上述提到的其他二羧酸和其他二胺。
[0038]本發(fā)明方便地得到包含具有目標(biāo)pH值的AA/HMD鹽的尼龍鹽溶液。尤其是，本發(fā)明使用比傳統(tǒng)工藝數(shù)目少的容器得到目標(biāo)PH值，尤其是在單個(gè)反應(yīng)器、如在其中形成尼龍鹽溶液的單個(gè)連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)中得到目標(biāo)pH值。在連續(xù)工藝中有利地采用單個(gè)反應(yīng)器，能夠得到比間歇工藝高的生產(chǎn)率。在間歇工藝中，為獲得與連續(xù)工藝可獲得的類(lèi)似的生產(chǎn)率所需的時(shí)間量和設(shè)備投資成本使得間歇工藝不現(xiàn)實(shí)。所述目標(biāo)PH值可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員選擇的任何PH值，并可以根據(jù)所需的最終聚合物產(chǎn)品來(lái)選擇。不受到理論的約束，目標(biāo)可以選自PH曲線的最高拐點(diǎn)，其處于對(duì)于預(yù)期的聚合物產(chǎn)品的范圍而言是最佳的水平。
[0039]在一些示例性的實(shí)施方案中，尼龍鹽溶液的目標(biāo)pH值可為7.200~7.900之間的值，優(yōu)選7.400~7.700之間的值。尼龍鹽溶液的實(shí)際pH值與尼龍鹽溶液的目標(biāo)pH值的變差可低于±0.04，更優(yōu)選低于±0.03，最優(yōu)選低于±0.015。因而，如當(dāng)目標(biāo)pH值為
7.500時(shí)，那么尼龍鹽溶液的pH值在7.460~7.540之間，更優(yōu)選在7.470~7.530之間。如此，例如當(dāng)目標(biāo)鹽濃度為60%，那么均勻的尼龍鹽溶液的鹽濃度的變率為59.5%-60.5%之間，更優(yōu)選59.9%~60.1%之間。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，pH值的變率指連續(xù)操作中的平均變差。這種變率非常小，低于±0.53%，更優(yōu)選低于±0.4%，得到具有均一 pH值的尼龍鹽溶液。一種具有低變率地偏離目標(biāo)PH值的均勻的尼龍鹽溶液有利于提高聚合工藝的可靠性，以生產(chǎn)均勻的、高質(zhì)量的聚合物產(chǎn)品。具有均一 PH值的尼龍鹽溶液也使得能夠向聚合工藝中穩(wěn)定質(zhì)量地進(jìn)料。所述目標(biāo)PH值可根據(jù)生產(chǎn)地點(diǎn)而改變。通常情況下，基于游離的和化學(xué)結(jié)合的AA和HMD，在25°C及9.5%的鹽濃度下測(cè)定的7.620的pH值，產(chǎn)生具有AA/HMD摩爾比為I的尼龍鹽溶液。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，摩爾比可根據(jù)目標(biāo)PH值在0.8:1.2的范圍內(nèi)變化。具有均一的PH值也意味著尼龍鹽溶液的摩爾比具有相應(yīng)的低變率。
[0040]除了目標(biāo)pH值，本發(fā)明也可達(dá)到目標(biāo)鹽濃度。目標(biāo)鹽濃度可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員選擇的任意的鹽濃度，并可根據(jù)所需的最終聚合物產(chǎn)品和儲(chǔ)存的考慮進(jìn)行選擇。尼龍鹽溶液的水含量可為35-50wt.%之間。尼龍鹽溶液的鹽濃度可為50~65wt.%，如60~65wt.%。尼龍鹽溶液可在低于110°C，如60~110°C或100-105°C于常壓下以液體的形式保存。高于65wt.%的濃度需要較高的溫度以及可能需要加壓使尼龍鹽溶液維持液態(tài)，如均相液體。鹽濃度可影響儲(chǔ)存溫度，通常在較低的溫度及常壓下可有效地儲(chǔ)存尼龍鹽溶液。然而，較低的鹽濃度會(huì)不利地增加在聚合前濃縮尼龍鹽溶液的能量消耗。
[0041]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明連續(xù)地生產(chǎn)尼龍鹽溶液時(shí)，尼龍鹽溶液的鹽濃度變率優(yōu)選非常低，如偏離目標(biāo)鹽濃度低于±0.5%、低于±0.3%、低于±0.2%或低于±0.10Zoο為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，鹽濃度的變率指連續(xù)操作中的平均變差。目標(biāo)鹽濃度可根據(jù)生產(chǎn)地點(diǎn)而改變。
[0042]尼龍鹽溶液的溫度獨(dú)立于AA與HMD的摩爾比進(jìn)行控制。雖然尼龍鹽溶液中的摩爾比和固體濃度影響尼龍鹽溶液的溫度，但是工藝依靠熱交換器、盤(pán)管和/或夾套式CSTR從工藝中移除熱量，從而控制尼龍鹽溶液的濃度?？蓪⒛猃堺}溶液的溫度控制在偏離所需溫度低于± 1°C的范圍內(nèi)變化?？蓪⒛猃堺}溶液的溫度選擇在低于尼龍鹽溶液的沸點(diǎn)，但高于尼龍鹽溶液的結(jié)晶溫度。例如，固含量為63%的尼龍鹽溶液在常壓下的沸點(diǎn)為108-110°c。因此，將溫度控制在低于110°C，如低于108°C，但高于結(jié)晶溫度。
[0043]為了實(shí)現(xiàn)尼龍鹽的低變率，現(xiàn)有的技術(shù)方案集中在使用多個(gè)反應(yīng)器調(diào)整鹽溶液中的AA =HMD摩爾比和HMD的濃度。這種集中至少部分是由于AA粉末的體積密度的變率和差的流動(dòng)特性，導(dǎo)致了 AA粉末進(jìn)料的固有的不可預(yù)測(cè)性。當(dāng)使用容積式給料器將AA粉末供入反應(yīng)器時(shí)，AA粉末的體積密度的變率被放大。由于AA高的熔融溫度，因此AA通常以粉末的形式供給，從而增大了處理AA的難度。AA粉末的平均粒徑通常在75~500微米，如100~300微米內(nèi)變化。這種細(xì)粉實(shí)質(zhì)上具有更大的表面積和更多的導(dǎo)致聚集的顆粒接觸。優(yōu)選地，AA粉末中含有少于20%、如少于10%的小于75微米的顆粒。由于AA粉末通?；谝苑勰┑男问街苯舆M(jìn)入反應(yīng)器中的體積來(lái)計(jì)量，因而粉末粒度的變化影響供入尼龍鹽反應(yīng)器中的AA粉末的散裝包裝和密度。這些散裝包裝和密度的變化進(jìn)而引起尼龍鹽溶液中pH值和AA與HMD摩爾比的變化?？紤]到這些變化，現(xiàn)有技術(shù)方案中設(shè)置了一系列的鹽反應(yīng)器。例如參見(jiàn)US2012/0046439和US2010/0168375。這種傳統(tǒng)方法使用了目標(biāo)參數(shù)的測(cè)定，并將單體供入一系列反應(yīng)器中。然而，這種工藝需要大量的反應(yīng)器、測(cè)量和調(diào)整，從而增加成本并限制了生產(chǎn)率。另外，與連續(xù)工藝相比，這種傳統(tǒng)的方法可能更適用于間歇工藝。最后，這種傳統(tǒng)的方法不能夠使用模型來(lái)預(yù)測(cè)PH值和/或鹽濃度，因而需要不斷地進(jìn)行調(diào)整以使尼龍鹽溶液達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。
[0044]在使用多個(gè)反應(yīng)器來(lái)添加AA和HMD的現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)陳述了與將AA粉末供入尼龍鹽工藝有關(guān)的顆粒尺寸和尺寸分布的作用。人們發(fā)現(xiàn)，基于重量而不是基于體積計(jì)量AA粉末時(shí)，AA進(jìn)料速率的變率可以大大降低。在一些方面中，AA粉末的進(jìn)料速率可偏離目標(biāo)AA粉末進(jìn)料速率低于±5%而變化，如低于±3%或±1%。通過(guò)這種穩(wěn)定進(jìn)料，所公開(kāi)的工藝允許使用單個(gè)反應(yīng)器以形成具有目標(biāo)參數(shù)的尼龍鹽溶液，而不需要串聯(lián)的多個(gè)反應(yīng)器。沒(méi)有AA的穩(wěn)定進(jìn)料，利用在高的連續(xù)生產(chǎn)率下操作的單個(gè)反應(yīng)器難以控制尼龍鹽溶液偏離目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度的變差，這是由于調(diào)整單體的能力有限。具有穩(wěn)定的AA進(jìn)料使得工藝控制能夠利用HMD的前饋速率，并使得可以調(diào)整補(bǔ)充HMD來(lái)調(diào)整pH值，以達(dá)到目標(biāo)pH值。有利的是，所預(yù)期的實(shí)施方案通過(guò)減少工藝中的單元操作的數(shù)目而提供了一種比以往所公開(kāi)的更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。因此，該公開(kāi)的工藝省略了以往認(rèn)為不可缺少的步驟。其減少了占地面積和投資成本?？蓪⒌玫降哪猃堺}溶液進(jìn)一步聚合得到所需的聚酰胺。
[0045]在尼龍鹽溶液的工業(yè)化生產(chǎn)中，為實(shí)現(xiàn)可接受的生產(chǎn)，可采用連續(xù)工藝來(lái)生產(chǎn)尼龍鹽溶液。間隙工藝需要明顯較大的容器和反應(yīng)器。進(jìn)一步地，間歇工藝難以獲得通過(guò)較小型的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備就能獲得的生產(chǎn)率。在聚合中，起始于具有均一的PH值和鹽濃度的尼龍鹽溶液是有益的。微小的變化可引起聚合的生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題，從而需要額外的監(jiān)控控制和聚合工藝的調(diào)整。
[0046]圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝總路線。如圖1所示，尼龍鹽溶液工藝100包括:將己二酸通過(guò)管線102供入失重式進(jìn)料器110，其產(chǎn)生引入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中的計(jì)量后的己二酸進(jìn)料139。此外，通過(guò)管線103的水和通過(guò)管線104的HMD在靜態(tài)混合器105中混合得到HMD的水溶液，其通過(guò)管線106供入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。含尼龍鹽溶液的液體通過(guò)再循環(huán)回路141從反應(yīng)器140中撤出，然后返回至反應(yīng)器140。在本文中稱(chēng)為補(bǔ)充HMD的額外的HMD，可在分析pH值或鹽濃度之前通過(guò)管線107在連接點(diǎn)142加入到液體中以調(diào)節(jié)尼龍鹽的pH值。尼龍鹽溶液在連接點(diǎn)143從再循環(huán)回路141中撤出進(jìn)入管路144。管路144中的尼龍鹽溶液流經(jīng)過(guò)濾器190以去除雜質(zhì)，然后收集在儲(chǔ)存罐195中。一般情況下，這些雜質(zhì)可包含腐蝕金屬，且可包含來(lái)自單體進(jìn)料的雜質(zhì)，如AA粉末102。所述尼龍鹽溶液可通過(guò)管線199移入聚合工序200。所述尼龍鹽溶液可保存在儲(chǔ)存罐195中直至聚合需要。在一些實(shí)施方案中，儲(chǔ)存罐195是可移動(dòng)的。
[0047]尼龍鹽溶液裝置
[0048]基于重量的AA粉末給料器
[0049]在一個(gè)具體實(shí)施方案中，如圖2中所示，利用失重式進(jìn)料器110將AA粉末102供給入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。失重式進(jìn)料器110計(jì)量AA粉末102以產(chǎn)生具有低變率進(jìn)料速率的AA粉末進(jìn)料流139，其能夠考慮到在進(jìn)料過(guò)程中AA粉末102的密度的變化。如上所述，AA粉末102的體積密度和流動(dòng)特性變化很大，從而導(dǎo)致引入摩爾比的不平衡，以及產(chǎn)生尼龍鹽溶液的不均一的PH值。相對(duì)于不能實(shí)現(xiàn)AA粉末的低變率的進(jìn)料速率的定體積進(jìn)料器或其他類(lèi)型的進(jìn)料器而言，本發(fā)明是具有優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，AA粉末的低變率的進(jìn)料速率是在AA粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率土5%的范圍內(nèi)，如在±3%的范圍內(nèi)、在土2%的范圍內(nèi)或在±1%的范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，進(jìn)料速率的變率是指在連續(xù)操作中的平均變差。由于AA進(jìn)料速率的低變率，AA的進(jìn)料速率穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)，因此可以使用單個(gè)反應(yīng)器，通過(guò)定制二胺和水的進(jìn)料速率來(lái)獲得目標(biāo)PH值和/或目標(biāo)鹽濃度。由于AA粉末進(jìn)料速率偏離目標(biāo)進(jìn)料速率的低變率，不需要其他的反應(yīng)器用于混合或調(diào)整。
[0050]通常，失重式進(jìn)料器110在補(bǔ)充階段加載料斗111，并在進(jìn)料階段分配料斗111的物料。優(yōu)選地，該補(bǔ)充-進(jìn)料階段循環(huán)足夠在至少50%的時(shí)間，如至少67%的時(shí)間收到來(lái)自失重式進(jìn)料器110的反饋信號(hào)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，補(bǔ)充階段占總循環(huán)時(shí)間(如進(jìn)料階段和補(bǔ)充的總時(shí)間)的量可低于20%，如低于總循環(huán)時(shí)間的10%或低于總循環(huán)時(shí)間的5%。補(bǔ)充階段和總的循環(huán)階段的時(shí)間可取決于生產(chǎn)速率。在進(jìn)料階段，將料斗111中的物料分配給進(jìn)料管道112，其通過(guò)管線139將AA粉末轉(zhuǎn)移到連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。此外，在補(bǔ)充階段，殘留在料斗111中的AA也可被分配給進(jìn)料管道112，由此進(jìn)料管道112獲得AA粉末的連續(xù)供給?？刂破?13可用于管控失重式進(jìn)料器110?？刂破?13可為能夠輸出函數(shù)響應(yīng)收到的輸入信息的分布式控制系統(tǒng)(DCS)或可編程的邏輯控制器(PLC)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，可以有多個(gè)控制器用于系統(tǒng)的不同組件。例如，PLC可用于管控補(bǔ)充階段，DCS可用于通過(guò)設(shè)定在DCS中的目標(biāo)速率控制通過(guò)進(jìn)料管道112的進(jìn)料速率。
[0051]如圖2中所示，輸送系統(tǒng)114將AA粉末102裝入供應(yīng)倉(cāng)115中。輸送系統(tǒng)114可為機(jī)械或氣動(dòng)輸送系統(tǒng)，將己二酸從散裝袋、內(nèi)襯散裝袋、內(nèi)襯盒容器或料斗軌道車(chē)裝卸站轉(zhuǎn)移出來(lái)。機(jī)械輸送系統(tǒng)可包括螺旋或牽引鏈。氣動(dòng)輸送系統(tǒng)可包含封閉的管道，利用加壓空氣、真空空氣或閉合回路的氮?dú)鈱A粉末102送至供應(yīng)倉(cāng)115。在一些實(shí)施方案中，輸送系統(tǒng)114可在加載供應(yīng)倉(cāng)115的過(guò)程中提供機(jī)械功能以破壞AA粉末的塊體。供應(yīng)倉(cāng)115可具有圓筒狀、梯形、正方形或其他合適的造型，在其頂部具有入口 116。具有帶角的邊的造型可幫助AA粉末102從供應(yīng)倉(cāng)115中流出。供應(yīng)倉(cāng)115的上部邊緣可位于系統(tǒng)地面標(biāo)高130上面低于20米處，如優(yōu)選低于15m。系統(tǒng)地面標(biāo)高130指的是生產(chǎn)尼龍鹽溶液的不同裝置停靠的平面，且通常限定了沒(méi)有單體通過(guò)的平面。系統(tǒng)地面標(biāo)高可以在CSTR的入口之上。由于供應(yīng)倉(cāng)115相對(duì)于系統(tǒng)地面標(biāo)高130的高度較低，需要較少的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)輸送系統(tǒng)114和加載供應(yīng)倉(cāng)115。
[0052]供應(yīng)倉(cāng)115還具有下閥門(mén)117，當(dāng)下閥門(mén)117關(guān)閉時(shí)，就限定了保存AA粉末102的內(nèi)部腔體。下閥門(mén)117可以是回轉(zhuǎn)式給料器、螺旋進(jìn)料器、旋轉(zhuǎn)流動(dòng)裝置或者含進(jìn)料器和閥門(mén)的組合設(shè)備。當(dāng)用AA粉末102填充所述內(nèi)部腔體時(shí)，下閥門(mén)117保持關(guān)閉狀態(tài)。在補(bǔ)充階段時(shí)，下閥門(mén)117可打開(kāi)，基于體積將AA粉末102傳送至料斗111。當(dāng)下閥門(mén)將AA粉末傳送至料斗111時(shí)，AA粉末可被加載入供應(yīng)倉(cāng)115。下閥門(mén)117可包括一個(gè)或多個(gè)當(dāng)關(guān)閉時(shí)形成密封的墊帶。在一個(gè)實(shí)施方案中，AA粉末102可通過(guò)傳送帶(未示出)從供應(yīng)倉(cāng)115傳送至料斗111。在其他實(shí)施方案中，供應(yīng)倉(cāng)115可通過(guò)重力傳送AA粉末。供應(yīng)倉(cāng)115的裝載可獨(dú)立于料斗111的裝載。
[0053]供應(yīng)倉(cāng)115的容量可大于料斗111，優(yōu)選所述容量為料斗111的至少2倍或至少3倍大。供應(yīng)倉(cāng)115的容量應(yīng)該足以補(bǔ)充料斗111的整個(gè)體積。AA粉末102在供應(yīng)倉(cāng)115內(nèi)保存的時(shí)間周期可比在料斗111內(nèi)要長(zhǎng)，且取決于濕氣濃度，AA粉末102可形成團(tuán)塊。在供應(yīng)倉(cāng)115的底部可使用機(jī)械轉(zhuǎn)子或振動(dòng)(未示出)將團(tuán)塊打破。
[0054]料斗111的上邊緣可位于系統(tǒng)地面標(biāo)高130上方低于15m處，如優(yōu)選低于12m處。料斗111可具有圓筒形、梯形、正方形或其他適宜的造型，并在其頂部具有入口 118。優(yōu)選地，料斗的內(nèi)表面為傾斜的以防止AA粉末的橋聯(lián)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，內(nèi)表面的角度為30-80°，如40-65°。所述內(nèi)表面可為U-型或V-型。料斗111也可具有可移動(dòng)的蓋體(未示出)，蓋體上具有用于入口 118和通風(fēng)口的孔。料斗111可安裝在管119上，其將料斗111與進(jìn)料管道112連接起來(lái)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，料斗111具有能夠維持所需生產(chǎn)速率的等效容積。例如，料斗111可具有至少4噸的容量。管119的最大直徑小于料斗111的最大直徑。如所示，管119具有回轉(zhuǎn)式給料器120或類(lèi)似的傳送裝置，以用于將料斗111中的物料通過(guò)出口 129分配給進(jìn)料管道112?；剞D(zhuǎn)式給料器120可在打開(kāi)或關(guān)閉模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，或旋轉(zhuǎn)速率可被控制為所需的進(jìn)料速率的函數(shù)。在其他的實(shí)施方案中，管119可不含內(nèi)部給料機(jī)構(gòu)。取決于失重式進(jìn)料器的類(lèi)型，可用能將料斗111的流出物分配至進(jìn)料管道112的外部推拉槳或振動(dòng)器代替回轉(zhuǎn)式進(jìn)料器120。出口 129可具有機(jī)械手段來(lái)打破AA團(tuán)塊。在另一個(gè)實(shí)施方案中，失重式進(jìn)料器110可含干燥器或干燥氣體清洗(未示出)，以去除AA粉末中的濕氣，防止AA粉末在料斗111中聚結(jié)和形成堵塞。
[0055]重量測(cè)量子系統(tǒng)121與料斗111連接。重量測(cè)量子系統(tǒng)121可含有多個(gè)傳感器122，所述傳感器122可稱(chēng)量料斗111，并將表明重量的信號(hào)提供給控制器113。在一些實(shí)施方案中，可以有三個(gè)或四個(gè)傳感器。傳感器122可與料斗111的外側(cè)相連，并可以稱(chēng)量皮重以說(shuō)明料斗111和連接在料斗111上的任何其他設(shè)備的初始重量。在其他的實(shí)施方案中，傳感器122可設(shè)置在料斗111的下面。根據(jù)來(lái)自重量測(cè)量子系統(tǒng)121的信號(hào)，控制器113控制補(bǔ)充階段和進(jìn)料階段。控制器113比較定期測(cè)到的重量，以確定在一段時(shí)間內(nèi)分配給進(jìn)料管道112的AA粉末102的重量?？刂破?13還可以控制旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123的速率，如下文中所描述。
[0056]在其他的實(shí)施方案中，重量測(cè)量子系統(tǒng)121可設(shè)置在料斗111、管119和進(jìn)料管道112之下，以測(cè)量在失重式進(jìn)料器110的這些部位中的物料的重量。
[0057]進(jìn)料管道112可位于管119上方，并接收AA粉末102。在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)料管道112可被安裝在管119上。進(jìn)料管道112可延伸至基本垂直于管119的出口 129的平面，或者延伸至與所述平面呈0-45°，如5-40°角，并朝向反應(yīng)器140。進(jìn)料管道112含至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123，所述旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123將AA粉末102通過(guò)開(kāi)放的出口 124輸送至反應(yīng)器140中。旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123由發(fā)動(dòng)機(jī)125驅(qū)動(dòng)，且可包含螺旋桿。也可以使用雙螺桿的配置。發(fā)動(dòng)機(jī)125以固定或可變的速率驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123。在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)料管道112將AA粉末102以低變率的進(jìn)料速率傳送至反應(yīng)器140。AA的進(jìn)料速率可根據(jù)所需的生產(chǎn)速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣就允許設(shè)立固定的AA進(jìn)料速率并使用本文中所描述的模型，然后改變其他溶液組分的進(jìn)料速率以得到所需的鹽濃度和/或PH目標(biāo)值?？刂破?13接收來(lái)自失重式進(jìn)料器110的反饋信號(hào)，并調(diào)整旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123的速率?？刂破?13也根據(jù)來(lái)自重量測(cè)量子系統(tǒng)113的信號(hào)調(diào)整進(jìn)料管道112的進(jìn)料速率。給予旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123的命令信號(hào)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的速率，增大、維持或降低發(fā)動(dòng)機(jī)的速率以得到設(shè)定的重量損失。
[0058]在其他的實(shí)施方案中，本文所述的進(jìn)料管線112可為任何等同的、可控的進(jìn)料器類(lèi)型，如帶子給料機(jī)、給料室、板式給料機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)等。進(jìn)料管道112也可包含減震器(未示出)。此外，進(jìn)料管線112可含一個(gè)或多個(gè)氣口(未示出)，用于注入氮?dú)庖匀コ鯕狻?br> [0059]料斗111也可含高位探針127和低位探針128。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然為方便起見(jiàn)，僅示出了一個(gè)高位探針和一個(gè)低位探針，但可以有多個(gè)探針。所述探針可以與重量測(cè)量子系統(tǒng)121結(jié)合使用。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述探針可為點(diǎn)位指示器或電容式接近傳感器。高位探針127和低位探針128的位置可在料斗111內(nèi)調(diào)節(jié)。高位探針127被定位在接近料斗111的頂部。當(dāng)料斗111中的物料通過(guò)高位探針127檢測(cè)時(shí)，結(jié)束補(bǔ)充階段，并開(kāi)始進(jìn)料階段。反之，低位探針128定位在位于高位探針127之下，且更接近料斗111的底部。低位探針128可使得具備在補(bǔ)充階段將被分配的AA粉末102的足夠的剩余量。當(dāng)?shù)臀惶结?28檢測(cè)到料斗111中在其位置處沒(méi)有物料時(shí)，補(bǔ)充階段開(kāi)始。如上所述，在補(bǔ)充階段，進(jìn)料可繼續(xù)。
[0060]AA固體是腐蝕性的。失重式進(jìn)料器110可由如奧氏體不銹鋼的304a抗腐蝕性材料或如304、304L、316和316L或其他能夠提供設(shè)備壽命和投資成本之間的經(jīng)濟(jì)可行性平衡的合適的抗腐蝕性的材料構(gòu)造而成。另外，抗腐蝕性材料可防止產(chǎn)品的腐蝕污染。其他抗腐蝕性材料優(yōu)選與碳鋼相比，對(duì)AA的攻擊具有更高的抵抗性。高濃度、如高于65%的HMD對(duì)碳鋼沒(méi)有腐蝕性，因此碳鋼可用于儲(chǔ)存濃的HMD，而不銹鋼可用于儲(chǔ)存較稀濃度的HMD。
[0061]雖然僅示出了一個(gè)示例性的失重式進(jìn)料器110，但其他可接受的失重式進(jìn)料器可包括 Acrison Models402/404、403、405、406 和 407 ；Merrick Model570 ；K-Tron ModelsKT20、T35、T60、T80、S60、SlOO 和 S500 ；以及 BrabenderFlexffalI? Plus 和 FlexffalI?Classic。可接受的失重式進(jìn)料器110必須能夠達(dá)到足以連續(xù)商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的進(jìn)料速率。例如，進(jìn)料速率可至少為500Kg/hr，如至少1000Kg/hr，至少5，000Kg/hr或至少10，000Kg/hro在本發(fā)明的實(shí)施方案中也可以使用更高的進(jìn)料速率。
[0062]反應(yīng)器
[0063]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包含用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包含生產(chǎn)尼龍鹽溶液的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，所述連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器包括:用于將二羧酸粉末引入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的第一入口，用于將第一二胺進(jìn)料引入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的第二入口，其中第二入口與第一入口相鄰；設(shè)置于連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的內(nèi)壁上的一個(gè)或多個(gè)擋板；延伸至連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器的中心的攪拌軸，其中攪拌軸包含至少一個(gè)上部葉輪和至少一個(gè)下部葉輪；以及包含用于在泵和樣品回路的上游引入第二二胺進(jìn)料的結(jié)合點(diǎn)的再循環(huán)回路；以及用于將尼龍鹽溶液從連續(xù)攪拌釜的再循環(huán)回路直接轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存罐的管道，其中所述管道不含任何用于引入選自由二羧酸、二胺和其結(jié)合構(gòu)成的組的其他單體的入口，從而防止將其他的單體轉(zhuǎn)移至該管道或進(jìn)入儲(chǔ)存罐，其中所述反應(yīng)器包含單個(gè)反應(yīng)器。
[0064]如圖3所示，尼龍鹽溶液在單個(gè)連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器140中制備。反應(yīng)器140產(chǎn)生足夠的湍流以產(chǎn)生均相的尼龍鹽溶液。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，“連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器”涉及一個(gè)反應(yīng)器，不包含多個(gè)反應(yīng)器。本發(fā)明能夠在單個(gè)容器內(nèi)得到均勻的尼龍鹽溶液，不需要如在傳統(tǒng)工藝中使用的多個(gè)串聯(lián)容器。適用的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器為單個(gè)容器反應(yīng)器，如非串聯(lián)的反應(yīng)器。有利的是，這能夠降低商業(yè)規(guī)模上生產(chǎn)尼龍鹽溶液的資本投入。當(dāng)與此處描述的失重式進(jìn)料器配合使用時(shí)，連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器能夠得到達(dá)到目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度的均勻尼龍鹽溶液。
[0065]從反應(yīng)器140中取出尼龍鹽溶液并直接轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存罐195。在將尼龍鹽溶液從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140取出到進(jìn)入儲(chǔ)存罐195期間，沒(méi)有后續(xù)的單體AA或HMD的引入。更具體地說(shuō)，尼龍鹽溶液通過(guò)管道144從再循環(huán)回路141中撤出，并且沒(méi)有單體加入管道144中。一方面，管道144沒(méi)有用于引入額外單體的入口，所述額外單體可包括二羧酸和/或二胺。因此，尼龍鹽溶液的PH值不需要進(jìn)一步通過(guò)向管道中引入額外的單體來(lái)調(diào)節(jié)，尤其是無(wú)需加入額外的HMD來(lái)調(diào)節(jié)。根據(jù)需要，可以將尼龍鹽溶液進(jìn)行額外的混合和過(guò)濾，但正如本文中所描述的，單體只需供給單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器。因此該公開(kāi)的工藝避免需要多個(gè)容器的序列和相繼的PH值測(cè)量和調(diào)整的步驟，其之前被認(rèn)為是維持用于制造尼龍6，6的AA和HMD之間的穩(wěn)定化學(xué)計(jì)量平衡所需的。
[0066]反應(yīng)器140具有1.5-6之間，如2-5之間的高徑比。反應(yīng)器140可由選自由哈氏合金碳、氧化鋁和如304、304L、316和316L的奧氏體不銹鋼以及其他能夠在設(shè)備壽命和投資成本之間提供經(jīng)濟(jì)可行性平衡的適宜的抗腐蝕材料構(gòu)成的組的材料構(gòu)造而成。材料的選擇可通過(guò)考慮連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中的溫度來(lái)進(jìn)行。在連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中的停留時(shí)間根據(jù)尺寸和進(jìn)料速率而改變，且其通常少于45min，如少于25min。液體在底部出口 148撤出進(jìn)入再循環(huán)回路141，而尼龍鹽溶液在管道144中撤出。
[0067]通常，適宜的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器包括至少一個(gè)用于引入AA、HMD和/或水的單體入口。所述入口指向反應(yīng)器的上部。在一些實(shí)施方案中，單體滴入液體中。在其他實(shí)施方案中，汲取管可用于在液位上供給單體?？纱嬖谟糜谝敕磻?yīng)介質(zhì)中的每一個(gè)組分的多個(gè)入口。示例性的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器如圖3中所示。如圖3所示，其有AA入口 145和HMD入口146。二胺可以以純 HMD 或包含 20-55wt.%、如 30_45wt.%的腿0 和 45_80wt.%、如 55_70wt.%的水的水溶液106的形式引入。水溶液106可通過(guò)入口 146引入，所述入口 146與二羧酸粉末139的入口 145相鄰。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，入口 146離入口 145可為0.3_lm。水溶液106有助于溶解，且可至少部分溶解供入反應(yīng)器140中的二羧酸粉末139。水可以與二胺一起引入。任選地，可以有用于單獨(dú)引入水的入口 147。水也可以通過(guò)反應(yīng)器回收塔131引入。在一些方面中，回收塔131為排氣冷凝器。
[0068]反應(yīng)器140中的液體可連續(xù)撤出且通過(guò)再循環(huán)回路141。再循環(huán)回路141可包含I個(gè)或多個(gè)泵149。再循環(huán)回路141中也可包含溫度控制裝置，如盤(pán)管、夾套或含熱交換器的裝置、溫度測(cè)定裝置和控制器。溫度控制裝置可控制再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液的溫度，從而防止尼龍鹽溶液的沸騰或槳化。當(dāng)額外的HMD、如補(bǔ)充HMD通過(guò)管線107引入時(shí)，優(yōu)選在一個(gè)或多個(gè)泵149上游的連接點(diǎn)142以及在任何pH值或鹽濃度分析儀的上游引入HMD。正如此處進(jìn)一步描述的，補(bǔ)充HMD107中可含形成尼龍鹽溶液所需HMD的1_20%，如所需HMD的1-10%。連接點(diǎn)142可為再循環(huán)回路141的進(jìn)料口。除了使液體再循環(huán)，泵149也可起到二次混合器的作用。泵可用于將補(bǔ)充HMD引入到再循環(huán)回路141以及將補(bǔ)充HMD與從反應(yīng)器中取出的液體混合。所述泵可選自由葉片泵、活塞泵、撓性件泵、凸輪泵、齒輪泵、圓周活塞泵和螺桿泵構(gòu)成的組。在一些實(shí)施方案中，泵149設(shè)置在連接點(diǎn)142處。在其他實(shí)施方案中，如所示，泵149設(shè)置在連接點(diǎn)142的下游，但位于連接點(diǎn)143之前。優(yōu)選二次混合發(fā)生在加入包含通過(guò)管線107的補(bǔ)充HMD在內(nèi)的所有HMD之后，并在任何分析或取出進(jìn)入儲(chǔ)存罐195之前。在可選的實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)混合器(未示出)可設(shè)置在泵149的下游的再循環(huán)回路141中。示例性的靜態(tài)混合器在Perry, Robert H., and Don ff.Green.Perry’s Chemical Engineers’ Handbook.7th ed.New York: McGraw-Hi 11, 1997:18_25tol8-34中有進(jìn)一步描述，其通過(guò)引用的方式引入到本文中。
[0069]在連接點(diǎn)143，尼龍鹽溶液在管道144撤出。在管路144中的停留時(shí)間可根據(jù)儲(chǔ)存罐195和過(guò)濾器190的位置而改變，通常低于600秒，如低于400秒。在一個(gè)實(shí)施方案中，閥門(mén)150用于控制尼龍鹽溶液的壓力。雖然僅示出了一個(gè)閥門(mén)，但應(yīng)該理解為在再循環(huán)回路141中可使用額外的閥門(mén)。在連接點(diǎn)143的下游沒(méi)有單體如AA或HMD引入，或沒(méi)有單體如AA或HMD加入到管道144中。此外,在正常的操作條件下沒(méi)有單體引入到儲(chǔ)存罐195中。
[0070]再循環(huán)回路141也可包括用于調(diào)節(jié)反應(yīng)器140中的液體溫度的熱交換器151。溫度可通過(guò)使用位于反應(yīng)器140或連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140出口(未示出)的溫度控制器(未示出)進(jìn)行調(diào)節(jié)。液體的溫度可利用內(nèi)部熱交換器，如盤(pán)管或夾套反應(yīng)器(未示出)進(jìn)行調(diào)節(jié)。可向熱交換器151供給維持在給定濃度的鹽的凝固點(diǎn)以上的冷卻水。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱交換器可為間接的管殼式熱交換器、螺旋形或板框式熱交換器，或用于來(lái)自反應(yīng)器140的回收熱的再沸器。反應(yīng)器140中的溫度維持在60-110°C的范圍內(nèi)，以防止?jié){液形成和結(jié)晶形成。當(dāng)水含量增加時(shí)，維持溶液所需的溫度下降。另外，反應(yīng)器140中的溫度維持在低溫以防止HMD的氧化。也可提供氮?dú)鈱右苑乐笻MD的氧化。
[0071]如圖3中所示，在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，反應(yīng)器140具有內(nèi)部盤(pán)管152，向所述內(nèi)部盤(pán)管152供入冷卻劑以調(diào)節(jié)反應(yīng)器的溫度處于60-110C的范圍內(nèi)。在另一個(gè)具體的實(shí)施方案中，反應(yīng)器140也可備有具有冷卻劑的夾套(未示出)。內(nèi)部盤(pán)管也可通過(guò)回收反應(yīng)產(chǎn)生的熱來(lái)調(diào)節(jié)溫度。
[0072]除了溫度控制器，反應(yīng)器140也可具有帶有排氣冷凝器的大氣排氣口以維持反應(yīng)器140內(nèi)的大氣壓力。壓力控制器可含有內(nèi)部和/或外部的壓力傳感器。
[0073]在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，也可具有樣品管線153，用于測(cè)量尼龍鹽的pH值和/或鹽濃度。樣品管線153可與再循環(huán)回路141存在液體交流，且優(yōu)選從中接收固定的流動(dòng)以將流動(dòng)對(duì)分析儀的影響最小化。一方面，樣品管線153可撤出少于1%、更優(yōu)選少于0.5%的位于再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液。在樣品管線153可有一個(gè)或多個(gè)分析儀154。在一些實(shí)施方案中，樣品管線153可包含過(guò)濾器(未示出)。在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，樣品管線153可包含適宜的加熱或冷卻裝置、如熱交換器以調(diào)整和控制樣品流的溫度。類(lèi)似地，樣品管線153可包含用于向樣品流中加水以調(diào)節(jié)濃度的加水管線(未示出)。如果向樣品流中加入水，則水可以為去離子水。計(jì)算通過(guò)樣品管線153提供的水以維持目標(biāo)鹽濃度，并可調(diào)整其他的水進(jìn)料。分析儀154可包含用于實(shí)時(shí)測(cè)量的在線分析儀。根據(jù)取樣的類(lèi)型，測(cè)試過(guò)的部分可通過(guò)管線155返回至反應(yīng)器140中或者排放掉。樣品管線153可通過(guò)再循環(huán)回路141返回。可選地，樣品管線153可在單獨(dú)的位置返回至反應(yīng)器140。
[0074]連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140保持至少50%滿，如至少60%滿的液位。選擇所述液位使得尼龍鹽溶液能夠浸沒(méi)CSTR的槳，從而防止尼龍鹽溶液形成泡沫。氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w可通過(guò)氣孔157引入到液位156上方空間。
[0075]連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140的內(nèi)部可提供足夠的混合以得到具有均一 pH值的尼龍鹽溶液。如圖4中所示，存在垂直延伸至反應(yīng)器140并穿過(guò)反應(yīng)器140的中心的攪拌軸159。優(yōu)選地，攪拌軸158沿反應(yīng)器140的中心線延伸，但在一些實(shí)施例中，攪拌軸158可穿過(guò)中心。在任選的實(shí)施方案中，攪拌軸可以為傾斜的。只要能過(guò)達(dá)到所需的攪拌，也可使用偏心攪拌軸。
[0076]攪拌軸158可含一個(gè)或多個(gè)葉輪159，如攪拌槳、螺旋帶、錨、螺旋式、螺旋槳和/或渦輪式。優(yōu)選軸流式葉輪用于混合AA和HMD，這是由于這類(lèi)葉輪趨向防止固體顆粒在反應(yīng)器140的底部沉降。在其他一些實(shí)施方案中，葉輪可以為平槳徑流式渦輪，其具有圍繞圓盤(pán)的數(shù)個(gè)等距的葉片。在整個(gè)攪拌軸158可含有2-10個(gè)葉輪，如2-4個(gè)葉輪。葉輪159上的葉片160可以為直式的、彎式的、凹式的、凸式的、成角度的或斜的。葉片160的數(shù)目可在2-20個(gè)、如2-10個(gè)之間變化。如果需要的話，葉片160也可具有平衡器(未示出)或刮刀(未示出)。
[0077]如圖4中所示，其顯示了三傾斜渦輪裝配161。攪拌軸158包含至少一個(gè)上部的斜葉渦輪162和至少一個(gè)下部斜葉渦輪163。在三傾斜渦輪裝配161中，優(yōu)選上部斜葉渦輪162的斜面164與下部斜葉渦輪163的斜面164’相偏離。
[0078] 也可以使用具有不同類(lèi)型的葉輪的多種攪拌軸，如螺旋攪拌軸和錨式攪拌軸。還可以使用側(cè)懸掛式攪拌軸，尤其是船用螺旋槳。
[0079]返回至圖3，攪拌軸158由外部發(fā)動(dòng)機(jī)165驅(qū)動(dòng)，其可在50_500rpm，如50_300rpm的速度混合液體。攪拌軸158在連接器167處可拆卸地安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸166上。運(yùn)動(dòng)的速度可變，但通常情況下，所述速度必須足夠維持固體顆粒的整個(gè)表面積與液相接觸，從而保證界面面積用于固-液的質(zhì)量傳遞的最大的利用度。
[0080]反應(yīng)器140也可包含一個(gè)或多個(gè)擋板168，用于混合和防止死角形成。擋板168的數(shù)目可在2-20，如2-10的范圍內(nèi)變化，且均勻分布在反應(yīng)器140的周邊。擋板168可安裝在反應(yīng)器140的內(nèi)壁上。通常使用垂直擋板，但也可使用曲面擋板。擋板168可延伸至高于反應(yīng)器140內(nèi)的液位156。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)器140包括用于通過(guò)管線135除去尾氣的排氣口和用于將可壓縮的HMD返回至反應(yīng)器140的回收塔131。水132可被供入回收塔131中，并在回收塔131的底部133被回收。水132以最小的速率供入以維持回收塔131的效率。計(jì)算水量以維持目標(biāo)鹽濃度，并可調(diào)節(jié)其它的水進(jìn)料。排出氣134可被冷凝以回收任何的水和單體尾氣，并可返回至管線133。包含氮?dú)夂涂諝獾牟荒缘臍怏w可以作為尾氣流135被除去。當(dāng)回收塔131為排氣冷凝器時(shí)，回收塔131可用于回收尾氣和去除不凝性氣體。
[0081]尼龍鹽溶液的儲(chǔ)存
[0082]如圖3所示，當(dāng)尼龍鹽溶液形成后，其被供應(yīng)入儲(chǔ)存罐195，所述尼龍鹽溶液可被保存在儲(chǔ)存罐195中直至聚合需要。在一些實(shí)施方案中，儲(chǔ)存罐195可包含再循環(huán)回路193，用以循環(huán)尼龍鹽溶液?？墒褂脙?nèi)部噴射混合器194以維持儲(chǔ)存罐195內(nèi)的循環(huán)。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，內(nèi)部噴射混合器194可設(shè)置在距離儲(chǔ)存罐195底部0.3-1.5m處，優(yōu)選
0.5-lm處。此外，在一些實(shí)施方案中，至少部分尼龍鹽溶液可返回至反應(yīng)器140中，以防止工藝管線凍結(jié)和/或在系統(tǒng)混亂或目標(biāo)PH值和/或目標(biāo)鹽溶液需要變化時(shí)調(diào)整尼龍鹽溶液。來(lái)自聚合工藝200的任何未使用的尼龍鹽溶液也可返回至儲(chǔ)存罐195。
[0083]儲(chǔ)存罐195可由選自由奧氏體不銹鋼，如304、304L、316和316L，或其他能夠在設(shè)備壽命和投資成本之間提供經(jīng)濟(jì)可行性平衡的適宜的抗腐蝕材料構(gòu)成的組的材料構(gòu)造而成。根據(jù)儲(chǔ)存罐的尺寸和待儲(chǔ)存的尼龍鹽溶液的體積，儲(chǔ)存罐195可包含一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存罐。在一些實(shí)施方案中，尼龍鹽溶液被儲(chǔ)存在至少兩個(gè)儲(chǔ)存罐，如至少3個(gè)儲(chǔ)存罐、至少4個(gè)儲(chǔ)存罐或至少5個(gè)儲(chǔ)存罐中。儲(chǔ)存罐195可被保持在高于溶液凝固點(diǎn)的溫度，如在60-110C之間。由于尼龍鹽溶液的鹽濃度為60-65wt.%，因此溫度可保持在100-110°C之間。在儲(chǔ)存罐內(nèi)可有內(nèi)部加熱器196。另外，再循環(huán)回路可含一個(gè)或多個(gè)加熱器197，用于向儲(chǔ)存罐提供熱量。例如，儲(chǔ)存罐可具有容納長(zhǎng)達(dá)5天庫(kù)存、更優(yōu)選長(zhǎng)達(dá)3天庫(kù)存的尼龍鹽溶液的容量。儲(chǔ)存罐可在氮?dú)夥罩斜３殖夯蚵晕⒏哂诔骸?br> [0084]在一些實(shí)施方案中，在進(jìn)入儲(chǔ)存罐195之前，尼龍鹽溶液可進(jìn)行過(guò)濾以去除雜質(zhì)。尼龍鹽溶液可通過(guò)至少一個(gè)過(guò)濾器190，如至少兩個(gè)過(guò)濾器或至少三個(gè)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾器190可并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置。適宜的過(guò)濾器可包括含聚丙烯、纖維素、棉花和/或玻璃纖維的薄膜過(guò)濾器。在一些實(shí)施方案中，過(guò)濾器的孔徑為1-20微米之間，如2-10微米之間。所述過(guò)濾器也可為超濾過(guò)濾器、微濾單元、納濾過(guò)濾器或活性炭過(guò)濾器。
[0085]補(bǔ)充HMD
[0086]如上文中所描述的，形成尼龍鹽溶液所用的HMD在所述工藝中的兩個(gè)位置加入不同的部分，主要HMD和補(bǔ)充HMD。為了允許使用單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器和形成均一的尼龍鹽溶液，一旦將尼龍鹽溶液從反應(yīng)器140取出進(jìn)入管道144并隨后進(jìn)入儲(chǔ)存罐165，則不加入HMD。偏離目標(biāo)參數(shù)如目標(biāo)pH值的差值的控制可以通過(guò)包含如圖5中所示的在連接點(diǎn)142處經(jīng)由管線107的補(bǔ)充HMD來(lái)進(jìn)一步精確。補(bǔ)充HMD通常是所加入的HMD的最少的部分，用作尼龍鹽溶液PH值的細(xì)微調(diào)整，這是由于跟主要HMD進(jìn)料相比，使用較小的閥門(mén)能夠更好地控制流量的細(xì)小變化。由于主要HMD的調(diào)整與pH值測(cè)定之間的延遲，次優(yōu)選采用調(diào)整主要HMD的進(jìn)料速率或流動(dòng)速率的方法來(lái)控制尼龍鹽溶液的pH值。另外，由于補(bǔ)充HMD是加入到CSTR的HMD的最少的部分，補(bǔ)充HMD使得可以更精確地調(diào)整尼龍鹽溶液的pH值，并且PH分析儀提供近瞬時(shí)的反饋。補(bǔ)充HMD在pH測(cè)定的上游加入，以減小在測(cè)量加入補(bǔ)充二胺對(duì)pH值影響方面的延遲。當(dāng)調(diào)整補(bǔ)充HMD時(shí)，也可以調(diào)整水進(jìn)料速率以控制尼龍鹽溶液中的固體濃度。如本文中所述，這種調(diào)整可用控制器設(shè)定并可用樣品管線153中的折射儀進(jìn)行監(jiān)控。
[0087]補(bǔ)充HMD107可在其進(jìn)入管道144之前與尼龍鹽溶液混合。雖然沒(méi)有理論束縛，可以認(rèn)為補(bǔ)充HMD107可與尼龍鹽溶液中任何剩下的自由AA反應(yīng)。此外，如上所述，加入補(bǔ)充HMD107可用于調(diào)整尼龍鹽溶液的pH值。
[0088]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器110到進(jìn)料管道的AA粉末，所述進(jìn)料管道將計(jì)量的AA粉末進(jìn)料139以低變率的進(jìn)料速度轉(zhuǎn)移入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中；單獨(dú)地將包含第一部分HMD104和水103的水溶液106引入到連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中形成尼龍鹽溶液；以及通過(guò)管線107將第二部分HMD，例如補(bǔ)充HMD引入到尼龍鹽溶液中?？稍谶B接點(diǎn)142將補(bǔ)充HMD107加入到再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液中。補(bǔ)充HMD107以一定的進(jìn)料速率不斷地加到再循環(huán)回路141中，所述一定的加料速率能夠使得補(bǔ)充HMD107的流量為通過(guò)閥門(mén)的中檔流量，如20-60%，40-50%,或約50%。中檔流量是指維持通過(guò)閥門(mén)的連續(xù)流量以防止失去控制。
[0089]為得到具有低變率的目標(biāo)pH值，所述工藝包括利用失重式進(jìn)料器110提供AA粉末102的不變的進(jìn)料速率，以及調(diào)整HMD和水的進(jìn)料速率以響應(yīng)工藝控制。有利的是，從連續(xù)工藝中得到高生產(chǎn)率。當(dāng)改變鹽生產(chǎn)速率時(shí)，由于AA進(jìn)料速率在離散的時(shí)間間隔內(nèi)變化，HMD進(jìn)料速率可成比例地調(diào)整。HMD的進(jìn)料速率可以通過(guò)改變主要HMD進(jìn)料的進(jìn)料速率或補(bǔ)充HMD的進(jìn)料速率來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，對(duì)于給定的鹽生產(chǎn)速率，可以調(diào)節(jié)補(bǔ)充HMD107的進(jìn)料速率，而HMD104的進(jìn)料速率或HMD水溶液進(jìn)料106的進(jìn)料速率可不變。在可選的實(shí)施方案中，如果必要的話，補(bǔ)充HMD107的進(jìn)料速率可設(shè)定為恒速，而可調(diào)節(jié)HMD104的進(jìn)料速率或HMD水溶液進(jìn)料106的進(jìn)料速率以達(dá)到目標(biāo)pH值和/或目標(biāo)鹽濃度。在其他一些的實(shí)施方案中，可調(diào)節(jié)HMD104和補(bǔ)充HMD107的進(jìn)料速率或HMD水溶液106的進(jìn)料速率以達(dá)到目標(biāo)pH值和/或鹽濃度。
[0090]補(bǔ)充HMD107可以與HMD104具有相同的HMD來(lái)源。HMD104可包含尼龍鹽溶液中總HMD的80-99%，如90-99%。補(bǔ)充HMD107可包含尼龍鹽溶液中總HMD的1_20%，如1_10%。HMD104和補(bǔ)充HMD107的比例可根據(jù)目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度來(lái)調(diào)節(jié)。正如本文中所討論的，HMD104和補(bǔ)充HMD1 07的比例可通過(guò)用于總的HMD進(jìn)料速率的模型設(shè)定。
[0091 ] HMD可以以純HMD的形式供應(yīng)，如含至少99.5wt.%HMD,如100%HMD且無(wú)水，或者以含80-99.5wt.%HMD的水溶液的形式供應(yīng)。補(bǔ)充HMD107可以以純HMD或HMD水溶液的形式進(jìn)料給尼龍鹽溶液。當(dāng)補(bǔ)充HMD107為HMD水溶液時(shí)，補(bǔ)充HMD107的水溶液可包含50_99wt.%的HMD，如至少60-95wt.%或70_90wt.%的HMD。當(dāng)該水溶液用于HMD104時(shí)，水的量可基于HMD的來(lái)源和尼龍鹽溶液的目標(biāo)鹽濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。有利的是，補(bǔ)充HMD107的HMD濃度為90-100wt.%，從而在使補(bǔ)充HMD107對(duì)鹽濃度控制的影響最小化的同時(shí)，提高其對(duì)pH值控制的影響。
[0092]補(bǔ)充HMD107在泵149和樣品管線153的上游加入到再循環(huán)回路中的尼龍鹽溶液中。加入補(bǔ)充HMD107之后，可以在樣品管線153上用分析儀154來(lái)測(cè)定再循環(huán)回路141中尼龍鹽溶液的pH值。這就使得在通過(guò)補(bǔ)充HMD107的進(jìn)料速率調(diào)節(jié)pH值與pH值測(cè)定之間有小的延遲。沒(méi)有額外的AA加入到再循環(huán)回路141中。除了補(bǔ)充HMD107外，沒(méi)有HMD加入到再循環(huán)回路141中。補(bǔ)充HMD107在pH值測(cè)定的上游加入，以允許包括補(bǔ)充HMD的pH值測(cè)定。
[0093]不同于US2010-0168375和US4233234中所示的現(xiàn)有工藝，補(bǔ)充HMD沒(méi)有在pH值測(cè)定后加入。在pH值測(cè)定后加入會(huì)造成在測(cè)定加入的HMD對(duì)pH值的影響中的大的延遲，這是由于加入的HMD在被測(cè)定前必須流過(guò)反應(yīng)器。因而，以這種方式加入HMD會(huì)低于或超過(guò)目標(biāo)pH值，這將引起這些工藝通過(guò)不斷地追逐目標(biāo)pH值而無(wú)效率地運(yùn)行。有利的是，本發(fā)明在pH值測(cè)定的上游加入補(bǔ)充HMD，從而使得補(bǔ)充HMD的影響只造成小的延遲，并避免了低于或高于目標(biāo)PH值的問(wèn)題。另外，由于閥門(mén)維持在中檔流量，本發(fā)明中不斷地加入補(bǔ)充HMD107。
[0094]工藝控制
[0095]如本文中所述，在現(xiàn)有技術(shù)工藝中的用于產(chǎn)生聚酰胺鹽溶液、如尼龍鹽溶液的連續(xù)工藝中，在尼龍鹽溶液中的目標(biāo)參數(shù)，包括PH值和鹽濃度，具有變化性。目標(biāo)參數(shù)的這種變化性可至少部分由不可預(yù)測(cè)的和波動(dòng)的AA粉末進(jìn)料速率導(dǎo)致。這種不可預(yù)測(cè)性和波動(dòng)使得工藝難以控制，這是因?yàn)檫@種工藝必須在初始反應(yīng)器的下游、在儲(chǔ)存之前不斷地監(jiān)控和調(diào)節(jié)。因而，連續(xù)運(yùn)行的單個(gè)反應(yīng)器難以有效地克服這種不可預(yù)測(cè)的和波動(dòng)的AA粉末進(jìn)料速率。傳統(tǒng)上，為了克服這種不可預(yù)測(cè)性和波動(dòng)，采用數(shù)個(gè)反應(yīng)器、混合器和多個(gè)單體進(jìn)料位置尤其是加入HMD的位置來(lái)生產(chǎn)具有目標(biāo)參數(shù)的尼龍鹽溶液。根據(jù)本發(fā)明，采用單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器去除調(diào)整數(shù)個(gè)反應(yīng)器中的尼龍鹽溶液的能力。然而，通過(guò)使用失重式進(jìn)料器降低AA粉末進(jìn)料速率的不可預(yù)測(cè)性和波動(dòng)，可得到變化低于±5%的AA粉末進(jìn)料速率，本發(fā)明能夠利用基于模型的前饋控制，結(jié)合或不結(jié)合反饋信息，以得到具有目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度的尼龍鹽溶液。
[0096]前饋控制
[0097]在生產(chǎn)尼龍鹽溶液的連續(xù)工藝開(kāi)始之間，可基于所需的尼龍鹽溶液的生產(chǎn)率設(shè)立反應(yīng)模型?；谒錾a(chǎn)率，設(shè)定AA粉末進(jìn)料速率，然后設(shè)立目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度。然后通過(guò)化學(xué)計(jì)量比計(jì)算HMD進(jìn)料速率和水進(jìn)料速率以達(dá)到目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度。HMD進(jìn)料速率包括主要HMD和補(bǔ)充HMD。水進(jìn)料速率包括供入反應(yīng)器140的所有來(lái)源的水。應(yīng)該理解的是，目標(biāo)PH值反映A A與HMD的目標(biāo)摩爾比。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，額外的特征可加入到所述模型中，包括但不限于反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力。該模型用于為進(jìn)入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的HMD和/或水的進(jìn)料速率設(shè)置前饋控制。
[0098]在一些實(shí)施方案中，通過(guò)輸入由本文中所述的失重式進(jìn)料器提供的AA粉末的進(jìn)料速率設(shè)立模型。對(duì)于一個(gè)給定的生產(chǎn)率，AA的進(jìn)料速率應(yīng)當(dāng)為常數(shù)。正如本文中所描述的，失重式進(jìn)料器可包含離散控制以產(chǎn)生具有低變率的AA粉末進(jìn)料速率。來(lái)自失重式進(jìn)料器的AA粉末進(jìn)料速率可連續(xù)地、半連續(xù)地或在離散時(shí)間間隔內(nèi)，如每5分鐘、每30分鐘或每小時(shí)提供給所述模型。在其他方面中，由于AA粉末進(jìn)料速率的低變率，一旦AA粉末進(jìn)料速率被設(shè)定，則所述模型可設(shè)定HMD的進(jìn)料速率和水的進(jìn)料速率。這些進(jìn)料速率通過(guò)所述模型設(shè)定，以得到目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度。
[0099]所述模型可以是動(dòng)態(tài)的，并可根據(jù)來(lái)自在線式或離線式分析儀的反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，如果需要改變生產(chǎn)率、pH值和鹽濃度，可對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整。所述模型可保存在控制器的存儲(chǔ)器中，如可編程邏輯控制器(PLC)控制器、分布式控制系統(tǒng)(DCS)控制器或比例-積分-微分(PID)控制器。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有反饋信號(hào)的PID控制器可用于說(shuō)明模型計(jì)算和流量測(cè)定中的誤差。
[0100]由于使用容積式給料器不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)AA粉末的進(jìn)料速率，全靠前饋控制形成偏離目標(biāo)參數(shù)低變化率的尼龍鹽溶液在之前是不現(xiàn)實(shí)的。這至少一部分是由于使用容積式給料器引起的AA粉末進(jìn)料速率的變化。由于AA粉末進(jìn)料的變率，無(wú)法建立模型用于控制AA和HMD的比值。因此，這些傳統(tǒng)工藝能夠使用反饋控制，因而需要頻繁地調(diào)整或?yàn)殚g歇工藝。然而，當(dāng)基于重量計(jì)量進(jìn)入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的AA粉末時(shí)，前饋控制就足以連續(xù)生產(chǎn)以低變化率偏離目標(biāo)參數(shù)的尼龍鹽溶液。
[0101]因而，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一個(gè)用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)制備的工藝，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率的模型，以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末以目標(biāo)進(jìn)料速率轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中；將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，其中第一進(jìn)料速率和/或第二進(jìn)料速率基于模型；以及將尼龍鹽溶液從單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中連續(xù)地取出直接送入儲(chǔ)存罐，其中取出的尼龍鹽溶液的pH值與目標(biāo)pH的偏離低于±0.04。
[0102]為了進(jìn)一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的工藝控制方案，如圖6顯示了示意圖。為了簡(jiǎn)化，圖6中沒(méi)有顯示多個(gè)泵、再循環(huán)回路和加熱器。在圖6中顯示了用于測(cè)量系統(tǒng)中的流量的許多流量計(jì)，如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、正位移流量計(jì)、電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)等。在一些實(shí)施方案中，流量計(jì)也能夠測(cè)量溫度和/或密度。流量計(jì)的輸出信號(hào)可連續(xù)地或定期地輸入到控制器113中。優(yōu)選地，在每一個(gè)流量計(jì)閥的上游均有至少一個(gè)流量計(jì)。在一些實(shí)施方案中，這些流量計(jì)和流量計(jì)閥可以是整體的，并以緊湊裝置的形式一起提供。雖然僅示出了一個(gè)控制器，在一些實(shí)施方案中，可以有多個(gè)控制器。如圖6中所示，AA粉末通過(guò)管線102供入失重式進(jìn)料器110中，以產(chǎn)生計(jì)量的AA粉末進(jìn)料139。控制器113將信號(hào)211送至旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123。信號(hào)可以為無(wú)線信號(hào)。利用模型，HMD和水的前饋進(jìn)料速率模型可儲(chǔ)存在控制器113中。如上所述，失重式進(jìn)料器110調(diào)節(jié)AA粉末的變率，從而提供低變率偏離目標(biāo)進(jìn)料速率的計(jì)量的AA粉末進(jìn)料139。例如，失重式進(jìn)料器110可以使用來(lái)自重量測(cè)量子系統(tǒng)121的反饋回路，以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)螺旋推進(jìn)器123的速率。
[0103] 控制器113發(fā)送前饋信號(hào)213給流量計(jì)閥214以調(diào)節(jié)通過(guò)管線106進(jìn)入反應(yīng)器140的水103的流量。類(lèi)似地，控制器113發(fā)送前饋信號(hào)215給流量計(jì)閥216從而調(diào)節(jié)通過(guò)管線106進(jìn)入反應(yīng)器140的HMD104的流量。這些前饋信號(hào)由模型設(shè)定以達(dá)到目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，控制器113發(fā)送前饋信號(hào)(未示出)給流量計(jì)閥(未示出)以調(diào)節(jié)進(jìn)入反應(yīng)器140的HMD水溶液106的進(jìn)料速率。由于前饋信號(hào)213和215用于進(jìn)入反應(yīng)器140的HMD和水，因此對(duì)HMD水溶液106進(jìn)行在線式或離線式測(cè)定并不是必需的。此外，存在輸送給流量計(jì)閥218的前饋信號(hào)217，以調(diào)節(jié)進(jìn)入再循環(huán)回路141的補(bǔ)充HMD107的流量。模型可以確定通過(guò)主要HMD和補(bǔ)充HMD的HMD進(jìn)料的相對(duì)量。調(diào)節(jié)前饋信號(hào)217以保證補(bǔ)充HMD的流量計(jì)閥217為中檔輸出流量。在一個(gè)實(shí)施方案中，模型可設(shè)立進(jìn)料速率，其由前饋控制信號(hào)217傳至流量計(jì)量閥218，以保證維持來(lái)自補(bǔ)充HMD107的恒定的流量，即中檔流量。
[0104]二級(jí)工藝控制
[0105]除了如圖6中所示的基于建模使用前饋控制，工藝控制可包括反饋信號(hào)作為二級(jí)工藝控制，以得到目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度。這些反饋信號(hào)可為來(lái)自用于調(diào)整HMD和水進(jìn)料，尤其是補(bǔ)充HMD和水進(jìn)料的流量計(jì)和在線分析儀154的測(cè)量值。在線分析儀154可包括pH探針、折射儀和其結(jié)合。這些PH探針和折射儀可并聯(lián)或串聯(lián)。
[0106]正如本文中所描述的，當(dāng)基于重量計(jì)量AA粉末時(shí)，AA粉末的進(jìn)料速率具有低變率。這種低變率提供了可靠的AA粉末進(jìn)料速率，提高了達(dá)到目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度的能力和基于反饋信號(hào)調(diào)節(jié)HMD和水進(jìn)料速率的能力。因此，在一個(gè)具體的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一個(gè)用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)制備的工藝，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液的模型；通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末以目標(biāo)進(jìn)料速率轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，并將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；將補(bǔ)充二胺以第三進(jìn)料速率連續(xù)地引入到單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；利用引入補(bǔ)充二胺的下游的尼龍鹽溶液的在線PH測(cè)量檢測(cè)尼龍鹽溶液的pH值的變化；根據(jù)pH值的變化調(diào)整第三進(jìn)料速率，以產(chǎn)生pH值偏離目標(biāo)pH低于±0.04的尼龍鹽溶液。
[0107]如圖7中所示，工藝?yán)迷诰€式分析儀154、如在線pH計(jì)154產(chǎn)生反饋信號(hào)，以測(cè)量再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液的pH值。為了有利于尼龍溶液的pH值的在線測(cè)量，將尼龍鹽溶液從反應(yīng)器中連續(xù)地取出，且將至少一部分尼龍鹽溶液導(dǎo)入再循環(huán)回路141和樣品管線153。再循環(huán)回路141可包括流量計(jì)(未示出)和流量計(jì)閥。在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，再循環(huán)回路141可包含壓力控制器(未示出)，以控制尼龍鹽溶液的流動(dòng)。優(yōu)選地，流經(jīng)再循環(huán)回路141的尼龍鹽溶液的流量是恒定的。樣品管線153包含用于pH值測(cè)定的裝置如pH計(jì)和/或鹽濃度測(cè)定的裝置如折射儀。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，至少一部分尼龍鹽溶液的PH值在反應(yīng)器條件下測(cè)量，不經(jīng)任何稀釋或冷卻。然后此至少一部分尼龍鹽溶液直接或通過(guò)排氣冷凝器131返回至反應(yīng)器140。當(dāng)此至少一部分尼龍鹽溶液通過(guò)排氣冷凝器131返回至反應(yīng)器時(shí)，尼龍鹽溶液可代替供入排氣冷凝器的水。樣品管線153也可包含用于在測(cè)定PH值之前冷卻尼龍鹽溶液的冷卻器(未示出)和用于在測(cè)定pH值之前測(cè)定溫度的溫度傳感器(未示出)。在一些具體的實(shí)施例中，在測(cè)量PH值之前，將尼龍鹽溶液冷卻至目標(biāo)溫度。這一目標(biāo)溫度可在比在反應(yīng)器140中存在的尼龍鹽溶液低5-10°C的目標(biāo)范圍內(nèi)。此溫度可偏離目標(biāo)溫度低于±1°C，如低于±0.5°C而變化?？梢杂袦囟葌鞲衅?未示出)，以監(jiān)控在pH測(cè)定上游的尼龍鹽溶液的溫度。
[0108]然后在線pH計(jì)154提供輸出信號(hào)226到控制器113。此輸出信號(hào)226將在線pH計(jì)測(cè)得的PH值傳遞給控制器113。在線pH計(jì)用于測(cè)定在連續(xù)工藝中尼龍鹽溶液的pH值的變化。換句話說(shuō)，由于變化的條件，在線PH計(jì)可以測(cè)量與目標(biāo)pH值可不同的pH值，但當(dāng)測(cè)量的PH值有變化時(shí)，控制器113調(diào)整單體的進(jìn)料。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，尼龍鹽溶液的pH值的變化低于±0.04，如低于±0.03或低于±0.015。由于在線pH計(jì)測(cè)量值的偏移，在線PH計(jì)用于測(cè)量pH的變率而非pH絕對(duì)值。這至少部分地歸結(jié)于可設(shè)定目標(biāo)pH值的前饋控制。如果PH值發(fā)生變化，通過(guò)使用在線pH計(jì)測(cè)量，可以檢測(cè)生產(chǎn)工藝中的變化。采用二級(jí)控制，PH值的變化可引起由信號(hào)線215和217分別送入流量計(jì)閥216和218的進(jìn)料速率中的至少一個(gè)的相應(yīng)調(diào)整。為提供靈敏的pH值調(diào)節(jié)，通過(guò)線217將信號(hào)送至閥218以調(diào)整補(bǔ)充HMD107。對(duì)補(bǔ)充HMD107所做的調(diào)整量可通過(guò)經(jīng)流量計(jì)閥216對(duì)主要HMD104所做的相應(yīng)改變來(lái)加以考慮。此調(diào)整是響應(yīng)的，一旦不顯示PH值變化，其應(yīng)該能復(fù)原成前饋控制設(shè)定的進(jìn)料速率。對(duì)補(bǔ)充HMD107的調(diào)整也可影響尼龍鹽溶液的鹽濃度。此種鹽濃度的變化可通過(guò)信號(hào)213調(diào)整通過(guò)流量計(jì)閥214的水來(lái)控制。
[0109]由于所描述的用于形成尼龍鹽溶液的工藝是連續(xù)的，在線pH計(jì)154中的pH測(cè)量值可實(shí)時(shí)(如連續(xù)地)或近實(shí)時(shí)得到。在一些實(shí)施方案中，pH值測(cè)定每60分鐘，如每45分鐘、每30分鐘、每15分鐘或每5分鐘進(jìn)行。pH計(jì)的精確度為±0.05范圍內(nèi)，如±0.02范圍內(nèi)。
[0110]除了在線pH計(jì)154，所述工藝可進(jìn)一步包含利用折射儀測(cè)量尼龍鹽溶液的鹽濃度，以及調(diào)整水進(jìn)料速率。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)供入回收塔131的水調(diào)節(jié)水的進(jìn)料速率。鹽濃度可通過(guò)向反應(yīng)器下游的尼龍鹽溶液中加入或去除水來(lái)調(diào)節(jié)。
[0111]根據(jù)基于反饋的所需的調(diào)整，模型也可以使用二級(jí)控制來(lái)調(diào)整主要HMD和水。當(dāng)pH傾向于引起補(bǔ)充HMD107的長(zhǎng)期調(diào)整時(shí)，這種控制尤為有利。
[0112]除了來(lái)自在線pH計(jì)154的反饋信息，每一流量計(jì)可給控制器113提供信息或質(zhì)量進(jìn)料速率。如圖7中所示，每一流量計(jì)閥都與流量計(jì)相連，所述流量計(jì)優(yōu)選能夠測(cè)量質(zhì)量流量。流量計(jì)214’通過(guò)管線213’給控制器113提供信息。流量計(jì)216’通過(guò)管線215’給控制器113提供反饋信息。流量計(jì)218’通過(guò)管線217’給控制器113提供反饋信息。來(lái)自流量計(jì)的信息可用于維持總的進(jìn)料速率。
[0113]利用pH探針測(cè)量尼龍鹽溶液的pH值的現(xiàn)有工藝已經(jīng)被公開(kāi)。參見(jiàn)US4233234和US2010/0168375。然而，每一項(xiàng)這些現(xiàn)有工藝均測(cè)量尼龍鹽溶液的pH值，然后加入額外的二胺和/或酸來(lái)調(diào)整pH值。額外的二胺和/或二酸的作用直至額外的二胺和/或二酸混合進(jìn)入反應(yīng)器并又從反應(yīng)器中撤出進(jìn)行測(cè)定才能夠確定。此方法導(dǎo)致“追逐”P(pán)H值，且引起可超過(guò)或低于目標(biāo)PH值的不靈敏的工藝控制。
[0114]在本發(fā)明中，如圖3、5、6、7、8和9所示，補(bǔ)充HMD107優(yōu)選在在線pH計(jì)的上游加入。因而，補(bǔ)充HMD107中的HMD與尼龍鹽溶液在反應(yīng)器再循環(huán)回路中混合，且在其被再循環(huán)通過(guò)反應(yīng)器140之前測(cè)量尼龍鹽溶液的pH值。
[0115]具有在線實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的二級(jí)工藝控制
[0116]如上所述，來(lái)自二級(jí)工藝控制的pH值測(cè)量并不必然反映目標(biāo)pH值，而是用于說(shuō)明PH值的變化。為了提高pH值測(cè)定的敏感性，二級(jí)工藝控制也可涉及在實(shí)驗(yàn)室控制下測(cè)量尼龍鹽溶液的PH值。雖然不被理論所束縛，由于在降低的濃度和溫度條件下提高了近屈服點(diǎn)處的PH值測(cè)量的敏感性，因此在實(shí)驗(yàn)室控制下測(cè)量尼龍鹽溶液的pH值提高了測(cè)量的精確度。這可使得能夠檢測(cè)到在反應(yīng)條件下可能注意不到的小的PH的變化。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，實(shí)驗(yàn)室條件是指在15-40°C，如20-35°C或在25±0.2°C的溫度下測(cè)量尼龍鹽溶液樣品。在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量的尼龍鹽溶液樣品具有8-12%，如9.5%的鹽濃度。在實(shí)驗(yàn)室條件下的PH值的測(cè)定可通過(guò)稀釋和冷卻樣品管線153內(nèi)的尼龍鹽溶液而在線進(jìn)行。
[0117]因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一個(gè)用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)制備的工藝，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液的模型；通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末以目標(biāo)進(jìn)料速率轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，并將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；將補(bǔ)充二胺以第三進(jìn)料速率連續(xù)地引入到單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；在引入補(bǔ)充二胺的下游得到尼龍鹽溶液的樣品部分；將樣品部分進(jìn)行稀釋和冷卻，以形成具有5-15%的濃度和15-40°C溫度的稀釋的尼龍鹽溶液；利用引入補(bǔ)充二胺下游的尼龍鹽溶液的在線PH測(cè)量值監(jiān)測(cè)稀釋的尼龍鹽溶液的pH值的變化；根據(jù)PH值的變化調(diào)整第三進(jìn)料速率，以生產(chǎn)pH值偏離目標(biāo)pH值低于±0.04的尼龍鹽溶液。
[0118]如圖9中所示，為了有利于在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)尼龍鹽溶液的pH值進(jìn)行在線測(cè)試，將尼龍鹽溶液從反應(yīng)器中連續(xù)地撤出，且將至少一部分尼龍鹽溶液、如少于1%導(dǎo)入再循環(huán)回路141和樣品管線153。樣品管線153包含用于在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量pH值的裝置。樣品管線153也可包含冷卻器(未示出)，以冷卻尼龍鹽溶液。在其他的實(shí)施例中，該冷卻器可省略。樣品管線153中的尼龍鹽溶液的溫度和濃度可通過(guò)經(jīng)管線220加入水來(lái)調(diào)節(jié)。該水是被模型計(jì)算的總的水進(jìn)料速率的一小部分。該水是在足以達(dá)到用于pH值測(cè)定的稀釋的尼龍鹽溶液樣品所需的溫度和濃度的加入量和溫度條件下加入。所述工藝中也可包含對(duì)稀釋的樣品的進(jìn)一步冷卻。至少一部分尼龍鹽溶液的PH值在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行測(cè)定，且然后此至少一部分尼龍鹽溶液如本文所述返回至反應(yīng)器140。然后在線pH計(jì)將輸出信號(hào)226提供給控制器113。
[0119]如上文所述，在線pH計(jì)154用于測(cè)量尼龍鹽溶液的pH值的變率。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，尼龍鹽溶液的pH值的變化低于±0.04，如低于±0.03，或低于±0.015。類(lèi)似于反應(yīng)條件下的PH值測(cè)量，由于在線pH計(jì)測(cè)量值的偏移，在實(shí)驗(yàn)室條件下的在線pH計(jì)被用于測(cè)量PH的變化而不是目標(biāo)pH值。這至少部分是由于能夠設(shè)定目標(biāo)pH值的前饋控制。如果PH值變化，則通過(guò)利用在線pH計(jì)進(jìn)行測(cè)量，可檢測(cè)到生產(chǎn)工藝的變化。類(lèi)似于二級(jí)工藝控制，可以通過(guò)向管線215和217發(fā)送信號(hào)至流量計(jì)閥216和218來(lái)對(duì)進(jìn)料速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些調(diào)節(jié)也可影響尼龍鹽溶液的鹽濃度。此種鹽濃度的變化可通過(guò)信號(hào)213控制通過(guò)流量計(jì)閥214的水來(lái)進(jìn)行控制。
[0120]由于所描述的用于形成尼龍鹽溶液的工藝是連續(xù)的，在線pH計(jì)154中的pH值測(cè)量結(jié)果可實(shí)時(shí)地(如連續(xù)地)或近實(shí)時(shí)地獲得。在一些實(shí)施方案中，PH的測(cè)量可每60分鐘，如每45分鐘、每30分鐘、每15分鐘或每5分鐘進(jìn)行。pH值的測(cè)量方法的精確度為±0.05，如 ±0.03 或 ±0.01。
[0121]三級(jí)工藝控制
[0122]雖然如圖6、7和9中所示采用前饋控制和反饋信號(hào)可有助于降低尼龍鹽溶液參數(shù)的變率，但可采用進(jìn)一步的分析、尤其是實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的離線式PH值分析來(lái)檢測(cè)尼龍鹽溶液的均一性。這些在實(shí)驗(yàn)室條件下的離線工藝控制，簡(jiǎn)稱(chēng)為三級(jí)工藝控制，可包括PH值測(cè)量和/或鹽濃度的測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，尼龍鹽溶液的PH值可在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行離線式測(cè)定，以確定是否達(dá)到目標(biāo)PH值。離線式pH值測(cè)量也可檢測(cè)到任何的設(shè)備問(wèn)題或可調(diào)整的偏差。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在實(shí)驗(yàn)室條件離線測(cè)得的尼龍鹽溶液的PH值也可用于調(diào)整連接于流量計(jì)閥216和218的信號(hào)管線215和217。在實(shí)驗(yàn)室條件下的離線式pH值的測(cè)量能夠測(cè)定pH值±0.01。
[0123]因而，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一個(gè)用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)制備的工藝，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液的模型；通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末以目標(biāo)進(jìn)料速率轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中，并將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；以第三進(jìn)料速率將補(bǔ)充二胺連續(xù)地引入到單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；從在引入補(bǔ)充二胺的下游的尼龍鹽溶液中移出樣品，用于在15-400C的水溶液中進(jìn)行尼龍鹽溶液的離線式pH值測(cè)量；確定在線式pH值測(cè)量與離線式PH值測(cè)量的偏差；利用位于補(bǔ)充二胺引入下游的尼龍鹽溶液的有偏差的在線pH值測(cè)量來(lái)檢測(cè)尼龍鹽溶液的pH值的變化；以及根據(jù)pH值的變化調(diào)整第三進(jìn)料速率，以產(chǎn)生pH值偏離目標(biāo)PH值低于±0.04的尼龍鹽溶液。
[0124]如圖8中所示，樣品管線153中的尼龍鹽溶液的至少一部分被導(dǎo)向至通過(guò)在線pH計(jì)154，在其中獲得pH值測(cè)量結(jié)果，且輸出信號(hào)226被導(dǎo)向至控制器113。樣品管線153也可包含冷卻器(未示出)，以便在流經(jīng)PH計(jì)154之前冷卻尼龍鹽溶液。樣品管線153中的尼龍鹽溶液的至少一部分可通過(guò)管線221移出，并用實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)222進(jìn)行測(cè)量。水通過(guò)管線220加入管線221中以將樣品稀釋至特定的濃度，然后其再被冷卻至目標(biāo)溫度，如15-40°C之間或近25°C。在一個(gè)實(shí)施方案中，冷卻水可用于稀釋和冷卻樣品。管線221中的尼龍鹽溶液的PH值被測(cè)量，且輸出信號(hào)226被送至控制器113。然后在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試的尼龍鹽溶液部分可與返回管線155的經(jīng)測(cè)試的樣品相結(jié)合，然后通過(guò)管線224返回至反應(yīng)器140。在一些實(shí)施方案中，在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試的尼龍鹽溶液部分可通過(guò)管線223從工藝100的外部排放掉。
[0125]為達(dá)到實(shí)驗(yàn)室條件溫度和濃度，從再循環(huán)回路移出的尼龍鹽溶液樣品可使用經(jīng)管線220加入的水進(jìn)行稀釋和冷卻。也可使用恒溫池來(lái)冷卻稀釋的尼龍鹽溶液樣品。樣品可根據(jù)需要撤出，例如每4-6小時(shí)，每天或每星期。在系統(tǒng)混亂時(shí)，樣品可更頻繁地，如每小時(shí)地被取出。通常，離線式PH分析儀可用于說(shuō)明在線分析儀的設(shè)備偏差。例如，如果目標(biāo)pH值為7.500，在線pH分析儀可測(cè)得7.400而離線分析儀可測(cè)7.500，這就表明在線pH分析儀的設(shè)備偏差。在一個(gè)實(shí)施例中，每當(dāng)進(jìn)行離線測(cè)量時(shí)，指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均數(shù)可用于自動(dòng)地偏離在線分析儀。在一些實(shí)施例中，離線分析儀的輸出可用于校正在線分析儀的任何偏差或偏移。在其他實(shí)施例中，雖然在線分析儀沒(méi)有被校正，但可利用離線分析儀監(jiān)控偏移或偏差。在這方面，依靠在線分析儀確定PH值的變化，如位于預(yù)設(shè)的可接受的變率之外。
[0126]在其他實(shí)施方案中，可用離線分析儀測(cè)量尼龍鹽溶液的目標(biāo)鹽濃度。離線的鹽濃度測(cè)量結(jié)果也可檢測(cè)任何的設(shè)備問(wèn)題或可調(diào)節(jié)的偏差。當(dāng)使用多個(gè)折射儀時(shí)，每個(gè)折射儀可獨(dú)立地偏置。
[0127]尼龍聚合
[0128]此處所述的尼龍鹽溶液可被引導(dǎo)至聚合工藝200中，以形成聚酰胺，尤其是尼龍6，6。尼龍鹽溶液可直接由連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140送至聚合工藝200，或先儲(chǔ)存在儲(chǔ)存罐195中，然后送至聚合工藝200，如圖10中所示。
[0129]本發(fā)明的尼龍鹽溶液具有均一的pH值，其能夠提高聚酰胺聚合工藝的性能。具有均一 PH值的尼龍鹽溶液為生產(chǎn)不同的聚酰胺產(chǎn)品提供了可靠的起始原料。這就大大提高了聚合產(chǎn)品的可靠性。通常，聚合工藝包括從尼龍鹽溶液中蒸發(fā)水以濃縮尼龍鹽溶液，以及使?jié)饪s的尼龍鹽通過(guò)縮聚進(jìn)行聚合以形成聚酰胺產(chǎn)品。所述工藝可使用一個(gè)或多個(gè)蒸發(fā)器202。水的蒸發(fā)可在真空或加壓下進(jìn)行，以去除尼龍鹽溶液中的水的至少75%，更優(yōu)選尼龍鹽溶液中的水的至少95%。濃縮的尼龍鹽203可包含0-20wt.%的水?？s聚可在間歇工藝或連續(xù)工藝中進(jìn)行。根據(jù)所需的最終聚合物產(chǎn)品，可向聚合反應(yīng)器204中加入額外的AA和/或HMD。在一些實(shí)施方案中，可將添加劑與聚酰胺產(chǎn)品結(jié)合。
[0130]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，適宜的聚酰胺產(chǎn)品可在酰胺基團(tuán)之間的至少85%碳鏈?zhǔn)侵咀濉?br> [0131 ] 當(dāng)尼龍鹽溶液由儲(chǔ)存罐195轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)器202時(shí)，其溫度被維持在其熔點(diǎn)以上。這可以避免阻塞管線。在一些實(shí)施方案中，從蒸發(fā)器202得到的蒸汽可用于維持溫度。在其他實(shí)施方案中，也可使用加熱的冷卻水。
[0132]聚合可在單級(jí)反應(yīng)器或多級(jí)縮聚反應(yīng)器204中進(jìn)行。額外的單體，AA或HMD，但優(yōu)選HMD可通過(guò)管線205加入，以生產(chǎn)不同的尼龍產(chǎn)品208。反應(yīng)器204可包含用于混合尼龍鹽的攪拌器。反應(yīng)器204可備有夾套，利用熱交換介質(zhì)來(lái)調(diào)整溫度。反應(yīng)器204中的縮聚反應(yīng)可在惰性氣氛中進(jìn)行，可向反應(yīng)器204中加入氮?dú)?。根?jù)起始的二羧酸和二胺，聚合溫度可以變化，但通常高于尼龍鹽的熔融溫度，更優(yōu)選高于熔融溫度至少10°C。例如，包含六亞甲基二胺己二酸鹽的尼龍鹽的熔融溫度為165-190°C。因此，縮聚反應(yīng)可在165-350°C，如190-300°C的反應(yīng)器溫度下進(jìn)行。縮聚反應(yīng)可在大氣壓力或加壓氣氛下進(jìn)行。尼龍產(chǎn)品208可以自由流動(dòng)的固體產(chǎn)品的形式從反應(yīng)器中取出。
[0133]在縮聚反應(yīng)中產(chǎn)生的水可以以蒸汽流的方式通過(guò)反應(yīng)器通風(fēng)管線209除去。蒸汽流可被冷凝，且與水一起逃逸的氣相單體、如二胺可被返回至反應(yīng)器。
[0134]也可以進(jìn)行后續(xù)的加工，如擠出、紡絲、拉伸或拉伸變形，以生產(chǎn)聚酰胺產(chǎn)品。聚酰胺產(chǎn)品可以選自由尼龍4，6、尼龍6，6、尼龍6，9、尼龍6，10、尼龍6，12、尼龍11和尼龍12構(gòu)成的組。此外，聚酰胺產(chǎn)品可為共聚物，如尼龍6/6，6。
[0135]下列非限定性的實(shí)施例描述了本發(fā)明的工藝。 實(shí)施例
[0136]實(shí)施例1
[0137]采用機(jī)械輸送系統(tǒng)(即螺桿/牽引鏈)或氣動(dòng)輸送系統(tǒng)(即加壓空氣、真空空氣或閉環(huán)氮?dú)?通過(guò)集裝袋卸料、內(nèi)襯集裝袋卸料、內(nèi)襯箱容器卸料或料斗軌道車(chē)卸料站將AA粉末從卸料系統(tǒng)移至供應(yīng)容器。
[0138]供給容器將所需的AA粉末移入失重式(L-1-W)給料器，其采用PLC基于所選擇L-1-W料斗的低位和高位進(jìn)行調(diào)節(jié)。供應(yīng)容器通過(guò)螺桿傳送裝置或回轉(zhuǎn)式進(jìn)料器以足夠的加載速率計(jì)量AA粉末，所述足夠的加載速率使得在最大間隔等于，并優(yōu)選小于從高位到低位L-1-W倉(cāng)的最小L-1-W卸料時(shí)間的二分之一填充L-1-W給料器料斗，以便于在至少67%的時(shí)間時(shí)收到L-1-W給料器進(jìn)料速率的反饋信號(hào)。
[0139]L-1-W進(jìn)料系統(tǒng)調(diào)整L-1-W進(jìn)料螺桿的速率，如L_I_W進(jìn)料斗測(cè)壓?jiǎn)卧鶛z測(cè)到的，以將進(jìn)料速率維持在從分散控制系統(tǒng)(DCS)收到的進(jìn)料速率目標(biāo)。
[0140]如圖11所示，通過(guò)失重式進(jìn)料器的己二酸的進(jìn)料速率變率，在48h的連續(xù)進(jìn)料周期內(nèi)具有低于±5%的進(jìn)料速率變率。如圖12所示，在40h的周期內(nèi)，進(jìn)料速率的變率可低于±3%。如圖13所示，在18h的周期內(nèi)，進(jìn)料速率的變率可低于±1%。通過(guò)消除由于使用容積式給料器而引起的己二酸進(jìn)料速率的擾動(dòng)，使用用于己二酸的失重式進(jìn)料器可得到改善的進(jìn)料速率變率性能。
[0141]實(shí)施例2
[0142]為根據(jù)連續(xù)工藝生產(chǎn)尼龍鹽溶液建立模型。所述尼龍鹽溶液包括水和六亞甲基二胺己二酸鹽。設(shè)置所述模型，以達(dá)到尼龍鹽溶液中63%的鹽濃度和得到7.500的目標(biāo)pH值。基于所需的尼龍鹽溶液的生產(chǎn)確定AA的進(jìn)料速率?；谒_(dá)到的鹽濃度和pH值，可以確定HMD和水的進(jìn)料速率。己二酸以如實(shí)施例1所述的低變率從粉末卸料系統(tǒng)移至失重式進(jìn)料器。
[0143]來(lái)自失重式進(jìn)料器的AA粉末通過(guò)落料槽直接供給連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，所述落料槽為氮?dú)庖?0-30nm3/h的速率噴射以連續(xù)地清掃放料機(jī)和反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的蒸氣斜槽。
[0144]利用基于來(lái)自鹽反應(yīng)器連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的鹽進(jìn)料速率和鹽儲(chǔ)存的目標(biāo)庫(kù)存量的DCS模型，確定失重式己二酸進(jìn)料速度的DCS設(shè)置點(diǎn)。所述鹽的進(jìn)料速率可通過(guò)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量，并且其可基于庫(kù)存模型而非直接使用己二酸進(jìn)料速率在可設(shè)定間隔調(diào)整到目標(biāo)值。典型地，己二酸進(jìn)料速率可直接與反饋給DCS的失重式進(jìn)料器的進(jìn)料速率一起使用。
[0145]濃度為98%的HMD溶液從壓力控制的HMD儲(chǔ)存再循環(huán)總管供給在線的靜態(tài)混合器。利用給DCS提供輸入的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量，DCS利用前饋比例控制回路調(diào)整進(jìn)入靜態(tài)混合器的HMD進(jìn)料流的進(jìn)料速率，從而精確地控制基于AA粉末進(jìn)料速率加入到連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中的HMD。此主要的HMD進(jìn)料占工藝所需HMD進(jìn)料的約95%。
[0146]通過(guò)用于補(bǔ)充HMD閥輸出控制的反饋回路來(lái)調(diào)整DCS HMD比例流動(dòng)控制器的設(shè)定點(diǎn)，以維持補(bǔ)充HMD閥的輸出為中檔，從而保證所述閥連續(xù)地位于可控范圍內(nèi)。
[0147]去離子水從壓力控制去離子水供應(yīng)總管供給在線靜態(tài)混合器。利用給DCS提供輸入的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量，DCS利用前饋比例控制回路調(diào)整供入靜態(tài)混合器的去離子水進(jìn)料流體流動(dòng)速率，以精確地控制連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中AA和HMD的水濃度。去離子水的進(jìn)料速率在DCS中設(shè)定，以使得去離子水以所需的注入速率進(jìn)入反應(yīng)器的排氣冷凝器。
[0148] 在線靜態(tài)混合器產(chǎn)品流直接進(jìn)入位于己二酸進(jìn)料槽0.3-1.0米處的CSTR的頂部，此特定的位置有利于幫助進(jìn)入的己二酸進(jìn)料的溶解。
[0149]利用位于由反應(yīng)器的再循環(huán)泵提供的過(guò)濾后的、溫度和流動(dòng)控制的樣品再循環(huán)回路中的冗余的pH計(jì)連續(xù)地測(cè)量pH值。利用DCS選定的不斷比較的一對(duì)在線pH值測(cè)量結(jié)果的pH值輸入，DCS調(diào)整補(bǔ)充HMD的進(jìn)料速率以維持pH值在DCS中的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。補(bǔ)充HMD進(jìn)料約為工藝中總HMD進(jìn)料的5%。
[0150]利用反應(yīng)器下游的離散的間隔內(nèi)進(jìn)行的，且條件為9.5%的濃度和25°C從而達(dá)到作為PH值的函數(shù)的酸/胺平衡的最大敏感度的樣品pH值分析，或通過(guò)來(lái)自不斷地稀釋/調(diào)整反應(yīng)器的產(chǎn)品或來(lái)自后續(xù)儲(chǔ)存容器(如果優(yōu)選的話)的產(chǎn)品到9.5%的濃度和25°C的在線分析儀的PH值的連續(xù)輸入，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)算法調(diào)整pH值控制器的設(shè)置點(diǎn)。
[0151]將補(bǔ)充HMD注入到主反應(yīng)器的再循環(huán)回路的泵吸中，以達(dá)到對(duì)pH計(jì)的最快響應(yīng)時(shí)間，以及保證在最短時(shí)間內(nèi)將反應(yīng)器產(chǎn)品調(diào)整到目標(biāo)。泵用于將HMD和反應(yīng)器鹽產(chǎn)品混合，以便于保證PH計(jì)和濃度計(jì)在分別測(cè)量時(shí)均為均相溶液。
[0152]CSTR包含反應(yīng)器槽和再循環(huán)回路。再循環(huán)回路包括將一部分尼龍鹽溶液循環(huán)至反應(yīng)器的第一回路和將一部分尼龍鹽溶液導(dǎo)向值PH計(jì)，然后返回至反應(yīng)器的樣品管線。樣品管線可包含冷卻器，以將尼龍鹽溶液從其流出反應(yīng)器時(shí)的溫度冷卻約5-10°C。連續(xù)地測(cè)量冷卻的尼龍鹽溶液的PH值。冷卻后的尼龍鹽溶液返回至反應(yīng)器。將pH值的測(cè)量結(jié)果反饋給工藝控制計(jì)算器，并調(diào)整模型。所述模型對(duì)HMD的進(jìn)料速率進(jìn)行調(diào)整。
[0153]將一部分尼龍鹽溶液離線，然后將此部分尼龍鹽溶液在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量pH值。為了在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量的尼龍鹽溶液，將尼龍鹽溶液用水稀釋至濃度約為9.5%。通過(guò)恒溫池將稀釋的尼龍鹽溶液冷卻至約25°C。在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量尼龍鹽溶液的pH值，并與目標(biāo)pH值和在線pH值測(cè)量結(jié)果比較。然后調(diào)整模型以提供能夠保證與目標(biāo)pH值相比的低變率的HMD的進(jìn)料速率。
[0154]利用通過(guò)反應(yīng)器的再循環(huán)泵提供的同樣過(guò)濾的、溫度和流動(dòng)可控的樣品再循環(huán)回路中的冗余的折射儀連續(xù)地測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)的濃度。利用DCS選定的不斷比較的一對(duì)在線濃度測(cè)量結(jié)果的濃度輸入，DCS通過(guò)反饋回路調(diào)整DCS去離子水比率流量控制器的設(shè)置點(diǎn)以維持濃度在DCS中的目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)。
[0155]通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)的水位控制將反應(yīng)器產(chǎn)品連續(xù)地送入到鹽儲(chǔ)存處。此傳送包括至少一組平行設(shè)置的濾芯式過(guò)濾器，其為在流向儲(chǔ)存處的最大瞬時(shí)鹽溶液轉(zhuǎn)移速率時(shí)有最大為
34.5kPa (5磅/平方英寸)初始清潔壓力降而設(shè)計(jì)。當(dāng)使用合成纖維深度濾芯或折疊膜濾芯時(shí)，濾芯排除效率具有最小為10 μ m的絕對(duì)標(biāo)稱(chēng)值，或當(dāng)使用纏繞棉纖維濾芯時(shí)，具有最小為Iym的額定值。過(guò)濾器的選擇基于具有用于最小為110°c的操作溫度的額定值的濾芯。
[0156]尼龍鹽溶液不斷地再循環(huán)通過(guò)鹽儲(chǔ)存罐，優(yōu)選使用設(shè)置于離罐底0.5-1米的罐混合噴射器，用于罐濃度的最快轉(zhuǎn)變以使混合效率最大化。
[0157]對(duì)于63%的鹽濃度，鹽儲(chǔ)存罐的溫度通過(guò)調(diào)整流過(guò)再循環(huán)管線熱交換器的蒸汽流動(dòng)速率而控制在100-105°C。儲(chǔ)存罐內(nèi)的尼龍鹽溶液具有7.500±0.0135的均一 pH值。
[0158]實(shí)施例3
[0159]如實(shí)施例2中制備尼龍鹽溶液，不同之處在于在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行在線pH測(cè)定:在約25 °C下，濃度約9.5%。
[0160]對(duì)比例A
[0161]效仿如實(shí)施例2中的模型和工藝，不同之處在于使用容積式給料器而非失重式進(jìn)料器。由于AA粉末進(jìn)料的變化非常大，模型是不切實(shí)際的。尼龍鹽溶液的pH值偏離目標(biāo)PH值的變化大于0.120。因而，尼龍鹽溶液具有變化的結(jié)晶溫度和沸點(diǎn)溫度。因此，pH值的可控性差引起明顯較高的凝固點(diǎn)，從而需要更高的加工溫度以預(yù)防結(jié)晶的危險(xiǎn)。由于變化的沸點(diǎn)，這種差的控制性也引起尼龍鹽溶液沸騰，因此減少尼龍鹽溶液的產(chǎn)量。
[0162]對(duì)比例B
[0163]效仿如如實(shí)施例2中的模型和工藝，不用之處在于使用第二個(gè)CSTR。尼龍鹽溶液從第一個(gè)CSTR中取出，并供入第二個(gè)CSTR。在第一個(gè)CSTR和第二個(gè)CSTR之間測(cè)量尼龍鹽溶液的PH值。根據(jù)pH值和目標(biāo)pH值，將額外的HMA和/或水加入到第二個(gè)CSTR中。從第二個(gè)CSTR中轉(zhuǎn)移出尼龍鹽溶液，并測(cè)量其pH值。pH值偏離目標(biāo)pH值變化0.120個(gè)pH值單元。需要額外的CSTR以進(jìn)一步調(diào)節(jié)該尼龍鹽溶液的pH值，從而導(dǎo)致投資成本和運(yùn)行成本的增加。
[0164]雖然對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，但在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的修訂對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。上述討論到的所有的出版物和文獻(xiàn)通過(guò)引用的方式引入到本文中。此外，應(yīng)該理解到，所記載的本發(fā)明的方面與多個(gè)實(shí)施方案和多個(gè)特征可以整體地或部分地進(jìn)行結(jié)合或互換。在前述的多個(gè)實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識(shí)到，提及其他實(shí)施方案的這些實(shí)施方案可以與其他實(shí)施方案適當(dāng)結(jié)合。進(jìn)一步地，本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到前述的說(shuō)明通過(guò)實(shí)施方案僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種控制尼龍鹽溶液連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括: a)通過(guò)基于重量計(jì)量從失重式進(jìn)料器到進(jìn)料管道的二羧酸粉末而控制二羧酸粉末進(jìn)料速率的變率，所述進(jìn)料管道將二羧酸粉末轉(zhuǎn)移入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；將二胺和水分別以第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液； b)將補(bǔ)充二胺進(jìn)料以第三進(jìn)料速率連續(xù)地引入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中； c)利用在補(bǔ)充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液的在線pH測(cè)量檢測(cè)尼龍鹽溶液的pH值的變化；和 d)調(diào)整第三進(jìn)料速率來(lái)響應(yīng)pH值的變化，以生產(chǎn)pH值偏離目標(biāo)pH值低于±0.04而變化的尼龍鹽溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進(jìn)料速率以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液的模型；其中第一進(jìn)料速率和第二進(jìn)料速率基于所述模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，第三進(jìn)料速率基于所述模型。
4.根據(jù)權(quán)利要 求2所述的方法，其中，二羧酸粉末的進(jìn)料速率在偏離目標(biāo)進(jìn)料速率低于土 5%的范圍內(nèi)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整第一進(jìn)料速率以響應(yīng)PH值的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整第一進(jìn)料速率以響應(yīng)第三進(jìn)料速率的調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以第一進(jìn)料速率引入的二胺可包含供入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的總二胺的80~99%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以第三進(jìn)料速率引入的二胺包含供入單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的總二胺的I~20%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在線pH值測(cè)量連續(xù)得到尼龍鹽溶液的pH值測(cè)量結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述目標(biāo)pH值選自7.200~7.900。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，尼龍鹽溶液的PH值在偏離目標(biāo)pH值低于±0.03的范圍內(nèi)變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步生產(chǎn)具有選自50~65wt.%的目標(biāo)鹽濃度的尼龍鹽溶液，其包括以下步驟: e)通過(guò)位于補(bǔ)充二胺引入下游的一個(gè)或多個(gè)折射儀測(cè)量再循環(huán)回路中尼龍鹽溶液的鹽濃度；和 f)基于目標(biāo)鹽濃度，調(diào)整第二進(jìn)料速率以控制尼龍鹽溶液的鹽濃度，其中尼龍鹽溶液的濃度在偏離目標(biāo)鹽濃度低于±0.5%的范圍內(nèi)變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述單個(gè)連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器被維持在60~110°C的溫度，并可在惰性氣氛下被維持在常壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述二羧酸為己二酸，所述二胺為六亞甲基二胺，其中所述尼龍鹽溶液包含六亞甲基二胺己二酸鹽。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，將所述六亞甲基二胺己二酸鹽聚合形成尼龍.6，6ο
【文檔編號(hào)】C08G69/26GK104130136SQ201410143785
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月1日
【發(fā)明者】羅伯特·J·韋爾奇, 利恩·曼斯特, 保羅·諾米科斯, 康納利斯·M·馮克 申請(qǐng)人:英威達(dá)科技公司