CN104151487A - Pna碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统及其方法，特点是包括聚合釜、溢流罐、脱单塔、脱单塔塔底泵、聚合放空洗涤器、脱单塔一级冷凝器、脱单塔二级冷凝器、脱单塔真空系统、脱单塔回流罐、脱单塔回流泵和烛式过滤器，聚合釜的上端设置有若干个物料进口，聚合釜分别与聚合放空洗涤器和溢流罐连通，聚合放空洗涤器和溢流罐分别与脱单塔连通，脱单塔通过脱单塔塔底泵与烛式过滤器连通，脱单塔与所述的脱单塔一级冷凝器连通，脱单塔一级冷凝器与脱单塔二级冷凝器连通，脱单塔一级冷凝器和脱单塔二级冷凝器分别与脱单塔回流罐连通，脱单塔回流罐分别与脱单塔的和聚合釜连通，优点是聚合物浆料分子量高、分散性小、稳定性好。

Description

PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种丙烯腈聚合物生产方法，尤其是涉及一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统及其方法。

背景技术

碳纤维(carbonfiber，简称CF)是一种含碳量90％以上的无机高分子特种纤维，碳纤维在物理性能上具有强度高、模量高、密度低、线膨胀系数小、耐高温、耐磨擦、柔软可加工等特点，称之为新材料之王。碳纤维已广泛应用于建材、石化、机械、电子、海洋开发、交通运输以及体育娱乐等高端民用领域，是与国民经济和国家安全密切相关的战略物资，是发展先进武器装备，特别是导弹、火箭和战机所急需的特种纤维，也是制造卫星、航空和航天飞行器、核能设备等迫切需要的功能材料和结构增强材料。

聚丙烯腈原丝是制备高性能碳纤维的基础，碳纤维的最终性能很大程度上取决于原丝的质量，如果聚丙烯腈原丝的分子结构和聚集结构存在不同程度的缺陷，必将演化并遗传给碳纤维。例如，1)原丝的化学组成、结构及各项性能指标将直接影响碳丝的等级；2)原丝的内部及表面缺陷将直接影响碳丝的等级；3)原丝分散性CV值将直接影响碳丝CV值；4)原丝的截面形状将直接决定碳丝截面形状；5)原丝的外形和规整度将决定碳丝运行的连续性。而聚合工艺技术决定的原丝质量，原丝质量决定碳丝质量，没有好的聚合物就不可能生产出好的碳丝。

现有的聚丙烯腈(PNA)原丝的制备包括聚合→纺丝两方面，丙烯腈的聚合遵从自由基聚合机制，工业生产中最常用的聚合方法为均相溶液聚合和水相沉淀聚合。均相溶液聚合是反应单体和引发剂在合适溶剂中进行的聚合。该聚合体系是由单体(丙烯腈AN和共聚单体)、引发剂和溶剂三部分组成，这三部分组成了一个均一稳定的反应体系。进行均相溶液聚合时，其常用的反应介质主要有DMSO、DMF、DMAc、ZnCl2水溶液和NaSCN水溶液等。溶剂的存在，可降低向大分子的链转移反应，减少了PAN大分子的支化，有利于提高产品的最终性能。但是，溶剂的存在也会使AN自由基向溶剂转移，使聚合度降低而不易制得高分子量的PAN聚合物。水相沉淀聚合是将前述的均相溶液聚合体系中的反应溶剂全部换成水作介质，同时把油溶性引发剂改为水溶性引发剂，由于单体AN在水中具有一定的溶解度，该聚合体系从油溶性体系转变成部分水溶性体系。在反应过程中，水溶性引发剂受热分解产生离子自由基后，引发水中的AN单体产生AN自由基，当链增长反应进行到一定程度时，PAN聚合物会以白色絮状沉淀从水相中析出。该聚合体系由单体(AN和共聚单体)、水溶性引发剂和水组成，最终可以得到粉末状或颗粒状PAN聚合物。缺点是PAN固体粒子用于配制纺丝原液时，需经干燥后重新溶解，增加了生产工序的复杂性；聚合物浆状物分离、干燥耗能较大。

水相悬浮聚合是单体以小液滴的形式悬浮在水相中进行的聚合。AN的水相悬浮聚合体系一般包括：聚合单体(AN和共聚单体)、油溶性引发剂、水和分散剂四个基本组分。聚合时单体在机械搅拌作用下分散成均匀的小液滴，油溶性引发剂在小液滴中引发聚合反应，类似于本体聚合，产生的白色聚合物不溶于水而沉淀出来。由于分散剂的存在，单体小液滴的表面形成一层保护膜，可以防止粘结。在聚合过程中，水是作为反应介质存在的，它作为热交换与液滴分散的媒介。聚合结束后，回收未参与反应的单体，聚合物经洗涤、分离、干燥后，得到颗粒状的PAN聚合物。水相悬浮聚合一般具有以下优点：

(1)以水为分散介质，价廉、不需要回收、安全、易分离；

(2)悬浮聚合体系反应产率高、粘度低、温度易控制、产品质量稳定；

(3)由于没有向溶剂的链转移反应，其产物的相对分子质量一般比均相溶液聚合的产物高。

(4)与乳液聚合相比，悬浮聚合物上吸附的分散剂量少，有些还容易脱除，产物杂质较少。

(5)颗粒形态较大，可以制成不同粒径的颗粒粒子。聚合物颗粒直径一般在0.05～0.2mm，有些可达0.4mm，甚至超过1mm。

目前溶液聚合只能实现间歇聚合，不能实现连续聚合，从而使聚丙烯腈原丝聚合工艺不稳定，原丝批间分散性(CV值)大，聚合原液质量时好时坏，导致聚丙烯腈原丝共聚物组成漂移、分子量分布宽、稳定性差及批次重复性差，该问题已成为是我国碳纤维发展的一个瓶颈。同时水相连续聚合由于聚合工艺流程、核心设备、控制参数不同程度存在缺欠，导致水相连续聚合聚合物分子量低位徘徊。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能进行水相悬浮连续聚合的分子量高、分散性小的PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统及其方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

1、一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统，包括聚合釜、溢流罐、脱单塔、脱单塔塔底泵、聚合放空洗涤器、脱单塔一级冷凝器、脱单塔二级冷凝器、脱单塔真空系统、脱单塔回流罐、脱单塔回流泵和烛式过滤器，所述的聚合釜的上端设置有若干个物料进口，所述的聚合釜的顶部气体出口与所述的聚合放空洗涤器的下端气体进口连通，所述的聚合釜的上部物料出口与所述的溢流罐的上部物料进口连通，所述的聚合放空洗涤器的底部物料出口和所述的溢流罐的底部物料出口分别与所述的脱单塔的中部物料进口连通，所述的脱单塔的底部物料出口通过所述的脱单塔塔底泵与所述的烛式过滤器连通，所述的脱单塔的顶部气体出口与所述的脱单塔一级冷凝器的上端气体进口连通，所述的脱单塔一级冷凝器的下端未凝气出口与所述的脱单塔二级冷凝器的上端气体进口连通，所述的脱单塔一级冷凝器的底部冷凝液出口和所述的脱单塔二级冷凝器的底部冷凝液出口分别与所述的脱单塔回流罐的中部液体进口连通，所述的脱单塔二级冷凝器的下端不凝气出口和所述的脱单塔回流罐的顶部不凝气出口分别与所述的脱单塔真空系统连通，所述的脱单塔回流罐通过所述的脱单塔回流泵分别与所述的脱单塔的中部单体回流进口和所述的聚合釜的顶部单体回流进口连通。

所述的聚合釜的底部设置有浆料备用罐，所述的浆料备用罐通过浆料循环泵与所述的聚合釜的物料进口连通。

所述的聚合釜的外壁设置有夹套，所述的夹套的下端设置有低温水上水口，所述的夹套的上端设置有低温水回水口，所述的夹套的下端还设置有第一蒸汽进口，所述的脱单塔的下端设置有第二蒸汽进口，所述的聚合釜内设置有浆叶式搅拌器，所述的聚合釜的各物料进口的管道上设置有相应的流量控制阀，所述的烛式过滤器连接有浆料冷却器。

2、一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，包括以下步骤：

(1)将单体、引发剂、催化剂、分散剂、pH调节剂和脱盐水分别按一定流量连续送入聚合釜，其中单体的各原料成分和流量如下：第一单体丙烯腈675kg/h、第二单体甲叉丁二酸4.72kg/h和第三单体丙烯酸甲酯2.36kg/h；引发剂原料成分和流量为偶氮二异丁氰3.19kg/h；催化剂原料成分和流量为12wt％过硫酸铵溶液0.625kg/h；分散剂原料成分和流量如下：18wt％亚硫酸氢铵溶液0.55kg/h和7wt％硫酸亚铁溶液0.16kg/h；pH调节剂为20wt％稀硫酸溶液0.42kg/h；脱盐水流量为2700kg/h；

(2)将聚合釜的夹套中通入蒸汽，控制聚合釜内的混合液体温度为60℃达到引发剂起作用温度，以水为连续相，单体为分散相，悬浮于水中液滴状单体开始进行自由基的聚合并放出聚合热，60℃保持15分钟后，再将聚合釜的夹套中通入低温冷却水，控制聚合釜内聚合温度为55℃，在聚合釜内搅拌器的作用下，聚合反应35-45分钟，得到由聚合物浆料、未聚单体及水组成的混合液体以及由未聚单体和水蒸气组成的混合气体；

(3)将聚合反应得到的混合气体通过聚合釜的顶部气体出口送入聚合放空洗涤器的下端气体进口，将混合气体在聚合放空洗涤器中自下而上与通过聚合放空洗涤器的上端物料进口送入的聚合终止剂和脱盐水汇合，使混合气体终止聚合并进行洗涤，得到聚合物浆料、未聚单体、脱盐水及少量不凝气，少量不凝气通过聚合放空洗涤器的顶部气体出口送去尾气洗涤塔处理，聚合物浆料、未聚单体和水通过聚合放空洗涤器的底部物料出口流出，依靠重力送入脱单塔的中部物料进口；

(4)将聚合反应得到的混合液体通过聚合釜的上部物料出口连续送入溢流罐的上部物料进口，混合液体在溢流罐中与聚合终止剂反应，得到聚合物浆料、未聚单体和水，将聚合物浆料、未聚单体和水通过溢流罐的底部物料出口流出，依靠重力送入脱单塔的中部物料进口；

(5)脱单塔采用真空气提筛板塔，将脱单塔的塔顶操作温度控制为78℃，塔底操作温度控制为155℃，塔操作压力控制为50mmHg(A)，筛板数控制为25；同时将0.5MPa(G)饱和蒸汽按1200kg/h流量由脱单塔底部送入，饱和蒸汽自下而上将未聚单体气提脱除，经精馏分离，脱单塔的塔底得到聚合物浆料，脱单塔塔顶得到由未聚单体和水蒸汽组成的混合气体，将聚合物浆料通过脱单塔塔底泵送入5-10μ烛式过滤器中过滤除去大块聚合物后，得到分子量为25-28万的聚合物浆料，即PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物。

步骤(1)中所述的聚合釜的底部设置有用于聚合釜停车检修时暂时存放浆料的浆料备用罐，所述的浆料备用罐中的浆料通过浆料循环泵按总进料量的5％返回所述的聚合釜。

步骤(2)中所述的搅拌器采用浆叶式搅拌器，所述的搅拌器的搅拌速度为85npr。设置浆叶式搅拌器使反应物料在强剪切力搅拌作用下分散成小液滴，搅拌速度对分子量影响较大，搅拌可使聚合釜内高粘度聚合液处于流动状态，有利于传质传热，使聚合釜内温度均匀。聚合物浆料的颗粒粒径由可由分散剂添加量和桨叶转速来共同调节。

步骤(3)中所述的聚合终止剂进料量控制为0.3kg/h、所述的脱盐水进料量控制为500kg/h，步骤(4)中所述的聚合终止剂进料量控制为2.2kg/h。根据聚合物浆料的pH值来控制溢流罐中聚合终止剂添加量，聚合终止前聚合物pH控制值7.5-8.0，pH值由进入聚合釜的pH调节剂(20wt％稀硫酸溶液)流量来调节，聚合pH调节剂正常值为0.42kg/h，用于中和丙烯腈被引发聚合后产生的NH4+游离基。

所述的聚合终止剂为5wt％碳酸铵水溶液，所述的5wt％碳酸铵水溶液的溶剂为脱盐水。

步骤(5)中得到的聚合物浆料送入浆料冷却器，浆料冷却器将聚合物浆料冷却后送往过滤干燥单元。过滤干燥单元作用是将聚合物浆料干燥成粉仓储，后将粉体输送至原液配制单元，在原液配制单元聚合粉料加入纺丝溶剂DMAC或DMF配制成原液用于纺丝。

将步骤(5)中得到的混合气体通过脱单塔的塔顶气体出口送入脱单塔一级冷凝器，混合气体在脱单塔一级冷凝器中经第一循环低温水冷凝得到未聚单体凝液和未凝气，未聚单体凝液依靠重力流入脱单塔回流罐，未凝气依靠重力流入脱单塔二级冷凝器，未凝气在脱单塔二级冷凝器中经第二循环低温水冷凝得到未聚单体凝液和不凝气，未聚单体凝液依靠重力流入脱单塔回流罐，脱单塔回流罐内底部的未聚单体凝液经脱单塔回流泵一部分返回脱单塔做回流用，其余部分返回聚合釜作为回收单体有效回收利用，脱单塔二级冷凝器排出的不凝气及脱单塔回流罐顶部排出的不凝气进入脱单塔真空系统，利用脱单塔真空系统中不凝气控制脱单塔真空度为50mmHg(A)，其第二循环低温水的温度低于第一循环低温水。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)采用连续聚合，聚合物分子的分子量均一性好、分子量的波动小、分子量分布窄、色泽白。

(2)连续相为水，聚合热易扩散，聚合热移除效率高，聚合反应温度易控制。

(3)采用溶于水的催化剂，可以生产具有较高分子量25-28万的丙烯腈聚合物，子量分布指数为CV＝1.17，有效减少聚合物分子末端缺陷，适合于生产64K大丝束。

(4)采用有利于纤维牵伸的第二单体以及有利于环化的发生第三单体，采用水溶性氧化-还原无机化合物引发剂，由于引发剂在聚合体分子中引入了-COOH基团，有助于原丝后期碳化碳化速度的控制。

(5)聚合引发剂及聚合终止剂均不含有Na+离子，从本质上消除了因Na+离子而增加断丝率和降低碳丝的强度和弹性。

(6)反应时间短、反应可以在40分钟内完成，转化率高，转化率能够达到80％以上，副反应少；连续聚合釜体积小：7m³聚合釜原丝生产能力5000吨/年，相同生产能力间歇聚合聚合釜需要50m³。

(7)单体回收简易：未反应单体容易除去，聚合产物为固体珠状颗粒，易分离，用简单蒸馏可脱出未反应单体。

本发明丙烯腈水相悬浮连续聚合与丙烯腈水相悬浮间歇聚合比较，区别如下表1所示：

表1本发明丙烯腈水相悬浮连续聚合与丙烯腈水相悬浮间歇聚合比较

附图说明

图1为本发明PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产的设备流程图。

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。

具体实施例一

一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统，如图1所示，包括聚合釜1、聚合放空洗涤器2、溢流罐3、脱单塔4、脱单塔塔底泵5、烛式过滤器6、脱单塔一级冷凝器7、脱单塔二级冷凝器8、脱单塔回流罐9、脱单塔真空系统10和脱单塔回流泵11，聚合釜1的上端设置有若干个物料进口，聚合釜1的顶部气体出口与聚合放空洗涤器2的下端气体进口连通，聚合釜1的上部物料出口与溢流罐3的上部物料进口连通，聚合放空洗涤器2的底部物料出口和溢流罐3的底部物料出口分别与脱单塔4的中部物料进口连通，脱单塔4的底部物料出口通过脱单塔塔底泵5与烛式过滤器6连通，脱单塔4的顶部气体出口与脱单塔一级冷凝器7的上端气体进口连通，脱单塔一级冷凝器7的下端未凝气出口与脱单塔二级冷凝器8的上端气体进口连通，脱单塔一级冷凝器7的底部冷凝液出口和脱单塔二级冷凝器8的底部冷凝液出口分别与脱单塔回流罐9的中部液体进口连通，脱单塔二级冷凝器8的下端不凝气出口和脱单塔回流罐9的顶部不凝气出口分别与脱单塔真空系统10连通，脱单塔回流罐9通过脱单塔回流泵11分别与脱单塔4的中部单体回流进口和聚合釜1的顶部单体回流进口连通。

在此具体实施例中，聚合釜1的底部设置有浆料备用罐12，浆料备用罐12通过浆料循环泵13与聚合釜1的物料进口连通；聚合釜1的外壁设置有夹套20，夹套20的下端设置有低温水上水口15，夹套20的上端设置有低温水回水口16，夹套20的下端还设置有第一蒸汽进口17。脱单塔4的下端设置有第二蒸汽进口18；聚合釜1内设置有浆叶式搅拌器19，各物料进口的管道上设置有相应的流量控制阀，烛式过滤器6与浆料冷却器14连接。

具体实施例二

一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)将单体、引发剂、催化剂、分散剂、pH调节剂和脱盐水分别按一定流量连续送入聚合釜1，其中单体的各原料成分和流量如下：第一单体丙烯腈675kg/h、第二单体甲叉丁二酸4.72kg/h和第三单体丙烯酸甲酯2.36kg/h；引发剂原料成分和流量为偶氮二异丁氰3.19kg/h；催化剂原料成分和流量为12wt％过硫酸铵溶液0.625kg/h；分散剂原料成分和流量如下：18wt％亚硫酸氢铵溶液0.55kg/h和7wt％硫酸亚铁溶液0.16kg/h；pH调节剂为20wt％稀硫酸溶液0.42kg/h；脱盐水流量为2700kg/h；聚合釜进料组成、流量及其作用如下述表2所示，

表2聚合釜进料组成、流量及其作用

(2)将聚合釜1的夹套20中通入蒸汽，控制聚合釜1内的混合液体温度为60℃达到引发剂起作用温度，以水为连续相，单体为分散相，悬浮于水中液滴状单体开始进行自由基的聚合并放出聚合热，60℃保持15分钟后，再将聚合釜1的夹套20中通入低温冷却水，控制聚合釜1内聚合温度为55℃，在聚合釜1内搅拌器19的作用下，聚合反应35-45分钟，得到由聚合物浆料、未聚单体及水组成的混合液体以及由未聚单体、水蒸气组成的混合气体；低温冷冻水上水温度7℃，低温冷却水回水温度12℃，根据丙烯腈聚合17.5kcal/mol的放热量，与5000吨/年原丝匹配聚合放热量为22万kcal/h，低温冷却水用量43t/h；

丙烯腈聚合反应方程式如下：

(3)将混合气体通过聚合釜1的顶部气体出口送入聚合放空洗涤器2的下端气体进口，将混合气体在聚合放空洗涤器2中自下而上与通过聚合放空洗涤器2的上端物料进口送入的聚合终止剂和脱盐水汇合，使混合气体终止聚合并进行洗涤，得到聚合物浆料、未聚单体、脱盐水及少量不凝气，少量不凝气通过聚合放空洗涤器2的顶部气体出口送去尾气洗涤塔处理，聚合物浆料、未聚单体和水通过聚合放空洗涤器2的底部物料出口流出，依靠重力送入脱单塔4的中部物料进口；

(4)将混合液体通过聚合釜1的上部物料出口连续送入溢流罐3的上部物料进口，混合液体在溢流罐3中与聚合终止剂反应，得到聚合物浆料、未聚单体和水，将聚合物浆料、未聚单体和水通过溢流罐3的底部物料出口流出，依靠重力送入脱单塔4的中部物料进口；

(5)脱单塔4采用真空气提筛板塔，将脱单塔4的塔顶操作温度控制为78℃，塔底操作温度控制为155℃，塔操作压力控制为50mmHg(A)，筛板数控制为25；同时将0.5MPa(G)饱和蒸汽按1200kg/h流量由脱单塔4底部送入，饱和蒸汽自下而上将未聚单体气提脱除，经精馏分离，脱单塔4塔底得到聚合物浆料，脱单塔4塔顶得到由未聚单体和水蒸汽组成的混合气体，将聚合物浆料通过脱单塔塔底泵5送入5-10μ烛式过滤器6中过滤除去大块聚合物后，得到分子量为25-28万的聚合物浆料，即PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物；再将聚合物浆料送入浆料冷却器14经浆料冷却器14将155℃聚合物浆料冷却到55℃后，将聚合物浆料送入过滤干燥单元，用于后续反应；

(6)将脱单塔4塔顶得到的混合气体通过脱单塔4的塔顶气体出口送入脱单塔一级冷凝器7，混合气体在脱单塔一级冷凝器7中经第一循环低温水冷凝得到未聚单体凝液和未凝气，未聚单体凝液依靠重力流入脱单塔回流罐9，未凝气依靠重力流入脱单塔二级冷凝器8，未凝气在脱单塔二级冷凝器8中经第二循环低温水冷凝得到未聚单体凝液和不凝气，未聚单体凝液依靠重力流入脱单塔回流罐9，脱单塔回流罐9内底部的未聚单体凝液经脱单塔回流泵11一部分返回脱单塔4做回流用，其余部分返回聚合釜1作为回收单体有效回收利用，脱单塔二级冷凝器8排出的不凝气及脱单塔回流罐9顶部排出的不凝气进入脱单塔真空系统10，利用脱单塔真空系统10中不凝气控制脱单塔4真空度为50mmHg(A)，其中第二循环低温水的温度低于第一循环低温水。

在此具体实施例中，步骤(1)中聚合釜1的底部设置有用于聚合釜1停车检修时暂时存放浆料的浆料备用罐12，浆料备用罐12中的浆料通过浆料循环泵13按总进料量的5％流量返回聚合釜1；步骤(2)中搅拌器19采用浆叶式搅拌器，搅拌器19的搅拌速度为85npr；步骤(3)中聚合终止剂进料量控制为0.3kg/h、脱盐水进料量控制为500kg/h；步骤(4)中聚合终止剂进料量控制为2.2kg/h。聚合终止剂为5wt％碳酸铵水溶液，5wt％碳酸铵水溶液的溶剂为脱盐水。

本发明丙烯腈聚合系统按5000吨/年原丝计算，聚合单元主要设备结构及尺寸见表3，

表3丙烯腈水相悬浮连续聚合设备结构及尺寸

上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统，其特征在于：包括聚合釜、溢流罐、脱单塔、脱单塔塔底泵、聚合放空洗涤器、脱单塔一级冷凝器、脱单塔二级冷凝器、脱单塔真空系统、脱单塔回流罐、脱单塔回流泵和烛式过滤器，所述的聚合釜的上端设置有若干个物料进口，所述的聚合釜的顶部气体出口与所述的聚合放空洗涤器的下端气体进口连通，所述的聚合釜的上部物料出口与所述的溢流罐的上部物料进口连通，所述的聚合放空洗涤器的底部物料出口和所述的溢流罐的底部物料出口分别与所述的脱单塔的中部物料进口连通，所述的脱单塔的底部物料出口通过所述的脱单塔塔底泵与所述的烛式过滤器连通，所述的脱单塔的顶部气体出口与所述的脱单塔一级冷凝器的上端气体进口连通，所述的脱单塔一级冷凝器的下端未凝气出口与所述的脱单塔二级冷凝器的上端气体进口连通，所述的脱单塔一级冷凝器的底部冷凝液出口和所述的脱单塔二级冷凝器的底部冷凝液出口分别与所述的脱单塔回流罐的中部液体进口连通，所述的脱单塔二级冷凝器的下端不凝气出口和所述的脱单塔回流罐的顶部不凝气出口分别与所述的脱单塔真空系统连通，所述的脱单塔回流罐通过所述的脱单塔回流泵分别与所述的脱单塔的中部单体回流进口和所述的聚合釜的顶部单体回流进口连通。

2.根据权利要求1一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统，其特征在于：所述的聚合釜的底部设置有浆料备用罐，所述的浆料备用罐通过浆料循环泵与所述的聚合釜的物料进口连通。

3.根据权利要求1一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产系统，其特征在于：所述的聚合釜的外壁设置有夹套，所述的夹套的下端设置有低温水上水口，所述的夹套的上端设置有低温水回水口，所述的夹套的下端还设置有第一蒸汽进口，所述的脱单塔的下端设置有第二蒸汽进口，所述的聚合釜内设置有浆叶式搅拌器，所述的聚合釜的各物料进口的管道上设置有相应的流量控制阀，所述的烛式过滤器连接有浆料冷却器。

4.一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将单体、引发剂、催化剂、分散剂、pH调节剂和脱盐水分别按一定流量连续送入聚合釜，其中单体的各原料成分和流量如下：第一单体丙烯腈675kg/h、第二单体甲叉丁二酸4.72kg/h和第三单体丙烯酸甲酯2.36kg/h；引发剂原料成分和流量为偶氮二异丁氰3.19kg/h；催化剂原料成分和流量为12wt％过硫酸铵溶液0.625kg/h；分散剂原料成分和流量如下：18wt％亚硫酸氢铵溶液0.55kg/h和7wt％硫酸亚铁溶液0.16kg/h；pH调节剂为20wt％稀硫酸溶液0.42kg/h；脱盐水流量为2700kg/h；

(2)将聚合釜的夹套中通入蒸汽，控制聚合釜内的混合液体温度为60℃达到引发剂起作用温度，以水为连续相，单体为分散相，悬浮于水中液滴状单体开始进行自由基的聚合并放出聚合热，60℃保持15分钟后，再将聚合釜的夹套中通入低温冷却水，控制聚合釜内聚合温度为55℃，在聚合釜内搅拌器的作用下，聚合反应35-45分钟，得到由聚合物浆料、未聚单体及水组成的混合液体以及由未聚单体和水蒸气组成的混合气体；

(3)将聚合反应得到的混合气体通过聚合釜的顶部气体出口送入聚合放空洗涤器的下端气体进口，将混合气体在聚合放空洗涤器中自下而上与通过聚合放空洗涤器的上端物料进口送入的聚合终止剂和脱盐水汇合，使混合气体终止聚合并进行洗涤，得到聚合物浆料、未聚单体、脱盐水及少量不凝气，少量不凝气通过聚合放空洗涤器的顶部气体出口送去尾气洗涤塔处理，聚合物浆料、未聚单体和水通过聚合放空洗涤器的底部物料出口流出，依靠重力送入脱单塔的中部物料进口；

(4)将聚合反应得到的混合液体通过聚合釜的上部物料出口连续送入溢流罐的上部物料进口，混合液体在溢流罐中与聚合终止剂反应，得到聚合物浆料、未聚单体和水，将聚合物浆料、未聚单体和水通过溢流罐的底部物料出口流出，依靠重力送入脱单塔的中部物料进口；

(5)脱单塔采用真空气提筛板塔，将脱单塔的塔顶操作温度控制为78℃，塔底操作温度控制为155℃，塔操作压力控制为50mmHg(A)，筛板数控制为25；同时将0.5MPa(G)饱和蒸汽按1200kg/h流量由脱单塔底部送入，饱和蒸汽自下而上将未聚单体气提脱除，经精馏分离，脱单塔的塔底得到聚合物浆料，脱单塔塔顶得到由未聚单体和水蒸汽组成的混合气体，将聚合物浆料通过脱单塔塔底泵送入5-10μ烛式过滤器中过滤除去大块聚合物后，得到分子量为25-28万的聚合物浆料，即PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物。

5.根据权利要求4所述的一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于：步骤(1)中所述的聚合釜的底部设置有用于聚合釜停车检修时暂时存放浆料的浆料备用罐，所述的浆料备用罐中的浆料通过浆料循环泵按总进料量的5％返回所述的聚合釜。

6.根据权利要求4所述的一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于：步骤(2)中所述的搅拌器采用浆叶式搅拌器，所述的搅拌器的搅拌速度为85npr。

7.根据权利要求4所述的一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于：步骤(3)中所述的聚合终止剂进料量控制为0.3kg/h、所述的脱盐水进料量控制为500kg/h，步骤(4)中所述的聚合终止剂进料量控制为2.2kg/h。

8.根据权利要求7所述的一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于：所述的聚合终止剂为5wt％碳酸铵水溶液，所述的5wt％碳酸铵水溶液的溶剂为脱盐水。

9.根据权利要求4所述的一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于：步骤(5)中得到的聚合物浆料送入浆料冷却器，浆料冷却器将聚合物浆料冷却后送往过滤干燥单元。

10.根据权利要求2所述的一种PNA碳纤维原丝用丙烯腈聚合物水相悬浮生产方法，其特征在于：将步骤(5)中得到的混合气体通过脱单塔的塔顶气体出口送入脱单塔一级冷凝器，混合气体在脱单塔一级冷凝器中经第一循环低温水冷凝得到未聚单体凝液和未凝气，未聚单体凝液依靠重力流入脱单塔回流罐，未凝气依靠重力流入脱单塔二级冷凝器，未凝气在脱单塔二级冷凝器中经第二循环低温水冷凝得到未聚单体凝液和不凝气，未聚单体凝液依靠重力流入脱单塔回流罐，脱单塔回流罐内底部的未聚单体凝液经脱单塔回流泵一部分返回脱单塔做回流用，其余部分返回聚合釜作为回收单体有效回收利用，脱单塔二级冷凝器排出的不凝气及脱单塔回流罐顶部排出的不凝气进入脱单塔真空系统，利用脱单塔真空系统中不凝气控制脱单塔真空度为50mmHg(A)，其第二循环低温水的温度低于第一循环低温水。