用于生产聚酰胺颗粒的铸造装置制造方法

用于生产聚酰胺颗粒的铸造装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了用于生产聚酰胺颗粒的铸造装置，其是可用于预测铸造产量以及提供聚酰胺颗粒的装置。在一个实施例中，铸造装置可包括容器，所述容器包括压力控制器以及挤出阀门；切割器，所述切割器具有切割速度；以及过程控制器，所述过程控制器包括用于控制压力控制器的压力控制模块、用于控制挤出阀门的挤出阀门模块、用于控制切割速度的切割速度模块，以及用于确定铸造产量的产量模块。所述产量模块可(i)基于从两个或多个位置流入的铸造水的量、流入的铸造水的温度、流出的铸造水的温度来计算流入到铸造装置的铸造水和流出所述装置的铸造水之间的热传递，并且(ii)将热传递与铸造产量关联。
【专利说明】用于生产聚酰胺颗粒的铸造装置

【技术领域】
[0001]本实用新型模型涉及用于测量或预测挤出的聚酰胺聚合物的铸造产量来生产聚酰胺颗粒的铸造装置。

【背景技术】
[0002]在重复酰胺单元之间具有至少85%的脂族键的特定种类脂肪族聚酰胺描述为尼龙聚酰胺。已知这些脂族聚酰胺是自二元羧酸和其它可形成酰胺的二元羧酸的衍生物(如酸酐、酰胺、酰基卤、半酯和二酯)衍生而来，通常与伯胺或仲胺反应。更具体地，由单体(如二羧酸和二胺)来形成脂族聚酰胺聚合物，已知是由伯二胺或仲二胺(连接到每个氮上至少具有一个氢的二胺)与二羧酸或可形成酰胺的二元羧酸的衍生物的反应来完成的。反应流程的例子如下所示:
[0003]
HOOC-R-COOH + H2N-R1-NH2 ^
[0004]- [NH-R' -NH-C0-R-C0] -η-+ηΗ20
[0005]其中R和R’表示二价烃基，而η表示重复单元的数量和水分子的数量。
[0006]由各自的基团(R和R’ )中碳原子的数量来命名从每个二酸和二胺的一个分子中衍生的聚合物的“结构单元”。因此，由六亚甲基-1，6-二胺和己二酸的聚酰胺是“尼龙6，6”
(聚己二酰己二胺)。
[0007]成纤聚酰胺可以通过在缩聚反应条件下(一般为180°C至300°C)加热基本上等摩尔量的二胺和二羧酸或加热可形成酰胺的二元羧酸衍生物的来制备。该产品具有纤维形成性质，其中可以实现足够高的分子量。
[0008]一个给定的聚酰胺的特性可以在相当大的范围内变化，并且可能取决于分子量。在某种程度上，该聚酰胺特性受其末端基团的性质的影响，而这又取决于过量使用了何种反应物，二胺或二羧酸。
[0009]成纤聚酰胺的两个特征涉及其高熔点和低溶解度。由较简单类型的胺和酸所衍生而来的成纤聚酰胺几乎总是不透明的固体，所述不透明的固体可在一个相当确定的温度下熔化或变成透明的。低于其熔点的形纤聚酰胺，当用X射线检测时，一般呈现尖锐的X-射线晶体粉末衍射图、大块状态的晶体结构的明确证据。这些聚酰胺的密度通常在1.0和1.2之间，更具体地，尼龙6，6的密度目前被认为是1.14克/厘米3。
[0010]同其他缩聚产物一样，聚酰胺一般包括非常近似的结构的独立单元。这些独立单元的平均大小、聚合物的平均分子量在一定的限制范围内受到刻意控制。聚合反应越进一步进行，平均分子量(和特性粘度)就会越高。
[0011]如果完全等摩尔量使用反应物，在可使得挥发性产物逸出的条件下，长时间持续聚合和加热，并且能够获得非常高的分子量的聚酰胺。然而，如果过量使用任一反应物，则聚合进行到某一点，然后基本上停止。聚合停止的时间点可能取决于过量使用的二胺或二元酸(或衍生物)的量。
[0012]一种制备聚酰胺的简便的技术包括:通过在液体中混合约化学等量的二胺和二羧酸来制备盐，所述液体可选择为对产物盐的不良溶剂。如果需要，随后可通过从合适的溶剂结晶来纯化从液体中分离的盐。这些二胺-二羧酸盐是结晶状的，并有确定的熔点。它们可溶于水，并可以方便地从某些醇及醇-水混合物来结晶。
[0013]从二胺-二羧酸盐制备成纤聚酰胺可以以许多方式来进行。在没有溶剂或稀释剂存在的条件下，并在允许去除反应中生成的水的条件下，可将该盐加热至反应温度(180°C至300°C )。在使用它来制造细丝及其它形状的物体前，可能需要将聚酰胺置于减压条件下，例如，相当于50至300毫米汞柱(67至400毫巴)的绝对压力下。这可以在使聚合物固化前，通过排空制备聚酰胺的反应釜来很方便的完成。
[0014]在一般情况下，在上述聚酰胺形成过程中必须要求不添加催化剂。然而，众所周知某些含磷的材料(例如金属膦酸盐和磷酸盐)起到一定程度的催化作用。使用添加的催化剂有时给制备高分子量的材料赋予了额外的优点。
[0015]大多数线性缩聚物、聚酰胺的商业化制备通常涉及加热单体起始材料，以引发渐进的聚合物的缩合。这个过程通常在几个阶段进行，包括通过去除挥发物来中间形成低分子量、低粘度的聚合物液体。在各种真空度和停留时间和温度下处理该低分子量、低粘度的聚合物液体以使聚合物能达到所需的最终的分子量和粘度。
[0016]尽管所期望的最终的分子量和粘度一般都可以实现，但在铸造期间获得准确的工艺参数，因此获得一致的聚合材料的均一性可能会出现问题。因此，发现和利用多种技术使用高度准确的工艺参数来制造聚合材料，是本领域中的进步。
实用新型内容
[0017]本实用新型涉及用于生产聚酰胺颗粒的装置以及相关装置。在一个实施方式中，一种用于制造聚酰胺颗粒的装置可包括高压处理容器、切割器和过程控制器。所述高压处理容器可包括压力控制器(如由进口、加热组件和/或排出阀门)以及挤出阀门。所述切割器可配置成切割从高压处理容器挤出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺颗粒。所述过程控制器可包括用于控制压力控制器的压力控制模块、用于控制切割速度的切割速度模块、用于控制挤出阀门的挤出阀门模块，以及用于计算铸造产量的产量模块。

【专利附图】

【附图说明】
[0018]以下结合非限制性的附图来更好地理解本实用新型，其中:
[0019]图1A为根据本实用新型的实施例可使用的高压处理容器的截面图；
[0020]图1B为根据本实用新型的实施例可使用的另一个高压处理容器的截面图；
[0021]图2为其中根据本实用新型的实施例可使用的本实用新型的装置的系统的示意图。
[0022]图3为根据本实用新型的一个实施方式的聚酰胺的样品铸造的图；以及
[0023]图4为时间比根据本实用新型的一个实施方式的聚酰胺的批次重量的图。
[0024]需要注意的是，上述图仅仅是本实用新型的实施方式的示例性的表示，通过所述图对本实用新型的范围不构成任何限定。

【具体实施方式】
[0025]尽管下文的详细描述包含了很多出于阐明本实用新型的目的的细节，但是本领域的技术人员会理解下文细节的很多变化和修改在本实用新型所公开的实施方式的范围中。
[0026]因此，下文的实施方式不失一般性地说明了本实用新型，并且不对本实用新型带来限制。在更详细地描述本实用新型之前，应当理解本实用新型不限于所描述的特定的实施方式，这是由于该实施方式可以变化。还应当理解，这里所使用的术语仅是出于描述特定实施方式的目的，并不旨在限定，这是由于本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限定。除非另有规定，这里所使用的所有技术术语和科学术语具有与本实用新型所述领域的本领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
[0027]如在本说明书和所附的权利要求中所使用的单数形式“一个”和“该一个”包括复数对象，除非上下文另有明确的其他规定。因此，例如“聚酰胺”包括多种聚酰胺。
[0028]在本公开中，“包含”、“含有”和“具有”等可具有根据美国专利法赋予它们的意义并且可意味着“包括”等，并且通常被解释为开放式的术语。术语“由…组成”是封闭式的术语，并且根据美国专利法的意义仅包括特别列出的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等。当将“基本由…组成”或“基本组成了”等用于本实用新型所包含的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等时，其涉及与这里的公开类似的元件，但是其可包括额外的结构基团、组成组分、方法步骤等。但是，与这里所公开的相应的装置、化合物、方法等相比而言，这些额外的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等不会实质上影响装置、化合物、方法等的基础特征和新颖性特征。在更细节中，当将“基本由…组成”或“基本组成了 ”等用于本实用新型所包含的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等时，其具有根据美国专利法所赋予的意义并且这些术语是开放性的，只要记载的基本或新颖性特征不被大于所记载的内容改变，其允许大于所记载的内容存在。当使用开放式术语，如“包含”或“包括”时，应理解地是，如清楚地声明的一样，也直接支持了用语“基本由…组成”以及用语“由…组成”。
[0029]术语“可聚合组合物”或“可聚合溶液”指的是在根据本实用新型的实施例的搅拌高压釜内添加的溶液，其在特定的温度和压力曲线下高压釜内处理时，形成可被挤出或者被收割而用于进一步的使用的聚酰胺聚合物。
[0030]术语“聚酰胺盐”是指包括在可聚合组合物(与其他添加物一起)中的盐，所述可聚合组合物提供了用于形成聚酰胺聚合物的基础可聚合材料。如果例如聚酰胺聚合物为尼龙6，6，则盐可由己二酸和己二胺来制备。其他的添加物也可存在于聚酰胺溶液中，或者在反应容器之前引入，或引入到反应容器中。例如，通常将二氧化钛直接引入到容器中，然而在将可聚合组合物引入到容器之前，引入其他添加物，例如催化剂、荧光增白剂、消泡剂等，尽管不要求这种顺序或甚至这些添加物的存在。
[0031]术语“周期”涉及主要由容器内的压力曲线限定的批量聚合处理的阶段。第一周期(周期I)发生在批次处理的开始，这时压力正从相对低压升到相对高压。第二周期(周期2)发生在将相对高压保持一段时间。第三周期(周期3)随着相对高压降低到相对低压时发生。第四周期(周期4)随着将相对低压保持一段时间而发生。第五周期(周周期5)随着将制备的聚合物从容器内挤出而发生。本实用新型使用的术语“第四周期”、“周期4”和“铸造前周期”可相互替换。
[0032]词组，例如“适合于提供”、“足以导致”或“足以产生”等在合成的上下文中涉及与时间、温度、溶剂、反应剂浓度等相关的反应条件，可改变反应条件以提供反应产物的有用的数量或反应产物的产量，这是在本领域的实验人员的普通技能的范围内的。没有必要地是，所需要的反应产物为仅是反应产物或者起始材料被完全消耗，所提供的所需要的反应产物可被分离或否则进一步使用。
[0033]应当理解的是，这里可将比例、浓度、量或其他数据以一个范围的形式来表述。应理解的是，使用这种范围形式是为了方便和简洁。并且因此，应当以灵活的方式来解释以不但包括如范围的端点明确说明的数据参数，并且如果每个数值和子范围包括“大约‘X’到大约‘Y’”，则也包括所有的单个数据参数或包含在所述范围内的子范围。为了说明，“约0.1%到约5%”的浓度范围应被解释为，不但包括清楚地说明的约0.1重量％到约5重量％的浓度，也包括在所说明的范围内的单个的浓度(例如1%、2%、3%和4%)以及子范围(例如0.5%、
1.1%、2.2%、3.3%和4.4%)。在一个实施方式中，术语“约”可包括根据数据参数的有效数字的传统舍入。此外，词组“约‘X’到‘Y’”包括“约‘X’到约‘Y’”。
[0034]这里所使用的术语“约”，当涉及数据参数或范围时，其允许在一定数值或范围中的一定程度的变化，例如在所表述的数值或所表述的范围的端点的10%以内或在另一方面在5%以内变化。
[0035]另外，在以罗列或马库什基团的方式描述本实用新型的特征或方面的地方，本领域的技术人员会理解的是，因此也根据马库什基团的要素的任何单个要素或子基团而描述了本实用新型。例如，如果X被描述为选自由溴、氯和碘组成的组，则如同单独罗列一样，完全描述了 X为溴的权利要求和X为溴和氯的权利要求。例如，在本实用新型的特征或方面根据这种罗列而描述的地方，本领域的技术人员会理解的是，因此也根据马库什基团的要素的任何单个要素或子基团的任意结合而描述了本公开。因此，如果X被描述为选自由溴、氯和碘组成的组，并Y被描述为选自由甲基、乙基和丙基组成的组，则完全描述并支持了 X为溴并且Y为甲基的权利要求。
[0036]如这里所使用，所有的组分含量以重量百分比的形式给出，除非另有声明。当涉及组分溶液时，百分比指的是包括溶剂(例如水)的组分的重量百分比，除非另有说明。
[0037]如这里所使用，所有的聚合物的分子量(Mw)是重均分子量，除非另有说明。
[0038]在阅读本公开时，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，这里所描述和说明的每一个单独的实施方式具有独立的部件和特征，这些独立的部件和特征易于与其他几种实施方式的任何特征分离或结合而不背离本实用新型的范围或精神。任何所描述的步骤可以所描述的情况的顺序来实施或以逻辑上可行的任何其他的顺序来实施。
[0039]通常，一种用于制造聚酰胺颗粒的装置可包括高压处理容器、切割器和过程控制器。所述高压处理容器可包括压力控制器(例如进口、加热组件、排出阀门)和挤出阀门。所述切割器可配置成切割从高压处理容器挤出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺颗粒。所述过程控制器可包括用于控制压力控制器的压力控制模块、用于控制切割速度的切割速度模块、用于控制挤出阀门的挤出阀门模块，以及用于计算铸造产量的产量模块。
[0040]在另一个实施例中，用于预测挤出的聚酰胺聚合物的铸造产量的铸造装置可包括流量和温度测量工具，用于测量流入铸造装置的铸造水(通常从两个或多个位置)的量、测量流入的铸造水的温度、测量流出的铸造水的温度、计算流入的铸造水和流出的铸造水之间的热传递，以及用于将热传递与铸造产量关联的关联工具。
[0041]在另一个实施方式中，用于生产聚酰胺聚合物的颗粒的装置可包括切割工具，用于以实质与聚酰胺聚合物的产量成比例的切割速度来切割挤出的聚酰胺聚合物条状物。所述装置还可进一步包括用于调整第一工艺参数的调整工具。所述第一工艺参数可选自由切割速度、挤出阀门开度，以及容器压力组成的组，并且可响应于可替代的第二工艺参数来调整，以维持聚酰胺颗粒的均一性，其中如在此所述，产量以铸造产量来计算，所述第二工艺参数可选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力组成的组。
[0042]需要注意的是，当讨论本实用新型的装置时，这些讨论的每一个都可被考虑应用于每个实施例中，不论其是否在该实施例的上下文中明确地被讨论过。因此，例如，在讨论关于一个装置的聚酰胺聚合物时，这些讨论也可用于其他装置中，反之亦然。
[0043]现在返回到本实用新型的装置，一般情况下，可在包含聚酰胺的聚合系统中使用本实用新型制造方法、铸造方法、装置等。在一个实施方式中，聚酰胺聚合物可包括，基本由尼龙6，6构成，或由尼龙6，6构成。尼龙6，6可以是纯聚合物，或者也可通过任意数量的添加剂而被改性，所述添加剂包括荧光增白剂、染料等。一般地，在本实用新型中涉及的制造方法可包括连续的方法和批次的方法，除非另有说明。这些方法通常在反应容器中进行，例如高压釜。在一个实施方式中，制造方法可为批次法。没有特别的限定，如本实用新型所述，该批次法通常为5周期法。
[0044]具体地参考尼龙6，6，根据本实用新型的实施例的典型的批次生产规模可在多个实施例中为从约100Kg至约2600Kg，或者从100Kg至1500Kg，或者从1300至2600Kg，且可在批次生产期间，在高压釜中循环约90至150分钟，或者100至120分钟。也可使用在上述范围以外批次生产规模和时间，这取决于设备和聚合物的选择，或在相关【技术领域】的技术人员的知识范围内的其他考虑因素。一般情况下，聚酰胺的尼龙的可作为盐加入。在一个实施方式中，尼龙可以是尼龙6，6盐，且可以约50重量％至95重量％的范围内的量存在于聚酰胺中。
[0045]在本实用新型的聚酰胺的聚合中可使用多种工艺参数，包括温度和压力。在一个实施方式中，温度可在约190°C至约290°C的范围内，且某些周期期间的自发压力或其他压力可在约250磅每平方英寸绝对值(psia)至约300磅每平方英寸绝对值(psia)的范围内。另外，在另一个实施方式中，在某些周期期间，可在小于1torr的压力的真空条件下进行加热。
[0046]—般情况下，用于生产聚酰胺颗粒的本实用新型的方法可通过高压釜和挤出/铸造过程来实现。在一个实施方式中，所述方法可通过浓缩浆料或从提供至高压处理容器的聚酰胺盐(例如尼龙6，6盐)的水溶液来制备的聚酰胺溶液开始。任选地，可稀释所述浆料并通过蒸发步骤来变得更加浓缩。在一个实施方式中，可根据现有技术已知的方法，从单体己二胺和己二酸的水溶液来制备浆料。在另一个具体的实施方式中，当尼龙6，6单体水溶液是己内酰胺水溶液的形式时，所述浆料可含有少量的尼龙6单体。在一个实施例中，高压处理容器可随后被加热至约230°C (或其他功能温度)使得内部自发压力上升。可任选地将消光剂、二氧化钛(T12)注入高压釜和作为水性分散体的单体混合物中。
[0047]聚酰胺溶液或稠化浆料混合物可随后在高压釜中加热至约245°C (或某些其他功能温度)。当在该温度时，高压釜的压力可降低至大气压，并通过以已知方式使用真空来进一步降低压力，以形成聚酰胺组合物。在该温度和/或压力下保持含有聚酰胺组合物的所述高压釜约30分钟。例如接着该步骤，进一步在高压釜中将聚酰胺聚合物组合物加热至约2850C，并且将干燥氮气引入高压处理容器，并通过引入干燥氮气至约4至约5bar的绝对压力来加压所述高压釜。
[0048]在聚合之后，可通过铸造过程来挤出聚酰胺聚合物以生产聚酰胺颗粒。一般地，铸造产量是此铸造工艺的参数，并可用于在聚酰胺颗粒的生产中调整其他铸造工艺参数。如此处讨论的，本发明提供了实时预测铸造产量的方法。该铸造产量的预测可用于调整其他颗粒化工艺参数以提供颗粒的均一性，所述颗粒的均一性之前对于聚酰胺高压釜铸造工艺来说很难实现。一般地，使用热传递模型来计算瞬时铸造产量，所述热传递模型使用了铸造水的测量的温度和流速。在本发明的实施例中，显示和描述了多种热传递模型，但应理解，在每种形式(例如公式1-1II)，可使用同样的平衡。可用正数或负数来调整常量。理解了这些，在一个实施方式中，可使用如公式I所示的热传递模型来计算铸造产量(TP):
[0049]TP=TP 模型 +TP 偏差 (I )
[0050]其中，TP偏差基于容器，从公式II计算得出TP模型:
[0051]TP模型=(流入温度-流出温度-a-(b*流I)-(c*流2))/d (II)
[0052]其中，
[0053]流入温度=进入的铸造水的测量的温度
[0054]流出温度=出去的铸造水的测量的温度
[0055]流1=进入第一位置(例如，水滑道)的铸造水的测量的流速；以及
[0056]流2=进入第二位置(例如，切割器)的水的测量的温度，并且其中a、b、c和d为取决于储库(bank)的独立的常量。
[0057]一般来说，流入温度相当于与在接触挤出的聚合物之前流入铸造工艺的水的温度。所述流出温度一般相当于在接触挤出的聚合物之后离开铸造操作的水的温度。如此，这些铸造水温度可用于计算挤出的聚合物到铸造水的热传递。一般来说，a、b、c和d对于特定的铸造装置，可通过实验得到。流入的铸造水的温度可控制在5°C以内、2°C以内、1°C以内或0.5°C以内。流程的铸造水的温度由于与挤出的聚合物接触而提高。如本发明所述，TP模型使用该温度差来计算产量。该TP模型可允许铸造产量的精准且一致的预测。
[0058]在一个可替代但相关的实施例中，在颗粒化期间，可使用类似的能量平衡模型来计算所述铸造产量。在此所述的所述模型可使用两种测量的水流、两种温度(进入的水温度和干燥器下游的水温度)，以及一系列常量。在该实施例中，铸造产量(TP)模型在公式III中显示:
[0059]TP=(P1-P2-C4*P3_C2*P4)/C3+P5 (III)
[0060]其中，
[0061]Pl=干燥器下游的铸造水的测量的温度
[0062]P2=进入的铸造水的测量的温度
[0063]P3=测量的铸造水流I
[0064]P4=测量的铸造水流2
[0065]P5=常量，并且
[0066]C1-C4=水流和/或其他过程的系数。
[0067]为了提供对于一个特定系统的一个实施例，常量/系数可为P5=_0.76213，Cl=-0.6105, C2=-0.88531, C3=3.63958, C4=27.7428。这些是通过实施例的方式对特定装置来给出，并且在任何情况下都不应该理解为限制性的。本领域的技术人员能对特定情形或装置来推导出这些常量/系数。
[0068]在另一个实施例中，为了得到产量和工艺变量之间的准确关系，可进行实验，其中确定了对于流1、流2和产量的一套工艺设定，然后也确定了对所有这些预定的设置的加入和流出的冷却水之间的测量的温度差这给出了 TP作为X，温度上升作为Y的模型，导致关系(流出温度-流入温度)=C4+C3*产量+Cl*流1*C2*流2。因为在该关系中产量是X变量中的一个，可将所述公式重新排列以得到产量作为Y。因此，在另一个实施例中，TP=-7.6225+0.27476* (流出温度-流入温度)+0.1677*流1+0.24325*流2。应注意，这是公式I的一个可替代的版本。
[0069]在关于公式I的进一步细节中，如本领域的技术人员可理解的，可计算TP偏差。然而，在一个实施例中，产量模型的协调可通过调整偏差来实现，所述偏差是使用例如下列算式从原材料批次重量和综合产量批次重量之间的差来计算的:
[0070]
?ΜΜ τρ揖型’新 =偏差 TP馍型，旧 *0.8+(批次重量1-批次重量2)*0.2
铸造时间(IV)
[0071]本实用新型所述的聚酰胺聚合物也可使用催化剂来制备。在一个实施方式中，聚酰胺中可存在1ppm (重量)至100ppm (重量)范围内的量的催化剂。另一方面,催化剂可以1ppm (重量)至10ppm (重量)范围内的量存在。没有限定，催化剂可包括磷酸、亚磷酸、连二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、这些化合物的盐以及其混合物。在一个实施方式中，催化剂为次磷酸钠、次磷酸锰、苯基亚磷酸钠、苯基磷酸钠、苯基亚磷酸钾、苯基磷酸钾、二苯基亚磷酸己二胺盐、甲苯基亚磷酸钾或其混合物。一方面，催化剂可以是次磷酸钠。
[0072]可通过添加荧光增白剂来改善根据本实用新型的实施方式公开的聚酰胺和聚酰胺组合物的外观白度。这些聚酰胺可表现永久的白度改进，并且可通过如热定型的操作来保持该白度改进。在一个实施方式中，聚酰胺中可存在0.01重量％至I重量％的范围内的量的荧光增白剂。一方面，荧光增白剂可为二氧化钛。
[0073]此外，可使用抗氧化稳定剂、抗菌添加剂等来制备这些聚酰胺聚合物。另外，可使用消泡添加剂来制备聚酰胺聚合物。在一个实施方式中，聚酰胺中可存在Ippm (重量)至500ppm (重量)的范围内的量的消泡添加剂。
[0074]根据本实用新型的实施方式公开的聚酰胺聚合物是天生酸性可染的，但是也可通过在聚合物中共聚阳离子染料来改性这些聚合物或共聚物，而将其转化成碱性染色形态。这些改性使得组合物特别接受用碱性染料的染色。
[0075]现在转到图1A和1B，其显示了两个示例性的搅拌高压釜的横截面示意图。这些图不必要按比例绘制，且没有显示搅拌高压釜中通常存在的每个和所有细节，而是选择选择性地显示了与本实用新型特别相关的特征的示意性表示。因此，在本实施例中，搅拌高压釜10可包括高压处理容器20和搅拌器或螺旋22。尽管显示了搅拌器和螺旋，但其不是必要的。所述容器包括容器壁24，其通常为电镀容器壁，并且设置所述容器壁和/或其他结构以支撑一个或多个类型的加热组件26a和26b。在本实施例中，26a显示了外部夹套加热组件，26b显示了内部加热组件。需要注意的是，图1A中的加热组件置于相对靠近搅拌器处，这比较典型；而图1B中的加热组件置于更靠近容器壁处，这对于非搅拌型高压釜来说可更为典型。但是，如所述，加热元件的位置可通本领域技术人员在考虑本实用新型后来确定。在另一个实施例中，在两个位置都可存在加热元件，即靠近容器壁和靠近搅拌器。
[0076]外部夹套加热组件26a可用于升高容器中含有的可聚合组分或聚合物的温度，而内部加热组件26b尤其可用于阻止聚合物变得附着于容器壁和/或搅拌器的内表面。如图1A所示，除了显示了内部加热组件,还存在一对更新棒(refresher bars),其与中心搅拌器或螺旋22—起工作以更新聚合物。搅拌器工作以将聚合物沿着中心部分向上移动，且当搅拌熔化的聚合物时，使用所述一对更新棒通过从侧壁表面移除聚合物来更新熔化的聚合物。这种设置可改善系统中的传热，并且可以降低由搅拌器引起的涡流的高度。在任一种情况下，都需要注意的是，尽管在截面图上示意性地显示了内部加热组件，但需要理解的是可使用任何形状或结构的内部加热组件。还需要注意的是所述加热组件可被构造或设置成可携带现有技术中的任何流体(包括气体和/或液体)，用于为高压釜提供热量。还显示了进口阀门28和高压釜通风孔30，并且所述进口阀门28和高压釜通风孔30可作为压力控制器来一起使用或单独使用(与加热组件26a和26b —起，其也可控制压力)。未显示加压装置或压力源，但是可理解的是当要外加压力时可存在所述加压装置或压力源。或者，正如本领域可理解的，可通过添加热量来增加压力，而通过排空来降低压力。进一步地,高压处理容器的底部为阀门开口 32。本图没有显示挤出阀门，但这是高压釜中制备的聚合物被挤出以用于进一步加工的位置。需要注意的是，如本领域技术人员可以理解的，不管这些进口、阀门、通风孔等的描述和显示的位置，与所显示的相比，可不一样地使用这些或其他的端口，用于使用者设计的任何目的。还需要注意的是，提供该在高压釜中形成聚酰胺聚合物的示例性的高压处理容器和步骤仅用于示例性的目的，正如可使用任意数量的其他的工艺过程、高压釜和添加剂来生产聚酰胺聚合物。不论聚合物如何在高压釜中制备，总体上描述的在该方法中的这一点是本实用新型的主要目的，即铸造来自聚合容器的聚合物，以及预测铸造产量。
[0077]如本实用新型所述，本实用新型提供了通过切割挤出的聚酰胺聚合物并调整多种工艺参数来形成聚酰胺聚合物的颗粒的装置。尤其是，本实用新型用于生产聚酰胺颗粒的装置允许响应于上述的另外的一种工艺参数的改变来调节第一工艺参数，所述第一工艺参数包括切割速度、挤出阀门开度和容器压力。另外，一方面，可响应于第三工艺参数来调整两个工艺参数。在一个实施方式中，尽管可调节任何工艺参数或两个工艺参数，被调节的工艺参数可以是或者可以包括容器压力。另一方面，被调节的工艺参数可以是或可以包括挤出阀门开度。另一方面，被调节的工艺参数可以是或可以包括切割速度。可基于铸造产量来调整这些工艺参数以维持聚酰胺颗粒的均一性，其中可根据本实用新型来预测铸造产量。
[0078]现在转到图2，用于制造聚酰胺颗粒的装置可包括容器20，如类似于图1所示的高压爸，所述容器20包括压力控制器(其可以是进口管线/阀门28、排出管线/阀门30和/或加热组件26的形式)。需要注意的是，尽管显示了外部夹套的加热组件，但可以替换为或增加内部加热组件。还显示了用于将聚合物通过模具板或其他挤出结构挤出的挤出阀门34。所述装置还可包括切割器36，所述切割器配置成具有适合切割聚酰胺颗粒的切割速度。例如，所述切割器可以是回转切割器，其配置成当被挤出的聚合物通过它时非常快地切割。所述装置还可包括过程控制器60，其可包括压力控制模块70、切割速度模块80和挤出阀门模块90。所述装置还可包括板38、浆料搜集设备40、浆料管道42和干燥器/旋转器44。
[0079]在关于所述装置的过程控制器60的进一步详细说明中，可使用多种模块70、80、90、100来自动地实施自动化装置的一般功能或工艺步骤。例如，可通过压力控制单元70来控制压力阀门28、高压釜通风口 30和加热组件26，以允许压力的调节。可通过切割速度模块80来控制切割器36。可通过挤出阀门模块90来控制挤出阀门34。可使用测量模块100来计算预测的铸造产量。可存在的其他模块(未显示)，包括但不限于搅拌器模块、干燥器模块、加热组件模块等。所述模块可同时工作，来以导致均一的聚酰胺颗粒的方式提供自动化系统。
[0080]图3阐述了说明实施例的图，在实施例中，这些模块同时工作实现了根据本实用新型的实施例的卓越的均一性。具体地，图3说明了根据本实用新型的实施方式的装置的工艺参数的铸造图。具体地，该图提供了在铸造期间作为时间的函数的通过单次批次铸造方法的高压釜压力、来自高压釜的聚酰胺聚合物的产量、线性化的挤出阀图，以及切割速度。如图所示，调节多种工艺参数来在高的切割速度下提供基本恒定的产量，并由此提供可保持颗粒均一性的同时还保持高生产速率的自动化方法。
[0081]在图3的图表中还需要注意改变了切割速率，且切割速率与产量基本成比例，即当产量上升或下降(如图表所示)，切割速度同样分别地上升和下降。由于术语“基本上”涉及产量和切割速度成比例或相对匹配，其可定义为任何匹配度，在该匹配度下，均一的一批颗粒的平均质量，是所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内。通过基本匹配切割速度对产量的相对移动，可保持均一性。结果，压力控制器和挤出阀门的使用保持了产量在合理的范围，以用于实现有效的切剖面。例如，在通过适合的压力和线性阀门开度来提供的高产量的有效率的系统中，可将切割速度与产量进行相对匹配。应注意当产量上升时，切割速度也上升。
[0082]返回到图2，如本实用新型所述，容器20的压力可以是自发的，或者可从外部压力源来生成。另外，可使用压力源(未显示)和压力阀门28和/或通风孔30来调节压力。挤出阀门34—般控制开度，聚酰胺聚合物自所述开度被挤出。在一些方面，挤出阀门开度可被称为挤出阀门的线性开度。这里使用的“线性”指的是相当于所述阀门的开口(即开启区域)比通过开口挤出的材料的百分比的数学变换。例如，50%的“线性”开度指的是指自100%(100%指的是完全打开阀门时的最大容量)的总量中从开口挤出50%的材料，即使阀门开度(即开启区域)可能不是总的可得开度的50%。需要注意的是，当阀门没有设定接近100%打开时，存在远远更多的聚酰胺聚合物的产量的控制。当阀门接近70%或80%开度时，对产量的控制显著降低。例如，将阀门的开度从40%改变至50%对产量具有相对显著的效果，而将阀门从80%开到90%对产量具有很小的效果。因此，理想的是保持阀门尽可能在约30%至70%开度的范围内，并且更典型地在聚合物铸造过程期间保持在35%至60%的范围内。为了完成这个目标，可改变压力和/或切割速度来保持阀门开度在理想的范围内。尽管描述了这些，但这些并不是严格要求的。这只是提供了一种机制，以保持关于挤压阀的开度的最大的灵活性。
[0083]返回至工艺参数的多种调节，可响应于其他工艺参数的变化进行所述多种工艺参数的调节，需要注意工艺参数的调节可依次或同时进行(或在重叠的时间内依次进行)。在一个实施方式中，可响应于第三工艺参数的变化来调节一个以上的工艺参数。为了提供实施例来说明为什么这些工艺参数可从改变中获益，需要注意一旦从高压处理容器中开始挤出过程，通常其中含有的聚酰胺聚合物还没有完全结束其聚合过程。因此，聚酰胺聚合物在挤出过程期间会继续进一步稠化。已经发现，在这种条件下不能通过单独增加压力来简单地保持产量以及更重要的颗粒均一性。同样地，仅仅进一步打开挤出阀门34也不会总是充分地弥补稠化的聚合物。此外，即使通过一起控制这些参数中的两个，如果不是基于产量的变化来调整切割速度，聚酰胺颗粒的均一性也会受到损害。
[0084]因此，本实用新型的装置包括使用变化的压力、变化的阀门开度以及变化的切割速度来控制产率，并因此控制颗粒均一性，以有效的手段来实现均一的颗粒。因此，在一个具体的实施例中，示例性的产量可在2至10吨每小时或5至9吨每小时的范围内，或更特别地，6至8吨每小时。在挤出期间的示例性的压力可在O至12巴、I至10巴，或5至10巴的范围内。示例性的阀门开度水平可在30%至70%的范围内，或45%至65%的范围内。使用螺旋切割器或其他类似的旋转切割器的示例性的切割速度在100至2000RPM的范围内、400至1800RPM，或600至1500RPM的范围内。通常，在铸造期间，将这些工艺参数保持在这些范围内，并且通过在这些范围内调整所述参数，可实现聚酰胺颗粒的均一性。尽管陈述了上述这些，也可使用在这些范围以外的工艺参数，只要可保持如本实用新型所述的颗粒均一性。
[0085]可至少部分地通过挤出阀门34开度来控制产量，可由切割器36控制切割速度，并且可由一个或多个压力控制器26、28、30来控制压力来控制产量。尽管可调节超过一个工艺参数来提供聚酰胺颗粒，在一个具体的实施方式中，压力和/或切割速度可允许在线性开度为30%至70%、35至65%或40%至60%的范围内操作挤出阀门。另外，为了提供理想的效率，在一个实施方式中，在大系统中，产量可至少为5吨/小时，或至少7吨/小时，且调节工艺参数可维持目标产量在10质量％以内的范围内变化。
[0086]过程控制器60 —般通过计算机、其他计算设备或其他网络设备来与切割器36和容器网络连接。本实用新型的装置可以是使用多种模块的自动装置。在一个实施方式中，响应于切割速度或挤出阀门34的开度的改变，压力控制模块70可调整压力控制器26、28和/或30。一方面，响应于切割速度和挤出阀门的开度的改变，压力控制模块可调整压力控制器。在另一个实施方式中，响应于压力或挤出阀门的开度的改变，切割速度模块80可调整切割器36的切割速度。一方面，响应于压力和挤出阀门的开度的改变，切割速度模块可调整切割速度。在另一个实施方式中，响应于切割速度或压力的改变，挤出阀门模块可调整挤出阀门。一方面，响应于切割速度和压力的改变，挤出阀门模块可调整挤出阀门。在另一个实施方式中，所述产量模块100可基于铸造水的流速和温度来计算铸造产量。同样地，本实用新型的模块可经过程控制器同时工作，在铸造期间，以足以提供聚酰胺颗粒、尤其是一致且均一的聚酰胺颗粒的方式来调节工艺参数。
[0087]作为进一步的说明，为了更具体地强调其实施的独立性，本说明书中描述的一些功能单元被称为“模块”。例如“模块”可以是作为硬件电路来实施，所述硬件电路包括定制的超大规模集成电路(Very Large Scale Integrat1n, VLSI)电路或栅极阵列、例如逻辑芯片的现货供应的半导体、晶体管或其他离散的元件。模块还可以在可编程的硬件设备上来实施，所述可编程的硬件设备例如现场可编程栅极阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等。模块还可在用于通过多种类型的处理器来执行的软件中实施。可执行代码的识别的模块例如可包括一个或多个计算机指令块，其可被作为对象、程序或功能来组织。然而，识别的模块的可执行代码不需要物理上在一起，但可包括存储在不同位置的不同指令，所述不同位置包括模块，并且当逻辑连接在一起时，实现上述用于模块的目的。
[0088]事实上，可执行代码的模块可以是单个指令或很多指令，且甚至可是分布于几个不同代码片段上，不同程序间以及跨越几个内存设备。类似地，在模块中可在此识别和说明所述操作数据，并且可以任何合适的形式来体现操作数据，以及用合适类型的数据结构来组织所述操作数据。可以单个数据集合来收集操作数据，或者可在不同的位置分布操作数据，所述不同的位置包括不同存储设备。所述模块可以是消极的或积极的，包括可操作以执行所需功能的介质。
[0089]实施例
[0090]实施例1-产量模型的协调
[0091]产量模型的协调使用下列变量来完成:
[0092]批次重量1=从该批次的所有添加的原材料计算的预测的批次重量
[0093]批次重量2=综合产量,如下计算:
[0094]
从综合τρ模型的批次重量=在时间=t处的来自模型的产量)




t = 0
[0095]产量模型的协调通过调整偏差来完成，所述偏差是由原材料批次重量和综合产量批次重量之间的差并使用下列计算方法来计算得到:
[0096]
1-- TP 新=TP 旧 *0.8+(批次重量1-批次重量2)*0.2

铸造时间
[0097]实施例2-时间比批次重量
[0098]图4显示了对于一种特定的高压釜的的时间比来自综合产量的批次重量的趋势，所述特定的高压釜用于特定聚合物种类的一系列批次生产。每个垂直的点线表示新一轮的聚合物种类的开始。特别地，对于该高压釜-聚合物种类组合，每个新一轮常常以“过高”产量批次重量起始，其触发了 DCS以更新TP偏差来修正误差。在产量批次重量中的该误差可由聚合物特性来导致。
[0099]尽管已经以对于结构特征和/或操作特定的语言描述了本实用新型的主题，但是应理解的是，由所附的权利要求书限定的主题不一定限于上文所描述的特定的特征和操作。而是上文描述的特定的特征和动作被公开为实施权利要求的示例性形式。可进行多个改进和替代性的设置而不偏离所描述的技术的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于生产聚酰胺颗粒的铸造装置，包括: 容器，所述容器包括: 压力控制器，以及 挤出阀门； 具有切割速度的切割器；以及 过程控制器，所述过程控制器包括: 压力控制模块，用于控制压力控制器， 挤出阀门模块，用于控制挤出阀门 切割速度模块，用于控制切割速度；以及 产量模块，用于确定铸造产量， 其中，产量模块(i)基于从两个或多个位置流入的铸造水的量、流入的铸造水的温度、流出的铸造水的温度来计算流入到铸造装置的铸造水和流出所述装置的铸造水之间的热传递，并且(ii)将热传递与铸造产量关联。
2.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，配置所述装置以通过切割挤出的尼龙6，6的条状物来制造批量的尼龙6，6的均一的颗粒。
3.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，所述容器为非搅拌高压釜。
4.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，所述容器为搅拌高压釜。
5.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，所述过程控制器通过计算机来网络连接于所述切割器和所述容器。
6.根据权利要求1所述的铸造装置，其特征在于，所述压力控制器包括一个或多个排出阀门、进口阀门或加热组件。
【文档编号】C08G69/28GK203973821SQ201420173506
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2013年5月1日
【发明者】利恩·曼斯特, 唐纳德·J·福斯特 申请人:英威达科技公司