CN209005746U - 一种适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种适于环氧丙烷‑二氧化碳共聚物制备的装置，属于合成反应装置领域，所述适于环氧丙烷‑二氧化碳共聚物制备的装置包括预聚釜与聚合釜，其中：所述预聚釜包括预聚釜出料口，所述预聚釜出料口设置于所述预聚釜的底部；所述聚合釜包括聚合釜进料口，所述聚合釜进料口设置于所述聚合釜的顶部；所述预聚釜出料口与所述聚合釜进料口通过管路相连。本实用新型提供的适于环氧丙烷‑二氧化碳共聚物制备的装置，设计为预聚釜与聚合釜相串联的方式，将预聚合反应过程中产生的热及时移出，避免预聚釜内温度过高影响环氧丙烷‑二氧化碳共聚物的生成，降低了预聚釜以及聚合釜中反应的复杂程度，使得反应过程易于控制。

Description

一种适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置

技术领域

本实用新型涉及合成反应装置领域，具体涉及一种适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置。

背景技术

环氧丙烷-二氧化碳共聚物是一种新型高分子材料，具有生物全降解性能、良好的氧气阻隔性能和优良的加工性能，因此，它的规模化制备备受材料工业界和下游产业界的重视和广泛关注。

现有的环氧丙烷-二氧化碳共聚物是通过将环氧丙烷与二氧化碳置于反应釜中，在催化剂存在的条件下直接进行反应而合成。由于聚合过程中放热量大，热量难以及时移走，反应过程复杂，导致环氧丙烷-二氧化碳共聚物的聚合反应难以大规模生产。

鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，包括预聚釜与聚合釜，其中：

所述预聚釜包括预聚釜出料口，所述预聚釜出料口设置于所述预聚釜的底部；

所述聚合釜包括聚合釜进料口，所述聚合釜进料口设置于所述聚合釜的顶部；

所述预聚釜出料口与所述聚合釜进料口通过管路相连。

可选的，所述预聚釜还包括预聚釜进气口，所述预聚釜进气口设置于所述预聚釜的顶部，所述预聚釜进气口位于所述预聚釜内部的一端连接有预聚釜进气管，所述预聚釜进气管延伸至所述预聚釜的底部。

可选的，所述预聚釜还包括预聚釜冷却盘管和预聚釜加热盘管，所述预聚釜冷却盘管与所述预聚釜加热盘管间隔设置于所述预聚釜内。

可选的，所述预聚釜还包括预聚釜温度计口，所述预聚釜温度计口设置于所述预聚釜的外壁上。

可选的，所述预聚釜还包括预聚釜粘度计口，所述预聚釜粘度计口设置于所述预聚釜的外壁上。

可选的，所述聚合釜还包括聚合釜进气口，所述聚合釜进气口设置于所述聚合釜的顶部，所述聚合釜进气口位于所述聚合釜内部的一端连接有聚合釜进气管，所述聚合釜进气管延伸至所述聚合釜的底部。

可选的，所述聚合釜还包括聚合釜第一冷却盘管，所述聚合釜第一冷却盘管设置于所述聚合釜内的上部空间。

可选的，所述聚合釜还包括聚合釜第二冷却盘管和聚合釜加热盘管，所述聚合釜第二冷却盘管和所述聚合釜加热盘管间隔设置于所述聚合釜内。

可选的，所述聚合釜还包括聚合釜温度计口，所述聚合釜温度计口设置于所述聚合釜的外壁上。

可选的，所述聚合釜还包括聚合釜粘度计口，所述聚合釜粘度计口设置于所述聚合釜的外壁上。

与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：将环氧丙烷-二氧化碳共聚物的制备装置设计为预聚釜与聚合釜相串联的方式，一方面可将预聚合反应过程中产生的热及时移出，避免预聚釜内温度过高影响环氧丙烷-二氧化碳共聚物的生成；另一方面，由于预聚釜内反应时间相对较短，在预聚釜中生成的环氧丙烷-二氧化碳预聚物分子链均较短，环氧丙烷-二氧化碳预聚物的分子结构较为相近，同样，在聚合釜中的反应物与产物的分子链相差较少，分子结构较为接近，因而降低了预聚釜以及聚合釜中反应的复杂程度，使得反应过程易于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置的简图；

图2是本实用新型的预聚釜的简图；

图3是本实用新型的预聚釜冷却盘管和预聚釜加热盘管的分布简图；

图4是本实用新型的聚合釜的简图；

图5是本实用新型的聚合釜第二冷却盘管和聚合釜加热盘管的分布简图。

图中数字表示：

1-预聚釜；11-预聚釜出料口；12-预聚釜进气口；121-预聚釜进气管；13-聚釜冷却盘管；14-预聚釜加热盘管；15-预聚釜温度计口；16-预聚釜粘度计口；17-预聚釜进料口；18-催化剂进料口；2-聚合釜；21-聚合釜进料口；22-聚合釜进气口；221-聚合釜进气管；23-聚合釜第一冷却盘管；24-聚合釜第二冷却盘管；25-聚合釜加热盘管；26-聚合釜温度计口；27-聚合釜粘度计口；28-聚合釜出料口；29-阻聚剂进口。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

参加图1所示，本实施例提供一种适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，该装置包括预聚釜1与聚合釜2，其中预聚釜1包括预聚釜出料口11，预聚釜出料口11设置于预聚釜1的底部；预聚釜出料口11用于将预聚釜1中生成的环氧丙烷-二氧化碳预聚物移出；聚合釜2包括聚合釜进料口21，聚合釜进料口21设置于聚合釜2的顶部；聚合釜进料口21用于将聚合釜2中进行共聚合反应的反应物，也就是预聚釜1中生成的环氧丙烷-二氧化碳预聚物加入聚合釜2中；预聚釜出料口11与聚合釜进料口21通过管路相连。其中本实施例中的顶部是指预聚釜1以及聚合釜2处于使用状态时，位于预聚釜1以及聚合釜2上部封头处；底部是指预聚釜1以及聚合釜2处于使用状态时，位于预聚釜1以及聚合釜2下部封头处。

预聚釜1还包括预聚釜进料口17，用于将进行预聚合反应的反应物加入至预聚釜1中；为便于进料，将预聚釜进料口17设置于预聚釜1的顶部；将预聚釜进料口17设置于预聚釜1的顶部，可避免随着加料量的增加，预聚釜1内的压力增大而导致进料难度加大。

聚合釜2还包括聚合釜出料口28，用于将合成的环氧丙烷-二氧化碳共聚物从聚合釜2中移出；为便于将环氧丙烷-二氧化碳共聚物移出，本实施例中将聚合釜出料口28设置于聚合釜2的底部；为减少聚合釜2中环氧丙烷-二氧化碳共聚物在聚合釜2中的残留，进一步将聚合釜出料口28设置于聚合釜2下部封头的中间位置处，即将聚合釜出料口28设置于聚合釜2上的最低点。

通过本实施例提供的装置进行环氧丙烷-二氧化碳共聚物的制备时，首先将环氧丙烷、二氧化碳以及催化剂从预聚釜进料口17中加入至预聚釜1中进行预聚合反应；预聚合反应完成后，将预聚釜1中生成的预聚物通过连接于预聚釜出料口11与聚合釜进料口21之间的管路输送至聚合釜2中，使预聚物在聚合釜2中进一步进行共聚，生成环氧丙烷-二氧化碳共聚物；聚合釜1中的共聚合反应完成后，通过设置于聚合釜2底部的聚合釜出料口28将生成的环氧丙烷-二氧化碳共聚物移出。

由于聚合反应进行的时间越长，聚合物的分子链越长，同时聚合物的粘度随着分子链的增长而增加，将环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置设计为预聚釜1与聚合釜2串联的方式，使环氧丙烷与二氧化碳在催化剂存在条件下，首先在预聚釜1中进行预聚合反应，得到环氧丙烷-二氧化碳预聚物；由于聚合反应过程中放出热量，随着聚合反应的进行，预聚釜1内温度越来越高；为及时将多余热量移出，避免预聚釜1内温度过高影响环氧丙烷-二氧化碳共聚物的生成，将分子量较低的环氧丙烷-二氧化碳预聚物移至温度较低的聚合釜2中，使环氧丙烷-二氧化碳预聚物在聚合釜2中继续进行共聚合。

为使得预聚釜1以及聚合釜2中的反应物混合的更加均匀，提高反应转化率，本实施例中的预聚釜1以及聚合釜2中均设置有搅拌装置；将反应物加入预聚釜1以及聚合釜2之后，相应的搅拌装置开启，在进行反应的同时进行搅拌，从而使得反应物能够充分接触，一方面提高反应物的转化率，另一方面可以使反应进行的更加均匀，使得产物的分子量分布较窄，产物的结构更加相近，降低反应的复杂程度。

由于环氧丙烷-二氧化碳共聚物的分子量越高，粘度越大，因此，将环氧丙烷-二氧化碳共聚物的制备装置设计为预聚釜1与聚合釜2相串联的方式后，环氧丙烷-二氧化碳共聚物的制备过程分为了预聚合反应和共聚合反应两步，使得预聚釜1中为分子量相对较小的环氧丙烷-二氧化碳预聚物，分子量及结构较为接近，同时粘度较为接近；聚合釜2中为分子量相对较大的环氧丙烷-二氧化碳共聚物，同样分子量及结构较为接近，同时粘度较为接近；由于预聚釜1以及聚合釜2中产物的结构均较为接近，因此，使得预聚釜1以及聚合釜2中的搅拌结构均易于选择，降低了预聚釜1以及聚合釜2搅拌装置的选型难度；同时，由于预聚釜1中的环氧丙烷-二氧化碳预聚物的粘度较小，预聚釜1的搅拌结构选择功率较低搅拌装置即可，从而可降低环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的成本。

本实施例提供的环氧丙烷-二氧化碳共聚物的装置，将环氧丙烷-二氧化碳共聚物的制备装置设计为预聚釜1与聚合釜2相串联的方式，一方面可将预聚合反应过程中产生的热及时移出，避免预聚釜1内温度过高影响环氧丙烷-二氧化碳共聚物的生成；另一方面，由于预聚釜1内反应时间相对较短，在预聚釜1中生成的环氧丙烷-二氧化碳预聚物分子链均较短，环氧丙烷-二氧化碳预聚物的分子结构较为相近，同样，在聚合釜2中的反应物与产物的分子链相差较少，分子结构较为接近，因而降低了预聚釜1以及聚合釜2中反应的复杂程度，使得反应过程易于控制。

实施例二

参见图2所示，在实施例一的基础上，本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，预聚釜1还包括预聚釜进气口12，预聚釜进气口12设置于预聚釜1的顶部，且预聚釜进气口12位于预聚釜1内部的一端连接有预聚釜进气管121，预聚釜进气管121延伸至预聚釜1的底部。

为便于同时环氧丙烷以及二氧化碳加入至预聚釜1中，本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置在预聚釜1上设置预聚釜进气口12，该预聚釜进气口12用于向预聚釜1中通入二氧化碳气体；由于气体的特性为由低处向高处运动，本实施例中可以将预聚釜进气口12设置于预聚釜1的底部，使得加入的二氧化碳气体从底部进入预聚釜1内；由于环氧丙烷与二氧化碳的进料方向为从上向下，将二氧化碳从底部加入，一方面可增大二氧化碳与环氧丙烷以及催化剂的接触时间和接触面积，从而提高反应的转化率；另一方面，二氧化碳从底部加入后，在预聚釜1内从下向上运动的过程中会对环氧丙烷产生扰动，从而降低搅拌的难度。

本实施例提供了另一种预聚釜进气口12的设置方式，即将预聚釜进气口12设置于预聚釜1的顶部，且预聚釜进气口12位于预聚釜1内部的一端连接有预聚釜进气管121，预聚釜进气管121延伸至预聚釜1的底部；通过该预聚釜进气口12向预聚釜1内通入二氧化碳气体时，二氧化碳气体通过预聚釜进气管121进入预聚釜1的底部，然后从预聚釜1的底部向上运动直至充满整个预聚釜1。

因为催化剂为粉体加料，故本实施例中进一步增加催化剂进料口18,用于催化剂的加料。

本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，将该预聚釜进气口12设置于预聚釜1的顶部，并通过预聚釜进气管121将二氧化碳气体引入预聚釜1的底部，一方面增大二氧化碳与环氧丙烷以及催化剂的接触时间和接触面积，从而提高反应的转化率，同时二氧化碳在预聚釜1内从下向上运动的过程中会对环氧丙烷产生扰动，从而降低搅拌的难度；另一方面，可避免预聚釜1内的反应物或催化剂将预聚釜进气口12堵塞，影响预聚合反应的进行。

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，预聚釜1还包括预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14，预聚釜冷却盘管13与预聚釜加热盘管14间隔设置于预聚釜1内。

由于聚合反应在一定的温度范围内才能进行，因此，在预聚釜1内设置预聚釜加热盘管14，用于在反应初始时对预聚釜1进行加热，使得预聚釜1内温度达到反应温度后，环氧丙烷与二氧化碳在催化剂的催化作用下开始进行预聚合反应；同时，又由于聚合反应为放热反应，环氧丙烷与二氧化碳在预聚合的同时会放出大量的热，导致预聚釜1内温度急剧上升；由于聚合反应为放热反应，预聚釜1内温度过高会抑制反应的进行，因而在预聚釜1内同时设置预聚釜冷却盘管13，用于在预聚釜1内温度过高时对预聚釜1进行降温，将预聚釜1内多余的热量移出，从而促进预聚合反应继续进行。

参见图3所示，预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14可设置为同样的结构，间隔设置于预聚釜1内，共同来控制预聚釜1内的温度；为使预聚釜1的温度均匀，可使对预聚釜1的加热及冷却交替进行；如在反应初始阶段，预聚釜1内的反应温度较低，此时可将预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14均用于对预聚釜1进行加热，即同时在预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14内通入热水对预聚釜1进行加热；在预聚合反应开始后，预聚釜1内温度过高，可同时将预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14均用于对预聚釜1进行冷却，即同时在预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14内通入循环水对预聚釜1进行冷却。

为便于对预聚釜1内的反应温度进行精确的控制，从而对环氧丙烷-二氧化碳预聚合反应进行控制，本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，预聚釜1还包括预聚釜温度计口15，预聚釜温度计口15设置于预聚釜1的外壁上。

在预聚釜1的外壁上设置预聚釜温度计口15，在预聚釜温度计口15内放置温度计，通过温度计的示数可直观的对预聚釜1内的温度进行监控，进而对预聚釜1内的温度进行精确及时的控制，从而提高预聚合反应的反应效率。

为便于对预聚釜1内的反应情况进行在线监控，提高环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的智能化程度，便于进行规模化生产，本实施例中的预聚釜温度计口可以为远传温度计口，从而通过远传温度计对预聚釜1内的温度进行监控，提高智能化程度的同时，还可节省人力，提高生产的安全性。

预聚釜温度计口15的数量可根据预聚釜1的大小而定；由于反应过程中预聚釜1内不同位置处的温度存在差异，为对预聚釜1内的温度进行全面的监控，在预聚釜1容积较大时，可在预聚釜1的不同位置处设置多个预聚釜温度计口15；预聚釜温度计口15的具体数量根据预聚釜1的具体容积而定。

由于高分子聚合物的粘度随分子量的增加而增加，因此，本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，预聚釜1还包括预聚釜粘度计口16，预聚釜粘度计口16设置于预聚釜1的外壁上。

在预聚釜1的外壁上设置预聚釜粘度计口16，通过设置于预聚釜粘度计口16内的粘度计来监控预聚釜1内预聚合反应的进行情况；当粘度计示数达到预设的粘度值时，停止预聚合反应，将环氧丙烷-二氧化碳预聚物移至聚合釜2中继续进行共聚合反应。

为便于对预聚釜1内的物料量以及压力进行控制，预聚釜1上还设置有液位计口以及压力计口；通过设置于液位计口中的液位计以及设置于压力计口中的压力计来对预聚釜中的物料量以及压力进行监控。

本实施例提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，通过在预聚釜中设置预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14来对预聚釜1中的热量进行控制，从而保证预聚釜1内预聚合反应的顺利进行。

实施例四

参见图4所示，在上述实施例的基础上，本实施例中提供的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，聚合釜2还包括聚合釜进气口22，聚合釜进气口22设置于聚合釜2的顶部，聚合釜进气口22位于聚合釜2内部的一端连接有聚合釜进气管221，聚合釜进气管221延伸至聚合釜1的底部。

参见图5所示，本实施例中聚合釜进气口22与实施例二预聚釜进气口12的结构及作用均相同，本文不再赘述。

本实施例中聚合釜2还包括聚合釜第二冷却盘管24和聚合釜加热盘管25，聚合釜第二冷却盘管24和聚合釜加热盘管25间隔设置于聚合釜2内；聚合釜第二冷却盘管24和聚合釜加热盘管25与预聚釜1中预聚釜冷却盘管13和预聚釜加热盘管14的结构及作用均相同，本文不再赘述。

与预聚釜1不同的是，本实施例中聚合釜2还包括聚合釜第一冷却盘管23，聚合釜第一冷却盘管23设置于聚合釜1内的上部空间。

聚合釜2内的上部空间为气相空间；由于聚合反应放出大量的热，使得聚合釜2内的温度很高，为撤出聚合反应放出的热量，降低聚合釜2中的温度，本实施例提供的聚合釜2在气相空间增加聚合釜第一冷却盘管23，使得聚合釜2内的热量被移出，从而提高聚合釜2内共聚合反应的反应效率。

本实施例提供的聚合釜2还包括聚合釜温度计口26和聚合釜粘度计口27，聚合釜温度计口26以及聚合釜粘度计口27均设置于聚合釜2的外壁上；聚合釜温度计口26以及聚合釜粘度计口27分别与预聚釜1上设置的预聚釜温度计口1以及预聚釜粘度计口16的结构和作用相同，本文不再赘述。

与预聚釜1相同的是，本实施例提供的聚合釜2同样设置有液位计口以及压力计口；聚合釜2上设置的液位计口以及压力计口与预聚釜1上设置的液位计口以及压力计口的结构及作用均相同，本文不再赘述。

与预聚釜1不同的是，本实施例提供的聚合釜2上设置有阻聚剂进口29；阻聚剂进口29设置于聚合釜2的顶部，阻聚剂进口29用于将阻聚剂加入至聚合釜2中。

在聚合反应过程中，为了防止反应失控，本实施例在聚合釜2上设置有阻聚剂进口29；如遇反应比较剧烈等情况，需要停止聚合釜2中的共聚合反应时，可通过设置于聚合釜2顶部的阻聚剂进口29将阻聚剂加入至聚合釜2内，使得聚合釜2内停止反应。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，包括预聚釜(1)与聚合釜(2)，其中：

所述预聚釜(1)包括预聚釜出料口(11)，所述预聚釜出料口(11)设置于所述预聚釜(1)的底部；

所述聚合釜(2)包括聚合釜进料口(21)，所述聚合釜进料口(21)设置于所述聚合釜(2)的顶部；

所述预聚釜出料口(11)与所述聚合釜进料口(21)通过管路相连。

2.如权利要求1所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述预聚釜(1)还包括预聚釜进气口(12)，所述预聚釜进气口(12)设置于所述预聚釜(1)的顶部，所述预聚釜进气口(12)位于所述预聚釜(1)内部的一端连接有预聚釜进气管(121)，所述预聚釜进气管(121)延伸至所述预聚釜(1)的底部。

3.如权利要求2所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述预聚釜(1)还包括预聚釜冷却盘管(13)和预聚釜加热盘管(14)，所述预聚釜冷却盘管(13)与所述预聚釜加热盘管(14)间隔设置于所述预聚釜(1)内。

4.如权利要求3所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述预聚釜(1)还包括预聚釜温度计口(15)，所述预聚釜温度计口(15)设置于所述预聚釜(1)的外壁上。

5.如权利要求4所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述预聚釜(1)还包括预聚釜粘度计口(16)，所述预聚釜粘度计口(16)设置于所述预聚釜(1)的外壁上。

6.如权利要求1-5任一项所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述聚合釜(2)还包括聚合釜进气口(22)，所述聚合釜进气口(22)设置于所述聚合釜(2)的顶部，所述聚合釜进气口(22)位于所述聚合釜(2)内部的一端连接有聚合釜进气管(221)，所述聚合釜进气管(221)延伸至所述聚合釜(2)的底部。

7.如权利要求6所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述聚合釜(2)还包括聚合釜第一冷却盘管(23)，所述聚合釜第一冷却盘管(23)设置于所述聚合釜(2)内的上部空间。

8.如权利要求7所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述聚合釜(2)还包括聚合釜第二冷却盘管(24)和聚合釜加热盘管(25)，所述聚合釜第二冷却盘管(24)和所述聚合釜加热盘管(25)间隔设置于所述聚合釜(2)内。

9.如权利要求8所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述聚合釜(2)还包括聚合釜温度计口(26)，所述聚合釜温度计口(26)设置于所述聚合釜(2)的外壁上。

10.如权利要求9所述的适于环氧丙烷-二氧化碳共聚物制备的装置，其特征在于，所述聚合釜(2)还包括聚合釜粘度计口(27)，所述聚合釜粘度计口(27)设置于所述聚合釜(2)的外壁上。