《一种环形反应器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种环形反应器.pdf（6页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104162398 A (43)申请公布日 2014.11.26 C N 1 0 4 1 6 2 3 9 8 A (21)申请号 201410399568.5 (22)申请日 2014.08.14 B01J 19/24(2006.01) (71)申请人武汉捷沣联合胶粘科技有限公司 地址 430011 湖北省武汉市江岸区汉黄路 888号B区1号楼 (72)发明人郭黛妮 郭怡君 (74)专利代理机构武汉华旭知识产权事务所 42214 代理人周宗贵 刘荣 (54) 发明名称 一种环形反应器 (57) 摘要 本发明提供了一种环形管式反应器，至少包 括环管、加料泵以及循环泵，所。
2、述的环管由耐高温 高压的工程塑料或碳纤维复合材料制成，环管的 直径小于80mm，所述的环管上分段设置有用于补 充添加剂的进料口，所述的环管上设置有微波加 热系统，所述的微波加热系统包括控制器、数据 线以及通过数据线与控制器连接的环形微波加热 器，所述的环形微波加热器套在环管上，每段环管 上均套有环形微波加热器，且环形微波加热器的 长度与其所在的该段环管的长度相匹配，所述的 控制器中设有控制回路，控制回路通过数据线控 制各环形微波加热器的启闭以及功率大小。该环 形反应器在不增加投入成本的基础上，能够对反 应的各阶段进行独立温控，并且温度调节方便。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3。
3、页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104162398 A CN 104162398 A 1/1页 2 1.一种环形管式反应器，至少包括环管、加料泵以及循环泵，其特征在于：所述的环管 由耐高温高压的工程塑料或碳纤维复合材料制成，环管的直径小于80mm，所述的环管上分 段设置有用于补充添加剂的进料口，所述的环管上设置有微波加热系统，所述的微波加热 系统包括控制器、数据线以及通过数据线与控制器连接的环形微波加热器，所述的环形微 波加热器套在环管上，每段环管上均套有环形微波加热器，且环形微波加热器的。
4、长度与其 所在的该段环管的长度相匹配，所述的控制器中设有控制回路，控制回路通过数据线控制 各环形微波加热器的启闭以及功率大小。 权 利 要 求 书CN 104162398 A 1/3页 3 一种环形反应器 技术领域 0001 本发明提供了一种用于高分子水性乳液聚合的环形反应器，属于化工反应设备技 术领域。 背景技术 0002 在精细化工领域，高分子材料进行液相单相、液液相、气液相等多相反应过程时， 工业规模化生产多采用釜式反应器，反应釜内常设有搅拌(机械搅拌、气流搅拌等)装置。 在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。在反应过程中，物料加热或控制反应温度基本采用蒸 汽通入夹套、夹套内插入电热棒然后加。
5、热导热油、热水、热导热油在夹套内外循环等方式加 热，需要降温或冷却时，则多半采用冷水、冷导热油等方式降温或冷却。釜式反应器适用范 围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容，适合间歇式乳液聚合反应。但每次反 应过程都要经历投料加热控制温度反应反应结束升温降温出料清洗反 应釜的过程，再加上设备换热面积小，反应釜内温度不易控制，物料的停留时间也不一致， 因此，理论上应用效率较低。即使如此，现有技术进行高分子水性乳液聚合的反应器几乎全 部采用釜式反应器。 0003 然而从聚合理论上讲，高分子材料进行液相单相、液液相、气液相及加压等多相反 应过程，理想的置换流动反应器应该是环形的管式反应器。这种。
6、反应器体积较小，单位容积 的传热面积大，安全性高。聚合反应时，反应物的分子在反应器内停留时间相等，在反应器 内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化，聚合时反 应速度快、流速快慢可调，操作时可以通过控制反应停留时间、反应温度和压力，实现边进 料、边出成品的连续聚合反应，生产能力高，特别适用于热效应较大的聚合反应及大型化、 连续化的乳液聚合。遗憾的是，现有技术的环形反应器虽然从聚合理论讲上是一种理想的 高分子水性乳液聚合的设备，但在生产实践及应用实践中却反映出一些问题一直未能解 决。 0004 以乙烯醋酸乙烯乳液(VAE乳液)聚合反应为例，其在高压环形反应器进行聚合 。
7、工艺的过程是：首先将PVA、还原剂、缓冲剂等溶解在水中，制成水相，然后通过柱塞泵连续 注入到环管中，开启循环泵并分别注入单体相和引发剂，此时反应温度会自动升高至设定 值，通过循环冷却水系统实现温度的自动控制。再通入设定的乙烯，并通过出口备压阀调 整环管的压力至相应值(一般为49mPa)，乙烯通入0.5h后，从环管出料口出来的物料 达到稳定指标，即输送到另一容器中，进行残余单体的后处理或添加助剂等程序，合格后过 滤、出料、包装。从整个工艺过程看，各种物料一直恒速加入，反应均一稳定，整个聚合过程 非常理想，但是，细分析环形反应器的投资、投料、生产、成品应用的全过程，发现存在诸多 问题： 0005 。
8、一.乳液产品质量问题 0006 在乳液制成品各项物理指标检测都合格的情况下，采用环形反应器生产的VAE乳 液在实际应用时与高压反应釜所生产的产品进行对比，存在着溶剂增稠不显著，稍加水粘 说 明 书CN 104162398 A 2/3页 4 度就急剧下降的问题，这往往无法对该类VAE乳液进行改性加工； 0007 即使各项物理特性检测符合VAE乳液的出厂标准、但各项应用指标完全不能与高 压反应釜生产的VAE乳液相媲美。 0008 针对上述问题，将环形反应器与间歇式的釜式反应器的反应过程相比较发现，高 分子水性乳液在间歇式釜式反应器里聚合反应需要经历三个阶段，阶段I(成核与乳胶粒 生成阶段)：从聚合。
9、开始到胶束全部消失，随着乳胶粒数目的不断增加，聚合反应速率递 增；阶段II(乳胶粒生成阶段)：从胶束消失开始到单体液滴消失为止，此阶段乳胶粒数目 保持恒定，单体液滴不断向乳胶粒提供单体以维持单体浓度的稳定，聚合速率基本保持不 变；阶段III(聚合减速聚合反应完成阶段)：从单体液滴消失到聚合结束；在聚合反应的 实际控制中，以上三个不同阶段在间歇式釜式反应器内逐步聚合，每个阶段对温度的要求 都是不一样的(许多反应釜因为不使用可调速搅拌，且在滴加物料时采用的是自动流量计 控制流量的方式)，因此温度控制实际成为控制间歇式釜式反应器反应状态的最重要的手 段。 0009 反观现有技术的环形反应器聚合过程，。
10、各种物料一直都是恒速加入，因此聚合反 应物的分子在反应器内停留时间相等，在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速 度、反应温度都不随反应时间变化，只随循环水的温度发生变化，反应也均一稳定，循环水 的温度的高低几乎决定了管式乳液聚合过程的反应状态和结果，在这样的反应条件下，聚 合物乳胶粒的形成，实际上没有经历间歇式釜式反应器的三个阶段，因此环形反应器的乳 胶粒径与间歇式的釜式反应器的乳胶粒径相比分布较宽，溶剂难以增稠，加水粘度急剧下 降的问题与乳胶粒径分布较宽有很大的关系。 0010 二.设备投入的性价比优势不明显问题 0011 从环形反应器全过程中看，反应结束后出料口出来的物料还需要输送到。
11、另一带有 夹套、可升降温度、带有搅拌器的釜式容器中，才能进行残余单体的后处理并添加助剂混 配； 0012 环形反应器是靠冷热可调节的无离子水来控制环管内的温度升降和处理残余单 体的，而夹套式釜式容器需要通过热水或蒸汽提供热源，因此，锅炉及无离子水加热及温度 循环调节系统也必须同时配备； 0013 由以上分析看，环形反应器的诞生是因为体积较小，单位容积的传热面积大，安全 性高，而且特别容易实现生产的自动化、规模化、连续化，应该具有投资少，占地面积小的优 势，可是由于需要增加一台带有夹套、可升降温度、带有搅拌器的釜式容器配套进行后处 理，还另需要锅炉及无离子水加热及温度循环调节系统配套，因此设备投。
12、入的性价比优势 不明显； 0014 以上生产应用实践中反映出的两类问题，导致了环形反应器在生产实践中的鲜有 应用。 0015 当今市场竞争越来越激烈，现有技术的环形反应器边进料、边出成品的连续化生 产方式，特别适合全计算机控制的自动化规模生产，因此，解决现有技术的环形反应器存在 的制约其应用的问题，是企业界和科技界的愿望。 发明内容 说 明 书CN 104162398 A 3/3页 5 0016 本发明提供了一种环形反应器，解决了背景技术中的不足，该环形反应器在不增 加投入成本的基础上，能够对反应的各阶段进行独立温控，并且温度调节方便。 0017 实现本发明上述目的所采用的技术方案为： 001。
13、8 一种环形管式反应器，至少包括环管、加料泵以及循环泵，所述的环管由耐高温高 压的工程塑料或碳纤维复合材料制成，环管的直径小于80mm，所述的环管上分段设置有用 于补充添加剂的进料口，所述的环管上设置有微波加热系统，所述的微波加热系统包括控 制器、数据线以及通过数据线与控制器连接的环形微波加热器，所述的环形微波加热器套 在环管上，每段环管上均套有环形微波加热器，且环形微波加热器的长度与其所在的该段 环管的长度相匹配，所述的控制器中设有控制回路，控制回路通过数据线控制各环形微波 加热器的启闭以及功率大小。 0019 本发明所提供的环形反应器与现有技术相比有以下优点：本申请中环管的材质为 耐高温高。
14、压的工程塑料或碳纤维，而非现有技术中所采用的金属不锈钢，在环管的各段上 均对应的设置有环形微波加热器，因此环形微波加热器能够独立的对各段环管进行加热， 加热时间以及加热功率能够通过控制器进行控制、调节。与现有环形反应器用的循环冷、热 水加热与控制管内温度的方式相比，本申请所采用的环形微波加热器放射微波产生热量具 有选择和方向性强且可以同时里外贯穿加热水相液体的特点，同时微波加热后没有热传导 惯性，这个特点既可以节约4060的电能，并且更容易控制和操作。同时，在本发明中， 当环管的长度不够时，可适当增加环管长度，在条件受限制时可以两、三个环管串联使用。 环管上的各段设有的进料口能够根据不通的反应。
15、阶段来添加各类添加剂，如引发剂、乳化 剂、分子量调节剂等。 附图说明 0020 图1为本发明提供的环形反应器的结构示意图； 0021 图中：1-环管，2-进料口，3-环形微波加热器，4-数据线，5-控制器。 具体实施方式 0022 下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以 下实施例。 0023 本发明提供的环形反应器的结构如图1所示，至少包括环管1、加料泵以及循环 泵，图1中加料泵以及循环泵未显示。 0024 所述的环管1由耐高温高压的工程塑料或碳纤维复合材料制成，环管1的直径小 于80mm，所述的环管1上分段设置有用于补充添加剂的进料口2。 0025 所述的环管1上设置有微波加热系统，所述的微波加热系统包括控制器5、数据线 4以及通过数据线4与控制器5连接的环形微波加热器3，所述的环形微波加热器3套在环 管1上，每段环管1上均套有环形微波加热器3，且环形微波加热器3的长度与其所在的该 段环管1的长度相匹配，所述的控制器5中设有控制回路，控制回路通过数据线控制各环形 微波加热器的启闭以及功率大小。 说 明 书CN 104162398 A 1/1页 6 图1 说 明 书 附 图CN 104162398 A 。