專利名稱：用于乳液聚合的環(huán)路反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合反應(yīng)器，其包含具有一個或多個原料入口、一個或多個出口的一個或多個循環(huán)環(huán)路，用于使反應(yīng)器裝料在該循環(huán)環(huán)路內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動裝置，以及用于貯藏、發(fā)射和接收清管器(cleaning pig)的清管器站點。
背景技術(shù)：
WO00/07177公開了一種用于乳液聚合的環(huán)路反應(yīng)器。該環(huán)路反應(yīng)器包括循環(huán)泵以及連接該泵的出口和入口的管式循環(huán)環(huán)路。水、單體和穩(wěn)定劑被連續(xù)供給到該環(huán)路并被循環(huán)，并且聚合物乳液被連續(xù)抽出。該反應(yīng)器尤其適合于生產(chǎn)例如用于油漆或粘合劑的從乙烯基和/或丙烯酸單體獲得的聚合物。
使用管式反應(yīng)器的聚合過程中遇到的一個問題是在反應(yīng)器的內(nèi)壁上形成反應(yīng)產(chǎn)品的沉積物。這些沉積物導(dǎo)致循環(huán)泵的輸送壓力需要增加，并且會損害從反應(yīng)介質(zhì)到例如圍繞反應(yīng)器管的護套內(nèi)的冷卻劑的熱傳遞，從而會導(dǎo)致較高的且通常是有害的反應(yīng)器溫度，或者需要增加冷卻劑循環(huán)速率、降低冷卻劑溫度或降低生產(chǎn)率。污垢也會減小反應(yīng)器容積，增加乳液的再循環(huán)率以及對乳液的剪切。這會改變可能對清潔的反應(yīng)器最優(yōu)化的工藝條件?？傊?，產(chǎn)品特性將產(chǎn)生偏差，從而失去了連續(xù)反應(yīng)器所預(yù)期的產(chǎn)品一致性的優(yōu)點。在WO00/07177中，使用清管器來清潔反應(yīng)管的內(nèi)側(cè)。清管器的直徑大約為反應(yīng)管的內(nèi)徑。清管器被從清管器站點發(fā)射并被聚合乳液推動通過環(huán)路。
這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的一個缺陷是當清管器用壞時不能容易地更換清管器。清管器停在其中的整個管道區(qū)段必須被拆除，這會導(dǎo)致乳液損失以及設(shè)備被弄污。此外，難以制造這樣的管區(qū)段，該管區(qū)段精確配合以便當使該區(qū)段脫離接合以取出清管器時僅很小的力就可使該管區(qū)段滑出，而相反地在對清管器進行維護之后可使該管區(qū)段滑回。如果管過長則難以拆卸和更換管，而如果過短則難以將該管密封在其它管上。此外，通常難以設(shè)計不會泄露聚合物乳液的可拆卸管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供這樣一種清管器站點，該清管器站點可以快速和頻繁地發(fā)射清管器并可以比較容易和快速地更換清管器，同時乳液不會濺出。
本發(fā)明的目標由具有清管器站點的管式反應(yīng)器實現(xiàn)，該清管器站點包含蓋以覆蓋使清管器能夠取出的開口。這樣，可實現(xiàn)清管器的取出和更換而不需要中斷生產(chǎn)過程。為了使取出更容易，所述開口可大于清管器的長度，并且寬度至少等于清管器的最大直徑。
在一個任選的實施例中，清管器站點包括具有在兩端連接到循環(huán)環(huán)路的圓柱形孔的箱，該孔具有直徑大于循環(huán)環(huán)路的內(nèi)徑的中部。在該孔的外端部處的過渡部分，孔的直徑變窄以便基本等于循環(huán)環(huán)路的內(nèi)部管徑。該過渡部分可以是所連接的管部的一部分，或者是一個單獨的部分。優(yōu)選地，該過渡部分是清管器站點的成一體的部分。
由于擴大的孔直徑，在清管器前面的聚合物乳液可圍繞清管器向后流動。
在非工作位置，清管器的前部緊靠過渡部分的斜面定位，該過渡部分使箱內(nèi)的較大直徑區(qū)段與形成循環(huán)環(huán)路的較小直徑的管接合。從而，清管器在其前端形成密封。由于此密封，當水相被引導(dǎo)從而在清管器后面的位置進入清管器箱時，清管器被迫移動到循環(huán)環(huán)路內(nèi)。在此序列的另一端，當清管器返回時，驅(qū)動力由已經(jīng)暫時被引導(dǎo)經(jīng)過該箱的聚合物乳液提供。在清管器前面的液體可經(jīng)由清管器箱內(nèi)的較大直徑的空腔提供的間隙越過清管器向后移動。盡管推動清管器的乳液中的一部分會沿該間隙通過，但是乳液的量仍足以使清管器向前移動。清管器的長度可選擇為使得當清管器停止時，清管器的前端在該斜面端被密封，并且清管器處于下一次發(fā)射的正確位置。
優(yōu)選地，圓形橫截面的一半在該可拆卸蓋內(nèi)形成。
清管器站點可結(jié)合在循環(huán)環(huán)路的分支內(nèi)，例如結(jié)合在繞過驅(qū)動裝置的旁通管路內(nèi)。為了使清管器從乳液的主流轉(zhuǎn)移到清管器站點，可使用轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器可以是可鉸接在允許乳液全徑(full bore)流動的正常操作位置和使清管器轉(zhuǎn)移到清管器站點的轉(zhuǎn)向位置之間的桿或銷。GB-A 2196716中說明了這種轉(zhuǎn)向器的合適的示例。轉(zhuǎn)向器優(yōu)選地例如響應(yīng)位于上游的清管器檢測器被電子地致動。
反應(yīng)器可包括在清管器站點后面的截止閥，以便在清管器已返回起始位置之后阻止乳液經(jīng)由清管器旁通管路流動。反應(yīng)器還可包含用于使反應(yīng)器裝料在該截止閥附近旁通的旁通管路。
任選地，該內(nèi)孔與水相進料器開放連接。這樣可以由水相容易和迅速地發(fā)射清管器。在此情況下，反應(yīng)器可包括截止閥以便在清管器被發(fā)射之后阻止水相進入清管器箱。
閉合環(huán)路反應(yīng)器可包括反應(yīng)管，該反應(yīng)管的至少主要部分形成螺旋盤管。與常用的連續(xù)管的拉管設(shè)置(例如M.Wilkinson and K.Geddes，“Anaward winning process”，Chemistry in Britain，PP.1050-1053，December1993內(nèi)公開的)相比，該形狀更適合于清刮管道，因為清管器沒有被迫進行急轉(zhuǎn)彎，從而減小了清管器的磨損并允許使用更長的清管器。此外，通過使用螺旋盤管式的連續(xù)管可避免未冷卻接頭，該接頭是壁污臟的根源之一。
清管器可以大約1分鐘到大約60分鐘、優(yōu)選地大約10-20分鐘的間隔被發(fā)射。除了更有效地清潔管壁之外，規(guī)則地擾動靠近管壁的緩慢移動的或靜態(tài)的乳液聚合物層可防止出現(xiàn)作為熱的不良導(dǎo)體的靜止的聚合物層。
適用于此聚合過程的一些典型的單體包括例如丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、Veova9、Veova10、Veova11(所有三個出自Shell)、丙烯酸乙酯、2-乙基丙烯酸己酯、乙烯、以及氯乙烯。加成反應(yīng)被(自由)基啟動以形成懸浮在通常為水的介質(zhì)內(nèi)的直徑通常為50-3000nm的高分子量聚合物顆粒的分散體，在該介質(zhì)內(nèi)該聚合物不可溶。常用的自由基發(fā)生器包括過氧二硫酸(peroxodisulphuric acid)的鈉、鉀和銨鹽，例如過(氧化)硫酸銨。可選擇地，可使用氧化還原耦聯(lián)。這些氧化還原耦聯(lián)包含氧化劑和還原劑。常用的氧化劑是過氧二硫酸和t-丁基過氧化氫的鹽以及過氧化氫本身。還原劑是亞硫酸鈉、偏亞硫酸氫鈉、甲醛合次硫酸氫鈉(sodium formaldehyde sulphoxylate)和連二硫酸鈉。
單體聚合可在水懸浮液中進行，在此情況下，原料優(yōu)選地由單獨的進料流提供。這些流引入新的單體和被稱為水相的穩(wěn)定劑的水溶液，或者例如單體和水的預(yù)制乳液以及在單獨的小流中的水溶液。在反應(yīng)開始時，反應(yīng)器充滿在溶液箱內(nèi)制成的水相。還可使用其它填充物，尤其是來自前面的循環(huán)的任選地稀釋為任何濃度的(具有相同或不同組成的)成品乳液聚合物。
反應(yīng)器內(nèi)的攪動通過在線的循環(huán)泵提供。在進料流開始流動之后不久，單體開始反應(yīng)并且生成熱。溫度由冷卻裝置-通常由冷卻液(例如水)在冷卻護套內(nèi)的受控循環(huán)-穩(wěn)定。產(chǎn)品流到冷卻箱，在該處剩余的單體轉(zhuǎn)化成聚合物。在冷卻之后，乳液聚合物在過濾器內(nèi)被過濾以除去任何尺寸過大的顆?；蛏傲Ｎ镔|(zhì)，并被傳送到產(chǎn)品存儲箱。
任選地，聚合過程可在壓力下執(zhí)行，例如在10-150巴的壓力下?？蛇x擇地，聚合可在環(huán)境壓力下執(zhí)行。
清管器例如可由軟的或半硬的天然材料或合成材料例如橡膠或聚氨酯制成。另外，可使用具有(柔性)金屬部分或金屬刷以及金屬和軟的或半硬的天然或合成材料的組合的清管器或刮具。在許多可能的形狀中，圓柱形、具有圓邊的圓柱形以及在外圓周上具有厚唇緣和/或厚條帶的圓柱體尤其適合。與僅具有一個刮削面的球形不同，啞鈴狀圓柱形清管器具有兩個刮削面。
清管器的設(shè)計以及所使用的材料尤其取決于沉積物的類型以及反應(yīng)管的公差和半徑。順便指出，清管器的磨損量可由一個清潔循環(huán)所需的時間確定，這是因為被磨損的清管器需要更多的時間來完成一個循環(huán)。合適的循化泵例如是正排量泵。


附圖中進一步示出了本發(fā)明。在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的環(huán)路反應(yīng)器；圖2示出圖1內(nèi)的環(huán)路反應(yīng)器的清管器箱的橫截面；圖3示出圖1內(nèi)的環(huán)路反應(yīng)器的清管器箱的俯視圖；圖4示出如圖2和3所示的清管器箱的可拆卸蓋的正視圖；圖5示出圖4的蓋的俯視圖；圖6示出圖4的蓋的側(cè)視圖；圖7示出圍繞圖2的清管器箱的閥裝置；圖8以橫截面視圖示出清管器箱內(nèi)的清管器。
具體實施例方式
圖1示出環(huán)路反應(yīng)器1。反應(yīng)器1包括具有單體入口3、水相入口4和成品出口5的循環(huán)環(huán)路2。循環(huán)泵6用作使反應(yīng)器裝料在循環(huán)環(huán)路2內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動裝置。一旁通管路繞過泵6，并包括用于貯藏、發(fā)射和接收清管器的清管器站點7。在料流方向上，單體進料器位于該泵之后以便降低泵6內(nèi)的單體含量從而降低污垢率。
清管器站點7包括分別在圖2和3的橫截面視圖和俯視圖中示出的清管器箱8。清管器箱8包含橫截面為圓形的內(nèi)部孔9，該孔的直徑稍大于所使用的清管器的直徑。箱8在其上端具有開口10，該開口可被可拆卸的蓋(見圖4)封閉。此開口10顯露出半圓柱形凹部11。開口10和凹部11以過渡部分12為邊界，該過渡部分具有與凹部11對齊的中心孔13?？?3的內(nèi)徑朝外端部變窄從而等于所連接的環(huán)管2的內(nèi)徑。
設(shè)置螺紋孔14以接合用于固定該可拆卸蓋的固定裝置。圓柱形開口15與凹部11成直角并用于排出乳液。開口16用作水相的進料器以便發(fā)射清管器。開口16還可直接定位在通向清管器箱的管路內(nèi)。開口17用于給清管器箱減壓并在打開蓋之前排掉液體。
如圖4、5和6所示，清管器箱8的開口10可被可拆卸蓋18封閉。蓋18可通過開孔19使用常規(guī)的固定裝置固定，在蓋18放置在合適位置之后該開孔19與清管器箱8內(nèi)的螺紋孔14對齊。蓋18包括具有中心槽縫21的頂板20，該槽縫用于使磁體檢測器能夠靠近被保持在清管器的體部內(nèi)的磁體定位。這可確保當完成環(huán)行之后清管器重新進入箱時的檢測。在頂板20的一側(cè)，蓋18包含具有半圓柱形凹部23的塊體22。凹部23的直徑與清管器箱8內(nèi)的凹部11相同。當蓋18放置在清管器箱8上的合適位置時，凹部23和凹部11形成圓柱形孔。蓋18內(nèi)的第二半圓柱形凹部24與凹部23成直角。此凹部24的直徑與清管器箱8內(nèi)的孔15相同，并且當蓋放置在清管器箱8上時該凹部24與該孔15對齊。
圖7示出用于在循環(huán)泵27附近使清管器旁通的根據(jù)本發(fā)明的環(huán)路反應(yīng)器內(nèi)的旁通管路25。旁通管路25包括清管器站點28，該清管器站點包括具有如圖2-6所示的蓋18的清管器箱8。清管器站點28連接到水相進料器31和乳液排放管路32，該排放管路通向收集箱(未示出)。水相進料器31具有通向循環(huán)泵27并帶有第一截止閥34的第一分支33，以及通向清管器站點28并帶有第二截止閥36的第二分支35。在清管器箱附近，排放管路32分成連接到旁通管路25的第一分支37和連接到清管器站點28的第二分支38，其中該第一分支37在沿流動方向位于清管器站點28之前的位置處連接到旁通管路25。第三截止閥39位于排放管路32的第一分支37內(nèi)，第四截止閥40位于清管器站點28和該第一分支連接到旁通管路25的位置之間。第五截止閥41位于排放管路的第二分支38內(nèi)，而第六截止閥42位于旁通管路25的沿流動方向越過清管器站點28的部分內(nèi)。
在正常使用時，截止閥34和39打開，而閥36、40、41和42關(guān)閉。部分循環(huán)乳液經(jīng)由旁通管路25、閥39和排放管路從環(huán)路中被排出并被收集在收集箱內(nèi)，而淡水相則經(jīng)由閥34和循環(huán)泵進入環(huán)路。
為了發(fā)射清管器，首先打開閥42和36。然后關(guān)閉閥34。淡水相被引向清管器箱內(nèi)的清管器后面，從而將清管器推出清管器箱并推入環(huán)路盤管。位于環(huán)路內(nèi)的剛剛越過旁通管路25的位置的電磁檢測器記錄何時清管器通過該檢測器，并使閥34打開以及閥36和42關(guān)閉。清管器通過反應(yīng)器回路。在環(huán)路分成旁通管路25和通向循環(huán)泵的管路的位置，環(huán)路在內(nèi)部具有轉(zhuǎn)向銷，該轉(zhuǎn)向銷鉸接在將清管器引入旁通管路的第一位置和第二位置之間。轉(zhuǎn)向銷由恰恰位于旁通管路25之前的第二電磁清管器檢測器控制。當?shù)诙姶徘骞芷鳈z測器檢測到有清管器通過時，該第二電磁清管器檢測器使轉(zhuǎn)向器鉸接到第一位置，從而將清管器引入旁通管路25。閥40和41打開且閥39關(guān)閉。這使得乳液改道經(jīng)過清管器箱。第三電磁清管器檢測器位于清管器箱處并檢測清管器的返回，從而使閥39打開以及閥40和41關(guān)閉。
圖8以橫截面視圖示出清管器箱8內(nèi)的清管器43。清管器43具有圓柱形體部44和兩個橡膠環(huán)刮具45，該刮具的直徑等于環(huán)管的內(nèi)徑以便徹底清潔管的內(nèi)側(cè)和除去污垢。由凹部11和22形成的中心圓柱形孔46的內(nèi)徑大于管的內(nèi)徑。結(jié)果，乳液可越過清管器向后流動而不會阻礙清管器處于起動位置。
權(quán)利要求
1.一種聚合反應(yīng)器，包括具有一個或多個原料入口、一個或多個出口的一個或多個循環(huán)環(huán)路，用于使反應(yīng)器裝料在該循環(huán)環(huán)路內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動裝置，以及用于貯藏、發(fā)射和接收清管器的清管器站點，其特征在于，該清管器站點包含蓋以覆蓋使清管器能夠取出的開口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于，該清管器站點包含具有在兩端連接到循環(huán)環(huán)路的圓柱形孔的箱，該孔具有直徑大于循環(huán)環(huán)路的內(nèi)徑的中部，并且在該孔的外端部處的過渡部分中，孔的直徑變窄以便基本等于循環(huán)環(huán)路的內(nèi)部管徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器，其特征在于，對于該內(nèi)部孔的至少一部分，圓形橫截面的基本一半在該可拆卸蓋內(nèi)形成。
4.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求的反應(yīng)器，其特征在于，該清管器站點結(jié)合在循環(huán)環(huán)路的分支內(nèi)，并且該循環(huán)環(huán)路包含將清管器引向清管器站點的轉(zhuǎn)向器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的反應(yīng)器，其特征在于，該清管器站點結(jié)合在繞過驅(qū)動裝置的旁通管路內(nèi)。
6.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求的反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包含在該清管器站點后面的截止閥。
7.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求的反應(yīng)器，其特征在于，該內(nèi)部孔與水相進料器開放連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包含在清管器箱的水相進料器內(nèi)的截止閥。
全文摘要
一種聚合反應(yīng)器(1)，包含循環(huán)環(huán)路(2)，原料入口(3)，出口(5)，用于使反應(yīng)器裝料在該循環(huán)環(huán)路(2)內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動裝置(6)，以及用于貯藏、發(fā)射和接收清管器的清管器站點(7)。該清管器站點(7)包含蓋以覆蓋使清管器能夠取出的開口。該清管器站點(7)構(gòu)造成具有在兩端連接到循環(huán)環(huán)路的圓柱形孔的箱，該孔具有直徑大于循環(huán)環(huán)路的內(nèi)徑的中部。在該孔的外端部處的過渡部分，孔的直徑變窄以便基本等于循環(huán)環(huán)路的內(nèi)部管徑。在該內(nèi)部孔的至少一部分上，圓形橫截面的基本一半在該可拆卸蓋內(nèi)形成。
文檔編號B01J19/24GK101072636SQ200580038068
公開日2007年11月14日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者D·C·亞當斯 申請人:阿克佐諾貝爾國際涂料股份有限公司