用于尼龍鹽溶液制備方法的前饋工序控制和pH值后饋技術

所公開的是一種控制尼龍鹽溶液連續制備的工藝控制方法。所述工藝控制方法包括前饋控制。生成模型以得到目標pH值和/或鹽濃度。為進入單個連續攪拌釜反應器的二羧酸單體、二胺單體和/或水設定進料速率。基于重量計量從失重式進料器進入反應器的二羧酸。尼龍鹽溶液的至少一部分送入反應器再循環回路，在此處測量pH值和/或鹽含量。來自于pH測量儀器和/或鹽含量測量儀器的反饋、如輸出信號用于調整進料速率中的至少一種。尼龍鹽溶液具有偏離目標pH值和目標鹽濃度的低變率。尼龍鹽溶液從連續攪拌釜反應器流出后，直接轉移至儲存罐，無需進一步的單體加入、pH值調節或鹽溶液調節。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】所公開的是一種控制尼龍鹽溶液連續制備的工藝控制方法。所述工藝控制方法包括前饋控制。生成模型以得到目標pH值和/或鹽濃度。為進入單個連續攪拌釜反應器的二羧酸單體、二胺單體和/或水設定進料速率。基于重量計量從失重式進料器進入反應器的二羧酸。尼龍鹽溶液的至少一部分送入反應器再循環回路，在此處測量pH值和/或鹽含量。來自于pH測量儀器和/或鹽含量測量儀器的反饋、如輸出信號用于調整進料速率中的至少一種。尼龍鹽溶液具有偏離目標pH值和目標鹽濃度的低變率。尼龍鹽溶液從連續攪拌釜反應器流出后，直接轉移至儲存罐，無需進一步的單體加入、pH值調節或鹽溶液調節?！緦＠f明】用于尼龍鹽溶液制備方法的前饋工序控制和pH值后饋相關申請的交叉引用本申請要求享有于2013年5月I日提交的美國申請61/818，062的優先權，該申請的全部內容和公開結合于本文中。
本專利技術涉及制備尼龍鹽溶液中的工序控制，尤其是涉及制備尼龍鹽溶液中的前饋和后饋工序控制。所述前饋和后饋工序控制用于得到具有目標pH值和/或鹽濃度的鹽溶液。
技術介紹
聚酰胺通?？捎糜诩徔?、服裝、包裝、輪胎增強、地毯、汽車的模塑部分的工程熱塑性塑料、電子設備、體育設施以及各種工業應用。尼龍是一種高性能材料，其可用于要求具備優異的耐久性、耐熱性和韌性的塑料和纖維方面。被稱為尼龍的脂肪族聚酰胺可通過二羧酸和二胺的鹽溶液制備。將所述鹽溶液蒸發后進行加熱以使其聚合。此種生產方法中的一個挑戰就是保證在最后的聚酰胺中二羧酸和二胺具有一致的摩爾平衡。例如，當通過己二酸(M)和己二胺(HMD)生產尼龍-6，6時，不一致的摩爾平衡會不利地導致分子量降低，并影響尼龍的可染性。已經通過利用間歇鹽工藝實現了摩爾平衡，但是間歇工藝不適用于大規模工業化生產。另外，摩爾平衡也可在連續模式下通過多個反應器實現，在鹽的生產中每個反應器均有單獨的二胺供應。 US2130947 描述了一種如式 H2NCH2RCH2NH2 所示的二胺和式 HOOCCH2R’CH2COOH 所示的二羧酸的鹽溶液，其中，R和R’是不含烯屬和炔屬不飽和的二價烴基，R具有至少為兩個碳原子的鏈長。測定鹽溶液的pH值，并確定拐點。然后將所述鹽溶液供入反應器中，以形成聚酰胺。 US2012/0046439描述了一種用于制備聚酰胺的二酸和二胺鹽溶液的制備方法。該方法包括將至少兩種二酸和至少一種二胺混合，其中鹽的重量濃度為40~70%，所述方法包含:在第一步中，利用一種二酸和一種二胺制備二酸和二胺的水溶液，其中二酸和二胺的摩爾比小于1，以及在第二步中，調整二酸和二胺的摩爾比至0.9-1.1，并通過加入另一種酸和任選地額外的水和/或二胺來修正鹽的重量濃度。 US2010/0168375描述了二胺和二酸的鹽溶液，尤其是六亞甲基二胺己二酸鹽的濃溶液，其可作為生產聚酰胺、尤其是生產PA66的起始材料。所述溶液可通過在第一步中將二胺和二酸混合(其中鹽的重量濃度為50-80%)，以提供二酸和二胺的水溶液(其中二酸/ 二胺的摩爾比大于1.1 )，以及在第二步中通過加入二胺將二酸/ 二胺的摩爾比調整為 0.9-1.1，優選0.99-1.01，并任選地向其中加入水以修正鹽的重量濃度來制備。 US4233234描述了一種連續制備6_12個碳原子的鏈烷二羧酸和6_12碳原子的鏈烷二胺的鹽的水溶液的方法，通過將特定的鏈烷二羧酸和特定的鏈烷二胺在要制備的鹽的水溶液中反應來制備。鹽的水溶液從第一混合區通過傳輸區和第二混合區循環至第一混合區，液體鏈烷二胺和鏈烷二羧酸水溶液在第一混合區和第二混合區之間引入。引入少于等當量的鏈烷二胺，剩余量的液體鏈烷二胺在第二混合區之后加入，所述鹽的水溶液以其形成的速度從第一混合區中移出。US6995233、US6169162、US5674794和US3893811均公開了聚合反應器。 雖然已嘗試改進工藝以獲得目標參數，如適宜的pH值、摩爾平衡和/或尼龍鹽溶液中的鹽濃度，但仍然存在著挑戰。尤其是二羧酸，更具體地講是己二酸，其為具有可變顆粒尺寸的粉末，從而使得體積密度變化非常大。采用二羧酸粉末將引入另一個變量，從而使得在連續工藝中難以實現目標參數，如PH值和鹽濃度的一致性。用于二羧酸粉末的容積式給料器加劇了這種困難?？紤]到在連續工藝中實現目標參數的一致性的困難，現有技術中通過一系列反應器加入化學計量的量的二胺。對尼龍鹽溶液的PH值和鹽濃度進行測定，并在串聯的下個反應器中加入額外的二胺、二羧酸粉末和/或水以調整尼龍鹽溶液。然而，測量后進行調整導致“追趕”PH值或鹽濃度。進一步地，使用一系列的pH計、折射儀和反應器增大了設備的量、投資成本和能量成本。
技術實現思路
在第一個具體實施方案中，本專利技術涉及一種控制尼龍鹽溶液連續生產的方法，包括:a)通過基于重量計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進料速率的變率，所述進料管道將二羧酸粉末轉移入單個連續攪拌釜反應器；將二胺和水分別以第一進料速率和第二進料速率引入單個連續攪拌釜反應器以生產具有目標PH值的尼龍鹽溶液；b)將補充二胺進料以第三進料速率連續地引入單個連續攪拌釜反應器的再循環回路中；c)從補償二胺引入的下游的尼龍鹽溶液中移出樣品，用于在15-40°C下水溶液中對尼龍鹽溶液進行離線PH值測量；d)確定在線pH值測量與離線pH值測量的偏差；e)利用在補充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液的有偏差的在線PH測量檢測尼龍鹽溶液的pH值的變化；和f )調整第三進料速率來響應pH的變化，以生產pH值偏離目標pH值低于±0.04而變化的尼龍鹽溶液。其中在線PH值測定連續進行，以及其中離線pH值測定在離散間隔內進行。所述方法可進一步包括將尼龍鹽溶液從單個連續攪拌釜反應器中連續地取出直接進入儲存罐。目標pH值選自7.200-7.900的范圍內。尼龍鹽溶液可具有60_110°C的溫度，且可在惰性氣氛下可使其維持在常壓。所述樣品可在進行離線PH值測定前被稀釋和冷卻至8-12%的濃度。所述方法可進一步包括用于設定二羧酸粉末的目標進料速率以產生具有目標PH值的尼龍鹽溶液的模型；其中第一進料速率和第二進料速率可基于模型。第三進料速率可基于所述模型。二羧酸粉末的進料速率可在偏離目標進料速率低于±5%的范圍內變化。所述模型可進一步生產具有選自50~65wt.%的目標鹽濃度的尼龍鹽溶液，其包括以下步驟:g)通過位于補充二胺引入下游的一個或多個折射儀測量再循環回路中尼龍鹽溶液的鹽濃度；和0基于目標鹽濃度，調整第二進料速率以控制尼龍鹽溶液的鹽濃度，其中尼龍鹽溶液的濃度可在偏離目標鹽濃度低于±0.5%的范圍內變化。以第一進料速率引入的二胺可包含供入單個連續攪拌釜反應器的總二胺的80~99%，而以第三進料速率引入的二胺包含供入連續攪拌釜反應器的總二胺的I~20%。所述二胺可為六亞甲基二胺，其中所述尼龍鹽溶液可包含六亞甲基二胺己二酸鹽?？蓪⑺隽鶃喖谆芳憾猁}聚合形成尼龍6, 6。 在第二個具體實施方案中，本專利技術涉及一種控制尼龍鹽溶液的連續生產的方法，包括:a)通過基于重量計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末的進料速率的變率，所述進料管道將二羧酸粉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制尼龍鹽溶液連續生產的方法，包括：a）通過基于重量計量從失重式進料器到進料管道的二羧酸粉末，控制二羧酸粉末進料速率的變率，所述進料管道將二羧酸粉末轉移入單個連續攪拌釜反應器；將二胺和水分別以第一進料速率和第二進料速率引入單個連續攪拌釜反應器以生產具有目標pH值的尼龍鹽溶液；b）將補充二胺進料以第三進料速率連續地引入單個連續攪拌釜反應器的再循環回路中；c）從補充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液中移出樣品，用于在15?40℃下在水溶液中對尼龍鹽溶液進行離線pH值測定；d）確定在線pH值測量與離線pH值測量的偏差；e）利用在補充二胺引入的下游的尼龍鹽溶液的有偏差的在線pH測量檢測尼龍鹽溶液的pH值的變化；和f）調整第三進料速率來響應pH的變化，以生產pH值偏離目標pH值低于±0.04而變化的尼龍鹽溶液。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：羅伯特·J·韋爾奇，利恩·曼斯特，保羅·諾米科斯，
申請(專利權)人：英威達科技公司，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH