專利名稱：攪拌釜式反應器以及在應用這種攪拌釜式反應器的情況下實施聚合反應的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及連續(xù)運行的攪拌釜式反應器，特別是用于由不飽和單 體制備聚合物，其具有優(yōu)選地可控溫的反應器外殼、至少一個被驅動
至少一個優(yōu)選在使用位置(Gebrauchslage )上部的起始物入口和至少 一個優(yōu)選在使用位置下部的產(chǎn)物出口。此外本發(fā)明涉及在應用前述類 型的攪拌釜式反應器的情況下實施不飽和單體的聚合反應的方法。 現(xiàn)有技術
例如從DD 294 426 A5中得知上述類型的攪拌釜式反應器用于在 高粘度的反應介質中并在高反應速度下實施聚合反應。其中所描述的 攪拌釜式反應器具有可控溫的反應器外殼和中心對稱地排列在反應器 中的轉子。所述轉子包括轉子軸、具有穿通孔的磁軛和攪拌筒，其頂 部和底部開放并沿著轉子軸方向自反應器底延伸至反應器的外殼。攪 拌筒與反應器外殼之間的環(huán)形空間和攪拌筒與插入管之間的環(huán)形空間 設置有攪拌螺旋。攪拌筒具有帶穿通孔的磁軛。在磁軛上方和下方的 穿通孔之間設置有混合元件。通過穿通孔在攪拌筒或混合元件的磁軛 上的特別設置意欲改善反應物料的混合和均化以及熱排放。 特別是通過混合元件構造為攪拌螺旋實現(xiàn)產(chǎn)物流的輸送。 根據(jù)DD 294 426 A5攪拌釜式反應器這樣構造，使得反應器只能 完全填充地運行。混合元件必須這樣配置，使得避免在反應器外殼上 的沉淀。此外，混合元件結構上必須這樣地構造，使得可以實現(xiàn)產(chǎn)物 流的有效輸送。
特別是在連續(xù)運行的反應器中，部分填充具有的缺點為，在充氣 的上部容器的范圍可能出現(xiàn)聚合物沉淀。在部分填充的連續(xù)運行的反應器中，典型地需要排出泵，其特別是在大于1000kg/h的粘性液體的 高排出量的情況下就其尺寸而言相當昂貴。在反應器的啟動和停止期 間通常必須排出與靜態(tài)操作相比非常不同的粘度的反應器內容物。在 此排出泵特別是在低粘度時會由于缺少潤滑而非常快速地磨損。
已知的連續(xù)運行的攪拌釜式反應器經(jīng)常只部分填充地運行。對于 攪拌釜式反應器的這種運行需要料位測量裝置。其由于聚合物沉淀的 形成而比較易受干擾。
專利文獻DE 3 338 736 Al描述了聚合反應方法，其中使用完全 填充的攪拌釜式反應器。這樣雖然避免了在上部反應器壁附近的燒結 以及回流的單體縮聚產(chǎn)物的不理想的混合。然而，不直接在滑環(huán)密封 的下方計量加料，使得在那里可能導致產(chǎn)生聚合物粘附，其最終可能 導致攪拌裝置失靈。由于只具有低超壓的爐況，此外在反應器底部使 用昂貴且維修頻繁的齒輪泵，其特別是在低粘度時會具有高磨損并脫 落。此外所述攪拌裝置不具有底軸承，使得軸必須較牢固地構造且使 得攪拌裝置對由于聚合物粘附導致的不平衡敏感。
在專利EP 1 122 265 Bl中描述了聚合反應器，其具有多個起始 物進口。然而不使用進料來沖洗滑環(huán)密封區(qū)，使得可能出現(xiàn)所述缺點。
專利RU 2114869 Cl描述了連續(xù)的本體聚合法，其中應用完全填 充的攪拌釜式反應器。然而在此也不在滑環(huán)密封附近計量加料并不應 用底軸承，因此同樣可以預料到上述損害。返回的經(jīng)冷卻的聚合物溶 液在反應器的第二個計量加料位置輸入，而不混入引發(fā)劑。因此，經(jīng) 此在反應器中不產(chǎn)生顯著改善的引發(fā)劑濃度均勻性。
發(fā)明任務
因此本發(fā)明的任務在于，提供文端所述類型的簡單構造的攪拌釜 式反應器，其可以簡單的方法連續(xù)并完全填充地運行。特別是所述反 應器應該這樣簡單地構造，使得可以無需用于高粘度液體的昂責的漿 料泵并無需料位調節(jié)。
此外，輸入的起始物應該盡可能快地摻混入反應器中的粘性反應 混合物中并均勻分配。解決方案
根據(jù)本發(fā)明，該任務是通過連續(xù)運行的攪拌釜式反應器解決的， 所述反應器特別是用于由不飽和單體制備聚合物，其具有特別是可控 溫的反應器外殼、至少 一個被驅動的攪拌軸和與攪拌軸旋轉固定地連
接的攪拌元件和/或剪切元件，其具有至少一個在使用位置上部的起始 物入口和具有至少一個在使用位置下部的產(chǎn)物出口 ，其中本發(fā)明的攪
拌釜式反應器的特征特別是在于，產(chǎn)物出口設置為中心底出口，其至 少部分地被攪拌軸穿過。
以此方式和途徑可以將本發(fā)明的攪拌釜式反應器完全填充地并在 超壓下運行。在反應器中壓力通過起始物的輸送機構施加，所述輸送 機構由于其輸送特性致使來自反應器的產(chǎn)物流入排出管線。為此無需 用于產(chǎn)物混合物的排出泵。
本發(fā)明的攪拌釜式反應器的有利變化方案設計為，至少一個起始 物進口直接設置在反應室中在使用位置上部的攪拌軸入口端的范圍 內。例如起始物進口可直接設置在攪拌軸上部的軸密封的下方
(unterhalb einer oberen Wellendichtung der Riihrwelle)。
在液力填充的反應器的情況下，由此避免了反應產(chǎn)物會進入軸密 封(Wellenabdichtung)。上部的軸密封的下方通過起始物流連續(xù)沖 空。液力填充的反應器是指完全用液體而無氣相填充的反應器。
在優(yōu)選的變化方案中設計為，攪拌軸在其使用位置的下端部構成 底出口的一部分。
例如攪拌軸可以至少在其穿過底出口 (Bodenauslauf )的端部構 造為空心軸，其與反應室相連。
特別有利的是，如果將底出口構造為攪拌軸的底軸承 (Fupiager)。
在另一個實施方案中攪拌軸的底軸承也可以通過軸承座設置在底 出口上方的特定高度。
附加的底軸承的優(yōu)點，如下所述，仍然保留。 在此適合的構造為滑動軸承的底軸承可以被反應混合物冷卻和潤滑。
在根據(jù)本發(fā)明的攪拌釜式反應器的適合的實施方案中可以設計 為，這樣確定底軸承的軸承間隙的尺寸，使得反應混合物可通流過所 述的軸承間隙。
特別有利的是，如果將攪拌軸的穿過底出口的端部構造為四周至 少部分削平的軸頸。如此使得反應混合物強制地通流過整個底軸承包 括軸承間隙。
由攪拌軸還附加地具有底軸承，可能的是，將軸的直徑確定相比 只引入在使用位置上部的軸承內的攪拌軸所必需的直徑較小的尺寸。 所述底軸承用于避免所述軸不允許的大偏移，例如由于在反應器中聚 合反應沉淀引入軸中的不平衡。
在本發(fā)明的攪拌釜式反應器的有利的變化方案中設計為，攪拌軸 具有至少一個通向反應室中，與縱軸至少部分呈橫向延伸的溢流流道。 在至少在其下端部構造為空心軸的攪拌軸可以例如在底軸承的上部筒 單地設置橫向鉆孔。
通過在應用前述攪拌釜式反應器地情況下來實施不飽和單體的聚 合反應的方法進一步解決前述任務，其中所述方法的特征特別是在于， 起始物輸入反應器和產(chǎn)物由反應器輸出連續(xù)地進行。
優(yōu)選聚合反應在超壓下實施。
作為超壓可以例如調節(jié)相比大氣壓力高5巴的超壓。 所述反應器適合地液力填充地運行，即產(chǎn)物從完全填充的反應器 的排出完全通過引入的起始物的壓力來實施。
有利的是，如果除了起始物的計量加料以外，直接在上部的軸密 封的下方輸入另一種起始物流。特別有利的是，如果所述另一種起始 物流經(jīng)由至少一個計量噴管引入反應器的中心區(qū)域。經(jīng)此可靠地避免 了不理想的混合位置，其中例如引發(fā)劑濃度特別低。如此借助計量加 料噴管可以實現(xiàn)起始物在反應器內的均勻分配。這特別是對于用于聚 合反應的快速分解性引發(fā)劑是重要的?？焖俜纸庑砸馕吨@種情況， 即引發(fā)劑具有在攪拌器的混合時間范圍內的半衰期。也就是說約1-200秒。在引入部分引發(fā)劑的情況下關于在反應器中引發(fā)劑濃度的離 析(Segregation)最小化。通過液力驅動本發(fā)明的反應器特別是不昂 貴的內部裝置來運輸反應混合物，所述內部裝置妨礙計量噴管的使用。
特別適合的是，如果起始物的計量加料在反應器的至少兩個空間 上彼此分開的位置進行。通過計量加料流在多個計量加料位置的分配 使得可以較好地利用反應體積。
在用于聚合反應的連續(xù)運行的攪拌釜式反應器中通常不可能的 是，整個反應器體積以等分均勾地用作反應室。反應器計量加料和反 應器內容物之間的粘度差異越大，離析的傾向越大。通常不理想的混 合區(qū)出現(xiàn)在反應器的不同位置，在反應器壁附近或在反應混合物內， 通過其它計量加料位置提高有效提供的反應體積并保持混合路徑短。 所述效果特別明顯，如果反應的時間常數(shù)為攪拌器的混合時間的數(shù)量 級。在這種情況下反應物在其反應前可以在反應室中較好地分布。
部分起始物可以已經(jīng)在進入反應室前彼此混合。例如輸入過程中 的引發(fā)劑可以以純凈形式或作為稀釋的溶液在反應器前方注入反應器 的單體計量加料管中。在通往反應器的路線上將引發(fā)劑混入單體管線 中。引發(fā)劑的計量加料位置適合地與反應器遠隔，使得形成均勻的引 發(fā)劑單體-混合物。
為了改善引發(fā)劑的混合，可以將靜態(tài)混合器設置在單體計量加料 管線上。
該方法的優(yōu)點為，起始物在反應器中的濃度梯度盡可能地低。 優(yōu)選這樣調節(jié)反應器的外殼溫度，使得其相比在反應溶液中的聚
合物的玻璃化溫度至少超過ior。經(jīng)此降低了在冷反應器壁上形成聚
合物沉淀的傾向。


以下依據(jù)附圖解釋本發(fā)明的攪拌釜式反應器的實施例。 說明
圖1:本發(fā)明的攪拌釜式反應器的示意圖一具有計量加料位置的 反應器。
圖2:本發(fā)明的攪拌釜式反應器的底軸承的截面。在圖1中描述的攪拌釜式反應器1包括優(yōu)選的分兩部分的反應器
外殼2,其包圍著反應室3。反應室3被攪拌軸4穿過。所述攪拌軸旋 轉固定地設置有混合元件和剪切元件5。混合元件和剪切元件5可以 自身已知的方式和途徑構造為桿、螺旋或槳葉。
攪拌軸4可以直接或間接驅動，其中在所迷的實施例中攪拌軸直 接借助發(fā)動機6在中間連接傳動裝置7的情況下驅動。在傳動裝置7 的下方的攪拌軸4經(jīng)由滑環(huán)密封8相對于反應室3密封。反應器外殼 2在所述實施例中由兩個分別雙層壁的殼9a和9b構成，其通過環(huán)繞 的法蘭10密封地彼此張緊。
在攪拌釜式反應器l運行期間，熱交換介質流過反應器外殼9a、 b，通過所述介質實現(xiàn)反應室3的控溫。其可以是加熱介質或冷卻介質， 例如控溫液體如蒸汽、水、栽熱油或其它載熱介質。
攪拌軸4在其遠離發(fā)動機6的端部通向底軸承11中，其同時形成 攪拌釜式反應器1的中心底出口。在圖2中描述了底軸承l(wèi)l的構造和 在底軸承11的范圍內的攪拌軸14的構造。
以下首先涉及圖2。
形成攪拌軸4的軸頸的端部穿過形成攪拌釜式反應器1的中心底 出口的在反應器外殼2中的開口 12。開口 12同時用作聚合物出口， 如還在以下所述。在該出口間隙3的下方設置了滑動套筒l4，其這樣 容納攪拌軸4，使得產(chǎn)生具有常規(guī)尺寸公差的軸承間隙16。在此中心 產(chǎn)物出口的開口直徑和滑動套筒14的直徑可以相同或不同。
滑動套管14的出口側端15設置為液體出口并連接在產(chǎn)物出口管 線(未展示)上。
部分地通向滑動套筒14的攪拌軸4的端部可以具有恒定的直徑或 在滑動套筒14內在直徑方面變化。也可考慮滑動套筒14的直徑沿軸 向變化。另一種可能性在于，攪拌軸4的端部在滑動套筒內構造為軸 頸，其中攪拌軸四周設置了一個或多個削平區(qū)。
攪拌軸的軸承間隙16使得在滑動套筒中借助待排出的反應產(chǎn)物 沖洗軸承間隙成為可能。攪拌軸4在底軸承11穿過的區(qū)域設置了軸向鉆孔17，其通過橫 向鉆孔18與反應室3相連，將反應混合物經(jīng)由軸端內的橫向鉆孔18 和軸向鉆孔17輸送并正面地從攪拌軸4直接流入連接在排出接管上的 管線。橫向鉆孔17或橫向鉆孔直接位于底軸承11的上部或出口間隙 13的上方。
以下再次涉及圖1。在攪拌釜式反應器1中將起始物通過兩個計 量加料位置19a、 19b施加到反應室3中。第一個計量加料位置19a 直接位于滑環(huán)密封8的下方。第二個計量加料位置19b順流而下通向 在反應室3中心的第一個計量加料位置19a。笫二個計量加料位置19b 可以未描述的計量加料噴管的形式設置。
經(jīng)由管線20向攪拌釜式反應器1中輸入單體和/或溶劑。經(jīng)由第 一個計量泵21向單體中添加鏈增長調節(jié)劑，經(jīng)由順流而下設置的兩個 計量泵22計量添加引發(fā)聚合反應的引發(fā)劑。引發(fā)劑計量加料的順流而 下，起始物流分支。經(jīng)由第三個和第四個計量泵23和24實現(xiàn)補給到 反應室3中。
也可考慮放棄計量泵23和24之一或這二者并經(jīng)由閥門和/或相應 的輸出管線橫截面調整計量加料流在反應器中的分配。然而在該方法 的變化方案中不利的是，在管線或閥門中的少量沉淀導致在反應器中 偏移支流希望的比例。另一個可能性為起始物流19a和/或19b通過流 量計來監(jiān)測并經(jīng)由調節(jié)閥來調節(jié)。
符號說明
1 攪拌釜式反應器
2 反應器外殼
3 反應室
4 攪拌軸
5 混合元件和剪切元件
6 發(fā)動機
7 傳動裝置
8 滑環(huán)密封9a， b殼
10法蘭
11底軸承
12開口
13出口間隙
14滑動套筒
15滑動套筒的端部
16軸承間隙
17軸向鉆孔
18橫向鉆孔
19a第一個計量加料位置
19b第二個計量加料位置
20管線
21第一計量泵
22第二計量泵
23第三計量泵
24第四計量泵
權利要求
1.攪拌釜式反應器(1)，特別是用于由不飽和單體制備聚合物，其具有優(yōu)選地可控溫的反應器外殼(2)，至少一個被驅動的攪拌軸(4)和與攪拌軸(4)旋轉固定地連接的攪拌元件和/或剪切元件，具有至少一個在使用位置上部的起始物進口和至少一個在使用位置下部的產(chǎn)物出口，其特征在于，產(chǎn)物出口設置為中心底出口，其至少部分地被攪拌軸(4)穿過。
2. 根據(jù)權利要求1的攪拌釜式反應器，其特征在于，至少一個起 始物進口直接設置在反應室(3)中在使用位置上部的攪拌軸入口的區(qū) 域內。
3. 根據(jù)權利要求1或2的攪拌釜式反應器，其特征在于，攪拌軸 (4)在其使用位置的下端部形成底出口的一部分。
4， 根據(jù)權利要求1至3之一的攪拌釜式反應器，其特征在于，攪 拌軸(4)至少在其穿過底出口的端部構造為空心軸，其與反應室(3) 相連。
5. 根據(jù)權利要求1至4之一的攪拌釜式反應器，其特征在于，底 出口構造為用于攪拌軸(4)的底軸承(11)。
6. 根據(jù)權利要求5的攪拌釜式反應器，其特征在于，這樣確定底 軸承(ll)的軸承間隙的尺寸，使得反應混合物可流過所述軸承間隙。
7. 根據(jù)權利要求1至6之一的攪拌釜式反應器，其特征在于，攪 拌軸(4)的穿過底出口的端部構造為四周至少部分削平的軸頸。
8. 根據(jù)權利要求1至7之一的攪拌釜式反應器，其特征在于，攪 拌軸(4)具有至少一個通向反應室的與其縱軸方向至少部分橫向延伸 的溢流流道。
9. 在應用根據(jù)權利要求1至8之一的攪拌釜式反應器的情況下實 施不飽和單體的聚合反應的方法，其特征在于，將起始物輸入反應器和 將產(chǎn)物從反應器輸出是連續(xù)進行的。
10. 根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于，所述聚合反應在超壓下實施。
11. 根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于，調節(jié)相比大氣壓力>5 巴的超壓。
12. 根據(jù)權利要求10和11之一的方法，其特征在于，所述反應器 液力填充地運行。
13. 根據(jù)權利要求10至12之一的方法，其特征在于，起始物混合 物的計量加料在反應器的至少兩個空間上彼此分開的位置進行。
14. 根據(jù)權利要求10至13之一的方法，其特征在于，至少一種起 始物經(jīng)由至少一個計量加料噴管引入反應器的中心區(qū)域。
15. 根據(jù)權利要求10至14的方法，其特征在于，反應器在使用位 置的通流沿起始物和產(chǎn)物的重力方向進行。
16. 根據(jù)權利要求10至15之一的方法，其特征在于，至少部分起 始物已經(jīng)在進入反應室前彼此混合。
17. 根據(jù)權利要求10至17之一的方法，其特征在于，反應器的外殼 溫度這樣地調節(jié)，使得其高于反應溶液的聚合物的玻璃化溫度至少5 °C 。
全文摘要
本發(fā)明涉及攪拌釜式反應器以及在應用攪拌釜式反應器的情況下實施不飽和單體的聚合反應的方法。本發(fā)明的攪拌釜式反應器的特征在于，產(chǎn)物出口設置為中心底出口，其至少部分地被攪拌軸穿過。所述聚合反應連續(xù)在超壓下進行，所述攪拌釜式反應器液力驅動。
文檔編號B01J19/18GK101538336SQ20091000834
公開日2009年9月23日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權日2008年2月28日
發(fā)明者J·海德, O·皮肯?？藸? R·卡洛夫 申請人:贏創(chuàng)羅姆有限責任公司