在线连续检测设备和方法以及聚合反应系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及聚合物制备领域，公开了一种在线连续检测设备和方法以及聚合反应系统和方法。所述在线连续检测设备包括聚合物溶液入口(1)、溶剂入口(2)、混合装置(3)、在线折光仪(4)、在线压差和流量检测装置(5)以及稀释液出口管线(6)；待检测聚合物溶液和溶剂分别通过聚合物溶液入口(1)和溶剂入口(2)引入混合装置(3)中混合均匀，所得稀释液通过稀释液出口管线(6)引出，并分别通过在线折光仪(4)与在线压差和流量检测装置(5)测定所述稀释液的折射率、压差和流量，从而计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度。该在线连续检测设备精准度高，平稳性好，可长周期运行，对环境和操作人员不会造成任何危害。

Online continuous detection equipment and method, polymerization reaction system and method

The invention relates to the field of polymer preparation, discloses an on-line continuous detection device and method, and a polymerization reaction system and method. The on-line continuous detection equipment includes a polymer solution entrance (1), a solvent inlet (2), a mixing device (3), an on-line refractometer (4), an on-line pressure difference and flow detection device (5), and a diluent outlet pipeline (6), and the polymer solution and solvent are detected and the solvent inlet (1) and solvent inlet (2) are introduced to the mixing device (3). The mixture is evenly mixed, the diluted solution is extracted through the outlet pipeline of the diluent (6), and the refractive index, pressure difference and flow rate of the diluent are measured by on-line refractive index (4) and on-line pressure difference and flow detection device (5), thus the number of melt finger or Mooney viscosity of the polymer to be detected is calculated. The online continuous detection equipment has high accuracy, good stability, long period operation, and no harm to the environment and operators.

【技术实现步骤摘要】
在线连续检测设备和方法以及聚合反应系统和方法
本专利技术涉及聚合物制备领域，具体地，涉及一种在线连续检设备、一种聚合反应系统、一种在线连续检测方法以及一种聚合反应方法。
技术介绍
合成聚合物材料对于人民生活的重要性不言而喻，是支撑国民经济的重要组成部分。2014年，我国在聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS五大通用合成树脂上的产能约7540万吨/年，约占全世界产能的25％左右。在合成橡胶方面，中国为第一大合成橡胶生产国，产能超过500万吨/年，可生产七大合成橡胶(指丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶和丁基橡胶)及多种特种橡胶，这些橡胶被广泛用于生产轮胎、胶管、胶带、胶塞和密封材料等。对于聚合物材料而言，分子量大小对其性能影响至关重要，尤其是力学性能和加工性能。在聚合物生产中，合成树脂和合成橡胶通常分别用熔融指数和生胶门尼粘度值来间接表征产品分子量大小情况，并作为产品出厂的一个最重要的指标。对于不同的聚合物材料以及不同的应用领域，都有一个合适范围的熔融指数或生胶门尼粘度，超过合适范围均无法使用，同时熔融指数或生胶门尼粘度波动范围越窄，其产品等级越高。以顺丁橡胶BR9000为例，国标GB/T8659规定其合格品的生胶门尼粘度为45±7，一等品为45±5，优级品则为45±4。随着精细化生产要求逐渐提高，优级品已不能满足如今部分下游应用领域需求，下游企业提出将生胶门尼粘度值控制在45±3或更窄的范围中。这对聚合物生产企业的产品质量控制提出了更高的要求。目前在几乎所有的聚合物生产装置上，熔融指数和生胶门尼粘度值都依靠离线取样测试来控制。以合成橡胶装置为例，具体操作为人工从装置管线上取出聚合物溶液，经凝聚、干燥后制得样品，采用门尼粘度仪测定结果。这种方式存在很多弊端，主要包括：(1)结果滞后。从取样到获得结果通常需要1小时或更长时间，生产上无法根据结果实时调节工艺条件。(2)取样间隔长。由于需要人工采样，考虑人工成本和现实情况，无法密集取样，取样间隔通常都在1小时以上。以上两个弊端都使得高分子化工生产很难做到精确控制，无法将不同批次的产品熔融指数或生胶门尼粘度值控制在一个较窄的范围内。(3)环境污染。取样和制样操作中，无可避免会对环境和人员构成危害。采用在线连续检测设备是解决离线检测问题最好的途径。中国专利申请200810018135.5公开了一种石油树脂聚合物料粘度在线连续检测方法，该方法采用安装在管道上的各类检测仪表采集现场数据，通过预先设定在计算机内的模型计算出物料的粘度，检测结果精确可靠，滞后时间小。再如中国专利申请201010192854.6公开了一种乳聚丁苯橡胶转化率在线检测装置，该装置利用垂直测量管的压差、温度和环境温度三个数据组建计算公式，实时获得转化率数据。然而，对于溶聚聚合物材料而言，由于生产时大分子溶解在溶剂中，其溶液粘度通常较高。如顺丁橡胶BR9000生产过程中的溶液粘度一般在5000mPa·s以上，稀土顺丁橡胶和异戊橡胶的粘度更是超过10000mPa·s。如此高溶液粘度的橡胶胶液易粘附器壁，异戊橡胶、顺丁橡胶聚合反应中易产生凝胶，这给在线检测仪器尤其是在线粘度检测仪器的稳定可靠运行造成了困难。对于旋转式在线粘度计而言，第一，胶液粘附会影响其准确度；第二，凝胶易堵塞检测腔室，造成粘度检测仪无法稳定可靠运行；第三，旋转式在线粘度计腔室内粘附的胶清洗难度大，清洗后需重新调零，影响装置连续生产。振动式在线粘度计工作的剪切频率较高，处于聚合物的第二牛顿区，因而在聚合物稀浓度条件下对聚合物的分子量和粘度不敏感，检测值随反应进程或者工况变化的差别较小，粘度数据的偏差和有效数字可能无法准确计算门尼粘度值进而反映其变化情况。若减小溶剂稀释度，提高检测系统的聚合物浓度又易阻塞泵、在线折光仪及管路连接弯头等位置，造成在线检测系统无法长期运行甚至仪器损坏。这是制约在线熔融指数或门尼粘度检测系统的一对矛盾。
技术实现思路
为了解决现有的在线检测熔融指数和门尼粘度设备中的上述矛盾，本专利技术提供了一种新的在线连续检测设备、一种聚合反应系统、一种在线连续检测方法以及一种聚合反应方法。具体地，本专利技术提供了一种在线连续检测设备，其中，该设备包括混合装置、设置在所述混合装置上的聚合物溶液入口和溶剂入口以及稀释液出口管线、设置在所述稀释液出口管线上的在线折光仪以及在线压差和流量检测装置；待检测聚合物溶液和溶剂分别通过所述聚合物溶液入口和溶剂入口引入所述混合装置中混合均匀，所得稀释液通过所述稀释液出口管线引出，并在引出的过程中通过所述在线折光仪测定所述稀释液的折射率，同时通过所述在线压差和流量检测装置测定所述稀释液流经所述在线压差和流量检测装置前后的压差、并测定或限定所述稀释液的流量，接着通过折射率、压差和流量计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度。本专利技术还提供了一种聚合反应系统，该聚合反应系统包括聚合釜，其中，该聚合反应系统还包括上述在线连续检测设备，所述聚合釜引出的聚合物溶液通过所述聚合物溶液入口引入所述混合装置中。本专利技术还提供了一种在线连续检测方法，其中，该方法包括将待检测聚合物溶液采用溶剂进行稀释，并分别测定所得稀释液的折射率n、压差ΔP和流量Q，然后按照式(1)计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度：A为待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度，n为稀释液的折射率，n0为溶剂的折射率，ΔP为稀释液流经一段内径固定的管道前后的压差，Q为流经所述管道的稀释液的流量，k、x、y为与待检测聚合物和溶剂的种类、管道的尺寸以及检测压差和流量的装置有关的参数，当所述待检测聚合物和溶剂种类、管道的尺寸以及检测压差和流量的装置确定的条件下，k、x、y为固定值；式(1)为数值计算公式，当A为待检测聚合物的熔融指数时，ΔP的单位为Pa，Q的单位为mL/min，n、n0、k、x、y均无单位，A值的单位为g/10min；当A为待检测聚合物的门尼粘度时，ΔP的单位为Pa，Q的单位为mL/min，n、n0、k、x、y均无单位，A值无单位。本专利技术还提供了一种聚合反应方法，该方法包括将单体进行聚合反应，并在聚合反应过程中通过上述在线连续检测方法连续检测聚合物的熔融指数或门尼粘度。本专利技术的专利技术人通过深入的研究后发现，通过由在线折光仪测定的折射率n、由所述在线压差和流量检测装置测定的压差ΔP和流量Q即可计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度A，具体关系为：其中，A、k、x、y、ΔP、Q、n、n0对应的含义如上所述。此外，本专利技术提供的在线连续检测设备精准度高，平稳性好，可长周期运行，对环境和操作人员不会造成任何危害。本专利技术提供的在线连续检测方法利用在线仪表采集数据，可实时计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度，特别适用于对溶聚合成聚合物的实时检测，极具工业应用前景。此外，本专利技术提供的在线连续检测设备的清洗极其方便，能适应聚合过程中橡胶胶液粘附及有可能产生凝胶的复杂条件。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术提供的在线连续检测设备的一种具体实施方式。附图标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线连续检测设备，其特征在于，该设备包括混合装置(3)、设置在所述混合装置(3)上的聚合物溶液入口(1)和溶剂入口(2)以及稀释液出口管线(6)、设置在所述稀释液出口管线(6)上的在线折光仪(4)以及在线压差和流量检测装置(5)；待检测聚合物溶液和溶剂分别通过所述聚合物溶液入口(1)和溶剂入口(2)引入所述混合装置(3)中混合均匀，所得稀释液通过所述稀释液出口管线(6)引出，并在引出的过程中通过所述在线折光仪(4)测定所述稀释液的折射率，同时通过所述在线压差和流量检测装置(5)测定所述稀释液流经所述在线压差和流量检测装置(5)前后的压差、并测定或限定所述稀释液的流量，接着通过折射率、压差和流量计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度。

【技术特征摘要】
1.一种在线连续检测设备，其特征在于，该设备包括混合装置(3)、设置在所述混合装置(3)上的聚合物溶液入口(1)和溶剂入口(2)以及稀释液出口管线(6)、设置在所述稀释液出口管线(6)上的在线折光仪(4)以及在线压差和流量检测装置(5)；待检测聚合物溶液和溶剂分别通过所述聚合物溶液入口(1)和溶剂入口(2)引入所述混合装置(3)中混合均匀，所得稀释液通过所述稀释液出口管线(6)引出，并在引出的过程中通过所述在线折光仪(4)测定所述稀释液的折射率，同时通过所述在线压差和流量检测装置(5)测定所述稀释液流经所述在线压差和流量检测装置(5)前后的压差、并测定或限定所述稀释液的流量，接着通过折射率、压差和流量计算出待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述在线压差和流量检测装置(5)包括一段内径固定的管道、用于测定所述管道两端压差的压力检测仪以及用于测定流经所述管道的稀释液流量的流量仪；或者，所述在线压差和流量检测装置(5)包括一段内径固定的管道、用于测定所述管道两端压差的压力检测仪以及用于以固定流量推动所述稀释液流经所述管道的恒流泵；优选地，所述管道为直管或者弯管，所述压力检测仪为差压计、差压变送器或者压力计；优选地，所述管道的尺寸使得所述压力检测仪的分辨率小于所得压差值的1％。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，该设备还包括数据采集及处理单元(8)，所述在线折光仪(4)以及所述在线压差和流量检测装置(5)分别与所述数据采集及处理单元(8)连通，所述数据采集及处理单元(8)根据所述在线折光仪(4)与所述在线压差和流量检测装置(5)测定的折射率、压差和流量按照式(1)计算出所述待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度：A为待检测聚合物的熔融指数或门尼粘度，n为所述在线折光仪(4)测得的折射率，n0为溶剂的折射率，ΔP、Q分别为所述在线压差和流量检测装置(5)测定的压差、测定或限定的流量，k、x、y为与待检测聚合物和溶剂的种类以及在线压差和流量检测装置(5)有关的参数，当所述待检测聚合物和溶剂种类以及在线压差和流量检测装置(5)确定的条件下，k、x、y为固定值；式(1)为数值计算公式，当A为待检测聚合物的熔融指数时，ΔP的单位为Pa，Q的单位为mL/min，n、n0、k、x、y均无单位，A值的单位为g/10min；当A为待检测聚合物的门尼粘度时，ΔP的单位为Pa，Q的单位为mL/min，n、n0、k、x、y均无单位，A值无单位。4.根据权利要求3所述的设备，其中，k、x、y按照如下方法预先测定：选用三个A已知且不同的聚合物，这三种聚合物的种类均与待检测聚合物的种类相同，然后用同一种溶剂分别将这三种聚合物溶解或稀释成不同或相同浓度，测得三组不完全相同的A、n、ΔP和Q值，接着将这三组A、n、ΔP和Q值代入k、x、y待定的式(1)中，即可计算得到k、x、y；或者，选用一个A已知的聚合物，该聚合物的种类与待检测聚合物的种类相同，然后用同一种溶剂溶解或稀释成三种浓度不同的稀释液，测得三组不完全相同的A、n、ΔP和Q值，接着将这三组A、n、ΔP和Q值代入k、x、y待定的式(1)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪泊，罗俊杰，赵姜维，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11