一种生产悬浮法聚氯乙烯的聚合反应器

摘要

本发明公开了一种悬浮法聚氯乙烯的生产方法和聚合反应器。本发明采用两根内冷管和搅拌装置的组合，能够同时产生径向流动和轴向流动，能够得到最佳的剪切力和循环次数，生产的聚氯乙烯树脂，其粒经分布最适合后加工的生产。由于本发明全面调整了反应器的结构，包括搅拌桨和挡板，体系的混合—分散性能得到显著改善。反应物料迅速有效地分散，颗粒分布均匀，由于局部不均匀区消失，整个反应空间得到更有效的利用，提高反应器的生产强度，降低了物耗和能耗。使产品最适合后加工的生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氯乙烯的反应器，具体地说，涉及以氯乙烯(VC)为单体，以水为介质，在催化剂作用下，通过悬浮法，将氯乙烯单体聚合成聚氯乙烯的反应器，特别涉及聚合反应器中的搅拌装置和设置在反应器中的挡板。

背景技术

氯乙烯单体的悬浮法聚合反应为一种复杂反应，所谓悬浮法PVC生产是指溶有引发剂的氯乙烯单体(VCM)，搅拌作用下在水中分散成液滴状，并悬浮于水中进行聚合。在水中溶有分散剂，使VCM能均匀而稳定地悬浮分散于水相中，并防止聚合过程中聚合物——单体粒子粘并。

不溶于水的单体和水在一起，在搅拌作用下，经液液分散，单体呈液滴状分散相，悬浮在分散介质水中。在搅拌作用下液滴可以继续分散成小液滴，也可以凝并成大液滴。到一定时候，分散和凝并构成动态平衡，液滴平均直径趋向一定数值，分散剂的存在将使体系的表面张力降低，有利于液滴的分散，同时由于分散剂有一定保胶功能，也可防止一定转化率下聚合物——单体粒子的粘结。液滴和以后聚合物粒子的大小与搅拌强度、分散剂组合等有关。

氯乙烯悬浮聚合除了遵循悬浮聚合的一般规律外，还具有沉淀聚合的特征，聚氯乙烯树脂颗粒可以呈透明球形，也可以呈表皮多褶皱，内部多孔的疏松树脂，这与颗粒表面分散剂皮膜强度和性质有关。在聚氯乙烯后加工过程中，常配有增塑剂、热稳定剂以及其它多种助剂。为了便于增塑剂的吸收、树脂的塑化和改进制品的性能，各国都竞相开发适应需要的PVC新品种。除了分散剂的选择和复合使用成为主要研究课题外，搅拌混合和液液分散对聚氯乙烯颗粒特性的影响是氯乙烯悬浮聚合反应工程中的另一条主线，也是各国有关专利的主要内容。

搅拌作用影响到PVC颗粒的粒径和粒径分布、空隙率及其相关性质。在聚合釜内，设置挡板，会改变物料的流动情况。实践和理论研究均证明，反应器中的混合状态将直接影响聚合反应的效率和产品的质量，对于不同容积的聚合反应器，应当具有特定结构的搅拌装置和挡板，设计一种能够对反应物料进行充分混合的氯乙烯悬浮聚合反应器已成为众多科学家所追求的目标。

国内从上世纪70年代末引进过日本127米³反应釜，仅用一块直立平板作挡板，挡板系数低，解决不了搅拌时的固体旋转部。70年代起也有自主开发的30米³釜，采用8根内冷管作挡板，有利于传热，但结构复杂，釜内构件太多，对清釜与防粘釜技术应用带来困难。80年代末曾引进美国70米³釜，采用4根内冷管，一则釜太小，其次，内冷管也多，仍难以实现清洁釜的要求，因此，开发研究一种能够适用于容积120～140米³的氯乙烯悬浮聚合反应器，是产业部门十分期望的。

发明内容

本发明需要解决的技术问题之一是公开一种生产悬浮法聚氯乙烯的聚合反应器，以克服现有技术存在的不能用于容积为120～140米³的氯乙烯悬浮聚合反应缺陷；

本发明需要解决的技术问题之二是提供一种悬浮法聚氯乙烯的生产方法。

为了能够使反应器能够适用于容积为120～140米³的氯乙烯悬浮聚合，本发明对传统的反应器的结构，包括搅拌装置和挡板进行了全面的优化调整，该反应器包括：

一个顶部设有物料入口、底部设有出料口的圆筒形立式压力容器；

一个轴向安装在所述的压力容器中的搅拌装置，本发明采用的搅拌装置包括一个轴向安装在反应器中的搅拌轴和设置在搅拌轴上的三层斜桨式搅拌桨，每层搅拌桨设有三个圆弧形且与搅拌轴具有夹角α的桨叶；

设置在压力容器外的外冷却盘管；

垂直设置在压力容器内的且与反应器内壁留有间隙δ的两根内冷管，其上端与压力容器上部的冷却介质入口相连接，其下端与压力容器下部的冷却介质出口相连接，所述内冷管兼作挡板，该内冷管的直径为反应器内径的0.04～0.07倍，本发明将内冷管兼作挡板，既减小系统阻力，节省能耗，同时又能够强化传热效果。

本发明采用两根内冷管和所说的搅拌装置的组合，能够同时产生径向流动和轴向流动。将得到最佳的剪切力和循环次数，生产的聚氯乙烯树脂，其粒径分布最适合后加工的生产。

由于本发明全面调整了反应器的结构，包括搅拌桨和挡板，体系的混合一分散性能得到显著改善。反应物料迅速有效地分散，颗粒分布均匀，由于局部不均匀区消失，整个反应空间得到更有效的利用，提高反应器的生产强度，降低了物耗和能耗。

附图说明

图1为本发明的反应器的总体结构示意图。

图2为图1中的A---A向示意图。

具体实施方式

见图1和图2，本发明的聚合反应器包括：

一个顶部设有物料入口2、底部设有出料口3的圆筒形立式压力容器1，圆筒形立式压力容器1的容积为120～140米3，高度与内径的比例为：高度∶内径＝10.4～0.6；

一个轴向安装在所述的压力容器1中的搅拌装置，本发明采用的搅拌装置包括一个轴向安装在反应器1中的搅拌轴4和设置在搅拌轴4上的三层斜桨式搅拌桨，每层搅拌桨设有三个圆弧形且与搅拌轴4具有夹角α的桨叶5；α＝13～18°，桨叶5的弧度γ为90～110，桨叶5的宽度H为400～600mm，桨叶5的长度L为反应器1的内径的0.4～0.6；

设置在压力容器外的外冷却盘管6；

垂直设置在压力容器内的且与反应器内壁留有间隙δ的两根内冷管7，其上端与压力容器1上部的冷却介质入口8相连接，其下端与压力容器1下部的冷却介质出口9相连接，所述内冷管7兼作挡板，该内冷管7的直径为反应器内径的0.04～0.07，间隙δ为反应器1的内径的4.8～8.0％，本发明将内冷管兼作挡板，既减小系统阻力，节省能耗，同时又能够强化传热效果；

悬浮法聚氯乙烯即可在上述的反应器中，在反应温度为50～65℃，反应压力为0.7～1.3MPa的条件下进行，将氯乙烯单体，分散剂、助剂、水及催化剂等从反应器1上部的物料入口2加入反应器1，反应产物通过出口3引出。其具体的工艺步骤和工艺条件在许多专利以及有关的文献中已经有公开的报道。分散剂、助剂和催化剂等也在许多文献中有报道。

采用上述的方法悬浮法制备聚氯乙烯，由于搅拌装置的合理设计，挡板与搅拌装置之间的匹配、协调，不仅使混合时间缩短，颗粒悬浮，而且更为重要的是，反应器中组分分布、相分布更为符合反应的需要。在相近于工业生产条件的0.25～0.35米³的规模的生产中，本发明获得了良好效果，所制备的聚氯乙烯其粒经分布最适合后加工的生产。