CN1005382B - 本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的工艺及立式高压釜 - Google Patents

本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的工艺及立式高压釜 Download PDF

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Abstract

能用于任何包括液相和／或固相介质的化学操作立式高压釜，尤其是用于以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的本体生产。该高压釜装有包括一搅拌器的搅拌装置，此搅拌器至少由一个桨组成，桨的形状与釜底部凹面形状相一致并连接在釜下部沿釜轴穿过釜底部的转轴上，该搅拌器能够推动釜中介质在釜下部作向心运动。在一定的搅拌器功率消耗下，不依靠更大的搅拌器驱动装置，本发明即有可能使用较大容量的高压釜。

Description

本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的工艺及立式高压釜
本发明是关于一种立式高压釜，它可以用于包括由一个液相和/或固相组成的介质的任何一种操作过程，特别是可用于本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物。本发明也涉及用这种高压釜来实现以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的本体生产工艺过程。
以氯乙烯为基本成分的单体混合物的本体聚合起初是在液态单体混合物中进行的。由于聚合物或共聚物不溶于单体混合物中，反应产物在聚合期间以固体状态析出，通过搅拌反应介质，使其以颗粒状态悬浮于液态单体混合物中。当反应介质中的聚合物或共聚物含量约达15%（按重量计）时，其粘稠性变成象搅拌酪乳似的，这粘稠性一直增加，直至单体组成不再是连续相为止，这一现象是在反应介质中聚合物或共聚物的含量达到约25%（以重量计）时出现，超过这一值反应介质就以粉状的分散状态存在。为了防止反应产物结块，通过连续不断的搅拌使反应介质维持粉状的分散状态直止聚合终了，脱除未反应的单体混合物而获得粉末状聚合物或共聚物为止。
在本发明中，“以氯乙烯为基本成分的单体混合物”这一词，或简单地说“单体混合物”一词，是指氯乙烯本身或氯乙烯和至少一个其它的能与氯乙烯共聚的单体的混合物。以上所说的以氯乙烯为基本单体成分的混合物，其中氯乙烯含量以重量计至少有70%。这里可以特别提到的能和氯乙烯共聚的单体是乙烯基乙酸酯和低分子量的烯烃，例如乙烯和丙烯。
以氯乙烯为基本成分的单体混合物的本体聚合，通常至少有一种聚合引发剂的存在下进行，它能产生自由基，如有机过氧化物或偶氮化合物。
当单体混合物的转化程度已达到要求时，得到的聚合物需要进行搅拌脱气处理，其目的是把未反应的单体混合物从聚合物或共聚物中分离出来。
获得的粉末状聚合物或共聚物，经过脱除未反应的单体混合物之后，在暴露到大气中之前，要用惰性气体（如氮气）使其压力变为一个大气压，随后通常进行筛分操作。
就工业规模来说，筛分操作是连续地进行的，其目的是从粗品中分离出标准产品，就是那些穿过具有一定尺寸筛孔的筛子的产品，筛孔尺寸的选择要根据聚合物或共聚物颗粒尺寸的分布及其所要达到的使用目的而定。实际上，粗品是树脂颗粒的粘结块，它们的商品价值较低，筛分时留在筛子的上面。
早已提出分两阶段来实现用本体聚合或本体共聚生产氯乙烯为基本成分的聚合物或共聚物。按照工艺过程，这两个阶段在各自的设备中进行。在第一阶段，直至单体混合物的转化率达到7%到15%（最好是8%到12%）为止，聚合或共聚操作是在保证反应介质的搅拌速率尽可能高的情况下完成的，然后在第二反应阶段，直至反应结束为止，把搅拌速率降到尽可能低的数值，但仍要保持是以保证在反应介质中间有良好的热量交换。按照这些方法，第一阶段在高湍流搅拌下进行，而第二阶段是在低速搅拌下进行，这两个阶段在不同的高压釜中完成，其中第一个叫做预聚合阶段，第二个叫做最后聚合阶段，这两阶段在适当的叫做预聚合釜和聚合釜的设备中进行。按照这些方法，执行第二阶段所用的反应介质，或者仅仅是由单体和在第一阶段中所产生的聚合物组成，或者是除这些单体和聚合物的混合物之外，还补充一部分以氯乙烯为基本成分的单体混合物（与第一阶段所用的相同或不相同），和一种或者多种引发剂。
这一工艺过程和与其类似而可替换的实施方法，在1382072，84958，84965，84966，85672，89025和1436744，87620，87623，87625，以及87626等法国专利及附加说明中已作了详细的说明。
根据实施该工艺过程的一个特定的方法，最后的聚合操作是在一个立式高压釜中进行的，该高压釜在公开号为2，218，350的73/05，573号法国专利中作了说明，它装有一个搅拌装置，该装置由一个搅拌器构成，此搅拌器至少由一个桨组成，浆的形状与高压釜底部凹面形状相一致并连接在一根沿高压釜轴穿过高压釜底的旋转轴上。
以下给出在本说明中所使用的尺寸，概念和符号的定义，一方面是为了说明高压釜，另一方面是为了说明任何一类至少由一个和高压釜底部凹面形状相一致的浆所组成的，并连接在一根沿高压釜轴穿过高压釜底的旋转轴上的搅拌器。
“高压釜底部”的意思是指绕高压釜的轴转动的搅拌器所扫过的体积。
R叫做“高压釜半径”，是指高压釜内表面横截面的半径，该截面垂直于穿过高压釜底法兰半径的高压釜轴。
r叫做“旋转轴半径”，是指绕高压釜轴旋转的轴所扫过的体积表面的横截面的半径，该横截面与高压釜轴呈直角。
∑1是指以高压釜轴为其轴的旋转圆柱体表面，它在与高压釜轴上任一点O成直角的平面（P）上的横截面半径等于1.05r。
∑2是指以高压釜轴为其轴的旋转圆柱体表面，它穿过离开高压釜轴最远的桨表面的某个点或一些点。
d是指在平面（P）上表面∑2的横截面的半径。
浆的“前面线”和“后面线”的意思分别是指该浆面的轮廓的前面部分和后面部分，从下面看，各部分均被包围在它与表面∑1和∑2的交点之中。
“前”部和“后”部的意思分别指在所考虑的搅拌器转动方向上的前面部分和后面部分。
（C）和（C′）表示在平面（P）上与浆的前面线和后面线相对应的投影DE和D′E′。
称为投影（C）和（C′）的“中心”点D和D′分别位于离O点距离为1.05r的地方。
分开或重合的点E和E′叫做投影（C）和（C′）的“周边”点，分别位于离O为d的位置。
C表示从投影（C）的中心点D到投影（C′）中心点D′的距离。
投影（C）上任意点F的“弯曲角”的意思是OX，FY的夹角。该角由点O朝点F方向作一条通过点F的直线OX，和在点F作一条和投影（C）相切，在投影（C）上由中心点D指向周边点E的切线FY所构成。上述角以所考虑的旋转方向为正。
按照语言习惯使用在投影（C）上一点的“切线”这一术语，是不考虑上述点是在所说的投影的曲线部分还是在直线部分。所说的点在上述投影的直线部分的情况下，直线部分任一点的投影的切线是一条含有该直线段的直线。
浆的“正面”的意思是指浆的正面部分，该浆以搅拌器围绕高压釜轴旋转一周所扫过的体积的表面和∑1上的点为界。
浆的正面“轮廓”的意思是指该桨正面边界的点所组成的线。
浆的“下线”和“上线”的意思分别指浆的正面轮廓的下部和上部，每一部分以它与表面∑1相接的点以及位于表面∑2的上述轮廓的最高点为界。
“正”投影和“正”视图的意思是指在通过高压釜轴的任意一平面（Q）上的投影，它通过沿着以高压釜轴为中心的圆弧折迭到该平面（Q）上而得。
（G）和（G′）分别是指在平面（Q）上浆的下线和上线的正投影HJ和H′J，这些正投影分别简称为“投影”（G）和“投影”（G′）。
点H和H′被称为投影（G）和（G′）的中心点，它们分别位于离高压釜轴等于1.05r的位置。
结合点J是投影（G）和（G′）的共同点，它称为投影（G）和（或）投影（G′）的“最边缘”点，位于离高压釜轴的距离为d的位置。
h是指从结合点J到高压釜法蓝半径的距离，以垂直方向测量这一距离，并以法蓝半径为原点从底向上为正。
e′是指从投影（G）的中心点H到投影（G′）的中心点H′的距离。
S是指以浆的正面轮廓的正投影为界的表面的表面积。
（S）是指在和浆的前面线上任一点M成直角的平面上浆的横截面。
M′，N和N′分别指浆的后面线、浆的正面轮廓的下线和上线与横截面（S）的交点。
a1，a2，a3和a4是指与横截面（S）外接且两条边为水平的距形的顶点。
a1a2，a3a4，a1a4，和a2a3分别指上述矩形的边，不论横截面（S）的形状如何，点M，M′，N和N′均在矩形的这些边上。
至今仍使用的任一种这类搅拌器（在本说明中称为“Bo搅拌器”）的各个浆有以下的特征：浆的前面线和后面线的投影（C）和（C′）分别是直线，互相平行，它们的布置要使点O位于直线之间，不管上述Bo搅拌器所考虑的旋转方向如何，在投影（C）上任一点F的弯曲角α均是负的，该Bo搅拌器不论按其两种旋转方向的那一种旋转，它都在高压釜下部推动介质作离心运动。
附图的第1页的图1、2和3给出了Bo搅拌器一个浆的图作为一个典型例子：
图1是一平面图。
图2是一正视图。
图3是一个沿图1Ⅲ-Ⅲ线，和该浆前面线成直角的断面图。
在图1中，投影（C）和（C′）是直线，它们对于通过O的直线呈对称。
在图3中，断面（S）是一个直角梯形，其锐角顶点位于该浆的前面线和正面轮廓的下线上，上述这两条线恰好重合，梯形的长底边等于高，为其短底边边长的两倍，它和水平线成7度角。
Bo搅拌器在工艺过程的某些关键时刻，特别在聚合操作的末尾和聚合物脱气处理时期，其消耗功率要求为该搅拌器提供较大的驱动装置。
按照本发明的高压釜不会有上述的缺点。
本发明的目的是提供一种能够克服上述缺点的具有立式轴的高压釜，它装有一搅拌装置，该装置由一个搅拌器构成，此搅拌器至少由一个浆组成，浆的形状和高压釜底凹面形状相一致并连接在沿高压釜轴穿过高压釜底的旋转轴上。
按照本发明，所用的搅拌器能够在高压釜下部推动介质作向心运动。
更可取的是，该搅拌器至少能够推动位于高压釜下部最小工作区域的介质体积的任何组成部分作向心运动。
在本说明中，高压釜下部的“最小工作”区域的意思是指高压釜下部以高压釜轴为为旋转轴的旋转圆柱体表面所包围的区域，此区域在平面（P）上的横断面的半径，在第一种情况下，等于r+0.2d，在另一种情况下等于0.9d。
上述的搅拌器能够完成其两个旋转方向中那个被表示为该搅拌器“适宜的”转动方向所指明的功能。
在以下的说明中，上述的搅拌器称为“本发明的搅拌器”。
实际上，申请公司已发现，当本发明的搅拌器在给定的旋转速率下，按适宜的旋转方向旋转时，在分两步各自在独立的设备中来实现的本体生产氯乙烯为基本成分的聚合物的工艺过程中的最终操作期间，以及在所得到的聚合物的脱气处理期间，本发明的搅拌器的最大消耗功率小于（其他情况等于）与所研究的本发明的搅拌器相对应的Bo搅拌器按适宜方向旋转时的最大功率消耗。
在本说明中，所谓的与所研究的本发明的搅拌器“相对应”的Bo搅拌器的意思是指任一Bo搅拌器其形状和尺寸如下：
它也具有和所研究的本发明的搅拌器同样多的浆，它们的相互角的安排与所研究的本发明的搅拌器的浆的相互角的安排相同，或以倒映对称安排。
其转轴半径r等于所研究的本发明的搅拌器的转动轴半径，以及
与Bo搅拌器每一个浆有关的距离d和h以及表面积S，分别等于所研究的本发明的搅拌的具有对应的角度安排的浆的d、h和s。
在本说明中，与所研究的本发明的搅拌器相对应的Bo搅拌器的“适宜的”旋转方向的意思是指按此方向旋转动力消耗最低（其他情况相等）。
申请公司已发现，在去除未反应的单体混合物的脱气期间，例如对于以氯乙烯为基本成分的聚合物的表观密度在0.55g/cm3到0.65g/cm3之间，平均颗粒直径在100和150μm之间的情况，观察到的功率消耗减少15%到20%。作为一个例子，如附图第2页图4所示，它是在容量为36m3的高压釜中用所研究的搅拌器搅拌上述聚合物的结果，其中的曲线表示消耗功率的大小KW（用纵坐标表示）与所研究的搅拌器的转速（转/分）（用横坐标表示）的函数关系。在图4中的曲线L和Lo分别表示本发明的搅拌器和与本发明的搅拌器相对应的Bo搅拌器的结果。
因此这就使其可能，在给定的功率下，搅拌器不必依靠更大的驱动装置，而可用更大容量的高压釜。例如，申请公司发现，在容量为65m3的本发明的高压釜中进行最后的聚合操作和脱气处理得到的聚合物时，在同样的搅拌条件下，其所消耗的最大功率不高于（其他情况下等于）在容量为50m3装有Bo搅拌器的高压釜中的最大消耗功率。
申请公司还发现，使用本发明的搅拌器时所得到的标准产品的重量比例，一般大于（其他情况等于）使用Bo搅拌器（相应于所述的本发明的搅拌器）时所得的标准产品的重量。
申请公司还发现，应用本发明的搅拌器所述聚合物的翻匀时间比应用Bo搅拌器（相应于本发明的搅拌器）的翻匀时间要短得多，而可可能比后者缩短5倍。
翻匀时间是指在规定的旋转速率下，由于所考虑的搅拌器的旋转，使所用聚合物的着色部分均匀地分散到其余的未着色部分所需要的时间。所用的聚合物量相当于每m3高压釜容量约0.4吨。聚合物着色部分相当于所用聚合物的1%（以重量计）。当着色的聚合物加入装有未着色聚合物的高压釜后，开始搅拌，用肉眼观察，当聚合物的颜色变为均匀的时刻被定义为达到均匀分散的时刻。翻匀时间就是指从开始搅拌到获得均匀分散的时间。
在盛有所述聚合物的所用的高压釜中，用本发明的搅拌器的旋转来确定本发明的搅拌器的翻匀时间。
Bo搅拌器的翻匀时间则是在盛有所述聚合物的所用高压釜中，用Bo搅拌器代替本发明的搅拌器时，用它的旋转来确定。
翻匀时间是所考虑的搅拌器以适宜的旋转方向旋转所获得的时间。
本发明的另一种较好的可供选择的实施方案是具有一个弯曲形桨的搅拌器。
在本说明中，具有一个“弯曲形浆”的搅拌器的意思是指一个这样的搅拌器，在这搅拌器中搅拌浆的前面线（按该搅拌器两旋转方向之一）投影（C）的最小工作部分中心角φ在+5和+90之间。
在本发明中，投影（C）的“最小工作”部分是指投影（C）的K1K2部分，该K1K2部分是部分前面线在平面（P）上的投影，这部分前面线位于最小工作区域内，并以该区域的表面与它的交点为界。
点K1和K2分别称为投影（C）最小工作部分的“中心”点和“边缘”点，它们离点O的距离，对于点K1等于r+0.2d，而对于点K2等于0.9d。
在本说明中，投影（C）的最小工作部分的“中心角φ”是指夹角，取所采取的旋转方向为正。
根据所采取旋转方向是顺时针方向还是反时针方向，该浆叫做“具有形状向右弯曲的浆”或“具有形状向左弯曲的浆”，简称为“向右弯曲浆”或“向左弯曲浆”。
所采取的旋转方向是应用本发明的浆的“适宜”的旋转方向。
按照作为一个较好的方案提出的具有弯曲形状的浆的实施方案，在投影（C）最小工作部分上任一点F的弯曲角α是在0度和+90度之间。
按照作为一个更好的方案提出的具有弯曲形状的浆的实施方案，在投影（C）最小工作部分上的任一点F的弯曲角α是在+8度和+45度之间。
弯曲角有可能是变化的，例如，从投影（C）最小工作部分的中心点k1到边缘点k2，弯曲角或者是连续地增加，或者是连续地减少，或者是常数。
点F处的弯曲角α的值，对于该浆来说，决定着（其他情况相等）穿过以高压釜轴为其轴而经过点F的回旋圆柱体表面的介质的向心流量的值。当α角为0或等于+90度时，该向心流量为0，当弯曲角α为+45度，该向心流量最大。当弯曲角α从0度增加到+45度时，向心流量是弯曲角的增函数。当弯曲角α从+45度增加到+90度时，向心流量是弯曲角的减函数。
作为例子，弯曲角α可能从投影（C）的最小工作部分的中心点k1到边缘点k2实际上是常数。
“实际上是常数”的意思是弯曲角α与平均值的差不大于5度。
具有上述弯曲形浆的一种较好的实施方案的弯曲形浆的搅拌器的说明如下：
半径r一般在0.1R到0.25R之间。
距离d至多稍小于R，通常至少等于0.5R。
比值r/d通常在0.1到0.5之间。
距离h通常在-0.65R到+0.3R之间。
投影（C′）的形状及其相对于投影（C）的位置的选择不是至关重要的。
距离e通常最多等于2r，而最好是0.75r到1.5r之间。
距离e′通常是在0.05R到0.5R之间。
表面积S通常是在0.1R2到0.5R2之间。
对断面（S）的形状不是很关键的。作为例子，在其前面线上任一点M（该点在平面（P）上的投影是位于投影（C）最小工作部分上的点）上的断面（S）是这样的：
距离比Ma1/a1a2小于0.20而最好是小于0.05。
位于搅拌浆的正面的上述断面之MN′部分其侧形基本上是直线，它与边a1a2形成角β，在前面线上的那一点（该点在平面（P）上的投影（C）最小工作部分的中心点k1）处角β等于0度或至多等于+45度，当点M沿前面线，按从投影（C）的最小工作部分的中心点k1到边缘点k2的方向移动时，角β逐步地减小，最终变为0。
距离比Na1/a1a4小于0.20，而最好是小于0.15，以及
上述断面之NM′部分处于搅拌浆的从下面向上看可见的面上，其侧形基本上是直线，它与边a1a4形成角r，其大小在3度和10度之间，而最好是5度和10度之间。
由于考虑机械特性，横截面（S）的情况是当点M沿前面线，按从投影（C）的中心点D到边缘点E的方向移动时，与横截面（S）外接并具有两条水平边的距形的边长最好减少。
本发明的搅拌器由几个搅拌浆组成是有益的，浆的形状最好相同，浆数不限。在本发明的搅拌器有几个浆的情况下，每个浆应这样设计和安排，即对于本发明的所有的搅拌器来说每一个搅拌器（由每一个独立的浆构成）的合适的旋转方向都一样。一般这些浆均匀地排列在高压釜轴的周围。因此，在两个浆的情况下，最好把浆对称地安排在高压釜轴两边。当本发明的搅拌器有三个浆时，这些浆一个接一个地互成120度角。
按照本发明的高压釜中的搅拌装置也可以包括至少一个另外的搅拌器，这另一个搅拌器或另几个搅拌器和本发明的搅拌器分别独立地控制。该另外一个搅拌器可以有一个穿过高压釜顶部的旋转轴。搅拌装置可由一个另外的搅拌器组成，它的旋转轴最好是沿高压釜的轴。搅拌装置也可以由几个另外的搅拌器组成，它们最好围绕高压釜轴匀称地排列。
另外一个搅拌器可以是基本上由盘绕其转轴的螺旋扁条组成。因此，当它以两种旋转方向之一（该方向称为该搅拌器的适宜的旋转方向）旋转时，能够推动反应介质作上升运动。根据本发明的搅拌器和另一个搅拌器的设计的不同，另一个搅拌器的适宜旋转方向可以与本发明的搅拌器相同或者和本发明的适宜旋转方向相反。特别是，另外的搅拌器可以是如公布号为2328722的75/32124号法国专利中所描述的那样。
本发明的搅拌器和另外的搅拌器可以是空心的，并且可以通冷却流体。
下面作为一个例子给出了按照本发明的一个高压釜的实施方案的说明，参照附图第3和第4页的图5到图10。
图5是沿高压釜轴向的垂直剖面图。
图6是沿图5Ⅵ-Ⅵ线的横断面图。
图7和图8是高压釜部件图和本发明的搅拌器部件图（包括其中一个浆）。
图7是一平面图。
图8是一正视图。
图9和图10是沿图7Ⅸ-Ⅸ线和Ⅹ-Ⅹ线与上述浆的前面线成直角的断面图。
该高压釜装有一个由本发明的具有两个向左弯曲的浆的搅拌器和另一个搅拌器组成的搅拌装置，其中另一个搅拌器的转轴沿高压釜轴穿过高压釜的顶部，本发明的搅拌器和另一个搅拌器分别单独地进行控制。
高压釜1有一立轴，外面包有夹套2，热交换用的流体在其中循环，从管3进入从管4流出。在高压釜的上部装有管5与管6，管5用来装入预聚合物和所需的反应物质，如果需要的话也从此管加入单体。管6用于在操作终了排出未反应的单体混合物。在高压釜的底部有一为卸出聚合物的管7。
旋转轴9穿过高压釜1的底8，该轴装有两根与该高压釜的轴呈对称排列的浆，该轴靠轴承11支撑，依靠由填料盒或机械密封装置所组成的装置12以保证旋转轴9和高压釜底之间的密封。
旋转轴13沿高压釜轴穿过高压釜的顶部，该轴靠轴承14支撑，依靠密封装置15（填料盒或机械密封装置）以保证该旋转轴和高压釜顶部之间的密封，在公布号为2，328，722的75/32，124号法国专利上已说明过的这类扁条16以螺旋状盘绕在转轴13上。
本发明的高压釜特别适于完成分两个阶段（每个阶段在各自的设备中进行）来进行以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的本体生产的工艺过程中的最后聚合或共聚操作。
按本发明工艺过程的一种可供选择的实施方案，第一阶段，以氯乙烯为主的单体混合物在高湍流搅拌的条件下实现聚合或共聚操作，直至单体混合物的转化率达3%-15%为止，在第二阶段，如果合适的话，在反应介质中，补充加入一定量的以氯乙烯为主的单体混合物（和第一阶段用的相同或不同）然后，在这样形成的反应介质中，在本发明的高压釜内，以慢速搅拌实现最后的聚合或共聚操作。
根据所述的可供选择的实施方案，在第二阶段，反应介质受到具有一根沿高压釜轴穿过高压釜顶部的旋转轴的基本上由缠绕其转轴的螺旋扁条所组成的搅拌器的作用，而在高压釜轴的周围形成一搅拌区，反应介质还受到本发明的搅拌器的作用，同时而单独地在高压釜下部形成另外一个搅拌区。
根据所述的可供选择的实施方案，在高压釜的下部本发明的搅拌器，推动反应介质作向心运动。
按照本发明的工艺过程，可以应用任何一种可用于本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的聚合引发剂，通常，自由基引发剂比如有机过氧化物，如过氧化十二酰，过氧化乙酰环己烷磺酰，异丁基过氧化物，过氧化二氯乙酰，过氧化三氯乙酰;过氧化二碳酸酯如乙基过氧化二碳酸酯，乙基己基过氧化二碳酸酯，异丙基过氧化二碳酸酯或异丁基过氧化二碳酸酯;特丁基过甲氧基醋酸酯;特丁基过乙氧基醋酸酯;特丁基过2-苯氧基丙酸酯;和偶氮化合物如2，2′-双偶氮（2，4二甲基戊腈）。通常聚合引发剂（一种或多种）用量以重量计为所用的总单体混合物的0.001-0.006%（用活性氧来表示）。
聚合温度通常在10和80℃之间，而最好是30和75℃之间。
下面给出几个例子目的是举例说明本发明而不包含任何限制的意思。
例1，3，5，7，9，11，12是根据本发明的实例。
给出例2，4，6，8，10，13和15以便比较。
在这些例子中应用的每一个称为聚合釜的容量一定的高压釜装有由本发明的搅拌器或相应的Bo搅拌器组成的搅拌装置，这些搅拌装置的特性参数在表1中列出。
上述高压釜是不锈钢做的，并有一个外夹套。其搅拌装置还包含另外一个搅拌器，正如公布号为2，328，722的75/32，124号法国专利所描述的那样，该搅拌器是由一缠绕在一根转动轴上的螺旋扁条组成，该轴沿高压釜轴向穿过高压釜顶部。
对于每一个搅拌装置来说，另一个搅拌器的适宜的旋转方向与本发明的搅拌器的适宜旋转方向或者相应的Bo搅拌器的旋转方向是相反的。
在所有的例子中，每个搅拌器的旋转方向是所用搅拌器适宜的旋转方向。
例1到例11是关于分两阶段在各自的设备中来实现以氯乙烯为基本成分的聚合物或共聚物的本体生产。在所述的每个例子中，第二聚合阶段是在所述之一的高压釜中实现的。
通过筛孔为315μm的筛子的产品定为标准产品。
以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的粘度指数根据国际标准ISO174来确定。
例1和例2
135Kg的氯乙烯加入容量为200升的不锈钢预聚合釜中，该釜安装一个具有六个扁平叶片的“Lightnin”式涡轮所构成的搅拌器，用10公斤氯乙烯排放气吹扫该设备。还加入16.6克过氧化二碳酸乙酯（相当于1.5克活性氧）。搅拌速度固定在500转/分。
提高预聚合釜中反应介质的温度并保持在71℃，该温度相当于预聚合釜中的相对压力为12巴。
经过15分钟预聚合后，转化程度达到8%左右，预聚合物被输送到容量为0.4米的立式聚合釜中，该釜事先用20公斤氯乙烯排放气清扫，并装有130公斤氯乙烯，22.25克过氧化二碳酸乙酯（相当于2克活性氧）和75克过氧化十二酰（相当于3克活性氧）。应用本发明的搅拌器（例1）或Bo搅拌器（例2），搅拌器转速固定在30转/分，而另外一个搅拌器的转速固定在50转/分。将反应介质升温历时15分钟以上，然后维持在69℃，该温度相当于聚合釜中的相对压力为11.5巴。到达此温度之后，在聚合釜中聚合35小时。
然后进行去除未反应单体的脱气处理，脱气和用氮气破坏真空之后，搜集得到的聚氯乙烯。
例3和4
如例1那样进行预聚合。
经过15分钟预聚合之后，转化程度达到8%左右，预聚物被送到容量为0.4米3的立式聚合釜中，该釜事先用20公斤氯乙烯排放气清扫，并装有130公斤氯乙烯，27.8克过氧化乙酰苯磺酰（相当于2克活性氧）和22.25克过氧化二碳酸乙酯（相当于2克活性氧）。应用本发明的搅拌器（例3）或Bo搅拌器（例4），搅拌器的转速固定在30转/分，而另外一个搅拌器的转速固定在50转/分，反应介质升温历时15分钟以上，然后维持在55℃，该温度相当于聚合釜中的相对压力为8.1巴。达到此温度之后，在聚合釜中聚合4小时。
然后进行去除未反应单体的脱气处理，经脱气和用氮气破坏真空之后，搜集得到的聚氯乙烯。
例5和例6
133公斤氯乙烯加入例1中所使用的预聚合釜，用10公斤氯乙烯排出气清扫该装置，还加2公斤醋酸乙烯酯，5.56克过氧化乙酰环己烷磺酰（相当于0.4克活性氧），以及13.35克过氧化二碳酸乙酯（相当于1.2克活性氧）。搅拌速率固定在500转/分。
提高预聚合釜中的反应介质温度，并维持在70℃，该温度相当于预聚合釜中的相对压力为11.3巴。
经过15分钟预聚合之后，转化程度达到8%左右，预聚合物被送到容量为0.4米3的立式聚合釜中，该釜事先用15公斤氯乙烯排放气清扫，并装有125公斤氯乙烯，5公斤醋酸乙烯酯以及76.4克过氧化乙酰环己烷磺酰（相当于5.5克活性氧）。应用本发明的搅拌器（例5）或Bo搅拌器（例6），搅拌器的转速固定在30转/分，而另外一个搅拌器的转速固定在50转/分。将反应介质升温历时15分钟以上，然后维持在47℃，该温度相当于聚合釜中的相对压力为6.2巴。达到该温度之后，在聚合釜中聚合6.5小时。
然后进行去除未反应的单体混合物的脱气处理，经脱气和用氮气破坏真空之后，搜集以重量计含有98%氯乙烯2%醋酸乙烯酯的氯乙烯和醋酸乙烯酯共聚物。
例7和8
12.5吨氯乙烯加入容量为20米3不锈钢预聚合釜中，该釜装有一个由船用螺旋浆组成的搅拌器，在螺旋浆的上面装一个具有6个叶片的涡轮，用1吨氯乙烯排出气清扫该设备。还加入1.79公斤过氧化二碳酸乙酯，相当于160克活性氧。搅拌速率固定在120转/分。
提高预聚合釜中的反应介质温度并维持在67℃，该温度相当于预聚合釜中相对压力为11巴。
经过15分钟预聚合之后，转化程度达到8%左右，预聚合物被输送到容量为36米3的立式聚合釜中，该釜事先用0.5吨氯乙烯排出气清扫，并装有7.5吨氯乙烯，1.33公斤过氧化二碳酸乙酯（相当于120克活性氧），以及4.48公斤过氧化十二酰（相当于180克活性氧）。应用本发明的搅拌器（例7）或Bo搅拌器（例8），搅拌器的转速固定在20转/分，而另外一个搅拌器的转速固定在30转/分。将反应介质升温历时30分钟以上，然后维持在70℃，相当于聚合釜中的相对压力为11.9巴。达到该温度之后，在集合釜中聚合3.5小时。
然后进行去除未反应单体的脱气处理，经脱气和用氮气破坏真空之后，搜集得到的聚氯乙烯。
例9和10
18吨氯乙烯加入容量为30米3的不锈钢预聚合釜中，该釜装有一个由船用螺旋浆组成的搅拌器，在螺旋浆的上面装一个具有六个叶片的涡轮，用1吨氯乙烯排出气清扫该设备。还加入2.56公斤过过氧化二碳酸乙酯，相当于230克活性氧。搅拌速率固定在100转/分。
升高预聚合釜中的反应介质温度并维持在67℃，该温度相当于预聚合釜中相对压力为11巴。
经过15分钟预聚合之后，转化程度达到8%左右，预聚合物被输送到容量为50m3的立式聚合釜中，该釜事先用0.5吨氯乙烯排出气清扫，并装有11.5吨氯乙烯，1.89公斤过氧化二碳酸乙酯（相当于170克活性氧），以及6.47公斤过氧化十二酰（相当于260克活性氧）。应用本发明的搅拌器（例9）或Bo搅拌器（例10），搅拌器的转速固定在15转/分，而另外一个搅拌器的转速固定在25转/分。将反应介质升温历时30分钟以上，然后维持在70℃，该温度相当于聚合釜中的相对压力为11.9巴。达到该温度之后，在聚合釜中聚合3.5小时。
然后进行去除未反应单体的脱气处理，经脱气和用氮气破坏真空之后，搜集得到的聚氯乙烯。
例11
23.5吨氯乙烯加入容量为40米3的不锈钢预聚合釜中，该釜装有一个由船用螺旋浆组成的搅拌器，在螺旋浆的上面装一个具有6个叶片的涡轮，用1.5吨氯乙烯排出气清扫该设备。还加入3.34公斤过氧化二碳酸乙酯，相当于300克活性氧。搅拌速率固定在65转/分。
升高预聚合釜中反应介质的温度并维持在68℃，该温度相当于预聚合釜中相对压力为11.5巴。
经过15分钟预聚合之后，转化程度达8%左右，预聚合物被输送到具有65米3容量的立式聚合釜中，该釜事先用1吨氯乙烯排出气清扫，并装有15吨氯乙烯，2.45公斤过氧化二碳酸乙酯（相当于220克活性氧），以及8.46公斤过氧化十二酰（相当于340克活性氧）。应用本发明的搅拌器，转速固定在10转/分，而另一个搅拌器转速固定在23转/分。将反应介质升温历时30分钟以上，然后维持在70℃，该温度相当于在聚合釜中的相对压力为11.9巴。达到此温度之后，在聚合釜中聚合3.5小时。
然后进行除去未反应单体的脱气处理，经脱气和用氮气破坏真空之后，搜集得到的聚氯乙烯。
表2和表3分别列出例1到例6及例7到例11每个例子的结果：
用作聚合釜的高压釜的容量，已在前面说过，
在聚合或脱气处理期间消耗的最大功率，
搜集到的聚合物量，以及
以重量计标准产品的含量。
表中还指出：
为标准产品所规定的粘度指数、表观密度和平均颗粒直径。
例12至15
这些例子是关于应用本发明的搅拌器（例12和14）以及应用Bo搅拌器（例13和15）时的消耗功率和翻匀时间的确定，这些搅拌器在装有以氯乙烯为基本成分的聚合物的高压釜中旋转。所述聚合物的表现密度为0.6克/厘米3，而其平均颗粒直径为120微米。
表4列出各个例子中的高压釜容量，所用的聚合物量，应用本发明的搅拌器或相应的Bo搅拌器的旋转速率，功率消耗和翻匀时间。
表1
本发明搅拌器和Bo搅拌器的特征
高压釜容量（米3） 0.4 36 50 65
本发明的搅拌器和相应的Bo搅拌器
的共同特征参数：
浆的数目 2 2 2 2
浆之间的角度（度） 180 180 180 180
r/R 0.11 0.13 0.12 0.13
d/R 0.98 0.89 0.85 0.95
r/d 0.12 0.14 0.15 0.24
h/R +0.25 -0.22 -0.17 -0.1
s/R2 0.14 0.13 0.15 0.1
本发明的搅拌器特殊的特征参数：
φ（度） +12 +9 +7 +6
α（度）＊ +10至+30 +10至+25 +10至+25 +10至+25
表1（续）
本发明搅拌器和Bo搅拌器的特征
高压釜容量（米3） 0.4 36 50 65
e/r 1.2 1.1 1.1 1.1
e′/R 0.15 0.17 0.17 0.18
Ma1/a1a2 0.01 0.01 0.01 0.01
K点处的β值（度） 25 25 25 25
最小的β值（度） 0 0 0 0
Na1/a1a4 0.08 0.1 0.1 0.1
r（度） 9 7 7 7
相应于本发明的搅拌器的Bo搅拌器
特殊的特征参数：
e/r 0.9 1.4 1.3 -
e′/R 0.05 0.18 0.22
剩下的特征参数是在图1、2和3所示的搅拌器的特征
＊在K1K2上任一点F上的。
表2
Figure 86102488_IMG3
表3
表4
Figure 86102488_IMG5

Claims (24)

1、一种立式高压釜，装有一搅拌装置，该搅拌装置包括一个搅拌器，所述搅拌器由至少一个桨组成，桨的形状与高压釜底部凹面形状相一致，并连接在高压釜下部沿釜轴穿过釜底的轴上，其特征在于：在与高压釜轴成直角的通过任一点O的平面（P）上的搅拌桨前面线的投影（C）的最小工作部分的中心角φ（按该搅拌器的两个旋转方向之一旋转时）在+5度和+90度之间。
2、按照权利要求1的高压釜，其特征是在一个与高压釜轴成直角的通过任一点O的平面（P）上的搅拌桨的前面线的投影（C）的最小工作部分上任一点F的弯曲角α（按该搅拌器的两个旋转方向之一旋转时）在0度到+90度之间。
3、按照权利要求2的高压釜，其特征是弯曲角α在+8度和+45度之间。
4、按照权利要求3的高压釜，其特征是是从投影（C）的最小工作部分的中心点K1到周边点K2弯曲角α实际上是常数。
5、按照权利要求4的高压釜，其特征是旋转轴的半径r在0.10R和0.25R之间，R是高压釜半径。
6、按照权利要求5的高压釜，其特征是搅拌桨表面上离高压釜轴最远的那些点到高压釜轴的距离d至多比高压釜半径R稍短些，至少等于0.5R。
7、按照权利要求6的高压釜，其特征是r/d的比值在0.1和0.5之间，r是旋转轴的半径，d如在权利要求6中所定义的那样。
8、按照权利要求7的高压釜，其特征是通过高压釜轴的任一平面（Q）上的搅拌桨下线投影（G）的最外边缘点J到高压釜底法兰半径的垂直距离h在-0.65R和+0.30R之间，R是高压釜半径。
9、按照权利要求8的高压釜，其特征是从搅拌桨前面线投影（C）的中心点D到搅拌器桨后面线投影（C′）的中心点D′的距离e最大等于2r，最好在0.75和1.5r之间，r是旋转轴的半径。
10、按照权利要求9的高压釜，其特征是从搅拌桨下线的投影（G）的中心点H到搅拌桨上线的投影（G）的中心点H′的距离e′在0.05R和0.5R之间，R是高压釜半径。
11、按照权利要求10的高压釜，其特征是以该搅拌桨的正面轮廓的正视图为界的表面的表面积S是在0.1R2和0.5R2之间，R是高压釜的半径。
12、按照权利要求11的高压釜，其特征是在与搅拌桨的前面线成直角的通过任一点M（其在平面（P）上的投影是位于投影（C）的最小工作部分的一个点）的平面上的搅拌桨的断面（S）是这样的：M′、N和N′分别是断面（S）与后面线及搅拌桨正面轮廓的下线和上线的交点;a1、a2、a3和a4是具有两条水平边并与断面（S）外接的矩形的顶点;a1a2、a3a4、a1a4和a2a3是该矩形的边，不论断面（S）的形状如何，点M、M′、N和N′分别位于上述矩形的边上：
距离比Ma1/a1a2小于0.20，最好是小于0.05，
位于搅拌桨正面的上述断面之MN′部分的侧形基本上是直线，它与a1a2形成角β，在前面线上的那一点（该点在平面（P）上的投影是投影（C）的最小工作部分的中心点K）处角β等于0度或至多等于+45度，当点M沿前面线按从投影（C）的最小工作部分的中心点K1到边缘点K2的方向移动时，角β逐步减小，最终变为0，
距离比Na1/a1a4小于0.20，最好是小于0.15，以及
上述断面之NM′部分处于搅拌桨的从下面向上看可见的面上，其侧形基本上是直线，它与边a1a4形成角γ，其大小在3度到10度之间，而最好是5度到10度之间。
13、按照权利要求12的高压釜，其特征是在与搅拌桨前面线成直角的通过任意点M的平面上的搅拌桨表面之断面（S）是这样的，当点M在前面线上按从投影（C）的中心点D向边缘点E的方向移动时，具有两条水平边并与断面（S）外接的矩形的边长逐步减少。
14、按照权利要求13的高压釜，其特征是它至少包含另外一个搅拌器，这另外一个或数个搅拌器和本发明的搅拌器是分别控制的。
15、按照权利要求14的高压釜，其特征是另外一个搅拌器有一根穿过高压釜顶部的旋转轴。
16、按照权利要求15的高压釜，其特征是另外一个搅拌器是单独的一个，其旋转轴沿高压釜的轴取向。
17、按照权利要求16的高压釜，其特征是另外一个搅拌器基本上由一绕所述旋转轴的螺旋扁条组成。
18、权利要求1-17任一项所述的高压釜的用途，它们可进行包括固相特别是本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的任何操作。
19、按权利要求18将高压釜用于本体生产以氯乙烯为基本成分的聚合物和共聚物的工艺，其中所述工艺分两阶段在不同的设备中进行，在第二阶段进行的该工艺过程的最后聚合或共聚操作是在权利要求1-17任一项所述的高压釜中进行的。
20、按权利要求19将高压釜用于本体生产以氯乙烯为基本成份的聚合物或共聚物的工艺，其中在第一阶段，是在高湍流搅拌下进行聚合或共聚（使用的是氯乙烯为基本成分的单体混合物），直至单体混合物的转化率达3%至15%为止，然后，如果适宜地的话，在第二阶段加入和第一阶段所用的相同或不同的以氯乙烯为基本成分的单体混合物的附加量，这样形成的反应介质，在所用的高压釜中，在低的搅拌速率下进行最后的聚合或共聚操作，在第二阶段该反应介质受一搅拌器的作用，该搅拌器具有沿高压釜轴穿过高压釜顶部的旋转轴，基本上由缠绕在该旋转轴上的螺旋扁条组成，该搅拌器在高压釜轴的周围形成一个搅拌区，该反应介质还受本发明的搅拌器（如在权利要求1中所确定的）的作用，同时而单独地在高压釜的下部形成另外一个搅拌区，借助于所用的本发明的搅拌器的作用，推动反应介质在高压釜的下部作向心运动。
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