CN114395067A - 工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置及生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置及生产工艺。该生产装置中的预聚反应装置是由四台带搅拌的全混流反应釜通过特定的串并联组合而成的预聚反应釜组；该预聚反应釜组包括两组平行的两级预聚釜，每组的两级预聚釜由串联的一级预聚釜和二级预聚釜组成。该生产工艺为由四台预聚釜组合而成的苯乙烯和橡胶混合溶液接枝共聚反应工艺；预聚反应采用两组平行的两级预聚釜同时进料；通过控制每组釜不同的工艺条件，使每组两级预聚釜的反应达到特定要求的苯乙烯反应转化率和橡胶的接枝率；随后将两组物料在平推流反应器内混合后进一步聚合，能得到含有特定粒径尺寸和粒径分布的亚微观结构的分散相粒子改性的高性能高抗冲聚苯乙烯。
Description
技术领域
本发明属于聚苯乙烯生产技术领域，具体涉及一种工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置及生产工艺。
背景技术
聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物。由于聚苯乙烯质硬、刚性好、易加工成型、尺寸稳定、绝缘等特点，再加上低廉的价格，广泛应用于轻工市场、包装、电气、玩具、建筑等行业。但通用聚苯乙烯也有不耐冲击的缺点，使其应用受到限制。为了使通用聚苯乙烯耐冲击，人们在其中引入了橡胶，即改性聚苯乙烯或抗冲聚苯乙烯(HIPS)。橡胶改性聚苯乙烯是对通用聚苯乙烯的改进，是由分散相橡胶和连续相聚苯乙烯(或基体)组成的两相体系。目前生产聚苯乙烯采用引发剂提升橡胶接枝苯乙烯生产高抗冲聚苯乙烯。根据实际的生产应用经验，引发剂技术生产的产品具有更好的光学性能、力学性能、耐温性能，并且可生产更低熔酯的产品、提升生产线产能、提高转化率、降低能耗。然而，目前生产的聚苯乙烯抗冲性能和力学性能不足以满足工业上对高质量的改性聚苯乙烯产品的要求。为了解决这一问题，对新配方、新工艺、新技术的研发是非常有意义的。
现有的橡胶-苯乙烯单体接枝聚合反应，难以控制苯乙烯、橡胶浆液接枝聚合反应在相转变过程中所形成的亚微观分散相粒子的结构(分散相粒子的粒径尺寸、粒径分布的分布宽度)，使最终制得的高抗冲聚苯乙烯聚合物未能具备在大量吸收冲击能量的性能同时还具备优异的抗裂纹扩展的特性，导致最终制得的高抗冲聚苯乙烯树脂在力学、光学等方面的综合性能欠佳。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种能够控制苯乙烯、橡胶浆液接枝聚合反应在相转变过程中所形成的亚微观分散相粒子的结构(分散相粒子的粒径尺寸、粒径分布的分布宽度)，能提高改性聚苯乙烯的抗冲性能和力学性能的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置及生产工艺。
上述发明目的是通过以下技术方案实现的：
本发明一种工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，该生产装置包括顺序连接的预聚反应装置、后聚合反应装置和聚合物脱挥装置；所述预聚反应装置是由四台带搅拌的全混流预聚反应釜(CSTR预聚反应釜)通过特定的串并联组合而成的预聚反应釜组，其中的每台CSTR预聚反应釜都配设有对应的釜顶回流冷凝器、搅拌器及配套的聚合物输送泵；所述预聚反应釜组包括两组平行的两级预聚釜，该两组平行的两级预聚釜，是同时进料的；每组的两级预聚釜由串联的一级预聚釜和二级预聚釜组成；二级预聚釜与后聚合反应装置相连；后聚合反应装置包括数台串联的带搅拌的平推流聚合反应釜，每台平推流聚合反应釜分别设有搅拌系统、热油循环温控系统和聚合物输送泵；后聚合反应装置最后一级平推流聚合反应釜底部的聚合物输送泵与聚合物脱挥装置相连。
进一步的，该生产装置还包括胶液配制及供应装置、苯乙烯预热器、胶液预热器、胶液过滤器和静态混合器；其中，苯乙烯预热器为苯乙烯单体预热器，胶液预热器为苯乙烯-聚丁二烯系列橡胶溶液的预热器；胶液配制及供应装置与胶液预热器连接；胶液预热器与静态混合器连接；胶液过滤器设置在胶液预热器与静态混合器之间；苯乙烯预热器与静态混合器连接；静态混合器设置于预聚反应装置的一级预聚釜的入口；
进一步的，该生产装置还包括未反应单体回收装置和聚合物切粒干燥装置；未反应单体回收装置包括脱挥回收冷凝器、回收液缓冲罐，并设有回收液管路返回连至预聚反应装置；所述聚合物脱挥装置为聚合物预热及两级脱挥装置，包括依次连接的聚合物预热器、一级脱挥釜和二级脱挥釜，一级脱挥釜和二级脱挥釜底部均设有聚合物输送泵；脱挥回收冷凝器与一级脱挥釜和二级脱挥釜顶部的挥发物出口连接；二级脱挥釜底部的聚合物输送泵出口管与聚合物切粒干燥装置相连。
进一步的，胶液预热器和苯乙烯预热器为列管内设置静态混合构件、系统带温度控制系统的双管程的管式换热器组合。
进一步的，预聚合反应釜组的装置用于加入处理好的橡胶浆液和相关助剂并在此进行预聚合反应，每台预聚反应釜均设有外夹套、带有搅拌器，其搅拌桨叶型式为多层四叶平桨、多层四叶斜桨、多层两叶平桨、多层两叶斜桨、多层三叶涡轮桨、锚式桨叶、螺带式桨叶、螺杆式桨叶或是以上搅拌桨叶型式的组合；预聚反应釜的操作类型为全混流型式，并设有釜顶回流冷凝器、物料输送泵、温度控制系统和液位控制系统。
进一步的，后聚合反应装置，包括数台结构相同且串联的平推流型式的反应器；平推流型式的反应器设有外夹套、内带有搅拌器和内盘管，其搅拌桨叶型式为多层三叶平桨，并配套有多层热油循环冷却温度控制系统、聚合物输送泵和压力控制系统。
进一步的，聚合物预热及两级脱挥装置是由一台内设列管带有静态混合构件的高粘度物料加热器并配有相应的温度控制系统的设备与两台串联的高温、高真空脱挥釜组成的单元操作装置；一级脱挥釜和二级脱挥釜是釜体下封头设置有高温热油加热的夹套、筒体外部焊有高温油外加热盘管的圆筒状容器；在其上侧部有熔体进料口，筒体上部安装有聚合物分布器与熔体进料口相接，脱挥釜能耐280℃高温和全真空的负压操作；釜底设有两个出料口与两台聚合物输送泵相连，用于在高温下向外输送聚合物熔体。
进一步的，聚合物分布器是一个一头封闭、上部开有溢料口，下部按工艺要求开有直径2-8mm、数量20000-10000个、间隔2-5mm小孔的、直径400-650mm长度1900-2200mm的长圆筒状圆柱体；聚合物分布器水平安装于脱挥釜上部。当聚合物通过此分布器时能分散成细条束状，垂直落到脱挥釜釜底。
进一步的，未反应单体回收装置是由一组列管式冷凝器、真空泵组及循环液罐及循环液泵组成的可抽真空、冷凝乙苯/苯乙烯、储存和输送循环液功能的单元操作装置，用以回用未反应的苯乙烯并将其加入到预聚合反应釜。
进一步的，聚合物切粒干燥装置是一组与相对应的切粒设施，其包括切粒机、水料输送槽、干燥器和振动筛及水循环系统，通过与聚合物输送泵的良好的匹配，将脱挥釜中由聚合物输送泵输出的熔体切割成尺寸大小适合包装、储存、运输的成品颗粒。
本发明一种利用上述工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置进行的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺，其具有这样的区别技术特征：
预聚反应采用两组平行的两级预聚釜，同时进料；通过控制每组釜不同的工艺条件(包括反应温度、助剂用量、配方、进料流量、液位、搅拌转速等)，使每组两级预聚釜的反应达到特定要求的不同的苯乙烯反应转化率和橡胶的接枝率，随后将两组物料在平推流反应器内混合后进一步聚合，进而得到含有特定粒径尺寸和粒径分布的亚微观结构分散相粒子改性的高性能高抗冲聚苯乙烯。
亦即，预聚反应采用两组平行的两级预聚釜，同时进料；通过控制每组釜不同的工艺条件(包括反应温度、助剂用量、液位、搅拌转速等)，使每组两级预聚釜的反应达到特定要求的不同的苯乙烯反应转化率和橡胶的接枝率，从而获得两组不同的含有特定粒径尺寸和粒径分布的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰：控制其中一组两级串联的反应釜内聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰满足产品的吸收冲击能的要求，控制另一组两级串联的反应釜内聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰满足产品的裂纹终止的要求；在每组的二级预聚釜完成预聚合后通过各自的聚合物泵送出并混合成一路后进入到后聚合反应釜组的数台立式平推流聚合反应釜进行后聚合反应，将上述两组不同的聚合物的分散相粒子的粒径分布的分布峰合并后，能达到特定要求的宽分布的聚合物的分散相粒子的粒径分布的分布峰特征，使最终制成的高抗冲聚苯乙烯产品具有优良的抗冲击力学性能、裂纹终止性能和光学性能(表面光泽好)。
进一步的，具体生产工艺过程如下：
预先配制橡胶浆液；进料分成两组，设定每组进料的进料流量不同、助剂用量不同、配方不同或反应温度不同或液位不同或搅拌转速不同，使两组的预聚反应达到不同的反应转化率；两组进料分别将原料苯乙烯、橡胶浆液及各助剂按比例混合加入到两台平行运行的带搅拌的一级预聚反应釜：一级预聚釜00A和一级预聚釜00B；物料在预聚釜内连续搅拌的情况下充分混合均匀；两组物料分别在一级预聚釜00A和一级预聚釜00B内分别在设定的不同的反应温度(80-130℃)、液位(30-85％)、进料流量条件下，进行一次预聚反应达到特定的不同的反应转化率(5-40％)后，同时分别用一级预聚釜00A和一级预聚釜00B各自的聚合物输送泵输送到与一级预聚釜00A、一级预聚釜00B各自串联的二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中聚合；两组物料分别在二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中分别在设定的不同的反应温度(85-145℃)、液位(30-85％)、进料流量条件下，进行二次预聚反应达到特定的不同的反应转化率(30-45％)；两组物料分别经过两级预聚合反应之后，分别由二级预聚釜01A和二级预聚釜01B的釜底的预聚物输送泵将反应物送出，然后，合并混合成一路后，进入到后聚合反应装置的数台平推流聚合反应釜组进行后聚合反应，提高聚合反应的总反应转化率；之后将反应物通过聚合物预热器加热后进入一级脱挥釜脱挥；然后将一次脱挥的聚合物用泵输送到二级脱挥釜再次脱挥，最终将物料中残留的挥发性有机物降到800ppm以下；从二级脱挥釜出来的聚合物经输送泵送到聚合物切粒干燥装置进行切粒、干燥，得到产品。
更进一步的，具体生产工艺过程如下：
预先将苯乙烯与切碎的橡胶通过共混搅拌溶解在溶胶罐内，配制成一定浓度的橡胶浆液即胶液；进料分成两组，设定每组进料的进料流量不同、助剂用量不同(配方不同)或反应温度不同，使两组的预聚反应达到不同的反应转化率；两组进料的预热混合均按如下方法操作：配好的胶液原料经胶液预热器预热后通过胶液过滤器过滤后按比例送入静态混合器预混；原料苯乙烯单体经苯乙烯预热器预热后按比例送入静态混合器预混；将各种助剂(白油、内外润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、引发剂和补充溶剂即稀释剂乙苯等)按比例加入静态混合器预混；经静态混合器预混后的两组物料平行进入预聚反应装置(即由四台带搅拌的CSTR反应釜通过特定的串并联组合而成的预聚反应釜组)的两台平行运行的带搅拌的一级预聚反应釜：一级预聚釜00A和一级预聚釜00B，物料在预聚釜内连续搅拌的情况下充分混合均匀，并在一级预聚釜00A和一级预聚釜00B内分别于设定的反应温度(80-130℃)、液位(30-85％)、进料流量条件下，进行一次预聚反应达到特定的不同的反应转化率(5-40％)后，同时分别用一级预聚釜00A和一级预聚釜00B各自的聚合物输送泵输送到与一级预聚釜00A、一级预聚釜00B各自串联的二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中聚合；物料在二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中分别于设定的反应温度(85-145℃)、液位(30-85％)、进料流量条件下，进行二次预聚反应达到特定的不同的反应转化率(30-45％)；在物料经数台串并联组合而成的预聚合反应工艺过程后，由二级预聚釜01A和二级预聚釜01B的输送泵将反应物送出并混合成一路后进入到后聚合的数台平推流聚合反应釜组进行后聚合反应；预聚合过程中预聚合釜组的各台预聚釜的反应热是通过每台釜上各自的釜顶回流冷凝器将反应热移走，并将反应温度控制在工艺所需的特定反应温度(80-145℃)，从而得到特定要求的预聚合物；通过数台串联的、温度控制在100-200℃之间的聚合反应釜将总反应转化率提高到75-82％左右；之后将反应物通过聚合物预热器加热后加热至220-260℃以上后进入一级脱挥釜脱挥，在高温、高真空<3kpa下将大部分未反应的单体从反应物料中脱除；然后将一次脱挥的聚合物用泵输送到二级脱挥釜再次脱挥，依然维持高温、高真空<2kpa，最终将物料中残留的挥发性有机物降到800ppm以下；从二级脱挥釜出来的聚合物经输送泵送到聚合物切粒干燥装置进行切粒、干燥，得到产品。
进一步的，上述工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺中所用的生产工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的配方如下：
A、苯乙烯：纯度大于99.8％，无色透明液体，用量0.850-0.960份；
B、工业白油：闪点大于240度，无色透明液体，用量0.005-0.050份；
C、内外润滑剂：(石蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸酰胺、油酸酰胺等)但并不仅限于此，外观为白色的颗粒或粉末，纯度大于99.8％，需要使用其中的2-3种复合使用，用量为0.0005-0.005份；
D、抗氧剂：受阻酚抗氧剂(类似于BHT、Irganox1076、Irganox1010、Irganox1330，但并不仅限于此)根据需要使用其中的2种复合使用，用量0.0005-0.005份；
E、聚丁二烯系列橡胶：用量0.030-0.15份；
F、紫外线吸收剂和光稳定剂，Tinuvin327、Tinuvin UVP、Tinuvin320、Tinuvin328、Tinuvin770、Tinuvin622，但并不仅限于此；需要使用其中的2种复合使用，添加量：0.0001-0.005份；
G、有机过氧化物引发剂：叔丁基过氧化苯甲酸酯；叔丁基过氧化特戊酸酯；1、1二叔丁基过氧基-3、3、5三甲基环己烷；1、1二叔丁基过氧基-环己烷；叔丁基过氧化壬酸酯等，但并不仅限于此；需要使用其中的2-3种复合使用，添加量0.0001-0.0045份；
H、乙苯：纯度>99.9％，添加量0.001-0.010份。
本发明的有益效果：
本发明的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置及生产工艺，能够控制苯乙烯、橡胶浆液接枝聚合反应在相转变过程中所形成的亚微观分散相粒子的结构(分散相粒子的粒径及分布宽度)，能提高改性聚苯乙烯的抗冲性能和力学性能。
本发明的技术生产的橡胶改性的聚苯乙烯产品，85％以上的成分为聚苯乙烯
式中n为聚合度，其范围在300-7000不等，随产品的种类不同而不同；除了该主要成份外，尚含有3-10％的改性用的丁二烯橡胶，0-7％的白油、0-1％的硬脂酸盐类的添加剂以及少量的(总计800ppm以下)单体等的有机残留物。材料的结构中含一定量的由苯乙烯接枝的特种结构的橡胶和聚苯乙烯的包裹体，并且在聚苯乙烯的连续相含有超过加入橡胶体积百分数的苯乙烯接枝改性的橡胶颗粒，使材料相比于其他工艺生产方法所得的产品具有更好抗冲性能和力学性能。该工艺生产的改性聚苯乙烯，具有优良的抗冲击强度性，抗冲强度最高可达到15KJ/m2(按GB/T6594.2-2003测试方法)，维卡软化点在85-102℃，常温下其拉伸屈服强度为22-45MPa，拉伸断裂强度为20-40MPa(按GB/T6594.2-2003测试方法)，是一种韧性良好的热塑性材料。生产工艺为由四台预聚釜组合而成的苯乙烯和橡胶混合溶液接枝共聚反应工艺技术，并采用使用专有的组合引发剂接枝改性聚苯乙烯的生产配方技术；生产过程中不产生工艺废水，所有的原料均回收循环利用，产生的少量工艺废气通过冷凝及专用设备处理后达标排放，该工艺技术能达到良好的环境友好和优化能耗的效果。
本发明的技术创新之处在于:
1、该新工艺是通过采用四台带搅拌的橡胶-苯乙烯接枝聚合反应用的CSTR全混流反应釜(一级预聚釜00A、一级预聚釜00B、二级预聚釜01A、二级预聚釜01B)以特定的组合形式(见图2所示的组合方式)，来达到根据要求控制苯乙烯、橡胶浆液接枝聚合反应在相转变过程中所形成的分散相粒子的粒径分布的分布宽度，满足达到最终所得的高抗冲聚苯乙烯聚合物吸收抗冲能量优化的目的，从而使制造所得的高抗冲聚苯乙烯树脂在力学、光学等的性能方面超越其他工艺所生产的HIPS产品。
工艺装置运行时，控制两组两级串联的反应釜不同的工艺条件，在两组两级串联的反应釜中分别得到两组不同的特定分布的分散相粒子的粒径分布的分布峰(这两组不同的分散相粒子的粒径分布的分布峰的正态分布中心在不同的位置，将这两个分散相粒子的粒径分布的分布峰合并后，能达到特定要求的宽分布的分散相粒子的粒径分布的分布峰特征)：控制其中一组两级串联的反应釜的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布宽度(粒径分布的分布峰)满足产品的吸收冲击能的要求，控制另一组的两级串联的反应釜的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布宽度(粒径分布的分布峰)满足产品的裂纹终止的要求；在每组的二级预聚釜完成预聚合后通过各自的聚合物泵送出并混合成一路后进入到后聚合反应釜组的数台立式平推流聚合反应釜进行后聚合反应，将上述两组不同的聚合物的分散相粒子的粒径分布的分布峰合并后，能达到特定要求的宽分布的聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰特征，使最终制成的高抗冲聚苯乙烯产品具有优良的抗冲击力学性能、裂纹终止性能和光学性能(表面光泽好)。
2、其次采用该新工艺，可用各种不同的橡胶采用复合、配合使用等灵活的混合使用方法，作为橡胶与苯乙烯接枝共聚反应的原料，生产各类特种性能要求的高抗冲聚苯乙烯产品。使用该工艺技术再配合使用对应的聚合配方体系可用于生产各类特抗冲的高抗冲聚苯乙烯、高表面光泽高抗冲聚苯乙烯、专用于挤出板材用的高延展性吸塑成型用高抗冲聚苯乙烯。如果该装置配套有使用丙烯腈的进料和回收设施和工艺，该新工艺还可以用于生产本体法ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)。
3、该新工艺将使用各类不同活性的引发剂组成配方体系，复合选用前述配方中所说的其中活性符合反应要求的引发剂并与其他功能性助剂一起配合使用，以满足各台反应釜不同反应温度下达到接枝效率最大化的目的，从而使橡胶接枝苯乙烯的效率进一步的优化、提升产品的韧性和强度，最终获得优良抗冲性能的高抗冲聚苯乙烯。因此，本发明中的聚合反应配方是依附于本发明的生产工艺的要求而存在，是生产本发明的高抗冲聚苯乙烯产品的生产的新工艺技术的一部分。配方中的各种原料及功能性助剂要有专门的加入比例和总加料量，与对应活性的引发剂，配以适当的反应温度和液位，来控制反应过程中对接枝聚合反应的控制，以及对相转变过程中所形成的亚微观分散相粒子的结构(分散相粒子的粒径尺寸及分布宽度)的控制。
4、该新工艺中所述的四台组合的CSTR预聚釜(00A、00B、01A、01B)的搅拌是采用多层平桨和斜桨与锚式桨叶等的各类型桨叶形式组合的一种搅拌；搅拌器设计时考虑了各预聚釜达到预聚反应过程中满足接枝最大化的原则来控制部分返混的工程要求来设计和选型的，这是从设备上保证此新工艺生产出的高性能高抗冲聚苯乙烯要求。
5、本发明是根据聚合反应的基础理论、苯乙烯-橡胶接枝反应及其对应的相转变理论、引发剂分解和应用理论及对应的搅拌混合、分散理论所作出的一项高性能高抗冲聚苯乙烯产品生产技术。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点：
1、本发明所得的高抗冲聚苯乙烯材料兼具良好的抗冲性能和抗拉强度；
2、所得的高抗冲聚苯乙烯材料具有良好的韧性和挤出加工性能，且凝胶点少、表观优良，用作高档的挤板材料；
3、所得的材料的残留单体低、低聚物和有色杂质含量少、无异味，产品可满足用于生产食品接触许可的制件；
4、采用的技术工艺所产生的废水、废气少，环保效果好；生产过程安全可控，危险性小。
附图说明
图1是发明的工业规模级高抗冲聚苯乙烯HIPS的生产工艺流程图。
图2是发明的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯HIPS生产装置及工艺流程图。
图中：1a、苯乙烯预热器；1b、胶液预热器；2a、一级预聚釜00A；2b、一级预聚釜00B；3、一级预聚釜釜顶回流冷凝器；4a、一级预聚物输送泵；4b、一级预聚物输送泵；5a、二级预聚釜01A；5b、二级预聚釜01B；6、二级预聚釜釜顶回流冷凝器；7a、二级预聚物输送泵；7b、二级预聚物输送泵；8、平推流聚合反应釜；8a、第三后聚合釜；8b、第三后聚合釜；8c、第三后聚合釜；8d、第三后聚合釜；9、搅拌器；10a、聚合物输送泵；10b、聚合物输送泵；10c、聚合物输送泵；10d、聚合物输送泵；11、聚合物预热器；12a、聚合物分布器；12b、聚合物分布器；13、一级脱挥釜；14a、一级脱挥聚合物输送泵；14b、一级脱挥聚合物输送泵；15、二级脱挥釜；21a、二级脱挥聚合物输送泵；21b、二级脱挥聚合物输送泵；16、脱挥回收冷凝器；17、回收液缓冲罐；18、回收液泵；19、聚合物过滤器；20、聚合物切粒干燥装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图2所示，发明一种工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，它包括：配制橡胶-苯乙烯胶液的胶液配制及供应装置、苯乙烯预热器1a、胶液预热器1b和胶液过滤器，以及通过管路依次连通的静态混合器、预聚反应装置、后聚合反应装置、聚合物预热及两级脱挥装置、未反应单体回收装置、聚合物切粒干燥装置；其中，苯乙烯预热器1a为苯乙烯单体预热器，胶液预热器1b为苯乙烯-聚丁二烯系列橡胶溶液的预热器；胶液配制及供应装置与胶液预热器1b连接；胶液预热器1b与静态混合器连接；胶液预热器1b与静态混合器之间设置胶液过滤器；苯乙烯预热器1a与静态混合器连接；静态混合器设置于预聚反应装置的一级预聚釜的入口；预聚反应装置是由四台带搅拌的全混流反应釜(CSTR反应釜)通过特定的串并联组合而成的预聚反应釜组，其中的每台CSTR预聚反应釜都包括有对应的釜顶回流冷凝器、搅拌器及配套的聚合物输送泵；所述预聚反应釜组包括两组平行的两级预聚釜，该两组平行的两级预聚釜，是同时进料的；每组的两级预聚釜由串联的一级预聚釜(一级预聚釜00A 2a、一级预聚釜00B 2b)和二级预聚釜(二级预聚釜01A 5a和二级预聚釜01B 5b)组成；二级预聚釜与后聚合反应装置相连；后聚合反应装置包括数台串联的带搅拌的平推流聚合反应釜8，每台平推流聚合反应釜8分别设有搅拌系统(搅拌器9)、热油循环温控系统和聚合物输送泵10；后聚合反应装置最后一级平推流聚合反应釜8下部的聚合物输送泵与聚合物预热及两级脱挥装置相连；聚合物预热及两级脱挥装置包括聚合物预热器11、一级脱挥釜13和二级脱挥釜15，其中，一级脱挥釜13和二级脱挥釜15均设有聚合物输送泵14，二级脱挥釜15的聚合物输送泵14出口管通过聚合物过滤器19与聚合物切粒干燥装置20相连；未反应单体回收装置包括脱挥回收冷凝器16、回收液缓冲罐17，并设有回收液泵18及回收液管路返回连至预聚反应装置；脱挥回收冷凝器16与一级脱挥釜13和二级脱挥釜15顶部的挥发物出口连接。
本发明一种利用上述工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的生产装置进行的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的生产工艺如下：
预先将苯乙烯与切碎的橡胶通过共混搅拌溶解在溶胶罐内，配制成一定浓度的橡胶浆液即胶液；进料分成两组，平行进料，设定每组进料的进料流量不同、助剂用量不同(配方不同)或反应温度不同或液位不同或搅拌转速不同，使两组的预聚反应达到不同的反应转化率和橡胶接枝率，从而获得两组不同的含有特定粒径尺寸和粒径分布的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰：控制其中一组两级串联的反应釜内聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰满足产品的吸收冲击能的要求，控制另一组的两级串联的反应釜内聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰满足产品的裂纹终止的要求；在每组的二级预聚釜完成预聚合后通过各自的聚合物泵送出并混合成一路后进入到后聚合反应釜组的数台立式平推流聚合反应釜进行后聚合反应，将上述两组不同的聚合物的分散相粒子的粒径分布的分布峰合并后，能达到特定要求的宽分布的聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰特征，使最终制成的高抗冲聚苯乙烯产品具有优良的抗冲击力学性能、裂纹终止性能和光学性能(表面光泽好)。
两组进料的预热混合均按如下方法操作：配好的胶液原料经胶液预热器预热后通过胶液过滤器过滤后按比例送入静态混合器预混；原料苯乙烯单体经苯乙烯预热器预热后按比例送入静态混合器预混；将各种助剂(白油、内外润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、引发剂和补充溶剂即稀释剂乙苯等)按比例加入静态混合器预混；经静态混合器预混后的两组物料平行进入预聚反应装置(即由四台带搅拌的CSTR反应釜通过特定的串并联组合而成的预聚反应釜组)的两台平行运行的带搅拌的一级预聚反应釜：一级预聚釜00A和一级预聚釜00B；物料在预聚釜内连续搅拌的情况下充分混合均匀；两组物料分别在一级预聚釜00A和一级预聚釜00B内分别在设定的不同的反应温度(80-130℃)、液位(30-85％)、进料流量条件下，进行一次预聚反应达到特定的不同的反应转化率(5-40％)后，同时分别用一级预聚釜00A和一级预聚釜00B各自的一级预聚物输送泵4a、4b输送到与一级预聚釜00A、一级预聚釜00B各自串联的二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中聚合；两组物料分别在二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中分别在设定的不同的反应温度(85-145℃)、液位(30-85％)、进料流量条件下，进行二次预聚反应达到特定的不同的反应转化率(30-45％)；两组物料分别经过两级预聚合反应之后，分别由二级预聚釜01A和二级预聚釜01B的釜底的二级预聚物输送泵7a、7b将反应物送出，然后，合并混合成一路后，进入到后聚合反应装置的数台平推流聚合反应釜组进行后聚合反应。
亦即，经过四台连续搅拌预聚反应釜串并联组合的预聚合反应工艺过程后，二级预聚釜01A和二级预聚釜01B的反应物合并进入后聚的数台平推流聚合反应釜组进行后聚合反应；整个预聚合过程中，预聚反应釜组的各台预聚反应釜的反应热是通过每台预聚反应釜上的釜顶回流冷凝器将反应热移走，并将反应温度控制在工艺所需的特定反应温度80-145℃之间，从而得到特定要求的预聚合物。
预聚合后的物料通过数台串联的温度控制在100-200℃之间的平推流聚合反应釜进行后聚合反应后，将总反应转化率提高到75-82％左右，反应物料中的含固量达到75-82％；然后从最后一级平推流器的聚合物输送泵输出到聚合物预热器11加热至250℃以上后进入一级脱挥釜13脱挥，在高温、高真空(<3kpa)下将大部分未反应的单体从反应物料中脱除。然后将一次脱挥的聚合物用泵输送到二级脱挥釜15再次脱挥，依然维持高温、高真空(<2kpa)，最终将物料中残留的挥发性有机物降到800ppm以下；从二级脱挥釜15出来的聚合物经输送泵送到聚合物切粒干燥装置20进行切粒、干燥，得到产品。
实施例2
如图1、图2所示，本发明一种利用实施例1的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的生产装置进行的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的生产工艺过程详述如下：
步骤一、胶液配置及处理：
苯乙烯与切碎的橡胶通过共混搅拌溶解在溶胶罐(橡胶配置罐)内，配制成对应浓度的橡胶苯乙烯溶液(橡胶浆液，简称胶液)；在溶胶罐内设置温控设施，控制胶液配制温度在合适的温度范围；配好的胶液存放在胶液储存罐，并在胶液储存罐内循环溶解24小时后使用；无论是配胶输送、循环还是胶液输送，均需要采用齿轮泵来输送胶液，如涉及到进料速度的控制要求的，可采用变频电机和变频器来控制流量。
步骤二、原料预热、混合、预聚合反应：
原料的预热混合设备包括苯乙烯预热器1a、胶液预热器1b、胶液过滤器、静态混合器；其中，静态混合器是一个带内部混合构件的管式静态混合器；静态混合器设置于预聚反应装置的一级预聚釜的入口；胶液配制及供应装置与胶液预热器1b连接；胶液预热器1b与静态混合器连接；苯乙烯预热器1a为苯乙烯单体预热器，苯乙烯预热器1a与静态混合器连接；胶液预热器1b为苯乙烯-聚丁二烯系列橡胶溶液的预热器；胶液预热器1b是一个双管程的列管式换热器，胶液走管程、加热的热油走壳程，列管内设有静态混合构件以强化传热，同时，胶液预热器1b配有配套温度控制系统，确保精准地控制好进入一级预聚釜的胶液温度；胶液预热器1b与静态混合器之间设置胶液过滤器；胶液过滤器是采用250目滤袋的袋式过滤器，此种配置方式可使加料系统的工作效果达到最佳化。
预聚合反应由四台预聚釜串并联组合而成的预聚反应釜组完成。所述预聚反应釜组包括两组平行的两级预聚釜，该两组平行的两级预聚釜，是同时进料的；每组的两级预聚釜由串联的一级预聚釜(00A、00B)和二级预聚釜(01A和01B)组成；亦即，预聚合反应装置包括两串、两并的四台带搅拌的全混流(CSTR)反应釜，各台预聚釜的釜体和下封头设计有盘管，用于加热、冷却反应过程，并配套有釜顶回流冷凝器和聚合物输送泵，釜顶回流冷凝器用于冷却聚合过程的反应物料，聚合物输送泵则是用于一级预聚釜向二级预聚釜输送物料或二级预聚釜向后聚合装置输送反应物料。
进料分成两组，设定每组进料的进料流量不同、助剂用量不同、配方不同或反应温度不同，使两组的预聚反应达到不同的反应转化率；两组进料的预热混合均按如下方法操作：配好、合用的胶液原料与稀释用的苯乙烯单体分别经胶液预热器1b和苯乙烯预热器1a预热后混合，再进入静态混合器预混，再进入预聚装置的预聚釜组的两台一级预聚釜(00A和00B)并通过各自的聚合物输送泵将物料输送到各自的下一级的二级预聚釜(01A和01B)。配好的胶液原料经前预置的胶液预热器1b预热后通过胶液过滤器过滤后送入静态混合器预混后加入到预聚釜中，原料苯乙烯单体经前预置的苯乙烯预热器1a预热后送入静态混合器预混后加入到预聚釜中。预热工序保证用于生产时升温的预聚釜进料的料液达到特定的温度(该温度既不能使胶液发生明显的聚合而产生胶液交联，但又要为预聚反应提供足够的热量)，使得预聚釜的反应热加上胶液带入的热量恰好维持一级预聚釜00A、一级预聚釜00B正常反应时的恒定温度；预热器加热介质为系统返回的中温油或高温油，目的是保证预聚反应正常稳定进行；一级预聚釜00A、一级预聚釜00B的夹套在开车或生产时为达到恒定的反应温度而使用低温油和高温油加热为反应釜补充热量；一级预聚釜00A、一级预聚釜00B在反应正常后通常切断高温油并维持夹套温度在工艺要求的设定值；一级预聚釜00A、一级预聚釜00B的釜顶回流冷凝器正常生产时不使用，只是在超温的情况下用，使用时通过冷却水冷却反应釜中挥发进入冷凝器的苯乙烯蒸汽，并将冷凝液返回到预聚釜内达到移走反应热、控制预聚釜温度的目的；一级预聚釜00A、一级预聚釜00B开车时通常在聚合物输送泵夹套内、反应物输送管道的套管内通以高温油，一旦反应正常，高温热油切换成中温油，反应釜夹套则维持设定温度下的冷热油进料自动控制的状态；一级预聚釜00A、一级预聚釜00B带有特定型式的搅拌器，当达到工艺要求时启动搅拌器，维持反应釜的正常搅拌混合作用，并强化传热；生产过程中聚合物输送泵连续稳定地从预聚釜向后聚合反应装置送料并维持反应釜液位在设定的液位；在正常生产过程中各个进料组分按配方组分比例要求经精确计量后加入到预聚釜(各组分配方包括：苯乙烯进料、回收循环液进料、白油及其他各类添加剂和助剂)满足生产出特定性能的聚苯乙烯产品的要求。
二级预聚釜01A、二级预聚釜01B的夹套在开车或生产时为使预聚釜达到恒定的反应温度而设计，使用低温油和高温油加热为反应釜补充热量，二级预聚釜01A、二级预聚釜01B在反应正常后通常切断高温油、开启中温油，以维持夹套温度在工艺要求的设定值；二级预聚釜01A、二级预聚釜01B的釜顶回流冷凝器正常生产时是冷却二级预聚釜反应物、带走反应热的主要设备。使用时通过冷却水冷却反应釜中挥发进入冷凝器的苯乙烯蒸汽，并将冷凝液返回到预聚釜内达到带走反应热、控制预聚釜温度的目的；二级预聚釜01A、二级预聚釜01B开车时通常在聚合物输送泵夹套内、反应物输送管道的套管内通以高温油，一旦反应正常，高温热油切换成中温油，反应釜夹套则维持设定温度下的冷热油进料自动控制的状态；二级预聚釜01A、二级预聚釜01B带有特定型式的搅拌器，当达到工艺要求时启动搅拌器，维持反应釜的正常的搅拌混合作用，并强化传热；生产过程中聚合物输送泵连续稳定地从二级预聚釜01A、二级预聚釜01B向后聚合反应装置的平推流聚合反应釜送料并维持反应釜液位在设定的液位。
步骤三、后聚合反应：
经过预聚合反应后的物料通过聚合物输送泵连续稳定地从预聚釜向后聚合反应装置送料，后聚合反应装置是四台串联的平推流型式的反应釜，该反应釜有外夹套、内带有搅拌器和内盘管，其搅拌桨叶型式为多层三叶平桨，并配套有多层夹套、内盘管的冷、热油循环系统、温控系统、聚合物输送泵和压力控制系统，用于控制反应温度和物料输送。从预聚合装置的聚合物输送泵送过来的反应物先进入后聚合反应装置的第一台平推流聚合反应釜，并依次从第一后聚合釜一直输送到第四后聚合釜。在开车前，第一到第四后聚合釜的物料输送管的热油保温套管、聚合物输送泵的夹套及加热油管、多层夹套、内盘管内都通以保温、加热用的高温热油，以保证聚合物能自由流动便于聚合物输送泵输送。在开车进料时，第一后聚合釜到第四后聚合釜在反应进料时保持聚合釜的物料输送管的热油保温套管、聚合物输送泵的夹套及加热油管内都通以保温、加热用的高温热油以保证聚合物能自由流动便于聚合物输送泵输送，同时在第一到第四后聚合釜的多层夹套、内盘管使用低温油和高温油控制反应釜夹套和釜内温度，控制其温度在工艺要求的设定值。一旦反应正常后，第一后聚合釜到第四后聚合釜在反应进料时保持聚合釜的物料输送管的热油保温套管、聚合物输送泵的夹套及加热油管内都通以保温、加热用的高温热油切换成中温油，反应釜夹套、内盘管则通过温控系统控制自动控制冷热油进料控制釜内的温度；第一后聚合釜到第四后聚合釜带有特定型式的搅拌器，当达到工艺要求时启动搅拌器，维持反应釜的正常的搅拌混合作用，并强化传热；生产过程中，第一后聚合釜8a的聚合物输送泵10a连续稳定地从第一后聚合釜8a向第二后聚合釜8b供料，第二后聚合釜8b的聚合物输送泵10b连续稳定地从第二后聚合釜8b向第三后聚合釜8c供料，第三后聚合釜8c的聚合物输送泵10c连续稳定地从第三后聚合釜8c向第四后聚合釜8d供料，聚合反应装置的第四后聚合釜8d的聚合物输送泵10d连续稳定地向脱挥装置供料。整个反应物输送过程中四台后聚合反应釜均是满釜操作，并通过自动控制系统来控制前三台聚合物输送泵的输送能力和各台反应釜的操作压力，以及第四台后聚合反应釜的输送速度，来控制后反应装置的物料进出流量，维持反应系统的负荷。
步骤四、聚合物预热、脱挥：
反应物从后聚合装置的第四后聚合釜8d的聚合物输送泵10d输出，通过管道送入聚合物脱挥装置。从第四后聚合釜聚合物输送泵到聚合物脱挥装置的管线是采用热油保温的夹套管，管道的套管内内通以中/高温热油(开车时通高温油，正常运转后切换到中温油)；送入聚合物脱挥装置的物料先进入聚合物预热器11预热，聚合物预热器11采用的是一个单管程的列管式换热器，加热热油走壳程物料走管程，列管内设有强化传热的混合构件用来强化传热效果，预热器两端封头上设有夹套，夹套通以热油以增强加热效果；聚合物在聚合物预热器11的列管内被壳程的高温热油加热到足以自由流动的状态后再进入一级脱挥釜13。
一级脱挥釜13的筒体外壁设有高温热油加热、保温的盘管，下封头上设有热油加热、保温用的夹套。在聚合物从聚合物预热器11进入一级脱挥釜13时通过一个在一级脱挥釜13内内置的聚合物分布器12a将聚合物分散成细料条，使聚合物中的挥发性单体和有机物能在高温和高真空下容易地脱除。一级脱挥釜设有两台一级脱挥聚合物输送泵14a、14b往二级脱挥釜输送聚合物熔体，一级脱挥聚合物输送泵14a、14b的夹套、加热油管以及从一级脱挥釜13到二级脱挥釜15的物料输送管的热油保温套管内都通以保温、加热用的高温热油。
二级脱挥釜15的筒体外壁设有高温热油加热、保温的盘管，下封头上设有热油加热、保温用的夹套。聚合物从一级脱挥釜13送入到二级脱挥釜15时由两台一级脱挥聚合物输送泵14a、14b送料，送到二级脱挥釜15时通过两个入口分别进入两个内置在二级脱挥釜15内的聚合物分布器12b将聚合物分散成细料条，使聚合物中的挥发性单体和有机物在高温和高真空下能容易地脱除。二级脱挥釜15设有两台二级脱挥聚合物输送泵21a、21b往下游造粒装置的两台切粒机(聚合物切粒干燥装置20)输送聚合物熔体，二级脱挥聚合物输送泵21a、21b的夹套及加热油管、聚合物过滤器19的热油加热夹套、模头挤出模板加热夹套以及从二级脱挥釜到造粒装置(聚合物切粒干燥装置20)的物料输送管的热油保温套管内都通以保温、加热用的高温热油。
聚合物脱挥装置设有两套独立的热油循环系统。一套是给聚合物预热器的单独供油的热油循环控制系统为预热器的壳程供油并进行温控；一套是给聚合物预热器的封头的夹套、两台脱挥釜的夹套和盘管、聚合物输送管线套管、聚合物输送泵夹套、聚合物过滤器、下游切粒机模头挤出模板加热夹套等设备供热油的热油循环控制系统为这些设备提供特定温度的热油。
步骤五、将熔体制成成品粒料：
造粒装置是由专业切粒机厂家提供的成套设备，匹配与该聚苯乙烯生产线产能相适应的两台切粒机对接二级脱挥釜15的两台聚合物输送泵(二级脱挥聚合物输送泵21a、21b)输出的聚合物，将熔体制成成品粒料。
上述工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺中所用的生产工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的配方如下：
A、苯乙烯：纯度大于99.8％，无色透明液体，用量0.850-0.960份；
B、工业白油：闪点大于240度，无色透明液体，用量0.005-0.050份；
C、内外润滑剂：(石蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸酰胺、油酸酰胺等)但并不仅限于此，外观为白色的颗粒或粉末，纯度大于99.8％，需要使用其中的2-3种复合使用，用量为0.0005-0.005份；
D、抗氧剂：受阻酚抗氧剂(类似于BHT、Irganox1076、Irganox1010、Irganox1330，但并不仅限于此)根据需要使用其中的2种复合使用，用量0.0005-0.005份；
E、聚丁二烯系列橡胶：用量0.030-0.15份；
F、紫外线吸收剂和光稳定剂，Tinuvin327、Tinuvin UVP、Tinuvin320、Tinuvin328、Tinuvin770、Tinuvin622，但并不仅限于此；需要使用其中的2种复合使用，添加量：0.0001-0.005份；
G、有机过氧化物引发剂：叔丁基过氧化苯甲酸酯；叔丁基过氧化特戊酸酯；1、1二叔丁基过氧基-3、3、5三甲基环己烷；1、1二叔丁基过氧基-环己烷；叔丁基过氧化壬酸酯等，但并不仅限于此；需要使用其中的2-3种复合使用，添加量0.0001-0.0045份；
H、乙苯：纯度>99.9％，添加量0.001-0.010份。
实施例3
本实施例的具体一项产品所用配方如下：
A、苯乙烯：纯度大于99.8％，无色透明液体，用量0.910份。
B、工业白油：闪点大于240℃，无色透明液体，用量0.020份。
C、内外润滑剂：硬脂酸锌、硬脂酸酰胺，2种外观为白色的颗粒或粉末，纯度大于99.8％，生产中根据需要使用这2种按6：1比例复合使用，总用量为0.005份。
D、抗氧剂：BHT、Irganox1076，生产中根据需要使用这2种按2：1比例复合使用，用量0.005份。
E、聚丁二烯橡胶：用量0.072份。
F、紫外线吸收剂和光稳定剂：Tinuvin328、Tinuvin622，生产中根据需要使用这2种按1：1比例复合使用，添加量0.0005份。
G、有机过氧化物引发剂：1、1二叔丁基过氧基环己烷，叔丁基过氧化壬酸酯，通常根据条件用这2种引发剂按1：3比例复合使用，添加量0.004份。
H、乙苯：纯度>99.9％，添加量为0.001份。
采用上述配方利用实施例1的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的生产装置进行的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的生产过程如下：
步骤一、橡胶苯乙烯胶液的配制与输送：
新鲜苯乙烯与用切胶机切碎的橡胶加入橡胶配置罐(溶胶罐)一起搅拌溶解，在橡胶配置罐(溶胶罐)内配成浓度8％的橡胶苯乙烯溶液(橡胶浆液，简称胶液)，并控制胶液在溶胶罐内配置时和在储胶罐内存放时通过温控设施，控制胶液配制温度在35℃以下的温度的范围。配好的胶液存放在胶液储存罐(储胶罐)，在储胶罐内循环溶解24小时后，采用齿轮泵将胶液按14吨/小时的流量输送到预热、预聚装置，进料流量的控制采用变频控制的齿轮泵和流量计组成的控制系统实现。
步骤二、预聚合装置的一级预聚反应：
进料分成两组，设定两组进料的预聚反应温度不同，进料流量相同、搅拌转速相同，使两组的预聚反应达到不同的反应转化率；两组进料的预热混合均按如下方法操作：配好的胶液原料经胶液预热器预热后通过胶液过滤器过滤后按比例送入静态混合器预混；原料苯乙烯单体经苯乙烯预热器预热后按比例送入静态混合器预混；将各种助剂(白油、内外润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、引发剂和补充溶剂即稀释剂乙苯等)按比例加入静态混合器预混；经静态混合器预混后的两组物料平行进入预聚反应装置的两台一级预聚釜00A、一级预聚釜00B。
按上述方法按比例将各物料组分(预热过的橡胶苯乙烯溶液、预热过的苯乙烯单体、白油、内外润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、稀释剂乙苯以及过氧化物引发剂等)连续稳定地加入到预聚合装置的两台一级预聚釜00A、一级预聚釜00B，再施加充分、强力的搅拌(轴功率3kw/m3)，使之混合均匀的情况下，通过控制进料温度、反应釜的夹套和封头的热油温度，控制一级预聚釜00A内的温度在125℃、压力为380mmHg及稳定液位的条件下进行一次预聚反应3小时达到特定的反应转化率15％，控制一级预聚釜00B预聚釜内的温度在130℃、压力为380mmHg及稳定液位的条件下进行一次预聚反应3小时达到特定的反应转化率25％。反应物完成一次预聚反应后，通过一级预聚釜00A、一级预聚釜00B各自的聚合物输送泵将反应物料连续、稳定地加入到与各自串联预聚装置的第二预聚反应釜01A和二级预聚釜01B。
步骤三、预聚合装置的二级预聚反应：
从一级预聚釜00A、一级预聚釜00B输送过来的反应物分别连续稳定地加入到各自的二级预聚釜01A和二级预聚釜01B，在施加充分、强力的搅拌(轴功率3kw/m3)，使之混合均匀的情况下，通过控制进料温度、反应釜的夹套和封头的热油温度，控制一级预聚釜00A内的温度在135℃、压力为400mmHg及稳定液位的条件下进行二次预聚反应3小时达到特定的反应转化率35％，控制一级预聚釜00B内的温度在145℃、压力为400mmHg及稳定液位的条件下进行二次预聚反应3小时达到特定的反应转化率45％，多余的反应热通过釜顶回流冷凝器将热量移去。反应物完成二次预聚反应后，通过二级预聚釜01A、二级预聚釜01B各自的聚合物输送泵将反应物料连续、稳定地加入到后聚合聚装置的第一台平推流聚合反应釜。
步骤四、后聚合反应：
从预聚合装置的二级预聚釜01A、二级预聚釜01B的输送泵泵出后的聚合物合流成一路进入到后聚合装置。进入后聚合聚装置的第一台平推流聚合反应釜的物料在强力的搅拌(轴功率3kw/m3)下，通过两段夹套的冷却油和釜内盘管的冷却油将反应热移去，控制反应温度在145℃、操作压力为20Kpa、反应釜满釜的条件下进行聚合反应，反应1小时后完成后聚合反应的第一后聚合反应，然后通过聚合物输送泵将原料连续、稳定地加入到后聚合装置的下一级反应釜(第二后聚合釜)，此时物料的粘度约为15000CP。
从后聚合装置第一后聚合釜的聚合物输送泵输送出来的物料进入到后聚合装置的第二后聚合釜，进入后聚合聚装置的第二台平推流聚合反应釜的物料在强力的搅拌(轴功率4kw/m3)下，通过两段夹套的冷却油和釜内盘管的冷却油将反应热移去，控制反应温度在150℃、操作压力为30Kpa、反应釜满釜的条件下进行聚合反应，反应1小时后完成后聚合反应的第二后聚合反应，然后通过聚合物输送泵将原料连续、稳定地加入到后聚合装置的下一级反应釜(第三后聚合釜)，此时物料的粘度约为50000CP。
从后聚合装置第二后聚合釜的聚合物输送泵输送出来的物料进入到后聚合装置的第三后聚合釜，进入后聚合聚装置的第三台平推流聚合反应釜的物料在强力的搅拌(轴功率5kw/m3)下，通过两段夹套的冷却油和釜内盘管的冷却油将反应热移去，控制反应温度在160℃、操作压力为40Kpa、反应釜满釜的条件下进行聚合反应，反应1小时后完成后聚合反应的第三后聚合反应，然后通过聚合物输送泵将原料连续、稳定地加入到后聚合装置的下一级反应釜(第四后聚合釜)，此时物料的粘度约为150000CP。
从后聚合装置的第三后聚合釜的聚合物输送泵输送出来的物料进入到后聚合装置的第四后聚合釜，进入后聚合装置的第四台平推流聚合反应釜的物料在强力的搅拌(轴功率6kw/m3)下，通过两段夹套的冷却油和釜内盘管的冷却油将反应热移去，控制反应温度在170℃、操作压力为50Kpa、反应釜满釜的条件下进行聚合反应。反应1小时后，完成后聚合反应的第四后聚合反应。此时，后聚合反应全部完成，总反应转化率提高到80％左右，反应物料中的含固量达到80％左右，粘度达到250000cp；然后，通过聚合物输送泵将聚合物连续、稳定地送入到脱挥装置的聚合物预热器中。
在脱挥装置的聚合物预热器中，通过列管中强化传热的内构件，在高温导热油的加热下，将物料从170℃的反应温度加热到240℃的脱挥温度再进入第一级脱挥釜进行脱挥。
步骤五、一级高温真空脱除单体、溶剂及挥发物：
来自于脱挥装置的聚合物预热器的聚合物，进入一级脱挥釜的入料温度为240℃，釜内控制压力在2.5Pa。物料在此进行高温、低压闪蒸，95％以上未反应的苯乙烯单体和溶剂及挥发性的有机物在此一级脱挥釜蒸发，并被真空泵抽入回收系统，冷凝收集。此时因闪蒸使物料溶剂脱除且物料的温度下降了5℃，导致物料的粘度上升到600000cp，为保证物料温度不至于下降太多而使粘度上升太多，脱挥釜外部和底部封头采用高温热油加热保温，维持聚合物物料的温度在235℃之间，使之具有一定的流动性并能达到良好的挥发物脱除效果。经过一级高温真空脱挥后，所得聚合物物料的残留可挥发溶剂含量降到1.25％左右，温度降到235℃，粘度上升到600000cp。接着将此物料通过聚合物输送泵送到二级脱挥釜，进行二级高温真空脱挥。
步骤六、二级高温真空脱除单体、溶剂及挥发物：
来自于一级脱挥釜的聚合物物料，进入二级脱挥釜的入料温度为235℃，在此釜内控制压力在1.5Pa以下。物料在此进行高温、低压闪蒸，剩余的5％的95％的未反应的苯乙烯单体和溶剂及挥发性的有机物在此二级脱挥釜进一步脱除，并被真空泵抽入回收系统，冷凝收集。此时因二次闪蒸使物料溶剂脱除且物料的温度下降5℃，导致物料的粘度上升到1500000cp，为避免物料粘度上升过高，脱挥釜外部和底部封头采用高温热油保温加热，维持聚合物的物料在230℃，使之保持一定的流动性并能达到良好的挥发物脱除效果。经过二级高温真空脱挥后，所得聚合物物料的残留可挥发溶剂含量降到0.08％以下，温度维持230℃，釜内粘度上升到2000000cp。
步骤七、将熔体制成成品粒料：
将二级脱挥釜釜底出来的物料通过聚合物输送泵送到造粒机进行造粒并干燥后获得成品。
本实施例的工艺中，预聚反应采用两组平行的两级预聚釜，同时进料；通过控制每组两级预聚釜不同的反应温度，使每组两级预聚釜的反应达到特定要求的不同的苯乙烯反应转化率和橡胶的接枝率，从而获得两组不同的含有特定粒径尺寸和粒径分布的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰：控制其中一组两级串联的反应釜内聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰满足产品的吸收冲击能的要求，控制另一组的两级串联的反应釜内聚合物的分散相粒子的粒径尺寸及粒径分布的分布峰满足产品的裂纹终止的要求；在每组的二级预聚釜完成预聚合后通过各自的聚合物泵送出并混合成一路后进入到后聚合反应釜组的数台立式平推流聚合反应釜进行后聚合反应，将上述两组不同的聚合物的分散相粒子的粒径分布的分布峰合并后，能达到特定要求的宽分布的聚合物的分散相粒子的粒径分布的分布峰特征，使最终制成的高抗冲聚苯乙烯产品具有优良的抗冲击力学性能、裂纹终止性能和光学性能(表面光泽好)。
采用上述工艺和配方制成的橡胶改性的高抗冲聚苯乙烯，具有良好的抗冲性、韧性，常温下其拉伸强度为27.9Mpa，是一种热塑性材料。其主要成分为主要成分为
式中n为聚合度，其范围在600-7000不等，随产品的种类不同而不同；除了该主要成份外，尚含有6％的聚丁二烯橡胶、1.5％的白油、0.5％的硬脂酸盐类的添加剂以及少量的(总计800ppm以下)单体等的有机残留物，分子结构中含少量的特种结构由橡胶包裹苯乙烯的胶粒和大量被橡胶接枝的聚丁二烯橡胶颗粒，并且在大分子的间隙形成终止裂纹的颗粒和形成银纹颗粒，这些微粒能大量地吸收冲击能，使材料相比于其他工艺生产方法所得的产品具有一定的抗冲性能。
通过对上述配方的产品的耐热性能、表面光泽和色泽测试以及力学性能测试，证明该新工艺和配方所得的产品具有良好的力学、光学及应用特性。
测试结果如下：
一、产品热性能测试报告
负荷变形温度试验报告
二、产品拉伸、弯曲性能：
三、产品的抗冲强度：
四、产品光学性能：
Claims (10)
1.一种工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，其特征在于，
该生产装置包括顺序连接的预聚反应装置、后聚合反应装置和聚合物脱挥装置；所述预聚反应装置是由四台带搅拌的全混流预聚反应釜串并联组合而成的预聚反应釜组，其中每台预聚反应釜配设有对应的釜顶回流冷凝器、搅拌器及配套的聚合物输送泵；所述预聚反应釜组包括两组平行的两级预聚釜，该两组平行的两级预聚釜，是同时进料的；每组的两级预聚釜由串联的一级预聚釜和二级预聚釜组成；二级预聚釜与后聚合反应装置相连；后聚合反应装置包括数台串联的带搅拌的平推流聚合反应釜，每台平推流聚合反应釜分别设有搅拌系统、热油循环温控系统和聚合物输送泵；后聚合反应装置最后一级平推流聚合反应釜底部的聚合物输送泵与聚合物脱挥装置相连。
2.如权利要求1所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，其特征在于，该生产装置还包括胶液配制及供应装置、苯乙烯预热器、胶液预热器、胶液过滤器和静态混合器；其中，苯乙烯预热器为苯乙烯单体预热器，胶液预热器为苯乙烯-聚丁二烯系列橡胶溶液的预热器；胶液配制及供应装置与胶液预热器连接；胶液预热器与静态混合器连接；胶液过滤器设置在胶液预热器与静态混合器之间；苯乙烯预热器与静态混合器连接；静态混合器设置于预聚反应装置的一级预聚釜的入口；
该生产装置还包括未反应单体回收装置和聚合物切粒干燥装置；未反应单体回收装置包括脱挥回收冷凝器、回收液缓冲罐，并设有回收液管路返回连至预聚反应装置；所述聚合物脱挥装置为聚合物预热及两级脱挥装置，包括依次连接的聚合物预热器、一级脱挥釜和二级脱挥釜；一级脱挥釜和二级脱挥釜底部均设有聚合物输送泵；脱挥回收冷凝器与一级脱挥釜和二级脱挥釜顶部的挥发物出口连接；二级脱挥釜底部的聚合物输送泵出口管与聚合物切粒干燥装置相连。
3.如权利要求2所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，其特征在于，所述的预聚合反应装置用于加入处理好的橡胶浆液和相关助剂并在此进行预聚合反应，每台预聚反应釜均设有外夹套、带有搅拌器，其搅拌桨叶型式为多层四叶平桨、多层四叶斜桨、多层两叶平桨、多层两叶斜桨、多层三叶涡轮桨、锚式桨叶、螺带式桨叶、螺杆式桨叶或是以上搅拌桨叶型式的组合；预聚反应釜的操作类型为全混流型式，并设有釜顶回流冷凝器、物料输送泵、温度控制系统和液位控制系统；
所述的后聚合反应装置，包括四台结构相同且串联的平推流型式的反应器；平推流型式的反应器设有外夹套、内带有搅拌器和内盘管，其搅拌桨叶型式为多层三叶平桨，并配套有多层热油循环冷却温度控制系统、聚合物输送泵和压力控制系统。
4.如权利要求3所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，其特征在于，聚合物预热及两级脱挥装置是由一台内设列管带有静态混合构件的高粘度物料加热器并配有相应的温度控制系统的设备与两台串联的高温、高真空脱挥釜组成的单元操作装置；一级脱挥釜和二级脱挥釜是釜体下封头设置有高温热油加热的夹套、筒体外部焊有高温油外加热盘管的圆筒状容器；在其上侧部有熔体进料口，筒体上部安装有聚合物分布器与熔体进料口相接，脱挥釜能耐270℃高温和全真空的负压操作；釜底设有两个出料口与两台聚合物输送泵相连，用于在高温下向外输送聚合物熔体。
5.如权利要求4所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置，其特征在于，胶液预热器和苯乙烯预热器为列管内设置静态混合构件、系统带温度控制系统的双管程的管式换热器组合；聚合物分布器是一个一头封闭、上部开有溢料口，下部按工艺要求开有直径2-8mm、数量20000-10000个、间隔2-5mm小孔的、直径400-650mm长度1900-2200mm的长圆筒状圆柱体；聚合物分布器水平安装于脱挥釜上部。
6.一种利用如权利要求1-5任一所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产装置进行的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺，其特征在于，
预聚反应采用两组平行的两级预聚釜，同时进料；通过控制每组釜不同的工艺条件，包括反应温度、助剂用量、液位、搅拌转速，使每组两级预聚釜的反应达到特定要求的不同的苯乙烯反应转化率和橡胶的接枝率，随后将两组物料在平推流反应器内混合后进一步聚合，进而得到含有特定粒径尺寸和粒径分布的亚微观结构的分散相粒子改性的高性能高抗冲聚苯乙烯。
7.如权利要求6所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺，其特征在于，具体生产工艺过程如下：
预先配制橡胶浆液；进料分成两组，设置每组进料的进料流量不同、助剂用量不同或反应温度不同或液位不同或搅拌转速不同，使两组的预聚反应达到不同的反应转化率；两组进料分别将原料苯乙烯、橡胶浆液及各助剂按比例混合加入到两台平行运行的带搅拌的一级预聚反应釜：一级预聚釜00A和一级预聚釜00B；两组物料分别在一级预聚釜00A和一级预聚釜00B内分别在设定的不同的反应温度、液位、进料流量条件下，进行一次预聚反应达到特定的不同的反应转化率后，同时分别用一级预聚釜00A和一级预聚釜00B各自的聚合物输送泵输送到与一级预聚釜00A、一级预聚釜00B各自串联的二级预聚釜01A和二级预聚釜01B中聚合；两组物料分别在二级预聚釜01A和二级预聚釜01B内分别在设定的不同的反应温度、液位、进料流量条件下，进行二次预聚反应达到特定的不同的反应转化率；两组物料分别经过两级预聚合反应之后，分别由二级预聚釜01A和二级预聚釜01B的预聚物输送泵将反应物送出，然后，合并混合成一路后，进入到后聚合反应装置的数台平推流聚合反应釜组进行后聚合反应，提高聚合反应的总反应转化率；之后将反应物通过聚合物预热器加热后进入一级脱挥釜脱挥；然后将一次脱挥的聚合物用泵输送到二级脱挥釜再次脱挥，最终将物料中残留的挥发性有机物降到800ppm以下；从二级脱挥釜出来的聚合物经输送泵送到聚合物切粒干燥装置进行切粒、干燥，得到产品。
8.如权利要求7所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺，其特征在于，其中，一次预聚反应的反应温度控制在80-130℃之间，一次预聚反应的反应转化率控制在5-40％；二次预聚反应的反应温度控制在80-145℃之间，液位控制在30-85％，二次预聚反应的反应转化率控制在30-45％；后聚合反应的反应温度控制在100-200℃之间，通过后聚合反应后的总反应转化率提高到75-82％；之后将反应物通过聚合物预热器加热至220-260℃以上后进入一级脱挥釜脱挥，在高温、高真空<3kpa下将大部分未反应的单体从反应物料中脱除；然后将一次脱挥的聚合物用泵输送到二级脱挥釜再次脱挥，依然维持高温、高真空<2kpa，最终将物料中残留的挥发性有机物降到800ppm以下。
9.如权利要求7所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺，其特征在于，预先将苯乙烯与切碎的橡胶通过共混搅拌溶解在溶胶罐内，配制成一定浓度的橡胶浆液即胶液；两组进料的预热混合均按如下方法操作：配好的胶液原料经胶液预热器预热后通过胶液过滤器过滤后按比例送入静态混合器预混；原料苯乙烯单体经苯乙烯预热器预热后按比例送入静态混合器预混；将各种助剂按比例加入静态混合器预混；经静态混合器预混后的两组物料平行进入预聚反应装置的两台平行运行的带搅拌的一级预聚反应釜：一级预聚釜00A和一级预聚釜00B。
10.如权利要求6、7、8或9所述的工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯生产工艺，其特征在于，其中所用的生产工业规模级高性能高抗冲聚苯乙烯的配方如下：
A、苯乙烯：纯度大于99.8％，无色透明液体，用量0.850-0.960份；
B、工业白油：闪点大于240度，无色透明液体，用量0.005-0.050份；
C、内外润滑剂：石蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸酰胺、油酸酰胺，其中的2-3种复合使用，用量为0.0005-0.005份；
D、抗氧剂：受阻酚抗氧剂BHT、Irganox1076、Irganox1010、Irganox1330，其中的2种复合使用，用量0.0005-0.005份；
E、聚丁二烯系列橡胶：用量0.030-0.15份；
F、紫外线吸收剂和光稳定剂：Tinuvin327、Tinuvin UVP、Tinuvin320、Tinuvin328、Tinuvin770、Tinuvin622，其中的2种复合使用，添加量：0.0001-0.005份；
G、有机过氧化物引发剂：叔丁基过氧化苯甲酸酯，叔丁基过氧化特戊酸酯，1、1二叔丁基过氧基-3、3、5三甲基环己烷，1、1二叔丁基过氧基-环己烷，叔丁基过氧化壬酸酯，其中的2-3种复合使用，添加量0.0001-0.0045份；
H、乙苯：纯度>99.9％，添加量0.001-0.010份。
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