用于萃取顆粒材料的萃取反應(yīng)器和方法
【專利說明】用于萃取顆粒材料的萃取反應(yīng)器和方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠用于萃取顆粒材料、特別是顆粒聚酰胺的萃取反應(yīng)器，在萃 取過程中，利用萃取液使可溶性組分從顆粒材料中溶出。在聚酰胺材料的情況下，這些可溶 性組分例如為低聚物或單體組分，這些低聚物或單體組分在生產(chǎn)聚酰胺材料的縮聚反應(yīng)過 程中殘留在顆粒材料中。
[0002] 在聚酰胺6(或共聚物比例〈30%的聚酰胺6)的縮聚過程中，殘留在熔體內(nèi)的原料 己內(nèi)酰胺的低聚物（OM)和單體（以及需要用于生產(chǎn)共聚物的原料OM)必須在隨后的連接 的萃取單元中被分離。OM的含量以質(zhì)量計通常在6%以上，通常用1步或多步萃取步驟來 實施分離。經(jīng)冷卻并經(jīng)粉碎形成為顆粒的聚合物被逆流引到萃取液（通常是具有不同己內(nèi) 酰胺含量水平的水）中。這樣萃取液從聚合物顆粒物中吸收單體和低聚物（可萃取物質(zhì)）， 顆粒物中可萃取物質(zhì)的整體含量能夠降低至以質(zhì)量計1%以下。留在聚合物中的取代可萃 取物質(zhì)的萃取液必須在隨后的干燥步驟中被除去。流動控制通常為：在滲濾床中將顆粒物 從頂部至底部被引導(dǎo)通過萃取容器，萃取液從底部至頂部被引導(dǎo)。旨在通過擋板的方式來 保證顆粒物和萃取液的均勻流動。
[0003] 由于單體和低聚物在萃取液中的溶解性不同，通常以兩步（或多步）進(jìn)行萃取。在 第一步驟中，用合適的萃取液（通常為具有以質(zhì)量計5-50%己內(nèi)酰胺比例的水，優(yōu)選以質(zhì) 量計12-25% )分離低聚物。在一個（或多個）進(jìn)一步的萃取步驟中，利用合適的萃取液 (通常為具有以質(zhì)量計低于0.5%的己內(nèi)酰胺比例的水，優(yōu)選以質(zhì)量計低于0. 1% )從聚合 物中除去單體和剩余的殘留低聚物。
[0004] 在從聚酰胺6(有或沒有共聚物）中萃取單體和低聚物的過程中，確定了對萃取溫 度的強(qiáng)依賴性?；旧?，可以說是，在升高的溫度下，萃取速度和效率大大增加。在實踐中， 設(shè)定了略低于萃取液的常壓沸點溫度的萃取溫度。
[0005] 通過在高溫下、在水環(huán)境中聚酰胺6的水解規(guī)定了最高萃取溫度，該最高萃取溫 度在流體萃取過程中不應(yīng)被超越。為了避免破壞聚合物，當(dāng)使用具有以質(zhì)量計高達(dá)25%己 內(nèi)酰胺含量的水作為萃取液、且停留時間超過1小時時，應(yīng)當(dāng)避免萃取溫度超過140°C，優(yōu) 選 130°C。
[0006] 對萃取溫度的另一限制因素是萃取柱內(nèi)的局部沸點溫度，該局部沸點溫度是通過 靜水壓力規(guī)定的。為了避免負(fù)面的工藝效果，該溫度不允許被超過。
[0007] 為了進(jìn)一步將萃取溫度升高至高于萃取液的常壓沸點，使用了若干可選擇的方 法。
[0008] 1、利用萃取反應(yīng)器的靜壓高度（hydrostatic height)，流入流中的萃取液的溫度 略低于流入到萃取塔中的流入流中的萃取液的局部沸點溫度、但高于萃取塔頂部的常壓沸 點溫度。通過顆粒物的逆流流動來冷卻萃取液，以便在流出流中萃取液的溫度總是低于常 壓沸點溫度。當(dāng)使用用于低聚物分離的預(yù)萃取容器時，不論顆粒物的進(jìn)入溫度有多高，萃取 液的冷卻能夠幾乎不受到影響。由于進(jìn)入的萃取液可能只是略微過熱的，所以效率較低。萃 取在無壓容器中實現(xiàn)。
[0009] 作為在萃取反應(yīng)器的上部溫度較低且單體濃度增加的結(jié)果，萃取液的密度增加 了。重質(zhì)流體從萃取反應(yīng)器的上部快速流入萃取反應(yīng)器的下部產(chǎn)生了流動逆轉(zhuǎn)的危險。顆 粒物的流動分布會被破壞，且非均勻停留時間的分布會造成質(zhì)量損失。
[0010] 2、利用萃取反應(yīng)器的靜壓高度，流入流中的萃取液溫度顯著高于萃取塔頂部的 萃取液的常壓沸點溫度，但低于局部沸點溫度。在萃取反應(yīng)器的中間區(qū)域中，部分的萃取 液被抽出并在萃取反應(yīng)器的外部被冷卻。之后，將高于去除點的流體流再次送入萃取反 應(yīng)器中，于是，結(jié)果是萃取液的混合溫度等于或小于萃取液的局部沸點溫度（例如參見 US-2010/0048860A1)。結(jié)果，在萃取反應(yīng)器的下部能夠達(dá)到超過120°C的最高萃取溫度，結(jié) 果是實際上為2步萃取。由于萃取反應(yīng)器的下部能夠在高溫下操作，所以萃取的效率很高。 萃取在無壓容器中進(jìn)行。
[0011] 作為在萃取反應(yīng)器的上部溫度顯著較低且單體濃度增加的結(jié)果，萃取液的密度大 大增加了。結(jié)果是，相比于根據(jù)1所述的方法，明確的溫度限制顯著增加了流動逆轉(zhuǎn)的危 險。由于過熱流體流到地面并自發(fā)地在那劇烈沸騰，這將由此導(dǎo)致對操作人員造成危險。顆 粒物的流動分布會被破壞，并且結(jié)果是非均勻停留時間的分布會產(chǎn)生質(zhì)量損失。
[0012] 3、將萃取反應(yīng)器操作為壓力萃取。來自預(yù)萃取步驟的顆粒物通過泵壓裝置被泵入 萃取反應(yīng)器。由于在沒有局部沸點產(chǎn)生的情況下，在整個萃取過程中貫穿了較高的壓力，所 以可以在萃取反應(yīng)器中設(shè)置較高的溫度（參見DE10124579A1)。由于在萃取反應(yīng)器的整體 高度上都可以升高溫度，由此產(chǎn)生的萃取效率非常高。由于將萃取反應(yīng)器設(shè)計為壓力容器， 導(dǎo)致了較高的復(fù)雜性和成本。
[0013] 作為在萃取反應(yīng)器的上部溫度較低和單體濃度增加的結(jié)果，萃取液的密度增加 了。重質(zhì)流體從萃取反應(yīng)器的上部快速流入萃取反應(yīng)器的下部產(chǎn)生了流動逆轉(zhuǎn)的危險。顆 粒物的流動分布會被破壞，且結(jié)果是非均勻停留時間的分布會產(chǎn)生質(zhì)量損失。
[0014] 對于所有的變型而言，萃取反應(yīng)器具有僅取決于顆粒物和萃取液的輸入溫度、以 及也取決于萃取反應(yīng)器的整個表面熱量損失的內(nèi)部溫度分布是很常見的。在萃取反應(yīng)器的 任何高度處具有距離萃取液的局部沸點溫度最小差值的最佳情況下，設(shè)置單獨調(diào)節(jié)的溫度 梯度是不可能的。
[0015] 通常，對于萃取反應(yīng)器里的顆粒物和萃取液的流動控制是通過使用錐形擋板來實 現(xiàn)的（參見弗恩（Fourne)、弗朗茨（Franz)，"合成纖維"(Synthetic Fibres)，慕尼黑，維也 納，1995年中的草圖2)。這涉及處理量的依賴關(guān)系，該處理量正比于水平的萃取面積并因 此正比于萃取反應(yīng)器的高度。這意味著該萃取反應(yīng)器在高處理量下（>1〇〇噸聚酰胺（PA)/ 天）有著很大的建筑高度，意味著它們對建筑物的高度有著決定性影響。因此，隨著處理量 的增加，先前的萃取反應(yīng)器結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致了建筑技術(shù)方面的額外成本。
[0016] 因此，本目的是為了開發(fā)一種萃取反應(yīng)器，該萃取反應(yīng)器提供了在萃取反應(yīng)器的 高度上設(shè)置單獨的溫度梯度的可能性。隨著設(shè)備處理量的變化、以及隨著所預(yù)期的最終產(chǎn) 品中的單體含量和低聚物含量的變化，該萃取反應(yīng)器應(yīng)該是自動可控的。萃取反應(yīng)器中在 任何點的最高溫度都應(yīng)該低于萃取液在各自的靜水壓力處的沸點溫度至少〇. 5°C，（優(yōu)選 至少2. 0°C )。另外，應(yīng)該存在在最短可能的停留時間內(nèi)達(dá)到最尚萃取溫度但不超過該最尚 萃取溫度的可能性（例如，為了避免由于水解而造成的產(chǎn)品損壞）。
[0017] 此外，本發(fā)明的目的是提供一種萃取方法，使用該萃取方法能夠使特別基于PA6 聚合物的顆粒材料以有效的方式進(jìn)行萃取，即釋放單體或低聚物組分。
[0018] 該目的通過專利權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)了有關(guān)萃取反應(yīng)器，通過專利權(quán)利要求14 的特征實現(xiàn)了有關(guān)萃取方法。因此，各個從屬專利權(quán)利要求體現(xiàn)了有益的發(fā)展。
[0019] 因此，根據(jù)本發(fā)明，萃取反應(yīng)器特別適用于從顆粒材料例如聚酰胺、特別優(yōu)選基于 聚酰胺6的聚酰胺中的液相萃取。因此，根據(jù)本發(fā)明的萃取反應(yīng)器包括至少一個垂直延伸 的流管，該流管包括多個水平配置的熱交換器元件，該熱交換器元件全部地或部分地填充 所述流管的橫截面、且顆粒材料和萃取液能夠流動通過所述熱交換器元件，多個熱交換器 元件將流管細(xì)分成單獨的垂直隔室。此外，萃取反應(yīng)器包括至少一個用于顆粒材料的頂側(cè) 入口、至少一個用于顆粒材料的底側(cè)出口、至少一個用于萃取液的底側(cè)供給口、和至少一個 用于萃取液的頂側(cè)出口。
[0020] 因此，根據(jù)本發(fā)明的萃取反應(yīng)器是由用于聚酰胺顆粒物的垂直流管構(gòu)成。將顆粒 物從填充床的頂部引至底部。萃取液被逆流引導(dǎo)。萃取液經(jīng)由萃取反應(yīng)器下端的適當(dāng)?shù)牧?體分配器分布在萃取反應(yīng)器的橫截面上。下落的顆粒物和上升的流體通過流動擋板（盒式 基座（cassette base))均勾地分布在直徑上，以便設(shè)置用于流體和顆粒物的活塞流。
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