摘要

本实用新型公开了一种聚合物连续增粘反应器，包括立式壳体，壳体顶部设有高效换热器，高效换热器为列管式换热器，包括立式筒体，筒体顶部设有物料进口，筒体内部设有若干与物料进口相通的换热管，换热管下端与壳体内部相通；壳体内部从上至下设有流体分布器、若干层倾斜的持液加热板，壳体侧壁上部设有气相出口，底部设有物料出口；筒体及壳体侧壁还设有热媒进出口。本反应器能进行高粘度聚合物流体的连续增粘及小分子或挥发性组分脱除反应，可持续对聚合物进行加热，使聚合物保持良好的流动性；物料在本反应器内多通过重力以落条或薄膜形式自流，气液传质比表面积大，传质阻力低，能使小分子脱除更彻底；本反应器结构简单，易于放大。

权利要求书

1. 一种聚合物连续增粘反应器，其特征在于，包括立式的壳体，所述壳体的顶部设有高效换热器，所述高效换热器为列管式换热器，所述列管式换热器包括立式的筒体，所述筒体顶部设有物料进口，所述筒体内部设有若干竖向设置且与物料进口相连通的换热管，所述换热管的下端与壳体内部相连通；所述壳体内部从上至下依次设有流体分布器、若干层交错设置的持液加热板，所述持液加热板为通有热媒的换热板，且倾斜设置，所述壳体侧壁上部设有气相出口，所述壳体底部设有物料出口；所述筒体的侧壁上部和下部分别设有与筒体内部相连通的热媒进出口，所述壳体的侧壁上部和下部分别设有与换热板内部相连通的热媒进出口。

2. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述气相出口连接有冷凝器，所述冷凝器连接有用于控制所述增粘反应器操作压力的真空泵。

3. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述高效换热器与增粘反应器之间通过法兰连接，或者焊接在一起。

4. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述流体分布器的底部为多孔结构或狭缝结构。

5. 根据权利要求4所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述流体分布器的开孔尺寸为0.5-10mm。

6. 根据权利要求4所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述流体分布器的狭缝宽度为0.1-8mm，长度为5mm及以上，小于所述壳体的内径。

7. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述持液加热板均固定在壳体内壁，且向壳体中部倾斜，倾斜角度为0～75°(不包括0°)。

8. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述换热管的内部设有用于强制物料混合和剪切的内插件，所述内插件为往复交织排列的金属骨架或以螺旋形布置的金属元件，金属骨架或金属元件与换热管内壁紧密接触，其投影面与换热管的内径相同，且固定在换热管内。

9. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述壳体上部、下部均设有温度检测元件。

10. 根据权利要求1所述的聚合物连续增粘反应器，其特征在于：所述壳体形式为无夹套、全夹套、部分夹套或伴管的换热型式或保温型式。

说明书

技术领域

[0001]本实用新型涉及高分子聚合物生产化工设备技术领域，特别是涉及一种聚合物连续增粘反应器。

背景技术

[0002]随着社会科技水平的不断进步，高分子材料已经成为人们日常生活不可或缺的物资。而人们的环境保护意识不断增强，可降解材料成为当前材料领域的热点。聚酯是当前可降解材料的非常重要的一类，主要包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)等。聚合物反应器是高分子材料合成过程中的核心部分，一种实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、环保、轻工等领域。

[0003]在聚合物生产领域，由于聚合物具有粘度大，传热系数低，传质阻力大，流动速率慢等特点，导致聚合物的传质和传热比较困难，聚合物中的单体小分子或聚合反应过程中产生的小分子难以脱除，进而影响了聚合物的生产效率和聚合物产品的质量。目前，PET、PBAT的合成反应分多步反应，首先是酯化反应，在釜式反应器内进行，再进行预缩聚，同样是在釜式反应器内进行，最后是终缩聚反应，大部分是在卧式的带有鼠笼或者圆盘的反应器内进行由于卧式反应器为水平放置的反应釜(如CN206229345U公开的聚合物增粘反应器)，物料在反应器内为不充满状态，要留出足够的空间用于气相传质。随着反应的进程，聚合物的粘度逐渐增大，而卧式反应器的流动只能靠重力，但由于聚合物之间的粘度很大，导致聚合物在反应器内流动困难，因此限制了聚合物反应器的产能。另外，很多聚合物因为在熔体状态下反应会受到反应器的制约，所以在后续会进行固相缩聚，以得到更高分子量的产品；而固相缩聚处理效率低，能耗高，生产效率低，会影响聚合物的产能。

实用新型内容

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种聚合物连续增粘反应器能够连续地将聚合物中小分子或挥发性组分脱除，同时还能保证聚合物在反应器内保持良好的流动性，以解决现有技术中聚合物在卧式反应器内流动困难、产能低等问题。

[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的基础方案为：一种聚合物连续增粘反应器，包括立式的壳体，所述壳体的顶部设有高效换热器，所述高效换热器为列管式换热器，所述列管式换热器包括立式的筒体，所述筒体顶部设有物料进口，所述筒体内部设有若干竖向设置且与物料进口相连通的换热管，所述换热管的下端与壳体内部相连通；所述壳体内部从上至下依次设有流体分布器、若干层交错设置的持液加热板，所述持液加热板为通有热媒的换热板，且倾斜设置，所述壳体侧壁上部设有气相出口，所述壳体底部设有物料出口；所述筒体的侧壁上部和下部分别设有与筒体内部相连通的热媒进出口，所述壳体的侧壁上部和下部分别设有与换热板内部相连通的热媒进出口。

[0006]本基础方案的工作原理在于：

[0007]高效换热器配置在增粘反应器的上方，高粘度聚合物流体从物料进口进入换热管内，经高效换热器加热后，进入到增粘反应器的流体分布器，然后聚合物流体落到持液换热板，在重力作用下，沿着持液换热板的倾斜方向进行流动，使聚合物在持液换热板上继续加热，以补足进入到增粘反应器后，由于小分子物质的气化所带走得热量，进而保证高分子聚合物在反应器内保持良好的流动性；同时，聚合物流体在持液换热板上以薄膜的形式进行分布和加热，小分子很容易穿过气液两相界面进入到气相中，从气相出口流出增粘反应器，从而完成小分子的逸出。流经持液换热板后的聚合物流体中的小分子脱除后，粘度进一步增高，进而达到增粘或者脱除小分子单体的目的。最后，经过持液加热板后，聚合物流体进一步依靠重力流流入增粘反应器的物料出口。

[0008]进一步，所述气相出口连接有冷凝器，所述冷凝器连接有用于控制所述增粘反应器操作压力的真空泵。气相出口既为小分子流出增粘反应器的通道，也是调节增粘反应器内部压力的重要通道，气相出口与冷凝器相连，冷凝器再与真空泵相连，冷凝器用于冷凝收集小分子真空泵用于控制整个增粘反应器的操作压力。

[0009]进一步，所述高效换热器与增粘反应器之间通过法兰连接，或者焊接在一起。

[0010]进一步，所述流体分布器的底部为多孔结构或狭缝结构，物流在压力的驱动下，经多孔或狭缝挤出，在重力的作用下，以丝状落条或带状薄片的形式向下流动。

[0011]可选地，所述流体分布器的开孔尺寸为0.5-10mm，具体的开孔尺寸根据流体的粘度决定。

[0012]可选地，所述流体分布器的狭缝宽度为0.1-8mm，长度为5mm及以上，小于所述壳体的内径。

[0013]进一步，所述持液加热板均固定在壳体内壁，且向壳体中部倾斜，倾斜角度(指持液加热板与垂直方向的夹角)为0～75°(不包括0°)。持液换热板的倾斜角度根据反应物的粘度参数决定，持液换热板的层数由反应所需的停留时间决定。

[0014]进一步，所述换热管的内部设有用于强制物料混合和剪切的内插件，所述内插件为往复交织排列的金属骨架或以螺旋形布置的金属元件，金属骨架或金属元件与换热管内壁紧密接触，其投影面与换热管的内径相同，且固定在换热管内，从而使物料在流动的状态下不断进行剪切、混合和传热。

[0015]高粘度聚合物流体在通过高效换热器时，在内插件的导流作用下，不断的剪切，与换热管管壁不断的剥离，聚合物流体在换热管内壁不断更新，实现高粘度聚合物流体的高效传热。

[0016]进一步，所述壳体上部、下部均设有温度检测元件。

[0017]进一步，所述壳体形式为无夹套、全夹套、部分夹套或伴管的换热型式或保温型式。

[0018]如上所述，本实用新型的聚合物连续增粘反应器，具有以下有益效果：

[0019]本实用新型的聚合物连续增粘反应器能够进行高粘度聚合物流体物料的连续增粘及小分子或挥发性组分脱除反应，本反应器能够持续对聚合物进行加热或补热，使聚合物在反应器内保持良好的流动性，尤其适用于处理含有小分子量比较大的物系；本反应器为立式结构，在本反应器内，物料流动多数是通过重力自流，并以落条或薄膜的形式流动，这样气液传质比表面积大，传质阻力低，能使小分子脱除更彻底。因此，本反应器结构简单，易于放大，可以很容易的放大到单条生产线，做到十几万吨甚至几十万吨的产量，打破传统卧式鼠笼或圆盘反应器的瓶颈。

附图说明

[0020]图1为本实用新型实施例中聚合物连续增粘反应器的纵截面剖视图。

[0021]图2为本实用新型实施例的聚合物连续增粘反应器中流体分布器的俯视图。

具体实施方式

[0022]以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

[0023]需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

[0024]附图标记说明：

[0025]壳体101、流体分布器102、持液加热板103、气相出口104、筒体201、换热管202、物料进口30、物料出口40、热媒进出口50、温度检测元件60。

[0026]具体实施过程如下：

[0027]如图1所示，本实用新型的聚合物连续增粘反应器包括立式的壳体101，壳体101的顶部设有高效换热器，高效换热器与增粘反应器之间通过法兰连接，或者焊接在一起。高效换热器为列管式换热器，列管式换热器包括立式的筒体201，筒体201顶部设有物料进口30，筒体201内部设有若干竖向设置且与物料进口30相连通的换热管202，换热管202的下端与增黏反应器的壳体101内部相连通；筒体201的侧壁上部和下部分别设有一个与筒体201内部相连通的热媒进出口50。壳体101内部从上至下依次设有流体分布器102、若干层交错设置的持液加热板103，持液加热板103倾斜设置，持液加热板103为通有热媒的换热板，具体的，持液加热板103是由上下双层板构成，两板中间设有冷热媒流通的流道，冷热媒在两板中间按预定的通道流动，使持液加热板103维持恒定的温度，为与其接触的物料提供热量；壳体101的侧壁上部和下部分别设有一个与持液换热板内部管道相连通的热媒进出口50，位于壳体101的侧壁上部的热媒进出口50位置高于位于最上方的持液加热板103，位于壳体101的侧壁下部的热媒进出口50位置低于位于最下方的持液加热板103；壳体101侧壁上部设有气相出口104，气相出口104在壳体101侧壁上的位置低于流体分布器102，高于位于最上方的持液加热板103，壳体101底部设有物料出口40，物料出口40可以接输送泵，也可以接螺杆挤出机或其它具有输送功能的设备。

[0028]本反应器的工作方式为：

[0029]高粘度聚合物流体从物料进口30进入换热管202内，经高效换热器加热后，进入到增粘反应器的流体分布器102，然后聚合物流体落到持液换热板，在重力作用下，沿着持液换热板的倾斜方向进行流动，使聚合物在持液换热板上继续加热，以补足进入到增粘反应器后由于小分子物质的气化所带走得热量，进而保证高分子聚合物在反应器内保持良好的流动性同时，聚合物流体在持液换热板上以薄膜的形式进行分布和加热，小分子很容易穿过气液两相界面进入到气相中，从气相出口104流出增粘反应器，从而完成小分子的逸出。流经持液换热板后的聚合物流体中的小分子脱除后，粘度进一步增高，进而达到增粘或者脱除小分子单体的目的。最后，经过持液加热板103后，聚合物流体进一步依靠重力流流入增粘反应器的物料出口40。

[0030]进一步地，气相出口104连接有冷凝器(图中未示出)，冷凝器连接有用于控制增粘反应器操作压力的真空泵(图中未示出)。气相出口104既为小分子流出增粘反应器的通道，也是调节增粘反应器内部压力的重要通道，气相出口104与冷凝器相连，冷凝器再与真空泵相连，冷凝器用于冷凝收集小分子，真空泵用于控制整个增粘反应器的操作压力。

[0031]结合图2所示，流体分布器102是底部为多孔结构或狭缝结构且顶部敞口的桶状结构，物流在压力的驱动下，经多孔或狭缝挤出，在重力的作用下，以丝状落条或带状薄片的形式向下流动。

[0032]具体地，流体分布器102的开孔尺寸为0.5-10mm，具体的开孔尺寸根据流体的粘度决定；流体分布器102的狭缝宽度为0.1-8mm，长度为5mm及以上，并小于壳体101的内径。

[0033]进一步地，持液加热板103均固定在壳体101内壁，且向壳体101中部倾斜，倾斜角度(指持液加热板103与垂直方向的夹角)为0～75°(不包括0°)。持液换热板的倾斜角度根据反应物的粘度参数决定，持液换热板的层数由反应所需的停留时间决定。

[0034]进一步地，换热管202的内部设有用于强制物料混合和剪切的内插件，所述内插件为往复交织排列的金属骨架或以螺旋形布置的金属元件，金属骨架或金属元件与换热管202内壁紧密接触，其投影面与换热管202的内径相同，且固定(如焊接)在换热管200内，从而使物料在流动的状态下不断进行剪切、混合和传热。

[0035]高粘度聚合物流体在通过高效换热器时，在内插件的导流作用下，不断的剪切，与换热管202管壁不断的剥离，聚合物流体在换热管202内壁不断更新，实现高粘度聚合物流体的高效传热。

[0036]进一步地，壳体101上部、下部均设有温度检测元件60，位于壳体101上部的温度检测元件60位置低于流体分布器102，与气相出口104的高度位置差不多，位于壳体101下部的温度检测元件60设置在物料出口40处。

[0037]进一步地，壳体101为反应物和产物提供流通的通道，也为持液加热板103提供布置空间和支撑，同时也是反应的场所。壳体101形式可以选择无夹套、全夹套、部分夹套或伴管的换热型式或保温型式。

[0038]下面将本实用新型的聚合物连续增粘反应器应用至实际生产中。应理解，以下实施例只用于对本实用新型进行进一步地说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

[0039]实施例1

[0040]基于上述方案，设计并制造聚合物连续增粘反应器，主要参数为：壳体101直径400mm，高6000mm；流体分布器102底部为开孔结构，开孔直径为2mm；持液加热板103层数4层，持液换热板与水平方向呈45°角；换热管202长度1500mm，筒体201直径300mm。设计温度为300℃，设计压力-0.1Mpa。

[0041]将经过预缩聚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔体以15kg/h的流速进入到增粘反应器，反应器内温度控制在240℃，反应压力为-0.099MPa，在反应器内停留时间30min后，得到增粘后的PET熔体。测定反应前后聚合物的特性粘数，进入反应器前PET的特性粘数为0.4dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至1.3dL/g。

[0042]实施例2

[0043]利用实施例1所述的增粘反应器，将经过预缩聚的聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)流体物料以10kg/h的流速进入增粘反应器，反应器内温度控制在245℃，反应压力为-0.099MPa下，进行增粘反应，在反应器内停留时间45min，得到增粘后的PBAT熔体。测定反应前后聚合物的特性粘数，进入反应器前PBAT的特性粘数为0.8dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至1.5dL/g。

[0044]实施例3

[0045]利用实施例1所述的增粘反应器，将经过聚合的聚乳酸(PLA)流体物料以15kg/h的流速进入到增粘反应器，反应温度控制在210℃，反应压力为-0.098MPa，进行增粘脱挥，以除去没有完全反应的丙交酯单体，在反应器内停留时间30min，得到增粘脱挥后的聚乳酸。测定反应前后的聚合物的特性粘数，进入反应器前聚乳酸的特性粘数为1.3dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至1.5dL/g。

[0046]实施例4

[0047]利用实施例1所述的增粘反应器，将经过聚合的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)流体物料以15kg/h的流速进入到增粘反应器，反应温度控制在235℃，反应压力为-0.099MPa，进行增粘脱挥，以除去聚合过程中产生的小分子物质，包括水、丁二醇以及副反应产生的四氢呋喃。在反应器内停留时间30min，得到增粘脱挥后的PBS。测定反应前后的聚合物的特性粘数，进入反应器前PBS的特性粘数为0.7dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至1.3dL/g。

[0048]实施例5

[0049]将实施例1所述的增粘反应器的流体分布器102的开孔形式进行更改，更改为狭缝结构，更改后的尺寸为：狭缝宽度为1mm，长度为5mm；设备其它结构和参数不变。

[0050]将经过预缩聚的聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)熔体物料，以10kg/h的流速进入增粘反应器，反应器内温度控制在245℃，反应压力为-0.099MPa下，进行增粘反应，在反应器内停留时间45min，得到增粘后的PBAT熔体。测定反应前后聚合物的特性粘数，进入反应器前PBAT的特性粘数为0.8dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至特性粘数1.4dL/g。

[0051]对比例1

[0052]采用传统卧式鼠笼反应器，将经过预缩聚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔体以15kg/h的流速进入到增粘反应器，反应器内温度控制在240℃，反应压力为-0.099MPa，在反应器内停留时间30min后，得到增粘后的PET熔体。测定反应前后聚合物的特性粘数，进入反应器前PET的特性粘数为0.4dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至1.0dL/g。

[0053]对比例2

[0054]采用传统卧式圆盘反应器，将经过预缩聚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)熔体以15kg/h的流速进入到增粘反应器，反应器内温度控制在240℃，反应压力为-0.099MPa，在反应器内停留时间30min后，得到增粘后的PET熔体。测定反应前后聚合物的特性粘数，进入反应器前PET的特性粘数为0.4dL/g，经过增粘反应器后，特性粘数提高至0.9dL/g。

[0055]上述实施例及对比例对比可知，相较于传统的卧式鼠笼或圆盘反应器，本实用新型的增粘反应器能够加速脱除小分子的速度，有效提高聚合物的粘度；而且，本增粘反应器结构简单，易于放大，很容易进行多台反应器的串联，放大单条生产线的产量，做到十几万吨甚至几十万吨，打破传统卧式鼠笼或圆盘反应器的瓶颈。

[0056]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。