本發(fā)明涉及新材料制備，具體涉及一種聚酯的固相增粘的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、聚酯具有良好的力學(xué)性能及成型加工性能，在纖維、包裝、薄膜、工程塑料等方面均得到了廣泛的應(yīng)用，已成為世界上最重要的化工合成材料之一。其中，聚乙醇酸、聚乳酸等脂肪族聚酯，可以被自然界中存在的水、微生物或酶分解，隨著近年來(lái)資源短缺和環(huán)境污染的問(wèn)題日益突出，此類具生物降解性的高分子材料受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

2、目前聚乙醇酸的合成方法主要包括開(kāi)環(huán)聚合法和直接縮聚法，開(kāi)環(huán)聚合法首先需得到純度較高的乙交酯，再經(jīng)過(guò)乙交酯的開(kāi)環(huán)聚合制備得到聚乙醇酸；直接縮聚法則是通過(guò)乙醇酸和/或乙醇酸甲酯的脫水縮聚來(lái)合成，通過(guò)該方法制備得到的聚乙醇酸分子量較低且殘留單體含量較高，無(wú)法滿足大部分場(chǎng)景的應(yīng)用要求，因此需要后期進(jìn)行固態(tài)縮聚來(lái)增大分子量同時(shí)進(jìn)一步降低殘留單體含量，以達(dá)到產(chǎn)品要求。

3、目前的固相增粘或固相縮聚系統(tǒng)，通常使聚酯聚合物在負(fù)壓環(huán)境下進(jìn)行縮聚反應(yīng)，以將小分子帶出讓聚合物朝鏈增長(zhǎng)的方向進(jìn)行，例如，專利cn106432698b公開(kāi)了一種羥基乙酸聚合制備聚羥基乙酸的方法：將得到的聚羥基乙酸聚合物粉碎得到100目的聚羥基乙酸固體粉末，所獲得的聚羥基乙酸固體粉末進(jìn)一步進(jìn)行固相聚合，得到更高特性粘度的聚羥基乙酸；固相縮聚采用逐步升溫的加熱方法，固相聚合的壓力為20～30pa，溫度為195～215℃，時(shí)間4～8小時(shí)。反應(yīng)器內(nèi)負(fù)壓的大小、負(fù)壓的穩(wěn)定性均容易影響最終的效果，因此，不僅對(duì)于設(shè)備、管路的密封要求較高，能耗也較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種聚酯的固相增粘的方法及系統(tǒng)，在對(duì)縮聚塔內(nèi)抽負(fù)壓的同時(shí)，在固相增粘整個(gè)過(guò)程中向縮聚塔內(nèi)持續(xù)通入工藝氣體，在負(fù)壓的作用下，進(jìn)入縮聚塔內(nèi)氣體的流速增大，不僅節(jié)省了工藝氣體的用量，同時(shí)氣流可帶走小分子(單體、低聚物)，達(dá)到小分子快速脫除的目的，讓聚合物朝鏈增長(zhǎng)的方向進(jìn)行；脫除的小分子通過(guò)噴淋冷卻的方式進(jìn)行回收利用，工藝氣體凈化后可循環(huán)利用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明所述的一種聚酯的固相增粘方法，包括:將聚酯聚合物經(jīng)過(guò)結(jié)晶預(yù)熱器后通入縮聚塔進(jìn)行固相增粘；固相增粘全過(guò)程中，向縮聚塔內(nèi)持續(xù)通入工藝氣體，工藝氣體的進(jìn)氣壓力在0.1bar-100bar，保持縮聚塔內(nèi)的絕對(duì)壓力在1kpa-50kpa，縮聚塔內(nèi)反應(yīng)溫度為190-220℃，反應(yīng)時(shí)間為2-30h；在反應(yīng)過(guò)程中，使工藝氣體從縮聚塔頂部的出氣口流入氣體凈化裝置內(nèi)，通過(guò)氣體凈化裝置對(duì)工藝氣體進(jìn)行噴淋冷卻、氣液分離，以將工藝氣體中的單體和低聚物去除并回收，凈化工藝氣體，噴淋溶劑可在氣體凈化裝置內(nèi)部循環(huán)使用，工藝氣體經(jīng)凈化后循環(huán)使用。

4、進(jìn)一步地，所述聚酯聚合物進(jìn)入縮聚塔的粒徑為0-5mm，優(yōu)選地，在0.5-2mm之間。

5、進(jìn)一步地，控制所述聚酯聚合物在縮聚塔內(nèi)上進(jìn)下出，控制工藝氣體分為至少兩路進(jìn)入縮聚塔內(nèi)，優(yōu)選地，每一路氣體的流量、溫度、或壓力不同。

6、進(jìn)一步地，定義固相增粘過(guò)程中進(jìn)縮聚塔內(nèi)工藝氣體的體積與縮聚塔內(nèi)聚酯聚合物的質(zhì)量比為氣料比，控制氣料比為1:(0.5-5)l/kg。

7、進(jìn)一步地，所述工藝氣體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w。

8、進(jìn)一步地，所述聚酯聚合物為聚乙醇酸共聚合物，聚乙醇酸共聚合物在進(jìn)入縮聚塔前的殘留單體含量為1％-5％，固相增粘后的殘留單體含量為0.5％-1.5％。

9、進(jìn)一步地，設(shè)置縮聚塔內(nèi)的溫度與結(jié)晶預(yù)熱器內(nèi)的溫度相同；所述結(jié)晶預(yù)熱器的加熱方式為沸騰床、螺旋輸送或紅外干燥的形式。

10、進(jìn)一步地，使工藝氣體經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入縮聚塔內(nèi)，采用縮聚系統(tǒng)外加電伴熱(或夾套)和工藝氣體預(yù)熱相結(jié)合的方式，可以保證聚酯粒子的受熱均勻性，使得縮聚塔在橫向和縱向兩個(gè)方向上物料有更小的溫差，大大提升了縮聚塔的空間利用率和處理效率。

11、進(jìn)一步地，氣體凈化裝置包括冷凝噴淋裝置和氣液分離罐；工藝氣體經(jīng)縮聚塔出氣口流入冷凝噴淋裝置內(nèi)，控制冷凝噴淋裝置的溫度低于85℃，以將工藝氣體氣流中的單體和低聚物冷卻至其熔點(diǎn)以下，當(dāng)冷凝器內(nèi)的溫度低時(shí)工藝氣體中的小分子析出速度快，溫度高時(shí)析出較慢。

12、進(jìn)一步地，在冷凝噴淋裝置內(nèi)通過(guò)循環(huán)液噴淋器使用噴淋溶劑對(duì)工藝氣體進(jìn)行噴淋，該噴淋溶劑可選擇乙醇酸甲酯、乙醇酸乙酯、乙醇酸丁酯、乙醇酸異丁酯等對(duì)小分子溶解比較好的溶劑，可以顯著降低循環(huán)氣中的小分子含量，同時(shí)使溶有小分子的噴淋溶劑經(jīng)氣液分離罐后循環(huán)進(jìn)入冷凝噴淋裝置重復(fù)利用，以對(duì)工藝氣體進(jìn)行噴淋，提高溶劑利用率。

13、進(jìn)一步地，工藝氣體和噴淋溶劑經(jīng)冷凝噴淋裝置后進(jìn)入氣液分離罐內(nèi)，工藝氣體經(jīng)氣液分離罐后通過(guò)真空泵返回至供氣口進(jìn)行循環(huán)利用。通過(guò)控制氣液分離罐內(nèi)溶劑的液位，能夠降低氣流中液體溶劑的夾帶量，同時(shí)在氣液分離罐的內(nèi)部上方設(shè)置填料層或分子篩層，可以進(jìn)一步除去工藝氣體中的單體和低聚物，對(duì)氣體中的小顆粒及溶劑進(jìn)一步處理，能夠顯著提高真空泵的使用壽命。

14、進(jìn)一步地，氣體凈化裝置優(yōu)選設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)的氣液分離罐，一氣液分離罐與所述冷凝噴淋裝置連接，另一氣液分離罐上設(shè)置有噴淋液補(bǔ)充口，用于補(bǔ)充噴淋溶劑。

15、進(jìn)一步地，當(dāng)工藝氣體氣流進(jìn)入到冷凝噴淋裝置的冷凝器時(shí)不可避免有小分子顆粒在進(jìn)入冷凝噴淋裝置時(shí)開(kāi)始析出，時(shí)間長(zhǎng)了易造成冷凝噴淋裝置堵塞，而循環(huán)液噴淋器設(shè)置在工藝氣體入口的下方位于冷凝噴淋裝置的中下部，無(wú)法噴淋冷凝噴淋裝置內(nèi)部所有位置尤其工藝氣體入口所在上方位置，因此在冷凝噴淋裝置頂部安裝熱溶劑噴淋器，通過(guò)在冷凝噴淋裝置內(nèi)噴淋100℃及以上的噴淋溶劑以對(duì)冷凝噴淋裝置上方進(jìn)行定期沖洗，高溫的噴淋溶劑可增加單體和低聚物在溶劑中的溶解度，能夠避免單體或小分子因溫度突然降低導(dǎo)致在冷凝器頂部凝結(jié)而造成的堵塞問(wèn)題，能夠大大提升整個(gè)裝置的運(yùn)行周期，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

16、本發(fā)明還提供一種用于進(jìn)行上述聚酯的固相增粘方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括；

17、縮聚塔，所述縮聚塔具有進(jìn)料口、出料口、供氣管路及出氣口，供氣管路的數(shù)量為至少兩個(gè)，每一供氣管路上設(shè)有流量計(jì)、預(yù)熱器、壓力表及壓力調(diào)節(jié)閥；

18、供氣口，所述供氣口與每一供氣管路均連通，通過(guò)供氣管路向縮聚塔內(nèi)通入工藝氣體；

19、氣體凈化裝置，所述氣體凈化裝置包括冷凝噴淋裝置及氣液分離罐，所述冷凝噴淋裝置具有循環(huán)噴淋器及氣液出口；所述氣液分離罐具有氣液進(jìn)口、氣體出口、液體出口；所述冷凝噴淋裝置的氣液出口與氣液分離罐的氣液進(jìn)口通過(guò)管路連通，所述氣液分離罐的液體出口與循環(huán)噴淋器通過(guò)管路連通且之間設(shè)有循環(huán)噴淋泵，所述氣液分離罐的氣體出口與供氣口通過(guò)管路連通且之間設(shè)有真空泵；

20、結(jié)晶器，所述結(jié)晶器與縮聚塔的進(jìn)料口通過(guò)管路連通。

21、進(jìn)一步地，所述縮聚塔內(nèi)部設(shè)有溫度計(jì)，外部設(shè)有加熱器，所述加熱器為夾套或電伴熱，所述縮聚塔內(nèi)部上方設(shè)有高料位計(jì)。

22、進(jìn)一步地，所述噴淋冷凝器頂部設(shè)有熱溶劑噴淋器。

23、進(jìn)一步地，所述氣液分離罐的內(nèi)部上方設(shè)有氣流過(guò)濾層，所述氣流過(guò)濾層為填料層或分子篩層。

24、進(jìn)一步地，所述氣液分離罐具有噴淋液補(bǔ)充口，內(nèi)部設(shè)有液位計(jì)。

25、進(jìn)一步地，所述氣液分離罐的液體出口與循環(huán)液噴淋器之間的管路上還設(shè)有取樣和回收口。

26、本發(fā)明的有益效果如下：

27、1.本發(fā)明通過(guò)在負(fù)壓氣氛下進(jìn)行固相增粘反應(yīng)且向縮聚塔內(nèi)持續(xù)通入工藝氣體，保證縮聚塔內(nèi)中工藝氣體處于流動(dòng)狀態(tài)，可保證物料在縮聚塔內(nèi)受熱均勻，并且縮聚塔內(nèi)流動(dòng)的氣流能夠帶走未反應(yīng)的單體和低聚物，提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量/性能；通過(guò)循環(huán)噴淋的方式可降低循環(huán)氣中小分子的氣相分壓使得反應(yīng)不斷向鏈增長(zhǎng)的方向進(jìn)行。

28、2.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pv＝nrt可得知，當(dāng)氣體從高壓狀態(tài)向低壓狀態(tài)流動(dòng)時(shí)其體積會(huì)增大，因此當(dāng)少量氣體從高壓方向向低壓方向流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)速率可與正壓固相增粘大量氣體的氣體流動(dòng)速率相當(dāng)時(shí)，可顯著降低氣體消耗量同時(shí)降低工藝氣體預(yù)熱器的能耗。

29、3.具備工藝氣體循環(huán)系統(tǒng)和單體/低聚物回收系統(tǒng)，利用噴淋的方式將氣相溫度降至單體和低聚物的熔點(diǎn)以下，噴淋溶劑進(jìn)一步將小分子進(jìn)行溶解，可將噴淋溶劑再輸送到聚合反應(yīng)系統(tǒng)中再聚合，從而實(shí)現(xiàn)聚合體系高單體轉(zhuǎn)化率和低氣體消耗量。