一种氯乙烯聚合物的制备系统的制作方法

本实用新型涉及聚合物制备技术领域，尤其涉及一种氯乙烯聚合物的制备系统。

背景技术：

聚氯乙烯(pvc)糊树脂属于聚氯乙烯树脂的一个产品分支，其粒度范围一般在0.1～2.0μm(通用悬浮法树脂粒度分布一般在20～200μm)。pvc糊树脂以其高分散性的粉料用于糊料加工而得名，由于其成糊性能优良，分散性能良好，主要应用于pvc树脂的软材料领域。pvc糊树脂还可适用于涂布、浸渍、喷涂、发泡等加工工艺，广泛应用于人造革、装饰材料、地板革、墙壁纸、工业用输送带、运动场地、涂料、粘合剂、玩具、医用一次性手套、日用装饰材料、电器仪表和电工工具等诸多材料和制品领域。目前，工业上聚氯乙烯糊树脂的生产方法主要有乳液聚合法、混合微悬浮法和微悬浮聚合法等。其中，本体聚合法主要由预聚合釜和后聚合釜构成。聚合分两段进行。单体和引发剂先在预聚合釜中预聚1h，生成种子粒子，这时转化率达8％～10％，然后流入第二段聚合釜中，补加与预聚物等量的单体，继续聚合。待转化率达85％～90％，排出残余单体，再经粉碎、过筛即得成品。树脂的粒径与粒形由搅拌速度控制，反应热由单体回流冷凝带出。此法虽生产过程简单，产品质量好，生产成本较低。但是，在系统中使用了引发剂后，氯乙烯会与所述液相溶剂混合，在混合不均匀的情况下会使制备的聚氯乙烯质量降低，从而降低了工艺的制备效率。

技术实现要素：

为此，本实用新型提供一种氯乙烯聚合物的制备系统，用以克服现有技术中氯乙烯与引发剂混合不均匀导致的制备效率低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种氯乙烯聚合物的制备系统，包括：

氯乙烯储罐，用以储存氯乙烯；

预反应器，其与所述氯乙烯储罐相连，用以为氯乙烯进行预聚合反应；

微界面发生器，其分别设置在所述预反应器和后反应器内部底端并分别与所述氯乙烯储罐相连，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给氯乙烯，使氯乙烯破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高相界传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力；

第一分离罐，其与所述预反应器相连，用以分离预反应器输出的混合物料；

第二分离罐，其与所述第一分离罐相连，用以对第一分离罐输出的下层物料进行二次分离；

后反应器，其分别与所述氯乙烯储罐和所述与第二分离罐相连，用以对氯乙烯进行后聚合反应；

第三分离罐，其与所述后反应器相连，用以对所述后反应器输出的物料进行分离；

离心机，其分别与各所述分离罐相连，用以分离所述分离罐输出的物料；

压缩泵，其分别与所述预反应器、后反应器、第一分离罐和第二分离罐相连，用以输送各反应器和各分离罐输出的氯乙烯；

换热器，其设置在所述压缩泵出口处，用以对压缩泵输出的氯乙烯进行换热。

进一步地，所述微界面发生器包括第一微界面发生器和第二微界面发生器，其中：

第一微界面发生器设置在所述预反应器内部底端，用以将氯乙烯破碎成微米级气泡；

第二微界面发生器设置在所述后反应器内部底端，用以将氯乙烯破碎成微米级气泡。

进一步地，所述氯乙烯储罐出料口设有分流管道，所述微界面发生器分别与各支路末端相连。

进一步地，所述预反应器侧壁设有进料管道，用以输送液相引发剂。

进一步地，所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)(ehp)、过氧化新癸酸异丙苯酯(cnp)、过氧化新癸酸叔丁酯(bnp)中的一种或多种组合。

进一步地，所述第一分离罐顶部设有回流管，用以将分离后的上层氯乙烯回流至所述氯乙烯储罐，

进一步地，所述第一分离罐底部设有分流管，分流管两端分别与所述第二分离罐和离心机相连，用以输送第一分离罐输出的下层物料。

进一步地，所述预反应器和所述后反应器顶部分别设有回流管，用以分别将反应后的氯乙烯回流至氯乙烯储罐。

进一步地，所述第二分离罐底部设有出料管，用以将分离后的底层聚氯乙烯成品输送至所述离心机，所述第二分离罐侧壁底部设有输送管，用以将分离后的混合物料输送至所述后反应器。

进一步地，所述第三分离罐顶部设有回流管，用以将反应后的氯乙烯回流至氯乙烯储罐，第三分离罐底部设有出料管，用以将分离后的聚氯乙烯成品输送至所述离心机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型通过破碎氯乙烯使其形成微米尺度的微米级气泡，各所述微米级气泡均能够与液相的引发剂充分混合形成气液乳化物，通过将气液两相充分混合，能够保证系统中的氯乙烯能够与引发剂充分接触，提高了所述系统的聚合效率；同时，微米级气泡与引发剂混合形成气液乳化物，通过各原料间的充分混合，增大了气液两相的相界面积，减小了液膜厚度，降低了传质阻力，达到了在较低预设操作条件范围内强化传质的效果。

此外，可以根据不同的产品要求或不同的催化剂，而对预设操作条件的范围进行灵活调整，进一步确保了反应的充分有效进行，进而保证了反应速率，达到了强化反应的目的。

进一步地，本实用新型采用多段反应，通过使用预反应器和后反应器，能够有效控系统中的氯乙烯制转化率，使反应热分成几个阶段放出，从而有效降低了系统的负荷，提高了本实用新型所述系统的运行效率。

进一步地，本实用新型采用多个分离罐，通过使用分离罐对反应后物料的多级分离，能够有效对混合物料中未聚合的氯乙烯和聚合完成的聚氯乙烯进行分离，提高了本实用新型所述系统中氯乙烯的利用率和聚氯乙烯的产量。

进一步地，所述系统中还设有离心机，当系统输出聚氯乙烯时，离心机能够对聚氯乙烯进行离心处理以去除聚氯乙烯中的水分，提高了系统产出聚氯乙烯的纯度，从而进一步提高了本实用新型所述系统的运行效率。

进一步地，本实用新型所述系统中还设有换热器，通过使用换热器对回流的氯乙烯进行换热，能够有效降低系统的热负荷，并提高本实用新型所述系统的运行效率。

进一步地，本实用新型所述系统中预反应器、后反应器、第一分离罐和第三分离罐顶部均设有回流管，通过使用在多个设备上分别回流管能够对系统运行过程中未完全聚合的氯乙烯进行最大程度的回收，从而进一步提高了本实用新型所述系统的氯乙烯利用率。

附图说明

图1为本实用新型氯乙烯聚合物的制备系统的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本实用新型所述氯乙烯聚合物的制备系统的结构示意图，包括氯乙烯储罐1、预反应器21、后反应器22、第一微界面发生器31、第二微界面发生器32、第一分离罐41、第二分离罐42、第三分离罐43、离心机5、压缩泵6和换热器7。其中所述第一微界面发生器31设置在所述预反应器21内部底侧，第二微界面发生器32设置在所述后预热器22内部底侧，且第一微界面发生器31和第二微界面发生器32分别与所述氯乙烯储罐1相连，用以破碎输送的氯乙烯气体，使氯乙烯气体形成微米尺度的微米级气泡，并将微米级气泡分别输出至对应的反应器中。所述预反应器21与所述氯乙烯储罐1相连，用以对氯乙烯进行预聚合反应，所述后反应器22分别与所述氯乙烯储罐1和第二分离罐42相连，用以接收第二分离罐输42出的物料和氯乙烯储罐1输出的氯乙烯气体并使氯乙烯发生后聚合反应。所述第一分离罐41与所述预反应器21相连，用以对预反应器21输出的混合物料进行分离，所述第二分离罐42与第一分离罐41相连，用以对第一分离罐41分离出的物料进行进一步分离，所述第三分离罐43与后反应器22相连，用以对后反应器22输出的混合物料进行分离。所述离心机5分别与所述第一分离罐41、第二分离罐42和第三分离罐43相连，用以对系统制备的聚氯乙烯进行离心以去除水分。所述压缩泵6分别与所述预反应器21、后反应器22、第一分离罐41和第三分离罐43相连，用以将上述设备在运行过程中未聚合的氯乙烯输送至所述氯乙烯储罐。所述换热器7设置在所述压缩泵6的出料口处，用以对压缩泵6输出的氯乙烯进行换热。

系统运行前，先将氯乙烯通入所述氯乙烯储罐1，并将液相的引发剂和添加剂输送至预反应器21。系统运行时，氯乙烯储罐1将氯乙烯气体输分别送至第一微界面发生器31和第二微界面发生器32，各所述微界面发生器会将氯乙烯气体破碎成微米尺度的微米级气泡，第一微界面发生器31将微米级气泡输出至预反应器21内部；微米级气泡与预反应器21内部的引发剂和添加剂混合形成气液乳化物并使氯乙烯发生聚合反应；反应完成后，预反应器21将氯乙烯气体回流至氯乙烯储罐1并将混合物料输送至第一分离罐41；第一分离罐41对混合物料进行分离，将氯乙烯气体回流至氯乙烯储罐1并将混合物料分别输送至第二分离罐42和离心机5；第二分离罐42对第一分离罐41输送的混合物料进行二次分离，将分离后的物料分别输送至所述后反应器32和离心机5；后反应器32在接收到混合物料后，混合物料与所述第二微界面发生器输出的微米级气泡混合形成气液乳化物并发生后聚合反应，反应后，后反应器22将氯乙烯回流至氯乙烯储罐1并将反应后的混合物料输送至第三分离罐43；第三分离罐43对物料进行分离，将氯乙烯回流至氯乙烯储罐1并将聚氯乙烯输送至离心机5；离心机5会对聚氯乙烯进行离心脱水并在脱水后将聚氯乙烯输出系统；所述压缩泵6会将回流管中的氯乙烯输送至汇流储罐1；所述换热器7会对所述压缩泵6输出的氯乙烯进行换热以降低系统的热负荷。本领域的技术人员可以理解的是，本实用新型所述第一微界面发生器31和第二微界面发生器32还可用于其它多相反应中，如通过微界面、微纳界面、超微界面、微泡生化反应器或微泡生物反应器等设备，使用微混合、微流化、超微流化、微泡发酵、微泡鼓泡、微泡传质、微泡传递、微泡反应、微泡吸收、微泡增氧、微泡接触等工艺或方法，以使物料形成多相微混流、多相微纳流、多相乳化流、多相微结构流、气液固微混流、气液固微纳流、气液固乳化流、气液固微结构流、微米级气泡、微米级气泡流、微泡沫、微泡沫流、微气液流、气液微纳乳化流、超微流、微分散流、两项微混流、微湍流、微泡流、微鼓泡、微鼓泡流、微纳鼓泡以及微纳鼓泡流等由微米尺度颗粒形成的多相流体、或由微纳尺度颗粒形成的多相流体(简称微界面流体)，从而有效地增大了反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积。当然，所述系统不仅能用于氯乙烯的聚合，也可用于聚氯乙烯、丙烯或其它种类有机物的聚合，只要满足所述系统能够达到其指定的工作状态即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述氯乙烯储罐1为一储罐，用以储存氯乙烯气体，在系统运行时，氯乙烯储罐1会分别将氯乙烯气体输出至各所述微界面发生器，同时接收所述压缩泵6输出的氯乙烯以对氯乙烯进行重复使用。可以理解的是，所述氯乙烯储罐1的尺寸及材质本实施例均不做具体限制，只要满足所述氯乙烯储罐1能够储存和输送指定量的氯乙烯气体即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述预反应器21为一反应罐，在预反应器21侧壁设有进料管道，用以输送液相的引发剂和添加剂，在预反应器21顶部设有回流管，用以将未聚合的氯乙烯回流至氯乙烯储罐1，在预反应器21底部设有出料口，用以将聚合后的混合物料输出至下一设备，在预反应器21底部还设有第一微界面发生器31，用以将微米级气泡输出至预反应器21内部。在系统运行时，先将引发剂和添加剂的混合溶剂通入预反应器21内部，此时第一微界面发生器31将微米级气泡输出至预反应器21内部，微米级气泡与预反应器21内物料混合形成气液乳化物，混合完成后，气液乳化物内氯乙烯发生聚合反应生成聚氯乙烯，反应完成后，预反应器21将未聚合氯乙烯回流至所述氯乙烯储罐1并将反应后的含有聚氯乙烯的混合物料输出至所述第一分离罐41。可以理解的是，所述预反应器21可以为搅拌釜，也可以为悬浮床、乳化床或其他种类的反应器，只要满足所述预反应器21能够达到其指定的工作状态即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述第一微界面发生器31设置在所述预反应器31底部底端，用以向预反应器21输出微米级气泡。系统运行时，第一微界面发生器31接收所述氯乙烯储罐1输送的氯乙烯，对氯乙烯进行破碎，使其形成微米尺度的微米级气泡并将微米级气泡输出至预反应器21内部以使微米级气泡与预反应器21内物料混合形成气液乳化物。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述第一分离罐41顶部设有回流管，用以将混合物料中氯乙烯回流至氯乙烯储罐1，在第一分离罐41底部设有出料口，出料口设有分流管道，分流管道各支路分别与所述第二分离罐42和离心机5相连，用以将分离后的混合物料输出至指定设备。系统运行时，第一分离罐41会接收所述预反应器输出的混合物料，并对混合物料进行分离，将分离后的氯乙烯通过回流管回流至所述氯乙烯储罐，并将分离后的混合物料输送至所述第二分离罐42，将混合物料中的聚氯乙烯输送至所述离心机5。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述第二分离罐42底部设有出料管，用以将分离后的聚氯乙烯输送至所述离心机5，所述分离罐42侧壁设有输送管，输送管与所述后反应器22相连，用以将分离后的混合物料输送至后反应器22。当第一分离罐41将混合物料输送至第二反应罐42时，第二反应罐42会对物料进行分离，将底层的聚氯乙烯输送至所述离心机5以进行离心脱水，将中层的混合物料输送至所述后反应器22以进行后聚合反应。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述后反应器22侧壁设有进料管，用以接收所述第二分离罐42输出的混合物料，后反应器22顶部设有回流管，用以将未聚合氯乙烯回流至所述氯乙烯储罐，后反应器22底部设有出料口，用以输出聚合后的混合后物料，在后反应器22底部还设有第一微界面发生器31，用以将微米级气泡输出至后反应器22内部。在系统运行时，后反应器22会接收所述第二分离罐42输出的混合物料，此时第二微界面发生器32将微米级气泡输出至后反应器22内部，微米级气泡与后反应器22内物料混合形成气液乳化物，混合完成后，气液乳化物内氯乙烯发生聚合反应生成聚氯乙烯，反应完成后，后反应器22将未聚合氯乙烯回流至所述氯乙烯储罐1并将反应后的含有聚氯乙烯的混合物料输出至所述第三分离罐43。可以理解的是，所述后反应器22可以为搅拌釜，也可以为悬浮床、乳化床或其他种类的反应器，只要满足所述后反应器22能够达到其指定的工作状态即可。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述第二微界面发生器32设置在所述后反应器32底部底端，用以向后反应器22输出微米级气泡。系统运行时，第二微界面发生器32接收所述氯乙烯储罐1输送的氯乙烯，对氯乙烯进行破碎，使其形成微米尺度的微米级气泡并将微米级气泡输出至后反应器22内部以使微米级气泡与后反应器22内物料混合形成气液乳化物。

请继续参阅图1所示，本实用新型所述第三分离罐43顶部设有回流管，用以将未聚合氯乙烯回流至氯乙烯储罐1，第三分离罐43底部设有出料管，用以将聚氯乙烯输送至所述离心机5。系统运行时，第三分离罐43会接收所述后反应器22输出的混合物料并对混合物料进行分离，在分离后将上层的未聚合氯乙烯回流至所述氯乙烯储罐1并将下层的聚氯乙烯输送至所述离心机5。

为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种氯乙烯聚合物的制备系统

步骤1：将氯乙烯和氢气分别通入氯乙烯储罐，并将引发剂输送至预反应器，输送完成后，开始运行系统；

步骤2：系统运行后，氯乙烯储罐将氯乙烯分别输送至各微界面发生器，各微界面发生器会分别对氯乙烯进行破碎形成微米级气泡，并在破碎后将微米级气泡分别输出至预反应器和后反应器；

步骤3：微米级气泡在预反应器内与引发剂和添加剂混合形成气液乳化物，对预反应器加热，使气液乳化物中的氯乙烯发生预聚合反应，生成含有聚氯乙烯的混合物料，反应完成后压缩泵通过预反应器顶部的回流管将未聚合的氯乙烯输送回氯乙烯储罐以进行重复使用；

步骤4：预聚合反应完成后，预反应器将混合物料输出至第一分离罐，第一分离罐对物料进行分离，将物料中的氯乙烯抽离，并通过回流管输送回氯乙烯储罐进行重复使用，并在分离后将混合物料输出；

步骤5：混合物料在输送过程中经过分流管，分流管对物料进行分离，将聚氯乙烯输送至离心机，将混合物料输送至第二分离罐；

步骤6：第二分离罐对混合物料进行分离，将底层的聚氯乙烯输送至离心机，将上层的混合物料输送至后反应器；

步骤7：后反应器分别接收微米级气泡和混合物料，微米级气泡与混合物料充分混合，形成气液乳化物，对后反应器加热，

步骤8：使气液乳化物中的氯乙烯发生预聚合反应，生成含有聚氯乙烯的混合物料，反应完成后，后反应器通过底部出料管将混合物料输出至第三分离罐，压缩泵通过后反应器顶部的回流管将未聚合的氯乙烯输送回氯乙烯储罐以进行重复使用；

步骤9：第三分离罐对所述后反应器输出的混合物料进行分离，将上层的氯乙烯回流至氯乙烯储罐，将下层的聚氯乙烯输送至离心机；

步骤10：离心机对聚氯乙烯进行离心脱水，并将脱水后干燥聚氯乙烯输系统。

实施例一

使用上述系统及工艺对氯乙烯进行聚合，其中：

引发剂选用ehp和cnp的混合溶液，预反应器反应温度为35℃，后反应器温度为55℃。系统运行后，对物料进行检测得：氯乙烯聚合转化率为23％，氯乙烯利用率为98.1％。

实施例二

使用上述系统及工艺对氯乙烯进行聚合，其中：

引发剂选用ehp和bnp的混合溶液，预反应器反应温度为38℃，后反应器温度为61℃。系统运行后，对物料进行检测得：氯乙烯聚合转化率为26％，氯乙烯利用率为98.5％。

实施例三

使用上述系统及工艺对氯乙烯进行聚合，其中：

引发剂选用cnp和bnp的混合溶液，预反应器反应温度为40℃，后反应器温度为70℃。系统运行后，对物料进行检测得：氯乙烯聚合转化率为30％，氯乙烯利用率为99.3％。

对比例

使用现有技术对氯乙烯进行聚合，其中制备过程中的工艺参数与所述实施例三中相同。系统运行后，对物料进行检测得：氯乙烯聚合转化率为21％，氯乙烯利用率为97.6％。

由此可见，使用本实用新型所述系统及工艺后，能够有效提高氯乙烯的聚合转化率以及系统的氯乙烯利用率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。