生产聚氯乙烯的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了生产聚氯乙烯的系统和方法。所述方法包括在至少一个高剪切混合装置中将氯乙烯溶液与引发剂溶液混合，以形成聚合混合物，所述高剪切混合装置包括至少一个转子/定子组，所述转子/定子组产生至少5.1m/sec(1000ft/min)的转子尖端速度；和使所述混合物通过自由基聚合作用聚合，以形成聚氯乙烯。所述聚合混合物可以经历包括约20℃-约230℃的温度范围的自由基聚合条件。在一些实施方案中，所述高剪切混合装置产生至少20,000s-1的剪切速率。本发明专利技术还公开了用于实施所示方法的系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及氯乙烯液相聚合以形成聚氯乙烯。更具体地，本专利技术涉及用于生产聚氯乙烯的装置和方法，其采用了反应物的高剪切混合。
技术介绍
聚氯乙烯(PVC)是一种热塑性聚合物，广泛用于生产各种民用产品，包括建筑材料、铅锤管、服装、室内装饰、地板和乙烯基录音带，仅举几个例子。PVC通过使用单体可溶的引发剂或催化剂进行氯乙烯单体的自由基聚合来合成。一些已知的引发剂是偶氮二异丁腈、叔丁基氢过氧化物、月桂酰过氧化物、过氧苯甲酰和异丙基过氧化二碳酸酯。一批悬浮液制备物一般包含约O. 01到I. O重量％的氯乙烯单体，pH为约7-9。如下开始聚合，将引发剂溶解在单体溶液中并在约35-75°C的温度范围加热约2-12小时，并且持续搅拌反应物。该过程在一个分解的氢原子连接于PVC链末端的不成对电子上时、或者在碳原子通过被称为歧化(其产生游离的氢原子)的过程形成双键时结束。氯乙烯单体的自由基聚合一般被认为是目前合成PVC的最容易和最经济的方法，尽管该聚合过程也可能在聚合物中产生杂质和缺陷。由于自由基聚合的不可预测的性质，有时碳-氢键断开，而不只是单体的碳-碳键断开，导致在生长的聚合物链上的碳-氢键断开的多个位置出现支链。与一些PVC合成反应有关的另一个挑战是有时在聚合反应停止之后有一定量的未聚合的单体剩余。许多现有技术的用于生产聚氯乙烯的方法和生产设施还有各种限制，例如质量流限制、产品产率、工厂规模和能量消耗。因此，持续需要开发出改善从氯乙烯单体的自由基聚合生产聚氯乙烯的选择性和收率的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的某些实施方案，提供了生产聚氯乙烯的方法。所述方法包括在高剪切混合装置中将氯乙烯溶液与引发剂溶液混合以形成聚合混合物，所述高剪切混合装置包含至少一个转子/定子组，产生至少5. lm/sec(l, 000ft/min)的转子尖端速度；和使所述混合物通过自由基聚合作用聚合为聚氯乙烯。在一些实施方案中，所述聚合混合物经历自由基聚合条件，包括约20-约230°C的温度范围。在一些实施方案中，所述高剪切混合装置产生至少20，OOOs 1的剪切速率。根据本专利技术的另一个实施方案，提供了包含高剪切混合装置的系统，所述高剪切混合装置包含至少一个转子/定子组，其被配置为产生至少5. lm/sec(l, 000ft/min)的转子尖端速度；与所述高剪切混合装置的进口流体连通的泵；和与所述高剪切混合装置的出口流体连通并被配置用于保持预定压力和温度的容器。在一些实施方案中，所述高剪切混合装置产生至少20，OOOiT1的剪切速率。这些和其它实施方案和可能的优点通过以下详细说明和附图而显而易见。附图说明图I是根据本专利技术的一个实施方案，生产聚氯乙烯的方法的工艺流程图。图2是在图I的系统的实施方案中所使用的多级高剪切装置的纵向截面图。专利技术详述本专利技术的用于通过氯乙烯的液相自由基聚合生产聚氯乙烯(PVC)的方法和系统 采用了外部的高剪切机械装置，用来在高剪切混合器装置和/或单独的反应器中在受控环境下提供化学成分的快速接触和混合。所述高剪切装置降低了对反应的传质限制并由此提高总的反应速率。涉及液体、气体和固体的化学反应依赖于涉及时间、温度、和压力的动力学定律来决定反应速率。如果期望使不同相的两种或更多种原材料(例如，固体和液体；液体和气体；固体、液体和气体)反应，则控制反应速率的一个限制性因素涉及反应物的接触时间。在非均相催化反应的情况中，有另一个速率限制因素，即，从催化剂的表面移除反应的产物以使催化剂催化另外的反应物。反应物和/或催化剂的接触时间经常由混合来控制，所述混合为化学反应中所涉及的两种或更多种反应物提供接触。均相反应也可以受益于高剪切混合，如本文中公开的，通过至少提供在反应器内的均匀的温度分布和使可能的副反应减到最少。因此，在一些实施方案中，本文中描述的高剪切过程促进均相化学反应。本文中所述的包括外部高剪切装置或混合器的反应器组件使得有可能降低传质限制，并从而允许反应更紧密地接近动力学极限。当反应速率被加速时，可以缩短停留时间，从而增加可获得的处理量。由于该高剪切系统和方法，可以提高产品产率。作为选择，如果现有工艺的产品产率是可接受的，则通过并入适合的高剪切来缩短所需的停留时间使得可使用比常规工艺更低的温度和/或压力。在一些情况中，还有可能减小反应器尺寸，同时保持相同的产品产率。用于生产聚氯乙烯的系统下面参考图I描述高剪切系统，图I是工艺流程图，显示了用于通过相应单体的催化聚合来生产聚氯乙烯的高剪切系统I的实施方案。该系统的基础部件包括外部的高剪切混合装置(HSD)40、容器10、和泵5。如图I中所示，所述高剪切装置位于容器/反应器10以外。这些部件的每一个都在下文进行更详细的描述。管道21连接于泵5，用于引入氯乙烯单体溶液。管道13将泵5连接于HSD 40,管道18将HSD 40连接于容器10。管道22连接于管道13，用于引入处于适合的溶剂中的引发剂(例如，有机过氧化物)或催化剂。管道17连接于容器10，用于除去排出气体。如果需要，可以在容器10和HSD 40之间、或者在泵5或HSD 40的前面并入额外的部件或工艺步骤(例如，未反应单体的再循环)。高剪切混合装置。外部的高剪切混合装置(HSD)40有时也称为高剪切混合器，被配置用于经由管道13接收进口物流，包括单体和引发剂物流。作为选择，HSD 40可以配置用于经由单独的进口管道(未示出)接收单体和引发剂物流。尽管图I中仅示出了一个高剪切装置，应该理解，该系统的一些实施方案可以具有以串联流或并联流布置的两个或更多个高剪切混合装置。HSD 40是一种机械装置，其利用了一个或多个发生器，所述发生器包括转子/定子组合，每个组合在定子和转子之间具有固定的缝隙。HSD 40被配置为使得其能够产生亚微米(即，直径小于I微米)和微米级的包含催化剂的粒子在流过混合器的液体介质中分散的分散体。所述高剪切混合器包括壳体或外壳，以便可以控制反应混合物的压力和温度。高剪切混合装置一般根据它们混合流体的能力分为三大类。混合是使流体内的粒子或非均相物质的尺寸减小的过程。混合的程度或彻底性的一个度量是混合装置产生的、用于破坏流体粒子的每单位体积的能量密度。所述分类根据传递的能量密度的不同而不同。具有充分的能量密度以便不断地产生粒子尺寸在亚微米到50微米范围内的混合物或分散体的工业混合器的三个种类包括均化阀系统、胶体磨和高速混合器。在被称为均化阀 系统的高能量装置的第一类别中，将待处理的流体在非常高的压力下泵送通过具有窄缝隙的阀进入较低压力的环境中。跨阀压差以及所得的涡流和空化作用将流体内的任何粒子进行破碎。这些阀系统最通常用于乳的均化，并且可以产生0-1微米范围的平均粒子尺寸。能量密度谱的相对端是被称为低能量装置的第三类装置。这些系统通常具有在待处理的流体的容器中以高速转动的桨或流体转子，所述流体在许多更常见的应用中是食品。当在被处理流体中的粒子或气泡的尺寸大于20微米可被接受时，这些低能量系统通常被使用。就被递送至流体的混合能量密度而言，介于低能量高剪切装置和均质阀系统之间的是胶体磨，其被分在中间能量装置类别内。典型的胶体磨构造包括锥形的或碟形的转子，该转子以被密切控制的转子-定子缝隙与互补的液冷式定子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿巴斯·哈桑，易卜拉西姆·巴盖尔扎德，雷福德·G·安东尼，格雷戈里·博尔西格，阿齐兹·哈桑，
申请(专利权)人：HRD有限公司，
类型：发明
国别省市：