制备聚合物的连续法中减少反应器表面聚合物结垢方法技术

公开一种在换热器内连续制备聚合物的方法。控制反应器内加料单体和聚合物的量使反应器的结垢降至最小。还公开使用蒸汽控制反应混合物的温度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制备聚合物的连续法，具体涉及制备聚合物连续法中减少反应器表面的聚合物结垢方法。一般以批量加工来大规模制备聚合物。批量加工要花几个小时，某些情况下超过8小时将一种或多种单体反应剂加入反应器，进行聚合反应，冷却所得聚合物，取出聚合物，清洗反应器。批量加工所需要的装置一般包括多个容纳直到75000升的反应器，每个反应器要花费百万美元以上。为了改进批量加工的不足，已开发了连续聚合方法。连续聚合方法比批量加工的效率高。在连续方法中，单体和其他反应剂连续加入并通过反应器，与此同时，从反应器连续取出聚合物。连续方法每天能利用较小的更便宜的反应器制造更多的产品。利用带连续搅拌的箱式反应器或管式反应器是两种类型的连续加工方法。两种方法都在反应器表面受聚合物污垢影响。这种聚合物污垢造成要关闭反应器来清洗其表面。清洗工作因减少生产时间而价格昂贵。共同待批申请US60/068177(申请号)公开一种连续制备聚合物的方法，包括将含有至少一个单体的反应混合物连续加入至少一个非圆筒状管道，通过将没有露出含有至少一个单体的反应混合物的非圆筒状管道的表面暴露到温度控制介质的方式来连续控制非圆筒状管道的温度，在至少一个非圆筒状管道内聚合单体并从至少一个非圆筒状管道连续取出聚合物。使用非圆筒状管道同连续搅拌箱式反应器或管式反应器相比，减少了反应器表面上的聚合物污垢。即便使用非圆筒状管道能减少聚合物污垢，仍未消除聚合物污垢。因此，需要一种改良连续制备聚合物的方法，从而减少在反应器表面上的聚合物污垢。我们发现，控制加入容纳聚合物反应器的单体比例可以减少在反应器表面上形成聚合物污垢。本专利技术提供一种连续制备聚合物的方法，包括将含有至少一个单体的至少一个反应混合物连续加入至少一个非圆筒状管道；通过将没有暴露在反应物中的非圆筒状管道表面暴露到温度控制介质中连续控制非圆筒状管道的温度；在至少一个非圆筒状管道内聚合单体；将聚合物从至少一个非圆筒状管道连续取除；其中控制含有至少一个单体的至少一个反应混合物加到至少一个容纳聚合物的非圆筒状管道的加入速度，以使至少一个非圆筒状管道内单体的量不超过至少一个非圆筒状管道内聚合物能溶胀的量。“非圆筒状”意指任何一种形状，同圆筒状相比，在给定长度时暴露反应剂的表面面积更大。合适的非圆筒状管道的形状例如是卵形，椭圆形，正方形，三角形和扁平形。可将没有暴露在含有至少一个单体的反应混合物中的一个或多个非圆筒状管道表面暴露到温度控制介质。温度控制介质可以是一种固体，气体或液体。可以通过简单将非圆筒状管道暴露到空气的方式应用一般的气体介质。液体介质例如是水，盐水，或诸如乙二醇，二乙二醇，丙二醇，二丙二醇等的二醇溶剂。固体介质可以是例如一种电加热金属板。优选温度控制介质是液体。可在任何温度实施该方法。温度范围一般在0-350℃，优选1-200℃，更优选3-100℃。可在真空到低于25mm Hg或者直至5000psi压力下实施该方法。该方法中通过管道的流速范围是50mL/分钟至750L/分钟。可用本领域公知的方法将非圆筒状管道浸入温度控制介质，例如简单地裸露在空气中，将其放入通风烘箱中或者放入含有液体或固体温度控制介质槽中。然而优选的是温度控制介质经单独的交替系统流到含有至少一个单体流的反应混合物的非圆筒状管道中。交替方式意指一个系统含有温度控制介质，而下一个非圆筒状管道中有含有至少一个单体的反应混合物流。非圆筒状管道可以分享一种共有壁，或者非圆筒状管道可以有单独的壁，只要非圆筒状管道靠在一起足够紧密能够对聚合单体提供充分的温度控制。另一种优选的是温度控制介质流与含有至少一个单体的反应混合物流相反流动以便达到最大的换热。当至少两个非圆筒状管道串联或并联连接并且至少两种反应混合物加入分开的非圆筒状管道时，必须设定第一个非圆筒状管道的温度不同于随后的非圆筒状管道温度。这种情况下可利用上述温度控制介质和方法。在含有至少一个单体的混合物中加入至少一个非圆筒状管道之前应将其加热也可能是必须的。也可利用上述温度控制介质来加热含有至少一个单体的混合物。含有至少一个单体的反应混合物一般应当储存在加热的容器内并能加入至少一个非圆筒状管道。在加热的容器内储存含有至少一个单体的反应混合物所伴随的问题是，在加热的容器内而不是在至少一个非圆筒状管道中要发生起始聚合。我们发现，在开始加入一个或多个非圆筒状管道时能使用蒸汽或感应加热方式来加热含有至少一个单体的反应混合物。这在多级反应器中特别有用，其中，含有至少一个单体的第一反应混合物加入第一个非圆筒状管道。第一反应混合物流出第一个非圆筒状管道并进入随后的非圆筒状管道的管路。含有至少一个单体的后续反应混合物加入第一个和后继非圆筒状管道之间的管路。在第一个和后继非圆筒状管道之间的管路中加热该后续反应混合物。这就是熟知的级间加热。向系统供热有许多方法，它们取决于能量通过系统壁转移，系统壁处于温度高于加工材料所建立的位置。这将造成系统结垢。我们发现通过蒸汽或感应加热使后续反应混合物被(中间)级间加热就能避免这个问题。就级间加热而言，可通过本领域公知方法将蒸汽加入含有至少一个单体的反应混合物，例如使用管道换热器的管路注入蒸汽。当使用蒸汽加热含有至少一个单体的反应混合物时，在含有至少一个单体的初始反应混合物中的水量(含有至少一个单体的反应混合物加入非圆筒状管道之前)必须减少，使该量等于通过蒸汽带入含有至少一个单体的反应混合物的水量。使用蒸汽加热含有至少一个单体的反应混合物的一个优点是能防止结垢，亦即如果含有至少一个单体的“冷”反应混合物加入“热”非圆筒状管道所产生的污垢。所谓“冷”意指含有至少一个单体的至少一个反应混合物其温度比至少一个非圆筒状管道的温度要低4℃或更低。所谓“热”意指至少一个非圆筒状管道的温度位于或高于发生聚合的温度，例如50℃或更高。在反应混合物加入至少一个非圆筒状管道时即将进入至少一个非圆筒状管道之前使用蒸汽加热的另一个优点是，在至少一个非圆筒状管道内于所要求的温度发生聚合反应。这就使本方法更有效而且产品质量更好。非圆筒状管道的宽度和含有至少一个单体的反应混合物与非圆筒状管道表面的接触，应使含有至少一个单体的反应混合物与非圆筒状管道表面之间发生有效的换热，以便造成单体的聚合。另外，同圆筒状反应器相比，对给定长度而言，由于含有至少一个单体的反应混合物暴露更大的表面区域，含有至少一个单体的反应混合物在非圆筒状管道中比在圆筒状反应器中的停留时间更短，就能有效地换热并得到可比的聚合物产物。适宜形成非圆筒形状并在温度控制介质中暴露时能够提供有效换热的任何材料都可构成非圆筒状管道。这种材料例如是诸如聚碳酸酯和聚丙烯的塑料，不锈钢类304和316，钛，蒙乃尔合金，耐热镍铬铁合金825，哈斯特洛伊蚀镍基耐蚀耐热合金C，磷青铜和铜镍合金等。另外，露出含有至少一个单体的反应混合物的非圆筒状管道部分可用诸如石墨或聚四氟乙烯类的材料涂覆，以便有助于流动。使用一个以上的非圆筒状管道时，非圆筒状管道长度可相同或不同，并且可串联或并联。每个非圆筒状管道可在不同的反应条件下操作，例如不同的温度压力条件。含有至少一个单体的反应混合物加入并流经非圆筒状管道，优选与温度控制介质交替流过。在聚合物“长出”时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备聚合物的方法，包括：将含有至少一个单体的至少一个反应混合物连续加入到至少一个非圆筒状管道中；通过将没有暴露到反应剂中的非圆筒状管道表面暴露到温度控制介质中的方式连续控制非圆筒状管道的温度；在至少一个非圆筒状管道内聚合 单体；和从至少一个非圆筒状管道连续取出聚合物；其中控制含有至少一个单体的至少一个反应混合物加入到至少一个容纳聚合物的非圆筒状管道中的加料速度，以使至少一个非圆筒状管道内单体的量不超过至少一个非圆筒状管道内聚合物能溶胀的量。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：DM麦克法登，RSH吴，
申请(专利权)人：罗姆和哈斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]