CN101829533B - 一种聚合反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合反应器，包括设有换热介质出口、换热介质入口的筒体，筒体内安装有第一、第二管板以及位于第一、第二管板之间的芯体，该芯体的两端分别支承于第一、第二管板上，且该芯体的两端分别设计成管口结构，在管口的侧壁上开有通孔，该芯体外则套有多个内外套置的用中空管子绕制而成的螺旋管，内外相邻的螺旋管的中空管子旋转方向相反，各螺旋管的中空管子的一端穿越第一管板后与换热介质出口相连通，另一端穿越第二管板后与换热介质入口相连通；第一接管内端与芯体的一端管口相连通而使外端成为物料入口端；第二接管的内端与芯体的另一端管口相连通而使外端成为物料出口端。本发明提供了一种能耗小、换热充分、均匀，并能避免物料在流动方向上返混且能实现温度区域分割的聚合反应器。

Description

一种聚合反应器

技术领域

本发明涉及一种化工行业使用的聚合反应器，特别涉及一种适用于各种高分子聚合物的聚合反应，尤其是溶液聚合反应和本体聚合反应的聚合反应器。 

背景技术

聚合反应器按聚合方法可分为悬浮聚合(含淤浆聚合)反应器、乳液聚合反应器、溶液聚合反应器和本体聚合(含缩聚)反应器。而按聚合反应器的结构型式，则又分为搅拌釜式反应器、管式或塔式反应器以及流化床反应器。聚合反应器的不同结构型式和不同的聚合反应方法决定着聚合反应器的整组特性，最终决定着化工行业中的聚合生产。 

当前，悬浮聚合反应器、乳液聚合反应器、溶液聚合反应器和本体聚合反应器大都采用搅拌釜式反应器，如中国专利公告号为CN100341905C的《一种生产悬浮法聚氯乙烯的聚合反应器》和中国专利公告号为CN2865843Y的《一种新型的聚合反应器》均披露了这样的结构。搅拌釜式反应器一般配有强劲的搅拌器，以保证对各种粘度的物料都能提供充分、均匀的混合，也正因为此，它能处理一定粘度的物料。但这种聚合反应器存着在以下的不足：功率消耗较大；中心部位物料与边缘部位物料流速不一，物料各质点反应时间不一；聚合反应过程中撤热不均，中心与边缘差异较大；聚合反应加热与冷却不畅，同时还存在一定的返混缺陷。 

另，如中国专利公开号为CN1787876的《管式聚合反应器和使用它的聚合方法》中公开了管式反应器的其中一种结构；中国专利公告号为CN2607192的《流化床聚合反应器》则描述了流化床反应器的结构。这些聚合反应器虽然在一定程度上能满足聚合反应的要求。但仍存在着各种各样的问题，如，静态混合效果与撤热、加热效果未能充分结合、物料不均、聚合物粘壁堵塞等等， 

同时，目前的聚合反应器均无法实现温度区域的分割。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种能耗小、换热充分、均匀，并能避免物料在流动方向上返混且能实现温度区域分割的聚合反应器。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该聚合反应器包括一端设有换热介 质出口、另一端设有换热介质入口的筒体，其特征在于：所述的筒体内安装有第一管板、第二管板以及位于第一管板和第二管板之间的芯体，该芯体的两端分别支承于前述的第一管板和第二管板上，且该芯体的两端分别设计成管口结构，在所述管口的侧壁上开有通孔，该芯体外则套有多个内外套置的用中空管子绕制而成的螺旋管，内外相邻的螺旋管的中空管子旋转方向相反，各螺旋管的中空管子的一端穿越第一管板后与所述的换热介质出口相连通，各螺旋管的中空管子的另一端穿越所述第二管板后与所述的换热介质入口相连通；同时，第一接管内端穿过上述筒体的壁后与所述芯体的一端管口相连通，该第一接管的外端成为物料入口端；第二接管的内端也穿过所述筒体的壁后与所述芯体的另一端管口相连通，该第二接管的外端成为物料出口端。 

在上述方案中，所述的螺旋管按技术要求可以设计成2～10个，这样的结构不但能满足不同聚合反应的要求，而且整体结构相对较简单，装配方便，成本也低。 

所述的通孔可以设计成各种形式的结构，可以是轴向长孔，也可以设计成沿周向分布的长圆孔，以满足聚合物料的顺利通过。 

所述各螺旋管可以以单个中空管子绕制而成。但为了满足在相同时间段内有更多的换热介质通过，各螺旋管中的中空管子可以设计有多个，依次同向排列绕制成所述的螺旋管，以满足聚合反应的换热需要。 

所述各螺旋管中的各中空管子两端部分别设计成平直段，且各螺旋管的中空管子的平直段沿周向均匀排列，以方便制作和装配。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)由于本发明生产过程中不采用任何转动件，即无机械传动，因而能源消耗低、日后无需机械维护和更换零部件。(2)由于本发明的换热介质(加热或撤热介质)在各螺旋管的中空管子中逆向(与聚合物料流动方向相反)流动，这种换热方式传热效率高，使聚合物料冷却或加热速率均匀，且这种换热始终能与聚合反应同步，无论加热还是撤热，聚合反应均能控制在合适的温度内，也就是能有效控制聚合反应。(3)由于本发明在两管板之间的聚合物料是在内外螺旋状管之间流动，这种内外相邻的不同旋向的中空管子的结构能确保各种粘度的聚合物料充分、均匀混合，混合效果好，能有效提高聚合产物品质；并且这种静态的混合方式，能使本发明聚合物料在流动方向上完全没有返混，而在垂直于流动方向的平面上达到最大程度的混合，表现为平推流，可以促成有限的滞留时间分布和分子重量分布。(4)通过采用多个内外套置的螺旋管，可以将反应区域分割成数个不同的温度区域，使反应器内的温度调节为特定的反应所需，使操作的灵活性和提高产品质量成为可能。(5)本发明的聚合物料在流动时，还具有聚合物料各质点停留时间相同的特点，以改善聚合物品质均匀性和稳定性。 

总之本发明可以根据不同需求而设计制造，以应用在多种聚合物的工业化生产上。 

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图； 

图2为图1中A向结构示意图； 

图3为图1中B-B向剖视图； 

图4为图1中螺旋管与芯体的局部立体结构示意图(本图中螺旋管为三个)； 

图5为图4的立体分解图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

如图1至图3所示，该聚合反应器包括一端设有换热介质出口15、另一端设有换热介质入口14的筒体1和安装在筒体内的第一管板2、第二管板3、芯体4及多个螺旋管5，其中，筒体1包含有管状壳体11，管状壳体水平放置在两鞍座8上，管状壳体11的左、右端分别固定有所述的第一管板2和第二管板3，以使该管状壳体11和第一管板2、第二管板3之间形成一封闭中腔室a。第一管板2、第二管板3的外侧分别连接有短筒体13和平盖封头12，第一管板和位于其外侧的短筒体13、平盖封头12之间汇成一左腔室b，第二管板和位于其外侧的短筒体13、平盖封头12之间汇成一右腔室c。上述换热介质出口15位于左腔室b的侧壁上。而上述换热介质入口14位于右腔室c的侧壁上。 

上述芯体4位于第一管板2和第二管板3之间，即中腔室a内，该芯体4的两端分别固定支承于第一管板和第二管板上，且该芯体的两端分别设计成管口结构，在该芯体两端管口的侧壁上开有通孔41，在本实施例中，通孔41设计成沿周向分布的长圆孔。 

上述螺旋管5有多个，在本实施例中设有四个(当然按需也可以为内外套设的三个螺旋管，请参见图4和图5。或两个、八个或十个螺旋管。)，各螺旋管内外套置，并共同套设在上述芯体4上，各螺旋管用中空管子51绕制而成，并且内外相邻的螺旋管的中空管子旋转方向相反，在这里各螺旋管的中空管子有多个，依次同向排列绕制成所述的螺旋管，如在图4和图5中采用八个中空管子51同向排列绕制的结构。为了方便加工，各螺旋管中的各中空管子两端部分别设计成平直段511，且各螺旋管的中空管子的平直段511沿周向均匀排列。安装后，各螺旋管的中空管子的左端穿越第一管板2后露于左腔室b，以便与所述的换热介质出口15相连通，各螺旋管的中空管子的右端穿越第二管板3后露于右腔室c，与所述的换热介质入口14相连通。 

在本实施例中，第一管板2和第二管3的中部均开有与芯体管口相对应的贯穿孔。同时还配置有第一接管6和第二接管7，第一接管6内端穿过位于第一管板外侧的平盖封头12后与第一管板2相固定连接，并与第一管板2上的贯穿孔相对应，这样通过第一管板上的贯穿孔与所述芯体4的左端管口相连通，该第一接管6的外端成为物料入口端61。同样，第二接管7内端穿过位于第二管板3外侧的平盖封头12后固定于第二管板3，并与第二管板3上的贯穿孔相对应，这样通过第二管板3上的贯穿孔与芯体的右端管口相连通，该第二接管的外端成为物料出口端71。 

为了能及时获知聚合反应过程中的温度、压力等参数，在邻近第二管板的中腔室上设有第一温度接口16和第二温度接口17，在左、右腔室上分别设有第三温度接口和18第四温度接口19。中腔室上安装设有压力表接口10。同时为了方便加入一些辅料，在第一接管上开有稀释剂入口62和示踪剂入口63。而在第二接管上开有取样口72。 

使用时，聚合物料从第一接管的物料入口端61(即第一接管的外端)进入，依次经第一管板2的贯穿孔、芯体的左端管口及通孔41后，在依次在最内层螺旋管和芯体外壁之间、各螺旋管之间、最外层螺旋管和管状壳体内壁之间流动，再依次经芯体右端的通孔41及管口、第二管板3的贯穿孔、第二接管7后从第二接管的物料出口端71(即第二接管的外端)流出于筒体外。而换热介质则在右腔室的换热介质入口14处流入，经右腔室c后依次流入各螺旋管的中空管子51中，然后流入左腔室b从左腔室侧壁上的换热介质出口15流出，以实现纯逆流换热。 

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种聚合反应器，包括一端设有换热介质出口(15)、另一端设有换热介质入口(14)的筒体(1)，其特征在于：所述的筒体内安装有第一管板(2)、第二管板(3)以及位于第一管板和第二管板之间的芯体(4)，该芯体的两端分别支承于前述的第一管板和第二管板上，且该芯体的两端分别设计成管口结构，在所述管口的侧壁上开有通孔(41)，该芯体外则套有多个内外套置的用中空管子(51)绕制而成的螺旋管(5)，内外相邻的螺旋管的中空管子旋转方向相反，各螺旋管的中空管子(51)的一端穿越第一管板(2)后与所述的换热介质出口(15)相连通，各螺旋管的中空管子的另一端穿越所述第二管板(3)后与所述的换热介质入口(14)相连通；同时，第一接管(6)内端穿过上述筒体的一侧壁后与所述芯体(4)的一端管口相连通，该第一接管(6)的外端成为物料入口端(61)；第二接管(7)的内端也穿过所述筒体的另一侧壁后与所述芯体(4)的另一端管口相连通，该第二接管(7)的外端成为物料出口端(71)。

2.根据权利要求1所述的聚合反应器，其特征在于：所述的螺旋管(5)有2～10个。

3.根据权利要求1所述的聚合反应器，其特征在于：所述的通孔(41)设计成沿周向分布的长圆孔。

4.根据权利要求1或2所述的聚合反应器，其特征在于：所述各螺旋管的中空管子(51)有多个，依次同向排列绕制成所述的螺旋管。

5.根据权利要求4所述的聚合反应器，其特征在于：所述各螺旋管中的各中空管子两端部分别设计成平直段(511)，且各螺旋管的中空管子的平直段沿周向均匀排列。

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