CN217511866U

CN217511866U - 一种用于连续生产丁苯橡胶的设备

Info

Publication number: CN217511866U
Application number: CN202221298991.2U
Authority: CN
Inventors: 张振华
Original assignee: Ningbo Xinrongju Enterprise Management Partnership LP
Current assignee: Ningbo Xinrongju Enterprise Management Partnership LP
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2032-05-26

Abstract

本实用新型具体涉及一种用于连续生产丁苯橡胶的设备，包括连续聚合反应系统、冷凝系统和浓缩回收系统；连续聚合反应系统包括依次串联的第一聚合反应器、第二聚合反应器和第三聚合反应器；冷凝系统包括至少一个换热器，换热器连通聚合反应器；浓缩回收系统包括闪蒸装置、汽提器、物料罐和蒸馏塔，闪蒸装置承接第三聚合反应器，聚合物溶液进入汽提器进行汽提处理，物料罐连接汽提器的物料出口，蒸馏塔连接汽提器的顶部气体出口。本实用新型通过将第一聚合反应器的丁二烯单体和苯乙烯单体的转化率控制在一定程度，以及串联设置的多个聚合反应器结合冷凝系统，有效控制并去除第一聚合反应器的聚合热，保证了丁苯橡胶的连续生产。

Description

一种用于连续生产丁苯橡胶的设备

技术领域

本实用新型属于丁苯橡胶生产设备领域，尤其涉及一种用于连续生产丁苯橡胶的设备。

背景技术

丁苯橡胶(SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。目前丁苯橡胶的生产方法主要有溶液聚合法和乳液聚合法，在制备过程中反应器局部过热是影响产品性能的主要原因之一，聚合反应是强放热反应，如果传热不好会导致局部过热，从而使产品性能偏离设计要求。同时，现有技术中依旧存在单体转化率较低，丁苯橡胶的生产效率较低的问题。

专利CN210146004U公开了一种树脂乳液连续化生产设备，包括：一级反应器，二级反应器，三级反应器，成品储罐，尾气过滤器，以及用于一级反应器、二级反应器、三级反应器、成品储罐、尾气过滤器之间串联连接的出料管和出气管。利用该生产设备制备水性树脂乳液时，根据反应器容积、聚合反应时间等条件设定物料流量，可以达到连续进料、连续出料，从而实现聚合反应的连续化。该设备主要应用于树脂乳液、涂料生产领域。但是，该实用新型虽然能够实现连续聚合反应，但是反应器未连接冷凝系统，无法对聚合反应产生的聚合热及时处理冷却，导致成品的性能受到影响，同时，该实用新型未设计循环回流系统，导致原料转化率较低。

专利CN203033923U公开了一种用于连续聚合生产顺丁橡胶的装置，其技术方案为：丁二烯储罐、溶剂储罐分别通过管线连接第一混合器，第一混合器通过管线连接冷却器，冷却器通过管线依次串联多台带搅拌的连续聚合反应釜，最后一台聚合釜通过管线连接第二混合器，第二混合器连接掺混罐。该实用新型通过串联多台连续聚合反应器，提高了聚合反应的效率，提高了设备的利用率，并且物耗能耗较低，降低了生产成本。但是，该实用新型只有第一混合器连接了冷却器，后续的连续聚合反应釜未连接冷凝设备，对聚合热的处理仍无法完全处理，同时，该实用新型后续处理较少，对成品中未反应的原料未进行进一步处理及应用，导致原料单体转化率较低，且成品产率依然无法满足生产应用的需求。

因此，如何在连续聚合反应的工艺中对聚合热进行及时妥善的处理，并提高原料单体的转化效率及成品的生成率，成为本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种丁苯橡胶转化率高、能够连续生产的设备。

具体的，本实用新型提供一种用于连续生产丁苯橡胶的设备，其特征在于，包括连续聚合反应系统、冷凝系统和浓缩回收系统；

所述连续聚合反应系统包括依次串联的第一聚合反应器、第二聚合反应器和第三聚合反应器，在聚合反应器中，丁二烯、苯乙烯、催化剂在溶剂中进行连续聚合反应；

所述冷凝系统包括至少一个换热器，所述换热器连通所述聚合反应器，并将所述聚合反应器中产生的高温气体冷凝回流到第一聚合反应器；

所述浓缩回收系统包括闪蒸装置、汽提器、物料罐和蒸馏塔；

所述闪蒸装置承接第三聚合反应器，用于除去气相的未反应的丁二烯、苯乙烯和溶剂得到浓缩的聚合物溶液；所述聚合物溶液进入所述汽提器，除去所述聚合物溶液中未反应的丁二烯、苯乙烯和溶剂；所述物料罐连接所述汽提器的物料出口；所述蒸馏塔连接所述汽提器的顶部气体出口，经所述蒸馏塔处理得到的溶剂回收利用。

进一步的，聚合反应系统还包括聚合溶液排放管道，所述聚合溶液排放管道连通前后聚合反应器，并将所述第三聚合反应器连通所述闪蒸装置，每段所述聚合溶液排放管道上设置流量控制阀。

进一步的，聚合反应系统还包括原料储存罐组和供料液管道，所述原料储存罐组中的原料储存罐分别储存丁二烯、苯乙烯、催化剂及溶剂，所述供料液管道将上述原料储存罐分别连通所述第一聚合反应器。

进一步的，每段所述供料液管道上设置计量器和流量控制阀。

进一步的，冷凝系统还包括气体排放管路及冷凝液回流管路，所述气体排放管路连通所述聚合反应器的顶部气体出口和所述换热器的高温入口端，所述冷凝液回流管路连通所述换热器的低温出口端和所述第一聚合反应器。

进一步的，冷凝系统包括一个换热器，各聚合反应器的顶部气体出口均连接至所述换热器，经过所述换热器冷凝的产物回流所述第一聚合反应器。

可选的另一技术方案，冷凝系统包括三个换热器，其中，第一换热器分别连接所述第一聚合反应器的顶部气体出口和第一聚合反应器的物料入口；第二换热器分别连接所述第二聚合反应器的顶部气体出口和第一聚合反应器的物料入口；第三换热器分别连接所述第三聚合反应器的顶部气体出口和第一聚合反应器的物料入口。

进一步的，气体排放管路上设置压力传感器、温度传感器及流量控制阀。

进一步的，物料罐具有注水口和搅拌装置，用于接收来自所述汽提器的聚合产物并混入水，所述物料罐将混合物料送入其下游的脱水装置，所述脱水装置用于将上述混合物料脱水处理。

进一步的，还包括分别与各聚合反应器连接的惰性气体接入管路，使所述连续聚合反应在惰性气体气氛下进行。

本实用新型，优点具体在于：

1)本实用新型通过串联设置的多个聚合反应器，将第一聚合反应器中发生聚合反应时产生的大量聚合热有效分散到第二聚合反应器和第三聚合反应器中，使丁苯橡胶能够以较高的产收率制备，并且增加了制备装置的清洗周期，保障了丁苯橡胶的连续制备；

2)本实用新型通过冷凝系统的设置，将第二聚合反应器和第三聚合反应器生成的气体通过热交换器冷凝后再供回第一聚合反应器进行再循环，减少了第一聚合反应器中气体产生量，还可以提高丁苯橡胶的聚合转化率。

3)本实用新型通过完备的回流系统，聚合反应器和换热器的结合将聚合器中冷凝后的液体回流至第一聚合反应器中，同时，闪蒸装置和汽提器将未完全反应的原料输送回聚合反应器，提高了丁苯橡胶的聚合转化率。

附图说明

图1示出本实用新型第一较佳实施例的结构示意图，其冷凝系统包括一个换热器

图2示出本实用新型第二较佳实施例的结构示意图，其冷凝系统包括三个换热器

附图标记说明：100.第一聚合反应器；200.第二聚合反应器；300.第三聚合反应器；120.第一换热器；220.第二换热器；320.第三换热器；400.闪蒸装置；500.汽提器；600.物料罐；700.脱水装置；800.蒸馏塔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步地详细描述。

如图所示，一种用于连续生产丁苯橡胶的设备，包括连续聚合反应系统、冷凝系统和浓缩回收系统；

连续聚合反应系统包括依次串联的第一聚合反应器(100)、第二聚合反应器(200)和第三聚合反应器(300)，原料储存罐组和供料液管道，每段所述供料液管道上设置计量器和流量控制阀；聚合溶液排放管道，每段聚合溶液排放管道上设置流量控制阀。

在聚合反应器中，丁二烯、苯乙烯、催化剂在溶剂中进行连续聚合反应；原料储存罐组中的原料储存罐分别储存丁二烯、苯乙烯、催化剂及溶剂，供料液管道将上述原料储存罐分别连通第一聚合反应器(100)；聚合溶液排放管道连通前后聚合反应器，并将第三聚合反应器(300)连通闪蒸装置(400)。

冷凝系统包括至少一个换热器(120，220，320)，冷凝液回流管路及气体排放管路，气体排放管路上设置压力传感器、温度传感器及流量控制阀。换热器连通聚合反应器，并将聚合反应器中产生的高温气体冷凝回流到第一聚合反应器(100)；气体排放管路连通聚合反应器的顶部气体出口和换热器(120，220，320)的高温入口端，冷凝液回流管路连通换热器(120，220，320)的低温出口端和第一聚合反应器(100)。

如图1所示，冷凝系统可以包括一个换热器(120)，各聚合反应器(100，200，300)的顶部气体出口均连接至该换热器(120)，经过换热器(120)冷凝的产物回流第一聚合反应器(100)。

如图2所示，冷凝系统还可以包括三个换热器(120，220，320)，其中，第一换热器(120)分别连接所述第一聚合反应器(100)的顶部气体出口和第一聚合反应器(100)的物料入口；第二换热器(220)分别连接所述第二聚合反应器(200)的顶部气体出口和第一聚合反应器(100)的物料入口；第三换热器(320)分别连接所述第三聚合反应器(300)的顶部气体出口和第一聚合反应器(100)的物料入口。

浓缩回收系统包括闪蒸装置(400)、汽提器(500)、物料罐(600)、脱水装置(700)和蒸馏塔(800)；

闪蒸装置(400)承接第三聚合反应器(300)，用于除去气相的未反应的丁二烯、苯乙烯和溶剂得到浓缩的聚合物溶液；汽提器(500)承接来自闪蒸装置(400)的聚合物溶液，利用水和蒸汽汽提处理，除去聚合物溶液中未反应的丁二烯、苯乙烯和溶剂；物料罐(600)连接汽提器(500)的物料出口，物料罐(600)具有注水口和搅拌装置，接收来自汽提器(500)的聚合产物并混入水后将混合物料送入其下游的脱水装置(700)；脱水装置(700)用于将上述混合物料脱水处理。蒸馏塔(800)连接汽提器(500)的顶部气体出口，经蒸馏塔(800)处理得到的溶剂回收利用。

本实用新型的设备还包括分别与各聚合反应器连接的惰性气体接入管路，使连续聚合反应在惰性气体气氛下进行。

实施例1

该实施例1的丁苯橡胶生产过程具体如下所示：

本实施例的冷凝系统包括一个换热器，例如采用第一换热器(120)，将第一聚合反应器(100)、第二聚合反应器(200)和第三聚合反应器(300)的气体排放管路并联通入所述换热器。

将氮气通过管路输送至各聚合反应器，使设备在氮气气氛下，调控聚合反应器内压力为0-5kgf/cm²，升温至80-100℃后，按照规定的计量，打开供料液管道上的流量控制阀，将丁二烯、苯乙烯、催化剂和溶剂通过供料液管道供至第一聚合反应器(100)，上述原料在第一聚合反应器(100)中发生聚合反应，制备出含有丁苯橡胶的第一聚合溶液，在第一聚合反应器(100)中由聚合热产生的气体经过气体排放管路到达第一换热器(120)，气体经过冷凝后回到第一聚合反应器(100)，反应完成后，第一聚合溶液通过聚合溶液排放管道供至第二聚合反应器(200)，第一聚合溶液在第二聚合反应器(200)中进一步进行聚合反应生成第二聚合溶液，产生的气体经由气体排放管路到达第一换热器(120)，冷凝后的液体回流回第一聚合反应器(100)；第二聚合溶液经由连通第二聚合反应器(200)和第三聚合反应器(300)的聚合溶液排放管道供至第三聚合反应器(300)，在第三聚合反应器(300)中完成聚合反应生成第三聚合溶液，产生的气体经由气体排放管路到达第一换热器(120)，冷凝后的液体回流至第一聚合反应器(100)。第一聚合反应器中丁二烯和苯乙烯的转化率为60-85％。

第三聚合溶液通过连通第三聚合反应器(300)和闪蒸装置(400)的聚合溶液排放管道供至闪蒸装置(400)，在闪蒸装置(400)中除去未反应的气相丁二烯、苯乙烯和溶剂后通过管道进入汽提器(500)，利用水和蒸汽进一步除去除丁苯橡胶之外的未反应的丁二烯、苯乙烯，利用蒸汽除去溶剂，从闪蒸装置(400)和汽提器(500)中去除的未反应的苯乙烯、丁二烯和溶剂被供至蒸馏塔(800)，去除高沸点物质和水等杂质后回流和再循环回第一聚合反应器(100)中。除杂完成后的聚合物进入物料罐(600)，打开物料罐(600)的注水口和搅拌装置，将水和聚合物混合均匀后进入脱水装置(700)，脱水完成后通过分子筛和干燥床后制备得到丁苯橡胶。

实施例2

该实施例2的丁苯橡胶生产过程具体如下所示：

与实施例1的区别主要在于，本实施例的冷凝系统包括三个换热器，将第一聚合反应器(100)的气体排放管路连通第一换热器(120)、第二聚合反应器(200)的气体排放管路连通第二换热器(220)、第三聚合反应器(300)的气体排放管路连通第三换热器(320)。

将氮气通过管路输送至各聚合反应器，使设备在氮气气氛下，调控聚合反应器内压力为0-5kgf/cm²，升温至80-100℃后，按照规定的计量，打开供料液管道上的流量控制阀，将丁二烯、苯乙烯、催化剂和溶剂通过供料液管道供至第一聚合反应器(100)，上述原料在第一聚合反应器(100)中发生聚合反应，制备出含有丁苯橡胶的第一聚合溶液，在第一聚合反应器(100)中由聚合热产生的气体经过气体排放管路到达第一换热器(120)，气体经过冷凝后回到第一聚合反应器(100)，反应完成后，第一聚合溶液通过聚合溶液排放管道供至第二聚合反应器(200)，第一聚合溶液在第二聚合反应器(200)中进一步进行聚合反应生成第二聚合溶液，产生的气体经由气体排放管路到达第二换热器(220)，冷凝后的液体回流回第一聚合反应器(100)；第二聚合溶液经由连通第二聚合反应器(200)和第三聚合反应器(300)的聚合溶液排放管道供至第三聚合反应器(300)，在第三聚合反应器(300)中完成聚合反应生成第三聚合溶液，产生的气体经由气体排放管路到达第三换热器(320)，冷凝后的液体回流至第一聚合反应器(100)。第一聚合反应器中丁二烯和苯乙烯的转化率为60-85％。

以上介绍了本实用新型的较佳实施方式，旨在使得本实用新型的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本实用新型所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims

1.一种用于连续生产丁苯橡胶的设备，其特征在于，包括连续聚合反应系统、冷凝系统和浓缩回收系统；

所述连续聚合反应系统包括依次串联的第一聚合反应器(100)、第二聚合反应器(200)和第三聚合反应器(300)，在所述聚合反应器中，丁二烯、苯乙烯、催化剂在溶剂中进行连续聚合反应；

所述冷凝系统包括至少一个换热器(120，220，320)，所述换热器连通所述聚合反应器，并将所述聚合反应器中产生的高温气体冷凝回流到第一聚合反应器(100)；

所述浓缩回收系统包括闪蒸装置(400)、汽提器(500)、物料罐(600)和蒸馏塔(800)；

所述闪蒸装置(400)承接第三聚合反应器(300)，用于除去气相的未反应的丁二烯、苯乙烯和溶剂以得到浓缩的聚合物溶液；所述聚合物溶液进入所述汽提器(500)，除去所述聚合物溶液中未反应的丁二烯、苯乙烯和溶剂；所述物料罐(600)连接所述汽提器(500)的物料出口；所述蒸馏塔(800)连接所述汽提器(500)的顶部气体出口，经所述蒸馏塔(800)处理得到的溶剂回收利用。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述聚合反应系统还包括聚合溶液排放管道，所述聚合溶液排放管道连通前后聚合反应器，并将所述第三聚合反应器(300)连通所述闪蒸装置(400)，每段所述聚合溶液排放管道上设置流量控制阀。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述聚合反应系统还包括原料储存罐组和供料液管道，所述原料储存罐组中的原料储存罐分别储存丁二烯、苯乙烯、催化剂及溶剂，所述供料液管道将上述原料储存罐分别连通所述第一聚合反应器(100)。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，每段所述供料液管道上设置计量器和流量控制阀。

5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冷凝系统还包括气体排放管路及冷凝液回流管路，所述气体排放管路连通所述聚合反应器的顶部气体出口和所述换热器(120，220，320)的高温入口端，所述冷凝液回流管路连通所述换热器(120，220，320)的低温出口端和所述第一聚合反应器(100)。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述冷凝系统包括一个换热器(120)，各聚合反应器(100，200，300)的顶部气体出口均连接至所述换热器(120)，经过所述换热器(120)冷凝的产物回流所述第一聚合反应器(100)。

7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述冷凝系统包括三个换热器(120，220，320)，其中，第一换热器(120)分别连接所述第一聚合反应器(100)的顶部气体出口和第一聚合反应器(100)的物料入口；第二换热器(220)分别连接所述第二聚合反应器(200)的顶部气体出口和第一聚合反应器(100)的物料入口；第三换热器(320)分别连接所述第三聚合反应器(300)的顶部气体出口和第一聚合反应器(100)的物料入口。

8.如权利要求5-7任一项所述的设备，其特征在于，所述气体排放管路上设置压力传感器、温度传感器及流量控制阀。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述物料罐(600)具有注水口和搅拌装置，用于接收来自所述汽提器(500)的聚合产物并混入水，所述物料罐(600)将混合物料送入其下游的脱水装置(700)，所述脱水装置(700)用于将上述混合物料脱水处理。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括分别与各聚合反应器连接的惰性气体接入管路，使所述连续聚合反应在惰性气体气氛下进行。