一种适用于酯交换法连续制备聚碳酸酯的预聚合反应器的制作方法

1.本实用新型涉及一种制备聚碳酸酯的反应器，尤其涉及一种适用于酯交换法连续制备聚碳酸酯的原料混合、加热升温并进行预聚合反应的反应器，属于聚碳酸酯连续化制备技术领域。


背景技术：

2.聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂，为分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，其名称也来源于其内部的co3基团，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。
3.现多采用熔融酯交换法制备聚碳酸酯，其中，以双酚a和碳酸二苯酯为原料，经碱性催化剂作用，在高温高真空状态下进行反应，脱除其反应生产的低分子产物苯酚和碳酸二苯酯，最终得到聚碳酸酯。该制备过程通常分成为酯交换反应阶段和缩聚反应阶段，酯交换反应阶段：熔融的双酚a和碳酸二苯酯进行酯交换反应，脱除苯酚生成低聚物；缩聚反应阶段：在高温高真空条件下，进一步脱除剩余苯酚、未反应的过量碳酸二苯酯及低分子物，得到高分子量的聚碳酸酯。在熔融酯交换法制备聚碳酸酯过程中，双酚a和碳酸二苯酯按比例投入，其活性官能团反应形成缩聚物及副产物苯酚，在酯交换反应阶段有大量的苯酚脱除，该阶段脱除的苯酚约占理论上制备过程总脱除量的95%，因此，酯交换反应阶段是聚碳酸酯制备的关键阶段之一，而酯交换反应阶段之前的物料混合、加热升温、进行预反应是制备得到预期高分子量聚碳酸酯的先决条件。
4.目前，熔融酯交换法连续制备聚碳酸酯通常采用多台反应器串联（比如：4～6台不等）的流程，各反应器的结构形式各异，有塔式、立式搅拌、卧式搅拌等。在熔融酯交换连续制备聚碳酸酯的现有技术中，多涉及酯交换反应器和缩聚反应器，但没有酯交换反应前期预反应阶段的设备。
5.现有技术“cn102153739a，碳酸酯树脂的制备装置以及聚碳酸酯树脂的制备方法”中记载聚碳酸酯连续化制备方法和装置，在该其装置中第二原料混合釜内双酚a和碳酸二苯酯在进入第一立式聚合釜之前加入催化剂，进入第一立式反应器内后开始进行酯交换反应。但该技术方案中未设置专门的催化剂与原料双酚a和碳酸二苯酯的混合设备，存在催化剂与双酚a和碳酸二苯酯混合不均匀；在进入第一立式反应器前，预反应时间短，且由于没有前期预混合，第一反应器需要具有搅拌结构，对物料进行混合，即存在动态密封点。“cn102558534a，一种酯交换法连续化生产聚碳酸酯的工艺”中记载的聚碳酸酯连续化制备工艺，原料双酚a和碳酸二苯酯熔融后在原料贮罐中与催化剂混合，虽然该方法中催化剂与原料双酚a和碳酸二苯酯的均匀混合得以保证，但该预混合是间歇性的，且若物料混合后在原料贮罐内停留时间不同，则存在对后续连续化反应有不利影响的隐患。“cn105504255a一种连续熔融聚合制备聚碳酸酯的生产工艺”中，以芳香族二羟基化合物和芳香族碳酸二酯为原料，分别进行加热熔融后送入各自贮罐，然后经静态混合器混合、组合反应器完成酯交
换反应后，制备直接得到低分子量的聚碳酸酯，或将低分子量聚碳酸酯继续送入缩聚反应器，进一步缩聚反应得到高分子量的聚碳酸酯；其中，仅要求静态混合器的控制温度，未提及静态混合器结构和对物料加热混合效果等。


技术实现要素：

6.本实用新型旨在解决现有技术问题，而提出了一种适用于酯交换法连续制备聚碳酸酯的预聚合反应器。在本技术方案中，通过对预聚合反应器中加热单元和混流单元等设置，保证物料在本反应器内进行均匀混合和加热升温，确保预聚合反应过程的顺利、稳定进行，为酯交换法连续制备聚碳酸酯工艺的完成奠定了良好基础。
7.为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
8.一种适用于酯交换法连续制备聚碳酸酯的预聚合反应器，设置在酯交换反应器工位前侧，即设置在连续化流程酯交换反应的最初阶段，所述预聚合反应器为塔式预聚合反应器，预聚合反应器包括混流单元和加热单元，混流单元至少两个，混流单元数量n比加热单元数量n多一个（n=n+1），混流单元与加热单元依次间隔设置；
9.预聚合反应器底部设置有进料口，顶部设置有出料口，进料口、混流单元、加热单元、混流单元及出料口之间形成物料进料、混流、加热、混流和出料的连续通路，完成预聚合反应。
10.优选的，所述混流单元包括用于物料混流的空腔和设置在空腔外的热媒夹套；加热单元包括管式换热器，物料进入管程，热媒介质进入壳程。
11.优选的，所述加热单元截面上列管分布为≥3根/dm2，孔隙率为5-25%。优选，列管分布为5～20根/dm2，孔隙率为10-25%，列管呈三角形分布，列管均匀分布。其中，孔隙率=（截面上总开孔面积
÷
截面面积）
×
100%。
12.优选的，对于任意相邻的两个加热单元，一个加热单元中的列管与另一个加热单元中的列管之间的夹角为5-30
°
，以确保两个加热单元中的列管不重合垂直贯通。此处，对于“夹角”定义为：一个加热单元中的列管与另一个加热单元中的列管在径向截面投影上，采用偏移角度，所形成的夹角。不同管件大小、不同孔隙率等形式，以确保两个加热单元中的列管不重合垂直贯通，即可。
13.优选的，所述加热单元为3-15个，优选5-12个。
14.优选的，所述加热单元长度与塔径之比为1：1-5，优选1：1.5-4。
15.优选的，所述加热单元总长度与混流单元总长度之比为1:1-10，优选1:3-7。
16.在本技术方案中，对于任意相邻的两个加热单元，两者涉及的列管管径和列管孔隙率可以相等，也可以不相等，具体可根据实际需求进行设定。此外，混流单元和加热单元中涉及的加热介质均由塔体侧面进出，每个混流单元和每个加热单元均有一对进出口；或者，两个或以上的加热单元串成一组，设有一对进出口；这样可实现反应器各段温度的分段控制，反应器各段温度相同，或者成阶梯变化，进而更好的适应于实际生产需求。
17.本技术方案中，涉及“依次间隔”、“底部”、“顶部”、“工位前侧”、“之间”等位置关系，是根据实际使用状态下的情况而定义的，为本技术领域内的常规用语，也是本领域术人员在实际使用过程中的常规用语。
18.在本技术方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设
置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
19.采用本技术方案，带来的有益技术效果为：
20.一、在本预聚合反应器中，于一台静设备即预聚合反应器内实现了物料混合和加热升温两种作用，其中，混流单元可优化反应物和催化剂的混合效果，同时匀化反应物分子量分布等效果；加热单元提高预聚合反应器的加热作用，优化物料的传热效果，缩短物料的升温时间；
21.二、本实用新型中预聚合反应器的温度可实现分段控制，可实现对聚碳酸酯预聚合反应的反应程度精确控制；
22.三、本实用新型中预聚合反应器适合酯交换法连续制备聚碳酸酯装置中的第一级反应器，完成聚碳酸酯的预聚合反应，减轻了其后的酯交换反应的负荷以及停留时间，可较好地配合管式或者降膜式、停留时间短的酯交换反应器，减少全流程串联反应器台数，缩短全流程，为制备出性能优异的聚碳酸酯树脂奠定基础；
23.四、本实用新型不仅适用于酯交换法连续制备聚碳酸酯工艺中的预聚合工序，而且也适用于其他涉及原料混合、加热升温并进行预聚合反应的工艺，比如：pbt制备、pet制备等。
附图说明
24.图1为本实用新型结构示意图（一）；
25.图2为本实用新型结构示意图（二）；
26.图3为本实用新型中加热单元的截面列管分布示意图。
27.图中，1、混流单元，11、热媒夹套，12、空腔，2、加热单元，21、列管，3、进料口，4、出料口，5、热媒进口ⅰ，6、热媒出口ⅰ，7、热媒进口ⅱ，8、热媒出口ⅱ。
具体实施方式
28.下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1
30.如图1-2所示：一种适用于酯交换法连续制备聚碳酸酯的预聚合反应器，设置在酯交换反应器工位前侧，所述预聚合反应器为塔式预聚合反应器，预聚合反应器包括混流单元1和加热单元2，混流单元1至少两个，混流单元1数量比加热单元2数量多一个，混流单元1与加热单元2依次间隔设置；
31.预聚合反应器底部设置有进料口3，顶部设置有出料口4，进料口3、混流单元1、加热单元2、混流单元1及出料口4之间形成物料进料、混流、加热、混流和出料的连续通路，完成预聚合反应。
32.实施例2
33.基于实施例1，本实施例就混流单元1做进一步限定，以对本技术方案做进一步的
说明。
34.混流单元1包括用于物料混流的空腔12和设置在空腔12外的热媒夹套11，热媒夹套11下部设置有热媒进口ⅰ5，上部设置有热媒出口ⅰ6。
35.实施例3
36.基于实施例1-2，本实施例就加热单元2做进一步限定，以对本技术方案做进一步的说明。
37.如图3所示：加热单元2包括管式换热器，物料进入管程，热媒介质进入壳程。壳程下部设置有热媒进口ⅱ7，上部设置有热媒出口ⅱ8。
38.加热单元2截面上列管21分布为≥3根/dm2，孔隙率为5-25%。优选，列管21分布为5-20根/dm2，孔隙率为10-25%，列管21呈三角形分布，列管21均匀分布。其中，孔隙率=（截面上总开孔面积
÷
截面面积）
×
100%。
39.对于任意相邻的两个加热单元2，一个加热单元2中的列管21与另一个加热单元2中的列管21之间的夹角为5-30
°
，以确保两个加热单元2中的列管21不重合垂直贯通。
40.加热单元2为3-15个，优选5-12个。
41.加热单元2长度与塔径之比为1：1-5，优选1：1.5-4。
42.加热单元2总长度与混流单元1总长度之比为1:1-10，优选1:3-7。
43.在本技术方案中，对于任意相邻的两个加热单元2，两者涉及的列管21管径和列管21孔隙率可以相等，也可以不相等，具体可根据实际需求进行设定。此外，混流单元1和加热单元2中涉及的加热介质均由塔体侧面进出，每个混流单元1和每个加热单元2均有一对进出口；或者，两个或以上的加热单元2串成一组，设有一对进出口；这样可实现反应器各段温度的分段控制，反应器各段温度相同，或者成阶梯变化，进而更好的适应于实际生产需求。
44.实施例4
45.基于实施例1-3中的预聚合反应器，将流量为62.56kg/h和温度为160
±
5℃的双酚a、流量为64.44kg/h和温度为165
±
5℃碳酸二苯酯以及6.2
×
10-4
kg/h碱性催化剂由各自对应的泵输送至进料口3，然后进入至该预聚合反应器中。在该预聚合反应器中，平均停留时间约为50min，出来的物料温度为190℃，其中含副产物20%，随后进入后续中的酯交换反应器内进行反应，最终获得聚碳酸酯树脂。
46.涉及的预聚合反应器具体结构为：预聚合反应器内径为2.0dm，加热单元2为5个，混流单元1为6个，加热单元2与混流单元1互相交替；加热单元2长度与混流单元1长度比为1:5，而加热单元2直径与预聚合反应器直径之比为1:2；加热单元2列管21的管径为0.10dm，列管21数为54根；相邻两个加热单元2中列管21截面分布呈10
°
夹角。
47.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。