用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了包括失重式進料器和連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置。所述工藝裝置用于通過將二羧酸單體和二胺單體進料至單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器來制備尼龍鹽溶液?；谥亓浚嬃繌氖е厥竭M料器到反應(yīng)器的二羧酸粉末。連續(xù)形成尼龍鹽溶液，并且它具有相對目標(biāo)pH值和/或目標(biāo)鹽溶液濃度的低變化率。將所述尼龍鹽溶液直接輸送至儲罐，在排出連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器后，不進行進一步的單體添加、pH值調(diào)節(jié)或鹽溶液調(diào)節(jié)。
【專利說明】用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置
[0001]關(guān)聯(lián)申請的交叉引用
[0002]本申請要求享有于2013年5月I日提交的美國申請61/818，108的優(yōu)先權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容和公開結(jié)合于本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本實用新型涉及用于二羧酸粉末的進料器，并且特別涉及包括失重式進料器和單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的工藝裝置。

【背景技術(shù)】
[0004]聚酰胺通常用于紡織品、服裝、包裝、輪胎增強、毛毯、用于汽車的成型部件的工程熱塑性塑料、電氣設(shè)備、運動裝備，以及廣泛的工業(yè)應(yīng)用。尼龍是一種高性能材料，其可用于要求超強耐久性、耐熱性和韌性的塑料和纖維應(yīng)用中。被稱為尼龍的脂肪族聚酰胺從二羧酸和二胺的鹽溶液來生產(chǎn)得到。蒸發(fā)所述鹽溶液，然后將其加熱以引發(fā)聚合。這個生產(chǎn)工藝中的一個挑戰(zhàn)是保證在最終的聚酰胺中，二羧酸和二胺的摩爾平衡一致。例如，當(dāng)從己二酸(adipic acid, AA)和己二胺(hexamethylene diamine, HMD)來生產(chǎn)尼龍 6，6 時，不一致的摩爾平衡會不利地降低分子量并可能會影響尼龍的染色性能。使用批次法實現(xiàn)了摩爾平衡，但是批次法不適用于大型工業(yè)生產(chǎn)。此外，在鹽生產(chǎn)和聚合期間，通過多個反應(yīng)器和二胺的幾種不同的通入量來實現(xiàn)了摩爾平衡。
[0005]美國專利2130947(其整體通過引用而結(jié)合于本實用新型中)描述了分子式為H2NCH2RCH2NH2的二胺以及分子式為HOOCCH2R’CH2COOH的二羧酸的鹽溶液，其中R和R’為不含烯烴和炔烴不飽和鍵的二價烴基，并且其中R具有至少2個碳原子的鏈長。測量鹽溶液的PH值，并確定其拐點。將鹽溶液充入反應(yīng)器中以形成聚酰胺。
[0006]美國專利公開2012/0046439描述了一種生產(chǎn)用于制造聚酰胺的二酸和二胺鹽的溶液的制造方法。該方法包括將至少兩種二酸和至少一種二胺按照40%和70%之間的質(zhì)量鹽濃度進行混合，包括，在第一步驟中，制備使用一種二酸和一種二胺制備二酸/ 二胺摩爾比小于I的二酸和二胺的水溶液；在第二步驟中，調(diào)節(jié)二酸/ 二胺的摩爾比至0.9和1.1之間的值，并通過添加其他二酸和任選地添加水和/或二胺來固定鹽的質(zhì)量濃度。
[0007]美國專利公開2010/0168375描述了一種二胺和二酸的鹽溶液，更具體地，描述了了一種己二酸己二銨鹽的濃溶液，其是用于生產(chǎn)聚酰胺的有用的起始原料，更具體地，其是生產(chǎn)PA66的有用的起始原料。所述溶液可通過混合二酸和二酸而制得，鹽的質(zhì)量濃度為50%至80%，在第一步驟中，提供具有二酸/ 二胺摩爾比大于1.1的二酸和二胺的水溶液，以及在第二步驟中，通過添加二胺來調(diào)節(jié)二酸/ 二胺摩爾比到0.9-1.1的值，優(yōu)選0.99-1.01的值，并且通過任選地向其中添加水來修正所述鹽的質(zhì)量濃度。
[0008]美國專利4233234(其整體通過引用而結(jié)合于本實用新型中)描述了一種通過將特定的烷烴二羧酸和特定的烷烴二胺在將要制備的鹽的水溶液中反應(yīng)，來連續(xù)生產(chǎn)6至12個碳原子的烷烴二羧酸和6至12個碳原子的烷烴二胺的鹽的水溶液的方法。所述水性鹽溶液從第一混合區(qū)域通過傳輸區(qū)域和第二混合區(qū)域被循環(huán)至第一混合區(qū)域，在第一和第二混合區(qū)域之間引入液體烷烴二胺和烷烴二羧酸的水溶液。引入小于等同量的烷烴二胺，在第二混合區(qū)域之后添加剩余量的液體烷烴二胺，并將水性鹽溶液以其形成的速度從第一混合區(qū)域移去。制備的鹽溶液用于生產(chǎn)尼龍。
[0009]聚合反應(yīng)器描述在美國專利6995233、6169162、5674794和3893811中。
[0010]盡管在改進工藝以實現(xiàn)目標(biāo)規(guī)格方面做出了努力，例如在尼龍鹽溶液中合適的pH值、摩爾平衡和/或鹽濃度方面，但仍然存在挑戰(zhàn)。尤其是二羧酸(更具體為己二酸)是一種具有可變顆粒尺寸的粉末，這導(dǎo)致容重的大的變化。使用二羧酸粉末引入了另一個變量，其使得在連續(xù)工藝中很難實現(xiàn)目標(biāo)規(guī)格的均一性。用于二羧酸粉末的體積進料器放大了這種困難。為了解決在連續(xù)過程中實現(xiàn)均一的目標(biāo)規(guī)格的困難，現(xiàn)有技術(shù)方法通過一系列反應(yīng)器來添加化學(xué)計量的二胺。此外，使用一系列的反應(yīng)器會增加設(shè)備的數(shù)量、資金成本和能量消耗。
實用新型內(nèi)容
[0011]在第一個實施方式中，本實用新型涉及用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置，其包括:失重式進料器，所述失重式進料器包括料斗、進料管道和用于連接料斗和進料管道的導(dǎo)管，其中所述料斗包括用于控制補充階段和進料階段的至少一個外部重量測量子系統(tǒng)、至少一個下部開口來在進料階段分配二羧酸粉末，其中所述至少一個下部開閥置于進料管道的上方；其中進料管道接收二羧酸粉末，并通過至少一個旋轉(zhuǎn)螺旋經(jīng)出口來輸送二羧酸粉末；以及單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，包括與進料管道的出口連接的第一進口，用于引入二胺的第一部分、水或其混合物以生產(chǎn)尼龍鹽溶液的一個或多個第二進口，以及包括樣品回路和用于引入二胺的第二部分的交叉點的再循環(huán)回路，其中交叉點在樣品回路的上游。第一進口可與一個或多個第二進口相鄰。進料管道可安裝在導(dǎo)管上。該工藝裝置可進一步包括具有再填充閥的供給容器，所述再填充閥在補充階段期間將二羧酸粉末輸送至料斗。該工藝裝置還可進一步包括用于將二羧酸粉末從供給容器輸送至料斗的傳送帶。所述工藝裝置可進一步包括氣動傳送系統(tǒng)，用于將二羧酸粉末載入供給容器。所述進料管道可進一步包括用于將氮氣引入二羧酸粉末的一個或多個氣體口。所述樣品回路可包括選自pH計、折射計及其組合的組中的一個或多個分析儀。所述導(dǎo)管可包括螺旋進料器。所述工藝裝置可進一步包括用于將尼龍鹽溶液從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路直接通入存儲容器的管道，其中所述管道不具有任何用于引入選自由二羧酸、二胺及其組合構(gòu)成的群組的額外單體的進口，以防止將額外的單體輸送至管道或進入存儲容器。所述進料管道可向下與連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器成角度。所述工藝裝置可進一步包括用于驅(qū)動至少一個旋轉(zhuǎn)螺旋的馬達。所述旋轉(zhuǎn)螺旋可為變速旋轉(zhuǎn)螺旋或者固定速度的旋轉(zhuǎn)螺旋。所述二羧酸可以是己二酸，所述二胺可以是己二胺。
[0012]在第二個實施方式中，本實用新型涉及用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置，其包括失重式進料器，所述失重式進料器包括料斗、進料管道和用于連接料斗和進料管道的導(dǎo)管，其中所述料斗包括至少一個用于控制補充階段和進料階段的外部重量測量子系統(tǒng)、以及用于在進料階段分配酸粉末的至少一個下部開口，其中所述至少一個下部開口置于進料管道的上方，且其中進料管道接收己二酸粉末，并通過至少一個旋轉(zhuǎn)螺旋經(jīng)出口來輸送己二酸粉末；以及具有連接進料管道的出口的第一進口，用于引入己二胺、水和/或其混合物以形成尼龍鹽溶液的第二進口的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，其中所述連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器包括單個反應(yīng)器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]以下結(jié)合非限制性的附圖來更好地理解本實用新型，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的尼龍鹽溶液生產(chǎn)方法的示意圖。
[0015]圖2為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的失重式進料器的示意圖。
[0016]圖3為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的單個連續(xù)攪拌爸反應(yīng)器的示意圖。
[0017]圖4為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的剖面圖。
[0018]圖5為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的尼龍鹽溶液生產(chǎn)方法的示意圖。
[0019]圖6為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于尼龍鹽溶液生產(chǎn)方法的過程控制的示意圖。
[0020]圖7為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于尼龍鹽溶液生產(chǎn)方法的具有二級控制的過程控制的示意圖。
[0021]圖8為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于尼龍鹽溶液方法的具有三級控制的過程控制的示意圖。
[0022]圖9為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于尼龍鹽溶液方法的具有在實驗室條件下取得的在線PH值測量數(shù)據(jù)的過程控制的示意圖。
[0023]圖10為根據(jù)本實用新型的一個實施方式的用于尼龍6，6生產(chǎn)方法的示意圖。
[0024]圖11-13為顯示根據(jù)本實用新型的一個實施方式的來自失重式進料器的己二酸的進料速率變化的圖表。

【具體實施方式】
[0025]此處所用之術(shù)語僅出于描述特定實施方案的目的，并不意欲限制本實用新型。除非上下文中清楚地顯示出另外的情況，如此處所用的單數(shù)形式“一個”和“該”也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，在本說明書中使用的用語“包括”和/或“包括有”時說明了存在所述的特征、整體、步驟、操作、部件和/或構(gòu)件，但不妨礙一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、部件組、構(gòu)件和/或構(gòu)件組的存在或添加。
[0026]例如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”的用語及其變體應(yīng)廣泛地理解，并且包含所列出的主體以及等效物，還有未列出的另外的主體。另外，當(dāng)由過渡性用語“包含”、“包括”或“含有”來引出組分、部件組、工藝或方法步驟或者任何其他的表述時，應(yīng)當(dāng)理解此處還考慮了相同的組分、部件組、工藝或方法步驟，或者具有在該組分、部件組、工藝或方法步驟或任何其它表述的記載之前的過渡性用語“基本上由…組成”、“由…組成”或“選自由…構(gòu)成的組”的任何其它的表述。
[0027]如果的適用話，權(quán)利要求中的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動作以及所有功能性的裝置或步驟的等效物包括用于與權(quán)利要求中所具體陳述的其他部件相結(jié)合地來執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。本實用新型的說明書出于介紹和描述的目的而提供，但并不是窮舉性的或?qū)⒈緦嵱眯滦拖拗频剿_的形式。在不偏離本實用新型的范圍和精神的前提下，許多改變和變體對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。這里選擇并描述了一些實施方案，目的是對本實用新型的原理和實際應(yīng)用進行最佳的解釋，并且使得本領(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解本實用新型的不同實施方案具有多種變化，如同適合于該特定用途一樣。相應(yīng)地，盡管本實用新型已經(jīng)依據(jù)實施方案進行了描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識至IJ，本實用新型可以有所改變地并在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)實施。
[0028]現(xiàn)在將詳細參考特定的所公開的主題。盡管所公開的主題將結(jié)合所列舉的權(quán)利要求來描述，然而可以理解，它們并不將所公開的主題限制到這些權(quán)利要求中。相反，所公開的主題覆蓋了所有的替代方案、改變以及等效物，這些可以包含于由權(quán)利要求所限定的所公開的主題的范圍之內(nèi)。
[0029]兎直
[0030]本實用新型涉及用于連續(xù)生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置，包括失重式進料器和連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，如單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器。通過失重式進料器來計量二羧酸粉末與二胺和水一起進入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器。該工藝裝置有利地結(jié)合單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器來使用了失重式進料器，以形成均一的尼龍鹽溶液。由于來自失重式進料器的二羧酸粉末的低進料速率變化率，該工藝裝置是對現(xiàn)有技術(shù)的改進。這種低進料速率變化率消除了額外連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器以實現(xiàn)均一的尼龍鹽溶液(如均一 PH值和鹽濃度)的需要。與現(xiàn)有方法相比，該工藝裝置有利地減少了設(shè)備、能量消耗和資金成本。
[0031]適用于本實用新型的二羧酸選自由以下化合物組成的群組:乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、庚二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、i^一烷二酸、十二烷二酸、馬來酸、戊烯二酸、創(chuàng)傷酸、粘康酸、1，2-環(huán)己烷二羧酸或1，3-環(huán)己烷二羧酸、1，2-苯二乙酸或1，3_苯二乙酸、1，2_環(huán)己烷二乙酸或1，3_環(huán)己烷二乙酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、4，4’ - 二苯醚二甲酸、4，4- 二苯甲酮二羧酸、2，6-萘二羧酸，對-間苯二甲酸叔丁酯和2，5-呋喃二羧酸，以及它們的混合物。在一個實施方式中，所述二羧酸單體包含至少80%的己二酸，例如，至少95%的己二酸。
[0032]對于制造尼龍6，6來說，己二酸(AA)是最適合的二羧酸且以粉末形式使用。AA通?？梢约儍粜问将@得，其含有非常低含量的雜質(zhì)。典型的雜質(zhì)包括其他酸(一元酸和低級二元酸)，少于60ppm ;含氮物質(zhì)；痕量金屬，如鐵(小于2ppm)和其他重金屬(低于lOppm，或低于5ppm);砷(小于3ppm);和烴類油(少于1ppm,或低于5ppm)。
[0033]適用于本實用新型的二胺選自由以下化合物組成的群組:乙醇二胺、丙二胺、丁二胺、尸胺、己二胺、2-甲基戊二胺、庚二胺、2-甲基己二胺、3-甲基己二胺、2，2-二甲基戊二胺、辛二胺、2，5- 二甲基己二胺、壬二胺、2，2，4-三甲基己二胺和2，4，4-三甲基己二胺、癸二胺、5-甲基壬二胺、異佛爾酮二胺、十一二胺、十二二胺、2，2，7，7-四甲基辛二胺、二(對-氨基環(huán)己基)甲烷、二(氨基甲基)降冰片烷、被一個或多個C1-C4的烷基基團任選取代的C2-C16的脂族二胺、脂族聚醚二胺和呋喃二胺，如2，5- 二(氨基甲基)呋喃，以及它們的混合物。所選擇的二胺可以具有比二羧酸更高的沸點，并且所述二胺優(yōu)選不是間苯二甲胺。在一個實施方式中，所述二胺單體包含至少80%的己二胺，例如，至少95%的己二胺。己二胺(HMD)最常用于制備尼龍6，6。HMD在約40°C至42°C固化，通常加水來降低這個熔點并使得處理變得容易。因此，HMD可以作為濃溶液購得，例如，作為在80重量％和100重量％之間或在92重量％和98重量％之間的二胺的濃溶液購得。
[0034]除了僅基于二羧酸和二胺的聚酰胺之外，有時與其他單體結(jié)合是有利的。當(dāng)以小于20重量％的比例，如小于15重量％的比例添加時，這些單體可以加入到尼龍鹽溶液中，而不脫離本實用新型的范圍。這些單體可包括單官能團羧酸，如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、苯甲酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、i^一烷酸、月桂酸、肉豆蘧酸、肉豆蘧腦酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、薩芬酸(sapienic acid)、硬脂酸、油酸、反油酸、異油酸、亞油酸、芥酸等。這些單體也可包括內(nèi)酰胺類，如α-乙內(nèi)酰胺、α-丙內(nèi)酰胺、β-丙內(nèi)酰胺、Y-丁內(nèi)酰胺、S-戍內(nèi)酰胺、Y-戊內(nèi)酰胺、己內(nèi)酰胺等。這些單體也可包括內(nèi)酯，如α-乙內(nèi)酯、α-丙內(nèi)酯、丙內(nèi)酯、Y-丁內(nèi)酯、S-戊內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯、己內(nèi)酯等。這些單體可包括雙官能團醇，如單乙二醇、二甘醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙二醇、1，2- 丁二醇、1，3- 丁二醇、1，4- 丁二醇、2，3- 丁二醇、1，2-戊二醇、1，5-戊二醇、驅(qū)蚊醇(etohexad1l)，對-孟烷-3，8-二醇，2-甲基-2，4-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇和1，8-辛二醇。也可使用更高級的官能的分子，如甘油、三羥甲基丙烷，三乙醇胺等。也可選自合適的羥胺，例如乙醇胺、二乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇、4-氨基-1-丁醇、3-氨基-1-丁醇、2-氨基-1- 丁醇、4-氨基-2- 丁醇、戊醇胺、己醇胺等。應(yīng)理解，也可使用任何這些單體的混合物，而不背離本實用新型的范圍。
[0035]將其他添加物結(jié)合進聚合工藝中有時也是有利的。這些添加劑可包括熱穩(wěn)定劑，如銅鹽、碘化鉀、或任何本領(lǐng)域中已知的其它抗氧化劑。這樣的添加劑也可以包括聚合催化劑，例如金屬氧化物、酸性化合物、本領(lǐng)域中已知的氧化磷化合物的金屬鹽或其他化合物。這樣的添加劑也可以是消光劑和著色劑，如二氧化鈦，碳黑、或本領(lǐng)域中已知的其它顏料、染料和著色劑。所使用的添加劑也可以包括消泡劑，如二氧化硅分散體、有機硅共聚物、或本領(lǐng)域中已知的其它消泡劑?？墒褂脻櫥鷦?，如硬脂酸鋅、硬脂基芥酰胺、硬脂醇、二硬脂酸鋁、乙撐雙硬脂酰胺或本領(lǐng)域中已知的其它聚合物潤滑劑?；旌衔镏锌赡馨ǔ珊藙?，如氣相二氧化硅或氧化鋁、二硫化鑰、滑石、石墨、氟化鈣、苯基次膦酸鹽或本領(lǐng)域中已知的其它助劑。也在聚合過程中添加本領(lǐng)域已知的其他常見的添加劑，如阻燃劑、增塑劑、抗沖改性劑和某些類型的填料。
[0036]如下所述，使用術(shù)語己二酸(AA)和己二胺(HMD)來表示二羧酸和二胺。但是，本方法還可以應(yīng)用于上面指出的其他二羧酸和其他二胺。
[0037]本實用新型有利地實現(xiàn)了包含具有目標(biāo)pH值的AA/HMD鹽的尼龍鹽溶液。特別地，與傳統(tǒng)方法相比，本實用新型使用較少數(shù)量的容器實現(xiàn)了目標(biāo)PH值，特別地，在單個反應(yīng)器中實現(xiàn)了目標(biāo)pH值，例如在其中發(fā)生尼龍鹽溶液的形成的單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器(continuous stirred tank reactor, CSTR)中。在連續(xù)方法中有利地使用單個反應(yīng)器，相比于批次生產(chǎn)，其可實現(xiàn)更高的生產(chǎn)速率。在批次生產(chǎn)中，用于實現(xiàn)與連續(xù)生產(chǎn)可實現(xiàn)的生產(chǎn)率相近似的生產(chǎn)率的設(shè)備的時間和資金成本的數(shù)量使得批次生產(chǎn)不可行。目標(biāo)PH值可為本領(lǐng)域技術(shù)人員選擇的任何PH值，且可基于需要的最終聚合物產(chǎn)品來選擇。不受理論的限制，目標(biāo)值可選自PH曲線的最高拐點斜率，并處于對于想要的聚合物產(chǎn)品的區(qū)域最佳的水平。
[0038]在一些示例性的實施方式中，尼龍鹽溶液的目標(biāo)pH值可為7.200和7.900之間的范圍內(nèi)的值，如優(yōu)選在7.400和7.700之間。尼龍鹽溶液的實際pH值相對于尼龍鹽溶液的目標(biāo)pH值的變化可少于±0.04,更優(yōu)選少于±0.03,最優(yōu)選少于±0.015。因此,例如如果目標(biāo)pH值為7.500，那么尼龍鹽溶液的pH值為在7.460和7.540之間，更優(yōu)選在7.470和7.530之間。因此，例如，如果目標(biāo)鹽濃度為60%，則均一的尼龍鹽溶液具有在59.5%和60.5%之間的鹽濃度變化性，優(yōu)選在59.9%和60.1 %之間的鹽濃度變化性。出于本實用新型的目的，PH值的變化率指的是連續(xù)操作的平均變化率。該變化率非常低，少于±0.53%,更優(yōu)選少于±0.4%，并且生產(chǎn)有均一 pH值的尼龍鹽溶液。具有相對于目標(biāo)pH值的低變化率的均一的尼龍鹽溶液有利于改善聚合過程的可靠性，以生產(chǎn)均相、高品質(zhì)的聚合物產(chǎn)品。具有均一 PH值的尼龍鹽溶液也可允許穩(wěn)定質(zhì)量的進料能夠進入聚合過程。目標(biāo)pH值可根據(jù)制造地點而變化。一般情況下，例如在25°C下測量9.5%的鹽濃度的pH值為7.620，生產(chǎn)具有AA比HMD的摩爾比為I的尼龍鹽溶液，所述摩爾比基于游離和化學(xué)鍵合的AA和HMD。出于本實用新型的目的，根據(jù)目標(biāo)PH值，所述摩爾比可在0.8-1.2的范圍內(nèi)變化。具有均一 PH值也意味著尼龍鹽溶液的摩爾比具有相應(yīng)的低變化率。
[0039]除了目標(biāo)pH值，本實用新型還可實現(xiàn)目標(biāo)鹽濃度。所述目標(biāo)鹽濃度可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員選擇的任意鹽濃度，且可基于需要的最終聚合物產(chǎn)品和存儲考慮來選擇。尼龍鹽溶液的水濃度可在35重量％和50重量％之間。尼龍鹽溶液可具有50重量％和65重量％之間的鹽濃度,例如,在60重量％和65重量％之間。尼龍鹽溶液可以作為液體在低于11 (TC的溫度和大氣壓下存儲，例如在60°C和110°C之間的溫度下，或在100°C和105°C之間的溫度下。高于65重量％的濃度要求較高的溫度并可能需要加壓，以保持尼龍鹽溶液為液體，例如均相液體。所述鹽濃度可影響存儲溫度，并且一般情況下，在較低的溫度并在常壓下能夠有效地存儲尼龍鹽溶液。但是，在進行聚合之前，較低的鹽濃度會事與愿違地增加能量消耗以濃縮所述尼龍鹽溶液。
[0040]當(dāng)根據(jù)本實用新型連續(xù)地生產(chǎn)尼龍鹽溶液時，尼龍鹽溶液的鹽濃度的變化率優(yōu)選非常低，例如相對目標(biāo)鹽濃度在±0.5%以內(nèi)、±0.3%以內(nèi)、±0.2%以內(nèi)或±0.1%以內(nèi)變化。出于本實用新型的目的，鹽濃度的變化率指的是相對于連續(xù)操作的平均變化率。目標(biāo)鹽濃度可根據(jù)制造地點而變化。
[0041]不受AA比HMD的摩爾比的影響而獨立地控制尼龍鹽溶液的溫度。盡管尼龍鹽溶液中的摩爾比和固體的濃度會影響尼龍鹽溶液的溫度，但所述方法依賴于熱交換器、盤管和/或帶有夾套的CSTR來從過程中移除熱量，由此來控制尼龍鹽溶液的溫度?？煽刂颇猃堺}溶液的溫度相比于所需溫度在小于±1°C的范圍內(nèi)變化。在低于尼龍鹽溶液的沸點但高于結(jié)晶溫度來選擇尼龍鹽溶液的溫度。例如，固體濃度為63%的尼龍鹽溶液在大氣壓下具有108°C至110°C的沸點。因此，將溫度控制在小于110°C，如小于108°C，但是高于結(jié)晶溫度。
[0042]實現(xiàn)尼龍鹽的低變化率的現(xiàn)有技術(shù)方案聚焦于使用多個反應(yīng)器來調(diào)節(jié)鹽溶液中的AA =HMD的摩爾比和HMD濃度。此聚焦至少部分地由于AA粉末的容重的變化性和差的流動性，導(dǎo)致固有的AA粉末進料的不可預(yù)測性。當(dāng)使用體積進料器來將AA粉末進料至反應(yīng)器時，擴大了 AA粉末容重的變化性。由于AA的高熔點，通常以粉末來提供AA，這增加了處理AA的難度。AA粉末通常具有在75和500微米之間的平均尺寸，如100和300微米之間。更細小的粉末具有基本上更大的表面積和顆粒接觸，這導(dǎo)致了結(jié)塊。優(yōu)選地，AA粉末含有少于20%的小于75微米的微粒，例如少于10%。由于通?；隗w積、以粉末形態(tài)直接通入反應(yīng)器中來測量AA粉末，粉末尺寸的變化會影響進料至尼龍鹽反應(yīng)器中的AA粉末的散裝包裝(bulk packing)和密度。這些散裝包裝和密度的變化隨后會導(dǎo)致尼龍鹽溶液中的pH值和AA比HMD的摩爾比的變化?？紤]到這種變化，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案是安排尼龍鹽串聯(lián)反應(yīng)器。例如，參見美國專利公開2012/0046439和2010/0168375。此傳統(tǒng)的方法使用目標(biāo)規(guī)格的測量方法并將單體進料至系列反應(yīng)器中。但是，這種方法要求多個反應(yīng)器、測量方法和調(diào)節(jié)方法，這會增加成本并限制生產(chǎn)率。此外，這種傳統(tǒng)方法可能更適合于批次生產(chǎn)而不是連續(xù)生產(chǎn)。最后，這些傳統(tǒng)方法不能使用模型來預(yù)測PH值和/或鹽濃度，從而不斷地調(diào)節(jié)使得尼龍鹽溶液達到目標(biāo)規(guī)格。
[0043]同進料至尼龍鹽工藝中的AA粉末相關(guān)的顆粒尺寸和顆粒尺寸的分布的作用是通過使用多個反應(yīng)器來添加AA和HMD而在現(xiàn)有技術(shù)中解決。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過基于重量來來測量AA粉末，而不是以體積來測量，可大大減少AA粉末進料速率的變化性。在某些方面，AA粉末進料速率可在與目標(biāo)AA粉末進料速率相比在小于±5%的范圍內(nèi)變化，例如小于±3%或小于±1%。使用這種穩(wěn)定進料，本公開的方法能夠使用一個單一反應(yīng)器，而不用多個串聯(lián)反應(yīng)器，來形成目標(biāo)規(guī)格的尼龍鹽溶液。由于調(diào)節(jié)單體的能力存在限制，因此，很難在沒有穩(wěn)定的AA進料、并在高的連續(xù)生產(chǎn)速率下使用單個反應(yīng)器來控制尼龍鹽溶液相比于目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度的變化率。具有AA的穩(wěn)定進料使得所述方法能夠控制以利用HMD的前饋速率，并使得能夠調(diào)節(jié)補償HMD以調(diào)節(jié)pH值來實現(xiàn)目標(biāo)pH值。有利地，設(shè)想的具體實施方案通過減少方法中的單元操作的數(shù)量，來提供了比現(xiàn)有公開更加簡單設(shè)計。因此，這個公開的方法省略了以前被認為是必需的步驟。這降低了設(shè)備的占地面積和資金成本。得到的尼龍鹽溶液可隨后進行聚合以形成所需的聚酰胺。
[0044]為了實現(xiàn)尼龍鹽的工業(yè)制造的可接受的生產(chǎn)，可使用連續(xù)的方法來生產(chǎn)尼龍鹽溶液。批次生產(chǎn)將會要求顯著更大的容器和反應(yīng)器。此外，批次生產(chǎn)無法實現(xiàn)通過較小的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)的生產(chǎn)速率。在聚合中以具有均一的pH值和鹽濃度的尼龍鹽溶液來開始是有利的。輕微的變化會引起聚合中的生產(chǎn)品質(zhì)問題，這需要額外的監(jiān)控、控制和對聚合物工藝的調(diào)節(jié)。
[0045]圖1提供了一個根據(jù)本實用新型的實施方式的生產(chǎn)尼龍鹽溶液的方法的總體概括圖。如圖1所示，尼龍鹽溶液方法100包括將己二酸通過管線102進料至失重式進料器110，其生產(chǎn)計量的己二酸進料139，將所述計量的AA進料139通入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。此外，水通過管道103，HMD通過管道104在靜態(tài)混合器105中結(jié)合來形成水性HMD溶液，其經(jīng)過管線106進料到連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。通過再循環(huán)回路141從反應(yīng)器140中撤出含有尼龍鹽溶液的液體，并返回至反應(yīng)器140。在分析pH值或鹽濃度之前，可從管線107在交叉點142處添加額外的HMD，這里稱為補償HMD，以調(diào)節(jié)尼龍鹽的pH值。從再循環(huán)回路在交叉點143處撤出尼龍鹽溶液，并進入管道144。管道144中的尼龍鹽溶液經(jīng)過濾器190以除去雜質(zhì)并收集于儲罐195中。通常，這些雜質(zhì)可包括腐蝕金屬，并可包括來自如AA粉末102的單體進料的雜質(zhì)。將尼龍鹽溶液經(jīng)管線199移入聚合工藝200中。尼龍鹽溶液可保存于儲罐195中，直至需要用于聚合。在一些實施方式中，所述儲罐195是可運輸?shù)摹?br> [0046]尼龍鹽溶液裝置
[0047]基于重暈的AA粉末進料器
[0048]在一個實施方式中，如圖2所示，使用失重式進料器110將AA粉末102進料至連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。失重式進料器110測量AA粉末102以生產(chǎn)具有低變化性的進料速率的AA粉末進料流139，并能夠解決進料過程中AA粉末102的密度的變化。如上所示，AA粉末102的容重和流動性可能變化很大，導(dǎo)致引入摩爾比例的不平衡并生產(chǎn)不均一的pH值的尼龍鹽溶液。本實用新型相對于不能實現(xiàn)AA粉末低變化性進料速率的體積進料器和其他類型的進料器是有利的。出于本實用新型的目的，AA粉末的低變化性進料速率為在AA粉末的目標(biāo)進料速率的±5%的范圍內(nèi)，如±3%的范圍內(nèi)、±2%的范圍內(nèi)，或±1%的范圍內(nèi)。出于本實用新型的目的，進料速率的變化性是指連續(xù)操作中的平均變化率。由于AA粉末進料速率的低變化性，AA的進料速率是穩(wěn)定的且可預(yù)測的，且可合適地設(shè)定二胺和水的進料速率，以使得可使用單個反應(yīng)器來實現(xiàn)目標(biāo)PH值和/或目標(biāo)鹽濃度。由于相對于目標(biāo)進料速率AA粉末進料速率的低變化性，因此不需要額外的反應(yīng)器來混合和調(diào)節(jié)。
[0049]一般地，失重式進料器110在補充階段操作以裝載料斗111，在進料階段分配料斗111中的容納物。優(yōu)選地，在至少50%的時間里，優(yōu)選在至少67%的時間里，該補充-進料階段周期足以接受來自失重式進料器110的反饋信號。在一個實施方式中，補充階段的時間可少于總周期時間的20% (如進料和補充階段的總時間)，如少于總周期時間的10%或少于總周期時間的5%。補充階段和總周期的時間取決于生產(chǎn)速率。在進料階段期間，料斗111中的容納物被分配至進料管道112，所述進料管道112將AA粉末經(jīng)管線139輸送至連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中。此外，在補充階段期間，料斗111中剩余的AA也可被分配至進料管道112中，如此進料管道112接收AA粉末的連續(xù)供給?？墒褂每刂破?13來控制失重式進料器110?？刂破?13可為分布控制系統(tǒng)(distributed control system, DCS),或可編程的邏輯控制器(programmable logic controller, PLC),所述可編程的邏輯控制器能夠根據(jù)所接受的輸入信息來輸出函數(shù)。在一個實施方式中，可存在多個控制器，其用于系統(tǒng)的多種組件。例如，可使用PLC來調(diào)控補充階段，并使用DCS來根據(jù)DCS中設(shè)置的目標(biāo)速率來控制經(jīng)進料管道112的進料速率。
[0050]如圖2所示，傳送系統(tǒng)114將AA粉末102裝載到供給容器115中。傳送系統(tǒng)114可為機械傳送系統(tǒng)或氣動傳送系統(tǒng)，其輸送來自集裝袋、內(nèi)襯集裝袋、內(nèi)襯盒式集裝箱或料斗軌道車裝卸站的己二酸。機械傳送系統(tǒng)可包括螺桿和牽引鏈。氣動傳送系統(tǒng)可包括封閉式管道以使用壓縮空氣來、真空空氣，或封閉的循環(huán)氮氣來將AA粉末102輸送至供給容器115。在一些實施方式中，傳送系統(tǒng)114可提供機械功能件以在裝載供給容器115時，破碎AA粉末的結(jié)塊。供給容器115可為圓筒形、梯形、正方形或其他合適的形狀，并在頂部有進口 116。帶有斜邊的形狀有助于協(xié)助AA粉末102流出供給容器115。供給容器115的上邊緣可低于系統(tǒng)地面高程130以上20米(m)，如優(yōu)選低于15m。系統(tǒng)地面高程130指的是在其上支撐著用來生產(chǎn)尼龍鹽溶液的各種設(shè)備的平面，并且一般定義為沒有單體經(jīng)過它的平面。系統(tǒng)地面高程可在CSTR的進口之上。由于供給容器115的相對于系統(tǒng)地面高程130的高度較低，因此需要較少的能量來驅(qū)動傳送系統(tǒng)114和裝載供給容器115。
[0051]供給容器115還具有低閥117，當(dāng)其關(guān)閉時，形成一個用于容納AA粉末102的內(nèi)腔。低閥117可以為旋轉(zhuǎn)進料器、螺旋進料器、旋轉(zhuǎn)流裝置或包括進料器和閥門的結(jié)合裝置。當(dāng)用AA粉末102填充內(nèi)腔時，可保持低閥117關(guān)閉。在補充階段期間，可開啟低閥117，來基于體積將AA粉末102傳送至料斗111。當(dāng)?shù)烷y將AA粉末傳送至料斗111時，AA粉末可被裝載進供給容器115中。低閥117可包括一個或多個當(dāng)?shù)烷y關(guān)閉時可形成密封的副翼。在一個實施方式中，可存在傳送帶(未顯不)，用于將AA粉末102從供給容器115輸送至料斗111。在其他實施方式中，供給容器115可通過重力輸送AA粉末102。供給容器115的裝載可獨立于料斗111的裝載。
[0052]供給容器115可具有大于料斗111的容量，優(yōu)選具有至少兩倍于或三倍于料斗111的容量。供給容器115的容量應(yīng)該足以補充料斗111的整個體積。相比料斗111，AA粉末102可在供給容器115中容納更長時間，而且根據(jù)濕度，AA粉末102可能形成結(jié)塊?？赏ㄟ^在供給容器115底部的機械旋轉(zhuǎn)器或振動器(未顯示)來破碎所述結(jié)塊。
[0053]料斗111的上邊緣可在系統(tǒng)地面高程130以上少于15m，如優(yōu)選少于12m。料斗111可為圓筒形、梯形、正方形或其他合適的形狀，并在頂部有進口 118。優(yōu)選地，料斗的內(nèi)表面陡直，以防止AA粉末的橋接。在一個實施方式中，所述內(nèi)表面具有30°至80°的角度，例如40°至65°的角度。所述內(nèi)表面可為U型或V型。料斗111還可具有可移除的帶有孔的蓋板(未顯示)，所述孔用于進口 118和通風(fēng)口。料斗111可安裝于導(dǎo)管119，所述導(dǎo)管119將料斗111連接至進料導(dǎo)管112。在一個實施方式中，料斗111具有相等的體積以維持期望的生產(chǎn)速率。例如，料斗111可具有至少4噸的容量。導(dǎo)管119的最大直徑小于料斗111的最大直徑。如圖所示，導(dǎo)管119具有旋轉(zhuǎn)進料器120或類似的輸送裝置，用來將料斗111中的容納物經(jīng)過出口 129分配至進料管道112。可在開啟/關(guān)閉模式下操作旋轉(zhuǎn)進料器120，或可作為所需的進料速率的函數(shù)來控制旋轉(zhuǎn)速率。在其他實施方式中，導(dǎo)管119可不具有內(nèi)部進料器機構(gòu)。根據(jù)失重式進料器的類型，旋轉(zhuǎn)進料器120可被外部外部按摩槳或振子替換，所述外部按摩槳可將排料從料斗111分配至進料管道112。出口 129可具有機械方式來破碎AA的結(jié)塊。在另一個實施方式中，失重式進料器110可具有干燥器或干燥提提吹掃裝置(未顯示)，以從AA粉末中移除濕氣，以防止AA粉末在料斗111中結(jié)塊并形成堵塞。
[0054]重量測量子系統(tǒng)121與料斗111連接。重量測量子系統(tǒng)121可包括多個傳感器122，其用于稱量料斗111并提供表示重量的信號至控制器113。在一些實施方式中，可有三個傳感器或四個傳感器。傳感器122可與料斗111的外側(cè)連接，且考慮到料斗111和任何其他與料斗111連接的設(shè)備的初始重量，所述傳感器122可以配衡。在另一個實施方式中，傳感器122可置于料斗111的下方。基于來自重量測量子系統(tǒng)121的信號，控制器113控制補充階段和進料階段?？刂破?13比較在常規(guī)間隔下測量的重量，以確定在一段時間內(nèi)分配至進料導(dǎo)管112的AA粉末102的重量。控制器113還可控制旋轉(zhuǎn)螺旋鉆123的速度，在下文描述。
[0055]在其他實施方式中，重量測量子系統(tǒng)121可置于料斗111、導(dǎo)管119和進料管道112的下方，用于測量失重式進料器110的這些位置中的材料的重量。
[0056]進料管道112置于導(dǎo)管119的下方，并接收AA粉末102。在一個實施方式中，進料管道112可與導(dǎo)管119連接。進料管道112可延伸基本垂直于導(dǎo)管119的出口 129的平面，或者自平面并向反應(yīng)器140可延伸出一個0°和45°之間的角度，如5°和40°之間的角度。進料管道112具有至少一個旋轉(zhuǎn)螺旋123，其將AA粉末102傳送通過開口出口 124，并進入反應(yīng)器140。旋轉(zhuǎn)螺旋123由馬達125驅(qū)動，且可包括蝸桿。也可使用雙蝸桿結(jié)構(gòu)。馬達125以固定或變化的速度來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)螺旋123。在一個實施方式中，進料管道112以低變化性的速率傳將AA粉末102輸送進反應(yīng)器140中。可根據(jù)期望的產(chǎn)率來調(diào)節(jié)AA的進料速率。這允許建立固定的AA進料速率，并使用此處所述的模型，隨后改變其他溶液組分的進料速率以實現(xiàn)期望的鹽濃度和/或PH目標(biāo)值?？刂破?13接收來自失重式進料器110的反饋信號，并調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)螺旋123的速度。控制器113還基于來自重量測量子系統(tǒng)121的信號，調(diào)節(jié)進料管道112的進料速率。給旋轉(zhuǎn)螺旋鉆123的指令信號會影響馬達速度(如增加、保持或降低馬達速度)以實現(xiàn)設(shè)定的重量損失。
[0057]在其他實施方式中，此處所述的進料管道112可以是任何等同的可控制型進料器，如帶式進料器、廂式進料器、盤式進料器、振動式進料器等。進料管道112還可包括振動緩沖器(未顯示)。此外，進料管道112可具有I或多個氣體口(未顯示)，用于注射氮氣以除去氧氣。
[0058]料斗111還可包括高位探針127和低位探針128。需要理解的是，出于便捷的目的，顯示了一個高位和一個低位探針，但可以存在多個探針。所述探針可與重量測量子系統(tǒng)121結(jié)合使用。出于本實用新型的目的，所述探針可為點電平指示計或電容式接近傳感器?？烧{(diào)節(jié)料斗111中的高位探針127和低位探針128的位置。高位探針127位于料斗111的頂部附近。當(dāng)通過高位探針127測量到料斗111中的材料時，補充階段完成并開始進料階段。相反，低位探針128位于高位探針127的下方，且靠近料斗111的底部。低位探針128的位置可使得足夠剩余量的AA粉末102能夠在補充階段分配。當(dāng)?shù)臀惶结?28在其位置上檢測到料斗中沒有材料時，開始補充階段。如上所述，在補充階段期間，可繼續(xù)進料。
[0059]AA固體可以是腐蝕性的。失重式進料器110可由耐腐蝕性材料構(gòu)造而成，所述耐腐蝕性材料例如奧氏體不銹鋼，或例如304、304L、316和316L或其他合適的耐腐蝕性材料，以在設(shè)備壽命和資金成本之間提供一個經(jīng)濟上可行的平衡。此外，耐腐蝕材料可防止產(chǎn)品的腐蝕污染。其他的耐腐蝕材料優(yōu)選比碳鋼更耐AA攻擊。高濃度的HMD，如大于65%的HMD，對碳鋼沒有腐蝕性，因此碳鋼可用于存儲濃縮的HMD，而不銹鋼可用于存儲更稀濃度的HMD0
[0060]盡管顯示了一個示例性的失重式進料器110，其他可接受的失重式進料器可包括:Acrison402/404、403、405、406 和 407 型；Merrick570 型；K-Tron KT20、T35、T60、T80、S60、SlOO 和 S500 型；以及 Brabender Flex Wall? Plus 和 Flex Wall? Classic?？山邮艿氖е厥竭M料器110應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)足夠的連續(xù)的商業(yè)運行的進料速率。例如，進料速率可為至少500Kg/hr,例如至少1000Kg/hr、至少5000Kg/hr或至少10000Kg/hr。在本實用新型的實施方式中還可使用更高的進料速率。
[0061]反應(yīng)器
[0062]在一個實施方式中，本實用新型包括用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的反應(yīng)器，包括:用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，其包括用于將二羧酸粉末引入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的第一進口 ；用于將第一二胺進料引入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的第二進口，其中所述第二進口與所述第一進口相鄰；固定于連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的內(nèi)墻的一個或多個折流板；延伸穿過連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中心的攪拌軸，其中所述攪拌軸包括至少一個上部葉片和至少一個下部葉片；以及再循環(huán)回路，包括用于將第二二胺進料引入泵和樣品回路上游的交叉點；以及用于將尼龍鹽溶液從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路直接通入存儲容器的管道，其中所述管道不具有任何用于引入額外單體的進口，以防止將額外單體輸送至所述管道或進入存儲容器，所述單體選自由二羧酸、二胺以及其混合物構(gòu)成的群，其中反應(yīng)器包括單個反應(yīng)器。
[0063]如圖3所示，在單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中制備成尼龍鹽溶液。反應(yīng)器140可產(chǎn)生足夠的湍流，用于生產(chǎn)均相的尼龍鹽溶液。出于本實用新型的目的，“連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器”指的是一個反應(yīng)器而不包括多個反應(yīng)器。本實用新型可在單個容器中實現(xiàn)均相的尼龍鹽溶液而不要求如傳統(tǒng)方法中使用的多個串聯(lián)反應(yīng)器。適合的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器為單個容器反應(yīng)器，如非串聯(lián)反應(yīng)器。有利的是，這降低了在以商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)尼龍鹽溶液中的資本投入。當(dāng)與本實用新型所述的失重式進料器聯(lián)合使用時，連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器能夠?qū)崿F(xiàn)均相的尼龍鹽溶液，其實現(xiàn)了目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度。
[0064]將尼龍鹽溶液從反應(yīng)器140中撤出，并直接輸送至儲罐195。在從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中撤出和進入儲罐195中之間，不再將單體(AA或HMD)引入尼龍鹽溶液中。更具體地，尼龍鹽溶液從再循環(huán)回路141中撤出而進入導(dǎo)管144，并且在導(dǎo)管144中不加入單體。一方面，導(dǎo)管144不具有用于引入額外單體的進口，所述額外單體可包括二羧酸和/或二胺。因此，不通過將額外單體引入導(dǎo)管中來進一步調(diào)節(jié)尼龍鹽溶液的PH值，特別是不通過添加額外的HMD來調(diào)節(jié)。根據(jù)需要，可將尼龍鹽溶液額外混合和過濾，如本實用新型所述，只能將單體通入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中。因此，所述公開的方法可不需要多個容器的串聯(lián)以及此前認為必須的PH值測量和調(diào)節(jié)的連續(xù)步驟，而保持AA和HMD之間穩(wěn)定的計量平衡，以制造尼龍6，6。
[0065]反應(yīng)器140可具有1.5和6之間的長徑比，如在2和5之間的長徑比?？墒褂靡韵虏牧蟻斫ㄔ旆磻?yīng)器140以在設(shè)備壽命和資金成本之間提供一個經(jīng)濟上可行的平衡，所述材料選自由哈氏合金C(Hastelloy C)、招、奧氏體不鎊鋼(austenitic stainless steel,如304、304L、316和316L)或其他適合的防腐蝕材料構(gòu)成的群組?？赏ㄟ^考慮連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中的溫度來選擇材料。連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140中的停留時間可根據(jù)其大小和進料速率而不同，通常小于45分鐘，如小于25分鐘。液體從下部出口 148中撤出并進入再循環(huán)回路141中，而尼龍鹽溶液從導(dǎo)管144中撤出。
[0066]一般地，適合的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器包括至少一個單體進口來引入AA、HMD和/或水。所述進口直接通入反應(yīng)器的上部。在一些實施方式中，可使用吸管在液位來進料單體?？纱嬖诙鄠€進口，用于將每個組分引入反應(yīng)介質(zhì)中。圖3顯示了一個示例性的連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器。如圖3所示，存在AA進口 145和HMD進口 146。可以以純HMD或以水溶液106的形式來引入二胺，所述水溶液含有20重量％和55重量％之間的HMD (例如含有30重量％和45重量％之間的HMD)，且含有45重量％和80重量％之間的水(例如含有55重量％和70重量％之間的水)?？赏ㄟ^進口 146引入水溶液106，所述進口 146與二羧酸粉末139的進口 145相鄰。在一個實施方式中，進口 146可離進口 145在0.3m和Im之間。水溶液106可有助于溶解，且可部分地溶解通入反應(yīng)器140的二羧酸粉末。水可與二胺一起引入。任選地，可存在用于單獨引入水的進口 147。還可以通過反應(yīng)器回收塔131引入水。在一些方面，回收塔131可為通風(fēng)冷凝器。
[0067]將反應(yīng)器140中的液體連續(xù)撤出，并通過再循環(huán)回路141。再循環(huán)回路141可包括一個或多個泵149。再循環(huán)回路141還可包括溫度控制設(shè)備、溫度測量設(shè)備和控制器，所述溫度控制設(shè)備例如為盤管、夾套或包括熱交換器的裝置。溫度控制設(shè)備控制再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液的溫度，以防止尼龍鹽溶液沸騰或形成淤漿。當(dāng)通過管線107引入額外HMD，如補償HMD時，優(yōu)選在一個或多個泵149的上游交叉點142處和任何pH或鹽濃度分析儀的上游引入HMD。如本實用新型進一步討論所述，補償HMD107可含有形成尼龍鹽溶液所需HMD的1%和20%之間，例如，所需HMD的1%和10%之間。交叉點142可以是進入再循環(huán)回路141的進口接口。除了循環(huán)所述液體，泵149還作為第二混合器起作用。泵可以同時具有以下功能，即將補償HMD引入再循環(huán)回路141中，以及將補償HMD與從反應(yīng)器中撤出的液體進行混合。所述泵可選自由葉片泵、活塞泵、柔性構(gòu)件泵、凸輪泵、齒輪泵、圓周活塞泵和螺桿泵的構(gòu)成的組。在一些實施方式中，泵149可置于交叉點142處。在另一些實施方式中，如圖所示，泵149可在交叉點142的下游，但是在交叉點143之前。優(yōu)選第二混合發(fā)生在添加所有HMD之后，包括通過管線107添加補償HMD，且在任何分析或撤至儲罐195中之前。在一個可選的實施方式中，可在泵149的下游的再循環(huán)回路141中設(shè)置一個或多個靜態(tài)混合器。在 Perry, Robert H., and Don W.Green.Perry’ s ChemicalEngineers，Handbook.7 th ed.New York: McGraw-Hi 11, 1997:18-25tol8_34 中進一步描述了示例性的靜態(tài)混合器，通過引用將其結(jié)合在本實用新型中。
[0068]在交叉點143處，可將尼龍鹽溶液撤至導(dǎo)管144中。導(dǎo)管144中的停留時間可根據(jù)儲罐195和過濾器190的位置而不同，通常小于600秒，例如小于400秒。在一個實施方式中，可操作閥150來控制尼龍鹽溶液的壓力。盡管只顯示了一個閥，但可以理解的是，在再循環(huán)回路141中可使用額外的閥。沒有單體(如AA或HMD)被引入交叉點143的下游或進入導(dǎo)管144中。此外，在正常的操作條件下，沒有單體被引入儲罐195中。
[0069]再循環(huán)回路141還可包括熱交換器151，用于控制反應(yīng)器140中液體的溫度?？赏ㄟ^使用在反應(yīng)器140中或連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140出口(未顯示)處的溫度控制器(未顯示)來控制所述溫度。可使用內(nèi)部熱交換器，如盤管或夾套反應(yīng)器(未顯示)，來調(diào)節(jié)所述液體的溫度。可為熱交換器151提供冷卻水，所述冷卻水維持在給定濃度的鹽的凝固點以上。在一個實施方式中，熱交換器可以是間接殼式換熱器或管式熱交換器、螺旋式或板框式熱交換器，或用于從反應(yīng)器140回收熱的再沸器。反應(yīng)器140的溫度維持在60°C和110°C之間的范圍，以防止淤漿形成和晶體形成。隨著水的濃度上升，維持溶液的溫度下降。此外，將反應(yīng)器140的溫度保持的低溫來阻止HMD的氧化。也可提供氮氣層保護來阻止HMD的氧化。
[0070]如圖3所示，在一個實施方式中，反應(yīng)器140具有內(nèi)部盤管152，可將冷凍劑通入所述內(nèi)部盤管152中，以將反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)在60°C和110°C之間。在另一個實施方式中，反應(yīng)器140可帶有含冷凍劑的夾套(未顯示)。內(nèi)部盤管可通過回收反應(yīng)產(chǎn)生的熱來調(diào)節(jié)溫度。
[0071]除了溫度控制器，反應(yīng)器140還可具有帶有通風(fēng)冷凝器的大氣通風(fēng)孔，以維持反應(yīng)器140內(nèi)的大氣壓力。壓力控制器可以具有內(nèi)部和/或外部壓力傳感器。
[0072]在一個實施方式中，也可存在取樣管線153，用于測量尼龍鹽的pH值和/或鹽的濃度。取樣管線153可與再循環(huán)回路141流體連通，并且優(yōu)選地接收流經(jīng)的固定流，以最大限度地減少流動對分析儀的影響。一方面，取樣管線153可以在再循環(huán)回路141中撤出小于I %的尼龍鹽溶液，更優(yōu)選小于0.5 %。在取樣管線153中可存在一個或多個分析儀154。在一些實施方式中，取樣管線153可以包括過濾器(未顯不)。在另一個實施方式中,取樣管線153可包含合適的加熱或冷卻裝置，如熱交換器，來調(diào)節(jié)或控制樣品流的溫度。類似地，取樣管線153可包括充水管線(未顯示)，用于將水加入到樣品流來調(diào)節(jié)濃度。如果水被加入到樣品流中，水可以是去離子水。計算通過取樣管線153進料的水，以維持目標(biāo)鹽濃度，且還可調(diào)節(jié)水的其他進料。分析儀154可以包括在線分析儀，用于實時測量。根據(jù)采樣的類型，被測試的部分可以經(jīng)由管線155返回反應(yīng)器140或排出。取樣管線153可以通過再循環(huán)回路141返回。另外，取樣管線153在不同的位置返回至反應(yīng)器140。
[0073]連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140保持液位156，所述液位156至少為50%滿，例如，至少60%滿。選擇液位以使得其足以淹沒在CSTR中的葉片，從而防止尼龍鹽溶液的發(fā)泡。可通過氣體口 157引入氮氣或其它惰性氣體到上述液位156上部空間的。
[0074]連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140的內(nèi)部可提供足夠的混合以生產(chǎn)所需的具有均一 pH值的尼龍鹽溶液。如圖4所示，存在垂直延伸進入且通過反應(yīng)器140的中心的攪拌軸158。優(yōu)選地，攪拌軸158沿著反應(yīng)器140的中心線延伸，但在一些實施方式中攪拌軸158可通過中心。在任選的實施方式中，攪拌軸可以傾斜。在能實現(xiàn)理想的混合的前提下，也可使用偏心攪拌軸。
[0075]攪拌軸158可具有一個或多個葉輪159，如攪拌槳、螺旋帶、錨、螺旋類、螺旋槳和/或渦輪機。優(yōu)選軸流式葉輪，用于混合AA和HMD，因為這些葉輪趨于防止固體顆粒沉降在反應(yīng)器140的底部。在其它實施方式中，葉輪可以是平刃的徑向渦輪，所述徑向渦輪具有與圓板四周等距間隔的多個葉片。整個攪拌軸158中可具有2個和10個之間的葉輪，例如，在2個和4個之間。葉輪159上的葉片160可以是直的、彎曲的、凹的、凸的、有角度的或傾斜的。葉片160的數(shù)量可以在2和20個之間變化，例如，在2和10個之間變化。如果需要，葉片160還可以具有穩(wěn)定器(未示出)或刮削器(未示出)
[0076]如圖4所示,顯示了三節(jié)距(triple-pitch)潤輪機組件161。攪拌軸158包括至少一個上部傾斜葉片渦輪機162和至少一個下部傾斜葉片渦輪163。在三節(jié)距的渦輪機組件161中，上部傾斜葉片渦輪機162的傾斜面164優(yōu)選與下部傾斜葉片渦輪機163的傾斜面164’抵消。
[0077]也可以使用帶有不同類型的葉輪的多攪拌器軸，如螺旋和錨。另外，也可以使用側(cè)裝攪拌軸，特別是那些具有船用螺旋槳的側(cè)裝攪拌軸。
[0078]返回至圖3，由外部馬達165驅(qū)動攪拌軸158，可以50和500rpm的之間的轉(zhuǎn)速混合液體，例如，在50和300rpm之間的轉(zhuǎn)速。攪拌軸158可以可拆卸式地安裝到在連接器167上的馬達驅(qū)動軸166。運動的速度可不同，但一般情況下，所述速度應(yīng)足以保持固體顆粒的整個表面區(qū)域與液相接觸，確保最大化可利用的界面區(qū)域，以用于固-液傳質(zhì)。
[0079]反應(yīng)器140還可以包括一個或多個折流板168，用于混合和防止死區(qū)的形成。折流板168的數(shù)量可以在2個和20個之間變化，例如，在2個和10個之間，并且在反應(yīng)器140的周邊被均勻地間隔。折流板168可以安裝在反應(yīng)器140的內(nèi)壁。一般來說，使用垂直折流板168，但是也可使用彎曲的折流板。折流板168可延伸高于反應(yīng)器140中的液位156。
[0080]在一個實施方式中，反應(yīng)器140包括排氣孔，用于經(jīng)管線135來去除廢氣；一個回收塔131，用于將可冷凝的HMD返回至反應(yīng)器140?？蓪⑺?32輸送到回收塔131并在回收塔131的塔底133回收。將水132以最小速率通入以維持回收塔131的效率。計算通過回收塔131進料的水的量，以保持目標(biāo)鹽濃度，并調(diào)節(jié)其它水的進料。放空氣體134可被冷凝以回收任何水和單體廢氣并且可經(jīng)管線133返回。包括氮氣和空氣的非冷凝氣體則可作為廢氣135移除。當(dāng)回收塔131是一個通風(fēng)冷凝器時，回收塔131可以被用于回收廢氣并移除非冷凝氣體。
[0081]尼龍鹽溶液存儲
[0082]如圖3所示，隨著尼龍鹽溶液形成，其被輸送到儲罐195，其中尼龍鹽溶液可被保持直到聚合反應(yīng)需要。在一些實施方式中，儲罐195可包括再循環(huán)回路193，以循環(huán)尼龍鹽溶液。可使用內(nèi)部噴射混合器194以保持存儲罐195內(nèi)的循環(huán)。在一個實施方式中，內(nèi)部噴射混合器194可以位于距離儲罐195的底部0.3和1.5米之間，優(yōu)選在0.5和I米之間。另外，在一些實施方式中，尼龍鹽溶液中的至少一部分可被返回到反應(yīng)器140，以防止生產(chǎn)線凍結(jié)和/或當(dāng)系統(tǒng)混亂時或所需的目標(biāo)PH值和/或目標(biāo)鹽濃度改變時，校正尼龍鹽溶液。也可將任何未使用的尼龍鹽溶液從該聚合方法200中返回到儲罐195。
[0083]儲存罐195可由耐腐蝕材料構(gòu)造而成，如奧氏體不銹鋼，例如304、304L、316和316L，或其他合適的耐腐蝕材料，以在設(shè)備壽命和資金成本之間提供一個經(jīng)濟上可行的平衡。儲罐195可包括一個或多個儲罐，這取決于儲罐尺寸和需要存儲的尼龍鹽溶液的體積。在一些實施方式中，尼龍鹽溶液被存儲在至少兩個儲罐中，例如，至少三個個儲罐，至少四個儲罐，或至少5個儲罐。儲罐195可以保持在溶液的凝固點以上的溫度下，如在60°C和110°C之間的溫度。對于具有60重量％和65重量％之間的鹽濃度的尼龍鹽溶液，溫度可保持在100°C和110°C之間。儲罐中可存在內(nèi)部加熱器196。此外，再循環(huán)回路可具有一個或多個加熱器197，用于為儲罐提供熱量。例如，儲罐可以具有容納多達5天的庫存的尼龍鹽溶液的容量，更優(yōu)選多達3天的庫存。儲罐可在大氣壓或稍高于大氣壓的壓力下被保持在氮氣氛中。
[0084]在一些實施方式中，在進入儲罐195之前，可過濾尼龍鹽溶液以除去雜質(zhì)?？梢酝ㄟ^至少一個過濾器190來過濾尼龍鹽溶液，例如，至少兩個過濾器或至少三個過濾器。過濾器190可以被配置成串聯(lián)或并聯(lián)。合適的過濾器可包括膜過濾器，所述膜過濾器包含聚丙烯、纖維素、棉和/或玻璃纖維。在一些實施方式中，過濾器可以具有在I到20微米之間孔徑尺寸，例如，2和10微米之間。過濾器也可以是超濾過濾器、微濾單元、納米濾過濾器，或者活性炭過濾器。
[0085]補償HMD
[0086]如上所述中，將用于形成的尼龍鹽溶液所用的HMD以不同的部分引入方法中的兩個位置，主HMD和補償HMD。為了能夠使用單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，并形成均勻的尼龍鹽溶液，一旦尼龍鹽溶液從反應(yīng)器140中排出進入導(dǎo)管144，并隨后進入儲罐195，則不再添加HMD。如圖5所示，可通過在交叉點142處包括經(jīng)由管線107的補償HMD來進一步精細目標(biāo)規(guī)格(例如目標(biāo)PH值)的方差控制。補償HMD通常為加入的HMD的最小的一部分，且用作對尼龍鹽溶液的PH的微調(diào)控制，由于相比于主HMD進料，使用較小的閥具有對流體的微小變化更高的控制。調(diào)節(jié)主HMD的進料速率或流速不是用于控制尼龍鹽溶液的pH值的優(yōu)選方法，因為主HMD的調(diào)節(jié)和pH值的測量之間的時間差。另外，因為補償HMD是加入CSTR中的HMD的最小部分，補償HMD可允許更準確地調(diào)節(jié)尼龍鹽溶液的pH值，并且pH分析儀可提供近瞬時反饋。在PH值測量的上游加入補償HMD，以減少測量加入補償HMD的pH值的影響的延遲。當(dāng)調(diào)節(jié)補償HMD時,也可調(diào)節(jié)水的進料速率，以控制在該尼龍鹽溶液中的固體的濃度。可通過控制器設(shè)置這樣的調(diào)節(jié)并且可通過在取樣管線153上折射儀來監(jiān)控這樣的調(diào)節(jié)，如本文所述。
[0087]進入導(dǎo)管144之前，補償HMD107可以與尼龍鹽溶液相結(jié)合。如果沒有理論的約束，認為補償HMD107可以與尼龍鹽溶液中任何剩余的游離己二酸進行反應(yīng)。此外，如上所述，可使用加入補償HMD107來調(diào)節(jié)尼龍鹽溶液的pH值。
[0088]在一個實施方式中，本實用新型涉及以重量計，計量從失重式進料器110到進料管道的AA粉末，所述進料管道將計量的AA粉末進料139以低變化率的進料速率輸送進入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140 ;分別將包括HMD104的第一部分的水溶液106和水103引入連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140，以形成尼龍鹽溶液；以及引入HMD的第二部分，例如通過管線107進入尼龍鹽溶液的補償HMD。可在交叉點142處將補償HMD107加入到再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液中。將補償HMD107以這樣的進料速率連續(xù)地輸送到再循環(huán)回路141中，所述進料速率使得補償HMD107的流量為通過閥門的中等流，例如20 %至60 %，40 %至50 %，或約50 %。中等流是指保持通過閥的連續(xù)流動，以防止失去控制。
[0089]為了實現(xiàn)低變化性的目標(biāo)pH值，該方法包括使用失重式進料器110提供AA粉末102的恒定進料速率；以及響應(yīng)于過程控制來調(diào)節(jié)HMD和水的進料速率。有利的是，可通過連續(xù)工藝來實現(xiàn)高生產(chǎn)速率。當(dāng)改變鹽生產(chǎn)速率時，可隨著離散間隔的變化的AA進料速率成比例地調(diào)節(jié)HMD進料速率?？梢酝ㄟ^改變主HMD進料的進料速率或補償HMD進料速率來調(diào)節(jié)HMD的進料速率。在一個優(yōu)選的實施方式中，可調(diào)節(jié)補償HMD107的進料速率，并且HMD104的進料速率或?qū)τ诮o定的鹽生產(chǎn)速率所述水性HMD溶液進料106的進料速率可以是恒定的。在另一個實施方式中，補償HMD107的進料速率可以被設(shè)置為恒定的速率，并且如果需要，可以調(diào)節(jié)HMD104的進料速率或所述水性HMD溶液進料106的進料速率，以實現(xiàn)目標(biāo)pH值和/或鹽濃度。在其它實施方式中，可以調(diào)節(jié)HMD104和補償HMD107 二者的進料速率或所述水性HMD溶液進料106的進料速率，以實現(xiàn)目標(biāo)pH值和/或鹽的濃度。
[0090]補償HMD107可以具有和HMD104相同的HMD來源。HMD104可包含尼龍鹽溶液中的總HMD的80 %和99 %之間，例如，90 %和99 %之間的。補償HMD107可包括在尼龍鹽溶液中的總HMD的I和20%之間，例如，1%和10%之間?？梢愿鶕?jù)目標(biāo)pH和目標(biāo)鹽濃度來調(diào)節(jié)HMD104和補償HMD107的比率。如這里所討論的，可以由總HMD的進料速率模型來設(shè)置HMD104和補償HMD107的比值。
[0091]可以純HMD來提供HMD，例如，包含至少99.5重量％的HMD，例如，100%的HMD且無水；或者可以含有80重量％和99.5重量％之間的HMD的水溶液來提供HMD。以純HMD或HMD的水溶液的形式將補償HMD107通入尼龍鹽溶液。當(dāng)補償HMD是HMD的水溶液時，補償HMD107水溶液可包含介于50重量％和99重量％之間的HMD，例如，60重量％和95重量％之間的HMD或介于70重量％和90重量％之間的HMD。正如HMD104水溶液，可以基于HMD源和尼龍鹽溶液的目標(biāo)鹽濃度來調(diào)節(jié)水的量。有利的是，補償HMD107的HMD濃度為90重量％至100重量％，以提高對pH值的控制的影響，同時在鹽濃度控制中最小化補償HMD107的影響。
[0092]補償HMD107被添加到再循環(huán)回路的尼龍鹽溶液中，所述再循環(huán)回路在泵149和取樣管線153的上游。在添加補償HMD107之后，可使用分析儀154在取樣管線153中測量在再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液的pH值。這允許在用補償HMD107的進料速率來調(diào)節(jié)pH值和pH測量之間有一個小的延遲。沒有額外AA加入到再循環(huán)回路141。除了補償HMD107以外，沒有HMD被添加到再循環(huán)回路141。將補償HMD107添加到pH測量的上游，以允許包括補償HMD107的pH值測量。
[0093]不同于美國專利公開2010/0168375和美國專利US4233234所示的現(xiàn)有技術(shù)，在pH測量之后不添加補償HMD。在pH測量之后添加HMD，在測量加入的HMD對pH值的影響時會產(chǎn)生一個大的延遲，因為在測量之前，添加的HMD必須通過反應(yīng)器。因此，以這樣的方式加入HMD可下沖或過沖目標(biāo)pH值，其導(dǎo)致通過不斷追逐目標(biāo)pH值而使得這些工藝低效率地運行。有利地，本實用新型在PH值測量的上游增加補償HMD，如此使得補償HMD的影響導(dǎo)致很少的延遲并避免下沖或過沖目標(biāo)PH值的問題。此外，因為以中等流來維持閥，本實用新型可連續(xù)地進料補償HMD107。
[0094]討稈控制
[0095]如本實用新型所述，在用于生產(chǎn)聚酰胺的鹽溶液(例如尼龍鹽溶液)的連續(xù)過程中，在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，尼龍鹽溶液中的目標(biāo)規(guī)格(包括PH和鹽濃度)可能有變化性?？赡苡刹豢深A(yù)知的和波動的AA粉末進料速率來至少部分地引起這種目標(biāo)規(guī)格的變化性。這種不可預(yù)測性和波動使控制過程困難，因為必須在存儲之前不斷監(jiān)視并調(diào)節(jié)在初始反應(yīng)器的下游這個過程。因此，連續(xù)操作的單個反應(yīng)器不能有效地結(jié)局不可預(yù)知的和波動的AA粉末進料速率。以往，為了解決這種不可預(yù)測性和波動，使用多個反應(yīng)器、混合器和多個單體進料位置，特別是用于添加HMD的反應(yīng)物進料位置，以產(chǎn)生目標(biāo)規(guī)格的尼龍鹽溶液。使用本實用新型的單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，去除了在多個反應(yīng)器中調(diào)節(jié)尼龍鹽溶液的能力。然而，可通過使用失重式進料器來減少AA粉末進料速率的不可預(yù)測性和波動性以實現(xiàn)AA粉末進料速率變化在±5%以內(nèi)，本實用新型利用基于模型的前饋控制(feed forward control),在有或沒有反饋的條件下，實現(xiàn)有目標(biāo)PH值和鹽濃度的尼龍鹽溶液。
[0096]前饋控制
[0097]在開始用于制造尼龍鹽溶液的連續(xù)方法之前，基于所需尼龍鹽溶液的生產(chǎn)速率來制備反應(yīng)模型?；谠撋a(chǎn)速率，設(shè)定AA粉末進料速率，然后設(shè)定目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度。然后經(jīng)化學(xué)計量計算HMD的進料速率和水的進料速率，以實現(xiàn)目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度。HMD的進料速率包括主HMD和補償HMD。水的進料速率包括通入反應(yīng)器140的所有水源?？梢岳斫獾氖牵繕?biāo)PH反映了 AA比HMD的目標(biāo)摩爾比。在進一步的實施方式中，可在模型中添加附加特征，包括但不僅限于反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力。該模型是用來設(shè)置進料速率的前饋控制，用于將HMD和/或水進料至連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器。
[0098]在一些方面，該模型是通過輸入AA粉末的進料速率來制備的模型，所述AA粉末的進料速率由本實用新型所述的失重式進料器所提供。對于給定的生產(chǎn)速率，AA的進料速率應(yīng)是恒定的。如本實用新型所述，失重式進料器可以包含離散控制，以產(chǎn)生低變化性的AA粉末進料速率?？蛇B續(xù)、半連續(xù)，或以離散的時間間隔(如每隔5分鐘、每隔30分鐘或每小時)將來自失重式進料器的AA粉末的進料速率提供給模型。在其他方面，由于是AA粉末進料速率的低變化性，一旦設(shè)定AA粉末的進料速率，該模型可設(shè)定HMD的進料速率和水的進料速率。通過模型來設(shè)定這些進料速率以實現(xiàn)目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度。
[0099]該模型可以是動態(tài)的，并且可以通過來自在線或離線的分析儀的反饋信號來調(diào)節(jié)。例如，如果期望改變生產(chǎn)速率、pH或鹽濃度，可調(diào)節(jié)模型。該模型調(diào)節(jié)可被存儲在控制器的內(nèi)存中，所述控制器例如可編程的邏輯控制器(PLC)控制器，分布式控制系統(tǒng)(DCS)控制器或比例-積分-微分(PID)控制器。在一個實施方式中，有反饋信號的PID控制器可被用于解決模型計算和流量測量的誤差。
[0100]由于使用體積進料器不能準確預(yù)測AA粉末的進料速率，因此之前無法實施用前饋控制本身來形成相對目標(biāo)規(guī)格低變化性的尼龍鹽溶液。這至少是部分因為由體積進料器的使用導(dǎo)致的AA粉末進料速率的變化性。因為AA粉末進料的變化性，不能生成模型來控制AA和HMD的比。結(jié)果這些常規(guī)方法可以使用反饋控制，從而要求頻繁調(diào)節(jié)或為批次方法。然而，當(dāng)基于重量來計量AA粉末到分散器時，前饋控制足以連續(xù)地產(chǎn)生相對目標(biāo)規(guī)格低變化性的尼龍鹽溶液。
[0101]因此，在一個實施方式中，本實用新型的目的是涉及一種用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)制備的方法，其包括:生成一個用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進料速率的模型，以產(chǎn)生具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；以及通過以重量計，計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末來控制二羧酸粉末的進料速率變化率，所述進料管道將二羧酸粉末以目標(biāo)進料速率輸送至進入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；分別以第一進料速率將二胺引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以第二進料速率將水引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，其中所述第一和/或第二進料速率是基于模型；以及從單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中連續(xù)地撤出尼龍鹽溶液并直接進入儲罐，其中，撤出的尼龍鹽溶液具有在目標(biāo)pH值±0.04以內(nèi)的pH值。
[0102]為了進一步舉例說明根據(jù)本實用新型的過程控制方案，圖6顯示了一個流程圖。為了簡化，圖6中排除各種泵、再循環(huán)回路和加熱器。圖6顯示了幾種流量計，例如科里奧利質(zhì)量流量計(cor1lis mass flow meters)、容積式流量計、電磁流量計和潤輪流量計，用于測量流經(jīng)系統(tǒng)的物流。在一些實施方式中，流量計也能夠測量溫度和/或密度?？蛇B續(xù)或定期地將流量計的輸出值輸入控制器113。優(yōu)選每個流量計閥的上游存在至少一個流量計。在一些實施方式中，流量計和流量計閥可以是整體的，并在封裝包中一起來提供。盡管只顯示了一個控制器，在一些實施方式中可存在多個控制器。如圖6所示，經(jīng)由管線102將AA粉末送至失重式進料器110，以產(chǎn)生計量的AA粉末進料139?？刂破?13將信號211送至旋轉(zhuǎn)螺旋123。所述信號可以是無線信號。使用模型，該用于前饋進料速率的模型可存儲在控制器113，所述前饋進料速率是用于HMD和水的前饋進料速率。如上所述，失重式進料器110調(diào)節(jié)AA粉末的變化性，以提供具有相對于目標(biāo)進料速率變化性低的計量的AA粉末進料139。例如，失重式進料器110可使用來自重量測量子系統(tǒng)121的反饋回路來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)螺旋123的速度。
[0103]控制器113將前饋信號213發(fā)送到流量計閥214以調(diào)節(jié)水103經(jīng)管線106進入反應(yīng)器140的流量。類似地，控制器113將前饋信號215發(fā)送到流量計閥216來調(diào)節(jié)HMD104經(jīng)管線106流入反應(yīng)器140的流量。通過模型設(shè)定該前饋信號，以實現(xiàn)目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度。
[0104]在另一個實施方式中，控制器113將前饋信號(未顯示)發(fā)送到流量計閥(未顯示)來調(diào)節(jié)HMD水溶液106進入反應(yīng)器140的進料速率。由于前饋信號213和215被用于將HMD和水通入反應(yīng)器140，沒有必要采取任何在線或離線的水性HMD溶液106的測量。另夕卜，還將前饋信號217發(fā)送到流量計閥218來調(diào)節(jié)補償HMD107流進再循環(huán)回路141的流量。該模型可通過主HMD104和補償?shù)腍MD107確定進料的HMD的相對量。調(diào)節(jié)前饋信號217，以保證存在流向補償HMD107的流量計閥217的中等輸出流。在一個實施方式中，模型可以建立流量速率以確保補償HMD107維持的恒定的流量，即中等流量，所述流量速率由前饋信號217發(fā)送至流量計閥218。
[0105]二級討稈控制
[0106]除了使用基于建模的前饋控制，如圖6所示，過程控制可以包括作為第二過程控制的反饋信號，以實現(xiàn)目標(biāo)PH值和目標(biāo)鹽濃度。這些反饋信號可以是從流量計和在線分析儀154中獲取的測量數(shù)據(jù)，流量計和在線分析儀154用于調(diào)節(jié)在HMD和水的進料，優(yōu)選調(diào)節(jié)補償HMD和水的進料。在線分析儀154可以包括pH探頭、折射儀及其組合。pH探頭和折射儀可串聯(lián)或并聯(lián)。
[0107]如本實用新型所述，當(dāng)基于重量計量AA粉末時，AA粉末的進料速率可具有低變化性。這種低變化性提供了可靠的AA粉末進料速率，改善了實現(xiàn)目標(biāo)pH值和目標(biāo)鹽濃度的能力，并且改善了基于反饋信號來調(diào)節(jié)HMD和水的進料速率的能力。因此，在一個實施方式中，本實用新型涉及用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進料速率的模型，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；通過以重量計，計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末來控制二羧酸粉末的進料速率變化率，所述進料管道將二羧酸粉末輸送至單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；分別以第一進料速率將二胺引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以第二進料速率將水引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；將補償二胺以第三進料速率連續(xù)地引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；使用引入補償二胺下游的尼龍鹽溶液的在線PH值測量來檢測尼龍鹽溶液的pH值的變化；以及響應(yīng)于PH值的變化來調(diào)節(jié)第三進料速率以生產(chǎn)尼龍鹽溶液，所述尼龍鹽溶液具有相對于目標(biāo)PH值在±0.04以內(nèi)變化。
[0108]如圖7所示，該方法使用在線分析儀154，例如在線pH計154來測量在再循環(huán)回路141中的尼龍鹽溶液的pH值以產(chǎn)生反饋信號。為了便于尼龍溶液的pH值的在線測量，將尼龍鹽溶液連續(xù)地從反應(yīng)器中取出并將尼龍鹽溶液中的至少一部分通入再循環(huán)回路141和取樣管線153中。再循環(huán)回路141可包括流量計(未顯示)和流量計閥。在另一個實施方式中，再循環(huán)回路141可以包括壓力控制器(未顯示)，以控制尼龍鹽溶液的流量。優(yōu)選地，尼龍鹽溶液通過再循環(huán)回路141的流是恒定的。取樣管線153包括用于測量pH值的工具(例如PH計)和/或用于鹽濃度測量的工具(例如折射儀)。在一個實施方式中，在反應(yīng)器的條件下，在無任何稀釋或冷卻的條件下，測量尼龍鹽溶液的至少一個部分的PH值。然后將所述尼龍鹽溶液的至少一部分直接或經(jīng)通風(fēng)冷凝器131返回至反應(yīng)器140中。當(dāng)所述尼龍鹽溶液的至少一部分經(jīng)通風(fēng)冷凝器131返回到反應(yīng)器時，尼龍鹽溶液可以代替通入通風(fēng)冷凝器中的水。取樣管線153還可以包括冷卻尼龍鹽溶液的冷卻器(未顯示)和溫度傳感器(未顯示)，所述溫度傳感器測量在PH測量之前的溫度。在一些實施方式中，pH測量之前，將尼龍鹽溶液冷卻到目標(biāo)溫度。所述目標(biāo)溫度可以是比其流出反應(yīng)器140的尼龍鹽溶液低5°C和10°C之間的范圍的目標(biāo)溫度。所述溫度可相對目標(biāo)溫度在小于±1°C的范圍內(nèi)變化，例如小于±0.5°C。可存在溫度傳感器(未示出)來監(jiān)控pH值測量的上游的尼龍鹽溶液的溫度。
[0109]在線pH計154隨后將輸出226提供給控制器113。該輸出226將在線pH計154測量的PH值發(fā)送到控制器113。在線pH計154用于確定連續(xù)過程中的尼龍鹽溶液的pH值的變化性。換言之，由于變化的條件，在線pH計154可以測量與目標(biāo)pH值不同的pH值，但當(dāng)測量的PH發(fā)生變化時，控制器113會調(diào)節(jié)單體進料。在優(yōu)選的實施方式中，尼龍鹽溶液的pH值在小于±0.04的范圍內(nèi)變化，例如小于±0.03或小于±0.015。由于在線pH計的測定值的漂移，在線PH計是用于測量pH值的變化性，而不是測量絕對的pH值。這至少部分地由于前饋控制，所述前饋控制允許設(shè)定的目標(biāo)PH值。通過使用在線pH計來確定pH值是否變化，可檢測在生產(chǎn)過程中的變化。使用二級控制，PH的變化可能引起至少一個進料速率的相應(yīng)的調(diào)節(jié)，其通過信號線215和217分別發(fā)送到流量計閥216和218。為了提供一個反應(yīng)迅速的pH調(diào)節(jié)，通過線路217將信號發(fā)送到閥218來調(diào)節(jié)補償HMD107。作出的調(diào)節(jié)補償HMD107的量由通過流量計閥216的主HMD104的相應(yīng)變化來確定。這種調(diào)節(jié)是敏感的，且一旦沒有顯示PH的變化，其應(yīng)能夠恢復(fù)到由前饋控制設(shè)定的進料速率。這些對補償HMD107的調(diào)節(jié)也可影響到尼龍鹽溶液的鹽濃度?？赏ㄟ^經(jīng)過流量計閥214的信號213調(diào)節(jié)水來控制這種鹽濃度的變化。
[0110]因為所述形成尼龍鹽溶液的過程是連續(xù)的，因此可實時地(例如，連續(xù)地)或接近實時地獲得在線PH計154的pH測量數(shù)據(jù)。在一些實施方式中，每隔60分鐘進行pH測量，例如，每隔45分鐘、每隔30分鐘、每隔15分鐘或每隔5分鐘。pH計可具有在±0.05以內(nèi)的精度，如在±0.02以內(nèi)的精度。
[0111]除了使用在線pH計154以外，該方法還可以進一步包括使用折光儀來測量尼龍鹽溶液的鹽濃度，并調(diào)節(jié)水的進料速率。在一個實施方式中，通過進料至回收塔131的水進料來調(diào)節(jié)水的進料速率。通過在所述反應(yīng)器下游的尼龍鹽溶液中添加或去除水也可調(diào)節(jié)鹽濃度。
[0112]根據(jù)基于反饋的所需的調(diào)節(jié)，通過模型也可用二級控制來地調(diào)節(jié)主HMD和水。特別有利的是當(dāng)存在一個PH值的趨勢，其導(dǎo)致長期補償HMD107的調(diào)節(jié)。
[0113]除了來自在線pH計154的反饋，各流量計可提供信息或質(zhì)量流率給控制器113。如圖7所示，每個流量計閥都結(jié)合了一個流量計，優(yōu)選能夠測量質(zhì)量流量。流量計214’經(jīng)線213’提供信息至控制器113。流量計216’經(jīng)信號線215’提供反饋至控制器113。流量計218’經(jīng)信號線217’提供反饋至控制器113?？墒褂眠@些來自流量計的信息來維持整體生產(chǎn)速率。
[0114]已公開了使用pH探頭測定的尼龍鹽溶液的pH值的現(xiàn)有技術(shù)方法。見美國專利4233234和美國專利公開2010/0168375。然而，這些現(xiàn)有技術(shù)方法的每一個都測量尼龍鹽溶液的PH值，然后添加額外的二胺和/或酸來調(diào)節(jié)pH值。額外的二胺和/或酸的作用并不確定，直到額外的二胺和/或酸混入反應(yīng)器中，并再取出用于測量。這種方法導(dǎo)致“追求”PH值，并產(chǎn)生不靈敏的過程控制，其可能下沖或過沖目標(biāo)PH值。
[0115]在本實用新型中，如圖3、5、6、7、8和9中所示，優(yōu)選將補償HMD107供給至在線pH計的上游。從而，補償HMD107中的HMD與反應(yīng)器再循環(huán)回路中的尼龍鹽溶液結(jié)合，并且在通過反應(yīng)器140進行再循環(huán)之前測量尼龍鹽溶液的pH值。
[0116]使用在線試驗室測暈的二級過程控制
[0117]如上所述，來自二級控制過程的pH測量數(shù)據(jù)不必然反映目標(biāo)pH值，而是用于計算PH值的變化。為了提高pH測量的靈敏度，二級過程控制還可以涉及測量在實驗室控制下的尼龍鹽溶液的PH值。沒有理論的約束，由于在降低的濃度和溫度的條件下增加了接近拐點處的pH測量的靈敏度，在實驗室條件下測量尼龍鹽溶液的pH值提高了測量的精度。這可允許檢測可能在反應(yīng)條件下不被注意到的小的pH變化。出于本實用新型的目的，實驗室的條件是指在15°C和40°C之間的溫度下測量的尼龍鹽溶液樣品，例如在20°C和35°C之間或在25°C、±0.2°C。在實驗室條件下測量的尼龍鹽溶液樣品可具有下8%和12%之間的鹽濃度，例如9.5 %。通過稀釋和冷卻取樣管線153中的尼龍鹽溶液來在線進行此在實驗室條件下的PH測量。
[0118]因此，在一個實施例中，本實用新型涉及用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進料速率的模型，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；通過以重量計，計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末來控制二羧酸粉末的進料速率變化率，所述進料管道將二羧酸粉末輸送至單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；分別以第一進料速率將二胺引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以第二進料速率將水引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；將補償二胺以第三進料速率連續(xù)地引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；獲得引入補償二胺下游的尼龍鹽溶液的樣品部分；稀釋并冷卻所述樣品部分以形成具有5%和15%之間的濃度和15°C和40°C之間的溫度的稀釋的尼龍鹽溶液；使用引入補償二胺下游的尼龍鹽溶液的在線PH值測量來檢測稀釋的尼龍鹽溶液的PH值的變化；以及響應(yīng)于pH值的變化來調(diào)節(jié)第三進料速率以生產(chǎn)尼龍鹽溶液，所述尼龍鹽溶液具有相對于目標(biāo)pH值在±0.04以內(nèi)變化的pH值。如圖9所示，在實驗室條件下，為了便于在線測量尼龍溶液的PH值，將尼龍鹽溶液連續(xù)地從反應(yīng)器中取出，并且將尼龍鹽溶液中的至少一部分，例如，將小于I %的尼龍鹽溶液引如到再循環(huán)回路141和取樣管線153。取樣管線153包括在實驗室條件下進行pH值測量的工具。取樣管線153還可以包括冷卻器(未顯不)來冷卻尼龍鹽溶液。在其它實施方式中，該冷卻器可被省略。在取樣管線153中的尼龍鹽溶液的溫度和濃度可以通過經(jīng)由管線220添加水來調(diào)節(jié)。該水是總的水進料速率的一小部分，所述總的水進料速率是通過模型來計算的。加入水的量和溫度足以達到用于PH測量的稀釋的尼龍鹽溶液樣品所需要的溫度和強度。還可包括進一步冷卻稀釋樣品。在實驗室條件下，取得尼龍鹽溶液的至少一部分的PH值，然后如本文所述將尼龍鹽溶液的至少一部分返回反應(yīng)器140。然后在線pH計154提供輸出226給控制器113。
[0119]如上所述，在線pH計154用于測量尼龍鹽溶液的pH值的變化性。在優(yōu)選的實施方式中，尼龍鹽溶液的pH值的變化小于±0.04，例如，小于±0.03或小于±0.015。類似于在反應(yīng)條件下的PH值測量，由于在線pH計測量值的漂移，使用在實驗室條件下的在線pH計來測量PH值的變化，而不是測量目標(biāo)pH值。這至少部分地由于前饋控制，其允許對目標(biāo)PH值進行設(shè)置。通過使用在線pH計來確定該pH值是否發(fā)生變化，可以檢測在生產(chǎn)過程中的變化。類似于二級過程控制，可通過發(fā)送信號到線路215和217，再到流量計閥216和218來調(diào)節(jié)進料速率。這些調(diào)節(jié)也可能影響到尼龍鹽溶液的鹽濃度。通過發(fā)送到流量計閥214的信號213來調(diào)節(jié)水而控制這種鹽濃度的變化。
[0120]因為所述形成的尼龍鹽溶液中的過程是連續(xù)的，在在線pH計154可實時(例如，連續(xù)地)或近實時地獲得的PH測量數(shù)據(jù)。在一些實施方式中，每隔60分鐘，例如，每隔45分鐘、每隔30分鐘、每隔15分鐘或每隔5分鐘，來獲取pH測量數(shù)據(jù)。pH測量工具應(yīng)具有±0.05的精度，如±0.03或±0.01的精度。
[0121]三級討稈控制
[0122]如圖6、7和9所示，盡管使用前饋控制和反饋信號可有助于降低尼龍鹽溶液規(guī)格的變化性，但仍可使用進一步的分析，特別是使用在實驗室條件下進行的離線PH分析，來檢測尼龍鹽溶液的均勻性。這種在實驗室條件下的離線過程控制被稱為三級過程控制，其可包括PH和/或鹽濃度測量。在一個實施方式中，可在實驗室條件下離線測量尼龍鹽溶液的PH值，以確定是否實現(xiàn)了目標(biāo)pH值。離線pH值測量還可以檢測到任何儀器問題或需要調(diào)節(jié)的偏差。在另一個實施方式中，在實驗室條件下離線測量的尼龍鹽溶液的PH值也可用來調(diào)整連至流量計閥216和218的信號線215和217。在實驗室條件下，離線pH測量可以具有在±0.01范圍內(nèi)測量pH值的能力。
[0123]因此，在一個實施例中，本實用新型涉及用于控制尼龍鹽溶液的連續(xù)生產(chǎn)的方法，包括:生成用于設(shè)定二羧酸粉末的目標(biāo)進料速率的模型，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；通過以重量計，計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末來控制二羧酸粉末的進料速率變化率，所述進料管道將二羧酸粉末輸送至單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器；分別以第一進料速率將二胺引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以第二進料速率將水引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以生產(chǎn)具有目標(biāo)PH值的尼龍鹽溶液；將補償二胺以第三進料速率連續(xù)地引入單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路中；從引入補償二胺下游的尼龍鹽溶液中移出樣品，用于在15°C和40°C之間的溫度下的水溶液中的尼龍鹽溶液的離線pH值測量；檢測在線pH值測量和離線PH值測量的偏差；使用有偏差的引入補償二胺下游的尼龍鹽溶液的在線pH測量值來檢測尼龍鹽溶液的pH值變化；以及響應(yīng)于pH值的變化來調(diào)節(jié)第三進料速率以生產(chǎn)尼龍鹽溶液，所述尼龍鹽溶液具有相對于目標(biāo)PH值在±0.04以內(nèi)變化的pH值。
[0124]如圖8所示，所述取樣管線153中的尼龍鹽溶液的至少一部分通過在線pH計154，其中獲得PH值測量數(shù)據(jù)并將輸出226送至控制器113。取樣管線153也可包括冷卻器(未顯示)以在通過PH計154之前先冷卻尼龍鹽溶液。通過管線221移出取樣管線153中的尼龍鹽溶液的至少一部分，并用實驗PH計222測量。經(jīng)管線220將水添加至管線221中，以稀釋至特定的濃度，且樣品隨后被冷卻至目標(biāo)溫度，例如在15°C至40°C之間的溫度或約25°C。在一個實施方式中，可使用冷卻水來稀釋和冷卻樣品。測量管線221中的尼龍鹽溶液的PH值，并將輸出226發(fā)送值控制器113。然后可將在實驗條件下測試的尼龍鹽溶液的部分與測試樣品返回管道155并在一起，并經(jīng)管線224返回至反應(yīng)器140。在一些實施方式中，可將在實驗室條件下測試的尼龍鹽溶液的部分通過管線223處理至工藝100之外。
[0125]為了達到實驗室條件的溫度和濃度，可通過將水經(jīng)管線220添加來稀釋并冷卻從再循環(huán)回路取出的尼龍鹽溶液樣品?？墒褂脺囟仍砝鋮s稀釋的尼龍鹽溶液樣品?？苫谛枨髞砣〕鰳悠?，例如每隔4至6小時、每天或每周。在系統(tǒng)故障的情況，可以更頻繁地取出樣品，例如，每小時。在一般情況下，離線PH分析儀可以被用來解決在線pH分析儀的儀器偏差。例如，如果目標(biāo)pH值是7.500，在線pH分析儀可能報告pH值為7.400,而離線pH分析儀報告PH值則為7.500，這表明在線pH分析儀的儀器偏差。一方面，每當(dāng)進行了離線測量，則使用指數(shù)加權(quán)移動平均值來自動偏置在線分析儀。在一些方面，離線分析儀的輸出被用于校正在線分析儀的任何偏差或漂移。在其它方面，不校正在線分析儀，但通過離線分析儀監(jiān)來測漂移或偏差。在這個方面，依靠在線分析儀來確定PH的變化，例如，在預(yù)先設(shè)定的可接受的可變性之外。
[0126]在另一個實施方式中，離線分析儀可用于測量尼龍鹽溶液的目標(biāo)鹽濃度。離線鹽濃度的測量也可以檢測任何儀器的問題或可調(diào)節(jié)的偏差。當(dāng)使用多個折射儀時，每個折射儀可能獨立地具有偏差。
[0127]尼龍聚合
[0128]本實用新型所描述的尼龍鹽溶液可通入聚合過程200以形成聚酰胺，特別是尼龍6，6?？蓪⒛猃堺}溶液直接從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器140送入聚合過程200，或可首先將尼龍鹽溶液存儲在儲罐195中，然后送入聚合過程200，如圖10所示。
[0129]本實用新型的尼龍鹽溶液具有均一的pH值，其可以改善聚酰胺聚合過程的性能。尼龍鹽溶液的均一的PH提供了可靠的原料以生產(chǎn)多種聚酰胺產(chǎn)品。這極大地提高了聚合物產(chǎn)品的可靠性。在一般情況下，聚合過程包括從所述尼龍鹽溶液中蒸發(fā)水以濃縮尼龍鹽溶液；以及通過縮合來聚合濃縮的尼龍鹽以形成聚酰胺產(chǎn)品。可使用一個或多個蒸發(fā)器202。可以在真空中或在壓力下完成水的蒸發(fā)，以在該尼龍鹽溶液中除去至少75%的水，更優(yōu)選在尼龍鹽溶液中至少95%的水。濃尼龍鹽203可包括O和20重量％之間的水?？稍谂位蜻B續(xù)過程中進行縮合。取決于所期望的最終聚合物產(chǎn)物，額外的AA和/或HMD可以加入到聚合反應(yīng)器204中。在一些實施方式中，可以將添加劑結(jié)合到聚酰胺產(chǎn)品中。
[0130]出于本實用新型的目的，合適的聚酰胺產(chǎn)品在酰胺基團之間具有至少85%的碳鏈可以是脂肪族。
[0131]當(dāng)從儲罐195輸送到蒸發(fā)器202時，保持尼龍鹽溶液的溫度在其熔點以上，這樣可以防止管線結(jié)垢。在一些實施方式中，從蒸發(fā)器202捕獲的蒸汽可用于保持所述溫度。在其它實施方式中，也可以使用加熱的冷卻水。
[0132]聚合反應(yīng)可以是在單階段反應(yīng)器中或多階段縮合反應(yīng)器204中進行。可通過管線205加入額外的單體，AA或HMD，但優(yōu)選HMD，以產(chǎn)生不同的尼龍產(chǎn)品208。反應(yīng)器204可包括用于混合尼龍鹽的攪拌器。反應(yīng)器204也可有夾套以調(diào)節(jié)溫度，所述夾套使用傳熱介質(zhì)。反應(yīng)器204中的縮合反應(yīng)可以在惰性氣氛中進行，并且可將氮氣添加到反應(yīng)器204中。根據(jù)起始二羧酸和二胺，聚合反應(yīng)的溫度可以變化，但通常在尼龍鹽的熔化溫度以上，并更優(yōu)選在熔化溫度以上至少10°C。例如，包括己二酸己二胺鹽的尼龍鹽具有165°C和190°C之間的范圍內(nèi)的熔化溫度。因此，可以在165°C和350°C之間的反應(yīng)器溫度下進行縮合反應(yīng)，例如在190°C和300°C之間的溫度下。縮合反應(yīng)可在常壓或加壓的條件下進行。尼龍產(chǎn)品208以自由流動的固體產(chǎn)物形式從反應(yīng)器中移除。
[0133]在縮合反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水可通過反應(yīng)器通氣管線209以蒸汽流的形式移除。所述蒸汽流可為隨著水分一起逸出的冷凝的和氣態(tài)單體，如二胺，可將其返回到反應(yīng)器中。
[0134]可進行后續(xù)處理，例如擠出、紡絲、拉伸或拉伸變形，以生產(chǎn)聚酰胺產(chǎn)品。聚酰胺產(chǎn)品可以是選自由尼龍4，6、尼龍6，6、尼龍6，9、尼龍6，10、尼龍6，12、尼龍11和尼龍12構(gòu)成的組。此外，聚酰胺產(chǎn)品可為共聚物，如尼龍6/尼龍6，6。
[0135]以下通過非限制性的實施例來描述本實用新型的方法。
[0136]實施例
[0137]實施例1
[0138]自集裝袋卸載、內(nèi)襯集裝袋卸載、內(nèi)襯盒式集裝箱卸載或料斗車廂卸貨站通過機械(即螺絲、拖鏈)或氣動(即壓力空氣、真空空氣，或閉環(huán)氮(closed loop nitrogen))輸送系統(tǒng)將AA粉末輸送至供給容器。
[0139]供給容器根據(jù)要求將AA粉末輸送至失重式(loss-1n-weight，L_I_W)進料器，并通過基于所選的L-1-W料斗的低位和高位的PLC來控制。供給容器通過螺桿輸送器或旋轉(zhuǎn)進料器以足夠的裝載速率來計量AA粉末，以允許在最大的時間間隔下進行L-1-W進料器料斗的填充，所述最大的時間間隔相當(dāng)于從L-1-W容器的高位至低位的最小L-1-W排出時間的一半，優(yōu)選小于一半，以在至少67%的時間內(nèi)接收L-1-W進料器的進料速率的反饋。
[0140]該L-1-W進料器系統(tǒng)PLC調(diào)節(jié)L-1-W進料器螺桿轉(zhuǎn)速，以保持進料速度，所述螺桿轉(zhuǎn)速是在自分布控制系統(tǒng)(DSC)接收的進料速率目標(biāo)，從所述L-1-W進料器料斗稱重傳感器測得的。
[0141]如在圖11所示，通過失重式進料器的己二酸的進料速率的變化性，具有在連續(xù)進料48小時內(nèi)小于±5%的進料速率變化性。如圖12所示，進料速率的變化可以在40小時內(nèi)小于±3%。如圖13所示，進料速度的變化性可在18小時內(nèi)小于±1%。使用用于己二酸的失重式進料器，通過消除了由使用體積進料器引起的對己二酸進料速率的干擾，得到了改進的進料速率變化性的性能。
[0142]實施例2
[0143]制備模型用來根據(jù)連續(xù)法生產(chǎn)的尼龍鹽溶液。所述尼龍鹽溶液包括水和己二酸己二胺鹽。設(shè)置所述模型以實現(xiàn)尼龍鹽溶液中的63%的鹽濃度并實現(xiàn)7.500的目標(biāo)pH值?；谀猃堺}溶液的所需的生產(chǎn)來確定AA的進料速率。基于將要實現(xiàn)的所述鹽濃度和pH值，確定HMD和水的進料速率。以如實施例1所述的低變化率，從粉末卸載系統(tǒng)將己二酸輸送至失重式進料器。
[0144]通過落料槽工具將來自失重式進料器的AA粉末直接提供至連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，以20和30nM3/小時之間的速率對所述落料槽進行氮氣噴射，以連續(xù)地清除進料器的排出物以及清除反應(yīng)器中生成的蒸汽急流。
[0145]用于失重式進料器的己二酸進料速率的DCS設(shè)置點是通過基于來自連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器鹽反應(yīng)器的鹽進料速率和用于鹽存儲的目標(biāo)庫存水平的DCS模型來確定的。通過科里奧利(cor1lis)質(zhì)量流量計來測量鹽進料速率，并可基于庫存模型來設(shè)置的時間間隔來調(diào)節(jié)所述鹽進料速率至目標(biāo)值，以代替直接使用己二酸進料速率。通常，與反饋至DSC的失重式進料器進料速率反饋一起直接使用己二酸進料速率。
[0146]將具有98%濃度的HMD溶液從壓力控制的HMD存儲再循環(huán)頭提供至直插式靜態(tài)混合器。使用科里奧利質(zhì)量流量計的測量數(shù)據(jù)并輸入到DCS，使用前饋比例控制回路的DCS調(diào)節(jié)進入靜態(tài)混合器的HMD的進料流流速，以基于AA粉末進料速率精確控制添加至連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的HMD。該主要HMD通入量是該方法要求的HMD通入量的約95%。
[0147]通過用于補償二胺閥輸出控制的反饋回路來調(diào)節(jié)DSC HMD比率流控制器的設(shè)定點，以維持補償HMD閥的輸出為中等范圍，以保證所述閥在連續(xù)可控范圍內(nèi)。
[0148]從壓力控制的去離子水供給頭將去離子水供給到直插式靜態(tài)混合器。使用科里奧利質(zhì)量流量計的測量并輸入到DCS，使用前饋比率控制回路的DCS調(diào)節(jié)進入靜態(tài)混合器的去離子水的進料流的流速，以精確控制連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器中的AA和HMD的含水濃度。使用DSC設(shè)定去離子水進料速率以得到注入反應(yīng)器的通風(fēng)冷凝器所需的去離子水的注入速率。
[0149]直插式靜態(tài)混合器產(chǎn)物流在0.3和1.0m之間的己二酸進料斜道中直接通入CSTR的頂部，該特殊的位置是為了有助于進入的己二酸進料的溶解。
[0150]通過多余pH計連續(xù)測量pH值，所述pH計在由反應(yīng)器的再循環(huán)泵提供的、篩選的且溫度和流量受控的樣品再循環(huán)回路中。DCS使用連續(xù)比較的成對的在線pH測量的DCS所選的PH輸入值來調(diào)節(jié)補償HMD的進料速率，以維持pH值在DCS目標(biāo)設(shè)置點。補償HMD的充入量約為充入所述過程中的總HMD的5%。
[0151]根據(jù)基于統(tǒng)計的算法來調(diào)節(jié)pH值控制器的設(shè)定點，所述算法使用離散間隔地取自反應(yīng)器的下游的樣品的pH值分析；所述算法作為pH值的函數(shù)，是在9.5%的濃度和25°C的溫度的條件下以實現(xiàn)酸/胺平衡的最大靈敏度；或者通過從在線分析儀連續(xù)地輸入PH值，其連續(xù)稀釋/決定的反應(yīng)器的產(chǎn)物至9.5%的濃度和在25 °C溫度下，或連續(xù)稀釋/決定來自隨后的儲存容器(如果優(yōu)選)的產(chǎn)品至9.5%的濃度和在25°C的溫度下。
[0152]將補充HMD注入到主反應(yīng)器中再循環(huán)回路泵的吸入口，以實現(xiàn)對pH計的最快的響應(yīng)時間，并保證在最短的時間內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)器產(chǎn)物至目標(biāo)值。使用泵來混合HMD和反應(yīng)器鹽產(chǎn)物，以確保PH計和濃度計具有均相溶液，以用于其分別測量PH和濃度。
[0153]CSTR包括反應(yīng)器罐和再循環(huán)回路。所述再循環(huán)回路包括將尼龍鹽溶液的一部分循環(huán)至反應(yīng)器的第一回路，和將尼龍鹽溶液的一部分直接通過PH即并隨后返回反應(yīng)器的取樣管線。所述取樣管線可包括冷卻器以將尼龍鹽溶液比存在于反應(yīng)器中的尼龍鹽溶液的溫度冷卻約5°C至10°C。連續(xù)地測量冷卻的尼龍鹽溶液的pH值。將冷卻的尼龍鹽溶液返回至反應(yīng)器。將pH測量數(shù)據(jù)反饋至過程控制電腦并調(diào)節(jié)模型。所述模型對HMD進料速率做出調(diào)整。
[0154]取出尼龍鹽溶液的一部分，并隨后在實驗室條件下測量尼龍鹽溶液的該部分的pH值。為了在實驗室條件下測量尼龍鹽溶液，用水將尼龍鹽溶液稀釋至約9.5%的濃度。稀釋的尼龍鹽溶液可通過溫度浴冷卻至約25°C。在實驗室條件下測量所述尼龍鹽溶液的pH值，并且比較目標(biāo)PH值和在線pH測量值。隨后調(diào)節(jié)所述模型，以提供保證相對目標(biāo)pH值低變化的HMD進料速率。
[0155]通過多余的折射儀來連續(xù)地測量反應(yīng)器的濃度，所述折射儀在由反應(yīng)器的再循環(huán)泵提供的同樣篩選的且溫度和流量受控的樣品再循環(huán)回路中。DCS使用在線濃度測量數(shù)據(jù)的連續(xù)成對比較的DCS選擇的濃度輸入值，通過反饋回路的方法，調(diào)節(jié)去離子水比率流量控制器的DSC設(shè)定點，以維持濃度在目標(biāo)設(shè)定點。
[0156]通過反應(yīng)器的液位控制工具將反應(yīng)器產(chǎn)物連續(xù)地輸送至鹽存儲。這種傳輸包括至少一個并列布置的濾芯過濾器外殼，所述濾芯過濾器外殼是為在進入存儲時的最大瞬時鹽溶液傳輸速率下的最多為34.5kPa(5psig)的初始凈壓降設(shè)計的。使用合成纖維厚度(depth)或褶皺膜濾芯時，濾芯去除率為最小的10 μ m的絕對值，或者當(dāng)使用繞線式棉纖維濾芯時，濾芯去除率為最小Iym的公稱值。基于有最低為110°C的操作溫度的值的濾芯來進行過濾器的選擇。
[0157]將尼龍鹽溶液通過鹽儲罐連續(xù)地再循環(huán)，優(yōu)選使用罐混合排出器，所述罐混合排出器位于離罐底0.5和I米之間，以使罐濃度更快速翻轉(zhuǎn)以最大化混合效率。
[0158]對于63%的鹽濃度，通過進入再循環(huán)管線的熱交換器的蒸汽流量的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)鹽儲罐的溫度在100°C和105°C之間。在所述儲罐中的鹽具有均一的7.500±0.0135的pH。
[0159]實施例3
[0160]如實施例2制備尼龍鹽溶液，除了在實驗室條件下進行在線pH值測量；在約25°C的溫度下約9.5%的濃度。
[0161]對比例A
[0162]尊循實施例2的模型和方法，除了用體積進料器代替使用失重式進料器。該模型不能實現(xiàn)，因為AA粉末進料的大的變化性。尼龍鹽溶液的pH相對于目標(biāo)pH值的變化大于
0.120。尼龍鹽溶液因此具有變化的結(jié)晶溫度和沸點溫度。因此，差的pH值控制導(dǎo)致了顯著更高的冰點，這要求高的處理溫度儀防止結(jié)晶的風(fēng)險。因為變化的沸點，差的控制還可導(dǎo)致尼龍鹽溶液的沸騰，因此降低了尼龍鹽溶液的產(chǎn)率。
[0163]對比例B
[0164]遵循實施例2的模型和方法，除了使用第二 CSTR。尼龍鹽溶液從第一 CSTR中撤出并通入第二 CSTR。在第一 CSTR和第二 CSTR之間測量尼龍鹽溶液的pH值。根據(jù)pH值和目標(biāo)PH值向第二 CSTR中添加額外的HMD和/或水。從第二 CSTR中移出尼龍鹽溶液，并測量pH值。所述pH相對目標(biāo)pH值變化了 0.120pH單元。需要額外的CSTR來進一步調(diào)節(jié)該尼龍鹽溶液的pH，這導(dǎo)致了資金和操作成本的增加。
[0165]雖然本實用新型已作了詳細描述，但在本實用新型的精神和范圍內(nèi)的修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。上述討論的所有出版物和參考文獻通過引用而結(jié)合于本實用新型中。另外，應(yīng)該是理解的是，本實用新型的各方面和各實施例的部分以及記載在本實用新型中的各種特征可以被整體或部分地組合或互換。在上述各個實施例的描述中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的，那些引用了另一個實施方式的實施實施方式可適當(dāng)?shù)嘏c其它實施方式組合。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，前面的描述僅是舉例的方式，而不旨在限制本實用新型。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)尼龍鹽溶液的工藝裝置，其包括: 失重式進料器，包括料斗、進料管道，和用于連接料斗和進料管道的導(dǎo)管， 其中料斗包括用于控制補充階段和進料階段的至少一個外部重量測量子系統(tǒng)，和用于在進料階段期間分配二羧酸粉末的至少一個下部開口，其中所述至少一個下部開口置于進料管道的上方； 其中進料管道接收二羧酸粉末，并通過至少一個旋轉(zhuǎn)螺旋經(jīng)出口來傳送二羧酸粉末；以及 單個連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器，包括連接進料管道的出口的第一進口、用于引入二胺、水或其混合物以生產(chǎn)尼龍鹽溶液的一個或多個第二進口、包括樣品回路和用于引入二胺的第二部分的交叉點的再循環(huán)回路，其中所述交叉點在樣品回路上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述第一進口與一個或多個第二進口相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，進料管道安裝在導(dǎo)管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置進一步包括具有再填充閥的供給容器，所述再填充閥在補充階段期間將二羧酸粉末傳送至料斗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置進一步包括用于將二羧酸粉末從供給容器輸送至料斗的傳送帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置進一步包括用于將二羧酸粉末裝載進供給容器的氣動傳送系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述進料管道進一步包括用于將氮氣引入二羧酸粉末的一個或多個氣體口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述樣品回路包括一個或多個分析儀，所述分析儀選自由pH計、折射儀及其組合構(gòu)成的群。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述導(dǎo)管包括旋轉(zhuǎn)進料器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置進一步包括用于將尼龍鹽溶液從連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器的再循環(huán)回路直接輸送到存儲容器的管道，其中所述管道不具有任何用于引入額外單體的進口，以防止將額外的單體輸送至所述管道或進入存儲容器，所述額外的單體選自由二羧酸、二胺及其組合構(gòu)成的群。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述進料管道向下與連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器成角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述工藝裝置進一步包括用于驅(qū)動至少一個旋轉(zhuǎn)螺旋的馬達。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)螺旋為固定速度的旋轉(zhuǎn)螺旋。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)螺旋為變速的旋轉(zhuǎn)螺旋。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述二羧酸為己二酸且所述二胺為己二胺。
【文檔編號】C08G69/28GK203971888SQ201420173198
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月1日
【發(fā)明者】羅伯特·J·韋爾奇, 利恩·曼斯特, 保羅·諾米科斯 申請人:英威達科技公司