CN217511869U - 一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，包括多个第一搅拌罐反应器以及一个第二搅拌罐反应器；每个第一搅拌罐反应器并联布置，且分别通过其第一聚合物出口管道与第二搅拌罐反应器串联连接；第二搅拌罐反应器通过其第二聚合物出口管道与脱挥装置连接；每个第一搅拌罐反应器顶部分别设有第一冷凝器，第一冷凝器设置为多级冷凝器，第一搅拌罐反应器的第一顶部出口管道分别连接其第一冷凝器的高温进料端，第一搅拌罐反应器的第一回流管分别连接其第一冷凝器的低温出料端。本实用新型的设备，仍采用传统反应器和冷凝器等部件，但通过调整其布置方式，实现成本低廉、单位时间内反应效率高、撤热过程连续可靠、气化物不易结晶堵塞等技术效果。

Description

一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备

技术领域

本实用新型属于聚丁二烯化工领域，具体涉及一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备。

背景技术

低顺式聚丁二烯橡胶(简称LCBR)是以有机锂系化合物为引发剂，在非极性溶剂中进行阴离子聚合制备的。一般顺式结构含量为35-40wt％，反式结构含量为45-50wt％，乙烯基含量约为10-15％。LCBR分子中的顺反异构体呈无规则分布，耐寒性好，尤其是低温屈挠性极佳；分子量分布呈泊松分布，具有冷流倾向；凝胶含量低；LCBR还具有优异的回弹性和低温压缩变形性小等特点。鉴于LCBR的优异性能，它主要应用于两个方面，一是和天然橡胶或丁苯橡胶并用，即“橡胶级”LCBR，提高胶料的耐磨性，高回弹性，高拉伸强度等，用在轮胎胎面胶中，具有和溶聚丁苯橡胶相似的性能，可用于生产低滚动阻力、低油耗的“绿色轮胎”；二是作为塑料抗冲改性剂，即“塑料级”LCBR，可以制备高光泽度的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)；其也是制备ABS树脂的主要原料，用于为ABS树脂提供韧性，广泛应用于电气、电子、汽车、家电等领域。由于上述两方面的应用代表了该领域主要的发展方向，因此，LCBR的研发、生产、应用备受关注。

现有技术通常采用“间歇乳液聚合法”或“连续本体法”制备低顺式聚丁二烯胶乳。

“间歇乳液聚合法”的优点是操作容易、较易控制，缺点是生产效率较低，乳液粒度分布更宽，产品质量不稳定，因此目前在工业化生产中越来越多采用“连续本体法”。

自1972年“连续本体法”诞生以来，已经演化出多种工艺。“连续本体法”采用多级串联连续反应，一般采用两釜或三釜。但是，连续本体法存在以下技术问题：在反应后期聚合体系粘度急剧增大，导致撤热困难，极易引发局部温度过高、反应自动加速、聚合体粘度持续攀升的问题，由此形成恶性循环导致暴聚现象。

现有技术如CN103450404A、CN113583186A等对此进行了改进。CN103450404A使用静态混合反应器代替混流反应器/搅拌反应器作为本体反应器，以省去搅拌过程，达到同样的混合效果和传热效果；但该现有技术对设计要求极高，若设计条件不适宜，将会造成传热能力不足，反而导致暴聚现象更为严重；同时不适宜的流动状态将使反应物混合不均而发生粘壁堵塞现象，造成停车。CN113583186A则采用平推流反应器代替传统的釜式反应器，并串联三台平推流反应器共同进行聚合反应。此外，传统现有技术还采用降低原料进料温度、在聚合反应器中加入冷却剂、将蒸发气体冷凝以带走热量等方式，但均存在种种弊端。

因此，现有技术存在以下待解决的技术问题：

1.传统的搅拌罐反应器撤热效果差，新式反应器又成本较高，设计难度大，工况要求高；

2.反应器采用串联布置方式进行连续反应，导致单位时间内物料进量少、反应效率低；

3.对蒸发气体仅进行单级冷却，导致蒸发气体冷却不充分，返回反应器时温度较高，无法充分撤热；并可能导致气化物在单级冷凝器中结晶，堵塞管道，需要经常停机清理且损失物料。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种低顺式聚丁二烯橡胶的生产设备，仍采用传统的反应器和冷凝器等装置，但通过调整其布置方式，实现成本低廉、单位时间内反应效率高、撤热过程连续可靠、气化物不易结晶堵塞等技术效果。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，包括多个第一搅拌罐反应器以及一个第二搅拌罐反应器；每个所述第一搅拌罐反应器分别具有原料入口管道和第一聚合物出口管道；所述多个第一搅拌罐反应器为并联布置，并且每个第一搅拌罐反应器分别通过所述第一聚合物出口管道与所述第二搅拌罐反应器连接；所述第二搅拌罐反应器具有第二聚合物出口管道，并通过所述第二聚合物出口管道与脱挥装置连接；每个所述第一搅拌罐反应器顶部分别设有第一冷凝器，所述第一冷凝器设置为多级冷凝器，所述第一搅拌罐反应器的第一顶部出口管道分别连接所述第一冷凝器的高温进料端，所述第一搅拌罐反应器通过第一回流管连接第一冷凝器的低温出料端。

本实用新型通过上述设置，将一级反应器设置为并联的多个第一搅拌罐反应器以及分别配设多级冷凝器，不仅能够使生产工艺流程不间断、整体效率提升；还能通过降低单台设备反应热达到减少气化物、进而减少堵塞的技术效果。

所述第一搅拌罐反应器的具体个数可以根据实际产能、占地空间等需求来定，例如两个以上，优选三个以上。

优选地，每条所述第一聚合物出口管道上分别设有流量控制阀。通过对每条聚合物出口管道的流量控制，所述第一搅拌罐反应器可轮流的、小批量、不间断地向第二搅拌罐反应器供料；可选的，第二搅拌罐反应器也可以设置多个，但它们之间采用并联连接关系，由同一批第一搅拌罐反应器分别向它们供料，以此提高整体产能，且分散反应热以达到减少气化物、减少堵塞的技术效果。

优选地，所述第二搅拌罐反应器的顶部设有第二冷凝器，所述第二冷凝器设置为多级冷凝器；所述第二搅拌罐反应器的第二顶部出口管道连接所述第二冷凝器的高温进料端，并由所述第二冷凝器的低温出料端出料。所述出料端出料后具有至少两种连接/回流方式，一种是连接到第二搅拌罐反应器的第二回流管，从而实现第二搅拌罐反应器的自循环；第二种是可分别连接到上游的第一搅拌罐反应器的第一回流管，实现前后反应器的气相连通。

优选地，针对上述多级冷凝器的具体设计，所述第一冷凝器分别包括串联设置的一级冷凝器和二级冷凝器；所述第二冷凝器包括串联设置的一级冷凝器和二级冷凝器。采用多级冷凝的方式，可防止回流的气化物冷却不充分，使其充分散热，从而达到反应器内充分撤热的技术效果；同时，还可以使因低温而结晶的气化物分散到多个冷凝器中，从而降低单台冷凝器内发生堵塞、剥落的概率，延长清洗周期。

优选地，所述第一搅拌罐反应器的第一顶部出口管道与所述第一冷凝器的一级冷凝器、二级冷凝器、第一搅拌罐反应器上的第一回流管串联连接。

优选地，所述第二搅拌罐反应器的第二顶部出口管道与所述第二冷凝器的一级冷凝器、二级冷凝器、第二搅拌罐反应器上的第二回流管串联连接。

优选地，所述第二搅拌罐反应器的第二顶部出口管道与所述第二冷凝器的一级冷凝器、二级冷凝器、第一搅拌罐反应器上的第一回流管串联连接。

所述回流系统能够将气化物回收到第一搅拌罐反应器或第二搅拌罐反应器中再利用，节省物料、降低成本。

优选地，所述脱挥装置为净化罐，所述净化罐包括搅拌装置和顶部抽气泵，在反应后期将低分子物质等挥发性组分除去。

对于顶部抽气泵出口端的具体连接方式，本实用新型还优选，所述顶部抽气泵的出口端连接所述第一冷凝器的高温进料端。

另一优选方案，所述顶部抽气泵的出口端连接所述第二冷凝器的高温进料端。

本实用新型的有益效果在于：

1.仍采用传统的搅拌罐反应器，相较于混流反应器、平推流反应器等成本更为低廉、设计难度小、工况要求低；

2.采用多台搅拌罐反应器，并将其并联连接，整体作为第一反应器以向后续的第二反应器连续供料，通过控制每台第一搅拌罐反应器进料、反应等工艺过程，基本上可实现向第二搅拌罐反应器的小批量、不间断供料，相比于串联连接的生产方式，间歇时间短、生产效率高；

3.采用并联的多台搅拌罐反应器作为第一反应器，还可以在保证整体高转化率的同时，减少单台搅拌罐反应器中反应的物料，从而降低单台搅拌罐反应器中的反应热，防止反应器内暴聚现象发生，同时也能防止产生过多的蒸发气化物从而造成冷凝器或设备管道内结晶物堵塞、剥落。

4.采用多级冷凝的方式，使得气化物得以充分散热，从而使得反应器内充分撤热；同时，采用多级冷凝的方式，还可以使得气化物结晶分散到多个冷凝器中，从而降低单台冷凝器内结晶物发生堵塞、剥落的概率，以延长清洗周期。

附图说明

图1是生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备的实施例一的结构示意图。

图2是生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备的实施例二的结构示意图。

附图标记含义如下：

1-1、1-2.第一搅拌罐反应器；2.第二搅拌罐反应器；141、142.原料入口管道；151、152.第一聚合物出口管道；16.第二聚合物出口管道；3.脱挥装置；41、42.第一冷凝器；5.第二冷凝器；61、62、63.一级冷凝器；71、72、73.二级冷凝器；171、172.第一顶部出口管道；19.第二顶部出口管道；181、182.第一回流管；20.第二回流管；211、212.流量控制阀；81、82.第一回流罐；9.第二回流罐；101、102.第一回流泵；11.第二回流泵；31、搅拌装置；32.顶部抽气泵；12.原料储存罐组；121.流量阀；122.原料储存罐；13.混料罐；131.分配阀。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本实用新型的具体实施方式。其中类似设备或元件采用了相关联的类似标号。需要说明的是，词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。为设备或元件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义；并且针对多个第一搅拌罐反应器所采用附图标记1-1、1-2，仅表示所编序号本身，并不限制其结构和/或组成的区别，同理适用于针对上述多个第一搅拌罐反应器相应设置的多组部件。“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，工艺流程如下：反应物原料分别储存在原料储存罐组12的多个原料储存罐122中，通过流量阀121进入混料罐13进行混料，以初步混料，形成胶液。通过分配阀131，将混料罐13中的胶液可控制地分别输送往并联的第一搅拌罐反应器1-1、1-2的原料入口管道141或142。第一搅拌罐反应器1-1、1-2在过氧化物引发剂和其他助剂的作用下搅拌进行初步聚合反应。并且，两台第一搅拌罐反应器1-1、1-2为并联布置，比如当其中一台第一搅拌罐反应器1-1因其聚合反应而滞留物料时，另一台第一搅拌罐反应器1-2则将其已经完成聚合反应、达到工艺标准的第一聚合物通过第一聚合物出口管道152输送往第二搅拌罐反应器2，以实现不间断作业。第二搅拌罐反应器2在助剂的作用下对输送来的第一聚合物继续搅拌，完成聚合反应。聚合反应完成后，第二搅拌罐反应器2通过第二聚合物出口管道16将第二聚合物输送往脱挥装置3以脱挥除去不需要的挥发性组分。第一搅拌罐反应器1-1、1-2通过第一顶部出口管道171、172和第一回流管181、182，分别串联有第一冷凝器41、42，第一回流罐81、82，第一回流泵101、102，用以将第一搅拌罐反应器1-1、1-2中产生的气化物冷却回流，达到降温、物料再利用的效果。同理，第二搅拌罐反应器2通过第二顶部出口管道19、第二冷凝器5及相应的回流系统，可实现高温气相的降温、物料再利用效果。具体地，第二冷凝器5的低温出料端下游依次串联第二回流罐9、第二回流泵11、第二搅拌罐反应器2上的第二回流管20，将第二搅拌罐反应器2中产生的气化物冷却回流到第二搅拌罐反应器2；可选的另一种方式，第二冷凝器5的低温出料端下游依次串联第二回流罐9、第二回流泵11，之后通过管线上的分流阀择一/同时地连通上述第一搅拌罐反应器1-1、1-2上的第一回流管181、182，实现前后级反应器的气相物料循环。第一冷凝器41、42和第二冷凝器5均是多级冷凝器，即所述第一冷凝器41、42分别包含一级冷凝器61、62和二级冷凝器71、72；所述第二冷凝器5包含一级冷凝器63和二级冷凝器73。

实施例一

反应物原料储存在原料储存罐组12中，原料储存罐组12包括多个原料储存罐122，分别储存不同的反应物原料，如丁二烯单体、溶剂等。每个原料储存罐122上均设置有流量阀121，用于监测出料流量，控制原料比例。

原料储存罐组12的出料管线上还设有混料罐13，混料罐13可以对原料进行初步混料，以降低对第一搅拌罐反应器1-1、1-2的功率要求，缩短物料在搅拌罐反应器1-1、1-2中的反应时长。

混料罐13的出口端设有分配阀131，用于控制在不同工艺阶段中，分别向并联的两台第一搅拌罐反应器1-1、1-2的原料入口管道141、142供应胶液。

两台第一搅拌罐反应器1-1、1-2并联设置，并在热作用下进行初步聚合反应，所产生的第一聚合物经过第一聚合物出口管道151、152供应给与之串联的第二搅拌罐反应器2，第一聚合物出口管道151、152上分别设有流量控制阀211、212，用于分别控制第一搅拌罐反应器1-1、1-2是否向第二搅拌罐反应器2供料以及供料流量。本领域技术人员知晓，第一搅拌罐反应器1-1、1-2也可设置为更多台，并不超出本实用新型的构思。

由于第一搅拌罐反应器1-1、1-2数量为至少两台，因而可以将物料原料等量分散到不同的第一搅拌罐反应器1-1、1-2中进行反应，在总量未变、得以维持系统整体效率的前提下，由于减少了每台第一搅拌罐反应器1-1、1-2中的物料，因此每台第一聚合热反应器1-1、1-2中所产生的聚合热大幅降低，能够有效避免聚合反应在后期体系粘度升高、搅拌负荷增大，进而防止暴聚现象产生。同时，由于单台第一搅拌罐反应器1-1、1-2中的聚合热大幅降低，因此也减少了物料被蒸发为气化物的概率，进而防止气化物在后续工艺流程中被大量冷凝结晶，结晶物或剥落物堵塞设备管道、损耗物料。

此外，为了使橡胶粒子充分聚合，连续本体法需要延长物料停留时间，现有技术采用串联方式，整体效率较低。本实用新型将第一搅拌罐反应器1-1、1-2设置为并联设置，可以使两台第一搅拌罐反应器1-1、1-2交替反应并停留物料，交替向第二搅拌罐反应器2供料，从而提升整个工艺系统在单位时间内所处理物料的总量，进而提高工艺流程效率。

第二搅拌罐反应器2设置在并联的两台第一搅拌罐反应器1-1、1-2之后，通过第一聚合物出口管道151、152与两台第一搅拌罐反应器1-1、1-2的整体形成串联关系。第二搅拌罐反应器2用于完成聚合反应。

第二搅拌罐反应器2的一侧具有第二聚合物出口管道16，第二聚合物出口管道16与脱挥装置3连接。脱挥装置3用于净化除去低分子物质如未反应单体、溶剂等，具体可以是包括搅拌装置31和顶部抽气泵32的净化罐。所述的脱挥装置3也可设置为挤出机等。

此外，每个第一搅拌罐反应器1-1、1-2顶部分别设有第一冷凝器41、42，第一冷凝器41、42的高温进料端分别连接第一搅拌罐反应器1-1、1-2顶部的第一顶部出口管道171、172，低温出料端分别连接第一搅拌罐反应器1-1、1-2上的第一回流管181、182，形成回流，将高温气体降温后重新送入第一搅拌罐反应器1-1、1-2，以更好地帮助撤热，且重新利用被气化的物料。

并且，现有技术的单级冷凝器不能充分降温，热负荷仍较大，不利于聚合反应；而若是单纯增大冷凝器的换热功率，又将导致气化物在冷凝器管道中迅速降温，结晶挂在设备或管道内壁上，长久以往结晶物或剥落物会堵塞管道。因此本实用新型将第一冷凝器41、42均设置为多级冷凝器，比如第一冷凝器41、42可以分别设置为包括一级冷凝器61、62和二级冷凝器71、72，第一搅拌罐反应器1-1、1-2的第一顶部出口管道171、172分别依次连接一级冷凝器61、62和二级冷凝器71、72。这样一方面可以使得高温气体得到充分冷却；另一方面也通过多级冷凝防止高温气体中夹杂的气化物在冷凝器中迅速降温，从而防止形成大量结晶物堵塞管道，即使客观上仍有部分气化物无可避免地形成结晶，也将分别凝结在多个冷凝器中，分散了堵塞风险，延长了清理周期。

第一回流管181、182上还可以分别设置第一回流罐81、82，第一回流罐81、82的进口端分别连接二级冷凝器71、72的低温出料端，出口端分别连接第一搅拌罐反应器1-1、1-2。

第一回流管181、182上还可以分别设置第一回流泵101、102，并连接第一回流罐81、82。

第二搅拌罐反应器2的顶部设有第二冷凝器5，第二冷凝器5的高温进口端连接第二搅拌罐反应器2的第二顶部出口管道19，第二冷凝器5的低温出口端连接第二搅拌罐反应器2的第二回流管20，形成回流，将高温气体降温后重新送入第二搅拌罐反应器2，以更好地帮助撤热，且重新利用被气化的物料。

第二冷凝器5同样是多级冷凝器，比如可以设置为包括一级冷凝器63、二级冷凝器73，第二搅拌罐反应器2的第二顶部出口管道19依次连接一级冷凝器63、二级冷凝器73。

第二回流管20上可以设置第二回流罐9，第二回流罐9的进口端连接二级冷凝器73的低温出料端，出口端连接第二搅拌罐反应器2。

第二回流管20上还可以设置第二回流泵11，并连接第二回流罐9。

脱挥装置3的顶部抽气泵32的出口端连接第二冷凝器5的高温进料端或第一冷凝器41、42的高温进料端，直接将未反应完的单体、溶剂循环利用。

实施例二

实施例二与实施例一的组成结构基本相同，区别之处主要包括：

第二冷凝器5的低温出口端连接一个/两个第一搅拌罐反应器1-1，1-2的第一回流管181、182，形成从后级向前级的回流，将高温气体降温后重新送入第一搅拌罐反应器1-1和/或第一搅拌罐反应器1-2。

在所述第二冷凝器5的二级冷凝器73低温出料端的下游可以设置第二回流罐9，第二回流罐9的出口端连接第一搅拌罐反应器1-1和/或第一搅拌罐反应器1-2。

Claims (10)

1.一种生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：包括多个第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)以及一个第二搅拌罐反应器(2)；每个所述第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)分别具有原料入口管道(141，142)和第一聚合物出口管道(151，152)；所述多个第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)为并联布置，并且每个第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)分别通过所述第一聚合物出口管道(151，152)与所述第二搅拌罐反应器(2)连接；

所述第二搅拌罐反应器(2)具有第二聚合物出口管道(16)，并通过所述第二聚合物出口管道(16)与脱挥装置(3)连接；

每个所述第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)顶部分别设有第一冷凝器(41，42)，所述第一冷凝器(41，42)设置为多级冷凝器，所述第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)的第一顶部出口管道(171，172)分别连接所述第一冷凝器(41，42)的高温进料端，所述第一冷凝器(41，42)的低温出料端通过第一回流管(181,182)连接所述第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)。

2.如权利要求1所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：每条所述第一聚合物出口管道(151，152)上分别设有流量控制阀(211，212)。

3.如权利要求1或2所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：所述第二搅拌罐反应器(2)的顶部设有第二冷凝器(5)，所述第二冷凝器(5)设置为多级冷凝器；所述第二搅拌罐反应器(2)的第二顶部出口管道(19)连接所述第二冷凝器(5)的高温进料端，并由所述第二冷凝器(5)的低温出料端出料。

4.如权利要求3所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：所述第一冷凝器(41,42)分别包括串联设置的一级冷凝器(61，62)和二级冷凝器(71，72)；

所述第二冷凝器(5)包括串联设置的一级冷凝器(63)和二级冷凝器(73)。

5.如权利要求4所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：所述第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)的第一顶部出口管道(171，172)与所述第一冷凝器(41,42)的一级冷凝器(61，62)、二级冷凝器(71，72)、第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)上的第一回流管(181,182)串联连接。

6.如权利要求4所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：所述第二搅拌罐反应器(2)的第二顶部出口管道(19)与所述第二冷凝器(5)的一级冷凝器(63)、二级冷凝器(73)、第二搅拌罐反应器(2)上的第二回流管(20)串联连接。

7.如权利要求4所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：所述第二搅拌罐反应器(2)的第二顶部出口管道(19)与所述第二冷凝器(5)的一级冷凝器(63)、二级冷凝器(73)、第一搅拌罐反应器(1-1，1-2)上的第一回流管(181,182)串联连接。

8.如权利要求1或2所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于：所述脱挥装置(3)为净化罐，所述净化罐包括搅拌装置(31)和顶部抽气泵(32)。

9.如权利要求8所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于，所述顶部抽气泵(32)的出口端连接所述第一冷凝器(41，42)的高温进料端。

10.如权利要求8所述的生产低顺式聚丁二烯橡胶的设备，其特征在于，所述顶部抽气泵(32)的出口端连接所述第二冷凝器(5)的高温进料端。

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