CN112313465A - 装置及其使用方法 - Google Patents

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M·B·戴维斯
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Abstract

本文公开了一种装置，其包括壳体；所述壳体具有用于将聚合物溶液引入所述壳体的入口和用于从所述壳体中去除所述聚合物溶液的出口；其中所述聚合物溶液包含聚合物和可用于溶解所述聚合物的溶剂；所述壳体中的多个板；其中所述多个板一个接一个地堆叠以限定与所述壳体的入口流体连通的中央通道；其中所述多个板进一步限定了多个导管，每个导管从所述中央通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述中央通道流体连通；并且其中所述装置在压力和温度下操作，所述压力和温度在聚合物溶液行进通过所述装置的过程中有效地将所述聚合物溶液保持在单相中。

Description

装置及其使用方法
背景技术
本公开涉及用于加热或冷却包含聚合物的高粘度溶液的装置和方法。
聚合物和聚合物产品(以下称为“聚合物”)通常在溶剂和其他挥发性组分(例如单体和副产物)的存在下生产(溶剂和挥发性组分在下文中称为“挥发物”)。聚合物与增溶剂的组合被称为聚合物溶液。在聚合物的生产过程中，可能需要向聚合物溶液中添加热量或从其中除去热量。
溶液聚合可以在绝热或非绝热反应器中完成，其中部分反应热通过使用热交换器除去。后者的一个优点是，与不存在热交换器的工艺相比，可以提高生产率。在获得期望的聚合物之后，期望从聚合物中除去挥发物。从聚合物中除去挥发物称为“脱挥发分”。挥发物从聚合物溶液中的分离通常通过蒸发来完成，其中将聚合物溶液加热到高于挥发物沸点的温度，同时(与加热同时)或相继(加热后)从聚合物溶液提取析出的挥发物。
用于该目的的热交换器是管壳式热交换器，其在容器中包括多个管，在该容器中，通过使冷却水在热交换器的壳侧循环而除去热量。这些交换器的潜在问题之一是高压降，该高压降用于需要从过程中除去的热量。希望在保持压降最小的同时除去反应热。
此外，管壳式热交换器无法处理具有10,000至1,000,000厘泊的高粘度的聚合物溶液，这是由于产生的高压降和降低的传热速率。因此，期望有一种热交换器，其能够在大于150℃的温度下处理上述高粘度聚合物溶液，同时将聚合物和溶剂保持在单相中。
发明内容
本文公开了一种装置，其包括壳体；所述壳体具有用于将聚合物溶液引入所述壳体的入口和用于从所述壳体中去除所述聚合物溶液的出口；其中所述聚合物溶液包含聚合物和可用于溶解所述聚合物的溶剂；所述壳体中的多个板；其中所述多个板一个接一个地堆叠以限定与所述壳体的入口流体连通的中央通道；其中所述多个板进一步限定了多个导管，每个导管从所述中央通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述中央通道流体连通；并且其中所述装置在压力和温度下操作，所述压力和温度在聚合物溶液从所述壳体的入口到所述壳体的出口行进通过所述装置的过程中有效地将所述聚合物溶液保持在单相中。
本文还公开了一种方法，该方法包括将聚合物溶液以单相排放到装置中，所述装置包括壳体；所述壳体具有用于将聚合物溶液引入所述壳体的入口和用于从所述壳体中去除所述聚合物溶液的出口；置于所述壳体中的多个板；其中所述多个板一个接一个地堆叠以限定与所述壳体的入口流体连通的中央通道；其中所述多个板进一步限定了多个导管，每个导管从所述中央通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述中央通道流体连通；在压力和温度下操作所述装置，所述压力和温度在聚合物溶液从所述壳体的入口到所述出口行进通过所述装置的过程中有效地将所述聚合物溶液保持在单相中；和从所述装置的出口移除在单相中的所述聚合物溶液；所述聚合物溶液的温度高于所述入口的温度，所述聚合物溶液的温度低于所述入口的温度，或者所述聚合物溶液在入口和出口保持相同的温度但从所述聚合物溶液中除去反应热。
附图说明
图1A是示例性装置的示意图；
图1B示出了支撑管的侧视图和俯视图；
图2是示例性装置的另一示意图；
图3A是装置中示例性板的俯视图；
图3B是装置中另一示例性板的俯视图；
图4A是在图3A中看到的部分XYY′X′的放大示意性俯视图；
图4B是图3B的板的一部分的另一放大示意性俯视图；
图5是图4A中的截面AA′的放大侧视图；
图6是示例性脱挥发分装置的示意图，该装置包括自上而下(从内到外)的聚合物溶液流；和
图7是示例性脱挥发分装置的示意图，该装置包括自下而上(从外到内)的聚合物溶液流。
具体实施方式
本文公开了用于升高或降低温度或去除包含聚合物的高粘度溶液的反应热的装置和方法。该装置被有效地设计成在聚合物溶液输送通过装置期间将聚合物溶液保持在单相中，同时将其温度从其初始温度(例如，装置入口的温度)升高或降低大于10℃的量，或者可选地将聚合物保持在恒定温度下(在反应性聚合物溶液系统中)，同时将其压力降低尽可能小的量。
简而言之，它有助于增加、降低或保持聚合物溶液的温度恒定，同时将聚合物溶液的压力降低尽可能小的量。所公开的装置可用于加热、冷却或用于维持输送通过装置的聚合物溶液的恒定温度(从入口到出口)，同时有利于改变聚合物溶液的压力。
在一个实施方案中，装置是壳板式热交换器。在一个实施方案中，装置包括壳体，在壳体内布置有彼此堆叠的多个板，其中当一对相邻的板(以及相关的壁)彼此接触时形成了径向布置的多个导管，所述导管有利于将聚合物溶液从壳体的中央输送到壳体的外部，或者可选地将聚合物溶液从壳体的外部输送到壳体的中央，同时提高其温度并同时降低其压力。装置可以可替代地描述为平板式热交换器，其中板悬挂在圆柱形壳体中。
因此，装置包括压力可控的系统，其中聚合物溶液的温度从120℃增加到300℃，优选地从180℃增加到260℃；压力从入口压力降低小于每平方厘米70千克力(kgf/cm2)，优选降低小于35kgf/cm2，同时使聚合物与溶剂保持在单相中。在一个实施方案中，入口压力为35至250kgf/cm2，而出口压力为20至200kgf/cm2。单相是液相。聚合物溶液是高粘度溶液，其溶液粘度为100至2,000,000厘泊，优选为50,000至1,000,000厘泊，并且更优选为100,000至600,000厘泊，如下文在本公开内容的末尾详述测量。
在另一个实施方案中，装置包括压力可控制的反应性放热系统，例如聚合，其中将聚合物溶液保持在120℃至300℃，优选150℃至230℃的期望温度下；压力从入口压力降低小于每平方厘米50千克力(kgf/cm2)，优选降低小于25kgf/cm2，同时使聚合物与溶剂保持在单相中。在一个实施方案中，入口压力为35至250kgf/cm2，而出口压力为20至200kgf/cm2。单相是液相。聚合物溶液是高粘度溶液，其溶液粘度为500至20,000厘泊，优选为1,000至10,000厘泊，如以下在本公开内容的结尾详述测量。这些装置中的一个或多个可以是聚合反应器系统的一部分。
本文还详细描述了一种脱挥发分装置，该装置包括与压力控制设备和单独的低压闪蒸器流体连通的装置，该低压闪蒸器允许挥发物(例如，溶剂、挥发性副产物、挥发性反应物等)从聚合物溶液脱挥发分。在一个实施方案中，压力控制设备是可以可变地打开以控制装置中的压力以将聚合物溶液保持在单相中的阀。在一个实施方案中，脱挥发分装置可以进一步包括促进将高粘度聚合物溶液加入装置中的泵。
图1A和2是示例性装置的示意图，而图3A和3B是布置在装置中的板的一个示例性实施方案的俯视图。现在参考图1A、2、3A和3B，装置100包括壳体102，在其中布置有多个板104(在本文中也称为板叠)，其将聚合物溶液从装置的中央输送到其外围。在一个实施方案中，每个板104具有多个通道106(参见图3A)和/或406(参见图3B)，其从板的内圆周107径向向外延伸至板的外圆周109并输送聚合物溶液从装置的中央到其外围(见图1A)，或者可选地在相反的方向将聚合物溶液从外围输送到中央(见图2)。要注意的是，每个板104可具有在其底板上形成的通道106(例如，在底板上加工的)，或者可替代地，当与壁108结合时，可形成通道106。板与具有多个通道的壁的组合(从一个板的底部到紧邻的板的底部测量)也称为“层”。换句话说，壁108可以是板104的组成部分，或者可以是与板104接触以形成通道106的独立单元。当组装装置100时，板的底板和壁之间的通道也由上相邻板(其用作顶)的底部界定，以形成“导管”，该导管将聚合物溶液从中央传导至壳体的外周或者可选地从外周至壳体的中央。
在图1A和2中，壳体102包括入口120和出口130，聚合物溶液200(见图1A)和/或500(见图2)通过该入口装填到装置中，通过该出口移除。入口120和出口130不彼此直接流体连通。设置在板堆叠的底部的板152(没有中央孔)防止聚合物溶液直接从装置的入口120流到出口130。壳体102除了位于壳体顶部的入口120和位于壳体底部的出口130之外，不包含任何其他端口。将聚合物溶液在第一温度(T1)和第一压力(P1)下填充到入口120，并在第二温度(T2)和第二压力(P2)下从出口130移除。在一个实施方案中，T1小于T2，而P1大于P2。在另一个实施方案中，T1大于T2，而P1大于P2。在又一个实施方案中，T1等于T2，而P1大于P2。
要注意的是，尽管在本申请中将聚合物溶液的流动图示和详细描述为从上到下或从下到上，但是该装置可以水平安装(代替如图1A、2、6和7所示垂直安装)，因此流动可以描述为从左到右或从右到左。因此，从上到下或从下到上的流动的描述只是使读者能够理解装置功能方式的一种方式。
在另一个实施方案中，将聚合物溶液以单相在入口120处引入装置中，并以单相在出口130处离开装置。在聚合物溶液行进通过装置的过程中，由于装置中的压力保持在大于20kgf/cm2，优选地大于40kgf/cm2，优选地大于60kgf/cm2，优选地大于70kgf/cm2，更优选地大于80kgf/cm2，因此聚合物溶液总是处于单相。维持装置中的压力，以使溶剂、未反应的单体和反应副产物在装置中永不蒸发。
在图2中，壳体102包括位于壳体底部的入口120和位于壳体顶部的出口130，聚合物溶液500通过该入口被装到装置中，通过该出口移除聚合物溶液。入口120和出口130不彼此直接流体连通；流体必须沿着装置的外围并通过导管(104)行进。设置在板堆叠的底部的板152(没有中央孔)防止聚合物溶液直接从装置的底部流到顶部。壳体102除了位于壳体底部的入口120和位于壳体顶部的出口130之外，不包含任何其他端口。将聚合物溶液在第一温度(T1)和第一压力(P1)下填充到入口120，并在第二温度(T2)和第二压力(P2)下从出口130移除。在一个实施方案中，T1小于T2，而P1大于P2。在另一个实施方案中，T1大于T2，而P1大于P2。在又一个实施方案中，T1等于T2，而P1大于P2。
在图2所示的配置中，将聚合物溶液以单相在入口120处引入装置中，并以单相在出口130处离开装置。在聚合物溶液行进通过装置的过程中，由于装置中的压力保持在大于20kgf/cm2，优选地大于40kgf/cm2，优选地大于60kgf/cm2，优选地大于70kgf/cm2，更优选地大于80kgf/cm2，因此聚合物溶液总是处于单相。溶剂、未反应的单体和反应副产物在装置中永不蒸发。
在图1A所示的配置中，板叠中的板通过管束中的管140和支撑槽管158(以下称为支撑管158)支撑在适当位置。支撑管158为板叠提供结构支撑，将板保持在适当的位置并防止在装置操作期间损坏板。它使板叠能够承受操作期间装置中使用的高压。在图2所示的配置中，没有支撑管158。
如下详述，当板垂直堆叠时，它们形成通道300，聚合物溶液通过该通道被输送。支撑管158位于装置中央的通道300中，并与端板152接触，为其提供结构支撑。
支撑管158包括具有设置在其中的开口156的管状壳体157。开口156允许聚合物溶液流入填充有聚合物溶液的环159中，并帮助将其从通道300(见图1B)分配到导管，或者从导管中分配到通道300中(见图2)。环形板组件104可以通过位于支撑管158端部的锁定螺母(162)固定在一起。
以下各段详细说明了如图1A所示的聚合物溶液的自上而下的流动。稍后详细描述如图2所示的聚合物溶液从底部到顶部流动的构造。
自上而下流动
术语“自上而下”流动用于详述图1A中聚合物溶液的流动(当装置垂直安装时)。由于聚合物溶液从装置的内部流向装置的外围，因此也可以称为内向外流动。术语“自上而下”流动或“由内而外”流动只是向读者说明装置如何工作的一种方式。如果装置水平安装而不是垂直安装，则流动也可从左向右或从右向左发生。
在图1A和图3A中，多个板中的每个板104(除了最底部的板152之外)具有开口112，该开口允许聚合物溶液从装置的顶部行进至底部。当板104垂直堆叠时，来自每个板的开口112垂直排齐以形成通道300，聚合物溶液通过该通道被输送到装置中。在一个实施方案中，开口112位于各个板104的中央，并且每个板104是环形的，如在图3A和3B中可以看到的。
壳体102可以具有任何横截面几何形状，但是当从顶部观察时，其横截面区域优选地是圆形的。在示例性实施方案中，壳体102优选是圆柱体，其高度为200至700厘米，优选为250至400厘米，并且内径d1为120至400厘米，优选为150至180厘米。本文提及的内径d1是在壳体内表面处测得的直径。壳体102的示例性构造材料是金属。合适的金属的例子是碳钢、不锈钢或其他金属合金。
每个板104(见图3A和3B)的外径d3略小于壳体的内径d1。壳体的内表面和板104的外周表面之间的空间允许聚合物溶液在其行进通过装置100的过程中通过。这将在后面讨论。壳体内径d1(参见上文)与板外径d3之间的平均差为1至150厘米.优选为10至50厘米。
板104中的开口112的直径d2为10至150厘米，优选为40至100厘米。环形空间159的宽度为10至60厘米，优选为20至50厘米。支撑管158的厚度为5至50厘米，优选为5至20厘米。沿着支撑管158的长度和表面可以有2至40个开口156，优选地有6至36个开口。
板104的示例性构造材料是金属。用于板104的合适金属的例子是铝、碳钢、不锈钢或其他金属合金。在一个实施方案中，板104的内圆周107和外圆周109都彼此同心，并且还与壳体102的内表面同心。
现在参考图1A、3A和4A，每个板包含多个通道106，这些通道的宽度在从板104的内圆周107延伸到外圆周109的半径的至少一部分上增加。图4A是图3A所示的部分XYY′X′的放大俯视示意图，并表示通道106的一种可能的设计。在一个实施方案中，每个板包含多个通道106，这些通道的宽度从板104的内圆周107到外圆周109增加。在一个实施方案中，每个通道从板104的内圆周107到外圆周109可以具有恒定的宽度。
从入口120进入装置的聚合物溶液200沿通道300行进以接触多个板104，在此处它沿多个通道106径向向外行进。在板104中的每对连续的通道106之间布置有壁108，该壁包含孔110以容纳成排的管140，传热流体150通过管140被输送(参见图1A)。
当聚合物溶液被输送通过装置100时，传热流体150促进了聚合物溶液的加热或冷却(见图1A)。传热流体150可以通过管束140的管从装置的底部传送到装置的顶部，或者可选地从装置的顶部到装置的底部。在又一个实施方案中，管140可以布置成使得流体通过装置100来回输送。一些管可以将流体从顶部传输到底部，然后连接到公共集管，然后将流体从底部传输到顶部。
如图4A所示，通道106在径向方向上具有逐渐增加的宽度，并且由一对壁108A和108B界定并且从板104的内圆周107延伸到外圆周109。在该实施方案中，通道106从内圆周107到外圆周109的宽度从不减小。
在图4A所示的实施方案中，壁108A和108B从板104的内圆周107到外圆周109径向向外线性延伸。壁108A和108B在内圆周107处彼此靠近，并且在外圆周109处相距更远。因此，该通道106具有从板的内圆周107到外圆周109的逐渐扩大的宽度“w”。如上所述，壁108A和108B可以与板104成一体(即，壁108和板104是整体件)，或者可选地可以是与平板104组装在一起的单独的独立件，以形成通道106。
在内周的通道宽度“d5”小于在外周的通道宽度“d6”。d6与d5的比为2∶1至6∶1，优选为2.2∶1至3.5∶1。在一个实施方案中，距离d6为4至8厘米，优选为5至7厘米，而距离d5为1至4厘米，优选为2至3厘米。通道106的底板距壁108的顶部的深度为0.10至0.75厘米，优选为0.2至0.4厘米。
因此，当聚合物溶液从开口112(见图1A)行进到外圆周109时，它接触不断扩大的通道。这种设计的优点在于，它允许流体在流经狭缝时具有较低的压降，并具有大的热传递面积，以实现最佳的热传递。
壁108位于通道106之间，并且在特定的板上彼此隔开连续的通道。壁108和通道106均匀地分布在板104的整个表面上(见图3A和3B)。如上所述，每个壁108包含多个孔110，其容纳流体150流过的管140(见图1A)。
在一个实施方案中，单个板104包括30至90个，优选地55至65个通道以及30至90个，优选地55至65个壁108，其中壁和通道围绕板104均匀地彼此交替。每个壁108包含一组管140。每个壁108包含8至40个管，优选地10至35个管。在一个实施方案中，管是金属管并且可以包括碳钢。
壁108的厚度“t”为1.5至3厘米，优选为2至2.5厘米。在一个实施方案中，壁厚比管束中的管140的外径大2至10％，优选地大3至5％。管束中的每个管140的内径为1至3厘米，外径为1.5至4.0厘米。管的优选内径为1.5至2厘米，优选地外径为2.0至2.2厘米。
图3B和4B描绘了另一示例性壁108设计，其导致通道106的宽度“w”在板半径的一部分上减小，然后在板半径的一部分上增大。在该实施方案中，壁108可以与板104成一体(例如，整体单元)或与板104分离。现在参考图1A、3B和4B，每个板包含多个通道106，这些通道的宽度在从板104的内圆周107延伸到外圆周109的半径的至少一部分上减小。在一部分板半径减小之后，宽度随通道前进到外周109而增加。
在图4B中，描绘了通道106的形状，其包括三个区域，第一大体会聚区域402，其在其入口处比在其出口处更宽；第二限制区域404，其中通道达到足以在限制区引起压降的最小宽度，从而防止在第一区域内时挥发性组分大量闪蒸；以及第三大体发散区406，其设计成允许聚合物溶液中的压力稍微降低，同时将聚合物溶液连续保持在单相中。图4B的板104的内圆周107和外圆周109之间的距离(其代表通道106的长度)在上面详细描述并且与关于图3A和4A详细描述的相同。
现在参考图4B，距离d9大于d7，而距离d7又大于d8。第一区域402具有开口418，聚合物溶液进入该开口进入通道106。第一区域的长度为通道的总长度的5％至20％，并且内圆周107处的宽度为1.0至5.0厘米(cm)。第一区域的最宽点的宽度与该区域的最窄点的宽度之比在1.5∶1到10∶1之间变化。
第二区域404开始于第一区域的末端，并且长度在与第三区域的入口连接的通道的总长度的大约1.0％至40％之间变化。第二区域的宽度可以在其整个长度上保持恒定，减小到最小，然后保持恒定，或者减小到最小，然后再增大。优选地，第二区域在其最窄点的宽度为0.25至4.00厘米，更优选地为1至2厘米。区域的最宽点的宽度与区域的最窄点的宽度之比优选为1.0∶1至1.5∶1。同样优选地，第一区域的最宽宽度与第二区域的最窄宽度之比大于2∶1，并且优选地大于3∶1。
第三区域406开始于第二区域的末端，并终止于用于排出聚合物溶液的出口420。第三区域的长度为通道总长度的约40至85％。第三区域在其末端的宽度与在其入口的宽度的比率优选为1.75∶1至10∶1。该区域的宽度不必从入口到末端不断增加，而可以呈正弦或其他弯曲形状。同样优选地，第三区域的最大宽度与限制区域的最小宽度之比大于2∶1。
如图1A所见，板在壳体中彼此堆叠，以促进热传递到装填到装置中的聚合物溶液。图5是图4A的AA′截面的图示，示出了彼此堆叠的6个板104(104A、104B、104C、104D、104E和104F)的堆叠。图5描绘了侧局部剖视图，其示出了板104的堆叠的外周的一部分。堆叠包括呈盘状的多个板104，这些板被堆叠并布置以便限定每个导管114的壁、底板和天花板并且固定在一起以限定用于容纳待加热的聚合物溶液的通道300(见图1A)。一块板104E的基底接触相邻板104F的壁的上表面，以形成导管114，该导管包括底板160、顶板150和壁108，聚合物溶液输送通过其中。
每个导管在其整个长度上可以具有恒定的宽度，或者在其整个长度上可以具有变化的宽度。如以上针对各个通道所讨论的，宽度可以在长度上从板的内周向外周逐渐增加。在一个实施方案中，它可以在长度的一部分上增加宽度，而在导管的其余长度上减少宽度。在另一个实施方案中，它可以在长度的一部分上减小宽度，而在导管的其余长度上增大宽度。
管140(未示出)穿过壁108中的孔110，并适于将热量传递到通道106中。在一个实施方案中，管140将板104固定在一起以形成堆叠(当壁108和板104是单个整体部件时)。在另一个实施方案中，管140将壁108和板104固定在一起以形成堆叠(当壁108是与板104分离的部件时)。热量通过管140中的流体150传递到壁108，并从壁传递到通道106的底部160和通道150的顶部。
如上所述，板104在壳体102中彼此垂直地堆叠。每块板与相邻的板分开0.1至1.0厘米，优选0.2至0.3厘米的空间。壳体102中(以及因此在装置中)的板的数量(以堆叠的形式)为50至1000，优选为700至800。在一个实施方案中，壳体中的通道的总数是1,000至100,000，壳体中的壁的总数是1,000至100,000。
现在参考图1A、3A、3B、4A和4B，在一种操作装置的方式中，进入入口120的聚合物溶液200在装置中行进由数字200A-200B-200C-200D-200E描绘的路径，直到它在出口130处离开装置(参见图1A)。聚合物溶液200在入口120处以温度T1和压力P1进入装置，并最初沿通道300垂直向下行进。板152阻止其垂直地从入口120到出口130通过。聚合物溶液200然后沿路径200A从通道300径向向外行进至板堆叠104，在此处它进入多个通道106，在其中沿位于板上的路径200B行进(参见图3A和3B)。同时，流体150被输送通过管140，并将热量从流体传递到沿路径200B在通道106中径向向外行进的聚合物溶液。在行进通过板堆叠的过程中，聚合物溶液的温度升高到大于T1的温度，而压力同时降低到小于P1的压力。
要注意的是，该装置也可以用作冷却器。在使用装置进行冷却的情况下，聚合物溶液在输送通过装置的过程中温度会降低。在另一个实施方案中，如果冷却器用于反应性系统中，则可以将其用于提取反应(例如放热反应)过程中产生的热量，并且聚合物溶液的温度可以取决于反应释放的热量与所除去的热量的关系增加或降低。聚合物溶液在行进通过板堆叠的过程中仍处于单相状态。在一个实施方案中，单相是液相。
从多个通道106的外圆周109发出的聚合物溶液沿着路径200C在壳体和板堆叠的外圆周之间的空间中行进至装置底部。然后，它沿路径200D从装置底部传送到出口130，然后沿着路径200E通过出口130从装置出来，同时仍处于单相状态。
离开装置的聚合物溶液具有出口温度T2，该温度可以高于、低于或与入口温度T1(在反应性放热系统中)相同，和出口压力P2，其低于入口压力P1。
从下而上流动
术语“自下而上”流动用于详述在图2、3A和3B(当设备垂直安装时)中聚合物溶液的流动。由于聚合物溶液从装置的外周向装置的内部流动，因此也可以称为外向内流动。术语“自下而上”流动或“由外而内”流动只是向读者说明装置如何工作的一种方式。如果装置水平安装而不是垂直安装，则流动也可从左向右或从右向左发生。
图2、3A和3B描绘了当聚合物溶液从装置的底部流到顶部时的实施方案。板104在壳体102中的布置对于该构造(参见图2)与对于图1A的布置相同。然而，流动方向与图1A中的不同。如图2所示，聚合物溶液通过位于装置底部的入口120引入装置中，并在位于装置顶部的出口130处离开。位于板堆叠底部的平板152防止聚合物溶液从端口120到端口130的直接流动。聚合物溶液在入口120处沿着路径500行进，并经由路径500A和500B在平板152与装置的壳体102之间向上行进。然后，聚合物溶液进入板堆叠，并沿路径500C(参见图3A和3B)从每个板的外圆周109向内圆周107径向向内行进通过导管。聚合物溶液在行进通过导管时以与图1A相似的方式被加热或冷却。当在装置中使用“自下而上”流动时，在装置中不使用支撑管158。管和拉杆在这种配置下将板固定在一起。
在行进通过板堆叠的过程中，聚合物溶液的温度升高到大于T1的温度，而压力同时降低到小于P1的压力。在另一个实施方案中，聚合物溶液的温度降低到低于T1的温度，而压力同时降低到小于P1的压力。在一个实施方案中，聚合物溶液在其行进通过板堆叠的过程中仍处于单相(例如，液相)。在另一个实施方案中，单相是液相。
要注意的是，装置也可以用作冷却器。在使用装置进行冷却的情况下，聚合物溶液在输送通过装置的过程中温度会降低。在另一个实施方案中，如果冷却器用在反应系统中，则可以将其用于提取反应(例如，放热反应)过程中产生的热，并且温度可以取决于从反应中释放的热量与除去的热量的关系而升高或降低。
从板堆叠发出的聚合物溶液经由路径500D进入装置100中央的通道300。它从中央通过路径500E传输到装置的出口130。在一实施方案中，出口130可与进一步输送聚合物溶液的导管连接。导管可以是反应器系统的一部分。在另一个实施方案中，出口130连接至导管，然后该导管连接至阀，在该阀处对聚合物溶液经历减压以进行相分离。
操作条件
在示例性实施方案中，入口温度T1为120至230℃，入口压力P1为35至250kgf/cm2，而出口温度T2为150至300℃，出口压力P2为20至200kgf/cm2。
基于聚合物溶液的总重量，聚合物溶液通常包含10至95重量％(wt％)，优选地20至85wt％的聚合物。溶液的粘度为1,000至2,000,000厘泊，优选为50,000至1,000,000厘泊，并且更优选为100,000至600,000厘泊。如下所述测得的平均溶液粘度可以是300,000至350,000厘泊。聚合物溶液以每小时40,000至2,000,000千克，优选地每小时100,000至200,000千克，更优选地每小时50,000至150,000千克的流速输送通过装置。流量为0.5至50千克/小时/导管，优选地1至5千克/小时/导管，更优选地3至4.5千克/小时/导管。
流体150的最大入口温度为280至300℃，最小出口温度为200至220℃。在加热聚合物溶液期间，流体通常降低5至10℃的温度。当装置用作加热器时，流体的最大入口温度始终大于最小出口温度。装置可以替代地用作冷却器，在这种情况下，流体的最小出口温度始终大于最大入口温度，并且冷却流体通常升高5至10℃的温度。
与溶剂混合的聚合物可以是热塑性聚合物、轻度交联的聚合物或热塑性聚合物与轻度交联的聚合物的共混物。聚合物可以是低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、树枝状聚合物等，或它们的组合。
可以与溶剂混合的聚合物的实例包括聚烯烃、聚缩醛、聚丙烯酸、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯并噁唑、聚噁二唑、聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑、聚吡嗪并喹喔啉、聚均苯四甲酸二胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧代异吲哚啉、聚二氧代异吲哚啉、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚氧杂双环壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚酸酐、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚卤乙烯、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚降冰片烯、聚硫化物、聚硫酯、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚氯酯、聚硅氧烷等，或其组合。
示例性的聚合物是聚烯烃。聚烯烃的实例包括一种或多种C2至C10烯烃的均聚物和共聚物(包括接枝共聚物)，其包括聚丙烯和其他基于丙烯的聚合物、聚乙烯和其他基于乙烯的聚合物以及烯烃嵌段共聚物。这样的基于烯烃的聚合物包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(例如由陶氏化学公司以商标“DOWLEX”出售的LLDPE)、增强聚乙烯(例如由陶氏化学公司以商标“ELITE”出售的那些)、通过分子或单位点催化剂例如茂金属、受约束的几何构型、多价芳氧基醚等制备的聚合物。这种聚合物的实例是线性或基本线性的乙烯共聚物(例如由陶氏化学公司以商标“AFFINITY”和“ENGAGE”销售的那些，以及由埃克森美孚化学公司以商标“EXACT”和“EXCEED”销售的那些)，基于丙烯的共聚物(例如由陶氏化学公司以商标“VERSIFY”销售的那些和由埃克森美孚化学公司以商标“VISTAMAXX”销售的那些)，烯烃嵌段共聚物(例如由陶氏化学公司以商标“INFUSE”销售的那些)和其他聚烯烃弹性体(例如由陶氏化学公司以商标“NORDEL”或“NORDEL IP”销售的那些)。
溶剂将根据制造的聚合物而变化。非质子极性溶剂，例如水、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、丁内酯、乙腈、苄腈、硝基甲烷、硝基苯、环丁砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等，或它们的组合，可用于溶剂化一些聚合物。也可以使用极性质子溶剂，例如甲醇、乙腈、硝基甲烷、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等，或其组合。可以使用其他非极性溶剂，例如苯、甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、己烷、二乙醚、四氢呋喃等，或它们的组合来溶剂化一些聚合物。包含至少一种非质子极性溶剂和至少一种非极性溶剂的助溶剂也可以用于改变溶剂的溶胀能力，从而调节溶剂的溶剂化能力。用于聚烯烃的示例性溶剂是来自埃克森美孚的IsoparTM E。
前述聚合物在溶液、高压或淤浆聚合反应器中制造，其中单体和产生的聚合物夹带在溶剂或稀释剂中。也可以制造(有意或无意地)含有大量或少量挥发性组分的其他聚合物溶液。典型的挥发性组分包括溶剂(例如芳族或脂族惰性稀释剂)、未反应的单体和/或共聚单体以及低分子量反应副产物。从聚合物溶液中除去的溶剂、未反应的单体、未反应的共聚单体和/或其他挥发性组分的量可以在大过量到仅污染量的范围内。即使在最初的闪蒸脱挥发分阶段之后，在溶液、高压或淤浆聚合设备中生产的熔融聚合物在它们在装置中被处理时通常也包含10至60重量％或更多的溶解的或夹带的挥发性组分。通常，基于脱挥发分的聚合物的总重量，残留在脱挥发分的聚合物中的残余挥发性组分的量应小于约0.5wt％，优选小于0.1wt％，更优选小于0.05wt％，如通过ASTM D-4526测量的。
取决于要脱挥发分的可流动材料中的挥发性组分的起始浓度以及在脱挥发分的产品中可接受的残余挥发物的水平，可以使用多于一级(例如两级或三级)的脱挥发分装置。另外，该脱挥发分装置可以与其他已知的脱挥发分技术结合使用，例如简单的闪蒸-脱挥发分、离子流体萃取、使用超临界流体的萃取、蒸馏、蒸汽汽提或二氧化碳汽提，在单独的脱挥发分阶段中进行或者(例如在蒸汽汽提或二氧化碳汽提的情况下)在相同的脱挥发分阶段中与本发明的装置组合进行。
在一个实施方案中，以上详述的装置可以与泵和压力调节设备结合使用以形成脱挥发分装置。这在图6和7中示出。图6描绘了流动是从顶部到底部时的脱挥发分装置，而图7描绘了流动是从底部到顶部时的脱挥发分装置。脱挥发分装置400包括位于装置404上游的泵402。泵402可用于以35至250kgf/cm2的压力将聚合物溶液泵送到装置404。该装置如上所述发挥功能，以增加聚合物溶液的温度，同时降低其压力(并使聚合物溶液保持在单相中)，然后将聚合物溶液以单相排放到压力调节设备406。如果需要，可操作以将聚合物冷却至较低温度的附加热交换器(未示出)(用作冷却器)可与该装置流体连通。
压力调节设备位于装置的下游并且可操作以将聚合物溶液在整个装置中保持为单相。将挥发物含量现在大大降低的聚合物收集在第一罐(未显示)中，并且可以在收集和循环使用溶剂的同时进行进一步的下游处理。在一个实施方案中，脱挥发分装置可以包括位于压力调节设备下游的闪蒸容器(未示出)。
在一个实施方案中，泵402是容积式泵。压力调节设备优选地是阀。压力调节设备用于将聚合物溶液保持在单相中，直到需要将挥发物与聚合物分离为止。示例性的阀406是闸阀、球阀、楔阀等。在一个实施方案中，压力调节设备可以是喷嘴或孔口。
在一些用于从熔融聚合物中除去溶剂、未反应的单体和共聚单体的实施方案中，其中熔融聚合物中的挥发性组分的浓度非常高，充分的脱挥发分可需要串联使用多于一个的装置以在两个或更多个步骤中减少熔融聚合物中的挥发物含量。
尽管本文的大部分描述适用于加热装置，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以使用相同类型的设计来冷却聚合物溶液或从聚合物反应中除去聚合热。该冷却装置将以类似的方式操作，除了在管150中将使用冷却流体代替加热流体(参见图1A)。所使用的冷却流体的温度将低于聚合物溶液的温度。在流体和粘性聚合物溶液之间以最小的压降改善传热的概念仍然被认为是有利的。在以下非限制性实施例中描述了本文详细描述的装置。
实施例
实施例1
这是演示本文公开的装置的实施例。平板式热交换器设计为圆柱形壳体结构，其外径d1为160.2厘米(见图1A)，内径d2为90厘米，总高度为360厘米(见图1A)。交换器包括多层。层包括板和壁。交换器的每一层包括60个通道。每个通道的高度为0.254厘米，每一层都由高0.254厘米的板隔开。
一组管携带流体并垂直于热交换器的各层放置。热交换器包含60组管。每组管包括13个碳钢管，其内径为1.42厘米，外径为2.23厘米。每个壁的厚度为2.28厘米。每个通道的内圆周宽度为2.5厘米，外圆周宽度为6.3厘米，高度为0.254厘米。每层导管的总数为60，包括总共43,200个导管。
使用标准的传热计算方法来计算流体对流和穿过管壁的传导，对于此交换器，总传热系数U计算为U＝130W/m2·K。43,200个通道的内部总传热面积(A)为1,430m2，使得热交换器的U乘以A的积(UA)值为185,900W/K。
假设聚合物溶液以159,000kg/hr的速度流经此装置，溶液温度从160℃升高至250℃，流体温度从290降至283℃(在装置中的聚合物溶液过程中)，则该交换器的对数平均温差为74℃，总热负荷计算为1380万瓦。
通过每个导管的总流量约为3.7千克/小时。假设溶液粘度为330,000cP，并使用标准压降(Bernoulli)计算，则通过交换器的压降计算为31.5kgf/cm2。
不受限于理论，详细的装置设计有效地起作用，因为聚合物溶液被保持在加热器内的单相中，从而允许最大的传热速率，该速率是可计算的。如果溶液要改变相，则传热速率将大大降低，并且溶液将由于蒸发而损失热量。避免了这两种情况，从而确保了装置中的聚合物溶液在其在装置中的整个停留时间中都保持单相。装置中的聚合物溶液永远不会分离成两个(或多个)相。
这种设计的优势在于，它可以处理100,000至2,000,000厘泊的高溶液粘度，平均溶液粘度为325,000至375,000厘泊。基于聚合物和溶剂的总重量，在聚合物浓度大于30wt％，优选大于40wt％，更优选大于50wt％时，它还可以处理140,000至170,000千克/小时的高流速。该设计允许从入口到出口的聚合物溶液中的压降为35至200kgf/cm2，同时将聚合物溶液的温度从初始入口温度提高大于40℃，优选大于50℃，更优选大于60℃的量。
这种设计的优点之一是，从入口到出口的聚合物溶液中的压降为14至50kgf/cm2可以通过现有的容积式泵(例如齿轮泵或螺杆泵)进行处理。
实施例2
这是一个比较例，在具有与上述实施例相同的流体和流速的壳管式热交换器上进行。对于壳管式交换器，标准设计是与流经管的聚合物溶液和流经壳体的介质一起使用。每个管设计具有内径2.0厘米，外径2.5厘米，总长度260厘米。每个管填充有纵横比为1.5的扭曲带型混合元件。直径为300厘米的壳体内总共装有8,000个管。
这些混合器的传热和压降计算均通过Joshi方法进行。以此方式，将努塞尔数计算为18.0，得出总传热系数U为115W/m2·K。8,000个管的内部总传热面积为1,630m2，导致热交换器UA值为187,450W/K。该交换器的对数平均温差为74℃，计算出总热负荷约为1270万瓦。
使用不同的相关性计算通过管的压降，得出压降范围为60至110kgf/cm2，最可能的值约为75kgf/cm2。因此，这种交换器类型的压降将过高。为了使聚合物溶液保持单相，交换器的出口压力必须至少为20kgf/cm2，因此总压降可能超过螺杆泵或甚至齿轮泵的能力。这就是为什么这种交换器不优选用于此单元操作的原因。
可以增加管直径以减轻压降问题。然而，在该单元操作保持相同数量的管所需的压力下，壳体尺寸将变得难以制造。数量较少的较大直径管会增加压降(通过它们的速度较高)，并且需要更长的长度来提供传热所需的传热面积，从而再次增加压降。这就是为什么这种类型的交换器对此应用具有固有局限性的原因。
较高的压降使得很难将聚合物溶液朝向交换器的出口保持单相。如果溶液不是单相的但达到其气泡点，它将失去传热速率，并且很难将溶液加热到所需温度。另外，该系统将是不可预测的。
实施例3
这也是一个比较例。如果将上述(a)中所述的平板加热器安装在脱挥发分容器(聚合物溶液实际上将相分离成两相的容器)内，则将存在一些主要问题。
1)聚合物溶液将在通道内部变成两相。这将降低传热速率。
2)该交换器的尺寸会太大-由于应力，不太可能建造这样的装置。
3)流体温度不能高达290℃，因为这将导致溶液到达平板加热器(FPH)芯内部或通道入口处的气泡点，从而再次降低了传热效率。另外，较低的流体温度将大大降低传热的驱动力。因此，优选实施例是实施例1所示的实施例。
实施例4
这是本发明的理论实施例，详细描述了在冷却模式下使用该装置从聚合物溶液中除去聚合热。平板式冷却器设计为圆柱形壳体结构，其外径d1为282厘米(见图1A)，内径d2为105厘米，总高度为370厘米(见图1A)。交换器包括多层。层包括板和壁。交换器的每一层包括65个导管。每个导管的高度为0.381厘米，每一层都由高0.254厘米的板隔开。
一组管携带流体并垂直于热交换器的各层放置。热交换器包含65组管。每组管包括25个碳钢管，其内径为1.58厘米，外径为1.91厘米。每个壁的厚度为1.65厘米。每个通道的内圆周宽度为2.5厘米，外圆周宽度为11.1厘米，高度为0.381厘米。当组装板时，每层导管的总数为65，包括总计37,800个导管。
使用标准的传热计算方法来计算流体对流和穿过管壁的传导，对于此交换器，总传热系数U计算为U＝73W/m2·K。37,800个导管的内部总传热面积(A)为4,852m2，使得热交换器的U乘以A的积(UA)值为354,200W·K。
假设聚乙烯的生产率为22,000kg/hr，聚乙烯的聚合热为94.5kJ/mol，则所需的除热量计算为2180万瓦。假设聚合物溶液温度为190℃，平均冷却流体温度为130℃，则该交换器的对数平均温度差为60℃，设计的交换器将能够除去聚合热。
在6300cP的平均粘度下，通过每个导管的总流量约为44千克/小时。使用标准压降(Bernoulli)计算，通过交换器的压降计算为3.66kgf/cm2。
定义
相对于通道内区域的尺寸(例如宽度或高度)或横截面积所使用的“基本均匀”是指该通道要么完全不收敛也不发散，要么收敛和/或发散不超过该尺寸平均值的百分之十。
术语“聚合物”是指不论相同或不同类型的单体通过使单体聚合所制备的化合物。通用术语“聚合物”包括术语“低聚物”、“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”以及“互聚物”。
“互聚物”是指通过使至少两种不同类型的单体聚合而制备的聚合物。通用术语“互聚物”包括术语“共聚物”(通常用于表示由两种不同单体制备的聚合物)以及术语“三元共聚物”(通常用于表示由三种不同单体制备的聚合物)。它还包括通过聚合四种或更多种类型的单体制得的聚合物。
“低聚物”是指仅由几个单体单元组成的聚合物分子，例如二聚物、三聚物或四聚物。
“气泡点压力”是指在给定温度下形成蒸气的第一气泡的最高压力。
“聚合物溶液”是指包含溶解的聚合物的溶液，其中聚合物和挥发物处于单相(液相)中。
“流体”是指用于从源传递热量并通过间接热交换将热量传递到装置的板的流体。合适的热流体包括蒸汽、热油和其他热流体，例如由陶氏化学公司以商标“DOWTHERMTM”销售的那些。
使用Anton Paar Germany GmbH制造的Anton Paar MCR 102流变仪测量溶液粘度。该流变仪配备了C-ETD300电气系统。杯与鲍勃(bob)系统(同心圆柱体的组合)包括直径为27毫米(mm)的杯和直径为25mm的鲍勃，以便在两者之间留出1毫米的间隙。鲍勃在150巴(约153kgf/cm2)压力传感器(pressure cell)内以旋转模式运行。粘度测量值是在30巴(约31kgf/cm2，在氮气气氛下获得)的压力、温度范围(150至250℃)、聚合物浓度范围(20至90重量％)、剪切速率范围(0.1至＞100倒数秒(s-1))和聚合物分子量范围(15,000至200,000g/mol)下获得的。在所有情况下，溶剂均为埃克森美孚公司的IsoparTM E。所获得的粘度测量值范围为800至大于2,000,000厘泊。
尽管已经参考一些实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于作为预期用于实现本发明的最佳方式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施方案。

Claims (17)

1.用于加热或冷却聚合物溶液的装置，包括：
壳体；所述壳体具有用于将聚合物溶液引入所述壳体的入口和用于从所述壳体中去除所述聚合物溶液的出口；其中所述聚合物溶液包含聚合物和可用于溶解所述聚合物的溶剂；和
所述壳体中的多个板；其中所述多个板一个接一个地堆叠以限定与所述壳体的入口流体连通的中央通道；其中所述多个板进一步限定了多个导管，每个导管从所述中央通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述中央通道流体连通；并且其中所述装置在压力和温度下操作，所述压力和温度在聚合物溶液从所述壳体的入口到所述壳体的出口行进通过所述装置的过程中有效地将所述聚合物溶液保持在单相中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物溶液从入口到出口被加热、冷却或保持在恒定温度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物溶液从所述壳体的入口行进至所述中央通道，从所述中央端口通过所述多个导管，然后到达所述壳体的出口。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物溶液从所述壳体的入口行进至所述壳体的外围，从所述壳体的外围通过所述多个导管到达所述壳体的中央，然后到达所述壳体的出口。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述入口处所述聚合物溶液的温度为120℃至230℃，并且所述入口处所述聚合物溶液的压力为每平方厘米35至250千克力。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物溶液在所述出口处的温度为200℃至300℃，并且所述聚合物溶液在所述出口处的压力为每平方厘米20至200千克力。
7.根据权利要求1所述的装置，其中在操作所述装置的剪切速率下，所述聚合物溶液的溶液粘度为100至2,000,000厘泊。
8.根据权利要求1所述的装置，其中每个导管在其整个长度上具有变化的宽度。
9.根据权利要求1所述的装置，其中每个导管在其整个长度上具有恒定的宽度。
10.根据权利要求1所述的装置，其中每个导管在其整个长度的一部分上具有增大的宽度，并且在其整个长度的一部分上具有减小的宽度。
11.根据权利要求1所述的装置，其中每个导管与包含传输热传递流体的管的壁流体连通。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物溶液以低于所述入口的温度的温度离开所述出口。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述聚合物溶液以高于所述入口的温度的温度离开所述出口。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，还包括：
与所述装置流体连通的泵；其中所述泵设置在所述装置的上游并且可用于将所述聚合物溶液泵送到所述装置；和
压力调节设备；其中所述压力调节设备设置在所述装置的下游，并且可用于将所述溶液保持在单相中，然后降低所述聚合物溶液的压力，以促进所述聚合物溶液从单相到多相的转化；其中所述装置可操作以使所述聚合物溶液脱挥发分或促进所述聚合物溶液中的反应。
15.根据权利要求14所述的脱挥发分装置，其中所述泵是容积式泵，并且其中所述压力调节设备是阀、孔口或喷嘴。
16.一种方法，其包括：
将聚合物溶液以单相排放至装置，所述装置包括：
壳体；所述壳体具有用于将聚合物溶液引入所述壳体的入口和用于从所述壳体中去除所述聚合物溶液的出口；
所述壳体中的多个板；其中所述多个板一个接一个地堆叠以限定与所述壳体的入口流体连通的中央通道；其中所述多个板进一步限定了多个导管，每个导管从所述中央通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述中央通道流体连通；
将所述装置在压力和温度下操作，所述压力和温度在聚合物溶液从所述壳体的入口到出口行进通过所述装置的过程中有效地将所述聚合物溶液保持在单相中；和
从所述装置的出口除去单相中的聚合物溶液；所述出口处的所述聚合物溶液处于与所述入口处的所述聚合物溶液的温度相比更低的温度、更高的温度或具有相同的温度。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括降低所述装置下游的聚合物溶液的压力以促进单相聚合物溶液转化为两相。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116753750A (zh) * 2023-08-21 2023-09-15 南京华兴压力容器制造有限公司 一种适用于高粘度多聚物的脱挥预热装置及预热方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112292201A (zh) 2018-05-31 2021-01-29 陶氏环球技术有限责任公司 用于聚合物生产的方法和系统
DE102023115797A1 (de) 2022-06-29 2024-01-04 Röhm Gmbh Verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Polymers

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0226204A2 (en) * 1985-12-16 1987-06-24 General Electric Company Method and apparatus for devolatilizing polymer solutions
WO1995024252A1 (en) * 1994-03-10 1995-09-14 The Dow Chemical Company Polymer devolatilizer incorporating improved flat plate heat exchanger design
US20100203006A1 (en) * 2009-02-06 2010-08-12 Dow Global Technologies Inc. Devolatilization apparatus and process

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3738409A (en) * 1971-01-27 1973-06-12 Welding Engineers Apparatus for flash-concentrating viscous liquids
US4564063A (en) * 1984-04-16 1986-01-14 The Dow Chemical Company Annular heat exchanger
JPH07119259B2 (ja) * 1987-12-15 1995-12-20 ポリマー テクノロジー インコーポレーテド アクリル酸エステルの連続溶液重合方法
DE19510847C2 (de) * 1995-03-17 2002-11-21 Michael Rehberg Plattenwärmetauscher
DE19817678A1 (de) * 1998-04-21 1999-10-28 Bayer Ag Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von flüchtigen Komponenten aus Polymerlösungen
AU2003300035A1 (en) * 2002-12-31 2004-07-29 Gelest, Inc. Continuous cationic polymerization of sil0xanes
ES2322728B1 (es) * 2005-11-22 2010-04-23 Dayco Ensa, S.L. Intercambiador de calor de tres pasos para un sistema "egr".
MY151448A (en) * 2005-11-28 2014-05-30 Gala Inc Apparatus and method for controlled pelletization processing
DE102008044711A1 (de) * 2008-08-28 2010-03-04 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Kombination aus Wärmetauscher und Katalysator als Komponente eines Abgassystems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0226204A2 (en) * 1985-12-16 1987-06-24 General Electric Company Method and apparatus for devolatilizing polymer solutions
WO1995024252A1 (en) * 1994-03-10 1995-09-14 The Dow Chemical Company Polymer devolatilizer incorporating improved flat plate heat exchanger design
US20100203006A1 (en) * 2009-02-06 2010-08-12 Dow Global Technologies Inc. Devolatilization apparatus and process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116753750A (zh) * 2023-08-21 2023-09-15 南京华兴压力容器制造有限公司 一种适用于高粘度多聚物的脱挥预热装置及预热方法
CN116753750B (zh) * 2023-08-21 2023-11-03 南京华兴压力容器制造有限公司 一种适用于高粘度多聚物的脱挥预热装置及预热方法

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