[发明专利]一种带有外循环系统的高效缩聚反应装置及其生产聚酯多元醇工艺

说明书

本发明涉及一种带有外循环系统的高效缩聚反应装置及其生产聚酯多元醇的工艺。装置主要包括反应釜、精馏塔、冷凝器、循环泵，反应釜上端与精馏塔底端连通，精馏塔顶端与冷凝器连通，循环泵的入口连接反应釜，出口连接精馏塔，精馏塔顶端与冷凝器连通的管线上设有阀门。酯化阶段精馏塔起精馏作用，缩聚阶段后期物料在反应釜和精馏塔间进行循环，精馏塔改为起蒸发器作用，高效脱除水和小分子醇。本反应器可以简化缩聚反应装置、省去脱泡工序、显著提高生产效率。

技术领域

本发明属于高分子材料合成装置及工艺领域，特别涉及一种聚酯多元醇合成装置及工艺。

背景技术

聚酯多元醇是生产聚氨酯的重要原料之一，聚酯型聚氨酯的优点是机械强度大、耐油、耐热、耐磨，但是耐水解性、耐低温性以及耐氧化性较差。目前，聚酯型聚氨酯主要用于生产聚氨酯泡沫、聚氨酯胶粘剂、热塑性聚酯弹性体和热固性聚氨酯弹性体。

通常聚酯多元醇是由二元酸和二元醇经缩聚反应制备而成的线型聚合物。酸和醇反应生成酯和水，该反应为可逆反应。通常将生产过程分为两个阶段：酯化阶段和缩聚阶段。酯化阶段中酸和醇反应生成大量的水，水与夹带的少量醇被分离后移出体系，可以推动反应向酯化方向进行。缩聚阶段在高温真空下进行，体系脱除剩余的水和一部分小分子醇，使得分子量增长，生成目标产物。在缩聚阶段，继续脱除的水和醇无需分离，脱醇的目的是为了控制产物的羟值(分子量)至合格范围。

传统的聚酯多元醇生产工艺为间歇工艺，使用反应釜生产。杜邦、拜耳、巴斯夫等公司对不同聚酯多元醇的间歇生产工艺申请了相关专利，如US 2006069174、CN 1668668、DE 102006048288、CN 101168592、CN 201343512等。

WO 02008037400、CN 101516965公开了陶氏公司开发的聚酯多元醇半连续化生产工艺，首先将多元酸与多元醇在间歇搅拌釜中进行酯化反应，然后将得到的齐聚物连续通过固定床反应器进行后期的连续缩聚反应。

US 5786443、US849849、CN1137278公开了杜邦公司设计的上流式聚酯预缩聚反应釜(UFFP)，釜内塔盘存在较多死区，必须依靠剧烈鼓泡来自洁，后来杜邦公司将板式精馏塔应用于聚酯预缩聚，该反应器无机械搅拌，结构简单，但是操作弹性小且物料在反应器内停留时间相对较短，不适合聚酯多元醇连续生产。

CN 102432846和CN 102585191公开了华东理工大学开发的基于塔式反应器的两段式连续生产工艺，分别在两个塔式反应器中完成酯化反应和缩聚反应，反应产生的小分子蒸汽与气化的醇由下而上汇聚，由塔顶排出，第一段反应器配有精馏塔，两段反应器均可使用惰性气体鼓泡。

CN201611259907.5公开了一种聚酯多元醇连续生产工艺及装置，包括酯化阶段和缩聚阶段，酯化阶段在酯化釜进行，缩聚阶段在缩聚降膜塔中进行，酯化釜顶部设有冷凝塔。

上述工艺的共同特征是：反应分为酯化阶段和缩聚阶段，酯化阶段需要精馏柱分离反应产生的水和原料醇，避免醇损失过大，而缩聚阶段不需要精馏柱分离，并且通常还需要脱去一部分醇。聚酯多元醇的酯化反应为可逆反应，为了推动反应向酯化方向进行，在缩聚阶段快速高效地脱除生成的副产物小分子水或者小分子醇是关键。传统反应釜通过加强搅拌或者用惰性气体如氮气鼓泡的方式加速小分子的脱除，但在缩聚阶段聚酯多元醇分子量增大后，体系粘度增大，上述方法的效果变差并且能耗增大。此外，下游应用要求聚酯多元醇产品无气泡，而出料包装前从高粘体系中脱除气泡极为耗时，不利于生产效率的提高。CN 102432846、CN201611259907.5等专利将缩聚阶段单独转移入另一塔式反应器中进行，以提高缩聚阶段反应效率，但这些装置需要增加额外的设备和投资。

上述聚酯多元醇的合成工艺缩聚反应后期体系粘度大、脱除水和原料醇困难，但是合成反应对脱除的小分子物质不需要再作精馏分离，这就为设计新型的专用反应装置提供了窗口。

发明内容