本發明涉及一種用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備及方法，屬于聚酯多元醇的生產。

背景技術：

1、聚酯多元醇通常由有機二元羧酸(或酸酐、酯)與二元醇(或多元醇)通過酯化(或酯交換)、縮聚等反應而制成。聚酯多元醇是可降解塑料、工程塑料等材料的主要原料之一，廣泛應用于食品包裝、纖維、薄膜等領域，市場前景廣闊。

2、目前，傳統的聚酯多元醇生產工藝多為間歇式生產工藝，雖然間歇法生產靈活，可方便地在多種牌號之間切換，但其產品質量波動性大，且傳質傳熱過程受限、裝置利用率低、反復升降溫帶來的能耗損失大。連續法合成聚酯多元醇具有產品質量穩定，自動化程度高，反應時間短，生產單位質量產品在能源與人力成本上消耗小等優點。

3、cn102532500a公開了一種連續化合成聚酯多元醇的方法及所用裝置。該方法先將原料流態化后再反應，采用循環泵使反應釜內的反應液循環，可實現連續化生產。但是，該技術采用泵循環的方式強化混合，能耗較高；此外，原料流態化過程與反應過程在不同設備中進行，設備投資較高。

4、cn107987265公開了一種聚酯多元醇的連續制備方法。該方法包括酯化、閃蒸、縮聚三個反應階段的聚酯多元醇的連續制備過程。相比于傳統的間歇法工藝，該方法降低了反應液中原料多元醇的比例、減少了多元醇的損失，提高了反應溫度，縮短了反應時間，反應條件和產品質量更加穩定。但是，該方法未對原料混合階段進行優化，其工藝在連續化生產方面仍具有提升空間。

5、cn102432846a公開了一種兩段式連續生產聚酯多元醇反應裝置。該技術采用兩段式反應裝置，停留時間均一可控，自動化程度高，且具有較好的傳熱、傳質效率。cn102585191a公開了一種集成度更高的塔式反應器。該技術設計了一種多段鼓泡塔式反應器，通過催化劑存在下多元羧酸(或多元羧酸衍生物)與多元醇(或多元醇衍生物)的酯化(或酯交換)反應、縮聚反應，制備聚酯多元醇，反應原料從上至下溢流，保護氣體、反應產生的小分子蒸汽與汽化的多元醇通過鼓泡氣管由下而上逐級匯聚，從反應器頂部排出體系。但是，這兩項技術的釜內塔盤存在一定死區，鼓泡氣管不易清洗，需依靠劇烈鼓泡實現傳質強化和自清潔。

6、因此，研發出一種用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備及方法，仍然是本領域亟待解決的問題之一。

技術實現思路

1、為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備及方法。本發明的技術方案使共混過程與預酯化過程在同一設備中完成，能夠提高聚酯多元醇生產過程中的預酯化階段的物料共混效果，并能夠降低設備投資及過程能耗。

2、為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備，所述設備包括：筒體，所述筒體設置有原料軸向進口、原料和保護氣體切向進口、氣相出口、產品出口；所述原料和保護氣體切向進口設置于所述筒體的側壁，并與所述筒體的側壁相切；所述原料和保護氣體切向進口具有外管和內管，所述內管作為保護氣體切向進口，所述外管與所述內管之間的環狀區域作為原料切向進口。

3、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述筒體為圓柱形筒體。

4、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述筒體的上端和下端分別設置有筒蓋。

5、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述原料軸向進口設置于所述筒體的底部；所述氣相出口設置于所述筒體的頂部。

6、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述產品出口設置于所述筒體的側壁并且位于所述原料和保護氣體切向進口的上方。

7、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述原料和保護氣體切向進口的數量為多個，多個原料和保護氣體切向進口沿周向均勻分布在所述筒體的側壁。更優選地，所述原料和保護氣體切向進口的數量為3～8個。

8、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述原料和保護氣體切向進口與所述筒體的橫截面位于同一平面或與所述筒體的橫截面所在平面呈一定傾斜角度。更優選地，所述原料和保護氣體切向進口沿進料和進氣方向在所述筒體的側壁切向傾斜向上設置，與所述筒體的橫截面的水平方向的夾角為15～85°。

9、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述原料和保護氣體切向進口的外管和內管的直徑比例為(1.5～10):1。

10、根據本發明的具體實施方式，優選地，上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備進一步包括：原料軸向進料分布器，所述原料軸向進料分布器包括分布盤以及分布在所述分布盤上的若干分布管，所述分布盤安裝于所述筒體的內壁，若干分布管平行于所述筒體的軸向。更優選地，所述原料軸向進料分布器設置于所述原料和保護氣體切向進口的下方。更優選地，若干分布管能夠獨立進料。

11、根據本發明的具體實施方式，優選地，上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備進一步包括：靜態混合器，所述靜態混合器安裝于所述筒體的內壁。更優選地，所述靜態混合器設置于所述原料和保護氣體切向進口的上方、所述產品出口的下方。該靜態混合器可以采用本領域常規的靜態混合器，本發明不對其結構進行特殊限定。

12、在上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備中，優選地，所述原料軸向進口用于使多元羧酸及其衍生物中的一種或幾種的組合、一部分多元醇和催化劑進入所述共混預酯化設備；所述原料切向進口用于使另一部分多元醇進入所述共混預酯化設備。其中，多元羧酸的衍生物可以包括多元羧酸形成的酸酐和/或酯等。

13、本發明第二方面提供了一種用于聚酯多元醇生產的共混預酯化方法，所述方法采用上述的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備，所述方法包括以下步驟：

14、使多元羧酸及其衍生物中的一種或幾種的組合、一部分多元醇和催化劑通過原料軸向進口進入共混預酯化設備，使另一部分多元醇通過原料切向進口進入共混預酯化設備，并使保護氣體通過保護氣體切向進口進入共混預酯化設備，原料在共混預酯化設備中混合并進行酯化或酯交換反應，生成的副產物和反應體系中的氣相物質經氣相出口排出，生成的預酯化產物或預酯交換產物經產品出口排出。

15、在上述的方法中，生成的副產物主要包括水和/或四氫呋喃等，反應體系中的氣相物質主要包括多元醇和保護氣體等。

16、根據本發明的具體實施方式，優選地，上述方法進一步包括：使另一部分多元醇通過原料切向進口進入共混預酯化設備后，經靜態混合器與通過原料軸向進口進入共混預酯化設備的反應原料混合。

17、在上述的方法中，優選地，多元羧酸的衍生物可以包括多元羧酸形成的酸酐和/或酯等。

18、在本發明中，多元羧酸及其衍生物和多元醇均可以采用本領域常規的制備聚酯多元醇的原料。其中，多元羧酸的衍生物可以包括多元羧酸形成的酸酐和/或酯等，例如但不限于對苯二甲酸、丁二酸、對苯二甲酸二甲酯、丁二酸二甲酯、丁二酸酐等，本發明不對它們進行特殊限定。

19、在上述的方法中，優選地，通過所述原料軸向進口進入設備的多元醇與通過所述原料切向進口進入設備的多元醇的質量比為1:(0.2～5)。

20、在上述的方法中，優選地，所述多元羧酸及其衍生物中的一種或幾種的組合與所述多元醇的摩爾比為1:(0.6～4)。需說明的是，該摩爾比為多元羧酸及其衍生物中的一種或幾種的組合與通過軸向和切向加入的多元醇的總量的摩爾比。

21、在上述的方法中，優選地，所述催化劑是分散在反應物或溶劑中后，再通過原料軸向進口進入共混預酯化設備。本領域技術人員可以理解的是，所述反應物包括多元羧酸及其衍生物中的一種或幾種的組合、多元醇。所述溶劑可以采用本領域常規的溶劑。

22、在上述的方法中，優選地，所述催化劑包括鈦系、錫系、銻系、鋯系和鉍系等催化劑中的一種或幾種的組合。更優選地，所述催化劑包括鈦酸四異丙酯、鈦酸四丁酯、鈦系復合催化劑、二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫和月桂酸鉍等中的一種或幾種的組合。

23、在上述的方法中，優選地，所述催化劑的使用量為多元羧酸及其衍生物中的一種或幾種的組合的質量的5～7000ppm，更優選為20～2000ppm。

24、在上述的方法中，優選地，所述保護氣體包括氮氣等。

25、在上述的方法中，優選地，所述共混預酯化設備的溫度為100～260℃，更優選為130～230℃，進一步優選為150～230℃。

26、在上述的方法中，優選地，所述共混預酯化設備的壓力為10～101.325kpa，更優選為30～101.325kpa，進一步優選為50～101.325kpa。

27、根據本發明的具體實施方式，原料在100～260℃(優選130～230℃，更優選150～230℃)、10～101.325kpa(優選30～101.325kpa，更優選50～101.325kpa)的條件下進行共混和預酯化或預酯交換，得到預酯化產物或預酯交換產物。優選地，所述預酯化產物或預酯交換產物的酯化率或酯交換率為80％以上。該預酯化產物或預酯交換產物后續可以進入酯化反應釜進行深度酯化。

28、本發明提供了一種用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備及方法。本發明的技術方案使共混過程與預酯化過程在同一設備中完成，能夠提高聚酯多元醇生產過程中的預酯化階段的物料共混效果，并能夠降低設備投資及過程能耗。本發明集成了聚酯多元醇生產過程中的共混單元和預酯化單元，優化了能量耦合，提高了傳質傳熱效率，能夠實現聚酯多元醇連續化生產，提高了聚酯多元醇的預酯化產物或預酯交換產物的制備效率。

29、本發明的技術方案至少具有以下有益效果：

30、1、原料共混過程與預酯化過程在同一設備中完成，采用連續式無攪拌操作，減少了設備投資和操作時間，降低了過程能耗，提高了處理效率。

31、2、共混預酯化設備采用軸向進料、切向進料相結合的方式，切向進口與所述筒體的橫截面位于同一平面或與所述筒體的橫截面所在平面呈一定傾斜角度，有利于提高物料的混合效果，促進酯化反應的進行。

32、3、原料和保護氣體切向進口具有外管和內管，內管作為保護氣體切向進口，外管作為原料切向進口，能夠強化混合傳質過程，并調控共混預酯化設備的壓力。

33、4、通過調節切向進料與軸向進料的多元羧酸或其衍生物與多元醇的比例，便于對酯化率進行調控。

34、5、本發明的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備的原料和保護氣體切向進口附近流速相對較大，優選在此處設置局部靜態混合器，在強化混合效果的同時，盡可能的避免了因物料過度累積所可能導致的堵塞。

35、綜上所述，本發明提供的用于聚酯多元醇生產的共混預酯化設備及方法具有能夠連續生產、無機械攪拌、混合效率高、能耗低、產品質量穩定、便于應用于大規模生產聚酯多元醇等優點。