聚酯预缩聚反应装置及聚酯反应方法与流程

本技术涉及化工，具体涉及聚酯预缩聚反应装置及聚酯反应方法。

背景技术：

1、聚酯是主链分子结构中含有重复酯键（-coo-）官能团的一类高分子聚合物的总称，通常由二元醇与二元羧酸（或其酸酐、酯类衍生物）通过缩聚反应聚合而成，反应过程中脱去水、醇等小分子副产物。聚酯材料具有高强度、良好的耐化学腐蚀性、优异的成纤成膜性和尺寸稳定性等多种优良性能，是合成纤维、包装材料、工程塑料领域的核心材料之一。

2、目前工业生产主要采用直接酯化路线，直接酯化路线根据生产流程可分为酯化、预缩聚、终缩聚三个阶段。以二元酸二元醇为例，二元酸的羧基与二元醇的羟基首先发生酯化反应，生成二酯酯化物，随后进行预缩聚。预缩聚是聚酯直接酯化工艺的中间过渡阶段，承接酯化反应产物，通过逐步脱除小分子乙二醇推动缩聚平衡正向移动，将聚合度提升至20%至40%，特性黏度达到0.2 dl/g至0.4dl/g，酯化率提升至99%以上，为终缩聚阶段达到目标聚合度奠定基础。

3、目前聚酯工业中预缩聚通常采用带搅拌的立式全混反应釜，在反应的过程中，未反应的酯化物与已经反应一定程度的物料发生混合，导致转化率低。

技术实现思路

1、本技术提供了聚酯预缩聚反应装置及聚酯反应方法，以解决或改善反应物预缩聚过程中转化率低的问题。

2、本技术提供了一种聚酯预缩聚反应装置，包括：

3、反应器，具有高度方向，沿所述高度方向，所述反应器内设置多级依次相邻布置的反应腔，相邻两个所述反应腔之间通过腔壁上开设的通孔连通，所述反应器上开设有进料口、出料口和多个气相出口，所述进料口与最上方的所述反应腔连通，所述出料口与最下方的所述反应腔连通，多个所述气相出口与多个所述反应腔一一对应连通；

4、降膜组件，设置在所述反应腔内，沿所述高度方向，所述降膜组件与其上方的所述通孔对应设置，所述降膜组件适于增大反应物与空气的接触面积；

5、真空装置，具有多个抽吸端，多个所述抽吸端分别与多个所述气相出口一一对应连通。

6、有益效果：多个反应腔分级设置，使得反应物在不同反应腔能够独立进行缩聚反应，避免了返混现象。降膜组件大幅增大了反应物与空气的接触面积，促进了小分子副产物的脱除，各反应腔通过气相出口与真空装置连通，为每个反应腔提供最适合的真空环境，从而提升反应转化率。

7、在一种可选的实施方式中，所述降膜组件包括多个降膜管，多个所述降膜管位于所述反应腔内，沿所述高度方向，多个所述降膜管的一端与其上方的多个所述通孔一一对应连接，所述降膜管的内壁与所述通孔的内壁平滑连接。

8、有益效果：反应物从通孔流动至降膜管的内壁，反应物附着在管壁上，能够增大反应物与空气的接触面积。多个降膜管进一步扩大了单位体积内的成膜面积，使反应物能够更均匀地分布在降膜管内壁并形成更薄的液膜，进一步提高小分子副产物的脱除效率。平滑连接使得反应物从通孔进入降膜管时流动顺畅无阻碍，避免了反应物滞留。

9、在一种可选的实施方式中，所述降膜组件还包括支架和多个锥体，沿所述高度方向，所述支架位于所述降膜管下方的所述反应腔内且与所述反应器腔的内壁连接，多个所述锥体设置在所述支架上，所述锥体具有尖端，所述尖端朝向所述通孔。

10、有益效果：锥体能够将降膜管输出的反应物进行二次分散和重新分布，使反应物在锥体上形成更薄的液膜，进一步增大反应物与空气的接触面积，促进残余小分子副产物的深度脱除，从而提高缩聚反应的整体转化率。

11、在一种可选的实施方式中，沿所述高度方向，多个所述锥体间隔布置，每个所述通孔对应多个所述锥体。

12、有益效果：多个锥体间隔布置，使得反应物在降落过程中能够被多个锥体逐级分散，每个通孔对应多个锥体，保证了从每个通孔流出的反应物都能得到充分的分散处理，从而最大限度地增大反应物与空气的接触面积，提高小分子副产物的脱除效率。

13、在一种可选的实施方式中，所述反应器具有内腔，所述内腔内设置有三个隔板，三个所述隔板沿所述高度方向间隔设置并将所述内腔分隔为进料腔、第一反应腔、第二反应腔和第三反应腔，每个所述隔板上均开设有多个所述通孔，所述进料腔与所述进料口连通，所述降膜管设置在所述第二反应腔，且与对应的所述隔板连接，所述支架与所述第三反应腔的内壁连接。

14、有益效果：反应物首先从进料口输入至进料腔，在重力的作用下，反应物通过第一隔板上的多个通孔进入第一反应腔，在反应物从进料腔进入第一反应腔的过程中，多个通孔将反应物均匀的分配到第一反应腔中，增大反应物与空气的接触面积，反应物从第一反应腔进入第二反应腔的过程中，反应物通过多个通孔进入多个降膜管中，降膜管能够增加第二反应腔的总表面积，使得反应物形成更薄的液膜，提高反应物与空气的接触面积。反应物从第二反应腔进入第三反应腔的过程中，反应物从通孔落入到锥体的尖端或锥体表面，锥体的尖顶结构将反应物强制分散，使反应物沿锥体表面向四周铺展成更薄的液膜，随后从锥体边缘滴落或流下。

15、在一种可选的实施方式中，沿所述高度方向，三个所述隔板与所述反应器的底部的距离分别为h1、h2和h3，所述反应器的高度为h，其中，h1/h的范围是80%至90%，h2/h的范围是60%至70%，h3/h的范围是30%至40%。

16、有益效果：优化了各级反应腔在反应器高度方向上的空间占比，解决了各级反应腔容积分配不合理、反应物在各腔室停留时间不匹配的问题。使得各级反应腔的容积沿反应物流动方向逐级增大，与缩聚反应前期反应快、后期反应慢的特性相匹配，提高反应器的利用率。

17、在一种可选的实施方式中，所述反应器的外壁设置有壳体，所述壳体与所述反应器的外壁限定出第一间隙，所述壳体上开设有与所述第一间隙连通的输入口和输出口，沿所述高度方向，所述输出口位于所述输入口的上方。

18、有益效果：壳体与反应器外壁之间的间隙形成了第一间隙，用作热媒流通通道，热媒从下方的输入口进入，从上方的输出口流出，能够对反应器均匀加热和精准控温，为缩聚反应提供了稳定可靠的热力学条件。使壳体与反应器外壁限定出第一间隙，并在壳体上开设输入口和输出口且输出口位于输入口的上方，提高了反应器加热的均匀性和温度控制的精确度。

19、第二方面，本技术还提供了一种聚酯反应方法，应用于聚酯预缩聚反应装置，所述聚酯反应方法包括：

20、控制所述反应物从所述进料口输入最上方的所述反应腔中；

21、控制多个所述反应腔的温度为150℃至300℃；

22、控制多个所述反应腔内的压力为1kpaa至90kpaa。

23、有益效果：150℃至300℃的温度范围覆盖了聚酯预缩聚反应的适宜温度区间，1kpaa至90kpaa的宽压力范围则为各级反应腔提供了灵活的压力调节空间，使操作人员能够根据不同反应阶段的工艺需求独立设定各腔室的温度与压力。

24、在一种可选的实施方式中，控制所述反应物的进料流速为2000kg/h至20000kg/h。

25、在一种可选的实施方式中，控制所述反应物的停留在多个所述反应腔的总时间为50min至500min。