CN103623761A - 丁基橡胶聚合反应器 - Google Patents

Abstract

一种丁基橡胶聚合反应器，包括筒体（4），筒体的上端连接有上管箱（9），下端连接有下管箱（1），筒体的中心安装有中心筒（7），其特征是所述的中心筒中安装有螺旋导流板（5），中心筒的上端连接有上导流锥（8），下端连接有下导流锥（2）；所述的下管箱分别连接有进料口（N1）和催化剂进口（N2），反应原料从进料口进入下管箱中与从催化剂进口进入的催化剂混合后进入下导流锥中并在叶片位于中心管中的搅拌传动系统（11）的带动下沿螺旋导流板（5）进行充分混合后从上导流锥溢出进入中心管周围的换热管束（6）中，与换热管束外部充满的冷却液进行热交换。本发明结构简单，控温效果好。

Description

丁基橡胶聚合反应器

技术领域

本发明涉及一种化工设备，尤其是一种反应物料在合成过程中会释放大量热量的化学放热反应釜，具体地说是一种丁基橡胶聚合反应器。

背景技术

丁基橡胶是一种合成橡胶，由异丁烯和少量异戊二烯聚合生成，是一种重要的工业原料。由于其具有良好的化学稳定性和热稳定性，特别是优异的气密性和水密性，制成品不易漏气，一般用来制造汽车、飞机轮子的内胎以及蒸汽管、水胎、水坝底层以及垫圈等各种橡胶制品。

丁基橡胶反应原理为：精制过的异丁烯和异戊二烯配制成一定比例的氯甲烷溶液，经由聚合釜底送入聚合釜，遇加入的催化剂后，单体异丁烯和异戊二烯发生阳离子聚合反应，生成丁基橡胶。该反应是放热反应，聚合过程中会产生热量，且反应速度极快，反应难控制。温度对异丁烯和异戊二烯的共聚反应有很大的影响，如温度高，聚合物的相对分子质量降低，不饱和度和橡胶的物理机械性能均降低，在常温下生成低相对分子质量的化合物，要得到具有实际应用价值的聚合物,聚合反应温度必须控制在-96℃～-100℃左右。因此，把反应过程中产生的热量迅速去除，控制低反应温度就成了反应釜结构设计中考虑的首要问题。

   目前丁基橡胶生产常用的聚合反应器结构形式如图1所示：主要由釜体和搅拌器以及插入的六组换热管束等部件组成，釜体中加入单体异丁烯和异戊二烯溶液，管束中加入-120℃的液态冷却乙烯，釜体中的单体异丁烯和异戊二烯溶液遇加入的催化剂发生聚合反应，为了使溶液和催化剂充分混合，反应产生的热量迅速被管束中的冷却乙烯吸收，控制反应的温度在-96℃～-100℃，使反应更完全，提高聚合率，使用五层搅拌器进行搅拌混合。但由于管束本身的阻碍作用，使得管束外的溶液搅拌混合不充分，反应热量的吸收不如管束圈内溶液的效果好，使产品的聚合效果及聚合率受到一定的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有丁基橡胶反应器结构上存在的不足，不能充分满足溶液混合冷却要求的问题，设计一种能使溶液和催化剂得到充分的混合，消除死角区，并能使反应产生的热量迅速被冷态乙烯吸收，保证单体异丁烯和异戊二烯在-96℃～-100℃的低温反应，聚合率能提高5%以上的丁基橡胶聚合反应器。

本发明的技术方案是：

一种丁基橡胶聚合反应器，包括筒体4，筒体4的上端连接有上管箱9，下端连接有下管箱1，筒体4的中心安装有中心筒7，筒体4与中心筒7之间形成换热室，其特征是所述的中心筒7中安装有螺旋导流板5，中心筒7的上端连接有主体位于上管箱9中的上导流锥8，下端连接有主体位于下管箱1中的下导流锥2；所述的下管箱1分别连接有进料口N1和催化剂进口N2，反应原料从进料口N1进入下管箱1中与从催化剂进口N2进入的催化剂混合后进入下导流锥2中并在叶片位于中心管7中的搅拌传动系统11的带动下沿螺旋导流板5进行充分混合后从上导流锥8溢出进入中心管7周围的换热室中安装的换热管束6中，与换热管束6外部充满的冷却液进行热交换，冷却后的反应料从出料口N3流出筒体外；所述的筒体4的下端外侧安装有冷却液进口N4，上端安装有冷却液出口N5。

所述的换热室的换热管束6沿中心筒7呈环形分布，相邻圈的换热管束6通过连接板12实现轴向定位。

所述的中心筒7中安装的螺旋导流板5的数量为三条，它们均布在中心筒内壁上，总高度不超过中心筒高度的二分之一。

所述的上管箱9相对上导流锥的顶部安装有便于反应料进入换热管束中的导流板10。

本发明的有益效果：

本发明能使溶液和催化剂得到充分的混合，消除了死角区，并能使反应产生的热量迅速被冷态乙烯吸收，保证了单体异丁烯和异戊二烯在-96℃～-100℃的低温反应，聚合率能提高5%以上。

本发明结构简单，制造安装方便。

附图说明

    图1是现有的反应器的结构示意图。

图2是图1的截面图。

图1、2中：101为出料口，102为冷却液出口，103为换热管束，104为釜体，105为搅拌系统，106为冷却液进口，107为进料口，108为催化剂进料口。

图3是本发明的结构示意图。

图4是本发明的热管在筒体和中心筒之间的布置结构截面图。

图5是本发明的上（下）导流锥的结构示意图。

图6是本发明的螺旋导流片的结构示意图。

图7是用于反映螺旋导流片在中心筒中布置方式的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    如图3-7所示。

一种丁基橡胶聚合反应器，包括筒体4，筒体4的上端连接有上管箱9，下端连接有下管箱1，筒体4的中心安装有中心筒7，筒体4与中心筒7之间形成换热室13，换热室中安装有多圈沿中心筒7呈环形分布的换热管束6（如图4），相邻圈的换热管束6通过连接板12实现轴向定位（如图1）。所述的中心筒7中对称安装有三片螺旋导流板5（如图6、7所示），螺旋导流板5的高度不超过中心筒7高度的二分之一（如图1），中心筒7的上端连接有主体位于上管箱9中的上导流锥8，上导流锥的上部安装有防止反应物冲击上管箱9顶壁的导流板10，导流锥8的锥壁呈倒水滴状结构（如图5所示），中心筒7的下端连接有主体位于下管箱1中的下导流锥2，下导流锥2的锥壁截面形状呈水滴状（如图5）；所述的下管箱1分别连接有进料口N1和催化剂进口N2，反应原料从进料口N1进入下管箱1中与从催化剂进口N2进入的催化剂混合后进入下导流锥2中并在叶片位于中心管7中的搅拌传动系统11的带动下沿螺旋导流板5进行充分混合后从上导流锥8溢出进入中心管7周围的换热室中安装的换热管束6中，与换热管束6外部充满的冷却液进行热交换，冷却后的反应料从出料口N3流出筒体外；所述的筒体4的下端外侧安装有冷却液进口N4，上端安装有冷却液出口N5。

    详述如下：

本发明的丁基橡胶生产聚合反应器，能使溶液和催化剂得到充分的混合，消除了死角区，并能使反应产生的热量迅速被冷态乙烯吸收，保证了单体异丁烯和异戊二烯在-96℃～-100℃的低温反应，聚合率能提高5%以上。结构见图3所示：主要由筒体、搅拌传动系统、换热管束、中心管、螺旋导流板、上导流锥、导流板、下导流锥、底部锥筒等部件组成。反应过程原理为：混合后的单体异丁烯和异戊二烯溶液由筒体4的下管箱1底部的N1接管送入，遇由N2接管送入的催化剂后，两者在反应器内发生反应，反应中，搅拌器高速转动，把送入的溶液和催化剂充公搅拌混合的同时，把混合液经螺旋导流板5通过中心管7向上传送到筒体4的上管箱9中，螺旋导流板5使经过的溶液成旋转状上升，起到进一步混合溶液以及使反应溶液与中心管壁充分接触冷却的目的。反应溶液经过上导流锥8，进入换热管束（列管）进一步冷却，换热管束6外面的壳体空间内是液态的冷却乙烯，乙烯由N4接管输入、N5接管输出。溶液反应产生的热量由液态乙烯的蒸发带走，控制反应温度为-96℃～-100℃。溶液冷却后又进入下管箱进一步重复上述过程，进一步充分的反应，周而复始直到反应完成。聚合反应完成后，含丁基橡胶微粒的淤浆从聚合釜上部N3接管导出。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种丁基橡胶聚合反应器，包括筒体（4），筒体（4）的上端连接有上管箱（9），下端连接有下管箱（1），筒体（4）的中心安装有中心筒（7），筒体（4）与中心筒（7）之间形成换热室，其特征是所述的中心筒（7）中安装有螺旋导流板（5），中心筒（7）的上端连接有主体位于上管箱（9）中的上导流锥（8），下端连接有主体位于下管箱（1）中的下导流锥（2）；所述的下管箱（1）分别连接有进料口（N1）和催化剂进口（N2），反应原料从进料口（N1）进入下管箱（1）中与从催化剂进口（N2）进入的催化剂混合后进入下导流锥（2）中并在叶片位于中心管（7）中的搅拌传动系统（11）的带动下沿螺旋导流板（5）进行充分混合后从上导流锥（8）溢出进入中心管（7）周围的换热室中安装的换热管束（6）中，与换热管束（6）外部充满的冷却液进行热交换；冷却后的反应料从出料口（N3）流出筒体外；所述的筒体（4）的下端外侧安装有冷却液进口（N4），上端安装有冷却液出口（N5）。

2.根据权利要求1所述的丁基橡胶聚合反应器，其特征是所述的换热室的换热管束（6）沿中心筒（7）呈环形分布，相邻圈的换热管束（6）通过连接板（12）实现轴向定位。

3.根据权利要求1所述的丁基橡胶聚合反应器，其特征是所述的中心筒（7）中安装的螺旋导流板（5）的数量为三条，它们均布在中心筒内壁上，总高度不超过中心筒高度的二分之一。

4.根据权利要求1所述的丁基橡胶聚合反应器，其特征是所述的上管箱（9）相对上导流锥的顶部安装有便于反应料进入换热管束中的导流板（10）。

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