CN102633935A - 一种san连续本体法生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SAN连续本体法生产工艺，原料和助剂连续进入聚合反应釜，聚合反应釜温度采用四级冷却控制；采用聚合反应釜夹套循环冷却优先回收热能，使得回收能量效益最大化，同时降低了二级、三级、四级冷却器负荷，减少公用工程消耗。三级、四级冷却器将聚合反应釜蒸发出的气体直接冷却到较低温度，传热温差大，换热面积小，设备投资降低，同时所用载热体可以带走更多热量，能保证聚合反应釜的温度得到稳定控制，使生产更加稳定可靠。

Description

一种SAN连续本体法生产工艺

技术领域

本发明涉及一种SAN连续本体法生产工艺，具体是一种采用精确计量准确配比、四级冷却和电机变频调节的SAN连续本体法生产工艺。

背景技术

SAN树脂又称AS树脂，是苯乙烯和丙烯腈两种单体的共聚物，是苯乙烯系树脂中的一个重要品种。与通用型苯乙烯树脂相比，SAN树脂具有较高的机械强度、耐热性和化学性能。同时，SAN树脂的粒料以不同比例与ABS湿料掺混生产多种型号的ABS树脂，可以降低ABS树脂的成本。

SAN树脂的生产方法主要有乳液、悬浮、连续本体三种聚合方法。由于连续本体聚合工艺不需要乳化剂、悬浮分散剂、盐类和水等，工艺过程不产生废水，连续生产，设备利用率高，产品透明度高，能耗低，目前得到了广泛的应用。SAN树脂连续本体法生产工艺由配料、聚合反应、两级脱挥、冷凝、真空系统、造粒和清洗系统组成。

SAN树脂生产工艺往往多间歇操作、工艺自动化控制水平低。对SAN树脂的连续本体法生产装置而言，生产所用原料及助剂种类较多，用量差别很大，需要较多的人工操作，给配方的精确控制带来了难度。

SAN生产的核心工艺——聚合反应大量放热，是生产装置设计和操作的重点和难点。良好的产品质量，要求控制聚合反应釜的温度均匀、缓和，就需要及时转移反应所释放热量，而聚合体系粘度高、流动状况差、传热效率低，需要综合多种冷却手段控制聚合反应釜温度。目前普遍采用的冷却方法有三种，一是降低原料进料时的温度，通过原料的低温来冷却聚合反应釜；二是通过聚合反应釜夹套加入冷却剂进行冷却，用冷却剂带走反应释放热量；三是通过将反应体系蒸发出来的气体(含未反应单体和溶剂)进行冷却，间接带走反应释放热量。由于生产SAN的原料苯乙烯、丙烯腈已经在较低的温度下储存，进料前若再进一步降低原料的温度，一方面下降空间有限，温度下降过多将导致制冷系统的巨大消耗；另一方面已经低温的原料与制冷剂传热温差较小，导致换热面积较大，设备投资增加，基于这些原因，方法一应用空间有限。方法二属于化工生产中的常见方法，也是最直接的冷却方法，由于需要冷却及时，冷却剂通过冷却剂循环泵加大循环量，增大了流速；但在反应初期，冷却剂循环泵和管路还用来输送低流量高温介质来引发反应，此时要通过调节阀降低管路流量，冷却剂循环泵处于极低效率运转。方法三为一次将蒸发出来的气体冷凝为液体，液体返回聚合反应釜；液体返回时温度较高，易于汽化，增加了气体循环量。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种计量精确、配比准确、四级冷却的SAN连续本体法生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种SAN连续本体法生产工艺，包括如下步骤：

(1)原料苯乙烯单体、丙烯腈单体、乙苯溶剂分别通过各自的高精度质量流量计和调节阀进入配料罐，充分混合后经原料输送泵进入聚合反应釜；

(2)助剂分子量调节剂、抗氧化剂、润滑剂分别经各自的高精度质量流量计和调节阀进入聚合反应釜；

(3)步骤(1)所述原料和步骤(2)所述助剂连续进入聚合反应釜，聚合反应釜温度采用四级冷却控制；且步骤(1)和步骤(2)中的所有高精度质量流量计和调节阀按配方对原料和助剂的需求比例，严格控制进料；

(4)反应物料在聚合反应釜的停留时间为2～5小时，然后聚合反应釜内溶液通过反应出料泵经一级预热器，送到一级脱轻器，在温度为110～130℃，压力为30～50kPaA条件蒸发出未反应的大部分丙烯腈单体后，再通过一级脱轻泵，经二级预热器，送到二级脱轻器，在温度为200～220℃，压力为2～10kPaA条件下蒸发出余下未反应单体和溶剂，得到高纯的聚合物，经二级脱轻泵送去挤出和造粒，得到SAN产品。

优选，步骤(3)中聚合反应釜采用四级冷却控制，一级冷却为聚合反应釜夹套循环冷却，二级冷却为聚合反应釜蒸发气相冷凝冷却，三级冷却及四级冷却为将聚合反应釜蒸发气相冷凝后，在真空环境下进行深度冷却，所得到液体温度较二级冷却更低。

优选，步骤(3)中聚合反应釜采用四级冷却控制，具体步骤如下：

(a)打开聚合反应釜夹套循环冷却进料阀门(该阀门也是高温介质进料阀门)，高温介质进入聚合反应釜夹套，引发釜内聚合反应，高温介质通过载热体循环泵在夹套内循环流动，待釜内反应被引发后，夹套内切换为载热体，进行一级冷却，保持釜内反应温度在140～160℃，载热体循环量至最大操作负荷的85～95％；

(b)打开二级冷却器前阀门，聚合反应釜内蒸发出来的单体和溶剂通过二级冷却器被冷凝为液体，温度为30～50℃，返回原料进料管道参与反应，随着聚合反应釜液位的增高，二级冷却器内载热体的负荷增大至最大负荷的80～90％，以控制釜内温度在配方要求温度；

(c)打开三级冷却器前阀门，二级冷却器未能冷凝下来的单体和溶剂依次进入三级冷却器、四级冷却器，进一步冷却，这两级冷却器得到的液体合并在一起，得到温度为5～15℃的液体，返回原料进料管道参与反应，随着聚合反应釜液位升高至正常液位，三级冷却器及四级冷却器内载热体的负荷达到最大负荷的70～80％；

(d)步骤(4)得到SAN产品后，一级脱轻器蒸发得到的气相进入三级冷却器入口进行冷却，二级脱轻器蒸发得到的气相进入四级冷却器入口进行冷却，所得液体均返回聚合反应釜原料进料管道，一级脱轻器和二级脱轻器的真空环境由真空泵来维持。

一级冷却所用载热体被加热后，补充部分热量，可以用于后续的脱轻组分处理，得到温度降低的载热体，可继续用于一级冷却。而二级、三级、四级冷却器需要消耗循环水、乙二醇或冷冻盐水等公用工程，这些载热体的热量不能回收加以利用，而且载热体的再生需要消耗能量，所以聚合反应釜的冷却应优先满足一级冷却器负荷，其次为二级、三级冷却器负荷，最后为四级冷却器负荷。同理，在切换产品配方时，需要降低聚合反应釜液位，此时应优先降低四级冷却器负荷，其次为三级、二级冷却器负荷，最后为一级冷却器负荷。

优选，步骤(a)中所述载热体循环泵采用变频电机驱动，根据输送介质的温度自动进行调节：当输送流体为高温介质时，变频电机在低频区运转，适应流量较低的工况；待釜内反应被引发后，高温介质被切换为一级冷却所用载热体，变频电机逐渐提高频率，保证载热体循环泵在高效区运转。

优选，步骤(a)中一级冷却所用载热体为导热油或热水；如选用热水，温度为130～150℃，压力为0.4～0.6MPaA；如选用导热油，温度为140～160℃，压力为0.4～0.8MPaA。

优选，步骤(b)中二级冷却器所用载热体为循环水。

优选，步骤(c)中三级冷却器所用载热体为循环水。

优选，步骤(c)中四级冷却器所用载热体为乙二醇的水溶液或冷冻盐水

本发明具有的优点和积极效果是：

(1)采用高精度质量流量计计量原料和助剂的用量，将所有高精度质量流量计按配方要求比例自动调节，可以实现原料和助剂的精确计量和准确配比，减少人工操作因素，实现反应进料的连续精确。在切换产品配方时，原料和助剂进料自动按预设好的配比进料，可稳定连续操作，保证了生产能力和产品质量。

(2)采用变频电机调节，使得载热体循环泵无论在低流量还是高流量的情况下，都在高效能区间运行，降低运行成本。

(3)四级冷却，采用聚合反应釜夹套循环冷却优先回收热能，使得回收能量效益最大化，同时降低了二级、三级、四级冷却器负荷，减少公用工程消耗。三级、四级冷却器将聚合反应釜蒸发出的气体直接冷却到较低温度，传热温差大，换热面积小，设备投资降低，同时所用载热体可以带走更多热量，能保证聚合反应釜的温度得到稳定控制，使生产更加稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图中：

1、配料罐            2、原料输送泵        3、聚合反应釜

4、底部循环泵        5、反应出料泵        6、载热体循环泵

7、二级冷却器        8、三级冷却器        9、四级冷却器

10、真空             11、一级预热器       12、一级脱轻器

13、一级脱轻泵       14、二级预热器       15、二级脱轻器

16、二级脱轻泵       17、夹套             18、高精度质量流量计

19、阀门V1           20、阀门V2           21、阀门V3

具体实施方式

下面结合具体实施例和图1所示简图，对本发明做进一步的说明。

实施例1

(1)原料和助剂的配制：

a.苯乙烯单体、丙烯腈单体、乙苯溶剂分别通过各自的高精度质量流量计18和调节阀进入配料罐1，充分混合后经原料输送泵2进入聚合反应釜3；

b.分子量调节剂、抗氧化剂、润滑剂分别经各自的高精度质量流量计18和调节阀进入聚合反应釜3；

c.以上所述所有高精度质量流量计和调节阀按配方对原料和助剂的需求比例，在DCS中，以苯乙烯为基准严格控制进料。

(2)聚合反应釜3温度控制，具体步骤如下：

a.原料连续进入聚合反应釜3内。打开聚合反应釜夹套循环冷却进料阀门V119(该阀门也是高温介质进料阀门)，高温介质进入聚合反应釜3夹套17，进而通过载热体循环泵6在夹套17内循环流动。载热体循环泵6采用变频电机驱动，此时该变频电机在低频区运转；待釜内反应被引发后，夹套内切换为导热油，温度为160℃，压力为0.8MPaA，该变频电机逐渐提高频率，导热油循环量加大至最大操作负荷的85％，保证载热体循环泵6在高效区运转。

b.打开阀门V220，聚合反应釜3顶部出来的气相通过二级冷却器7被冷凝为液体，温度为50℃，该液体返回原料进料管道参与反应。二级冷却器7所用载热体为30℃循环水。随着聚合反应釜3液位的增高，二级冷却器7负荷逐渐增大至最大负荷的80％，以控制釜内温度在配方要求温度。

c.打开阀门V321，二级冷却器7未能冷凝下来的气相单体和溶剂依次进入三级冷却器8和四级冷却器9，这两级冷却器得到的液体合并在一起，温度为15℃的液体，该液体返回原料进料管道参与反应。随着聚合反应釜3液位升高至正常液位，三级冷却器负荷达到最大负荷的70％。三级冷却器8所用载热体依次为30℃循环水，四级冷却器9所用载热体为乙二醇的水溶液。

d.反应物料在聚合反应釜3内停留2小时后，聚合反应釜3内溶液通过反应出料泵5经一级预热器11，送到一级脱轻器12，在温度为130℃，压力为50kPaA条件蒸发出大部分丙烯腈单体后，再通过一级脱轻泵13，经二级预热器14，送到二级脱轻器15，在温度为220℃，压力为10kPaA条件下蒸发出余下未反应单体和溶剂，得到高纯的聚合物，经二级脱轻泵16送去挤出和造粒，得到SAN产品。一级脱轻器12蒸发得到的气相进入三级冷却器8入口进行冷却，二级脱轻器15蒸发得到的气相进入四级冷却器9入口进行冷却，所得液体均返回聚合反应釜3原料进料管道。一级脱轻器和二级脱轻器的真空环境由真空泵10来维持。

实施例2

(1)原料和助剂的配制同实施例1，根据SAN产品生产配方，各原料和助剂的流量比例不同于实施例1。

(2)聚合反应釜3温度控制，具体步骤如下：

a.原料连续进入聚合反应釜3内。打开聚合反应釜夹套循环冷却进料阀门V119(该阀门也是高温介质进料阀门)，高温介质进入聚合反应釜3夹套17，进而通过载热体循环泵6在夹套17内循环流动。载热体循环泵6采用变频电机驱动，此时该变频电机在低频区运转；待釜内反应被引发后，夹套内切换为导热油，温度为150℃，压力为0.6MPaA，该变频电机逐渐提高频率，加大导热油循环量，至最大操作负荷的90％，保证载热体循环泵6在高效区运转。

b.打开阀门V220，聚合反应釜3顶部出来的气相通过二级冷却器7被冷凝为液体，温度为40℃，该液体返回原料进料管道参与反应。二级冷却器7所用载热体为30℃循环水。随着聚合反应釜3液位的增高，二级冷却器7负荷增大至最大负荷的85％，以控制釜内温度在配方要求温度。

c.打开阀门V321，二级冷却器7未能冷凝下来的气相单体和溶剂依次进入三级冷却器8和四级冷却器9，这两级冷却器得到的液体合并在一起，温度为10℃的液体，该液体返回原料进料管道参与反应。聚合反应釜3液位升高至正常液位，三级冷却器负荷达到最大负荷的75％。三级冷却器8所用载热体依次为30℃循环水，四级冷却器9所用载热体为乙二醇的水溶液。

d.反应物料在聚合反应釜内停留3.5小时后，聚合反应釜3内溶液通过反应出料泵5经一级预热器11，送到一级脱轻器12，在温度为120℃，压力为40kPaA条件蒸发出大部分丙烯腈单体后，再通过一级脱轻泵13，经二级预热器14，送到二级脱轻器15，在温度为210℃，压力为6kPaA条件下蒸发出余下未反应单体和溶剂，得到高纯的聚合物，经二级脱轻泵16送去挤出和造粒，得到SAN产品。一级脱轻器12蒸发得到的气相进入三级冷却器8入口进行冷却，二级脱轻器15蒸发得到的气相进入四级冷却器9入口进行冷却，所得液体均返回聚合反应釜3原料进料管道。一级脱轻器和二级脱轻器的真空环境由真空泵10来维持。

实施例3

(1)原料和助剂的配制同实施例1，根据SAN产品生产配方，各原料和助剂的流量比例不同于实施例1。

(2)聚合反应釜3温度控制，具体步骤如下：

a.原料连续进入聚合反应釜3内。打开聚合反应釜夹套循环冷却进料阀门V119(该阀门也是高温介质进料阀门)，高温介质进入聚合反应釜3夹套17，进而通过载热体循环泵6在夹套17内循环流动。载热体循环泵6采用变频电机驱动，此时该变频电机在低频区运转；待釜内反应被引发后，夹套内切换为热水，温度为130℃，压力为0.5MPaA，该变频电机逐渐提高频率，加大热水循环量至最大操作负荷的95％，保证载热体循环泵6在高效区运转。

b.打开阀门V220，聚合反应釜3顶部出来的气相通过二级冷却器7被冷凝为液体，温度为30℃，该液体返回原料进料管道参与反应。二级冷却器7所用载热体为24℃循环水。随着聚合反应釜3液位的增高，二级冷却器7负荷逐渐增大至最大负荷的85％，以控制釜内温度在配方要求温度。

c.打开阀门V321，二级冷却器7未能冷凝下来的气相单体和溶剂进入三级冷却器8和四级冷却器9，这两级冷却器得到的液体合并在一起，温度为5℃的液体，该液体返回原料进料管道参与反应。聚合反应釜3液位升高至正常液位，三级冷却器负荷达到最大负荷的80％。三级冷却器8所用载热体依次为24℃循环水，四级冷却器9所用载热体为乙二醇的水溶液。

d.反应物料在聚合反应釜3停留5小时后，聚合反应釜3内溶液通过反应出料泵5经一级预热器11，送到一级脱轻器12，在温度为110℃，压力为30kPaA条件蒸发出大部分丙烯腈单体后，再通过一级脱轻泵13，经二级预热器14，送到二级脱轻器15，在温度为200℃，压力为2kPaA条件下蒸发出余下未反应单体和溶剂，得到高纯的聚合物，经二级脱轻泵16送去挤出和造粒，得到SAN产品。一级脱轻器12蒸发得到的气相进入三级冷却器8入口进行冷却，二级脱轻器15蒸发得到的气相进入四级冷却器9入口进行冷却，所得液体均返回聚合反应釜3原料进料管道。一级脱轻器和二级脱轻器的真空环境由真空泵10来维持。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：

(1)原料苯乙烯单体、丙烯腈单体、乙苯溶剂分别通过各自的高精度质量流量计和调节阀进入配料罐，充分混合后经原料输送泵进入聚合反应釜；

(2)助剂分子量调节剂、抗氧化剂、润滑剂分别经各自的高精度质量流量计和调节阀进入聚合反应釜；

(3)步骤(1)所述原料和步骤(2)所述助剂连续进入聚合反应釜，聚合反应釜温度采用四级冷却控制；

(4)反应物料在聚合反应釜的停留时间为2～5小时，然后聚合反应釜内溶液通过反应出料泵经一级预热器，送到一级脱轻器，在温度为110～130℃，压力为30～50kPaA条件蒸发出未反应的大部分丙烯腈单体后，再通过一级脱轻泵，经二级预热器，送到二级脱轻器，在温度为200～220℃，压力为2～10kPaA条件下蒸发出余下未反应单体和溶剂，得到高纯的聚合物，经二级脱轻泵送去挤出和造粒，得到SAN产品。

2.根据权利要求1所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(3)中聚合反应釜采用四级冷却控制，一级冷却为聚合反应釜夹套循环冷却，二级冷却为聚合反应釜蒸发气相冷凝冷却，三级冷却及四级冷却为将聚合反应釜蒸发气相冷凝后，在真空环境下进行深度冷却，所得到液体温度较二级冷却更低。

3.根据权利要求1或2所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(3)中聚合反应釜采用四级冷却控制，具体步骤如下：

(a)打开聚合反应釜夹套循环冷却进料阀门，高温介质进入聚合反应釜夹套，引发釜内聚合反应，高温介质通过载热体循环泵在夹套内循环流动，待釜内反应被引发后，夹套内切换为载热体进行一级冷却，保持釜内反应温度在140～160℃，载热体循环量至最大操作负荷的85～95％；

(b)打开二级冷却器前阀门，聚合反应釜内蒸发出来的单体和溶剂通过二级冷却器被冷凝为液体，液体温度为30～50℃，返回原料进料管道参与反应，随着聚合反应釜液位的增高，二级冷却器内载热体的负荷增大至最大负荷的80～90％；

(c)打开三级冷却器前阀门，二级冷却器未能冷凝下来的单体和溶剂依次进入三级冷却器、四级冷却器，进一步冷却，这两级冷却器得到的液体合并在一起，得到温度为5～15℃的液体，返回原料进料管道参与反应，随着聚合反应釜液位升高至正常液位，三级冷却器及四级冷却器内载热体的负荷达到最大负荷的70～80％

(d)步骤(4)得到SAN产品后，一级脱轻器蒸发得到的气相进入三级冷却器入口进行冷却，二级脱轻器蒸发得到的气相进入四级冷却器入口进行冷却，所得液体均返回聚合反应釜原料进料管道，一级脱轻器和二级脱轻器的真空环境由真空泵来维持。

4.根据权利要求3所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(a)中所述载热体循环泵采用变频电机驱动，根据输送介质的温度自动进行调节：当输送流体为高温介质时，变频电机在低频区运转，适应流量较低的工况；待釜内反应被引发后，高温介质被切换为一级冷却所用载热体，变频电机逐渐提高频率，保证载热体循环泵在高效区运转。

5.根据权利要求3所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(a)中一级冷却所用载热体为导热油或热水；如选用热水，温度为130～150℃，压力为0.4～0.6MPaA；如选用导热油，温度为140～160℃，压力为0.4～0.8MPaA。

6.根据根据权利要求3所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(b)中二级冷却器所用载热体为循环水。

7.根据根据权利要求3所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(c)中三级冷却器所用载热体为循环水。

8.根据根据权利要求3所述的一种SAN连续本体法生产工艺，其特征在于：步骤(c)中四级冷却器所用载热体为乙二醇的水溶液或冷冻盐水。