CN217221431U - 一种聚合反应系统 - Google Patents

Abstract

一种聚合反应系统，包括聚合反应装置、沉淀池、蒸馏塔、第一、第二储罐，聚合反应装置的排料口通过第一管路对沉淀池供料，沉淀池的排液口设置滤网，且通过第二管路对蒸馏塔供料，第一储罐进料口通过第三管路与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第三管路上设置第一冷凝器、第二阀门，第一储罐的排料口通过第四管路对沉淀池供料，第二储罐进料口通过第五管路与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第五管路上设置第二冷凝器、第四阀门，第二储罐的排料口通过第六管路对沉淀池供料。本实用新型结构简单、操作方便，热分散均匀，且加热效率高，可实现纯度高、分子量分布均一的聚合产物生产，且通过分步回收利用沉淀剂和溶剂，还可有效降低生产成本并避免环境污染。

Description

一种聚合反应系统

技术领域

本实用新型涉及化工领域，特别涉及一种聚合反应系统。

背景技术

高分子聚合物材料越来越广泛地应用于各行各业，在电子、汽车、航空航天等领域有着举足轻重的地位，在未来的材料发展中有着巨大的市场空间。高分子材料的种类不胜枚举，高分子聚合物材料的合成与生产工艺也愈发先进和成熟。

然而，目前很多用于合成高分子聚合物材料的装置，如授权公告号为CN21810708、CN206996548、CN205570345等公开的聚合反应装置均为较为常规的聚合釜装置，其聚合效率较低，且难以满足高纯度、分子量分布均匀的高分子聚合物的制备需求。此外，这些聚合反应装置还存在无法回收聚合物中的原料造成资源浪费及环境污染的风险。

因此，如何设计一种能合成高纯度、分子量分布均一的高分子聚合物材料生产系统，且绿色环保，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种聚合反应系统，其结构简单、操作方便，热分散均匀，且加热效率高，可实现纯度高、分子量分布均一的聚合产物生产，且通过分步回收利用沉淀剂和溶剂，还可有效降低生产成本并避免环境污染。

本实用新型的技术方案是：一种聚合反应系统，包括聚合反应装置、沉淀池、蒸馏塔、第一储罐、第二储罐，所述聚合反应装置包括反应釜体、氮气进气管、氮气排气管、加热套管、冷却盘管、搅拌装置，所述反应釜体的侧壁设有加热夹套，反应釜体的顶部设有聚合原料进口、引发剂计时滴定进口，反应釜体的底部设置排料口，所述加热套管设置在反应釜体的中部，且沿竖直方向延伸，所述冷却盘管沿加热套管的长度方向盘绕在加热套管的外周，且具有间隔空间，所述搅拌装置的搅拌轴设置在加热套管内，搅拌轴的上端外伸出反应釜体，用于与动力装置相连，搅拌轴的下端外伸出加热夹套，与搅拌叶片相连，所述氮气进气管的上游端用于与氮气源相连，氮气进气管的下游端向下延伸进反应釜体内，且位于液位下方，所述氮气排气管的上游端位于反应釜体内，且位于液位上方，氮气排气管的下游端外伸出反应釜体，反应釜体的排料口通过第一管路对沉淀池供料，该第一管路上设置第一阀门，所述沉淀池的排液口设置滤网，且通过第二管路对所述蒸馏塔供料，该第二管路上设置输液泵，所述第一储罐位于沉淀池的上方，第一储罐的进料口通过第三管路与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第三管路上设置第一冷凝器、第二阀门，所述第一储罐的排料口通过第四管路对沉淀池供料，该第四管路上设置第三阀门，所述第二储罐位于沉淀池的上方，第二储罐的进料口通过第五管路与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第五管路上设置第二冷凝器、第四阀门，所述第二储罐的排料口通过第六管路对沉淀池供料，该第六管路上设置第五阀门。

所述氮气进气管的下游端向下延伸至反应釜体的底部，且具有间隔距离。

所述氮气进气管的下游端与引发剂计时滴定进口相对应。

所述反应釜体的底部呈向下弯曲的弧面结构，反应釜体的排料口设置在该弧面结构的低点。

所述加热夹套使用的加热介质为加热油。

所述加热套管为电加热套管。

所述第二管路上设置废液收集池，所述废液收集池位于输液泵的上游。

所述第二阀门位于第一冷凝器的上游，所述第四阀门位于第二冷凝器的上游。

采用上述技术方案具有以下有益效果：

1、聚合反应系统包括聚合反应装置、沉淀池、蒸馏塔、第一储罐、第二储罐，其中，聚合反应装置用于提供聚合反应的空间，沉淀池用于分离提取聚合产物，蒸馏塔用于分别蒸馏回收沉淀剂和溶剂，第一储罐用于暂存沉淀剂或溶剂，第二储罐用于暂存溶剂或沉淀剂。所述聚合反应装置包括反应釜体、氮气进气管、氮气排气管、加热套管、冷却盘管、搅拌装置。所述反应釜体的侧壁设有加热夹套，用于升温反应釜体内的聚合原料。反应釜体的顶部设有聚合原料进口、引发剂计时滴定进口，反应釜体的底部设置排料口，聚合原料经聚合原料进口投入反应釜体内，用于引发聚合反应的引发剂经引发剂计时滴定进口，通过计时滴加进反应釜体内，有利于保持聚合反应的平稳进行，防止爆聚引发的风险，此外，通过计时滴加引发剂还能大幅度改善聚合物分子量分布不均的现象，得到分子量分布均一的聚合物。所述加热套管设置在反应釜体的中部，且沿竖直方向延伸，所述冷却盘管沿加热套管的长度方向盘绕在加热套管的外周，且具有间隔空间，也即，通过加热夹套、加热套管、冷却盘管三者之间的协同作用，可有效提高加热效率，且热聚合过程中热分散更均匀，改善聚合原料温度分布不均现象，提高聚合效率。所述搅拌装置的搅拌轴设置在加热套管内，搅拌轴的上端外伸出反应釜体，用于与动力装置相连，搅拌轴的下端外伸出加热夹套，与搅拌叶片相连，用于混匀聚合原料。所述氮气进气管的上游端用于与氮气源相连，氮气进气管的下游端向下延伸进反应釜体内，且位于液位下方，所述氮气排气管的上游端位于反应釜体内，且位于液位上方，氮气排气管的下游端外伸出反应釜体，通过向聚合原料中输入氮气，排空聚合原料及反应釜体内的氧气，减小氧气导致的阻聚作用及氧化作用，提高聚合效率和聚合产物品质，此外，输入的氮气通过气泡的形成冒出，还可改善搅拌装置存在的搅拌不均现象，避免引发剂滴入时存在的局部聚合反应过快导致的分子量分布较宽的现象。所述排料口通过第一管路对沉淀池供料，该第一管路上设置第一阀门，所述沉淀池的排液口设置滤网，且通过第二管路对所述蒸馏塔供料，该第二管路上设置输液泵，聚合完毕后，开启第一阀门，将聚合后的物料排至沉淀池暂存，且加入沉淀剂，使聚合后的物料中的聚合产物以固体的形式析出，滤除滤液，得到的滤饼即为聚合产物，且可以通过加入溶剂溶解、继续加入沉淀剂、滤除滤液循环的方式进行纯化，得到高纯度、分子量分布均匀的聚合产物。滤液经输液泵泵至蒸馏塔。所述第一储罐位于沉淀池的上方，第一储罐的进料口通过第三管路与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第三管路上设置第一冷凝器、第二阀门，所述第一储罐的排料口通过第四管路对沉淀池供料，该第四管路上设置第三阀门，所述第二储罐位于沉淀池的上方，第二储罐的进料口通过第五管路与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第五管路上设置第二冷凝器、第四阀门，所述第二储罐的排料口与通过第六管路对沉淀池供料，该第六管路上设置第五阀门，泵至蒸馏塔的滤液通过分段蒸馏，沸点低的引发剂或溶剂先以汽态的形式蒸馏出，经冷却后，排至第一储罐或第二储罐暂存，且可开启对应的阀门，对沉淀池提供沉淀剂或溶剂，沸点高的溶剂或引发剂后以汽态的形式蒸馏出，经冷却后，排至第二储罐或第一储罐暂存，且可开启对应的阀门，对沉淀池提供溶剂或沉淀剂，可有效避免这些沉淀剂或溶剂外排造成的环境污染，且得到循环利用，有效降低了聚合产物的生产成本。

2、氮气进气管的下游端与引发剂计时滴定进口相对应，也即，输入的氮气冒出的气泡集中分布在引发剂滴入的区域，可有效分散滴入的引发剂，避免引发剂滴入时存在的局部聚合反应过快导致的分子量分布较宽的现象。

3、反应釜体的底部呈向下弯曲的弧面结构，所述排料口设置在该弧面结构的低点，避免反应完毕的物料残留。

4、第二阀门位于第一冷凝器的上游，所述第四阀门位于第二冷凝器的上游，避免沉降剂或溶剂损失，且提高回收的沉降剂或溶剂的纯度。

下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型聚合反应装置的结构示意图。

附图中，1为聚合反应装置，11为反应釜体，12为氮气进气管，13为氮气排气管，14为加热套管，15为冷却盘管，16为搅拌装置，17为加热夹套，18为聚合原料进口，19为引发剂计时滴定进口，2为沉淀池，3为蒸馏塔，4为第一储罐，5为第二储罐，6为输液泵，7为第一冷凝器，8为第二冷凝器，9为废液收集池，101为第一管路，102为第二管路，103为第三管路，104为第四管路，105为第五管路，106为第六管路，a为第一阀门，b为第二阀门，c为第三阀门，d为第四阀门，e为第五阀门。

具体实施方式

本实用新型中，未标注具体结构或型号的设备、部件通常选用化工领域常规的设备或部件，未标注具体连接方式的通常为化工领域常规的连接方式或厂家建议的连接方式。

参见图1和图2，为一种聚合反应系统的具体实施例。聚合反应系统包括聚合反应装置1、沉淀池2、蒸馏塔3、第一储罐4、第二储罐5。所述聚合反应装置1包括反应釜体11、氮气进气管12、氮气排气管13、加热套管14、冷却盘管15、搅拌装置16。所述反应釜体11的侧壁设有加热夹套17，具体的，加热夹套使用的加热介质为加热油。反应釜体11的顶部设有聚合原料进口18、引发剂计时滴定进口19，反应釜体11的底部设置排料口，本实施例中，聚合原料进口设置在反应釜体顶部的左侧，引发剂计时滴定进口设置在反应釜体顶部的右侧，反应釜体的底部呈向下弯曲的弧面结构，反应釜体的排料口设置在该弧面结构的低点，且很显然的，聚合原料进口、引发剂计时滴定进口、排料口均设置阀门控制开闭。所述加热套管14设置在反应釜体11的中部，且沿竖直方向延伸，具体的，加热套管采用电加热套管。所述冷却盘管15沿加热套管14的长度方向盘绕在加热套管14的外周，且具有间隔空间。所述搅拌装置16的搅拌轴设置在加热套管14内，搅拌轴的上端外伸出反应釜体，用于与动力装置相连，搅拌轴的下端外伸出加热夹套，与搅拌叶片相连。所述氮气进气管12的上游端用于与氮气源相连，氮气进气管12的下游端向下延伸进反应釜体11内，且位于液位下方，具体的，氮气进气管2的下游端向下延伸至反应釜体1的底部，且具有间隔距离，氮气进气管2的下游端与引发剂计时滴定进口9相对应。所述氮气排气管13的上游端位于反应釜体11内，且位于液位上方，氮气排气管13的下游端外伸出反应釜体11。反应釜体的排料口通过第一管路101对沉淀池2供料，该第一管路101上设置第一阀门a，显然的，沉淀池位于反应釜体的下方，使聚合后的物料可在重力作用下自流至沉淀池。所述沉淀池2的排液口设置滤网，且通过第二管路102对所述蒸馏塔3供料，该第二管路102上设置输液泵6，本实施例中，第二管路102上设置废液收集池9，所述废液收集池9位于输液泵6的上游，且很显然的，沉淀池的排液口同样需要设置阀门控制开闭。所述第一储罐4位于沉淀池2的上方，第一储罐4的进料口通过第三管路103与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第三管路103上设置第一冷凝器7、第二阀门b，具体的，第二阀门b位于第一冷凝器7的上游，所述第一储罐4的排料口通过第四管路104对沉淀池2供料，该第四管路104上设置第三阀门c。所述第二储罐5位于沉淀池2的上方，第二储罐5的进料口通过第五管路105与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第五管路105上设置第二冷凝器8、第四阀门d，具体的，第四阀门d位于第二冷凝器8的上游，所述第二储罐5的排料口通过第六管路106对沉淀池2供料，该第六管路106上设置第五阀门e。

本实用新型的工作原理为：将参与聚合的聚合原料按照比例从聚合原料进口投入反应釜体内，同时持续通过氮气进气管向反应釜体内补充氮气、搅拌搅匀，控制加热油的流速和/或加热套管的功率，使聚合原料升温至预定温度区间，引发剂从引发剂计时滴定进口通过计时滴加投入反应釜体内，聚合反应开始至聚合完毕后，利用冷却水循环流经冷却盘管，快速降温后，开启反应釜体的排料口，将聚合后物料排至沉淀池，通过第一储罐向沉淀池加入沉淀剂，使聚合产物以固体析出，滤除液体，汇集至废液收集池，通过第二储罐向沉淀池加入适量溶剂溶解，再次通过第一储罐向沉淀池加入沉淀剂，使聚合产物再次以固体形式析出，滤除液体，汇集至废液收集池，重复析出、溶解，得到高纯度且分子分布均匀聚合产物。汇集在废液收集池的废液通过输液泵泵至蒸馏塔，通过控制蒸馏温度，使废液中的溶剂经第二冷凝器冷凝为液体后，汇集至第二储罐作为溶剂回收使用，通过控制蒸馏温度，使废液中的沉淀剂经第一冷凝器冷凝为液体后，汇集至第一储罐作为沉淀剂回收使用。

Claims (8)

1.一种聚合反应系统，其特征在于：包括聚合反应装置(1)、沉淀池(2)、蒸馏塔(3)、第一储罐(4)、第二储罐(5)，

所述聚合反应装置(1)包括反应釜体(11)、氮气进气管(12)、氮气排气管(13)、加热套管(14)、冷却盘管(15)、搅拌装置(16)，

所述反应釜体(11)的侧壁设有加热夹套(17)，反应釜体(11)的顶部设有聚合原料进口(18)、引发剂计时滴定进口(19)，反应釜体(11)的底部设置排料口，

所述加热套管(14)设置在反应釜体(11)的中部，且沿竖直方向延伸，所述冷却盘管(15)沿加热套管(14)的长度方向盘绕在加热套管(14)的外周，且具有间隔空间，

所述搅拌装置(16)的搅拌轴设置在加热套管(14)内，搅拌轴的上端外伸出反应釜体，用于与动力装置相连，搅拌轴的下端外伸出加热夹套，与搅拌叶片相连，

所述氮气进气管(12)的上游端用于与氮气源相连，氮气进气管(12)的下游端向下延伸进反应釜体(11)内，且位于液位下方，

所述氮气排气管(13)的上游端位于反应釜体(11)内，且位于液位上方，氮气排气管(13)的下游端外伸出反应釜体(11)，

反应釜体的排料口通过第一管路(101)对沉淀池(2)供料，该第一管路(101)上设置第一阀门(a)，

所述沉淀池(2)的排液口设置滤网，且通过第二管路(102)对所述蒸馏塔(3)供料，该第二管路(102)上设置输液泵(6)，

所述第一储罐(4)位于沉淀池(2)的上方，第一储罐(4)的进料口通过第三管路(103)与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第三管路(103)上设置第一冷凝器(7)、第二阀门(b)，所述第一储罐(4)的排料口通过第四管路(104)对沉淀池(2)供料，该第四管路(104)上设置第三阀门(c)，

所述第二储罐(5)位于沉淀池(2)的上方，第二储罐(5)的进料口通过第五管路(105)与蒸馏塔的塔顶排料口相连，该第五管路(105)上设置第二冷凝器(8)、第四阀门(d)，所述第二储罐(5)的排料口通过第六管路(106)对沉淀池(2)供料，该第六管路(106)上设置第五阀门(e)。

2.根据权利要求1所述的聚合反应系统，其特征在于：所述氮气进气管(12)的下游端向下延伸至反应釜体(11)的底部，且具有间隔距离。

3.根据权利要求1或2所述的聚合反应系统，其特征在于：所述氮气进气管(12)的下游端与引发剂计时滴定进口(19)相对应。

4.根据权利要求1所述的聚合反应系统，其特征在于：所述反应釜体(11)的底部呈向下弯曲的弧面结构，反应釜体的排料口设置在该弧面结构的低点。

5.根据权利要求1所述的聚合反应系统，其特征在于：所述加热夹套(17)使用的加热介质为加热油。

6.根据权利要求1所述的聚合反应系统，其特征在于：所述加热套管(14)为电加热套管。

7.根据权利要求1所述的聚合反应系统，其特征在于：所述第二管路(102)上设置废液收集池(9)，所述废液收集池(9)位于输液泵(6)的上游。

8.根据权利要求1所述的聚合反应系统，其特征在于：所述第二阀门(b)位于第一冷凝器(7)的上游，所述第四阀门(d)位于第二冷凝器(8)的上游。

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