1. Промышленный испаритель, содержащий корпус, в верхней стенке которого выполнен канал для подачи жидкости, связанный с зоной подачи жидкости; зону испарения, расположенную ниже по потоку жидкости, в которой размещена перфорированная пластина; и множество направляющих, ориентированных сверху вниз внутри пространства, ограниченного перфорированной пластиной, боковой стенкой корпуса и нижней стенкой корпуса, которая выполнена скошенной к боковой стенке и завершена каналом для отвода жидкости; и канал для вывода испаренного материала, выполненный в зоне испарения, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен регулирующим элементом направления входящего потока жидкости на перфорированную пластину в основном из ее внешней части к ее средней части;

площадь внутреннего поперечного сечения А (м ² ) корпуса в зоне выпаривания удовлетворяет формуле 0,7 _ А _ 300;

соотношение между площадью А (м ² ) и площадью внутреннего поперечного сечения В (м ² ) канала отвода жидкости удовлетворяет формуле 20 _ А/В _ 1000;

нижняя стенка корпуса скошена к боковой стенке корпуса под углом С (ш), удовлетворяющим формуле 110 _ С _ 165;

длина h (см) каждой из направляющих удовлетворяет формуле 150 _ h _ 5000;

суммарная площадь наружной поверхности S (м ² ) направляющих удовлетворяет формуле 2 _ S _ 50000.

2. Промышленный испаритель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность боковой стенки корпуса в зоне подачи жидкости выполнена под углом E к перфорированной пластине, где 100ш _ Е _ 180ш.

3. Промышленный испаритель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что боковая стенка корпуса в зоне испарения выполнена цилиндрической с внутренним диаметром D (см) и длиной L (см), нижняя стенка корпуса выполнена конической, а канал для отвода жидкости выполнен цилиндрическим с внутренним диаметром d (см), где 100 _ D _ 1800, 5 _ D/d _ 50, 0,5 _ L/D _ 30 и h-20 _ L _ h+300.

4. Промышленный испаритель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что 400 _ 2500.

5. Промышленный испаритель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что одна из направляющих выполнена цилиндрической или в форме трубы с внешним диаметром r (см) и сконструирована так, что жидкость и/или газообразный материал не проникает внутрь, при этом 0,1 _ r _ 1.

6. Промышленный выпарной аппарат по п.5, отличающийся тем, что направляющие соединены поперечными опорами.

7. Промышленный испаритель по п.6, отличающийся тем, что соединенные поперечными опорами направляющие образуют одну из структур типа решетки или сетки, трехмерную структуру направляющих, в которой множество структур направляющих типа решетки или сетки скреплены поперечными опорами, размещены спереди или сзади друг друга, и трехмерную структуру направляющих типа стоек и перекладин, в которой направляющие скреплены поперечными опорами вместе спереди и сзади, и слева и справа друг с другом.

8. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения расплава мономера или смеси двух или более видов мономеров в процессе конденсационной полимеризации.

9. Промышленный выпарной аппарат по п.8, отличающийся тем, что конденсационным полимером является полиэфир, полиамид или поликарбонат.

10. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения расплава термопластичного полимера в процессе очистки с удалением материала с более низкой температурой кипения из расплава.

11. Промышленный выпарной аппарат по п.10, отличающийся тем, что термопластичный полимер является полимером на основе полистирола, полимером на основе поливинилхлорида, полимером на основе поливинилиденхлорида, полимером на основе полиакрилонитрила, полимером на основе полиакрилового эфира, полимером на основе полиметакрилов эфира или термопластичным эластомером.

12. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения раствора термопластичного полимера в процессе разделения, извлечения/очистки с удалением материала с низкой температурой кипения из раствора.

 

(57) Реферат / Формула:
Промышленный испаритель, содержащий корпус, в верхней стенке которого выполнен канал для подачи жидкости, связанный с зоной подачи жидкости; зону испарения, расположенную ниже по потоку жидкости, в которой размещена перфорированная пластина; и множество направляющих, ориентированных сверху вниз внутри пространства, ограниченного перфорированной пластиной, боковой стенкой корпуса и нижней стенкой корпуса, которая выполнена скошенной к боковой стенке и завершена каналом для отвода жидкости; и канал для вывода испаренного материала, выполненный в зоне испарения, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен регулирующим элементом направления входящего потока жидкости на перфорированную пластину в основном из ее внешней части к ее средней части;

площадь внутреннего поперечного сечения А (м ² ) корпуса в зоне выпаривания удовлетворяет формуле 0,7 _ А _ 300;

соотношение между площадью А (м ² ) и площадью внутреннего поперечного сечения В (м ² ) канала отвода жидкости удовлетворяет формуле 20 _ А/В _ 1000;

нижняя стенка корпуса скошена к боковой стенке корпуса под углом С (ш), удовлетворяющим формуле 110 _ С _ 165;

длина h (см) каждой из направляющих удовлетворяет формуле 150 _ h _ 5000;

суммарная площадь наружной поверхности S (м ² ) направляющих удовлетворяет формуле 2 _ S _ 50000.

2. Промышленный испаритель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность боковой стенки корпуса в зоне подачи жидкости выполнена под углом E к перфорированной пластине, где 100ш _ Е _ 180ш.

3. Промышленный испаритель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что боковая стенка корпуса в зоне испарения выполнена цилиндрической с внутренним диаметром D (см) и длиной L (см), нижняя стенка корпуса выполнена конической, а канал для отвода жидкости выполнен цилиндрическим с внутренним диаметром d (см), где 100 _ D _ 1800, 5 _ D/d _ 50, 0,5 _ L/D _ 30 и h-20 _ L _ h+300.

4. Промышленный испаритель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что 400 _ 2500.

5. Промышленный испаритель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что одна из направляющих выполнена цилиндрической или в форме трубы с внешним диаметром r (см) и сконструирована так, что жидкость и/или газообразный материал не проникает внутрь, при этом 0,1 _ r _ 1.

6. Промышленный выпарной аппарат по п.5, отличающийся тем, что направляющие соединены поперечными опорами.

7. Промышленный испаритель по п.6, отличающийся тем, что соединенные поперечными опорами направляющие образуют одну из структур типа решетки или сетки, трехмерную структуру направляющих, в которой множество структур направляющих типа решетки или сетки скреплены поперечными опорами, размещены спереди или сзади друг друга, и трехмерную структуру направляющих типа стоек и перекладин, в которой направляющие скреплены поперечными опорами вместе спереди и сзади, и слева и справа друг с другом.

8. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения расплава мономера или смеси двух или более видов мономеров в процессе конденсационной полимеризации.

9. Промышленный выпарной аппарат по п.8, отличающийся тем, что конденсационным полимером является полиэфир, полиамид или поликарбонат.

10. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения расплава термопластичного полимера в процессе очистки с удалением материала с более низкой температурой кипения из расплава.

11. Промышленный выпарной аппарат по п.10, отличающийся тем, что термопластичный полимер является полимером на основе полистирола, полимером на основе поливинилхлорида, полимером на основе поливинилиденхлорида, полимером на основе полиакрилонитрила, полимером на основе полиакрилового эфира, полимером на основе полиметакрилов эфира или термопластичным эластомером.

12. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения раствора термопластичного полимера в процессе разделения, извлечения/очистки с удалением материала с низкой температурой кипения из раствора.

 

---

010116
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к новому промышленному испарителю. Более конкретно, настоящее изобретение относится к установке, в которой жидкость, содержащая материал с более низкой температурой кипения, чем температура кипения жидкости, стекает вниз по наружной поверхности направляющей, не имеющей собственного источника тепла, и за это время материал с более низкой температурой кипения испаряется.
Уровень техники
Хорошо известно, что для удаления летучих компонентов и/или низкокипящих компонентов путем испарения из жидкости применяют различные промышленные испарители, концентрируя, таким образом, жидкость. Например, в справочнике Kagaku Kogyo Binran ("Chemical Engineers' Handbook") 6th Edition (edited by the Society of Chemical Engineers, Japan, 1999: непатентный документ 1) (см. стр. 403-405) описываются следующие типы промышленных испарителей: погружного горения, с естественной циркуляцией с опускными трубами, горизонтальный трубный с естественной циркуляцией, с вертикальными короткими трубами, вертикальный длиннотрубный с восходящей пленкой, горизонтальный трубный со стекающей пленкой, вертикальный длиннотрубный со стекающей пленкой, горизонтальный трубный с принудительной циркуляцией, вертикальный трубный с принудительной циркуляцией, со змеевиком, пленочный с перемешиванием, центробежный тонкопленочный, тарельчатый и мгновенного испарения. Среди этих промышленных испарителей к системе, в которой жидкость стекает сверху вниз, относятся горизонтальный трубный испаритель со стекающей пленкой, вертикальный длиннотрубный испаритель со стекающей пленкой, горизонтальный трубный испаритель с принудительной циркуляцией, вертикальный трубный испаритель с принудительной циркуляцией и пленочный испаритель с перемешиванием. За исключением пленочного испарителя с перемешиванием, все они имеют одну и ту же форму многотрубного цилиндрического теплообменника. В случае пленочного испарителя с перемешиванием обеспечивается вращение скребков относительно цилиндрической или конической внутренней поверхности, нагреваемой с помощью внешнего источника тепла, в результате чего, по мере того, как на нем образуется пленка жидкости, происходят удаление пленки жидкости с поверхности теплообменника и концентрирование жидкости за счет испарения, осуществляемого равномерно с эффективным теплообменом. Кроме того, в случае горизонтального трубного испарителя со стекающей пленкой или горизонтального трубного испарителя с принудительной циркуляцией, являющимися теплообменниками, жидкость концентрируется за счет испарения в процессе ее стекания в виде пленки жидкости по наружным поверхностям горизонтально установленных труб; сами трубы нагреваются за счет проходящей через них греющей среды, например пара.
С точки зрения структуры потока жидкости, самыми близкими промышленными испарителями к испарителю согласно настоящему изобретению являются вертикальные длиннотрубные испарители со стекающей пленкой и вертикальные длиннотрубные испарители с принудительной циркуляцией, но они относятся к такому типу, в котором жидкость концентрируется за счет испарения при прохождении вниз в форме пленки через вертикально установленные трубы, в отличие от системы согласно настоящему изобретению, в которой жидкость стекает вниз вдоль наружных поверхностей направляющих, и, кроме того, трубы, через которые жидкость течет вниз, нагреваются с помощью греющей среды, которая стекает по наружной части (магистральной части) каждой из труб, в отличие от настоящего изобретения, в котором направляющие не имеют собственного источника тепла.
Кроме того, также известны ленточные испарители, в которых расплав полимера или что-либо подобное экструдируется в форме полос или нитей через перфорированную пластину в зону испарения, и расплав полимера концентрируется путем испарения при его свободном падении вниз (см. патентный документ 1: патент США 3110547; патентный документ 2: публикация патента Японии № 30-2164). Однако такой ленточный испаритель имеет недостатки. Например, так как подвергаемая концентрированию жидкость свободно падает вниз, становится коротким время пребывания в зоне испарения, и, следовательно, эффективность испарения становится низкой, и, кроме того, ленты или нити отклоняются в зоне испарения в сторону от прямолинейной траектории движения и могут в результате сплавляться друг с другом, и, следовательно, становится затруднительным осуществление режима непрерывной устойчивой работы. Также были предложены установки, в которых получают полиамид, полиэфир или другие подобные полимеры при стекании смеси мономера или преполимера вниз вдоль линейных опор (см., например, патентный документ 3: патент США 3044993; патентный документ 4: публикация патента Японии № 48-8355, патентный документ 5: выложенная заявка на патент Японии № 53-17569; патентный документ 6: выложенная заявка на патент Японии № 60-44527; патентный документ 7: выложенная заявка на патент Японии № 61-207429). Кроме того, была описана установка, в которой в зоне испарения устанавливаются проволочные петли, и расплав высоковязкого полимера концентрируется путем испарения, или из него удаляют газ при стекании его вниз вдоль проволочных петель, и было отмечено, что такая установка может быть эффективно использована для концентрирования путем испарения или удаления газа, в частности раствора или расплава поликарбоната (см. патентный документ 8: международная публикация WO 2002/051606). Этот способ является практически таким же, как и способ и установка, уже предложенные авторами настоящего изобретения, в которой поликарбонат получают полимеризацией расплавленного исходного полимеризуемого материала при стекании расплавленного исходного по
- 1 -
010116
лимеризуемого материала вниз вдоль проволок или направляющих в форме перфорированного листа (см. патентный документ 9: международная публикация WO 99/36457). Однако для такой установки с проволоками или направляющими в форме перфорированного листа не были приведены конкретные описания или предложения относительно масштаба или использования установки, в которой можно было бы проводить стабильно операцию испарения в течение длительного периода времени в промышленном масштабе, например не менее чем 1 т/ч жидкости, подвергаемой испарению.
Кроме того, для известных до сих пор испарителей не были описаны способы предотвращения разложения, например обесцвечивания, гелеобразования, сшивания, получения сверхвысокой молекулярной массы, затвердевания, подвулканизации или карбонизации, вследствие того, что часть жидкости пребывает в установке в течение длительного периода времени. В частности, в случае установки для испарения материала с более низкой температурой кипения из жидкости с относительно высокой вязкостью было впервые обнаружено в результате проведения длительной непрерывной операции испарения, что такое разложение происходит и разложившийся материал постепенно или моментально смешивается с концентрированной жидкостью, приводя к проблемам обесцвечивания и загрязнения твердым инородным материалом, который сильно ухудшает качество концентрированного продукта, например полимера, и т.д.
Однако очевидно, что в случае известных к настоящему времени испарителей проблеме разложения при длительной операции испарения вообще не уделялось никакого внимания. Например, из фиг. 1 в патентном документе 5, которая относится к испарителю, в котором используются линейные опоры, очевидно, что в нем имеется много так называемых "застойных зон" между частью отверстий перфорированной пластины и внутренней поверхностью боковой стенки полого корпуса, где полимер пребывает в течение длительного периода времени и в результате чего нагревается, и никаких средств вообще не принимается для уменьшения этой "застойной зоны". Соответственно, материал с высокой вязкостью, вводимый через штуцер подачи материала с высокой вязкостью (7), пребывает в течение длительного периода времени в "застойной зоне" между перфорированной пластиной (3) и внутренней поверхностью боковой стенки полого корпуса, и, следовательно, неизбежно возникают вышеуказанные проблемы.
Кроме того, даже в недавно предложенном патентном документе 8 вообще не принимается никаких мер для уменьшения "застойной зоны" в загрузочно-распределительной трубе 3 (фиг. 2) или в зоне подачи, из которой осуществляется подача на перфорированную пластину (фиг. 3а).
Описание изобретения
Задачей настоящего изобретения применительно к установке, в которой жидкость, содержащая материал с более низкой температурой кипения, чем температура кипения жидкости, стекает вниз вдоль наружной поверхности направляющей, не имеющей собственного источника тепла, и за это время материал с более низкой температурой кипения испаряется, является разработка конкретной установки, которую можно стабильно эксплуатировать в течение длительного периода времени в промышленном масштабе, например с производительностью не менее чем 1 т/ч подвергаемой испарению жидкости, и, кроме того, разработка конкретного промышленного испарителя, для которого не возникает проблем, связанных с разложением части жидкости, пребывающей в установке в течение длительного периода времени.
Авторы настоящего изобретения провели исследования по различному применению ранее предложенной установки полимеризации с контактирующим нисходящим потоком с направляющей, в которой расплавленный преполимер подвергается полимеризации при стекании его вниз вдоль направляющих, таких как проволоки. В результате, авторы настоящего изобретения разработали промышленный испаритель конкретной конструкции, описанной ниже, в котором может быть достигнута вышеуказанная задача, и тем самым создано настоящее изобретение. То есть настоящее изобретение предлагает промышленный испаритель, в котором жидкость, содержащая материал с более низкой температурой кипения, чем температура кипения этой жидкости, стекает вниз вдоль наружной поверхности направляющей, не имеющей собственного источника тепла, и за это время материал с более низкой температурой кипения испаряется, причем указанный испаритель включает следующее:
(1) проход для подачи жидкости; зону подачи жидкости для подачи жидкости сквозь перфорированную пластину к направляющей, установленной в зоне испарения; зону испарения, имеющую множество направляющих, которые направлены сверху вниз, внутри пространства, ограниченного перфорированной пластиной, боковой стенкой корпуса, и нижней стенкой корпуса; проход для вывода испаренного материала, установленный в зоне испарения; и проход для отвода жидкости, установленный в самой нижней части нижней стенки корпуса;
(2) регулирующий элемент направления потока, который регулирует подачу жидкости на перфорированную пластину из потока прохода для подачи жидкости, в основном, из внешней части по направлению к средней части перфорированной пластины, установленной в зоне подачи жидкости;
(3) площадь внутреннего поперечного сечения А (м2), проведенного через горизонтальную плоскость боковой стенки корпуса зоны испарения, удовлетворяющая следующей формуле (1):
0,7 <А <300 (1)
(4) соотношение между площадью А (м2) и площадью внутреннего поперечного сечения В (м2), проведенного через горизонтальную плоскость прохода для отвода жидкости, удовлетворяющее следующей формуле (2):
- 2 -
010116
20 <А/В <1000 (2)
(5) нижняя стенка корпуса, составляющая нижнюю часть зоны испарения, которая соединяется под внутренним углом С (°) с боковой стенкой корпуса на указанной нижней стенке корпуса, где угол С (°) удовлетворяет следующей формуле (3):
110 <С <165 (3)
(6) длина h (см) каждой из направляющих, удовлетворяющая следующей формуле (4):
150 (7) суммарная площадь наружной поверхности S (м2) направляющих, удовлетворяющая следующей формуле (5):
2 При этом испарению подвергается не менее чем 1 т/ч указанной жидкости.
Угол E (°) между внутренней поверхностью боковой стенки зоны подачи жидкости и перфорированной пластиной удовлетворяет следующей формуле (6):
100 <Е <180 (6)
Боковая стенка корпуса зоны испарения является цилиндрической с внутренним диаметром D (см) и длиной L (см), нижняя стенка корпуса, соединенная с нижней частью боковой стенки корпуса, является конической, и проход для отвода жидкости, который находится в самой нижней части конической нижней стенки корпуса, является цилиндрическим с внутренним диаметром d (см), где D, L и d удовлетворяют следующим формулам (7), (8), (9) и (10):
100 5 0,5 h-20 При этом h удовлетворяет следующей формуле (11):
400 Одна из направляющих является цилиндрической или имеет форму трубы с внешним диаметром r (см) и выполнена так, что жидкость и/или газообразный материал не проникает в нее, где r удовлетворяет следующей формуле (12):
0,1 Направляющие включают вышеуказанные по формуле (12) направляющие, и направляющие соединены вместе поперечными опорами.
Направляющие включают вышеуказанные по формуле (12) направляющие и образуют одну из структур направляющих типа решетки или сетки, в которой направляющие скреплены вместе поперечными опорами, трехмерную структуру направляющих, в которой множество структур направляющих типа решетки или сетки размещены спереди или сзади друг друга и скреплены вместе поперечными опорами, и трехмерную структуру направляющих типа стоек и перекладин, в которой направляющие скреплены вместе спереди и сзади и слева и справа друг с другом поперечными опорами.
Жидкость является расплавом мономера или смесью двух или более видов мономеров для получения конденсационного полимера, и/или преполимера конденсационного полимера, и/или конденсационного полимера, материал с более низкой температурой кипения является побочным материалом и/или олигомером, получаемым при конденсационной полимеризации, и промышленный испаритель является установкой полимеризации конденсационного полимера для удаления материала с более низкой температурой кипения из расплава путем испарения, с тем чтобы повысить степень полимеризации преполи-мера конденсационного полимера и/или конденсационного полимера.
Конденсационный полимер является полиэфиром, полиамидом или поликарбонатом.
Жидкость является расплавом термопластичного полимера А, материал с более низкой температурой кипения является мономером, олигомером и побочным материалом, содержавшимся в полимере, и промышленный испаритель является установкой очистки для удаления материала с более низкой температурой кипения из расплава путем испарения, с тем чтобы повысить чистоту термопластичного полимера А.
Термопластичный полимер А является полимером на основе полистирола, полимером на основе поливинилхлорида, полимером на основе поливинилиденхлорида, полимером на основе акрилонитрила, полимером на основе полиакрилового эфира, полимером на основе полиметакрилового эфира или термопластичным эластомером.
Жидкость является раствором термопластичного полимера В, материал с более низкой температурой кипения является растворителем, в котором термопластичный полимер растворен, и/или мономером, олигомером и побочным материалом, содержащимся в растворе полимера, и промышленный испаритель является установкой разделения и извлечения/очистки для удаления материала с низкой температурой кипения из раствора путем испарения, с тем чтобы разделить и таким образом извлечь термопластичный полимер из раствора и повысить чистоту термопластичного полимера.
Преимущества изобретения
Промышленный испаритель согласно настоящему изобретению является установкой для испаре
- 3 -
010116
ния/концентрирования, в которой может быть эффективно сконцентрировано большое количество жидкости путем стабильного испарения в течение длительного периода времени и в которой не менее чем 1 т/ч концентрированной жидкости может быть получена без разложения жидкости в течение длительного периода времени. В частности, в случае промышленного испарителя согласно настоящему изобретению достигаются отличные результаты при концентрировании жидкости с относительно высокой вязкостью путем испарения. В известных до сих пор установках для концентрирования таких жидкостей с относительно высокой вязкостью путем испарения были области, где некоторая часть нагретой жидкости пребывает в течение длительного периода времени, вследствие чего эта жидкость претерпевает разложение, такое как обесцвечивание, гелеобразование, сшивание, достижение сверхвысокой молекулярной массы, затвердевание, подвулканизация, карбонизация или другое подобное изменение, и было найдено, что разложившийся материал смешивается с концентрированной жидкостью постепенно или мгновенно, приводя к ухудшению в цвете и свойств концентрированной жидкости. Промышленный испаритель согласно настоящему изобретению является непрерывным испарителем, который не имеет таких недостатков, и в частности демонстрирует отличные результаты в качестве установки полимеризации для конденсационного полимера, установки очистки для термопластичного полимера или установки для разделения и, таким образом, извлечения полимера из раствора термопластичного полимера и очистки полимера. То есть промышленный испаритель согласно настоящему изобретению является установкой, которая стабильно позволяет получать высококачественный и высокочистый полимер с высокой производительностью, не менее чем 1 т/ч, в течение длительного периода времени без обесцвечивания или загрязнения инородным материалом, образующимся в результате термического разложения материала. Кроме того, в случае, когда испаритель согласно настоящему изобретению используется в качестве установки полимеризации, он может обеспечивать очень незначительное колебание молекулярной массы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведен схематичный вид в разрезе, показывающий промышленный испаритель согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 приведен схематичный вид в разрезе, показывающий цилиндрический промышленный испаритель согласно настоящему изобретению.
На фиг. 3 приведен вид в разрезе, показывающий схематически верхнюю часть промышленного испарителя согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4 приведен вид в разрезе, показывающий схематически верхнюю часть промышленного испарителя настоящего изобретения.
На фиг. 5 приведен вид в разрезе, показывающий схематически устройство для устранения "застойной зоны" между внутренней стенкой зоны подачи жидкости и перфорированной пластиной и регулирующий элемент направления потока.
На фиг. 6 приведен вид в разрезе, показывающий схематически устройство для устранения "застойной зоны" между внутренней стенкой зоны подачи жидкости и перфорированной пластиной и регулирующий элемент направления потока.
1 - проход для подачи жидкости, 2 - перфорированная пластина, 3 - зона подачи жидкости, 4 - направляющая, 5 - зона испарения, 6 - проход для отвода испаренного материала, 7 - проход для отвода жидкости, 8 - насос откачки жидкости, 9 - проход для подачи инертного газа в случае необходимости, 10 -боковая стенка корпуса зоны испарения, 11 - нижняя стенка корпуса зоны испарения, 12 - проход для отвода жидкости, 20 - регулирующий элемент направления потока, 21 - отверстие перфорированной пластины, 22 - внутренняя поверхность боковой стенки зоны подачи жидкости, 23 - поверхность верхней внутренней стенки.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Настоящее изобретение основано на том факте, что, для того чтобы достичь вышеуказанной задачи для непрерывного испарителя, должны быть удовлетворены различные условия. Настоящее изобретение будет описано далее более подробно со ссылкой на варианты (фиг. 1 и 2), иллюстрирующие сущность конструкции испарителя согласно настоящему изобретению, и варианты (фиг. 3 и 4), показывающие часть испарителя.
Предпочтительно, чтобы проход 1 для подачи жидкости установлен вверху зоны 3 подачи жидкости. Такой проход 1 для подачи жидкости может быть расположен в одном месте или в нескольких местах, причем предпочтительно, чтобы по меньшей мере один проход 1 для подачи жидкости был расположен так, чтобы жидкость в зоне 3 подачи жидкости могла подаваться на перфорированную пластину 2 как можно более равномерно. В случае, когда проход 1 для подачи жидкости имеется только в одном месте, предпочтительно, чтобы проход 1 для подачи жидкости был установлен в средней части верха зоны 3 подачи жидкости. В зоне 3 подачи жидкости должен быть установлен регулирующий элемент 20 направления потока, направляющий жидкость на перфорированную пластину 2 из прохода 1 для подачи жидкости, в основном, от внешней части к средней части перфорированной пластины 2. Регулирующий элемент 20 направления потока создает поток жидкости от внешней части к средней части перфорированной пластины 2, таким образом предотвращая пребывание жидкости в течение длительного периода времени в пространстве между отверстиями (например, 21) перфорированной пластины 2 и внутренней поверхно
- 4 -
010116
стью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости. Жидкость, текущая, в основном, от внешней части по направлению к средней части перфорированной пластины 2, подается таким образом на направляющие 4 из отверстий, размещенных между внешней частью и средней частью перфорированной пластины 2.
Регулирующий элемент 20 направления потока может иметь любую форму, если при этом он способен выполнять функцию направления потока, но предпочтительно, чтобы конфигурация поперечного сечения регулирующего элемента 20 направления потока была аналогичной конфигурации поперечного сечения перфорированной пластины 2. Используемый здесь термин "поперечное сечение регулирующего элемента 20 направления потока" относится к сечению, проведенному через регулирующий элемент 20 направления потока в поперечном направлении в месте, где это сечение имеет максимальную площадь. Предпочтительный интервал для расстояния между регулирующим элементом 20 направления потока и внутренней поверхностью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости зависит от количества и вязкости подвергаемой обработке жидкости и т.д., но в случае, когда испаритель используется в качестве установки полимеризации, установки очистки полимера или в других подобных применениях, для подвергаемой испарению жидкости с относительно высокой вязкостью интервал от 1 до 50 см является обычно предпочтительным, причем более предпочтительно, чтобы он составлял от 2 до 30 см, и еще более предпочтительно от 3 до 20 см. Расстояние между поверхностью верхней внутренней стенки 23 зоны 3 подачи жидкости и регулирующим элементом 20 направления потока может быть любым, но предпочтительно, чтобы оно было таким, что время пребывания жидкости в зоне 3 подачи жидкости являлось бы как можно более коротким.
По этой причине, такое расстояние обычно составляет от 1 до 200 см, предпочтительно от 2 до 170 см, более предпочтительно от 3 до 150 см. Регулирующий элемент 20 направления потока может быть выполнен так, что расстояние между поверхностью верхней внутренней стенки 23 зоны 3 подачи жидкости и регулирующим элементом 20 направления потока будет практически таким же, как и из прохода 1 для подачи жидкости до внутренней поверхности боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости, но он может также быть выполнен таким образом, что это расстояние постепенно будет уменьшаться или, наоборот, постепенно увеличиваться. Кроме того, расстояние между регулирующим элементом 20 направления потока и перфорированной пластиной 2 составляет обычно от 1 до 50 см, предпочтительно от 2 до 30 см, более предпочтительно от 3 до 20 см. Регулирующий элемент 20 направления потока может быть выполнен так, что расстояние между перфорированной пластиной 2 и регулирующим элементом 20 направления потока будет практически таким же, как и от внутренней поверхности боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости до средней части перфорированной пластины 2, или он может также быть выполнен таким, что это расстояние будет постепенно уменьшаться или, наоборот, постепенно увеличиваться, но предпочтительно, чтобы он был выполнен таким образом, что расстояние будет, по существу, таким же или постепенно уменьшаться.
Регулирующий элемент 20 направления потока предотвращает подачу жидкости из прохода 1 для подачи жидкости непосредственно к отверстиям в перфорированной пластине 2, и, следовательно, его можно также рассматривать в качестве своего рода отражателя. Следует отметить, что в случае, когда перфорированная пластина 2 имеет большую площадь, также предпочтительно, чтобы некоторая часть подаваемой жидкости могла протекать по самому короткому пути к средней части перфорированной пластины 2 без прохождения внешней части перфорированной пластины 2, и в этом случае предпочтительно, чтобы отверстие было расположено в одном месте или множестве мест в области средней части регулирующего элемента 20 направления потока или в другой подходящей части. Для того, чтобы не образовывалась "застойная зона" в зоне 3 подачи жидкости, также предпочтительно, чтобы угол Е (°) между внутренней поверхностью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости и перфорированной пластиной 2 удовлетворял следующей формуле (6):
100 <Е <180 (6)
В случае, когда внутренняя поверхность боковой стенки 22 является плоской, E является углом между внутренней поверхностью боковой стенки 22 и перфорированной пластиной 2 в разрезе, проведенном через плоскость, перпендикулярную как плоскости внутренней поверхности боковой стенки 22, так и верхней поверхности перфорированной пластины 2. И, как вариант, в случае, когда внутренняя поверхность боковой стенки 22 является поверхностью в форме вогнутой кривой, E является углом между верхней поверхностью перфорированной пластины 2 и касательной к внутренней поверхности боковой стенки 22 в точке, где внутренняя поверхность боковой стенки 22 начинает подниматься вверх в сечении, проведенном через плоскость, перпендикулярную как поверхности в форме вогнутой кривой внутренней поверхности боковой стенки 22, так и верхней поверхности перфорированной панели 2. Кроме того, также предпочтительно сконструировать такой испаритель, в котором область соединения между верхней поверхностью внутренней стенки 23 и внутренней поверхности боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости не становилась бы "застойной зоной". Предпочтительно, чтобы угол между верхней поверхностью внутренней стенки 23 и внутренней поверхностью боковой стенки 22 был больше чем 90 или 90° или близким к этому, так как в этом случае область соединения является вогнутой и, следовательно, жидкость в этом месте не застаивается.
Площадь внутреннего поперечного сечения А (м2), проведенного через горизонтальную плоскость (плоскость а-а') задней стенки корпуса 10 зоны 5 испарения, должна удовлетворять следующей формуле (1):
- 5 -
010116
0,7 <А <300 (1)
Кроме того, соотношение между А (м2) и площадью внутреннего поперечного сечения В (м2), проведенного через горизонтальную плоскость (плоскость b-b') прохода 7 для отвода жидкости, должно удовлетворять следующей формуле (2):
20 <А/В <1000 (2)
Отношение А/В должно удовлетворять вышеприведенной формуле (2) для того, чтобы могли быть выгружены жидкость и полимер, которые были сконцентрированы путем испарения, или расплав, вязкость которого увеличилась без снижения качества концентрированной жидкости.
Кроме того, нижняя стенка 11 корпуса, составляющая нижнюю часть зоны 5 испарения, выше присоединена под внутренним углом С (°) к боковой стенке 10 корпуса, и угол С (°) должен удовлетворять следующей формуле (3):
110 <С <165 (3)
Во избежание повышения стоимости оборудования предпочтительно, чтобы С был как можно более близким к 90°, но для перемещения концентрированной жидкости, стекающей вниз с нижних концов направляющих 4, и расплава, вязкость которого повысилась без снижения качества концентрированной жидкости, к проходу 7 для отвода жидкости С должен удовлетворять приведенной выше формуле (3).
Кроме того, длина h (см) каждой из направляющих 4 должна удовлетворять следующей формуле (4):
150 Нежелательно, чтобы h было меньше чем 150 см, так как тогда концентрирование или полимеризация не могут быть проведены в достаточной степени. Нежелательно, чтобы h было больше чем 5000 см, так как тогда разница в вязкости жидкости между верхом и низом каждой направляющей 4 становится слишком большой, что приводит к возможности большого колебания значений степени концентрирования или степени полимеризации.
Кроме того, суммарная площадь наружной поверхности S (м2) направляющих 4 должна удовлетворять следующей формуле (5):
2 Если S меньше чем 2 м2, тогда не может быть достигнута величина требуемого количества подвергаемой испарению жидкости, не менее чем 1 т/ч, или величина требуемого количества производимого полимера. Кроме того, чтобы достигнуть такой производительности без повышения стоимости оборудования и предотвратить изменение свойств, S должно быть не более 50000 м2.
Было обнаружено, что испаритель согласно настоящему изобретению, удовлетворяющий различным вышеприведенным условиям, не только решает проблемы известных к настоящему времени испарителей, но, кроме того, как ни удивительно, достигает отличных результатов, описанных ранее, при этом он способен стабильно производить высококачественную и с высокими характеристиками концентрированную жидкость или полимер без обесцвечивания и в количестве не менее чем 1 т/ч в течение длительного периода времени, не менее чем несколько тысяч часов, например не менее чем 5000 ч.
Предполагается, что причина того, что промышленный испаритель согласно настоящему изобретению характеризуется такими отличными показателями, заключается в том, что, в дополнение к различным факторам, описанным выше, когда вышеприведенные условия объединяются, проявляется суммарный эффект. Например, предполагается, что это происходит потому, что направляющие 4, имеющие высокую площадь поверхности, удовлетворяющую формулам (4) и (5), являются очень эффективными для эффективного внутреннего перемешивания и обновления поверхности большого количества жидкости, или преполимера, или полимера, вводимых при относительно низкой температуре, и, следовательно, может быть проведено эффективно испарение материала с более низкой температурой кипения, которое способствует получению большого количества, не менее чем 1 т/ч, высококачественной концентрированной жидкости или полимера, и, кроме того, угол С, удовлетворяющий формуле (3), обеспечивает возможность уменьшить время, требуемое для выведения из прохода 7 для вывода большого количества высококачественной концентрированной жидкости или полимера, стекающего вниз из направляющих 4, и, таким образом, уменьшить во времени изменение тепла.
Следует отметить, что эксплуатация испарителя в промышленном масштабе может быть основана только на длительной работе с использованием оборудования для крупномасштабного производства, и, само собой разумеется, что стоимость производственного оборудования здесь является важным фактором, который должен приниматься во внимание. Другим положительным эффектом настоящего изобретения является то, что для испарителя согласно настоящему изобретению отношение стоимости оборудования к издержкам эксплуатации может быть меньше, чем в случае традиционных испарителей или установок полимеризации.
Конкретные условия и требуемые интервалы для размеров, углов и т.д. для промышленного испарителя согласно настоящему изобретению уже были описаны выше, но более предпочтительными интервалами являются следующие: более предпочтительно, чтобы интервал для А, для площади внутреннего поперечного сечения А (м2), проведенного через горизонтальную плоскость боковой стенки 10 корпуса зоны 5 испарения, составлял 0,8 <А <250, при этом еще более предпочтительно, чтобы 1 <А <200.
- 6 -
010116
Кроме того, более предпочтительно, чтобы интервал для отношения между А (м2) и площадью внутреннего поперечного сечения В (м2), проведенного через горизонтальную плоскость прохода 7 отвода жидкости, составлял 25 <А/В <900, при этом еще более предпочтительно, чтобы 30 <А/В <800. Кроме того, более предпочтительно, чтобы интервал для внутреннего угла С (°) нижней стенки 11 корпуса, составляющей нижнюю часть зоны 5 испарения, к боковой стенке 10 корпуса над ней составлял 120 <С <165, при этом еще более предпочтительно, чтобы 135 <С <165. Следует отметить, что, в случае постепенного повышения степени концентрирования или степени полимеризации при использовании нескольких испарителей, выбор углов для испарителей C1, C2, С3..., соответственно, должен быть предпочтительно сделан следующим образом: С <С2 <С3 <...
Кроме того, требуемая длина h (см) каждой из направляющих 4 зависит от таких факторов, как количество, вязкость и температура подвергаемой обработке жидкости, количество и температура кипения материала с более низкой температурой кипения, давление и температура в зоне испарения и требуемая степень концентрирования или степень полимеризации, и более предпочтительно, чтобы интервал составлял 200 В промышленном испарителе согласно настоящему изобретению форма внутреннего сечения, проведенного через горизонтальную плоскость боковой стенки 10 корпуса зоны 5 испарения, может быть любой формы, например многоугольной, эллиптической или круглой. Операция в зоне 5 испарения обычно проводится при пониженном давлении, и, следовательно, приемлема любая форма, при которой это пониженное давление может быть реализовано, но круглая форма или форма, близкая к ней, является предпочтительной. Таким образом, предпочтительно, чтобы боковая стенка 10 корпуса зоны 5 испарения была цилиндрической. В этом случае предпочтительно, чтобы внизу цилиндрической боковой стенки 10 корпуса устанавливалась коническая нижняя стенка корпуса, причем цилиндрический проход 7 для отвода жидкости устанавливался в самой нижней части нижней стенки корпуса.
В промышленном испарителе согласно настоящему изобретению в случае, когда каждая боковая стенка и нижняя стенка корпусов зоны 5 испарения включают описанные выше цилиндрическую часть и коническую часть и проход 7 для отвода жидкости для концентрированной жидкости или полимера является цилиндрическим, имея для цилиндрической части боковой стенки корпуса внутренний диаметр D (см) и длину L (см) и имея для прохода 7 для отвода жидкости внутренний диаметр d (см), предпочтительно, чтобы D, L и d удовлетворяли следующим формулам (7), (8), (9) и (10):
100 h-20 Для испарителя согласно настоящему изобретению более предпочтительно, чтобы интервал для D (см) составлял 150 Возможно, причиной, почему испаритель согласно настоящему изобретению позволяет стабильно получать высококачественную и с высокими характеристиками концентрированную жидкость или полимер, имеющий отличные механические свойства без обесцвечивания (в случае получения полимера, с очень небольшим колебанием молекулярной массы и т.д.) в течение длительного периода времени в промышленном масштабе с высокой скоростью испарения или скоростью полимеризации, является следующей, а именно: в испарителе согласно настоящему изобретению исходный жидкий материал направляется из прохода 1 для подачи жидкости через зону 3 подачи жидкости и перфорированную пластину 2 к направляющим 4 и затем при стекании его вниз по направляющим 4 концентрируется, или повышается степень его полимеризации. По мере того, как жидкость или расплавленный преполимер стекают вниз по направляющим, происходит естественное эффективное внутреннее перемешивание и обновление поверхности жидкости или расплавленного преполимера, и, таким образом, происходит эффективное удаление материала с более низкой температурой кипения, в силу чего концентрирование или полимеризация проходят при высокой скорости. По мере того, как протекает концентрирование или полимеризация,
- 7 -
010116
повышается вязкость, и, следовательно, возрастает сила адгезии жидкости или расплава к направляющим 4, и, таким образом, количество жидкости или расплава, налипающее к каждой направляющей, увеличивается в направлении вниз направляющей. Это означает, что время пребывания жидкости или расплавленного преполимера на направляющей, то есть время испарения или время реакции полимеризации, увеличивается. Кроме того, для нанесенной на направляющую жидкости или расплавленного преполи-мера, которые стекают вниз под действием своей собственной массы, является очень высокой площадь поверхности на единицу массы, и, следовательно, происходит эффективное обновление поверхности. Таким образом, может быть легко достигнуто концентрирование путем испарения или повышение молекулярной массы во второй половине полимеризации при высокой вязкости, в то время как в случае традиционных испарителей или установок полимеризации с механическим перемешиванием такого эффекта достичь было невозможно. Это является одним из важных отличительных признаков испарителя согласно настоящему изобретению.
Единственной причиной того, что количество жидкости или расплава, прилипающих к направляющим, возрастает во второй половине полимеризации или испарения, является увеличение удерживающей силы адгезии, которая возрастает с увеличением вязкости, и, следовательно, приблизительно одно и то же количество жидкости или расплава, имеющих приблизительно одну и ту же вязкость, наносится на одну и ту же высоту каждой из множества направляющих. С другой стороны, жидкость или расплав непрерывно подают наверх направляющих, и, следовательно, жидкость, имеющая приблизительно одну и ту же вязкость, или расплав с повышенной степенью полимеризации, имеющий приблизительно одну и ту же вязкость, непрерывно стекают вниз в нижнюю часть корпуса с нижних концов направляющих. То есть жидкость приблизительно одной и той же вязкости или полимер приблизительно одной и той же степени полимеризации, полученные при стекании вниз по направляющим, собирают в нижней части нижней стенки 11 корпуса и, следовательно, непрерывно получают концентрированную жидкость с очень небольшим колебанием степени испарения или полимер с очень небольшим колебанием молекулярной массы. Это еще один из важных отличительных признаков испарителя согласно настоящему изобретению. Концентрированная жидкость или полимер, собранные в нижней части нижней стенки корпуса, непрерывно выводятся через проход 7 для отвода жидкости с помощью насоса 8 выгрузки, и, в случае полимера, он непрерывно гранулируется с помощью обыкновенного экструдера или другого аналогичного оборудования. В этом случае в экструдер могут быть введены добавки и т. д.
Перфорированная пластина 2 в испарителе согласно настоящему изобретению обычно выбирается из плоских пластин, гофрированных пластин и пластин, которые утолщаются в своей средней части; форма поперечного сечения перфорированной пластины 2 обычно выбирается круглой, овальной, треугольной и многоугольной. Форма поперечного сечения каждого из отверстий в перфорированной пластине обычно выбирается круглой, овальной, треугольной, трещиноподобной, многоугольной и звездообразной. Площадь сечения отверстий составляет обычно от 0,01 до 100 см2, предпочтительно от 0,05 до 10 см2, особенно предпочтительно от 0,1 до 5 см2. Расстояние между отверстиями, конкретно расстояние между центрами отверстий, обычно составляет от 1 до 500 мм, предпочтительно от 25 до 100 мм. Отверстиями в перфорированной пластине могут быть отверстия, которые проходят через перфорированную пластину, или в качестве варианта в перфорированной пластине могут быть установлены трубки. Кроме того, отверстия в конце могут сужаться.
Направляющие в испарителе согласно настоящему изобретению не имеют собственного источника тепла, такого как греющая среда или электрический нагреватель, и каждая из направляющих является элементом, для которого отношение длины в направлении, перпендикулярном горизонтальному сечению, по отношению к средней длине внешней периферии такого горизонтального сечения является очень высоким. Это отношение обычно составляет от 10 до 1000000, предпочтительно от 50 до 100000. Форма горизонтального сечения обычно выбирается круглой, овальной, треугольной, квадратной, многоугольной и звездообразной. Форма этого сечения может быть постоянной или может изменяться по длине. Кроме того, каждая из направляющих может быть полой. Важным отличительным признаком настоящего изобретения является то, что, так как направляющие не имеют собственного источника тепла, полностью исключается риск термического разложения жидкости на поверхности направляющих.
Каждая из направляющих может быть одинарной проволокой, одинарным тонким стержнем, одинарной тонкой трубой, изготовленной так, что жидкий или расплавленный преполимер не может проникнуть вовнутрь, или другими подобными, или множество таких направляющих могут быть объединены при использовании такого способа, как скручивание вместе. Кроме того, направляющие могут образовывать сетчатую структуру или структуру перфорированного листа. Поверхность каждой направляющей может быть гладкой или шероховатой и может иметь в местах выступы или другие подобные. Предпочтительными направляющими являются цилиндрические направляющие, такие как проволоки или тонкие стержни, тонкие трубы, описанные выше, направляющие со структурой сетки и направляющие со структурой перфорированного листа.
В испарителе согласно настоящему изобретению с направляющими, контактирующими с нисходящим потоком, который позволяет получать высококачественную концентрированную жидкость или полимер в промышленном масштабе (с точки зрения количества продукции, продолжительного стабильно
- 8 -
010116
го производства и т.д.), особенно предпочтительно, чтобы структура направляющих была структурой, в которой множество направляющих, каждая из которых имеет форму проволоки, или тонкого стержня, или тонкой трубы, описанные выше, объединялись вместе при соответствующих вертикальных интервалах с использованием поперечных опор от верха до низу направляющих. Примерами являются структуры направляющих типа сетки, в которых множество направляющих, каждая из которых имеет форму проволоки, или тонкого стержня, или тонкой трубы, описанные выше, скрепляются вместе с использованием поперечных опор сверху донизу направляющих при подходящих вертикальных интервалах, например интервалах от 1 до 200 см, трехмерная структура направляющих, в которой множество таких структур направляющих типа сетки устанавливаются впереди и сзади друг друга и объединяются вместе с использованием поперечных опор при соответствующих вертикальных интервалах, например интервалах от 1 до 200 см, или трехмерная структура направляющих из стоек и перекладин, в которой множество направляющих, каждая из которых имеет форму проволоки, или тонкого стержня, или тонкой трубы, описанные выше, устанавливаются вместе впереди и сзади и слева и справа друг от друга с использованием поперечных опор при соответствующих вертикальных интервалах, например интервалах от 1 до 200 см. Поперечные опоры применяются не только для сохранения приблизительно постоянными интервалов между направляющими, но также для увеличения общей прочности плоских или изогнутых направляющих или направляющих, образующих трехмерную структуру. Опоры могут быть изготовлены из того же материала, что и направляющие, или из другого материала.
В настоящем изобретении в случае, когда каждая направляющая является цилиндрической или имеет форму трубы с внешним диаметром r (см) и изготовлена так, чтобы жидкость или расплавленный преполимер не могли проникнуть вовнутрь, предпочтительно, чтобы r удовлетворял формуле (12):
0,1 Направляющие в настоящем изобретении позволяют концентрировать путем испарения или полимеризации жидкость или расплавленный преполимер, по мере того как жидкость или расплавленный преполимер стекают вниз по направляющим, а также предназначены для удерживания жидкости или расплавленного преполимера в течение определенного периода времени. Это время удержания связано со временем испарения или временем реакции полимеризации. Как описано выше, по мере протекания испарения или полимеризации, вязкость жидкости или расплава постепенно повышается и, следовательно, постепенно увеличиваются и время удержания, и удерживаемое количество. Для данной вязкости расплава количество жидкости или расплавленного преполимера, удерживаемого направляющими, изменяется в зависимости от площади наружной поверхности направляющих, то есть в случае цилиндрических направляющих или в форме трубы, в зависимости от внешнего диаметра.
Кроме того, направляющие, установленные в испарителе согласно настоящему изобретению, должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать их собственную массу и плюс массу удерживаемых жидкости, или расплавленного преполимера, или полимера. По этой причине важной является толщина направляющих, и в случае цилиндрических направляющих или направляющих в форме трубы предпочтительно, чтобы удовлетворялись условия формулы (12). Если r меньше чем 0,1, тогда продолжительная стабильная работа становится опасной с точки зрения прочности, между тем, если r больше чем 1, тогда направляющие сами по себе становятся очень тяжелыми, и, следовательно, возникают проблемы, связанные с необходимостью изготовления очень толстой перфорированной пластины, с тем, чтобы удерживать направляющие в испарителе. Кроме того, при увеличении частей становится слишком большим количество удерживаемой жидкости, или расплавленного преполимера, или полимера, что приводит к таким проблемам, как колебание степени концентрирования или увеличение молекулярной массы. По этим причинам более предпочтительно, чтобы интервал для r составлял 0,15 Предпочтительным материалом для направляющих является материал, выбираемый из таких металлов, как нержавеющая сталь, углеродистая сталь, сплав хастелой, никель, титан, хром, алюминий и другие сплавы, высокотермостойкие полимерные материалы и т.д. Нержавеющая сталь является особенно предпочтительной. Кроме того, если необходимо, поверхности направляющих могут быть подвергнуты любой из различных обработок, такой как металлизация, облицовка, пассивирование, кислотное промывание или промывка растворителем, фенолом или другими подобными.
На взаимное расположение между направляющими и перфорированной пластиной или на взаимное расположение между направляющими и отверстиями в перфорированной пластине специальные ограничения не накладываются, при условии, что жидкость или исходный материал, расплавленный преполи-мер или полимер, могут контактировать с направляющими и стекать вниз с направляющих. Направляющие и перфорированная пластина могут соприкасаться друг с другом или не соприкасаться друг с другом. Хотя нет такого ограничения, но предпочтительно устанавливать направляющие в соответствии с отверстиями в перфорированной пластине. Причиной для этого является то, что затем может быть осуществлена такая конструкция, в которой жидкость или исходный материал, расплавленный преполимер или полимер, падающие вниз с перфорированной пластины, контактируют с направляющими в соответствующих позициях.
- 9 -
010116
Конкретные предпочтительные примеры установки направляющих в соответствии с отверстиями в перфорированной пластине включают: (1) способ, при котором верхний конец каждой направляющей прикрепляют к нижней поверхности регулирующего элемента направления потока или другого подобного и направляющие устанавливают так, что каждая направляющая проходит через область средней части отверстия в перфорированной пластине; (2) способ, при котором верхний конец каждой направляющей прикрепляют к внешней части верхнего конца отверстия в перфорированной пластине и направляющие устанавливают так, что каждая направляющая проходит через отверстие в перфорированной пластине; и (3) способ, при котором верхний конец каждой направляющей прикрепляют к нижней поверхности перфорированной пластины.
Примерами способов прохождения жидкости или исходного материала, расплавленного преполи-мера или полимера, через перфорированную пластину и стекания вниз по направляющим являются способ, при котором жидкость или исходный материал, расплавленный преполимер или полимер, стекает вниз под действием его собственного веса или напора жидкости, и способ, при котором к жидкости или исходному материалу, расплавленному преполимеру или полимеру, прикладывают давление путем использованием насоса или другого подобного и таким образом их экструдируют через перфорированную пластину. Предпочтительным способом является способ, при котором заданное количество жидкости или исходного материала, расплавленного преполимера или полимера, подают в зону подачи жидкости испарителя под давлением с использованием подающего насоса и затем жидкость или исходный материал, расплавленный преполимер или полимер, поданные таким образом на направляющие через перфорированную пластину, стекают вниз по направляющим под действием своего собственного веса.
Испарителем согласно настоящему изобретению является установка для испарения материала с более низкой температурой кипения из жидкости, содержащей этот материал с более низкой температурой кипения, то есть содержащей материал, имеющий более низкую температуру кипения, чем температура кипения жидкости. Жидкостью может быть любая жидкость. Жидкость может иметь комнатную температуру, но обычно она вводится в испаритель из прохода для подачи жидкости в нагретом состоянии. Кроме того, обычно предпочтительно, чтобы на наружной стенке испарителя была установлена рубашка или другое подобное устройство. Если необходимо, затем осуществляется нагревание путем пропускания через рубашку пара, греющей среды или другой подобной среды, таким образом нагревая или поддерживая температуру в зоне подачи жидкости, регулирующем элементе направления потока, перфорированной пластине или зоне испарения.
Испаритель согласно настоящему изобретению используется не только как установка для концентрирования жидкости, но особенно предпочтительно, чтобы он также использовался в качестве испарителя для жидкости, имеющей относительно высокую вязкость, например в качестве установки полимеризации для конденсационного полимера, установки очистки для термопластичного полимера, содержащего материал с низкой температурой кипения, такой как мономер, олигомер и побочный материал, или установки для разделения и таким образом извлечения полимера из раствора термопластичного полимера.
Таким образом, предпочтительно использовать промышленный испаритель согласно настоящему изобретению в качестве установки полимеризации для конденсационного полимера в случае, когда жидкость является расплавом мономера или смесью нескольких мономеров для производства конденсационного полимера, и/или преполимера конденсационного полимера, и/или конденсационного полимера и материал с низкой температурой кипения включает побочный материал и/или олигомер, полученные в процессе конденсационной полимеризации, для удаления материала с низкой температурой кипения из расплава путем испарения, с тем чтобы повысить степень полимеризации преполимера конденсационного полимера и/или конденсационного полимера. Предпочтительные примеры конденсационного полимера включают полиэфиры, такие как ароматические-алифатические полиэфиры, такие как полиэтиленте-рефталат, политриметилентерефталат и полибутилентерефталат, и различные сополиэфиры, полиэфиры гидроксикарбоновых кислот, таких как гликолевой кислоты и молочной кислоты, и различные сополи-эфиры, алифатические-алифатические полиэфиры алифатического диола и алифатической дикарбоновой кислоты, и различные сополиэфиры, и ароматические-ароматические полиэфиры, такие как полиарилаты и жидкокристаллические полиэфиры, и различные сополиэфиры; полиамиды, такие как алифатические полиамиды, такие как капрон, нейлон 66, нейлон 612 и нейлон 12, и различные сополиамиды, и алифатические-ароматические полиамиды, такие как нейлон 6Т, и различные сополиамиды; поликарбонаты, такие как алифатические поликарбонаты, ароматические поликарбонаты и различные сополикарбонаты; и полиэфиры поликарбонатов. В результате использования испарителя согласно настоящему изобретению может быть стабильно получен высокочистый и с высокими характеристиками конденсационный полимер в течение длительного периода времени без обесцвечивания или гелеобразования материала или твердого инородного материала и с очень небольшим колебанием молекулярной массы.
В качестве варианта также предпочтительно использовать промышленный испаритель согласно настоящему изобретению в случае, когда жидкостью является расплав термопластичного полимера А и материал с более низкой температурой кипения включает мономер, олигомер, побочный материал и т. д., содержащейся в полимере, в качестве установки очистки для удаления материала с более низкой температурой кипения из расплава путем испарения, с тем чтобы повысить чистоту полимера. Предпочтитель
- 10 -
010116
ные примеры термопластичного полимера А включают полимеры на основе полистирола, такие как полистирол, ударопрочный полистирол (HIPS) и различные сополимеры; полимеры на основе поливинил-хлорида, такие как поливинилхлорид и различные сополимеры; полимеры на основе поливинилиденхло-рида, такие как поливинилиденхлорид и различные сополимеры; полимеры на основе акрилонитрила, такие как акрилонитрилстирольные смолы, акрилонитрилбутадиенстирольные смолы и различные сополимеры; полиолефины, такие как полипропилен; полимеры на основе полиакрилового эфира; полимеры на основе полиметакрилового эфира, такие как полиметилметакрилат и различные сополимеры; и термопластичные эластомеры. Согласно испарителю настоящего изобретения примеси, такие как остаточные мономеры, содержащиеся в термопластичном полимере А, могут эффективно быть удалены при относительно низкой температуре, и, следовательно, может быть получен высокочистый и с высокими характеристиками термопластичный полимер А без термического разложения и без обесцвечивания.
В качестве варианта также предпочтительно использовать промышленный испаритель согласно настоящему изобретению в случае, когда жидкостью является раствор термопластичного полимера В и материал с более низкой температурой кипения включает растворитель, в котором термопластичный полимер растворен, и/или мономер, олигомер, побочный материал и т.д., содержащиеся в растворе полимера, в качестве установки разделения извлечения/очистки для удаления материала с более низкой температурой кипения из раствора путем испарения, с тем чтобы разделить и таким образом извлечь термопластичный полимер из раствора и увеличить чистоту термопластичного полимера. Предпочтительным примером раствора термопластичного полимера В является раствор полимера, такого как стирол-бутадиенового каучука, бутилкаучука или мономера этиленпропилендиена, получаемый с помощью полимеризации в растворе с использованием раствора ароматического поликарбоната в хлорированном растворителе (например, метиленхлориде, хлорбензоле), растворителе (например, толуоле, гексане) и т.д. Кроме того, также предпочтительно удалять растворитель и т.д. из расплава ароматического поликарбоната, оставшийся хлорированный растворитель или эластомер и оставшийся растворитель полимеризации. В испарителе согласно настоящему изобретению растворитель и примеси могут быть удалены эффективно при относительно низкой температуре, и, следовательно, может быть получен высокочистый и с высокими характеристиками термопластичный полимер В без термического разложения и без обесцвечивания.
Промышленный испаритель согласно настоящему изобретению особенно подходит для удаления материала с более низкой температурой кипения путем испарения из жидкости, имеющей относительно высокую вязкость. Например, он особенно удобен в случае использования промышленного испарителя согласно настоящему изобретению в качестве установки полимеризации для конденсационного полимера. При использовании традиционных установок полимеризации в них были зоны, в которых некоторое количество жидкости находится в нагретом состоянии в течение длительного периода времени, вследствие чего эта жидкость подвергается разложению, например обесцвечиванию, гелеобразованию, сшиванию, образованию полимера со сверхвысокой молекулярной массой, затвердеванию, подвулканизации, карбонизации или другим подобным, и, следовательно, невозможно было предотвратить такой недостаток, как постепенное или моментальное смешение разложившегося материала с полимером. Однако промышленный испаритель согласно настоящему изобретению таких недостатков не имеет, и, кроме того, промышленный испаритель согласно настоящему изобретению характеризуется отличными показателями, которые могут достигаться в традиционных установках полимеризации.
Другими словами, в случае, например, получения ароматического поликарбоната путем полимеризации расплавленного преполимера, полученного из ароматического дигидроксисоединения и диарил-карбоната, реакционная температура должна поддерживаться в интервале от 200 до 350°C и во второй половине полимеризации, в частности, резко повышается вязкость. Ароматическое моногидроксисоеди-нение, получаемое с помощью обратимой реакции, должно быть выведено из материала со сверхвысокой вязкостью, и, следовательно, с помощью традиционных установок полимеризации, например, даже если бы был использован реактор с горизонтальным двухвальным смешением полимера сверхвысокой вязкости, было бы необходимо проводить реакцию в течение длительного периода времени при высокой температуре, не менее чем 300°C, и под высоким вакуумом, с давлением не более чем 133 Па, и, кроме того, было затруднительно получение высокомолекулярного материала для листов или других подобных.
Однако в установке полимеризации согласно настоящему изобретению происходит эффективное обновление поверхности, сопровождающее внутреннее перемешивание, и, следовательно, реакция полимеризации может быть проведена при относительно низкой температуре. Предпочтительная реакционная температура составляет, таким образом, от 100 до 290°C, более предпочтительно от 150 до 270°C. Отличительным признаком этой установки полимеризации согласно настоящему изобретению является то, что полимеризация может быть проведена соответствующим образом при более низкой температуре, чем в случае традиционной установки полимеризации с механическим перемешиванием, и это также является одной из причин возможности получения высококачественного ароматического поликарбоната без обесцвечивания или ухудшения свойств. Кроме того, для традиционных установок полимеризации были характерны такие недостатки, как загрязнение инородными материалами и подсос воздуха или подобное через уплотнитель мешалки под высоким вакуумом. Однако согласно установке полимеризации настоящего изобретения, так как в ней не используется механическое перемешивание, то нет и уплотнителя
- 11 -
010116
мешалки, и, следовательно, наблюдается только очень небольшой подсос воздуха или подобное или очень небольшое загрязнение инородными материалами, что является еще одной причиной получения высокочистого и с высокими характеристиками ароматического поликарбоната. Такие отличные результаты также достигаются и в случае других конденсационных полимеров, в частности полиэфиров и полиамидов. Такие отличные результаты особенно характерны для случая получения полиэтилентерефта-лата, политриметилентерефталата, полибутилентерефталата, капрона или нейлона 66.
В случае получения конденсационного полимера с использованием промышленного испарителя согласно настоящему изобретению по мере протекания реакции полимеризации материалы с более низкой температурой кипения, побочно получаемые в результате обратимой реакции, удаляются из реакционной системы, в силу чего скорость реакции может быть увеличена. Таким образом, способ, в котором реакция проводится при пониженном давлении или аналогично, предпочтительно использовать в качестве способа, при котором инертный газ, который не имеет неблагоприятного воздействия на реакцию, такой как азот, аргон, гелий, диоксид углерода или газообразный низший углеводород, вводится в установку полимеризации и материалы с более низкой температурой кипения увлекаются этим газом и таким образом удаляются. В качестве варианта может быть также предпочтительно использован способ, в котором эти два способа используются вместе. В этом случае нет необходимости вводить большое количество инертного газа в установку полимеризации, а достаточно просто поддерживать внутри установки атмосферу инертного газа.
Реакционное давление в случае получения конденсационного полимера с использованием промышленного испарителя согласно настоящему изобретению изменяется в зависимости от типов материала с более низкой температурой кипения, производимых побочно, типа и молекулярной массы производимого полимера, температуры полимеризации и т.д., но в случае, например, получения ароматического поликарбоната из расплавленного преполимера, полученного из бисфенола А и дифенилкарбоната, в случае среднечисленной молекулярной массы не более чем 5000 предпочтительно, чтобы реакционное давление составляло от 400 до 3000 Па, и в случае среднечисленной молекулярной массы от 5000 до 10000 предпочтительно, чтобы реакционное давление составляло от 50 до 500 Па. В случае среднечисленной молекулярной массы, равной или большей чем 10000, предпочтительно, чтобы реакционное давление составляло не более чем 300 Па, особенно предпочтительно от 20 до 250 Па.
В случае получения конденсационного полимера с использованием промышленного испарителя согласно настоящему изобретению в качестве установки полимеризации полимер с требуемой степенью полимеризации может быть получен с использованием только одного такого испарителя, но в зависимости от степени полимеризации расплавленного мономера или расплавленного преполимера, используемого в качестве исходного материала, получаемого количества полимера, и т.д., для того, чтобы степень полимеризации возрастала постепенно, может быть предпочтительной система, в которой несколько таких испарителей соединены вместе. В этом случае направляющие и реакционные условия, подходящие для степени полимеризации производимого преполимера или полимера, предпочтительно выбирать для каждого из испарителей индивидуально. Например, в случае системы, в которой используется первая установка полимеризации со стекающим вниз потоком по направляющей, вторая установка полимеризации со стекающим вниз потоком по направляющей, третья установка полимеризации со стекающим вниз потоком по направляющей, четвертая установка полимеризации со стекающим вниз потоком по направляющей и т. д., для того, чтобы постепенно повышалась степень полимеризации, если взять суммарные площади наружных поверхностей имеющихся в установках полимеризации направляющих, равными S1, S2, S3, S4..., соответственно, система может быть создана так, что S1 В этом смысле, в случае, например, постепенного повышения степени полимеризации с использованием двух установок полимеризации, то есть первой установки полимеризации со стекающим вниз потоком по направляющей и второй установки полимеризации со стекающим вниз потоком по направляющей, предпочтительно использовать направляющие так, чтобы суммарная площадь наружной поверхности S1 (м2) направляющих первой установки полимеризации и суммарная площадь наружной поверхности S2 (м2) направляющих второй установки полимеризации удовлетворяли следующей формуле (13):
1 Если отношение S1/S2 меньше чем 1, тогда возникают такие проблемы, как колебание молекулярной массы в сторону увеличения, причем настолько, что становится трудно осуществить длительное стабильное производство и достижение заданной производительности, между тем, если S1/S2 больше чем 20, тогда становится высокой скорость потока расплавленного преполимера, стекающего вниз по направляющим во второй установке полимеризации, и в результате возникают такие проблемы, как короткое время пребывания расплавленного преполимера, так что становится трудным осуществлять получение полимера с требуемой молекулярной массой. В связи с этим, более предпочтительным интервалом является 1,5 - 12 -
010116
В промышленном испарителе или установке полимеризации согласно настоящему изобретению можно легко получать не менее чем 1 т/ч концентрированной жидкости или полимера. В случае получения конденсационного полимера из расплавленного мономера или расплавленного преполимера полимеризация проводится путем обычной реакции полимеризации при отводе из системы побочно получаемых материалов с более низкой температурой кипения, и, следовательно, необходимо, чтобы расплавленный мономер или расплавленный преполимер, используемые в качестве исходного материала, вводились в установку полимеризации или оборудование в количестве больше чем 1 т/ч. Количество расплавленного мономера или расплавленного преполимера, составляющих подаваемую в испаритель жидкость, таким образом, зависит от степени их полимеризации и степени полимеризации получаемого полимера, и оно обычно составляет величину от 10 до 500 кг/ч больше, чем 1 т/ч получаемого полимера, то есть в интервале от 1,01 до 1,5 т/ч на 1 т/ч получаемого полимера. Кроме того, в случае проведения концентрирования путем испарения или очистки путем испарения термопластичного полимера или жидкости, содержащей материал с более низкой температурой кипения, количество подаваемой жидкости зависит от содержания материала с более низкой температурой кипения и требуемой степени концентрирования или степени очистки, но оно обычно находится в интервале от 1,001 до 100 т/ч, предпочтительно от 1,005 до 50 т/ч, более предпочтительно от 1,01 до 20 т/ч.
При условии, что промышленный испаритель согласно настоящему изобретению удовлетворяет условиям, описанным в пунктах формулы изобретения, и, кроме того, имеет соответственно подходящую механическую прочность, то такой промышленный испаритель может быть любого типа и может иметь подсоединенное к нему оборудование, выполняющее некоторую другую функцию, необходимую для непрерывной работы. Кроме того, согласно изобретению несколько таких промышленных испарителей может быть соединено вместе, и, кроме того, оборудование, выполняющее некоторую отличную от испарения функцию, может быть подсоединено к ним.
Примеры
Далее настоящее изобретение будет описано более детально со ссылкой на примеры и справочные примеры.
Пример 1. Промышленный испаритель, имеющий дисковый регулирующий элемент 20 направления потока толщиной приблизительно 2 см и направляющие 4, показанные на фиг. 2 и 3.
Дисковый регулирующий элемент 20 направления потока подвешивался вверху, так что расстояние от верха внутренней стенки 23 зоны 3 подачи жидкости было приблизительно 8 см. Кроме того, расстояние между внутренней поверхностью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости и регулирующим элементом 20 направления потока было приблизительно 9 см, и расстояние между перфорированной пластиной 2 и регулирующим элементом 20 направления потока было приблизительно 8 см. Следует отметить, что внешняя часть дискового регулирующего элемента 20 направления потока была спроектирована так, что его вертикальное сечение было полукруглым с радиусом приблизительно 1 см, и он был, таким образом, выполнен так, что жидкость не застаивалась в этой внешней части. Кроме того, профиль соединения между внутренней поверхностью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости и перфорированной пластиной 2 был спроектирован так, чтобы он образовывал внутри вогнутую поверхность, показанную на фиг. 6, и угол E для поднимающейся части был приблизительно равен 170°. Испаритель был полностью изготовлен из нержавеющей стали. Предпочтительно, чтобы в случае, когда концентрированная жидкость имела высокую вязкость, насосом 8 выгрузки был насос с зубчатой передачей, а в случае, когда вязкость не являлась такой высокой, использовался обычный питательный насос. Промышленный испаритель имел цилиндрическую боковую стенку 10 корпуса и коническую нижнюю стенку 11 корпуса и был спроектирован так, что L=1000 см, h=900 см, D=500 см, d=40 см, С=155°, S=250 м2, А=19,625 м2, А/В=156,25, D/d=12,5, L/D=2 и r=0,3 см. Конструкция удовлетворяла всем формулам от (1) до (12). Были приняты меры для того, чтобы жидкость в зоне 3 подачи жидкости, содержащая материалы с более низкой температурой кипения, подаваемая из прохода 1 для подачи жидкости, проходила между верхней поверхностью регулирующего элемента 20 направления потока и верхней внутренней стенкой 23 зоны 3 подачи жидкости и между внутренней поверхностью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости и регулирующим элементом 20 направления потока и затем распределялась равномерно из отверстий (например, 21) перфорированной пластины 2 на направляющие 4 при течении, в основном, из внешней части по направлению к средней части перфорированной пластины 2. Проход 9 для ввода инертного газа устанавливался в нижней части испарителя, и проход 6 для вывода испаренного материала (обычно соединенный с газоохладителем и установкой понижения давления) для материалов с более низкой температурой кипения устанавливался в верхней части испарителя. Для того, чтобы испаритель мог поддерживать заданную температуру с использованием греющей среды, за пределами испарителя устанавливалась рубашка или греющая труба для греющей среды.
Справочный пример 1.
Используя промышленный испаритель примера 1 в качестве установки полимеризации для конденсационного полимера, получали ароматический поликарбонат. Расплавленный преполимер (среднечис-ленная молекулярная масса Mn=4000) для ароматического поликарбоната, который был получен из бис-фенола А и дифенилкарбоната (молярное отношение дифенилкарбоната к бисфенолу A=1,05) и выдер
- 13 -
010116
жан при 260°C, непрерывно подавали в зону 3 подачи жидкости из прохода 1 подачи жидкости с помощью подающего насоса. Расплавленный преполимер, который непрерывно подавали в зону 5 испарения (реакционная зона полимеризации) из отверстий перфорированной пластины 2 при течении из внешней части по направлению к средней части перфорированной пластины 2, подвергался полимеризации при стекании вниз по направляющим 4. В реакционной зоне полимеризации поддерживалось давление 80 Па с помощью вакуумного отвода 6. Получаемый ароматический поликарбонат, попадающий в нижнюю часть 11 установки полимеризации с низа направляющих 4, непрерывно выводился при скорости потока 5,5 т/ч через проход 7 для вывода с помощью разгружающего насоса 8, так что количество ароматического поликарбоната в нижней части 11 было постоянным.
Среднечисленная молекулярная масса Mn ароматического поликарбоната, выводимого из прохода 12 вывода после 50 ч от начала работы, была 10500, и ароматический поликарбонат имел хороший цвет (b*=3,2). Кроме того, относительное удлинение при растяжении составляло 98%. Значения Mn для ароматического поликарбоната, выводимого из прохода 12 вывода после 60, 100, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 и 5000 ч от начала работы, составляли 10500, 10550, 10500, 10550, 10500, 10500, 10550 и 10500, соответственно, и, следовательно, режим работы был стабильным.
Ароматический поликарбонат, полученный, как описано выше, имел содержание соединений щелочного металла и/или щелочно-земельного металла, которые использовались в качестве катализатора, от 0,04 до 0,05 ppm в пересчете на металл.
Пример 2. Установка полимеризации для получения полимера конденсационной полимеризацией, в которой каждый из двух промышленных испарителей имеет регулирующий элемент 20 направления поток, и направляющие 4, показанные на фиг. 2 и 3, установлены последовательно в ряд.
Ароматический поликарбонат был получен с использованием этой установки полимеризации (первая установка полимеризации плюс вторая установка полимеризации). Испарители были полностью выполнены из нержавеющей стали. Насосом 8 выгрузки для каждого из испарителей был насос с зубчатой передачей. Первая установка полимеризации, которая была установкой со стекающим вниз потоком по направляющей, имела цилиндрическую боковую стенку 10 корпуса и коническую нижнюю стенку 11 корпуса и была спроектирована так, что L=950 см, h=850 см, D=400 см, d=20 см, С=150°, S=750 м2, А=12,56 м2, А/В=400, D/d=20, L/D=2,375 и r=0,3 см. Следует отметить, что диаметр поперечного сечения регулирующего элемента 20 направления потока был немного маловат, но его поперечное сечение имело такую же форму, как в примере 1, и расстояния между регулирующим элементом 20 направления потока и поверхностями стенок (23 и 22) зоны 3 подачи жидкости и расстояние между регулирующим элементом 20 направления потока и перфорированной пластиной 2 были, как в примере 1. Кроме того, как и в примере 1, профиль соединения между внутренней поверхностью боковой стенки 22 зоны 3 подачи жидкости и перфорированной пластиной 2 был спроектирован так, чтобы он образовывал внутри вогнутую поверхность, как показано на фиг. 6, и угол E для поднимающейся части был приблизительно равен 170°. Вышеприведенные значения удовлетворяли всем формулам от (1) до (12). Кроме того, вторая установка полимеризации была такой же, как и установка полимеризации в примере 1.
Справочный пример 2.
Расплавленный преполимер (среднечисленная молекулярная масса Mn=2500) для ароматического поликарбоната, который был получен из бисфенола А и дифенилкарбоната (молярное отношение дифе-нилкарбоната к бисфенолу A=1,06), выдержанный при 265°С, непрерывно подавался в зону 3 подачи жидкости из прохода 1 для подачи жидкости первой установки полимеризации с помощью подающего насоса. Расплавленный преполимер, который непрерывно подавался в реакционную зону полимеризации через перфорированную пластину 2 в первой установке полимеризации, подвергался полимеризации при стекании вниз по направляющим 4. В реакционной зоне полимеризации первой установки полимеризации поддерживалось давление 800 Па с помощью вакуумного отвода 6. Расплавленный преполимер ароматического поликарбоната с повышенной степенью полимеризации (среднечисленная молекулярная масса Mn=5500), входящий в нижнюю часть 11 установки полимеризации с низа направляющих 4, непрерывно выводился при постоянной скорости потока из прохода 7 вывода с помощью разгружающего насоса 8, так что количество расплавленного преполимера ароматического поликарбоната в нижней части 11 было постоянным. Этот расплавленный преполимер непрерывно подавался в зону 3 подачи жидкости из прохода 1 для подачи жидкости второй установки полимеризации с помощью подающего насоса. Расплавленный преполимер, который непрерывно подавался в реакционную зону полимеризации через перфорированную пластину 2 во вторую установку полимеризации, подвергался полимеризации при стекании вниз по направляющим 4. В реакционной зоне полимеризации второй установки полимеризации поддерживалось давление 50 Па с помощью вакуумного отвода 6. Получаемый ароматический поликарбонат, входящий в нижнюю часть 11 второй установки полимеризации с низа направляющих 4, непрерывно выводился при скорости потока 6 т/ч из прохода 7 для вывода с помощью разгружающего насоса 8, так что количество ароматического поликарбоната в нижней части 11 было постоянным. Средне-численная молекулярная масса Mn ароматического поликарбоната, выводимого из выпускного отверстия 12 после 50 ч от начала работы, составляла 11500, и ароматический поликарбонат имел хороший цвет (b*=3,2). Кроме того, относительное удлинение при растяжении составляло 99%. Значения Mn для аро
- 14 -
010116
матического поликарбоната, выводимого из выпускного отверстия 12 после 60, 100, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 и 5000 ч от начала работы, составляли 11500, 11550, 11500, 11550, 11500, 11500, 11550 и 11500, соответственно, и, следовательно, режим работы был стабильным.
Ароматический поликарбонат, полученный, как описано выше, имел содержание соединений щелочного металла и/или щелочно-земельного металла, которые использовались в качестве катализатора, от 0,03 до 0,05 ppm в расчете на металл.
Промышленное использование
Испаритель согласно настоящему изобретению предпочтительно использовать в качестве промышленного испарителя для эффективного концентрирования большого количества жидкости, содержащей материал, имеющий более низкую температуру кипения, чем температура кипения жидкости, при отсутствии таких недостатков, как обесцвечивание, загрязнение инородным материалом или ухудшение свойств. Особенно предпочтительно использовать испаритель согласно настоящему изобретению в случае, когда жидкость имеет относительно высокую вязкость. Особенно предпочтительными применениями промышленного испарителя согласно настоящему изобретению являются его использование в качестве установки полимеризации конденсационного полимера, установки очистки для расплава термопластичного полимера или установки для разделения и, таким образом, извлечения полимера из раствора термопластичного полимера и очистки полимера.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Промышленный испаритель, содержащий корпус, в верхней стенке которого выполнен канал для подачи жидкости, связанный с зоной подачи жидкости; зону испарения, расположенную ниже по потоку жидкости, в которой размещена перфорированная пластина; и множество направляющих, ориентированных сверху вниз внутри пространства, ограниченного перфорированной пластиной, боковой стенкой корпуса и нижней стенкой корпуса, которая выполнена скошенной к боковой стенке и завершена каналом для отвода жидкости; и канал для вывода испаренного материала, выполненный в зоне испарения, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен регулирующим элементом направления входящего потока жидкости на перфорированную пластину в основном из ее внешней части к ее средней части;
площадь внутреннего поперечного сечения А (м2) корпуса в зоне выпаривания удовлетворяет формуле 0,7 <А <300;
соотношение между площадью А (м2) и площадью внутреннего поперечного сечения В (м2) канала отвода жидкости удовлетворяет формуле 20 <А/В <1000;
нижняя стенка корпуса скошена к боковой стенке корпуса под углом С (°), удовлетворяющим формуле 110 <С <165;
длина h (см) каждой из направляющих удовлетворяет формуле 150 суммарная площадь наружной поверхности S (м2) направляющих удовлетворяет формуле
2 2. Промышленный испаритель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность боковой стенки корпуса в зоне подачи жидкости выполнена под углом E к перфорированной пластине, где
100° <Е <180°.
3. Промышленный испаритель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что боковая стенка корпуса в зоне испарения выполнена цилиндрической с внутренним диаметром D (см) и длиной L (см), нижняя стенка корпуса выполнена конической, а канал для отвода жидкости выполнен цилиндрическим с внутренним диаметром d (см), где 100 4. Промышленный испаритель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что 400 5. Промышленный испаритель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что одна из направляющих выполнена цилиндрической или в форме трубы с внешним диаметром r (см) и сконструирована так, что жидкость и/или газообразный материал не проникает внутрь, при этом 0,1 6. Промышленный выпарной аппарат по п.5, отличающийся тем, что направляющие соединены поперечными опорами.
7. Промышленный испаритель по п.6, отличающийся тем, что соединенные поперечными опорами направляющие образуют одну из структур типа решетки или сетки, трехмерную структуру направляющих, в которой множество структур направляющих типа решетки или сетки скреплены поперечными опорами, размещены спереди или сзади друг друга, и трехмерную структуру направляющих типа стоек и перекладин, в которой направляющие скреплены поперечными опорами вместе спереди и сзади, и слева и справа друг с другом.
8. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения расплава мономера или смеси двух или более видов мономеров в процессе конденсационной полимеризации.
9. Промышленный выпарной аппарат по п.8, отличающийся тем, что конденсационным полимером является полиэфир, полиамид или поликарбонат.
10. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для
- 15 -
010116
испарения расплава термопластичного полимера в процессе очистки с удалением материала с более низкой температурой кипения из расплава.
11. Промышленный выпарной аппарат по п.10, отличающийся тем, что термопластичный полимер является полимером на основе полистирола, полимером на основе поливинилхлорида, полимером на основе поливинилиденхлорида, полимером на основе полиакрилонитрила, полимером на основе полиакрилового эфира, полимером на основе полиметакрилов эфира или термопластичным эластомером.
12. Промышленный испаритель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для испарения раствора термопластичного полимера в процессе разделения, извлечения/очистки с удалением материала с низкой температурой кипения из раствора.
Фиг. 1
X"3
Внутренний диаметр
Внутренний диаметр
Фиг. 2
- 16 -
010116
I "-4
Фиг. 6
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 17 -