[发明专利]用于萃取颗粒材料的萃取反应器和方法

说明书

本发明涉及一种能够用于萃取颗粒材料、特别是颗粒聚酰胺的萃取反应器，在萃取过程中，利用萃取液使可溶性组分从颗粒材料中溶出。在聚酰胺材料的情况下，这些可溶性组分例如为低聚物或单体组分，这些低聚物或单体组分在生产聚酰胺材料的缩聚反应过程中残留在颗粒材料中。

在聚酰胺6(或共聚物比例<30％的聚酰胺6)的缩聚过程中，残留在熔体内的原料己内酰胺的低聚物(OM)和单体(以及需要用于生产共聚物的原料OM)必须在随后的连接的萃取单元中被分离。OM的含量以质量计通常在6％以上，通常用1步或多步萃取步骤来实施分离。经冷却并经粉碎形成为颗粒的聚合物被逆流引到萃取液(通常是具有不同己内酰胺含量水平的水)中。这样萃取液从聚合物颗粒物中吸收单体和低聚物(可萃取物质)，颗粒物中可萃取物质的整体含量能够降低至以质量计1％以下。留在聚合物中的取代可萃取物质的萃取液必须在随后的干燥步骤中被除去。流动控制通常为：在渗滤床中将颗粒物从顶部至底部被引导通过萃取容器，萃取液从底部至顶部被引导。旨在通过挡板的方式来保证颗粒物和萃取液的均匀流动。

由于单体和低聚物在萃取液中的溶解性不同，通常以两步(或多步)进行萃取。在第一步骤中，用合适的萃取液(通常为具有以质量计5-50％己内酰胺比例的水，优选以质量计12-25％)分离低聚物。在一个(或多个)进一步的萃取步骤中，利用合适的萃取液(通常为具有以质量计低于0.5％的己内酰胺比例的水，优选以质量计低于0.1％)从聚合物中除去单体和剩余的残留低聚物。

在从聚酰胺6(有或没有共聚物)中萃取单体和低聚物的过程中，确定了对萃取温度的强依赖性。基本上，可以说是，在升高的温度下，萃取速度和效率大大增加。在实践中，设定了略低于萃取液的常压沸点温度的萃取温度。

通过在高温下、在水环境中聚酰胺6的水解规定了最高萃取温度，该最高萃取温度在流体萃取过程中不应被超越。为了避免破坏聚合物，当使用具有以质量计高达25％己内酰胺含量的水作为萃取液、且停留时间超过1小时时，应当避免萃取温度超过140℃，优选130℃。

对萃取温度的另一限制因素是萃取柱内的局部沸点温度，该局部沸点温度是通过静水压力规定的。为了避免负面的工艺效果，该温度不允许被超过。

为了进一步将萃取温度升高至高于萃取液的常压沸点，使用了若干可选择的方法。

1、利用萃取反应器的静压高度(hydrostatic height)，流入流中的萃取液的温度略低于流入到萃取塔中的流入流中的萃取液的局部沸点温度、但高于萃取塔顶部的常压沸点温度。通过颗粒物的逆流流动来冷却萃取液，以便在流出流中萃取液的温度总是低于常压沸点温度。当使用用于低聚物分离的预萃取容器时，不论颗粒物的进入温度有多高，萃取液的冷却能够几乎不受到影响。由于进入的萃取液可能只是略微过热的，所以效率较低。萃取在无压容器中实现。

作为在萃取反应器的上部温度较低且单体浓度增加的结果，萃取液的密度增加了。重质流体从萃取反应器的上部快速流入萃取反应器的下部产生了流动逆转的危险。颗粒物的流动分布会被破坏，且非均匀停留时间的分布会造成质量损失。

2、利用萃取反应器的静压高度，流入流中的萃取液温度显著高于萃取塔顶部的萃取液的常压沸点温度，但低于局部沸点温度。在萃取反应器的中间区域中，部分的萃取液被抽出并在萃取反应器的外部被冷却。之后，将高于去除点的流体流再次送入萃取反应器中，于是，结果是萃取液的混合温度等于或小于萃取液的局部沸点温度(例如参见US-2010/0048860A1)。结果，在萃取反应器的下部能够达到超过120℃的最高萃取温度，结果是实际上为2步萃取。由于萃取反应器的下部能够在高温下操作，所以萃取的效率很高。萃取在无压容器中进行。

作为在萃取反应器的上部温度显著较低且单体浓度增加的结果，萃取液的密度大大增加了。结果是，相比于根据1所述的方法，明确的温度限制显著增加了流动逆转的危险。由于过热流体流到地面并自发地在那剧烈沸腾，这将由此导致对操作人员造成危险。颗粒物的流动分布会被破坏，并且结果是非均匀停留时间的分布会产生质量损失。

3、将萃取反应器操作为压力萃取。来自预萃取步骤的颗粒物通过泵压装置被泵入萃取反应器。由于在没有局部沸点产生的情况下，在整个萃取过程中贯穿了较高的压力，所以可以在萃取反应器中设置较高的温度(参见DE10124579A1)。由于在萃取反应器的整体高度上都可以升高温度，由此产生的萃取效率非常高。由于将萃取反应器设计为压力容器，导致了较高的复杂性和成本。