CN101349901B - 一种防止高分子乳液聚合爆炸的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止聚合爆炸的方法和装置，本发明通过实时监测反应气液两相的温度和温度差，判断乳液聚合过程中的爆炸危险。当温度差在设定范围内，控制反应正常进行；当温度差超出设定范围；则加速或停止反应进程，从而防止爆炸。本发明通过计算机自动进行，易于实现，效果好，实用性强，可广泛用于各种聚合反应的防爆。

Description

一种防止高分子乳液聚合爆炸的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种判断乳液聚合过程中的爆炸危险，并防止爆炸发生的方法及装置。具体的说，涉及一种通过控制反应气液两相的温度差，防止乳液聚合爆炸的方法和应用此方法防止聚合爆炸的装置。

背景技术

高分子乳液聚合是在高压反应釜中以水或其它溶剂为载体并加入分散剂、引发剂以及其它助剂，进行单体聚合，引发剂在一定温度下形成自由基并与单体进行链引发、链增长、链终止的聚合反应，分散剂在载体中形成胶束，由于单体憎水亲油，单体在胶束内完成聚合反应。由于高分子聚合反应大多是强放热反应，为防止热量积聚引起爆炸，热量一般通过缓慢的搅拌，经载体由反应釜的夹套冷却水带走。

当原料中含有杂质或反应温度过高、速度过快时，就有可能破坏胶束的稳定性，胶束内正在进行链增长反应的聚合物会从胶束中挣脱出来进入到载体中，通常称之为破乳。破乳的聚合物因憎水而漂浮在载体表面，并与气相单体继续反应，放出大量的反应热；而为防止乳液破乳，乳液聚合反应一般采用的搅拌叶形式为框式、锚式，采用的转速一般都很低(25～80r/min)，搅拌时的液体流动方向以径向流动为主，因此液体表面的聚合物就无法被吸入到载体中，在载体表面与气相单体进行反应所放出的热量就无法通过夹套冷却水带出，反应物表面温度也会因此升高，导致反应速度急剧加快，放出更多的热量，如不采取果断措施，短时间内便会爆炸，乳液爆炸的危害极大。

特别是在四氟乙烯等性质活泼的单体聚合中，时刻都有爆炸的危险，目前在工艺上还无法完全根本消除爆炸的隐患，只能采取一些措施降低爆炸的发生几率。例如：可通过用盐水冷却反应釜，控制原料和工艺过程中的氧含量，控制单体浓度，加入阻聚剂，充氮气，房屋泄爆，以及改进工艺，加强管理等方面降低爆炸危险，减少爆炸损失。

本发明从另一方面提出了一种易于实现，效果好，实用性强的防止乳液聚合爆炸的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过温度差判断高分子乳液聚合过程中是否有爆炸危险，并采取措施防止爆炸的方法。

本发明的另一目的是提供一种根据上述方法，通过温度差判断乳液聚合的爆炸风险，并采取措施防止爆炸的装置。

乳液聚合的正常反应是在液相载体的胶束内进行，反应热可以通过载体和夹套冷却水带出，不会大量积累反应热造成爆炸。乳液爆炸的起因是聚合单体破乳，单体破乳后浮在乳液表面，与气相中的单体聚合，聚合放出的反应热进一步促进反应物表面的异常聚合反应，使异常聚合反应大量增加，产生大量反应热，反应热不能及时被冷却水带走，造成热量积聚引起爆炸。本发明根据乳液聚合反应爆炸的特点，测定反应物料内部和外部的温度，即反应物气相和液相的温度，根据温度差的大小，判断爆炸危险，从而防止爆炸的发生。

本发明可通过以下方案实现：在聚合反应的反应物气相和液相适当位置分别加装温度测量单元；反应过程实时监测温度，实时计算温差，将温差与预设温差值比较，当温差值小于预设温差值，则停止反应进程(停止加料和搅拌)；当温差值大于等于预设温差值，则控制反应正常进行。

由于正常反应是在液相载体的胶束内进行，因此反应热可以通过载体和夹套冷却水带出，而载体表面和气相空间没有胶束，所以反应不会在这两个部位进行，也不存在反应热的大量积累。这样便存在正常反应时反应物内部的温度始终高于外部温度的规律，一般来说，高分子聚合反应正常进行时，反应物内部温度比外部温度高出约0.5℃，当检测到内部和外部的温差变小，超出设定值(一般高分子聚合反应设定为±0.1℃之间，优选0℃)时，说明已有物料破乳、析出，并有物料在载体表面进行反应，如不紧急停止反应，便有爆炸的可能性。这时通过电信号直接关闭进料阀门，强制停止加料，同时关停搅拌电机，停止搅拌，终止反应，防止发生爆炸。

本发明还提出：针对特定的反应，设定适当的反应温度范围，在实时监测反应气液两相温度差的同时，将实时监测的反应温度与设定反应温度范围比较，如超过设定范围，则报警，提醒工作人员注意反应温度。

具体的说：本发明提出的防止聚合爆炸的方法，具体流程图见图1，包括：

在聚合反应进程中实时监测反应的气相温度和液相温度；

计算所述气液两相温度的温差；

将所述温差与预设的温差值进行比较；

如果所述温差小于所述温差值，则停止所述聚合反应进程。

停止所述聚合反应进程的同时可发出报警信号。

其中所述的气液两相温度的温差是液相温度减气相温度的差值。根据聚合反应的一般规律，预设的温差值在-0.1℃～0.1℃(含端值)之间，优选0℃。

本发明提出的防止聚合爆炸的方法还包括：

将所述实时监测的反应的气相温度和液相温度与预设的反应温度范围比较；

如果所述气相温度和液相温度中任一温度超出设定反应温度范围，则报警。

本发明的具体实现步骤：在反应釜的底部(反应液相)和顶部(反应气相)敏感部位分别加装一根高精度温度计，温度计精度应不低于±0.1℃，温度计通过变送器与计算机连接，计算机内设反应温度范围(针对特定反应)和温差值(-0.1℃～+0.1℃之间)，计算机与进料阀门和搅拌用电机连锁。温度计在反应过程中实时监测反应温度，将检测到的液相和气相的两个温度信号通过变送器输送到计算机，一方面，计算机将温度信号与设定的反应温度比较，若在设定范围内，则继续监测，若超出设定范围，则报警，提醒工作人员注意反应温度；另一方面，利用计算机将液相温度信号与气相温度信号相减，将差值与设定的温差值比较，若差值大于等于设定值，则继续监测；如差值小于设定的温差值，则终止反应并通过电信号报警，具体的说，当温差小于设定的温差值，则通过电信号直接关闭进料阀门，强制停止加料，终止反应，同时关停搅拌电机，停止搅拌，在采取终止反应的措施的同时，报警，提醒工作人员注意。

根据上述公开的方法，发明人结合实际生产，提供了一种防止乳液聚合爆炸的装置，装置图见图2，包括：

温度测量单元，安装在反应釜内的顶部和底部，用于分别获取反应气相温度和反应液相温度；

数据处理单元，与温度测量单元相连，用于接受温度信号，计算所述反应液相温度和反应气相温度的温差；

第一判断单元，接受所述反应液相温度和反应气相温度的温差，将所述温差与预设的温差值进行比较；

第一执行单元：与进料调节阀和搅拌用电机连锁，根据第一判断单元的结果，当所述温差小于所述预设温差值，则关闭进料阀门，停止加料，同时停止电机，停止搅拌。

本发明提出的防止乳液聚合爆炸的装置，还包括：

第二判断单元，与温度计相连，将所述反应气相/液相温度与预设的反应温度范围进行比较；

报警单元，与第二判断单元相连，如果所述反应气相/液相温度超出预设的反应温度范围，则报警。

其中第一判断单元与报警单元相连，所述温差小于预设的温差值，则报警。

具体的说，在反应釜釜顶和底部分别安装温度计，为便于操作和控制，可选择双指示温度计，温度计通过变送器与计算机连接，计算机内设反应温度范围(针对特定反应)和温差值(-0.1℃～+0.1℃之间，优选0℃)，计算机与搅拌用电机和进料阀门连锁，温度信号传递到计算机，一方面由计算机比较实时反应温度和设定反应温度，确定是否报警；另一方面由计算机计算出反应液相和气相的温差，将温差与预设温差值比较，当温差值小于预设温差值，则停止反应进程(停止加料和搅拌)；当温差值大于等于预设温差值，控制反应正常进行。

本发明的方法可广泛用于各种乳液聚合反应的防爆炸，尤其是反应活性强的四氟乙烯等物质的聚合防爆，能够提前发现爆炸风险，及时干预反应过程，防止乳液聚合爆炸。本发明实用性强，易于实现，效果好。

附图说明

图1防止聚合爆炸方法的流程图

图2防止聚合爆炸装置图

图3实际生产中防止聚合爆炸的装置图。

图中：1、电机；2、机架；3、机械密封；4、下封头；5、搅拌桨叶；6、冷却夹套；7、耳座；8、反应釜；9、上封头；10、防爆片；11、TDV，表示通过温差控制的调节阀；12、FC，表示气开式；13、进料调节阀；14、TE，表示温度测温元件；15、TI，表示温度指示；16、TIRA，表示温度指示记录、高低位报警；17、TDY，表示温差运算；18、D/D，表示数字信号；19、TDIRSCA，表示温差指示、记录、连锁、控制高低位报警；20、电信号。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将本发明所述的防止聚合爆炸的方法应用在聚四氟乙烯的生产过程中，具体过程的流程图见图1：

1.实时监测反应的气相温度和液相温度：

在反应釜釜顶距离顶部300mm左右的位置和釜底距距底部200mm左右的位置分别安装双指示温度计，温度精确到±0.1℃，为防止搅拌时桨叶碰到温度计，在桨叶的适当位置开缺口。

2.计算所述气液两相温度的温差：将上步监测到的反应液相温度和反应气相温度相减，得到气液两相温度的温差；

3.程序设定反应温差值(设定温差值为0℃)，将计算得到的温差与预设的温差值进行比较；如果所述温差小于预设温差值，则停止所述聚合反应进程，即关闭加料泵和关停搅拌电机，同时报警，否则反应正常进行。

4.程序设定反应范围，聚四氟乙烯的生产反应温度为60℃，设定反应温度范围为60～80℃，将所述实时监测的反应的气相温度和液相温度分别与预设的反应温度范围比较；如果所述气相温度和液相温度中任一温度超出(低于下限值或高于上限值)设定反应温度范围，则报警提醒工作人员注意反应温度，否则继续聚合反应。

将此防止聚合爆炸的方法应用在聚四氟乙烯的生产中。

聚四氟乙烯的生产反应温度为60℃，设定反应温度范围为60～80℃，设定反应温差值为0℃，一方面由计算机比较实时反应温度和设定反应温度，若在设定范围内，则继续监测，若超出设定范围(大于80℃或小于60℃)，则利用声光信号报警，提醒工作人员注意反应温度；另一方面由计算机计算出反应液相和气相的温差，当温差值大于等于0℃，则控制反应正常进行；当温差值小于0℃，计算机报警并发出电信号，停止电机搅拌，关闭进料阀门，强制停止反应进程。

实施例2

将本发明所述的防止聚合爆炸的装置应用在聚偏氟乙烯的生产中，具体装置图见图3，图中TDV表示通过温差控制的调节阀；FC表示气开式；TE表示温度测温元件；TI表示温度指示；TIRA表示温度指示记录和高低位报警；TDY表示温差运算；D/D表示数字信号；TDIRSCA表示温差指示、记录、连锁和控制高低位报警。

在带有冷却夹套6，防爆片10的耐压不锈钢反应釜8距釜顶上封头9顶部300mm左右的位置和距釜底下封头4底部200mm左右的位置分别安装双指示温度计14：TE，温度精确到±0.1℃，为防止搅拌时桨叶碰到温度计，在桨叶5的适当位置开缺口。双指示温度计的温度信号分别传递到操作台和计算机，传递到操作台的温度信号用来指示温度(15：TI)，便于操作人员随时监控；传递到计算机的温度信号用于温度实时记录，高位报警和温差计算(TIRA和TDIRSCA)，计算机内设聚偏氟乙烯的生产反应温度为110℃，设定反应温度范围为110～120℃，设定反应温差值为+0.1℃，一方面由计算机比较实时反应温度和设定反应温度(16、TIRA)，若在设定范围内，则继续监测，若超出设定范围，则报警，提醒工作人员注意反应温度；另一方面由计算机计算出反应液相和气相的温差(17：TDY)，当温差值大于等于预设温差值，则控制反应正常进行；当温差值小于预设温差值，计算机报警并发出电信号，停止电机搅拌，关闭进料阀门，强制停止反应进程并报警(19：TDIRSCA)。

Claims (10)

1.一种防止聚合爆炸的方法，包括：

在聚合反应进程中实时监测反应的气相温度和液相温度；

计算所述气液两相温度的温差；

将所述温差与预设的温差值进行比较；

如果所述温差小于所述温差值，则停止所述聚合反应进程。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述实时监测的反应的气相温度和液相温度分别与预设的反应温度范围比较；

如果所述气相温度和液相温度中任一温度超出设定反应温度范围，则报警。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的气液两相温度的温差是液相温度减气相温度的差值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的温差值为-0.1～+0.1℃。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设的温差值为0℃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述停止所述聚合反应进程是指关闭进料阀门，停止加料，同时停止搅拌电机。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述停止聚合反应进程的同时，报警。

8.一种防止聚合爆炸的装置，其特征在于，包括：

温度测量单元，安装在反应釜内的顶部和底部，安装在反应釜内的顶部的温度测量单元用于获取反应气相温度，安装在反应釜内的底部的温度测量单元用于获取反应液相温度；

数据处理单元，与温度测量单元相连，用于接受温度信号，计算所述反应液相温度和反应气相温度的温差；

第一判断单元，接受所述反应液相温度和反应气相温度的温差，将所述温差与预设的温差值进行比较；

第一执行单元：与进料调节阀和搅拌用电机连锁，根据第一判断单元的结果，当所述温差小于所述预设温差值，则关闭进料阀门，停止加料，同时停止搅拌用电机，停止搅拌。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

第二判断单元，与温度测量单元相连，将所述反应气相/液相温度与预设的反应温度范围进行比较；

报警单元，与第二判断单元相连，如果所述反应气相/液相温度超出预设的反应温度范围，则报警；

第一判断单元与报警单元相连，所述温差小于预设的温差值，则报警。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述温度测量单元为温度计，通过变送器与数据处理单元、第二判断单元连接，其中温度计为双指示温度计。

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