CN213032478U - 用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于化工设备技术领域，涉及一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，以克服溶液聚合反应过程中，装置清洗效率低，溶液中溶解氧过多导致聚合产物性能差等问题。装置包括反应单元、抽真空单元、惰性气体单元；反应单元与抽真空单元通过第一管路连接，反应单元与惰性气体单元通过第二管路连接。抽真空单元能抽离反应单元内溶液中的溶解氧，避免消耗大量惰性气体置换溶解氧，降低惰性气体使用量，降低成本；通过第二管路通入惰性气体实现反应压力的控制，在确保与反应单元连接的情况下，惰性气体单元的气体管道能缩短，避免与反应单元内溶液的接触，从而避免反应产物在反应单元中的吸附残留，降低反应单元的清洗难度，可应用于聚合物的制备。

Description

用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置

技术领域

本申请属于化工设备技术领域，具体涉及一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置。

背景技术

石油是现代生产生活的重要能源，为尽可能的开发石油，在石油三采过程中加入驱油剂。在实际应用过程中，驱油剂需要与水混合，随后注入油井中进行驱油，而该混合物在应用过程中粘度会受环境影响而降低，导致驱油效果不理想，因此需要在该混合物中加入聚合物增粘剂以增加混合物的粘度，从而提高驱油效率。

聚合物增粘剂的生产过程中需要用到高分子聚合物，工业生产过程中，这种高分子聚合物的制备受工艺参数的影响较大，例如反应温度、反应压力、反应时间、搅拌转速、添加剂用量等等，同时生产设备在高分子聚合物的性能、品质及稳定性等方面也具有不可小觑的重要作用。而高分子聚合物需要通过聚合反应把低分子量的单体转化成高分子量的聚合物，通常原料溶液中的溶解氧含量过高，则会降低聚合产物的粘度，从而影响得到的聚合物产品的应用性能。

相关技术中，通常采用惰性气体置换法去除装置内原料溶液的溶解氧量，但耗时较长，生产效率低，同时消耗大量惰性气体，使制备成本增加；惰性气体置换法中的气体管路易粘附物料，导致物料残留量增加，增加装置的清洗难度，从而降低装置的清洗效率。

发明内容

本申请目的在于提供一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷导致的溶液聚合反应过程中的装置清洗效率低，聚合产物性能差等问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，所述装置包括反应单元、抽真空单元、惰性气体单元；

所述反应单元与所述抽真空单元通过第一管路连接，所述反应单元与所述惰性气体单元通过第二管路连接。

在本申请的一种示例性实施例中，所述装置还包括位于所述第一管路的第一阀门，用于控制所述反应单元与所述抽真空单元的连通状态。

在本申请的一种示例性实施例中，所述反应单元包括反应容器和储料容器；

所述储料容器与所述反应容器通过第三管路连接，且所述储料容器的水平位置高于所述反应容器的水平位置。

在本申请的一种示例性实施例中，所述装置还包括搅拌结构，所述搅拌结构的搅拌端分别位于所述反应容器和储料容器内，用于搅拌液体物料；

其中，所述储料容器内搅拌端的转速为100～300rpm。

在本申请的一种示例性实施例中，所述反应容器和储料容器分别通过第四管路与所述第一阀门的进气端连接；

其中，所述储料容器、第三管路、反应容器、第一阀门和第四管路形成回路。

在本申请的一种示例性实施例中，所述装置还包括：

第二阀门，位于所述第三管路，用于控制所述储料容器和反应容器之间的连通状态。

在本申请的一种示例性实施例中，所述惰性气体单元与所述反应容器通过所述第二管路连接；

其中，所述第二管路靠近所述反应容器的管路末端，位于所述反应容器的顶端。

在本申请的一种示例性实施例中，所述惰性气体单元与所述储料容器通过所述第二管路连接；

其中，所述第二管路靠近所述储料容器的管路末端，位于所述储料容器的顶端。

在本申请的一种示例性实施例中，所述装置还包括：

第三阀门，位于所述第二管路，用于控制所述惰性气体单元与所述反应单元之间的连通状态。

在本申请的一种示例性实施例中，所述装置还包括：

第四阀门，位于所述第四管路内，用于控制所述反应容器与储料容器之间的连通状态；

压力测量部件，与所述反应容器和/或储料容器连接，用于测量所述反应单元内的压力。

本申请的有益效果：

本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，抽真空单元通过第一管路对反应单元进行抽真空的方式，降低反应容器内原料溶液的溶解氧量，无需消耗大量惰性气体来置换溶解氧，大幅度降低了惰性气体的使用量，从而降低制备成本；同时，惰性气体单元可以通过第二管路连接通入惰性气体以调控装置内的压力，从而实现反应压力的控制，因此可以在确保与反应单元连接的情况下，惰性气体单元的气体管道尽可能地缩短，避免与反应单元内溶液的直接接触，从而避免了反应产物在反应单元中的吸附残留，因此降低了反应单元的清洗难度，提高清洗效率；

进一步的，本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置的反应单元可以包括反应容器和储料容器，分别用来进行反应和存储物料，可适用于需要中途加料的连续式生产模式；

进一步的，本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置还可以包括搅拌结构，该搅拌结构的搅拌端分别位于反应容器和储料容器内，在进行抽真空操作时，通过反应容器和储料容器内的搅拌端，对水溶液进行高速搅拌，从而提高抽真空降低溶氧量的速率；同时，在储料容器内的原料进入反应容器后，通过反应容器内搅拌端的搅拌，使物料快速、均匀混合，提高物料的扩散效果，进而提高聚合产物的稳定性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的相关技术中一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置的示意图；

图2为本申请的一种示例性实施方式的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置的示意图；

图3为本申请的一种示例性实施方式的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置的示意图；

图4为本申请的一种示例性实施方式的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置的示意图。

部分和附图标记列表：

1反应单元； 110反应容器；

120储料容器； 2抽真空单元；

3惰性气体单元； 4搅拌结构的搅拌端；

100第一阀门； 200第二阀门；

300第三阀门； 400第四阀门；

a第一管路； b第二管路；

c第三管路； d第四管路。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本申请的各方面变得模糊。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

液体聚合反应中，若原料水溶液中的溶解氧含量过高，则会降低聚合产物的粘度，从而影响聚合物产品的应用性能；同时，在溶液聚合反应的过程中，原料单体因聚合反应生成高分子聚合物时，由于产物溶液粘度高，容易在反应容器内部与其接触部分(例如内壁、搅拌装置、管道等等)的表面上进行残留吸附，在反应结束排料后，因吸附滞留的残留产物容易快速风干，并牢牢粘附在接触部分的表面上。在连续工业化生产的过中，这些残留物容易因溶胀而剥落，混入至产品中形成固体颗粒杂质，从而影响聚合物产品的品质。

相关技术中，如图1所示，去除原料水溶液中溶解氧的技术方案是，通过惰性气体单元3向反应容器110及储料容器120内的原料水溶液中通入惰性气体，通过惰性气体置换溶解氧的方式，降低水溶液中的溶氧量。其中，需要将惰性气体单元3的气体管路，由原料水溶液靠近反应容器110和储料容器120底部的位置处通入并鼓出，气体管路与原料水溶液的接触面积较大，从而产生以上所述的问题。

基于此，本申请的示例实施方式中提供一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，如图2，本实施方式的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置可以包括反应单元1、抽真空单元2、惰性气体单元3，其中：

反应单元1与抽真空单元2通过第一管路a连接，反应单元1与惰性气体单元3通过第二管路b连接。

基于抽真空单元2，通过第一管路a对反应单元1进行抽真空的方式，降低反应单元1内原料溶液的溶解氧量，无需消耗大量惰性气体置换溶解氧，降低了惰性气体的使用量，降低制备成本；惰性气体单元3可以通过第二管路b通入惰性气体，以调控反应单元1内的压力，实现反应压力的控制，因此惰性气体单元3的气体管道b在确保与反应单元1连接的情况下，能够尽可能地缩短，避免与反应单元1内原料溶液及聚合物产品溶液的直接接触，从而避免反应产物在反应单元1中的吸附残留，提高产品纯度，降低反应单元1的清洗难度，提高清洗效率。

在本实施方式中，继续参见图2所示，本申请的溶液聚合反应装置还包括位于第一管路a的第一阀门100，用于控制反应单元1与抽真空单元2的连通状态。

具体地，在抽真空单元2工作时，可以将第一阀门100打开，使反应单元1与抽真空单元2连通；在抽真空单元2停止工作时，可以关闭第一阀门100，阻断反应单元1与抽真空单元2的连通。其中，抽真空单元2可以为真空泵，可以为常规采用的真空泵型号，本申请对抽真空单元2的具体型号不做特殊限定。第一阀门100可以为任意管道开关阀门，凡可以控制反应单元1与抽真空单元2的连通状态的均可，本申请对此不作特殊限定。

在本实施方式中，如图3示出了本申请的一种示例性实施方式的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，如图3所示，溶液聚合反应装置中的反应单元1可以包括反应容器110和储料容器120；

具体而言，储料容器120与反应容器110通过第三管路c连接，且储料容器120的水平位置高于反应容器110的水平位置，也就是说，该储料容器120为高位储料容器，以方便储料容器120内的液体原料通过第三管路c流入反应容器110内。其中，反应容器110包括但不限于反应釜，凡溶液聚合反应能采用的容器均可；储料容器120例如可以为储料罐、储料槽，等等，本申请对反应容器110和储料容器120的具体形式不做特殊限定。

在本实施方式中，继续参见图3所示，所述装置还可以包括搅拌结构，搅拌结构的搅拌端4分别位于反应容器110和储料容器120内，用于搅拌液体物料；

具体地，搅拌装置的搅拌端4中的搅拌叶轮例如可以为直叶、折叶(如浆式，涡轮式，锚式，框式等)和螺旋面叶(如螺杆式，螺带式等)，等等，可以根据实际操作需求，选择搅拌叶轮，本申请包括但不限于上述搅拌叶轮的形式。

可选地，反应容器110和储料容器120内搅拌端4的搅拌叶轮可以相同，也可以不同，均可根据实际反应进行选择，本申请对此不作特殊限定。

在一些可能的实施方式中，在通过抽真空单元2对溶液聚合反应装置进行抽真空时，同时打开反应容器110和储料容器120内的搅拌端4，通过搅拌端4的高速搅拌作用，能使溶解氧释放，进而加快抽离溶解氧的速率。

在一些可能的实施方式中，在进行反应时，关闭储料容器120内的搅拌端4，并持续打开反应容器110内的搅拌端4，使落入反应容器110内的液体物料在搅拌作用下，快速、均匀地混合，提高物料的扩散效果，进而提高聚合产物的稳定性。

在本实施方式中，储料容器120内搅拌端4的转速为100～300rpm，当然还可以根据实际操作需求，选择相应的转速；相应的，反应容器110内的搅拌端4也可以根据实际反应需求选择转速，本申请对反应容器110和储料容器120内的搅拌端4的转速不做特别限定。

在本实施方式中，继续参见图3所示，反应容器110和储料容器120分别通过第四管路d与第一阀门100的进气端连接；其中，储料容器120、第三管路c、反应容器110、第一阀门100和第四管路d形成回路。基于形成的回路，可以在关闭第一阀门100的情况下，形成反应容器110和储料容器120之间的气体循环回路。

在本实施方式中，本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置还可以包括第二阀门200，位于第三管路c，用于控制储料容器120和反应容器110之间的连通状态。

具体地，第二阀门200可以为任意管道开关阀门，凡可以控制储料容器120和反应容器110之间的连通状态的均可，本申请对此不作特殊限定。

在本实施方式中，对溶液聚合反应装置抽真空结束后，还可以通入惰性气体来调控反应单元1内的压力。可选地，惰性气体单元3可以与反应容器110通过第二管路b连接(如图3所示)，在此情况下，惰性气体的流向为：惰性气体单元3、第二管路b、反应容器110、第四管路d、储料容器120；可选地，参见图4所示，惰性气体单元3也可以与储料容器120通过第二管路b连接，在此情况下，惰性气体的流向为：惰性气体单元3、第二管路b、储料容器120、第四管路d、反应容器110。

基于此，惰性气体单元3可以向反应单元1通入气体，以调控反应单元1内的压力。

进一步的，第二管路b靠近反应容器110或靠近储料容器120的管路末端，位于反应容器110或储料容器120的顶端。

基于此，在确保与反应单元1连通的情况下，第二管路b的管路末端可以尽可能地缩短，避免与反应单元1内原料溶液或聚合产物溶液的直接接触，从而避免了反应产物在反应单元1中的吸附残留，因此降低了反应单元1的清洗难度，提高清洗效率，一定程度上也提高了聚合反应产物的纯度。

在本实施方式中，本申请的用于聚合物增粘剂的液体聚合反应装置还可以包括第三阀门300，位于第二管路b，用于控制惰性气体单元3与反应单元1之间的连通状态。具体地，第三阀门300可以为任意管道开关阀门，凡可以控制控制惰性气体单元3与反应单元1之间的连通状态的均可，本申请对此不作特殊限定。

在本实施方式中，本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置还包括第四阀门400，位于第四管路d内，用于控制反应容器与储料容器之间的连通状态；

在一些可能的实施方式中，第四阀门400的数量可以为两个，两个第四阀门400分别位于储料容器120与第一阀门100中间、反应容器110与第一阀门100中间；

在一些可能的实施方式中，第四阀门400的数量可以为1，可选地，该第四阀门400可以位于储料容器120与第一阀门100中间；可选地，该第四阀门400也可以位于反应容器110与第一阀门100中间；

需要说明的是，本申请中的第四阀门400可以根据实际操作需求设置，本申请包括但不限于上述第四阀门400的设置方式。

在本实施方式中，本申请的溶液聚合反应装置还包括压力测量部件，与反应容器110和/或储料容器120连接，用于测量反应单元内的压力，以控制抽真空单元2和惰性气体单元3工作时，反应单元内的压力。

下面结合图3，以氧化石墨烯改性聚合物驱油剂的生成过程为例，对本申请的溶液聚合反应装置进行说明，其中，反应容器110为反应釜，储料容器120为高位储液罐(装有引发剂水溶液)，抽真空单元2为真空泵：

首先，进行溶解氧去除操作，打开第一阀门100、第四阀门400，同时打开反应釜110和高位储液罐120内的搅拌结构的搅拌端4，并保持装置内的真空度为-0.09MPa，控制高位储液罐120内搅拌端4的转速为100～300rpm，随后通过真空泵2对反应釜110及高位储液罐120进行抽真空操作，以将原料水溶液中的溶解氧抽离；

然后，待抽真空操作结束后，关停真空泵2、高位储液罐120内的搅拌端4和第一阀门100；随后，打开惰性气体单元3、第三阀门300，使惰性气体由惰性气体单元3中流出，并通过管道依次进入反应釜110、高位储液罐120内，直至压力测量部件显示的气压归零；

最后，关闭第三阀门300，打开第二阀门200，使高位储液罐120内的引发剂水溶液通过第二阀门200进入反应釜110中，待所需量的引发剂水溶液全部进入反应釜110后，关闭所有阀门，溶液聚合反应开始。

在上述过程中，在反应釜110和高位储液罐120内搅拌端4的快速搅拌作用下，能加速原料水溶液中溶解氧的抽离速度；同时，第二管路b的出气端仅需与反应釜110连通即可，避免与反应釜110内原料溶液及聚合反应产物的接触，减少反应后釜内产物的残留，降低反应釜清洗难度。

本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，以抽真空单元通过第一管路对反应单元进行抽真空的方式，降低反应容器内原料溶液的溶解氧量，无需消耗大量惰性气体来置换溶解氧，大幅度降低了惰性气体的使用量，从而降低制备成本；同时，惰性气体单元可以通过第二管路连接通入惰性气体调控装置内的压力，从而实现反应压力的控制，因此惰性气体单元的气体管道可以在确保与反应单元连接的情况下，尽可能地缩短，避免与反应单元内原料溶液的直接接触，从而避免了反应产物在反应单元中的吸附残留，因此降低了反应单元的清洗难度，提高清洗效率；

其中，反应单元可以包括反应容器和储料容器，分别用来进行反应和存储物料，可适用于需要中途加料的连续式生产模式；此外，本申请的用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置还可以包括搅拌结构，其搅拌端分别位于反应容器和储料容器内，在进行抽真空操作时，通过反应容器和储料容器内的搅拌端，对水溶液进行高速搅拌，从而提高抽真空降低溶氧量的速率；同时，在储料容器内的原料进入反应容器后，反应容器内的搅拌端还可以搅拌使物料快速、均匀混合，提高物料的扩散效果，进而提高聚合产物的稳定性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (7)

1.一种用于聚合物增粘剂的溶液聚合反应装置，其特征在于，所述装置包括反应单元、抽真空单元、惰性气体单元；

所述反应单元与所述抽真空单元通过第一管路连接，所述反应单元与所述惰性气体单元通过第二管路连接；

所述抽真空单元用于抽出所述反应单元内的空气；

所述惰性气体单元用于向所述反应单元内输入惰性气体；

所述装置还包括位于所述第一管路的第一阀门，用于控制所述反应单元与所述抽真空单元的连通状态；

所述反应单元包括反应容器和储料容器；

所述储料容器与所述反应容器通过第三管路连接，且所述储料容器的水平位置高于所述反应容器的水平位置；

所述装置还包括搅拌结构，所述搅拌结构的搅拌端分别位于所述反应容器和储料容器内，用于搅拌液体物料；

其中，所述储料容器内搅拌端的转速为100～300rpm。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应容器和储料容器分别通过第四管路与所述第一阀门的进气端连接；

其中，所述储料容器、第三管路、反应容器、第一阀门和第四管路形成回路。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二阀门，位于所述第三管路，用于控制所述储料容器和反应容器之间的连通状态。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性气体单元与所述反应容器通过所述第二管路连接；

其中，所述第二管路靠近所述反应容器的管路末端，位于所述反应容器的顶端。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性气体单元与所述储料容器通过所述第二管路连接；

其中，所述第二管路靠近所述储料容器的管路末端，位于所述储料容器的顶端。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第三阀门，位于所述第二管路，用于控制所述惰性气体单元与所述反应单元之间的连通状态。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第四阀门，位于所述第四管路内，用于控制所述反应容器与储料容器之间的连通状态；

压力测量部件，与所述反应容器和/或储料容器连接，用于测量反应单元内的压力。

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