專利名稱：采用流體控制的結(jié)晶器溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般性涉及使聚合物粒料結(jié)晶的方法和系統(tǒng)，更具體地說涉 及使聚酯粒料結(jié)晶的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱塑性樹脂用于許多的工業(yè)應(yīng)用。聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯
(PET)、聚萘二曱酸乙二醇酯(PEN)和類似的聚合物和共聚物，尤其，具 有變成大宗商品，它們的制造方法是大家所熟知和成熟的。聚酯的應(yīng)用 包括食品、飲料和其它液體容器以及合成纖維。幾種聚酯如PET能夠以 無定形和半結(jié)晶形式存在。無定形的PET是透明的，而結(jié)晶PET是不 透明的。
在常規(guī)的PET方法中，PET是通過在反應(yīng)容器中對苯二曱酸和乙二 醇的酯化形成預(yù)聚合混合物來形成的。該酯化不必是催化的。該預(yù)聚合 糊料隨后被加熱以促進(jìn)聚合反應(yīng)。所得混合物然后在合適催化劑存在下 在升高的溫度例如285。C下進(jìn)行熔融縮聚。Sn、 Sb、 Ge、 Ti或其它元素 的化合物已經(jīng)用作縮聚催化劑。聚合物直接從縮聚反應(yīng)器中擠出成線 料。熱的、擠出條與冷水接觸，然后被切成粒料，干燥，并在料倉中貯 存，然后進(jìn)行結(jié)晶。
其中在制粒之前線料被拉伸的制粒方法已公開在美國專利No. 5,310,515中。 一般看法表明，粒料的至少表面必須被冷卻至20°C-30°C 以避免在貯存過程中的熔結(jié)。在貯存過程中，來自粒料的較熱內(nèi)部的熱 量凈皮分布在整個(gè)粒料中。因此，溫?zé)岬牧Ａ希?，外部明顯高于20°C-30°C 的粒料，會在溫度平衡之后的貯存過程中發(fā)生團(tuán)聚。除了由與水接觸所 引起的溫度的下降，該粒料能夠進(jìn)一步用冷的空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w冷 卻至所需溫度。該粒料^1貯存，然后再加熱到所需的結(jié)晶溫度。加熱、 冷卻和再加熱的這些步驟會在已是耗能多的方法中導(dǎo)致明顯的能量負(fù)
擔(dān)。熱的粒料的結(jié)晶能夠在結(jié)晶用振蕩器或流化床中完成。固體固定化 (statmg)用來同時(shí)提高特性粘度和除去乙醛。
參考

圖1A、 1B和1C,提供了 PET生產(chǎn)裝置的圖解。PET處理裝置10包括混合罐12,在其中對苯二甲酸("TPA")和乙二醇("EG")被混合 形成預(yù)聚合糊料。該預(yù)聚合糊料被轉(zhuǎn)移到酯化反應(yīng)器14中并在其中加 熱，形成酯化的單體。在酯化反應(yīng)器14內(nèi)的壓力經(jīng)過調(diào)節(jié)來控制乙二 醇的沸點(diǎn)并幫助產(chǎn)物移動至酯化反應(yīng)器16。來自酯化反應(yīng)器14的單體 在酯化反應(yīng)器16中進(jìn)行附加的加熱，但這一次是在比酯化反應(yīng)器14中 更低的壓力下。接著，來自酯化反應(yīng)器16的單體被引入預(yù)聚物反應(yīng)器 18中。該單體在預(yù)聚物反應(yīng)器18內(nèi)時(shí)在真空下加熱，形成預(yù)聚物。預(yù) 聚物的比濃對數(shù)粘度在預(yù)聚物反應(yīng)器18內(nèi)開始提高。在預(yù)聚物反應(yīng)器 18中形成的預(yù)聚物順序地被引入到縮聚反應(yīng)器20中和然后引入到縮聚 反應(yīng)器22。在比預(yù)聚物反應(yīng)器18中更大的真空度下，該預(yù)聚物在縮聚 反應(yīng)器20、 22中的每一個(gè)中被加熱，從而使聚合物鏈長度和比濃對數(shù) 粘度得到提高。在最終縮聚反應(yīng)器之后，PET聚合物通過泵24在壓力 下移動通過過濾器26、 28和通過口才莫30、 32、 34,形成PET線料36、 38、 40(參見圖1B)。
參考圖1B,舉例說明形成聚酯粒料的方法。擠出的聚合物線料36、 38、 40當(dāng)線料從口才莫30、 32、 34中出來時(shí),皮噴射到線料上的水流42、 44、 46冷卻。在從口模30、 32、 34中出來之后，在線料趁熱時(shí)，線料 36、 38、 40被切刀54、 56、 58切成粒料48、 50、 52。以這一方式形成 的聚酯粒料傾向于具有圓柱形狀，但是能夠改變成立方體形、八字形或 其它形狀。在該方法的這一點(diǎn)上，聚酯粒料通常是無定形的。聚酯粒料 典型地在運(yùn)輸?shù)较M(fèi)者之前進(jìn)行結(jié)晶。該結(jié)晶允許在更高的溫度下的后 續(xù)干燥，因此聚酯可以根據(jù)需要被擠出。聚酯粒料的結(jié)晶典型地通過將 粒料再加熱到高于結(jié)晶溫度的溫度來實(shí)現(xiàn)。隨著該粒料結(jié)晶，由于結(jié)晶
的所產(chǎn)生熱量，引來了附加熱量。這一附加熱量傾向于使得粒料變?nèi)彳?并彼此粘附。因此，將該粒料加以攪動以避免它們由于4欠化而粘附在一 起。在結(jié)晶后，該粒料一般通過讓惰性氣體通過熱的粒料周圍來進(jìn)行固 體固定化以提高比濃對數(shù)粘度。
參考圖1C，提供了備選的粒料形成方法的示意圖。在這一變型中， 從口模66、 68、 70出來的線料60、 62、 64在水面下一皮才莫面切刀80、 82、 84切成粒料72、 74、 76。在這變型中，擠出的聚酯線料在離開口模66、 68、 70之后在水面之下完全地浸沒和被切斷。以這一方式形成的粒料 72、 74、 76傾向于具有球形，歸因于當(dāng)在水中出現(xiàn)時(shí)該熔化聚酯的表面張力。最初，在切斷后，粒泮十72、 74、 76仍然在內(nèi)部^f呆留相當(dāng)大量的 熱量。隨后，粒料/水混合物經(jīng)由輸送系統(tǒng)92被送至千燥器90。有用干 燥器的例子包括從水中除去粒料72、 74、 76的向心干燥器。在離開干 燥器90之后，附加的水由于粒料72、 74、 76的熱量而沸騰，在從干燥 器90中出來之后該熱量仍然較高。如果該粒料/水混合物足夠快速地傳 輸?shù)礁稍锲?，則聚酯粒料可以保留足夠的熱量以使結(jié)晶發(fā)生。粒料72、 74 、 76然后被轉(zhuǎn)移至結(jié)晶器94中，在其中它們停留 一段停留時(shí)間(約2-20 分鐘)以使結(jié)晶發(fā)生。結(jié)晶器94還提供足夠的攪動作用以阻止聚酯粒料 粘附在一起。
國際專利申請No. WO2004/033174和美國專利申請No 20050110182和20050110184 7〉開了使聚合物粒料結(jié)晶的方法。國際專 利申請No WO2004/033174 7>開一種方法，其中聚合物粒料在液體浴(例 如，水浴)中在升高的溫度下處理，以誘發(fā)結(jié)晶。美國專利申請No 20050110182和20050110184 乂>開一種方法，其中空氣,皮注入到圖1C 的粒料/水淤漿中，以便迅速地傳輸該粒料至干燥器90并通過該干燥器 90。
在結(jié)晶后，粒料72、 74、 76被密相輸送系統(tǒng)96傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè) 粒料加工站。該密相輸送系統(tǒng)利用空氣將粒料從一個(gè)位置移動至另 一個(gè) 位置。例如，該粒料被傳輸?shù)焦不炝蟼}，在其中可以調(diào)節(jié)粒料的平均性 質(zhì)。在該共混料倉中，聚酯粒料被混合在一起以達(dá)到目標(biāo)規(guī)格。該規(guī)格 可以與顏色、分子量、催化劑濃度、添加劑濃度、密度，等等有關(guān)。在 再另一個(gè)實(shí)例中，該粒料被傳輸?shù)焦腆w固定化(statmg)工藝反應(yīng)器。應(yīng)當(dāng) 指出，在本申請中密相輸送系統(tǒng)傾向于比稀相輸送系統(tǒng)更有用，因?yàn)橄?相輸送系統(tǒng)能夠?qū)е铝Ａ系谋砻姹蝗刍蚓哂懈叩臎_擊速度，由此形成 不想要的長條物和微細(xì)物。
雖然用于制造聚合物粒料和尤其聚酯粒料的這些方法和系統(tǒng)工作 良好，但是該設(shè)備傾向于在制造和維護(hù)上都顯得昂貴。典型的PET制造 流水線可以包括幾個(gè)結(jié)晶器，它們中的每一個(gè)采用非常大型的馬達(dá)并且 在制造廠中占據(jù)較大的占地面積。此類結(jié)晶器的初始投資可以容易地超 過百萬美元。
因此，仍然需求較為廉價(jià)地安裝、操作和維護(hù)的聚合物加工設(shè)備和 方法。發(fā)明概述
本發(fā)明通過在至少一個(gè)實(shí)施方案中提供使多個(gè)聚合物粒料結(jié)晶的 方法來克服一個(gè)或多個(gè)問題。本實(shí)施方案的方法包括一個(gè)步驟，在該步 驟中多個(gè)聚合物粒料被引入結(jié)晶器中。為了使結(jié)晶變得可能，該聚合物 粒料必須由可結(jié)晶的 一種或多種聚合物形成。此類可結(jié)晶聚合物通過結(jié) 晶溫度和熔化溫度來表征。另外，該多個(gè)聚合物粒料通過平均粒料溫度 來表征。該多個(gè)聚合物粒料在初始平均溫度下被引入結(jié)晶器中。當(dāng)處在 結(jié)晶器內(nèi)時(shí)，該多個(gè)粒料與流體接觸，以調(diào)節(jié)平均粒料溫度。該流體被 I入到結(jié)晶器內(nèi)的接觸區(qū)域。該流體通過具有足夠的溫度以使該多個(gè)聚 合物粒料發(fā)生至少部分結(jié)晶，同時(shí)保持平均粒料溫度低于熔化溫度，來 調(diào)節(jié)粒料的溫度。最終，多個(gè)聚合物粒料從結(jié)晶器的出口移出。有利地， 在本實(shí)施方案中使用的流體是液體或氣體。
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方案中，提供了用于使聚合物粒料結(jié)晶的結(jié) 晶器。這一 實(shí)施方案的結(jié)晶器包括用于接收多個(gè)聚合物粒料的入口和用 于移出粒料的出口。該結(jié)晶器進(jìn)一步包括用于將多個(gè)粒料與溫度調(diào)節(jié)用 流體接觸的流體施加器。結(jié)晶器還包括用于將多個(gè)粒料從第 一位置傳輸 到第二位置的輸送器。在這一實(shí)施方案的變型中，該輸送器以使得粒料 向著出口移動的方式振動該粒料。有利地，該輸送器也在輸送過程中攪 動該粒料，由此粒料的粘附或凝固在 一起的現(xiàn)象減到最少。
本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案將,人說明書的名又述變得清楚，或可通
過本發(fā)明的實(shí)踐來學(xué)習(xí)到。本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)也將利用在所附權(quán)利要求 中具體指出的要素和組合來實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。因此，可以理解的是，以上一
般敘述和下面詳細(xì)的敘述兩者都是本發(fā)明某些實(shí)施方案的舉例和說明， 并且不限制所要求的發(fā)明。
附圖簡述
圖1是通過縮聚反應(yīng)器的聚酯生產(chǎn)線的示意圖1B是聚酯生產(chǎn)線的示意圖，它顯示了在縮聚反應(yīng)器之后使用切 刀形成聚酯粒料的加工過程；
圖1C是聚酯生產(chǎn)線的示意圖，它顯示了在縮聚反應(yīng)器之后使用端 平面切刀形成聚酯粒料的加工過程；
9圖2是可用于本發(fā)明的方法中的結(jié)晶器實(shí)施方案的示意圖； 圖3是具有開放頂部的結(jié)晶器實(shí)施方案的示意圖； 圖4是具有排放口以移出液體的結(jié)晶器實(shí)施方案的示意圖； 圖5是結(jié)晶器實(shí)施方案的示意圖，其中空氣的直接氣流被引導(dǎo)通過 該粒料；
圖6A是采用隔離物協(xié)助輸送該聚合物粒料的結(jié)晶器實(shí)施方案的示 意圖6B是采用螺旋運(yùn)動輸送該聚合物粒料的結(jié)晶器實(shí)施方案的示意
圖7是使用圖6A的結(jié)晶器輸送該聚合物粒料的結(jié)晶器系統(tǒng)的側(cè)視
圖8A是使用圖6B的結(jié)晶器輸送該聚合物粒料的結(jié)晶器系統(tǒng)的側(cè)視 圖；和
圖8B是使用圖6A的結(jié)晶器輸送該聚合物粒料的結(jié)晶器系統(tǒng)的前視圖。
發(fā)明詳述
現(xiàn)在詳細(xì)敘述本發(fā)明的目前優(yōu)選的組合物、實(shí)施方案和方法，它們 構(gòu)成了目前為發(fā)明人已知的實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。附圖不一定按比 例。然而，可以理解的是，所公開的實(shí)施方案積J又是以各種和備選形式 概括的本發(fā)明的舉例。因此，在這里公開的細(xì)節(jié)不被解釋是限制性的， 但僅僅是作為本發(fā)明任何方面的代表性基礎(chǔ)和/或作為教導(dǎo)本領(lǐng)域中技 術(shù)人員以不同方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
除在實(shí)施例中外，或當(dāng)另外特意指明時(shí)，否則，在本說明書的敘述 部分中指明反應(yīng)和/或使用的材料或條件的全部數(shù)量應(yīng)該被理解為在描
述本發(fā)明的最寬范圍時(shí)被詞"約"修飾。在所述的數(shù)值限度內(nèi)的實(shí)施一般 是優(yōu)選的。同時(shí)，除非特意有相反的指示，否則百分?jǐn)?shù)，"份"和比率 值是按重量計(jì)；術(shù)語"聚合物"包括"低聚物"、"共聚物"、"三元共聚物"， 等等；對于與本發(fā)明相關(guān)的給定目的而言合適或優(yōu)選的那些材料的組或 類型的描述暗示了該組或類型的成員中任何兩種或多種的混合物同樣 地合適或優(yōu)選；在化學(xué)術(shù)語中各成分的敘述在意義上指在添加到說明書 中 一見定的任何組合中時(shí)的成分，并且不 一定排除在一旦混合后的混合物的成分當(dāng)中的化學(xué)相互作用；首字母縮寫詞或其它縮寫的第一個(gè)定義適 用于相同縮寫的在這里的全部后續(xù)應(yīng)用并且加以必要的變更而適用于 最初定義的縮寫的正常語法上的變型；和，除非特意有相反指示，否則， 性能的測量是通過對于相同性能在前面或后面引用的相同技術(shù)來測定。 還應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不局限于以下所述的具體實(shí)施方案和方 法，因?yàn)榫唧w的組分和/或條件當(dāng)然可以加以改變。此外，在這里使用的 術(shù)語僅僅用于描述本發(fā)明的特定實(shí)施方案的目的并且不意圖以任何方 式加以限制。
還必須指出的是，除非在上文中另外清楚地指明，在說明書和所附 權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式"a"、 "an"和"the"包括復(fù)數(shù)指示物。例如，以 單數(shù)提及組分時(shí)意在包括多種的組分。
在整個(gè)本申請中，當(dāng)引用出版物時(shí)，這些出版物的公開內(nèi)容通過引 用以整體方式被SI入本文，以更充分地描述與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的 狀況。
在這里使用的術(shù)語"聚合物粒料"指從聚合物形成的三維物體。此類 聚合物物體包括大于或等于聚合物物體在任何方向上的尺寸的最大尺
寸。聚合物粒料以各種形狀存在，如球形、圓柱形，等等。球體的最大 尺寸是直徑。
在這里使用的術(shù)語"結(jié)晶熱"指當(dāng)單位質(zhì)量的物質(zhì)結(jié)晶時(shí)所釋放的熱量。
在這里使用的術(shù)語"結(jié)晶溫度"指材料的至少 一部分開始結(jié)晶時(shí)的溫度。
在這里使用的術(shù)語"熔化溫度，，指材料的至少 一部分從結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn) 變成液體的溫度。當(dāng)材料在一個(gè)溫度范圍中經(jīng)歷該轉(zhuǎn)變時(shí)，為了本發(fā)明 的目的，該熔化溫度是該范圍的中值溫度。典型地，無定形的粒料在比 結(jié)晶粒料更低的溫度下熔化。
在這里使用的術(shù)語"結(jié)晶度，，指在聚合物樣品中結(jié)晶部分的分?jǐn)?shù)。在 本發(fā)明中，結(jié)晶度是在聚合物粒料中結(jié)晶部分的平均分?jǐn)?shù)。結(jié)晶度能夠 表達(dá)為重量百分?jǐn)?shù)(wt。/。)或體積百分?jǐn)?shù)(vo1。/。)。在這里使用的結(jié)晶度表達(dá) 為wt%，除非另外特意指定。結(jié)晶度能夠由差示掃描量熱法("DSC")測 定。
在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方案中，提供了使多個(gè)聚合物粒料結(jié)晶的方法。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)聚合物粒料被引入結(jié)晶器中。 一般，根據(jù)本發(fā)明 待結(jié)晶的該多個(gè)粒料是無定形的粒料或具有低于所需結(jié)晶度的粒料。在 本實(shí)施方案的變型中，在結(jié)晶之前粒料的結(jié)晶度低于30wt%。在本實(shí)施 方案的另一個(gè)變型中，在結(jié)晶之前粒料的結(jié)晶度低于20 Wt%。在本實(shí)施
方案的再另一個(gè)變型中，在結(jié)晶之前粒料的結(jié)晶度低于10wt%。在結(jié)晶 后，結(jié)晶度典型地大于30 wt%。在其它變型中，在結(jié)晶后，結(jié)晶度大于 40 wt%。對于大多數(shù)的應(yīng)用，在結(jié)晶后的結(jié)晶度低于70 wt%。在其它 變型中，在結(jié)晶后的結(jié)晶度低于60 wt%。在仍然其它變型中，在結(jié)晶后 的結(jié)晶度低于50 wt%。
有利地，待結(jié)晶的聚合物粒料包括任何可結(jié)晶聚合物。此類聚合物 的例子包括，但不限于，聚酯、聚烯烴、聚苯乙烯、尼龍和聚酮。在一 種變型中，此類有用的聚合物的結(jié)晶熱使得結(jié)晶熱除以聚合物的熱容量 是至少5°C。結(jié)晶溫度和熔化溫度另外表征該可結(jié)晶聚合物。本實(shí)施方 案特別可用于結(jié)晶聚對苯二甲酸亞烷基二醇酯聚合物，尤其是聚對苯二 甲酸乙二醇酯聚合物。
離開熔融相聚合過程或被引入到結(jié)晶器或結(jié)晶區(qū)段中的聚對苯二 甲酸亞烷基二醇酯聚合物具有至少0.50 dL/g，或至少0.55 dL/g,或至少 0.6 dL/g，和尤其至少0.70 dL/g,或至少0.72 dL/g,或至少0.74 dL/g, 或至少0.76 dL/g,或至少0.78 dL/g,和至多約1.2 dL/g,或1.1 dL/g,或 0.9 dL/g的It.V.值。部分結(jié)晶的聚酯聚合物也理想地沒有進(jìn)行固態(tài)聚合。 因此，還提供包括運(yùn)輸容器的一種實(shí)施方案，該運(yùn)輸容器裝有還沒有進(jìn) 行固態(tài)聚合的具有至少20%的結(jié)晶度和至少0.70 dL/g的It.V.值的多個(gè) 部分地結(jié)晶的粒料。合適的運(yùn)輸容器是適合于商業(yè)運(yùn)輸?shù)?，具有至? 立方米或更大，或2立方米或更大，或3立方米或更大，或8立方米或 更大，或20立方米或更大的體積的那些容器，并且包括蓋洛德(Gaylord) 箱，鐵道罐車，拖拉機(jī)拖車的拖車和船體。粒料的It.V.可以是以上指定 的高于0.70 dL/g的任何值，并且結(jié)晶度可以是以上指定的高于20%的 任何值。
用于本發(fā)明的方法中的粒料是從本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員已知的 各種方法形成的。此類粒料形成過程的例子包括，但不限于，描述在圖 1A、 1B和1C中的和如上所述的方法。應(yīng)該i^識到，本發(fā)明在至少一個(gè) 實(shí)施方案中提供與描述在圖1C中的結(jié)晶器相比的改進(jìn)。尤其，本發(fā)明允許該結(jié)晶器的長度減少(即，沿著粒料被輸送的那一方向)，同時(shí)在設(shè) 備成本上有顯著降低。本實(shí)施方案的方法用于使實(shí)際上任何形狀或尺寸 的粒料發(fā)生結(jié)晶。典型地，多個(gè)聚合物粒料的至少一部分包括以最大的 尺寸大小為特征的三維物體，所述最大的尺寸大小低于0.25英寸?？捎?于本發(fā)明的實(shí)施中的成形粒料的例子包括，但不限于，球形粒料，圓柱 形粒料和具有矩形截面的粒料。
參見圖2，提供本發(fā)明的實(shí)施方案的示意圖。這一實(shí)施方案的方法 包括經(jīng)由粒料入口 104將多個(gè)聚合物粒料100引入到結(jié)晶器102中。在 一種變型中，多個(gè)粒料100以5,000 lb/hr-200,000 lb/hr的量^皮引入到結(jié)
晶器中。在一種變型中，循環(huán)的粒料可以與聚合物粒料ioo—起經(jīng)由入
口 104被引入結(jié)晶器102中。在這一變型中，粒料100的溫度可以通過 改變所循環(huán)粒料的溫度來調(diào)節(jié)。
當(dāng)引入到結(jié)晶器102中時(shí)，多個(gè)聚合物粒料100具有初始平均粒料 溫度。在本實(shí)施方案的一些變型中，粒料100處于升高的溫度下，該溫 度可用于在粒料100停留在結(jié)晶器102中時(shí)使結(jié)晶發(fā)生。在至少一些實(shí) 施方案中，如當(dāng)該粒料100是PET時(shí)，升高的溫度是135°C-205°C,和 在其它實(shí)施方案中是150°C-200°C。該聚合物粒料100能夠以任何方式 提供，其中包括聚合物粒料在冷卻之后再加熱的那些方法。此類方法的 例子包括以上與圖IB的描述相關(guān)地闡述的由線料切粒機(jī)切斷的PET線 料。
在本實(shí)施方案的特別有用的變型中，聚合物粒料100通過以上與圖 1C的描述相關(guān)地闡述的模面粒料切刀來切斷的。在這一變型中，粒料 100經(jīng)由粒料輸送系統(tǒng)92從模面粒料切刀轉(zhuǎn)移到干燥器90。有用干燥 器的例子包括將粒料100與水分離的向心干燥器。應(yīng)該認(rèn)識到的是，在 這里干燥器90是用于將粒料100與水分離的任何設(shè)備。在離開千燥器 90之后，附加的水由于粒料的熱含量而沸騰，在從干燥器90中出來之 后該熱含量仍然是較高的。在這一變型中，通過使用模面粒料切刀，粒 料100足夠迅速地從切刀轉(zhuǎn)移到干燥器，因此粒料保留較大量的熱量。 典型地，離開該干燥器的聚合物粒料具有超過135。C的溫度。
應(yīng)該認(rèn)識到，每個(gè)粒料100具有相對不均勻的溫度分布，其中粒料 100的內(nèi)部明顯比粒料的外部更熱。這歸因于在模面切刀和粒料輸送系 統(tǒng)92中使用的水的冷卻效應(yīng)以及聚合物的低熱導(dǎo)率。另外，每個(gè)粒料4艮可能具有輕微變化的溫度分布。因此，描述該多個(gè)粒料具有平均粒料 溫度是合適的。
也應(yīng)該認(rèn)識到的是，用于將粒料100從模面切刀運(yùn)輸?shù)礁稍锲?0
的水可以被具有優(yōu)異或更期望的傳熱特性的其它輸送流體替代。粒料
100的平均溫度也可通過用于將粒料從模面切刀輸送到干燥器90的水
(或其它輸送流體)的溫度來控制。例如，該輸送流體可以:帔加熱以便允
許更高的初始平均粒料溫度(被引入結(jié)晶器102中)或被冷卻以便允許更
低的初始平均粒料溫度。在典型的聚酯制備方法中，從模面切刀至干燥
器90的過渡時(shí)間對于在粒料輸送系統(tǒng)92中以10-30英尺/秒的速度運(yùn)行 的含粒料的淤漿來說是大約幾秒。
結(jié)晶器102從入口 104沿著縱向山輸送該多個(gè)粒料100至沿著輸送 器108的粒料出口 106。因?yàn)橛捎诮Y(jié)晶熱的釋放而使得在結(jié)晶過程中平 均粒料溫度會提高，在被結(jié)晶器102輸送的同時(shí)，粒料100能夠被攪動 以助于防止粒料IOO凝塊或粘附在一起。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，馬達(dá) 110通過軸112與結(jié)晶器102相接觸來提供該攪動作用。該攪動會引起 粒料100的振蕩或振動。 一般，輸送器108包括底壁114、端壁115、 116和相對側(cè)壁(未顯示)。結(jié)晶器102還可包括任選的頂部118,它位于 輸送器108的頂部從而形成腔119。在本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)施方案 中，該攪動作用還沿著方向d!輸送粒料100。
粒料100經(jīng)由粒料出口 106從結(jié)晶器102中移出，然后轉(zhuǎn)移到下一 個(gè)加工或貯存裝置。粒料IOO在結(jié)晶器102內(nèi)的停留時(shí)間能夠根據(jù)許多 因素來變化，如，所結(jié)晶的聚合物的類型，初始平均粒料溫度，被加工 的粒料的處理量，等等。典型地，停留時(shí)間是l秒至l小時(shí)。在其它變 型中，該停留時(shí)間是1分鐘到IO分鐘。
仍然參見圖2，聚合物粒料100與流體接觸以調(diào)節(jié)粒料100的平均 溫度。流體經(jīng)由作為流體噴霧器124的流體施加器122被引入到結(jié)晶器 102的接觸區(qū)域120中。合適流體施加器122的例子是液體或氣體噴嘴。 粒料100與流體接觸，由此將熱量轉(zhuǎn)移至粒庫十100或從粒料100中除去 熱量。流體噴霧124所具有的溫度足以在多個(gè)聚合物粒料IOO在結(jié)晶器 內(nèi)時(shí)4吏該多個(gè)粒料100發(fā)生(通過調(diào)節(jié)該粒并牛溫度)至少部分結(jié)晶，同時(shí) 保持該多個(gè)粒料的平均溫度低于聚合物的熔化溫度。該多個(gè)粒料100的 溫度有利地被調(diào)節(jié)，以控制結(jié)晶速率。粒料100的平均溫度越高，結(jié)晶速率越高。如果粒料100太冷(即，低于135°C)，則它相對難于供應(yīng)足 夠的附加熱量以進(jìn)行結(jié)晶。如果粒料100太熱，則由于粒料結(jié)晶所釋放
的結(jié)晶熱，該粒料可能會開始熔化。由于可以使用更高的初始平均粒料 溫度，并且本發(fā)明中提供的冷卻措施抑制了由結(jié)晶釋放熱量引起的加
熱，本發(fā)明的該實(shí)施方案有利地使平均粒料溫度被優(yōu)化以使結(jié)晶器102 的長度最小化。最小化的結(jié)晶器102的長度可以降低與購買和該結(jié)晶器 的維護(hù)有關(guān)的開支，這些開支傾向于是昂貴的。在本發(fā)明的變型中，該 多個(gè)粒料100按照1:2000至2000:1的流體與粒料重量比被引入結(jié)晶器 102中。在本發(fā)明的另一個(gè)變型中，該多個(gè)粒料的至少一部分從內(nèi)部到 外部發(fā)生結(jié)晶。這意味著粒料的內(nèi)部區(qū)域，其典型地比表面附近或表面 上的區(qū)域更熱，首先結(jié)晶。
在本實(shí)施方案的一種變型中，聚合物粒料100以一種平均溫度進(jìn)入 結(jié)晶器102，該平均溫度高于結(jié)晶的最適溫度。在這一變型中，聚合物 粒料被流體冷卻，它在這一實(shí)施方案的變型中將具有比粒料平均溫度更 低的溫度。該實(shí)施方案的這一變型的方法特別可用于聚對苯二曱酸乙二 醇酯粒料的結(jié)晶，其通常在135。C的溫度下結(jié)晶和在200。C的溫度下開 始熔化。如果根據(jù)本發(fā)明有足夠的冷卻，對于進(jìn)入到結(jié)晶器102中的聚 對苯二曱酸乙二醇酯粒料的平均溫度的每IO度的提高，結(jié)晶器102的 長度h能夠最佳地減少到1/2。當(dāng)粒料100具有使結(jié)晶發(fā)生的足夠的熱 含量區(qū)域時(shí)，當(dāng)粒料100沿著方向山輸送時(shí)平均粒料溫度就會升高。這 一溫度升高是當(dāng)粒料IOO結(jié)晶時(shí)結(jié)晶熱從粒料100中釋放的結(jié)果。
這一變型的一種改進(jìn)中，在初始平均粒料溫度(被引入結(jié)晶器102 中)和結(jié)晶溫度之差低于在沒有外部冷卻的情況下由粒料100的結(jié)晶所 引起的溫度升高。因此，在這一改進(jìn)中，在平均溫度促使粒料100的熔 化或粘附發(fā)生之前但在結(jié)晶開始之后的時(shí)刻，利用流體噴霧124來冷卻 粒料100。
在這一變型的進(jìn)一步改進(jìn)中，結(jié)晶器102的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁部分地 或完全地被絕熱體所絕熱，如在130處用示意圖所示。如果需要更多的 冷卻，則可以提供更少量的絕熱作用或沒有絕熱作用。結(jié)晶器102的附 加冷卻也能夠通過移去結(jié)晶器的頂部118來實(shí)現(xiàn)，如圖3中所示。在這 一變型中，結(jié)晶器102所具有的結(jié)構(gòu)沒有頂部。通過用風(fēng)扇引導(dǎo)空氣通 過粒料，能夠提供甚至更多的冷卻作用。如果粒料被用于允許粒料暴露于周圍環(huán)境條件的應(yīng)用，此類結(jié)晶器是可使用的。
在本實(shí)施方案的另一個(gè)變型中，聚合物粒料100以足夠量的熱量被 引入結(jié)晶器102中，這樣在粒料100中的區(qū)域具有大于或等于聚合物(從
它形成粒料ioo)的結(jié)晶溫度的溫度。該溫度會導(dǎo)致當(dāng)粒料ioo處于結(jié)晶
器102內(nèi)時(shí)至少部分結(jié)晶。
在本實(shí)施方案的再另一個(gè)變型中，聚合物粒料100進(jìn)入結(jié)晶器102 中，該聚合物粒料100具有低至結(jié)晶無法進(jìn)行到所需程度的平均溫度。 在這一情形下，流體的溫度使得聚合物粒料通過與流體(即，流體的溫度 高于粒料100的平均溫度)接觸而被加熱。
在至少某些實(shí)施方案中，本發(fā)明進(jìn)一步包括將流體與聚合物粒料分 離的步驟。在已結(jié)晶粒料從結(jié)晶器102中排出之前或在已結(jié)晶粒料從結(jié) 晶器102中排出之后可以進(jìn)行這一分離。在后一種情況下，粒料100和 流體兩者通過粒料出口 106—起被移出。
如以上所述，粒料100的溫度通過與流體接觸而得到調(diào)節(jié)(向上或向 下)。在本發(fā)明的方法中的流體包括液體和氣體兩者。液體的具體例子包 括，^旦不限于，水和不起反應(yīng)的有^L液體(例如，玉米糖漿)。在一種改 進(jìn)實(shí)施方案中，該流體是沸點(diǎn)低于聚合物粒料的最高溫度的液體。在這 一改進(jìn)形式中，流體與粒料100的分離能夠通過流體的蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)，該 流體隨后經(jīng)由放氣口 132被除去。這一改進(jìn)實(shí)施方案僅僅當(dāng)流體用于冷 卻時(shí)是有用的，并且粒料IOO具有用于結(jié)晶的足夠熱量。在另一個(gè)改進(jìn) 實(shí)施方案中，該流體是沸點(diǎn)高于聚合物粒料的最高溫度的液體。在這一 改進(jìn)實(shí)施方案中，液體的一部分或全部經(jīng)由粒津牛出口 106一皮移出。該流 體采用根據(jù)密度來分離固體和液體的設(shè)備如向心干燥器移出。圖4舉例 說明了從結(jié)晶器102中移出液體的又一種變型。該液體通過具有開口 134的排放口 133被分離，該開口 134是足夠小以便基本上阻止粒料100 通過。液體經(jīng)由管道136從結(jié)晶器102中排出。任選地，該液體能夠一皮 加熱或冷卻，然后循環(huán)通過結(jié)晶器102。在再另一個(gè)改進(jìn)形式中，該流 體所具有的沸點(diǎn)低于平均粒料溫度但是本體溫度低于沸點(diǎn)。
在當(dāng)該流體是氣體時(shí)的變型中，氣體流到多個(gè)聚合物粒料100上并 經(jīng)由放氣口 132從結(jié)晶器中排出。在該變型中的流體可通過從噴嘴122 中流出來實(shí)現(xiàn)，其在這一變型中是氣流噴嘴。氣體的流動也能夠通過強(qiáng) 制氣流如從扇產(chǎn)生的風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。圖5舉例說明了一種變型，其中強(qiáng)制氣風(fēng)扇140沿著方向d2產(chǎn)生氣流，通過粒料100。 在這一變型中，粒津+100沿著底壁142輸送，它具有用于空氣流過的開 口 144。有用氣體的例子包括，但不限于，空氣、氮?dú)?、二氧化碳、?性氣體、稀有氣體和它們的組合。
參考圖6A和6B,提供了可用于輸送粒料100的技術(shù)的示意圖。如 以上所述，馬達(dá)可用于振動本發(fā)明的結(jié)晶器，振動方式使得粒料100從 入口 104輸送到出口 106。在圖6A中，結(jié)晶器102包括間隔物150-156, 該間隔物將結(jié)晶器104的中空內(nèi)部分開成區(qū)段160-168。結(jié)晶器102沿 著方向d3振動，用于輸送粒料IOO。當(dāng)粒料100填充區(qū)段160-168時(shí)， 該振動引起接近頂部的一些粒料輸送到相鄰區(qū)域中。在圖6B中，舉例 說明以螺旋形方式輸送粒料100的方法。在這一才支術(shù)中，輸送器108沿 著方向cU振動，振動的方式使得當(dāng)粒料100/人入口 104l俞送到出口 106 時(shí)導(dǎo)致螺旋運(yùn)動ds。在這些實(shí)施方案的變型中，結(jié)晶器會從入口 104到 出口 106向下傾斜，以幫助粒料IOO在沿著方向cU展動的同時(shí)向前移動。
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施方案中，提供用于使無定形的聚合物粒料結(jié) 晶的結(jié)晶器。參考圖2、 3、 4和5，提供了這一實(shí)施方案的結(jié)晶器的理 想化示意圖。結(jié)晶器102包括用于接收多個(gè)聚合物粒料的入口 104。結(jié) 晶器102還包括用于從第一位置輸送多個(gè)粒料100到第二位置的輸送器 108。在這一實(shí)施方案的變型中，輸送器108通過馬達(dá)110來振動，振 動的方式使得粒料100移向粒料出口 106。有利地，當(dāng)粒料100被輸送 時(shí)輸送器108也能夠攪動粒料100,這樣粘附或團(tuán)聚在一起的現(xiàn)象得以 減至最少。結(jié)晶器102還包括流體施加器122,用于讓多個(gè)聚合物粒料 100與流體接觸。流體施加器122可以是一個(gè)或許多的噴嘴并且能夠位 于結(jié)晶器102中的任何地方。粒料出口 106如以上所述用于在結(jié)晶之后 聚合物粒料的移出。
參考圖7,提供了按照在圖6A中描述的方式輸送粒料的結(jié)晶器的 示意性側(cè)視圖。結(jié)晶器系統(tǒng)]50包括振蕩器覆蓋物(deck)152,后者具有 沿著接縫160連在一起的頂部部分156和底部部分158。頂部部分〗54 和底部部分156—起確定結(jié)晶器腔162。粒津十IOO,皮引入到粒料入口 164 中并且3要照以上所述方式通過出口 166浮皮移出。溫度調(diào)節(jié)用流體經(jīng)由流 體施加器168被引入。結(jié)晶器系統(tǒng)150包括間隔物170-180,這些間隔 物將振蕩器覆蓋物152分成區(qū)域182-194。馬達(dá)196沿著方向d3振蕩該
17振蕩器覆蓋物152，它基本上沿著如粒料100從入口 162輸送到出口 164 相同的方向。在至少舉例說明的實(shí)施方案中，馬達(dá)196經(jīng)由軸198和連 接支架200連接于振蕩器覆蓋物150的底部區(qū)域156。結(jié)晶器系統(tǒng)150 包括框架202,它由彈簧204、 206連接于底部區(qū)域158。彈簧204、 206 為振蕩器覆蓋物152的振動提供柔性。任選地，結(jié)晶器系統(tǒng)150包括放 氣口 208。
參考圖8A和8B,提供了按照圖6B中描述的螺旋形前進(jìn)運(yùn)動方式 輸送粒料的結(jié)晶器的示意圖。結(jié)晶器系統(tǒng)210包括振蕩器覆蓋物212, 它具有沿著接縫218連在一起的頂部部分214和底部部分216。頂部部 分214和底部部分216 —起確定結(jié)晶器腔222。粒料,皮引入到粒泮牛入口 224中并且按照以上所述方式通過出口 226凈皮移出。溫度調(diào)節(jié)用流體經(jīng) 由流體施加器228被引入。馬達(dá)230沿著方向cU(圖8B)振蕩該振蕩器覆 蓋物212，由此引起粒J扦以d5所示的螺:旋運(yùn)動,人入口 224移動至出口 226。在至少該舉例說明的實(shí)施方案中，馬達(dá)230經(jīng)由軸232連4妻于振 蕩器覆蓋物212的底部部分216。結(jié)晶器系統(tǒng)210包括框架236,它通 過彈簧240、 242連接于底部部分216。彈簧240、 242為振蕩器覆蓋物 202的振動提供柔性。結(jié)晶器系統(tǒng)210還包括連接于振蕩器覆蓋物212 的放氣口 244。在某些變型中，振蕩器覆蓋物21從入口 224向下傾斜到 出口 226。
盡管已經(jīng)舉例說明和描迷了本發(fā)明的實(shí)施方案，但是不希望這些實(shí) 施方案舉例說明和描述本發(fā)明的全部可能的形式。相反，用于說明書中 的文字是描述性文字而不是限制性的，并且可以理解的是在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的前提下可以作各種變化。
權(quán)利要求
1. 在具有入口、出口和在入口和出口之間的接觸區(qū)域的結(jié)晶器中讓聚合物粒料結(jié)晶的方法，該方法包括a)將多個(gè)聚合物粒料引入結(jié)晶器中，該多個(gè)聚合物粒料包括具有結(jié)晶溫度和熔化溫度的可結(jié)晶聚合物，該多個(gè)聚合物粒料具有平均粒料溫度，其中多個(gè)粒料的至少一部分從內(nèi)部到外部發(fā)生結(jié)晶；b)在多個(gè)聚合物粒料處于結(jié)晶器內(nèi)時(shí)將流體引入到結(jié)晶器的接觸區(qū)域中，該流體所具有的溫度足以使多個(gè)聚合物粒料發(fā)生至少部分結(jié)晶但同時(shí)保持平均粒料溫度低于熔化溫度；和c)從結(jié)晶器的出口移出多個(gè)聚合物粒料。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中在步驟a)中引入的多個(gè)聚合物粒料包括 溫度大于或等于聚合物結(jié)晶溫度的區(qū)域，使得多個(gè)聚合物粒料在結(jié)晶器 內(nèi)部時(shí)至少部分地結(jié)晶。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中流體所具有的溫度足以在多個(gè)粒料處于 結(jié)晶器內(nèi)部時(shí)使多個(gè)聚合物粒料發(fā)生至少部分結(jié)晶但同時(shí)保持最高粒 料溫度低于熔化溫度。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中在步驟a)中的平均粒料溫度與結(jié)晶溫度 之間的差異低于在步驟b)中在沒有冷卻的情況下由粒料的結(jié)晶所引起 的溫度升高。
5. 權(quán)利要求l的方法，其中在步驟a)的引入步驟之前，通過使用線 料切粒機(jī)切斷該聚合物線料來形成多個(gè)粒料。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中通過使用模面切粒刀切斷聚合物線料來 形成多個(gè)粒料。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中在步驟c)之后的聚合物粒料具有等于或 大于30%的結(jié)晶度。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中在步驟c)之后的聚合物粒料具有等于或 低于70%的結(jié)晶度。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中在步驟c)之后的聚合物粒料具有等于或 大于40%的結(jié)晶度。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)聚合物粒料中的一部分是以最大 尺寸大小來表征的三維物體，該最大尺寸大小是低于0.25英寸。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中多個(gè)聚合物粒料的一部分具有球形。
12. 權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)聚合物粒料的一部分具有圓柱形。
13. 權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)聚合物粒料的一部分具有矩形橫 截面。
14. 權(quán)利要求1的方法，其中該聚合物粒料包括選自聚酯，聚烯烴， 聚苯乙烯，尼龍和聚酮中的組分。
15. 權(quán)利要求l的方法，其中聚合物粒料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中在步驟a)中該粒料具有約135。C至約 200 °C的的初始平均溫度。
17. 權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)粒料以5,000 lb/hr-200,000 lb/hr 的量被引入到結(jié)晶器中。
18. 權(quán)利要求1的方法，其中流體是沸點(diǎn)低于聚合物粒料的最高溫 度的液體。
19. 權(quán)利要求18的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 d)將該多個(gè)聚合物粒料與流體分離。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中步驟d)是在步驟c)之前，在步驟c) 之后或在步驟c)過程中進(jìn)行。
21. 權(quán)利要求19的方法，其中多個(gè)聚合物粒料利用向心力與流體々
22. 權(quán)利要求18的方法，其中該液體是水。
23. 權(quán)利要求1的方法，其中流體是沸點(diǎn)高于該多個(gè)聚合物粒料的 平均粒料溫度的液體。
24. 權(quán)利要求l的方法，其中該流體是氣體。
25. 權(quán)利要求24的方法，其中該流體是選自空氣、氮?dú)狻⒍趸肌?惰性氣體、稀有氣體和它們的組合中的氣體。
26. 權(quán)利要求1的方法，其中該多個(gè)聚合物粒料在從入口,皮輸送到 出口的同時(shí)被攪動。
27. 權(quán)利要求26的方法，其中該多個(gè)聚合物粒料通過振動來攪動。
28. 權(quán)利要求27的方法，其中多個(gè)聚合物粒料通過將該多個(gè)粒料引 導(dǎo)成螺旋形運(yùn)動來攪動。
29. 權(quán)利要求1的方法，其中結(jié)晶器包括至少部分地絕熱的一個(gè)或 多個(gè)側(cè)壁。
30. 權(quán)利要求l的方法，其中結(jié)晶器包括部分地或完全地未絕熱的 一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁。
31. 權(quán)利要求1的方法，其中該流體是被噴霧到該多個(gè)聚合物粒料 之上的液體。
32. 權(quán)利要求1的方法，其中該多個(gè)粒料被引入結(jié)晶器中，其中流 體與粒料的重量比是1:2000到2000:1。
33. 權(quán)利要求1的方法，其中該多個(gè)粒料具有1秒至1小時(shí)的平均 停留時(shí)間。
34. 權(quán)利要求1的方法，其中該多個(gè)粒料具有1分鐘至IO分鐘的平 均4亭留時(shí)間。
35. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括，在連續(xù)的過程中，讓原始的 聚酯熔融聚合物進(jìn)行熔融相聚合反應(yīng)，通過與水接觸來凝固該熔融聚合 物形成粒料，把至少一部分的水與粒料分離，和將該粒料引入該輸送系 統(tǒng)中。
36. 權(quán)利要求35的方法，其中從凝固過程形成的所述聚酯聚合物粒 料具有至少0.70 dL/g的ItV.。
37. 權(quán)利要求36的方法，其中糊料是至少0.72 dL/g。
38. 權(quán)利要求37的方法，其中糊料是至少0.76 dL/g。
39. 用于使聚合物粒料結(jié)晶的結(jié)晶器，該結(jié)晶器包括 用于接收多個(gè)聚合物粒料的入口 ；用于將該多個(gè)粒料從第 一位置傳輸?shù)降诙恢玫妮斔推鳎诹Ａ媳?輸送的同時(shí)該輸送器攪動該粒料；用于讓該多個(gè)聚合物粒料與流體接觸的流體施加器；和 用于移出該多個(gè)聚合物粒料的出口 。
40. 權(quán)利要求39的結(jié)晶器，具有開放的頂部區(qū)段。
41. 權(quán)利要求40的結(jié)晶器，其中氣體被傳輸通過粒料表面。
42. 權(quán)利要求39的結(jié)晶器，具有封閉的頂部區(qū)段。
43. 權(quán)利要求41的結(jié)晶器，其中該輸送器通過攪動傳輸該粒料。
44. 在具有入口、出口和在入口和出口之間的^接觸區(qū)域的結(jié)晶器中 使PET粒料結(jié)晶的方法，該方法包括a)將多個(gè)PET粒料引入該結(jié)晶器中，該多個(gè)PET粒料是可結(jié)晶聚 合物并具有結(jié)晶溫度和熔化溫度，該多個(gè)PET粒料具有平均粒料溫度；b) 將流體SI入到結(jié)晶器的接觸區(qū)域中，該流體所具有的溫度足以在 該多個(gè)PET粒料處于結(jié)晶器內(nèi)時(shí)使該多個(gè)PET粒料發(fā)生至少部分結(jié)晶 但同時(shí)保持平均粒料溫度低于熔化溫度，其中該多個(gè)粒料的至少 一部分 從內(nèi)部到外部結(jié)晶；和c) 從結(jié)晶器的出口排出該多個(gè)PET粒料。
全文摘要
使多個(gè)可結(jié)晶聚合物粒料結(jié)晶的方法，所述方法包括其中粒料與溫度調(diào)節(jié)用流體在結(jié)晶器中接觸的步驟。流體調(diào)節(jié)粒料的溫度，該流體所具有的溫度足以讓多個(gè)聚合物粒料發(fā)生至少部分結(jié)晶，同時(shí)維持多個(gè)粒料的平均粒料溫度低于粒料的熔化溫度。還提供了進(jìn)行本發(fā)明的方法的結(jié)晶器。
文檔編號B29B9/02GK101454131SQ200780018895
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者B·R·德布勒因, R·G·邦納 申請人:伊士曼化工公司