TWI757972B

TWI757972B - 聚合反應器

Info

Publication number: TWI757972B
Application number: TW109139624A
Authority: TW
Inventors: 安佑烈; 李信範; 李惠媛; 韓基道
Original assignee: 南韓商韓華思路信股份有限公司
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-03-11
Also published as: EP4059599A1; CN114828996A; KR20240068614A; WO2021096261A1; TW202124038A; EP4059599A4; KR20210059512A; JP2023501676A

Abstract

本發明實施例的聚合反應器包括一反應容器；一攪拌葉片安裝在反應容器中且可攪拌反應產物；以及複數個冷卻擋板以規律的間隔沿著反應容器的圓周方向配置，其中冷卻擋板設置在反應容器的側壁上，而冷卻擋板的至少其中一者為彎折的。

Description

聚合反應器

本申請案主張2019年11月15日於韓國智慧財產局提出申請的韓國專利申請案第10-2019-0147042號的優先權與權利，其全部內容全文引用作為本說明書的揭示內容。

本發明係關於一種反應器。本發明特別關於一種聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)聚合反應器。

PVC反應器需要將溫度控制在5℃或更小的差異之內，以改善產物品質並避免不正常的聚合作用。因此，能夠移除在聚合期間產生的反應熱的裝置是不可或缺的。

然而，只靠著設置在反應器外側的冷卻套而想要移除所有聚合熱是有極限的，因為使用冷卻套的熱移除面積是有限的，且反應器主體的厚度與材料也導致總熱傳係數很低。

因此，藉由設置回流冷凝器(reflux condenser，RC)以在冷凝氯乙烯(vinyl chloride，VCM)蒸汽時控制溫度。然而，增加RC的操作會增加下降到界面的冷卻液體量，其會有害於PVC產物的品質。

因此，在反應器內安裝除熱裝置，例如冷卻擋板，以進一步移除聚合熱。因為會發生水垢問題，安裝在內部的冷卻擋板的結構不會太複雜，因而可被安裝使其也可以實現擋板的功能。

當將這種冷卻擋板拉出通過界面時，會造成水垢，因此需將其盡可能安裝在反應容器的底部，這在反應完成後排出時會引起漿料淤積的現象。

當漿料淤積時，工人必須進入反應器以進行工作，因此會有安全問題，增加工作時間，降低生產率。

上述揭露在此「先前技術」段落的資訊僅是用來增強瞭解本發明背景的瞭解，因此也可能包括一些資訊不屬於本國習於此技藝者所已知的先前技術。

本發明一方面提供一種聚合反應器，其可避免漿料淤積並同時有效的移除反應熱。

根據本發明一實施例的一聚合反應器，其包括：一反應容器；一攪拌葉片(agitation wing)安裝於反應容器中且攪拌一反應產物；以及複數個冷卻擋板(cooling baffle)以規律的間隔沿著反應容器的一圓周(circumferential)方向配置，其中冷卻擋板安裝在反應容器的側壁上，且至少其中一個冷卻擋板是彎折的。

冷卻擋板可包含耦合至反應容器的側壁的水平部分以及以垂直方向連接至水平部分一端的垂直部分。

冷卻擋板可包含一第一管線與一第二管線，第一管線具有一入口，流體可經由該入口流入，第二管線包圍第一管線且具有一出口，流體可經由出口排出。

水平部分可設置在反應產物的界面之下。

冷卻擋板可包含一第一群組與一第二群組，相對而言，第一群組的冷卻擋板較鄰近反應容器的側壁設置，而第二群組的冷卻擋板較鄰近反應容器的中心設置。

包含於第一群組中的冷卻擋板可具有相同形狀，而包含於第二群組中的冷卻擋板可具有相同形狀。

包含於第一群組與第二群組中的冷卻擋板可以在一方向上彎折而彼此相對，且第一群組與第二群組中的冷卻擋板的垂直部分彼此相對設置。

第一群組中的冷卻擋板的水平部分設置在反應容器的一下部，第二群組中的冷卻擋板的水平部分設置在反應容器的一上部。

包含於第一群組中的冷卻擋板與包含於第二群組中的冷卻擋板可具有不同形狀。

第一群組與第二群組中的任一者所包含的冷卻擋板可為彎折型，而第一群組與第二群組中的另一者所包含的冷卻擋板可沒有彎折且可為直線型。

第一群組中的冷卻擋板可為直線型，且第二群組中的冷卻擋板可為彎折型。

本發明的實施例提供了冷卻擋板，因此在進行聚合反應時能有效的移除反應熱以避免漿料淤積，進而產生高品質的PVC。

2:入口

3:出口

5:第一管線

7:第二管線

10:反應容器

20:冷卻擋板

21:水平部分

22:垂直部分

30:馬達

31:旋轉軸

32:攪拌葉片

50:直線型

G1:第一群組

G2:第二群組

S1:筒形側壁

S2:底部

SS:界面

TL:切線

第1圖為本發明一示範例的聚合反應器的示意圖。

第2圖為本發明示範例的冷卻擋板的排列示意圖。

第3圖與第4圖分別為本發明另一示範例的聚合反應器的示意圖。

第5圖為先前技術反應器的示意圖。

第6圖為第5圖所示反應器的冷卻擋板的配置圖。

第7圖與第8圖分別為本發明示範例的反應器的示意圖。

第9圖是第7圖和第8圖所示反應器的冷卻擋板的配置圖。

第10圖是本發明和先前技術反應器的上界面附近的混合程度的曲線圖。

配合所附圖式，下文將會更完整敘述本發明，其中示出了本發明的數個示範例/實施例。如習於此技藝者所瞭解，所示出的示範例/實施例可以各種不同方式調整而沒有背離本發明的精神與範疇。

為明確敘述本發明，省略了不相關部分的敘述，且相同或相似的組成元件在說明書全文中以相同參考符號標示。

在說明書全文與後附權利要求中，當敘述一元件「耦合」至另一元件時，其不只包括「直接連接」的情況，也包括兩者之間有其他部件的「非直接連接」的情況。此外，除非特別敘述相反的情況，否則術語「包含」及其變形(例如「包括」)應被解讀為表示包含了所陳述的元件，但不排除任何其他元件。

下文中配合所附圖式將敘述本發明的實施例。

第1圖為本發明一示範例的聚合反應器的示意圖，第2圖為本發明該示範例的冷卻擋板的排列示意圖，而第3圖與第4圖分別為本發明另一示範例的聚合反應器的示意圖。

如第1圖所示，本發明一示範例的聚合反應器包括一反應容器10可容納一反應產物、一冷卻擋板20安裝在反應容器10中以及一攪拌器。

反應器可以為材料合成反應器，例如可為聚合物的聚合反應器或多聚反應器。

反應容器10包括用於容納反應材料的空間，並且可以包括圓筒形側壁S1、底部S2和蓋部。反應容器10可以形成為雙壁結構(未示出)，並且用於熱交換的流體可以在雙壁內循環。

攪拌器包括馬達30、旋轉軸31和攪拌葉片32。旋轉軸31位於反應容器10的中心並且連接至馬達30。攪拌葉片32設置在反應容器10之內，並且耦合至旋轉軸31並可被旋轉軸31旋轉。攪拌葉片32的縱向(長邊方向)可為反應容器10的徑向。

一組攪拌葉片32可以設置在旋轉軸31的一端，或者可以沿著旋轉軸31的縱向以規律的間隔安裝多個攪拌葉片32。一組攪拌葉片32可包括至少兩個攪拌葉片32。攪拌葉片可以根據各種需要而選擇不同的安裝位置和數量。

攪拌葉片可根據反應特性選擇性的使用槳式、螺旋槳式或渦輪式。

冷卻擋板20根據攪拌葉片31的旋轉而將反應物10的環流(circumferential flow)改變為上下流動，以促進反應產物的混合並有效的除去反應熱，冷卻擋板20也可以被提供為管線型式，用於熱交換的流體可於其中流過。

冷卻擋板20由第一管線5和第二管線7組成，第一管線5具有入口2，流體通過入口2流入，第二管線7圍繞第一管線5且具有出口3，流體經由出口3排出。

流入第一管線5的流體經由第二管線7排出，並且在反應容器10中與反應產物進行熱交換，以保持反應產物的恆溫。

複數個冷卻擋板20可以沿著反應容器10的圓周(circumferential)方向(或內圓周表面)安裝，並且可以一特定角度設置，可以20度至120度的間隔安裝3個至36個冷卻擋板20。更佳的，可以30度至60度的間隔安裝6個至24個冷卻擋板20。在此情況下，安裝的冷卻擋板20的數量是被安裝的所有冷卻擋板20 的數量的兩倍。

冷卻擋板20為彎折的，並且包括連接到反應容器10側壁的水平部分21和垂直連接到水平部分21的一端的垂直部分22。因此，冷卻擋板20可以具有英文的「L」字母或韓文的「

」字母或「

」字母。

各冷卻擋板20可以在圓周方向上以一特定角度一個接一個的設置(參考第7圖和第9圖)，但是不限於此，並且可以如第1圖所示以雙層方式重疊設置。

為了便於描述，在下文中，將相對靠近反應容器10的側壁的冷卻擋板20稱為第一群組G1，並且將相對靠近反應容器10的中心的冷卻擋板20稱為第二群組G2。

第一群組G1包括的冷卻擋板20具有相同形狀，而第二群組G2包括的冷卻擋板20具有相同形狀，並且第一群組G1的冷卻擋板20和第二群組G2的冷卻擋板20的形狀可以相同或不同。

如第1圖所示，冷卻擋板20可以形成為彎折型，其中第一群組G1和第二群組G2的冷卻擋板20都為彎折的。

如第1圖所示，當第一群組G1和第二群組G2以彎折形狀設置時，第一群組G1和第二群組G2的垂直部分22係彼此相對設置。

因此，第一群組G1的水平部分21可以位於反應容器10的下部或較下側(lower portion)，第二群組G2的水平部分21可以位於反應容器10的上部或較上側(upper portion)。在此情況下，水平部分21較佳位於界面SS和焊接部分(或切線TL)之間。

第一群組G1的垂直部分22與反應容器10的側壁之間的距離可相同於第一群組G1的垂直部分22和第二群組G2的垂直部分22之間的距離。

如第3圖和第4圖所示，第一群組G1中的冷卻擋板20可不同於第二群組G2中的冷卻擋板20。

如第3圖所示，第一群組G1的冷卻擋板20從反應容器10的底部豎直的安裝到反應容器10中，且形成為未彎折的直線型冷卻擋板20(以符號「50」標示出直線型)，而第二群組G2的冷卻擋板20為彎折的。在這種情況下，彎折型冷卻擋板20的水平部分21可安裝在反應容器10的上部，而彎折型冷卻擋板20的垂直部分22可與直線型50平行設置。

此外，如第4圖所示，第一群組G1的冷卻擋板20可以形成為彎折的形狀，第二群組G2可以形成為不彎折的直線型50。在這種情況下，彎折型冷卻擋板20的水平部分21安裝在反應容器10的下部，彎折型冷卻擋板20的垂直部分22可與直線型50平行設置。

在本發明中，彎折的冷卻擋板使用水平部分安裝在反應容器的內壁上，從而在維修和更換期間易於裝卸。

此外，藉由如本發明的以彎折型式安裝在反應容器的側壁上，即使當反應後漿料水位降低時，由於冷卻擋板的關係，漿料也不會黏附於窄口中，很容易將其沿著管線排出。

在下文中，將描述使用本發明反應器和習知反應器所進行實驗的結果。

第5圖為先前技術反應器的示意圖，而第6圖為第5圖中所示反應器的冷卻擋板的配置圖。第7圖與第8圖為本發明示範例的反應器的示意圖，第9圖是第7圖和第8圖所示反應器的冷卻擋板的配置。

根據先前技術的[比較例]和根據本發明的[實施例1]和[實施例2]是相同的聚合反應器，操作條件相同，而冷卻擋板的配置和形狀不同。

操作條件為：反應器L/D為1.5，安裝回流冷凝器，在反應器側面安裝內夾套(inner jacket)，在底部安裝螺旋擋板(spiral baffle)。此外，攪拌器是兩級槳葉，並且葉尖速度設定為10m/s。

[比較例]是第5圖和第6圖所示的反應器，並且直線型冷卻擋板(50)安裝在反應器的底部。[比較例]的冷卻擋板可以60度的間隔兩兩一起安裝，因此總共安裝12個冷卻擋板。

[實施例1]是第7圖和第9圖所示的反應器，在反應器的側壁上安裝有彎折型冷卻擋板。在[實施例1]中，12個冷卻擋板可以30度的間隔沿著反應器的內周面安裝。

[實施例2]是第8圖和第9圖所示的反應器，在反應器10的側壁上安裝有彎折型冷卻擋板。在[實施例2]中，12個冷卻擋板可以30度的間隔沿著反應器的內週面安裝。在此情況下，冷卻擋板的水平部分21位於反應器的上部但在界面下方。

第10圖是根據本發明和先前技術反應器的上界面附近的混合程度的曲線圖。

從反應器的上部界面到底部的混合時間分為三部分，分別稱為上部、中部和下部，混合時間為每個區域中的使用者定義標量值(user defined scalar value)的差異變為1e-05時為止。

參照第10圖可以看出，與比較例相比，實施例1和實施例2中的波峰更少，並且在短時間內可達到穩定。

下表[表1]是測量第10圖所示的比較例、實施例1和實施例2的混合時間的記錄表。

參照[表1]，比較例的混合時間為202秒，實施例1和實施例2的混合時間為211秒，混合時間之差為約10秒，確認比較例與實施例1和實施例2為非常相似。即，即使如本發明的實施例將冷卻擋板安裝為一層而不是兩層，也可以獲得與兩層型相似的混合時間，因此，即使冷卻擋板的配置結構比習知結構更簡單，也可以預期得到相同的效果。

[表2]是第10圖所示的比較例、實施例1及實施例2的冷卻擋板的熱交換面積率的表。

參照[表2]，當以比較例的面積為100%作為比較標準時，實施例2的熱交換面積率為97%，並且可以看出熱效率面積維持不變。

在實施例1中，面積比為87%，與比較例相比，熱交換面積比稍有降低，但是混合時間短，並且可以獲得漿料不淤積的效果。

如上所述，與安裝雙層冷卻擋板的比較例相比，實施例1和實施例2可以維持一定等級的熱交換面積，即使彎折的冷卻擋板沒有以雙層型式安裝並且僅設置第一群組。因此，應該可以減少因安裝雙層冷卻擋板而引起的安裝和更換工作。

此外，可以看出實施例1和實施例2的混合效率高於比較例，這排除了漿料淤積現象，由於沒有漿料黏附，因此可減少非聚合時間並增加產量，且提高了PVC的品質。

儘管上面已經描述了本發明的示範實施例，但是本發明不限於所揭露的實施例。並且，對本發明說明書和附圖範圍內所實施的各種修改自然也落入本發明的範圍內。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。