TW201424819A - 萃取反應器及用於從顆粒材料萃取之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種萃取反應器，其可萃取特別指粒狀聚醯胺之顆粒材料，而於萃取過程中以萃取液從顆粒材料中溶出可溶性成分。在聚醯胺材料之實例中，其為用於製造聚醯胺材料之縮聚合反應過程中仍留存於顆粒材料內之低聚或單體成分。
Description
本發明係關於一種萃取反應器，其可萃取特別指粒狀聚醯胺之顆粒材料，而於萃取過程中以萃取液從顆粒材料中溶出可溶性成分。在聚醯胺材料之實例中，其為用於製造聚醯胺材料之縮聚合反應過程中仍留存於顆粒材料內之低聚或單體成分。
必需於依次連接萃取裝置中分離留存於尼龍6(或含共聚物比例<30%之尼龍6)聚縮合過程中融體內己內醯胺原料(及用於製造共聚物所需原料之OM)之低聚物(OM)和單體。OM之含量通常高於6%質量比，該分離通常為藉由1或多步驟萃取法。冷卻及粉碎形成顆粒之聚合物被逆流導至一萃取液(含各種己內醯胺含量之普通自來水)。該萃取液因而從聚合物顆粒吸收單體和低聚物(可萃取材料)，顆粒內全部可萃取材料之含量可被降至低於1%質量比。在其後乾燥步驟中除了可萃取材料之外必需移除存留於聚合物內之萃取液。流量控制通常能引導顆粒在滲濾床內從上至下通過該萃取容器，該萃取液則從下至上被輸送。藉由檔板(baffles)可確保獲得顆粒和萃取水之均勻流動。
由於萃取液內單體和低聚物具有不同溶解度，故經常於兩(或更多)步驟執行萃取。在第一步驟中，以適當萃取液(通常水與己內醯胺
比例為5至50%質量比，較佳為12至25%質量比)分離該低聚物。在更進一步(或更多)萃取步驟中，藉由一適當萃取液(通常水與己內醯胺比例低於0.5%質量比，較佳為低於0.1%質量比)從該聚合物移除單體及殘餘低聚物。
從尼龍6(含或不含共聚物)萃取單體和低聚物期間，需強烈依賴萃取溫度。基本上，可以說溫度增加時相對地大為提高萃取速率和效能。實務中，萃取溫度被設定在稍低於萃取液之常壓沸點溫度。
液體萃取期間不得超過水性環境內於高溫水解尼龍6所規定之最大萃取溫度。為了避免聚合物受損，當使用水與己內醯胺含量高達25%質量比作為萃取液時以及駐留時間超過1小時，萃取溫度應避免超過140℃，較佳為130℃。
萃取溫度之進一步限制因素為靜液壓所規定萃取塔內部之局部沸點溫度。為了避免負面製程效應應不得超過此溫度。
為了進一步使萃取溫度上升至高於萃取液之常壓沸點，可利用數種可能方法。
1. 利用萃取反應器之靜液高度，內流萃取液之溫度稍低於內流至萃取塔萃取液之局部沸點溫度但高於該萃取塔頂部之常壓沸點溫度。藉由逆向流動之顆粒冷卻該萃取液，而使外流中之萃取液溫度於任何時間均低於常壓沸點溫度。然而當利用一預萃取容器於低聚物分離時，顆粒之入口溫度極高而無法有效地冷卻該萃取液。由於進入萃取液僅稍微過熱而效能不高。此萃取係進行於無壓容器內。
結果降低溫度以及提高萃取器上部之單體濃度，而增加該萃取液之密度。其有來自萃取器上部之重液迅速地流入萃取器下部所造成逆流之危
險。顆粒之流動分佈被阻斷以及不均勻駐留時間分佈導致品質降低。
2. 利用萃取反應器之靜液高度，內流萃取液之溫度明顯高於萃取柱頂部萃取液之常壓沸點溫度，然而低於局部沸點溫度。萃取器之中段區域，一部分萃取液被抽離以及冷卻於萃取器外部。之後，該液流再次被供應入萃取器上方之移除點，因此產生萃取液等於或低於萃取液局部沸點溫度之最高溫度(請看例如US-2010/0048860A1)。結果，該萃取器較低部分可達到超過120℃之最高萃取溫度，此可於2步驟萃取中達成該結果。由於可在高溫下操作下部之萃取器，因此具有高萃取效能。此萃取可進行於無壓容器內。
其結果為可明顯地降低溫度以及提高萃取器之上部內單體濃度，並且大為增加萃取液之密度。結果產生一清晰溫度極限，與根據1之方法比較，其亦明顯增加逆流之危險。由於過熱液體流至表面以及同時產生激烈沸騰，因此危及操作人員。顆粒之流動分佈被阻斷以及不均勻駐留時間分佈導致品質降低。
3. 萃取反應器作為壓力萃取進行操作。來自預萃取步驟之顆粒藉由泵壓被泵送入萃取器，由於以較高壓力進行全部萃取過程(請看DE 10124579A1)不造成局部沸騰之結果，因此可設定於較高溫度。由於該溫度可上升高超過萃取器之整個高度，因此可高萃取效能。由於此萃取器被設計成為一壓力容器，因此有較高複雜度和成本。
由於該萃取器上部內有較低溫度以及提高單體之濃度，因此可增加萃取液之密度。由於重質液體從萃取器上部迅速地流入該萃取器之下部，因此有產生逆流之危險。顆粒之流動分佈被阻斷以及不均勻駐留時間分佈導
致品質降低。
具有一內部溫度分佈，其僅依賴顆粒和萃取液之輸入溫度以及依賴萃取反應器表面之熱耗損，對全部變體而言極為常見。在最佳範例中，其與萃取液局部沸點溫度具有最小差異之萃取器任何高度，無法設定個別調節之溫度梯度。
通常，藉由利用錐形擋板(conical baffles)可有效控制萃取器內部顆粒和萃取液之流量(請看第2圖，Fourne,Franz,“合成纖維”(Synthetic Fibres),慕尼黑,維也納,1995)。此涉及需依賴與萃取器之水平萃取區以及高度成比例之容量。此意指該萃取器具有高容量(>100噸PA/天)之大構建高度，而其對建築物高度具有決定性影響。因此先前構建之萃取器隨著容量增加而直接導致在建築技術上之額外費用。
因此本發明之目的係發展一種萃取反應器，其提供可於該萃取反應器之高度上設定個別溫度梯度。此可依照設備容量以及終產物內所欲單體-和低聚物含量之功能被自動控制。任何點之萃取反應器內最高溫度應為於各自流體靜力液壓之低於萃取液溫度至少0.5℃(較佳為至少2.0℃)。此外，應存在於可能最短駐留時間到達但不超過最高萃取溫度之可能性(例如，為了避免由於水解造成產品損耗)。
此外，本發明之目的為指出一種萃取方法，其可依有效方式進行萃取特別指PA6聚合物為主之顆粒材料，即無單體或低聚體成分。
以該萃取反應器藉由申請專利範圍第1項之特徵，以該萃取方法藉由申請專利範圍第14項之特徵可達到此目的。各自從屬的專利權利
要求因而代表其發展優勢。
根據本發明，因此提出一種特別適合從顆粒材料，例如聚醯胺以及最佳為以尼龍6為主之聚醯胺，用於液體萃取之萃取反應器。根據本發明之萃取反應器因而包含至少一具有複數個完全或部分充滿輸送管道截面以及可流動通過顆粒材料和萃取液之水平構造換熱元件之垂直延伸輸送管道，該複數個換熱元件再將該輸送管道細分成單獨垂直艙室。此外，該萃取反應器包含至少一個用於顆粒材料之頂部入口、至少一個用於顆粒材料之底部出口、至少一個用於萃取液之底部供液口以及至少一個用於萃取液之頂部出液口。
根據本發明之萃取反應器因此係藉由用於聚醯胺顆粒之垂直輸送管道進行配置。從頂部引導顆粒至底部者係一種填充床(filled bed)。於逆向流道中引導萃取液。該萃取液係於萃取反應器下端，在萃取反應器之截面上經由一液體分佈器被分佈。該掉落顆粒和上升液體藉由擋流板(盒式基座)被均勻地徑向分佈而可設定用於液體和顆粒之栓塞流。
根據本發明之萃取反應器因此可藉由最適體積利用而最大化執行於此處萃取法之效率。
藉由本發明可達到下列效益：可於全部萃取床高度進行萃取液之溫度控制。
當可於或稍低於萃取液之局部沸點溫度設定一溫度梯度時，可將個別溫度梯度設定於最高效率。
藉由獨立流動元件所構成之盒式基座(cassette bases)進行流量控制可確保萃取量之獨立萃取床高度，其能在小結構高度下獲得高容量。
該溫度-和流量控制可在即使萃取反應器之頂部和底部間有高密度差異之下仍能避免其逆向流動。
此外，其可確保此根據本發明萃取反應器之擋流板構造能形成萃取量所需之獨立萃取反應器高度。
根據一較佳具體實施例，該萃取反應器內存在至少2，較佳為至少3，又更佳為4至30，最佳為8至12個換熱元件。
萃取反應器之進一步具體實施例中，其設置有垂直方向配置之換熱元件：a)相互為等距，及/或b)相互具有不同間隔。
在具有相互不同間隔之換熱器元件例子中，可計算出萃取液之溫度、密度和濃度梯度而調整其間隔，以及可調整該換熱器元件之間隔並且以對應方法被製造。根據此類具體實施例，萃取反應器之萃取行為適合仔細地採用各自被萃取顆粒。該換熱器元件因而可以固定方式被再安裝於該萃取反應器內，然而同樣該換熱器元件可用於置換其高度而可在不同萃取目的中用於其高度變化時之換熱器元件。然而，較佳為以固定方式預先安裝該換熱器元件。
藉由實例，用於先前所述換熱器元件之具體實施例因而係選自由盒式基座、擋板基座、盤管構造及其組合所構成之群組。
在複數個換熱器元件之實例中，其可假設這些經常係選自相同群組，然而其亦同樣可選自先前所述可能使用之不同換熱器元件。
因此在換熱器元件之例子中以使用盒式基座最佳。這些包含
介於9和96個，較佳為介於33和61個之獨立流動元件，其具有用於顆粒材料和萃取液之各自隔腔(separate space)以及亦為一種用於換熱器介質之連接空間。
因而該獨立流動元件最佳為具有在流動方向/垂直方向之方形或六角形截面以及一錐形顆粒內流口、一通過隧道(through-tunnel)和錐形顆粒流出口。
該盒式基座較佳為由獨立流動元件(方形或六角形)所組成，其被毗連地組裝形成一完整基座。藉由適合金屬板關閉其轉渡成反應器壁。因此，形成隔開顆粒/萃取液間距之封閉加熱介質空間(medium space)。該加熱介質空間可藉由傳熱介質(較佳為水、水-醇或水-己內醯胺混合物)之連接管流經外部。因此，各個盒式基座係充當換熱器。該盒式基座之構造為組合獨立流動元件而產生獨立於其直徑之萃取床高度。該獨立流動元件被設計成確保能根據下一個其上和其下流動元件之密度差異、流速、濃度差異和間距關係勻化顆粒和液流。該萃取反應器之直徑因此並不重要。在導因於萃取反應器較大直徑而提高萃取量之情況下，增加獨立流動元件之數目，不需改變盒式基座之數目或其間距。其所形成之恒定萃取床高度，甚至可增加萃取量(3,500公斤/小時)。
一項構成該盒式基座之要求為其係為組裝自緊鄰裝設所形成整體構造之獨立流動元件。從整體構造至整體構造之獨立流動元件和密度差異計算一盒式基座與下一個位於其上之水平間距。因而可靠地避免其逆流。或者，可使用具有與上述盒式基座類似功能之盤管結構。
就較高萃取量所致較大直徑而言，改變每整體構造之獨立流
動元件數目但不改變該個別元件之尺寸。因此全部流動元件之萃取反應器內部整體高度(萃取反應器之圓筒長度)保持與整體萃取量無關。或者，在有較大直徑萃取反應器之情況下，可加大該盤管構造之直徑。
當達到萃取品質及萃取反應器之長度時，盒式基座之數目變化為從4至30個，較佳為8至12個。盒式基座內部獨立流動元件之數目可介於9和96個，較佳為介於33和61個之間。
供應萃取液時較佳為包含一液體分佈器(liquid distributor)，其供應萃取液能被分佈於該輸送管道之全部截面。
萃取反應器之進一步較佳具體實施例中，至少一些或全部艙室具有一用於測定存在於各自艙室內該顆粒材料及/或萃取液溫度之溫度感應器(TC)。
此外，其各個換熱器元件可能為a)具有一用於第一換熱介質之分開內流，其具有當其流過各自換熱器元件時可調節換熱介質數量之控制閥b)具有一用於第一換熱介質之第一分開內流以及一用於第二換熱介質之第二分開內流，及以不同溫度控制第一和第二介質，其第一和第二內流經由一三通閥被各自成對地連接至各自一換熱元件；或c)具有一以循環泵和換熱器用於換熱介質之分開循環。
同樣可提供以成組溫度控制之複數個換熱器元件。此可例如藉由複數個，較佳為2至6個，最佳為2至3個換熱器元件被實現，藉由換熱介質依序串聯流動通過始於各組之垂直最上層換熱器元件之各組換熱器元件可將該換熱器元件配置為成組換熱器元件。
依照相同方式換熱介質可平行供應複數個換熱器元件。
再者，若藉由較佳為萃取液之換熱介質依序串聯流動通過始於垂直最上層換熱器元件之複數個換熱器元件有其優勢，該較佳為萃取液之換熱介質於通過最後換熱器元件之後經由底部供液口被導入萃取反應器內。
於最後換熱器元件(即，萃取係直接從頂部至底部，其萃取反應器含最底下換熱器元件)之後以及於底部供液口之前，較佳為配置一用於溫度控制換熱介質較佳為萃取液之換熱器，及/或一泵浦。
該換熱器或泵浦因而含於連線內，其連接被依序串聯連接之個別換熱器元件，或設置於其中。
同樣，在此類個別換熱器元件(串聯連接)之配置情況下，可假設各個換熱器元件之後存在一用於溫度控制該換熱介質，較佳為萃取液之換熱器。
該萃取反應器可於環境壓力或於超壓下(1.0巴絕對壓力至3.0巴絕對壓力，較佳為1.0巴絕對壓力至2.0巴絕對壓力)進行操作。
傳熱介質通過盒式基座之流量控制可利用三種方法被實施(選項1、2、3，以各自4種控制系統為例)：選項1：根據盒式基座或盒式基座群組以恒定傳熱介質溫度進行通流：各個獨立盒式基座(或高達6件盒式基座之群組)被提供一分開溫度控制。根據盒式基座上方個別艙室內萃取介質溫度，調節個別傳熱介質之流量而使萃取介質溫度達到所欲值。該傳熱介質之溫度因而於內流中保持恒定。
選項2：以恒量傳熱介質進行通流：各個獨立盒式基座(或高達6個盒式基座之群組)被提供一分開溫度控制。根據盒式基座上方之萃取介質溫度，調節個別傳熱介質流之溫度而使個別艙室內之萃取介質溫度達到所欲值。使用於全程控制範圍(請看圖示)中具有恒定通流之3-通混合閥或一具有恒定溢流量和用於溫度調節換熱器之盒式基座上以泵浦啟動之傳熱介質循環。
選項3：以一比例通流量於逆流中控制傳熱介質：使用萃取液作為傳熱介質以及首先，於萃取液之逆流中以及於聚醯胺顆粒之平行流中被連續地引導通過該個別盒式基座[B]。為調節其溫度分佈，傳熱介質可於個別盒式基座之間藉由換熱器被加熱或冷卻[C]。離開最底層盒式基座之後，該傳熱介質於換熱器內被恢復至萃取溫度[E]以及，若需要時，被傳導入該萃取反應器內[A]作為具有泵壓之萃取液[D]。由於萃取液之數量被比例地調節至顆粒之供料量，該傳熱介質之數量亦與顆粒數量保持比例。其結果為，於全部產量範圍中保持恒定之溫度分佈。
亦可利用該3種選項之混合版本。可組合盒式基座以形成群組而成為2至6個，較佳為2至3個盒式基座群組之溫度控制系統。
本發明同樣係關於一種用於萃取單體或低聚成分之方法，該成分被溶解於來自顆粒材料之萃取液內，該顆粒材料較佳為ε-己內醯胺或低聚尼龍6，較佳為尼龍6顆粒，或來自利用先前所述根據本發明萃取反應器之尼龍6共聚物顆粒，其顆粒材料經由至少一頂部入口被供入垂直延伸輸送管道內以及被垂直向下引導入至少一底部出口方向而從該萃取反應器被移除，一萃取液經由至少一底部供液口供入該垂直延伸輸送管道及以至少
一頂部出口之方向逆流引導顆粒材料而將其移除，在輸送管道內經由該複數個換熱器元件產生一垂直溫度梯度。
因而執行根據本發明之萃取方法係藉由用於聚醯胺顆粒之垂直輸送管道。該顆粒係於填充床內從頂部引導至底部。於顆粒流之逆向流動中，可引導從顆粒(萃取)吸收單體和低聚物之適當萃取液以及在反應器內進行輸送。所達到之萃取品質主要視操作溫度參數、萃取液濃度、溢流率和駐留時間而定。
明確而言，其係經由該複數個換熱器元件以垂直方向從頂部至底部控制輸送管道內升溫之方法。
該溫度梯度之設定較佳為使輸送管道內萃取液於任何點之最高溫度於給定靜液壓力下為至少0.5℃至10℃，較佳為2℃至7℃低於萃取液之沸點溫度。此外，該溫度控制可被設計成能使其迅速達到但不超過(為避免由於水解而損及材料)指定最高溫度。
遍及輸送管道內之壓力較佳為調節於1.0和3.0巴絕對壓力，較佳為1.0和2.0巴絕對壓力之間。
可於例如萃取反應器頂部之氣艙(gas chamber)內測量其對應壓力。先前所示壓力因而指定為相對絕對真空之絕對壓力。
該方法可利用特別指下述提及之三種變異方法被執行，其各別換熱器元件a)具有一用於第一換熱介質之分開內流，其具有一流過各自換熱器元件以調節換熱介質數量之控制閥，各個換熱器元件流動通過等溫控制換熱介質以及每個換熱器元件或換熱器元件群組有不同介質數量，
b)具有一用於第一換熱介質之第一分開內流以及一用於第二換熱介質之第二分開內流，以不同溫度控制第一和第二介質，第一和第二內流分別成對地經由三通閥連接至各自一換熱器元件，藉由各個換熱器元件或換熱器元件群組之第一和第二介質不同混合比例設定一界定溫度，或c)具有配備循環泵和換熱器用於換熱介質之分開循環，分開地調節用於各換熱器元件或換熱器元件群組之溫度及/或介質數量。
可藉由依序串聯連接以較佳為萃取液之換熱介質流動通過始於垂直最上層換熱器元件之複數個換熱器元件設定該溫度梯度，該較佳為萃取液之換熱介質於通過最後換熱器元件之後經由底部供液口被導入萃取反應器內以及導入前按當時底部供液口之預設萃取溫度藉由換熱器加熱至預設萃取溫度。
藉由複數個(4至30個，較佳為8至12個)作為換熱器之擋板基座(例如盒式基座)可有效地調節輸送管道內逆流操作中之溫度。因此，可小步驟地調節液體溫度和顆粒溫度而可設定該萃取反應器之全長於幾乎均勻之梯度溫度。
或者，可使用被傳熱介質流動通過以及作為換熱器之盤管構造。
經由流動通過盒式基座內部之液體傳熱介質(較佳為水)可冷卻或加熱該萃取液。
小步驟溫度梯度之結果，擋流板僅被設定在小溫度差異，其與小密度差異之擋流板有關。相對地，逆向流動所導致之驅動力亦小。
盒式基座可被結合成組而形成2至6個，較佳為2至3個一組盒
式基座之溫度控制系統。傳熱介質被串聯地引導通過該相聯盒式基座。可利用三種不同變異方法引導該傳熱介質通過萃取反應器(請看選項1、2、3，具有各自4個溫度控制系統之實例)。
選項1：經由恒溫之控制：每一個別盒式基座(或高至6個盒式基座之群組)設有一個獨立溫度控制。根據該萃取介質溫度高於盒式基座，因而可調節其個別傳熱介質之流量而使萃取介質溫度達到所欲值。控制系統之數目為2，以及總盒式基座數目較佳為介於4和6之間。
傳熱介質(12、13、14、15)之溫度為低於各自萃取溫度(2、3、4、5)。藉由萃取液(11)之溫度調節萃取反應器(1)之顆粒輸出區內溫度。萃取液(16)之輸出溫度相當於最上層調節萃取溫度(5)之最高溫度以及顆粒輸入溫度(6)。
選項2：經由恒定通流量之控制：每一個別盒式基座(或高至6個盒式基座之群組)設有一個獨立溫度控制。根據該萃取介質溫度高於盒式基座，因而可調節其個別傳熱介質流之溫度而使萃取介質溫度達到所欲值。控制系統之數目為2，以及總盒式基座數目較佳為介於4和6之間。
當利用混水閥調節混合自加熱介質和冷卻介質之傳熱介質溫度時(選項2之實例)，該加熱介質之溫度係高於各別艙室內之各自萃取溫度。該冷卻介質之溫度係低於各別艙室內之各自萃取溫度。藉由萃取液之溫度設定萃取反應器之顆粒輸出區內溫度。該萃取液之輸出溫度相當於最上層控制萃取溫度之最高溫度以及顆粒輸入溫度。
選項3：逆流中以比例通流量之傳熱介質：使用萃取液作為傳熱介質以及，於至萃取液之逆流內和至聚醯胺顆粒之平行流內被串聯引導通過個別盒式基座。為調節溫度分佈，該傳熱介質可藉由換熱器於個別盒式基座間被加熱或冷卻。此係根據該萃取介質溫度高於盒式基座而發生。離開最底層盒式基座之後，該傳熱介質於換熱器內被恢復至萃取溫度以及，若需要時，以泵壓被導入萃取反應器內作為萃取液。由於可依顆粒供料量之比例調節萃取液數量，傳熱介質之數量亦與顆粒數量維持比例。因此，其於全部產量範圍之溫度分佈保持恒定。
形成之各自萃取溫度(2、3、4、5)作為來自從頂部進入顆粒之顆粒溫度以及來自從底部進入空間溫度控制藉由加熱或冷卻傳熱介質之萃取液溫度之混合溫度。藉由經加熱萃取液(21)之溫度設定該萃取反應器(1)之顆粒輸出區內溫度。該萃取液(16)之輸出溫度相當於最上層經調節萃取溫度(5)以及顆粒輸入溫度(6)之混合溫度。
明確而言，其被使用a)作為萃取液、水或水和ε-己內醯胺之混合物；及/或b)作為換熱介質、水、水和與水混溶醇之混合物或水和ε-己內醯胺之混合物。
參考後續具體實施例以及附圖詳細解釋本發明，但是對本發明之代表參數並無限制。
第1圖顯示根據本發明一萃取反應器之第一具體實施例。該萃取反應器因而包含置入一垂直設置輸送管道A，其具有如第1圖實例所示總共四個垂直延伸之複數個換熱器元件B。該換熱器元件因而充滿輸送管道
A之全部截面。第1圖中，該換熱器元件B係以等距離地被置入。藉由換熱器元件B，該輸送管道A被細分成個別艙室1、2、3、4、5。該萃取反應器具有一頂部入口6，顆粒材料如PA6顆粒可經由其被供應至萃取反應器。於頂部供應之顆粒材料從頂部至底部流動通過該萃取反應器，因而在萃取反應器內進行萃取以及於底部出口7離開該萃取反應器。此外，該萃取反應器具有一置於底部用於萃取液11之供液口8，該底部供液口8置於作為萃取反應器內最下層元件之最後換熱器元件之後。經由該用於萃取液11之供液口8，萃取液11可從底部被供應入萃取反應器內。該萃取液因而從底部至頂部流動通過該萃取反應器以及經由置於頂部之外流口或出口16再次從萃取反應器被移除。因此，藉由本發明之萃取反應器可有效地在逆流中進行萃取。
根據第1圖之具體實施例，藉由換熱介質經由一分開內流12、13、14、15流動通過各個換熱器元件B。各個換熱器元件B同樣具有一個用於對應換熱液之分開出流。因此可藉由獨立閥12a、13a、14a、15a控制各入流12、13、14、15而調節流動通過各自換熱器元件B之換熱介質數量。亦可經由例如一溫度感應器TC控制各個閥門，因而可藉由調節通流或流過各自換熱器元件B之換熱液溫度設定各個艙室2、3、4、5於預設溫度，而可調節艙室內之預設溫度。
第2圖顯示根據本發明萃取反應器之進一步具體實施例。描述其相同元件時因而使用已用於第1圖中所描述之相同參考元件編號。比較根據第1圖之具體實施例，根據第2圖之萃取反應器具有不同之規定或供應換熱器元件B之換熱介質。各個換熱器元件B因而具有兩個分開內流12和22、13和23、14和24或15和25，其分別以兩種不同換熱介質被供應至各自
換熱器元件B。可假設第一介質12、13、14、15之溫度係高於第二介質22、23、24、25之溫度。經由各自內流12和22、13和23、14和24或15和25供應第一和第二介質之各自混合比例，可經由對應三通閥或混合閥12b、13b、14b、15b調節該比例，可不同地溫度控制該各自換熱器元件B。被引導通過各別換熱器元件B之介質總量雖然有所差異，但仍可保持恒定。
第3圖顯示根據本發明萃取反應器之進一步具體實施例。同樣，表示相同元件之相同參考元件編號已描述於先前圖示中。根據第3圖之具體實施例亦不同於先前具體實施例，其各自換熱器元件B被供應以不同換熱介質。第3圖實例之情況下，該換熱介質始於最上層換熱器元件被串聯流動通過各別換熱器元件B。通過最後換熱器元件B之後，該換熱介質因而經由底部供液口8被供應至萃取反應器。根據此具體實施例，其所使用換熱介質因此係作為萃取液11。通過置於最上層之第一換熱器元件B之後，該換熱介質或萃取液11經由一獨立管路被供應至第二換熱器元件B。在此管路中，即介於第一和第二換熱器元件B之間，設置一換熱器C，其可有效地溫度控制換熱介質或萃取液11。此外，根據第3圖之萃取反應器具有一泵浦D，其被設置於換熱介質或萃取液11之液流內。其他換熱器E同樣地其後被連接至該泵浦D。
第4圖和5顯示一盒式基座，其可被用作為如同圖解於第1圖至3之萃取反應器內換熱器元件B。第4圖中，圖解對應盒式基座頂面之平面圖，同時通過兩個獨立流動元件之截面則圖解於第5圖。第4圖中，圖解其對應盒式基座被導入一充滿截面輸送管道A之一具體實施例。該盒式基座B因而包含複數個，其於第4圖實例中為48個相連件之獨立流動元件100，以
及充滿整個輸送管道區域。未被流動元件100充滿之區域104因而可被一連續金屬片所封閉，而使流過輸送管道之任何液體或顆粒必需被引導通過對應盒式基座B之獨立流動元件100。各獨立流動元件因而具有一錐體101，從頂部至底部之流動方向可經由其內流流入一獨立流動元件100。該錐體101開口進入通過隧道102，此同樣依序開口進入一錐形出口103。根據第4圖之具體實施例中，藉由實例，全部獨立流動元件100具有一方形平面圖(請看第4圖)，然而該獨立流動元件100同樣可設想出不同幾何形狀，例如六角形幾何形狀。
由於錐體101逐漸縮小進入該通過隧道102，因此獨立流動元件之進入和出口表面之間形成一空間I，顆粒或萃取液可被引導通過該空間，以及被引導通過溫度控制介質之中介空間II。經由該加熱介質空間II，因此可有效地溫度控制該盒式基座。
第6圖顯示一利用根據本發明萃取反應器所達成之溫度梯度。此類萃取反應器因而具有10個經由其達成萃取液各別溫度控制之換熱器元件B。橫座標上，標示萃取反應器以米為單位之高度，因而其係指從頂部至底部所測得之高度。縱座標上，標示萃取介質所使用理論沸點溫度(上測量曲線)其，如所示，隨著增加萃取介質之靜液壓將增加向下高度。該下曲線因而表示經由各自換熱器元件B溫度控制之萃取介質之實際設定萃取溫度。
1,2,3,4,5‧‧‧垂直艙室
6‧‧‧頂部入口
7‧‧‧底部出口
8‧‧‧底部供液口
11‧‧‧萃取液
12,13,14,15‧‧‧第一分開內流
12b,13b,14b,15b‧‧‧三通閥
16‧‧‧頂部出口
22,23,24,25‧‧‧第二分開內流
100‧‧‧流動元件
101‧‧‧錐體
102‧‧‧通過隧道
103‧‧‧錐形出口
A‧‧‧輸送管道
B‧‧‧換熱器元件
C‧‧‧換熱器
D‧‧‧泵浦
E‧‧‧換熱器
因而圖示簡單說明為：第1圖 根據本發明萃取反應器之第一具體實施例
第2圖 根據本發明萃取反應器之第二具體實施例
第3圖 根據本發明萃取反應器之第三具體實施例
第4圖 可被用於本發明萃取反應器之盒式基座平面圖
第5圖 說明於第4圖盒式基座之獨立流動元件截面；以及第6圖 於本發明萃取反應器全部高度所形成之溫度梯度
使用根據位置10之萃取塔，其萃取液從頂部至底部被引導通過全部萃取塔之盒座而平行流至顆粒(盒式流道)。排放萃取液之後，藉由換熱器將後者加熱至進料溫度。藉由離心泵輸送萃取液。
或者，該萃取液可在不事先通過盒式基座之下被直接引導入主要萃取室。該盒式基座因此不具有冷卻或加熱之作用。該萃取塔具有6個盒式基座。盒座3和4之間(從底部算起)，該盒式流道可藉由管式換熱器以加熱蒸汽被加熱。於最下層盒式基座下方和各盒式基座上方裝設溫度計。
安裝：
萃取塔直徑：600mm
盒式基座數：6件
每件盒式基座之盒式元件數：4件
盒式基座空間：等距
顆粒流量：60公斤/小時
萃取液流量：65公斤/小時
萃取塔內顆粒駐留時間：~13小時
萃取前顆粒內萃取量：9.2%
萃取前萃取液之萃取量：~0.0%
內流顆粒溫度：95℃
使用根據位置10之萃取塔，其萃取液從頂部至底部被引導通過全部萃取塔之盒座而平行流至顆粒(盒式流道)。排放萃取液之後，藉由換熱器將後者加熱至進料溫度。藉由離心泵輸送萃取液。
或者，該萃取液可在不事先通過盒式基座之下被直接引導入主要萃取室。該盒式基座因此不具有冷卻或加熱之作用。該萃取塔具有9個
盒式基座。盒座3和4，和盒座6和7之間(從底部算起)，該盒式流道可藉由管式換熱器以加熱蒸汽被加熱。於最下層盒式基座下方和各盒式基座上方裝設溫度計。
安裝：
萃取塔直徑：2,000mm
盒式基座數：9件
每件盒式基座之盒式元件數：16件
顆粒流量：2,500公斤/小時
萃取液流量：65公斤/小時
萃取塔內顆粒駐留時間：~11小時
萃取前顆粒內萃取量：9.2%
萃取前萃取液之萃取量：~0.0%
內流顆粒溫度：98℃
1,2,3,4,5‧‧‧垂直艙室
6‧‧‧頂部入口
7‧‧‧底部出口
8‧‧‧底部供液口
11‧‧‧萃取液
12,13,14,15‧‧‧第一分開內流
16‧‧‧頂部出口
A‧‧‧輸送管道
B‧‧‧換熱器元件
Claims (21)
- 一種尤指用於從顆粒材料液體萃取之萃取反應器，包含至少一具有複數個完全或部分充滿輸送管道截面以及可流動通過顆粒材料和萃取液(11)之水平構造換熱器元件(B)之垂直延伸輸送管道(A)，該複數個換熱器元件將輸送管道(A)細分成個別垂直艙室(1、2、3、4、5)、至少一用於顆粒材料之頂部入口(6)、至少一用於顆粒材料之底部出口(7)、至少一用於萃取液(11)之底部供液口(8)以及至少一用於萃取液(11)之頂部出口(16)。
- 根據申請專利範圍第1項所述之萃取反應器，其特徵為該換熱器元件(B)存在至少2個，較佳為至少3個，更佳為4至30個，最佳為8至12個。
- 根據上述申請專利範圍中任一項所述之萃取反應器，其特徵為該換熱器元件(B)被設置於垂直方向a)相互為等距，及/或b)相互具有不同間隔。
- 根據上述申請專利範圍中任一項所述之萃取反應器，其特徵為該換熱器元件(B)係選自由盒式基座、擋板基座、盤管構造及其組合所構成之群組。
- 根據上述申請專利範圍所述之萃取反應器，其特徵為該盒式基座包含介於9和96個，較佳為介於33和61個之獨立流動元件(100)，其具有用於顆粒材料和萃取液(11)之各自隔腔(I)以及亦為一種用於換熱器介質之相連接空間(II)。
- 根據上述申請專利範圍所述之萃取反應器，其特徵為該獨立流動元件(100)具有在流動方向/垂直方向之方形或六角形截面以及一錐形顆粒內 流口(101)、一通過隧道(102)和錐形顆粒流出口(103)。
- 根據上述申請專利範圍所述之萃取反應器，其特徵為該用於萃取液(11)之供液口(8)包含一液體分佈器，其能將供應萃取液(11)分佈於該輸送管道(A)之全部截面。
- 根據上述申請專利範圍中任一項所述之萃取反應器，其特徵為至少一些或全部艙室(1、2、3、4、5)具有一用於測定存在於各自艙室(1、2、3、4、5)內該顆粒材料及/或萃取液(11)溫度之溫度感應器(TC)。
- 根據上述申請專利範圍中任一項所述之萃取反應器，其特徵為各別換熱器元件可為a)具有一用於換熱介質之分開內流(12、13、14、15)，其具有當其流過各自換熱器元件(B)時可調節換熱介質數量之控制閥(12a、13a、14a、15a)；b)具有一用於第一換熱介質之第一分開內流(12、13、14、15)以及一用於第二換熱介質之第二分開內流(22、23、24、25)，及以不同溫度控制第一和第二介質，其第一和第二內流(12-22、13-23、14-24、15-25)經由一三通閥(12b、13b、14b、15b)被各自成對地連接至各自一換熱元件(B)；或c)具有一以循環泵和換熱器用於換熱介質之分開循環。
- 根據上述申請專利範圍中任一項所述之萃取反應器，其特徵為藉由換熱介質依序串聯流動通過始於各組之垂直最上層換熱器元件(B)之各組換熱器元件(B)將其配置為成組換熱器元件(B)之複數個換熱器元件(B)，較佳為2至6個，最佳為2至3個換熱器元件(B)。
- 根據申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之萃取反應器，其特徵為該依序串聯連接之複數個換熱器元件(B)被流動通過始於垂直最上層換熱器元件(B)之換熱介質，較佳為萃取液(11)，該較佳為萃取液(11)之換熱介質係於通過最後換熱器元件(B)之後經由底部供液口(8)被引導入萃取反應器內。
- 根據前述申請專利範圍之萃取反應器，其特徵為於最後換熱器元件之後以及於底部供液口(8)之前，較佳為配置一用於溫度控制換熱介質較佳為萃取液(11)之換熱器(E)，及/或一泵浦(D)。
- 根據前述兩項申請專利範圍中任一項之萃取反應器，其特徵為於一獨立或各個換熱器元件(B)之後，存在一用於溫度控制換熱介質，較佳為萃取液(11)之換熱器(C)。
- 一種用於萃取單體或低聚成分之方法，該成分較佳為被溶解於來自顆粒材料之萃取液(11)內，該顆粒材料較佳為ε-己內醯胺或低聚尼龍6，較佳為尼龍6顆粒，或來自根據前述申請專利範圍中任一項萃取反應器之尼龍6共聚物顆粒，其中該顆粒材料經由至少一頂部入口(6)被供入垂直延伸輸送管道(A)內以及被垂直向下引導入至少一底部出口(7)方向而從該萃取反應器被移除，一萃取液(11)經由至少一底部供液口(8)供入該垂直延伸輸送管道(A)及以至少一頂部出口(16)之方向逆流引導顆粒材料而將其移除，其特徵為在輸送管道(A)內經由該複數個換熱器元件(B)產生一垂直溫度梯度。
- 根據前述申請專利範圍之方法，其特徵為經由該複數個換熱器元件(B) 以垂直方向從頂部至底部控制輸送管道內之升溫。
- 根據前述兩項申請專利範圍中任一項之方法，其特徵為該溫度梯度之設定能使輸送管道內萃取液(11)於任何點之最高溫度於給定靜液壓力下為至少0.5℃至10℃，較佳為2℃至7℃低於萃取液(11)之沸點溫度。
- 根據前述申請專利範圍第14項至16項中任一項之方法，其特徵為輸送管道之至少一艙室(2、3、4、5)中，任選地於全部艙室(2、3、4、5)中達到最高萃取溫度，其直至排出該萃取液之後不再超過該溫度。
- 根據前述申請專利範圍第14項至17項中任一項之方法，其特徵為該輸送管道內部之壓力為介於1.0和3.0巴絕對壓力，較佳為1.0和2.0巴絕對壓力之間。
- 根據前述申請專利範圍第14項至18項中任一項之方法，其特徵為該溫度梯度之設定係藉由各別換熱器元件(B)a)具有一用於換熱介質之分開內流(12、13、14、15)，其具有一流過各自換熱器元件(B)以調節換熱介質數量之控制閥(12a、13a、14a、15a)，各個換熱器元件(B)流動通過等溫控制換熱介質以及每個換熱器元件(B)或換熱器元件(B)群組有不同介質數量；b)具有一用於第一換熱介質之第一分開內流(12、13、14、15)以及一用於第二換熱介質之第二分開內流(22、23、24、25)，以不同溫度控制第一和第二介質，第一和第二內流(12-22、13-23、14-24、15-25)分別成對地經由三通閥(12b、13b、14b、15b)連接至各自一換熱器元件(B)，藉由各個換熱器元件(B)或換熱器元件(B)群組之第一和第二介質不同混合比例設定一界定溫度； c)具有配備循環泵和換熱器用於換熱介質之分開循環，分開地調節用於各換熱器元件或換熱器元件群組之溫度及/或介質數量。
- 根據前述申請專利範圍第14項至18項中任一項之方法，其特徵為可藉由依序串聯連接以較佳為萃取液(11)之換熱介質流動通過始於垂直最上層換熱器元件(B)之複數個換熱器元件(B)設定該溫度梯度，該較佳為萃取液(11)之換熱介質於通過最後換熱器元件(B)之後經由底部供液口(8)被導入萃取反應器內以及導入前按當時底部供液口(8)之預設萃取溫度藉由換熱器(E)加熱至預設萃取溫度。
- 根據前述申請專利範圍第14項至20項中任一項之方法，其特徵為被使用於a)作為萃取液(11)、水或水和ε-己內醯胺之混合物；b)作為換熱介質、水、水和與水混溶醇之混合物或水和ε-己內醯胺之混合物。
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