技术领域
[0001] 本
发明属于气相聚合生产领域,具体涉及一种清洁、高效的单元组合转子气相聚合反应器。
背景技术
[0002] 当今社会飞速发展,高分子材料在我们日常生活中扮演着日益重要的
角色,高分子材料包括塑料、
橡胶、
纤维、涂料、胶黏剂和高分子基
复合材料等等。生产高分子材料主要采用聚合反应,所谓聚合反应就是指由
单体合成
聚合物的反应过程。
[0003] 聚合反应按反应单体的状态可分为气相聚合、液相聚合和固相聚合。目前工业上多采用溶液聚合的方法生产高聚物。气相聚合法与溶液聚合法相比,工艺简单、操作条件温和,省去了
溶剂回收和聚合物干燥等工序,避免了对环境造成污染。但气相法混合均一性比较差,催化剂在单体中分布不均匀,容易造成局部
过热,固体颗粒在此聚集增长结
块,阻塞分布板孔道和外部循环管路,影响稳定操作。
[0004] 针对以上问题,很多人展开了不同的研究。中国发明
专利201310418617.0提出了一种气相法制备高顺式聚异戊二烯的聚合体,提出一种气相聚合体系及其应用,理论上阐述了气相聚合的可行性,但是并没有投入工业化生产,不能从根本上解决以上问题。
[0005] MOFs材料又称为金属有机骨架材料,是一类新型多孔功能材料。这类材料一般具有多孔性、
比表面积大、不饱和金属配位、结构多样性的特点。近年来MOFs材料因其优异性能,已经成为一个研究热点。在微孔材料研究领域,MOFs材料的使用范围非常普遍,例如用作
吸附分离材料、催化剂载体、
磁性材料、光学材料和固体储氢材料等,而且还在很多新功能材料,例如选择性催化、分子识别等新材料开发中显示了诱人的应用前景。
发明内容
[0006] 为解决上述问题,本发明提出一种单元组合转子气相聚合反应器,利用组合转子的剪切作用和搅拌作用促进气相之间反应,使反应更加均匀完全,避免生成物粘连、粘壁、缠结,同时MOFs等多孔材料制成的组合转子携带催化剂和分散剂,大大提高了催化剂、分散剂与反应物之间的
接触面积,从而提高了反应速率,解决了气相聚合中存在的问题,实现气相聚合的工业化生产。
[0007] 为实现上述功能,本发明采用的技术方案如下:一种单元组合转子气相聚合反应器,由反应段和排出段组成。反应段发生气相聚合反应,同时进行反应物料与热
流体之间的热量交换。排出段为生成物出口和余气出口,生成物流经液位槽后接下一步工序,余气经经回流处理段后,再次进入气体入口。反应段包括:热流体入口、热流体出口、列管式反应管、
转轴、组合转子、固定件、限位件和
支撑件。反应段为列管式结构,反应管外是壳层结构,反应气体流经管程,热流体流经壳程,壳程流体与管程流体可采用逆流或顺流的流动方式。反应段内,反应管迎
水端与背水端都装有固定件进行支撑固定。转轴固定在固定件上。转轴穿过限位件、支撑件和组合转子轴孔将一定数量的转子组合在一起。
[0008] 组合转子由MOFs等多孔材料制成,可携带反应催化剂、分散剂,组合转子作为催化剂、分散剂的负载,其转动大大提高了催化剂、分散剂与反应气体的接触面积,从而提高反应速率。转轴可以是刚性圆棒,也可以是柔性的软绳。固定件、限位件、支撑件由高分子材料、高分子基复合材料、金属或陶瓷材料制成。
[0009] 排出段包括:余气出口、生成物出口、液位槽、
阀门和
传感器。生成的高聚物经生成物出口进入液位槽,当液位到达一定高度,传感器检测到信息来
控制阀门开度,使生成物进入下一步工序。排出的余气经过余气回流处理段,再次进入气体入口参与反应。
[0010] 反应器正常工作时,反应气体从反应气体入口进入,接着进入列管反应段。反应段内,反应气体的流动带动反应管内组合转子转动,依靠
转子叶片对反应物料的搅拌作用,使不同的反应气体间接触更加均匀,
质量交换更加频繁,反应更加彻底,同时叶片对反应生成高聚物产生剪切作用,避免高聚物粘连、粘壁、缠结。同时热流体进入壳层为气相聚合提供所需要的
温度条件,热流体在壳层通过折流板增强湍动实现强化换热,组合转子的扰流作用促进反应物料与壳层内热流体之间的热量传递,生成的高聚物经生成物出口进入液位槽,当液位到达一定高度,传感器检测到信息来控制阀门开度,使生成物进入下一步工序。排出的余气经过余气回流处理段,再次进入气体入口参与反应。
[0011] 本发明一种单元组合转子气相聚合反应器,其优点和作用为:
[0012] (1)组合转子叶片对反应物料的搅拌作用,使不同的反应气体间接触更加均匀,质量交换更加频繁,反应更加彻底;
[0013] (2)组合转子叶片对反应生成高聚物产生剪切作用,避免高聚物粘连、粘壁、缠结,同时具有自清洁效果;
[0014] (3)MOFs等多孔材料制成的组合转子内携带有催化剂、分散剂,使反应物与催化剂、分散剂接触更加均匀,大大提高了反应速率;
[0015] (4)采用列管式反应器的形式,可以多组反应管同时进行反应,节省空间,提高产量。
附图说明
[0016] 图1是本发明一种单元组合转子气相聚合反应器的
流程图。
[0017] 图2是本发明一种单元组合转子气相聚合反应器的列管式反应管单根局部剖示图。
[0018] 图3是图2的右视图。
[0019] 图4是支撑件的轴测图。
[0020] 图5是固定件的轴测图。
[0021] 图中:1-热流体入口,2-反应器,3-列管式反应管,4-气体入口,5-余气回流处理段,6-热流体出口,7-余气出口,8-生成物出口,9-液位槽,10-传感器,11-阀门,12-折流板,13-固定件,14-转轴,15-限位件,16-组合转子,17-支撑件,18-反应管。
具体实施方式
[0022] 如图1所示本发明一种单元组合转子气相聚合反应器,反应段包括:热流体入口1,热流体出口6,列管式反应管3,转轴14,组合转子16,固定件13,限位件15,支撑件17。反应段发生气相聚合反应,同时进行反应物料与热流体之间的热量交换。排出段包括:余气出口7,生成物出口8,液位槽9,阀门11,传感器10。排出段为生成物出口8和余气出口7,生成物流经液位槽9后接下一步工序;余气经回流处理段5后,再次进入气体入口4。
[0023] 反应段为列管式结构,反应管外是壳层结构,反应气体流经管程,热流体流经壳程,壳程流体与管程流体可采用逆流或顺流的流动方式。反应段内,反应管迎水端与背水端都装有固定件13进行支撑固定。转轴14固定在固定件上13。转轴14通过限位件15,支撑件17,组合转子16轴孔将一定数量的转子组合在一起。
[0024] 组合转子16由MOFs等多孔材料制成,可携带反应催化剂、分散剂,组合转子作为催化剂、分散剂的负载,其转动大大提高了催化剂、分散剂与反应气体的接触面积,从而提高反应速率。转轴14可以是刚性圆棒,也可以是柔性的软绳。固定件13、限位件15、支撑件17由高分子材料、高分子基复合材料、金属或陶瓷材料制成。
[0025] 反应器正常工作时,反应气体从反应气体入口4进入,接着进入列管反应段。反应段内,反应气体的流动带动反应管3内组合转子16转动,依靠转子叶片对反应物料的搅拌作用,使不同的反应气体间接触更加均匀,质量交换更加频繁,反应更加彻底,同时叶片对反应生成高聚物产生剪切作用,避免高聚物粘连、粘壁、缠结。同时热流体进入壳层为气相聚合提供所需要的温度条件,热流体在壳层通过折流板12曾强湍动程度来强化换热,组合转子16的扰流作用促进反应物料与壳层内热流体之间的热量传递,生成的高聚物经生成物出口8进入液位槽9,当液位到达一定高度,传感器10检测到信息来控制阀门11开度,使生成物进入下一步工序。排出的余气经过余气回流处理段5,再次进入气体入口参与反应。
[0026] 丙烯聚合反应中,反应条件为压
力2.77-3.7MPa,反应温度为65-73℃。丙烯气体从反应气体入口4进入,接着进入列管反应段。丙烯气体流动带动反应管3内组合转子16转动,在管外热流体的加热下丙烯气体与组合转子16内催化剂作用生成聚丙烯,生成的聚丙烯生成物出口8进入液位槽9,当液位到达一定高度,传感器10检测到信息来控制阀门11开度,使聚丙稀进入下一步工序。排出的丙烯反应余气经过余气回流处理段5,再次进入气体入口参与反应。