CN101837327B - 对聚合物脱挥发组分的方法 - Google Patents

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Abstract

一种对聚合物脱挥发组分的方法，该方法包括：使熔融聚合物从脱挥发组分装置的喷嘴通过，产生多个聚合物线料，其中，大多数的线料以小于或等于45°的最大绞合角度从脱挥发组分装置的喷嘴排出，所述脱挥发组分装置包括：至少一个具有非圆形横截面的穿孔流动管，和锥形孔；从脱挥发组分装置的喷嘴回收脱挥发组分后的聚合物，其中，脱挥发组分后的聚合物是苯乙烯单体含量小于或等于1000ppm的聚苯乙烯；其中，所述绞合角度指聚合物线料从内侧向外侧流动并从喷嘴孔排出时相对于垂直轴的角度。

Description

对聚合物脱挥发组分的方法
本申请是国际申请号为PCT/US2006/041762，国际申请日为2006年10月26日的PCT国际申请进入中国国家阶段后申请号为200680044052.2，发明名称为“脱挥发组分装置的喷嘴”的发明专利申请的分案申请。 
本申请要求2005年11月28日提交的美国临时专利申请第60/740,407号和2006年2月1日提交非临时专利申请序列号11/345,439的权益。 
技术领域
本发明一般涉及脱挥发组分装置的喷嘴，更具体地，涉及脱挥发组分装置的喷嘴及形成脱挥发组分装置的喷嘴的方法，所述脱挥发组分装置的喷嘴提高了脱聚合物或其他化合物的挥发组分的能力，同时还能保持或提高其生产能力。 
背景技术
聚合物可以从聚合反应器回收并输送到脱挥发组分装置，在该装置中，不需要的化合物如未反应的单体或溶剂可以从聚合物中除去。例如，挥发组分可以通过真空蒸馏、快速脱挥发组分、汽提、增加聚合物表面积，或它们的组合来去除。聚合物表面积可以通过使聚合物从脱挥发组分装置的喷嘴通过而增加，脱挥发组分装置是一种在一个容器内有一个或多个流动管的设备，流动管具有多个朝下的穿孔或孔，用于从所述孔向下排放类似意大利细面条的相对小直径的连续垂直线料的熔融聚合物。聚合物线料提供增加的表面积，用于脱聚合物挥发组分。脱挥发组分装置的喷嘴的例子可参见美国专利第5,540,813，4,294,652，4,934,433，5,118,388和5,874,525号，以及美国公布的申请第2005/0097748号，这些文献通过参考结合于本文。考虑到脱挥发组分的商业重要性，一直存在对改善脱挥发组分方法以及相关设备如喷射的需要。 
发明内容
本文揭示了一种脱挥发组分装置的喷嘴，它包括至少一个具有非圆形横截面的穿孔的流动管。在一个实施方式中，非圆形横截面有大于或等于三个边。所述喷嘴的非圆形横截面可以是三角形、菱形、五边形、六边形、七边形或八边形。所述喷嘴的流动管中的多数穿孔的最大绞合角度(strand angle)小于或等于45°。该喷嘴还包括锥形孔，是通过喷水式推进器(water jet)形成的。喷嘴还包括多个平行流动管。喷嘴可包含304不锈钢、AL-6XN不锈钢或LDX 2101不锈钢。 
本文还揭示一种脱挥发组分装置的喷嘴，该脱挥发组分装置的喷嘴包括至少一个流动管，该流动管还包括一个或多个锥形孔。在一个实施方式中，所有或部分的锥形孔具有线性锥度(linear taper)或漏斗形锥度(funnel taper)。所述脱挥发组分装置的喷嘴的锥形孔可以通过喷水式推进器或激光钻机形成。与非锥形孔相比，锥形孔将穿过喷嘴的压降减小了约50％或更多。 
本文还揭示一种脱挥发组分装置的喷嘴，该脱挥发组分装置的喷嘴包括至少一个穿孔的流动管，流动管中的多数穿孔的最大绞合角度小于或等于45°。 
本文还揭示一种脱挥发组分装置的喷嘴，该脱挥发组分装置的喷嘴包括多个平行独立的流动管，所述流动管与熔融聚合物的分布歧管流体联通。 
本文还揭示一种对聚合物脱挥发组分的方法，该方法包括使熔融聚合物在一个脱挥发组分装置的喷嘴通过，所述脱挥发组分装置的喷嘴包括至少一个能产生多个聚合物线料的穿孔流动管，其中，大多数线料以等于或小于45°的最大绞合角度从脱挥发组分装置的喷嘴排出。穿孔的脱挥发组分装置的喷嘴还可以包括锥形孔，还可以包括非圆形横截面。在一个实施方式中，脱挥发组分后的聚合物是苯乙烯单体含量小于或等于约1000ppm的聚苯乙烯。 
附图说明
图1是脱挥发组分装置***的示意图。 
图2是喷嘴孔的放大截面图，示出绞合角度。 
图3是喷嘴孔图案的示意图。 
图4和图5是锥形喷嘴孔的放大截面图。 
图6-13是脱挥发组分装置的喷嘴的截面图。 
图14是每喷嘴线段数上最大应力的图。 
图15是每喷嘴线段数上最大应变的图。 
图16是设置在容器内的脱挥发组分装置的喷嘴的俯视图。 
图17是脱挥发组分装置的喷嘴的示意图。 
具体实施方式
图1示出用于对聚合物脱挥发组分的脱挥发组分装置***100的一个实施方式。脱挥发组分装置***100包括设置在容器130内的脱挥发组分装置的喷嘴105(或者“喷嘴”)。为简便目的，示出的喷嘴105为单流动管109，具有封闭端106和107，截面110和熔融聚合物进料管线120。但是，如图16和17中所示，喷嘴105可以包括多个独立的流动管109，这些流动管以任意适当的图案和构形排列，并通过熔融聚合物的分布歧管112相连，使熔融聚合物按流动箭头113所示方向流动通过所有的流动管。在一个实施方式中，歧管112与各独立流动管109的顶部和/或其一端或靠近一端相连，但是没有和流动管109的所有端相连。独立流动管可以构造成相互相连，形成整合的喷嘴组件，组件中流动管与歧管112流体联通。依据管的尺寸和长度，将独立管连接，以保证在一致的压力以及一致流速下熔融聚合物从穿孔或孔115通过排出并形成线料125，也将是有益的。 
如图16和图17所示，独立流动管可以以平行构形排列在反应器容器130内，流动管可以在其端部106和/或107有入口119，用于保持或清洁喷嘴。在另一个实施方式中，喷嘴(或其部件，如流动管)以两部分或多部分或者二等分的形式组装，并通过例如法兰相连，使喷嘴是耐用的。在一个实施方式中，喷嘴包括1-70，1-60，1-50，1-40，1-30，1-20，1-10或6-8个平行流动管。流动管的实际数量随容器尺寸、生产速率、脱挥发组分的要求、材料强度以及压力等级要求而变。 
在一个实施方式中，从一个或多个上游脱挥发组分***，例如快速脱挥发组分装置，输送熔融聚合物到脱挥发组分装置***100。熔融聚合物流入喷嘴105并从中通过，该喷嘴还包括多个穿孔或孔115，熔融聚合物从锥形穿孔或孔排出并形成线料125，线料125收集并再汇集在容器130的底部140。挥发组分离开聚合物线料，脱挥发组分效率指在脱挥发组分期间从聚合物去除的挥发组分的重量百分数。脱挥发组分后的聚合物通过出口135从容器130排出， 将脱挥发组分后的聚合物传送到最后工序，如造粒机。在一个实施方式中，脱挥发组分装置***100用来去除挥发组分，如从聚苯乙烯中去除苯乙烯单体，可以理解，所述脱挥发组分装置***100还可以用于任何适当的聚合过程。在一个实施方式中，脱挥发组分后的聚合物是聚苯乙烯，其苯乙烯单体含量等于或小于约1000，900，800，700，600，500，400，300，200，100或50ppm。 
绞合角度对聚合物脱挥发组分产生影响。如本文所用，绞合角度指聚合物线料从内侧116向外侧117流动并从喷嘴孔115排出时相对于垂直轴的角度，如图2所示。更具体地，绞合角度指在(i)和(ii)之间的角度θ，所述(i)是由喷嘴孔115的平面165的中心点向外延伸90°的线料直线(strand line)150(由附图标记155所示)，(ii)是由喷嘴孔115的平面165的中心点延伸的垂线170。一般而言，垂线170大约平行于从喷嘴孔排出的聚合物线料下落的方向。脱挥发组分效率取决于线料在垂直轴方向的间隔，如图2所示。如本文所用，线料间隔指沿平行于170的直线，线料中心至中心的间距。最佳绞合角度受到线料间隔和喷嘴孔115出口直径的影响。一般而言，较大绞合角度要求较大的线料间隔或较小孔直径中的一个条件或要求这两个条件来保持脱挥发组分效率。在一个实施方式中，孔尺寸和对一个实施方式的孔间隔，可应用以下脱挥发组分效率的原理。1.对0-45°范围的绞合角度，脱挥发组分效率基本恒定。2.对大于45°绞合角度，脱挥发组分效率显著下降，特别是大于60°绞合角度时。在各实施方式中，喷嘴105具有截面部分110，使最大绞合角度在约0-45°范围，如本文中详细描述的。在一个实施方式中，流动管中大多数穿孔或孔，或者基本上所有的穿孔或孔的最大绞合角度等于或小于45°。在各实施方式中，大于或等于50，60，70，80，90，95或99重量％的聚合物线料以等于或小于45°的最大绞合角度从脱挥发组分装置的喷嘴排出。45°的最大绞合角度可以依据线料间隔和用于具体设计的喷嘴孔直径115进行变化。 
脱挥发组分装置的喷嘴的可钻孔长度或面积可能影响到聚合物的脱挥发组分。可钻孔长度指沿喷嘴截面的周边的直线距离，该截面中，在喷嘴中钻出的孔产生适合脱挥发组分的绞合角度，如本文所述。指定流动管的可钻孔面积是可钻孔长度乘以流动管中畅通的长度的积。当然，流动管长度以及喷嘴的其他物理尺寸受到总体方法设计考虑的限制，例如受到喷嘴在容器130的定位和支承的限制。脱挥发组分装置的喷嘴的可钻孔的总面积是喷嘴中所有流动管的可钻孔面积之和。 
孔的尺寸、密度或这两者都可能影响脱挥发组分的效率。孔密度指单位面积如平方英寸上孔的数量。孔尺寸指喷嘴孔的平均直径。在一个实施方式中，孔直径约为1/32英寸至7/64英寸，或者约为2/64英寸至7/64英寸，或者约为3/64英寸至7/64英寸。在一个实施方式中，孔密度约为10-400孔/英寸2，或者约为50-55孔/英寸2，或者约为52孔/英寸2。通常，孔在可钻孔面积内均匀间隔，例如以60°三角形间距图案，如图3所示。在一个实施方式中，中心至中心的孔间距约为5/32英寸。在一个实施方式中，选择尽可能小的孔尺寸，而避免特定聚合物或加工流体的结垢特性。孔间距可以通过对多个因素进行平衡来选择，这些因素包括喷嘴强度要求(可能需要较大的间距)，脱挥发组分/孔密度的要求(可能需要较小的间距)，以及线料靠近在一起时结块的可能性。图1中，孔密度应使诸如钢板的结构材料的强度效率约大于或等于0.7。 
所有或部分的喷嘴孔是直径恒定的孔，直径渐缩的孔，或它们的组合。直径恒定的孔指在沿孔长度直径大致相同的孔，如图2中平行侧壁132和133所示，它们通常是例如通过直径恒定的直钻头(drill bit)形成的。直径渐缩的孔指在喷嘴的内侧和外侧的直径不同，其中，侧壁132和133沿其长度相互不平行。 
图4示出一种锥形孔400的实施方式，该锥形孔在喷嘴内壁425具有内径405，在喷嘴外壁430具有外径410。熔融聚合物从孔的内径流动到该孔的外径，形成线料，如标记流动箭头415所示。孔420的长度等于喷嘴105的壁厚度。在一个实施方式中，内径405可以小于外径410。或者，内径405可以大于外径410，如图4所示。还如图4所示，锥形可以是线性锥度，表示在内径和外径之间的变化率或斜率大约恒定。在一个实施方式中，喷嘴包括线性锥形孔，其内径约为7/64英寸，外径约为3/64英寸，长度约为0.375英寸。实际的孔长度和直径可以随喷嘴压力等级要求、聚合物流动、聚合物性质和脱挥发组分目标而改变。 
图5示出另一个实施方式的锥形孔500，该锥形孔具有喷嘴内壁525上的内径505，在喷嘴外壁530上的外径510以及长度520。熔融聚合物从孔的内径流动至该孔的外径，形成线料，如标记流动箭头515所示。图5中的渐缩分布可称为漏斗锥形，它具有直径大致恒定的部分535和直径变化的部分540。直径变化的部分540还包括线性分布、非线性分布或它们的组合。直径恒定的部分535的长度约小于、等于或者大于直径变化的部分540的长度。在一个实施方式中，直径恒定的部分535的长度大于直径变化的部分540的长度，例如， 约为直径变化的部分540的长度的两倍。 
如图5所示，锥形将聚合物从较大内径505集中到较小外径510。或者，锥形可以形成一个反转的漏斗(或喇叭)，使聚合物从较小的内径505流动到较大的外径510。如图5所示，直径变化的部分540还包括一个台肩(shoulder)部分550，该部分在内径505和台肩直径557之间具有略弯曲变化的直径557以及台肩高度558。直径变化的部分540还包括略弯曲的狭口部分560，该部分与直径大致恒定的部分535相邻并伸入该部分。直径变化的部分540还包括在台肩部分550和狭口部分560之间的大致线性的部分555。在一个实施方式中，喷嘴包括漏斗形锥形孔，该锥形孔的内径约为0.125英寸，台肩直径约为0.1英寸，台肩高度约为0.03，外径约为0.049，直径大致恒定的部分的长度约为0.25英寸，直径变化的部分的长度约为0.125。在图5中，入口边缘不是陡斜的，也不是平坦的，而是弯曲的，初始半径为0.03英寸(R0.03)，而第二内在锥形半径为3.0英寸(R3.0)。渐缩或倒圆边缘和过渡部分倾向于减小压降。 
在一些实施方式中，在脱挥发组分装置的喷嘴中可以采用锥形孔，以降低喷嘴结构对强度的要求。这种锥形孔通过减小从喷嘴内部到外部的压降来降低对强度的要求。结合锥形孔能降低对提高强度的要求，对强度要求的提高是意图降低挥发份导致的其他增加的要求。例如，使用锥形孔可以减轻对较高强度材料的需求，高强度材料会使制造变复杂，并且制造费用高。同样地，锥形孔可有助于抵消与喷嘴横截面相关的应力和应变增加，如本文中详细描述的。在一些实施方式中，锥形孔减小了穿过脱挥发组分装置的喷嘴的压降，而与相同但具有直径恒定的孔的脱挥发组分装置的喷嘴相比，压降减小了大于或等于约50％，60％，70％，80％或85％。在一个实施方式中，由于锥形孔约为2.41，应力集中在钢板上。并不意图受理论的限制，还可以认为漏斗形锥度因为以下原因提供了双重益处：(a)较大内径使压降显著减小，和(b)直径大致恒定的部分可以使聚合物线料不容易发生溶胀。再次不希望受理论的限制，直径大致恒定的部分提供了物理模具以及供聚合物链以流动或者绞合方向取向的停留时间，而使聚合物线料不容易发生溶胀。 
喷嘴孔可以通过钻孔或喷水式推进技术或者通过激光钻孔或其他机加工方法形成。直径恒定的孔可以用直钻头形成。例如，线性锥形孔可以用锥形的(如圆锥)钻头或用直钻扩孔来形成。漏斗锥形孔可以通过喷水式推进器或者通过先钻一个直孔然后将该直孔的一部分扩孔形成。孔可以在进行最后工序之前 或之后形成。例如，可以通过对诸如不锈钢的金属板穿孔形成孔，然后对金属板进行切割、折弯、焊接等，形成最终的喷嘴组件。或者，可以在制造后对流动管进行钻孔。 
脱挥发组分装置的喷嘴的强度必须能够足以承受与迫使聚合物通过喷嘴孔的压力相关的应力和应变。确定适当的喷嘴确定的诸多因素包括：孔直径和孔密度，喷嘴壁厚度和形状，构建的材料，聚合物通过喷嘴时的质量流速和相关压力。对指定喷嘴设计的应力和应变的分析可以采用有限元分析进行，例如，通过使用可商购的建模软件，如从阿博克斯(Abaqus)公司购得的ABAQUS软件进行。一个实施方式中，有限元分析可以以下方式进行，用ABAQUS标准软件，使用两维或者三维壳体，假设线性弹性材料性能，并使用对钢为29x106psi的弹性模量和对钢为0.29的泊松比(Poisson ratio)。一般而言，降低材料的应力，特别是在如喷嘴的弯曲或拐角处的点应力或集中的应力，会降低对喷嘴材料的总体强度要求，因此可以允许使用较低成本的材料。本文详细说明了喷嘴的横截面对应力的作用。 
本文提供的脱挥发组分装置的喷嘴是由如钢板的金属板形成的。可以按照本文提出的参数，采用已知的金属加工方法，如切割、冲压、磨制、焊接等，对钢板进行处理、成形和组装。选择的钢的类型应在进行回火之前具有足够的延性，减小在对钢板穿孔和成形为喷嘴形状的步骤中的制造难点。如果钢板的延性不足，或者硬度过高，造成制造困难，会使成本升高。较硬的钢还更容易产生脆性破坏。可以综合平衡对较高强度的要求和可制造性要求。在一些实施方式中，在进行穿孔和形成喷嘴之前对钢板进行退火，以提高延性。适合用于改进钢板的结构特性的其他处理以及脱挥发组分装置的喷嘴的内容披露于美国公告的申请2005/0097748中，该文献全文参考结合于本文。 
除了具有足够的延性外，这种类型的钢进行回火，可以使制成的脱挥发组分装置的喷嘴能够抗应力和应变。在实施方式中，脱挥发组分装置的喷嘴或用来形成脱挥发组分装置的喷嘴板材可以进行诸如热处理或退火的处理，以达到适当的应力和/或应变耐受度。在一些实施方式中，钢包括不锈钢；或者任何AISI(美国钢铁协会)400系列不锈钢；或者，经处理的AISI 400系列不锈钢；或者，经热处理的304不锈钢；或者，420不锈钢；或者，420F不锈钢；或者，440A不锈钢；或者，AL-6XN不锈钢；或LDX 2101不锈钢。在一个实施方式中，喷嘴由0.375英寸厚的板钢制造。 
聚合物通过喷嘴的流速受到其他因素的影响，这些因素有聚合物特性如粘度，喷嘴的可钻孔长度和面积，喷嘴孔密度以及喷嘴压力。聚合物通过喷嘴的总流速可以磅/小时表示，该总流速除以喷嘴孔数量，得到以磅/小时/孔表示的每孔的流速。在一个实施方式中，脱挥发组分装置的喷嘴可以在等于或小于约800，700，600，500，400，300，200，100或50psig的聚合物压力下操作。线料通常处于的蒸汽空间压力(vapor space pressure)为小于或等于约30，20，10，5，1或0.2托，以达到最大的脱挥发组分效率。 
参见图1，可以使用各种横截面形状110的喷嘴105。例如，一种或多种喷嘴可具有如图6所示的圆形横截面，如图7所示的菱形横截面，图8所示的五边形横截面，图9所示的六边形横截面，图10所示的七边形横截面或图11所示的八边形横截面。横截面可以具有等长的边，如图6-11所示，或者可以具有不同长度的边，如图12所示的六边横截面和图13所示的八边横截面。一般而言，各种横截面的可钻孔长度位于该横截面的下部，使聚合物线料能借助脱挥发组分容器130中的重力从喷嘴105向下延伸，不会发生堵塞。在一个实施方式中，图6-13中所示的横截面各自具有754英寸2的大致相等的横截面积(等价直径为15.5英寸)，可以理解，根据总体过程和设计的考虑事项，可以选择任何适当的横截面积。对于相同的横截面积，喷嘴横截面形状的变化可以引起其他事项的变化，有可钻孔面积和穿孔数量，绞合角度，应力，应变，脱挥发组分后的聚合物中挥发组分含量，本文详细描述了这些事项。 
参见图6，圆形横截面600的下半部分605包括了该横截面的可钻孔长度。绞合角度沿下半部分605从中点610的0°至各端点615的90°的范围内变化。角度620为120°，限定出弧630，其中绞合角度从在中点的0°到在弧端点625处的60°间变化。在一个实施方式中，圆形横截面的直径为15.5英寸。在120°，弧630对应于的可钻孔长度为15.84英寸，最大绞合角度635为60°。620角为90°时，弧630对应的可钻孔长度为11.88，最大绞合角度为45°。 
参见图7，菱形横截面700有四个等长的边702，704，706和708，各边角为直角(90°)。边706和708包括横截面700的可钻孔长度。可钻孔长度是沿各边706和708的长度，其中，绞合角度735不变，为45°。可钻孔长度小于边706和708的长度，因为各边在接近拐角时开始弯曲，使不变的45°绞合角度改变，大于或小于45°。在一个实施方式中，各边706和708的可钻孔长度约为9.116英寸，总的可钻孔长度约为18.23英寸。 
参见图8，五边形横截面800有五个等长的边802，804，806，808和810，各边角815为108°。边808和810包括横截面800的可钻孔长度。可钻孔长度是沿各边808和810的长度，其中，绞合角度835不变，为36°。在一个实施方式中，各边808和810的可钻孔长度约为8英寸，总的可钻孔长度约为16英寸。 
参见图9，六边形横截面900有六个等长的边902，904，906，908，910和912，各边角915为120°。边908，910和912包括横截面900的可钻孔长度。可钻孔长度是沿各边908和912的长度，其中，绞合角度935不变，为60°，以及沿边910的长度，其中绞合角度不变，为0°。在一个实施方式中，各边908，910和912的可钻孔长度约为6.448英寸，总的可钻孔长度约为19.344英寸。 
参见图10，七边形横截面1000有七个等长的边1002，1004，1006，1008，1010，1012和1014，各边角1015为128.571°。边1010，1012和1014包括横截面1000的可钻孔长度。可钻孔长度是沿各边1010和1014的长度，其中绞合角度1035不变，为51.429°，以及沿边1012的长度，其中，绞合角度不变，为0°。在一个实施方式中，各边1010，1012和1014的可钻孔长度约为5.763英寸，总的可钻孔长度约为17.289英寸。 
参见图11，八边形横截面1100有八个等长的边1102，1104，1106，1108，1110，1112，1114和1116，各边角1115为135°。边1110，1112，1114和1116包括横截面1100的可钻孔长度。可钻孔长度是沿各边1110和1116的长度，其中绞合角度1135不变，为67.5°，以及沿边1112和1114的长度，其中，绞合角度不变，为22.5°。在一个实施方式中，各边1110，1112，1114和1116的可钻孔长度约为4.955英寸，总的可钻孔长度约为19.82英寸。 
参见图12，不规则的六边形横截面1200具有不等长的边1202，1204，1206，1208，1210和1212。各边之间的角度为105°和135°。边1208，1210和1212包括横截面1200的可钻孔长度。可钻孔长度是沿边1208和1212的长度，其中，绞合角度1235恒定，为45°，以及是沿边1210的长度，其中，绞合角度恒定，为0°。在一个实施方式中，各边1208和1212的可钻孔长度约为5.5英寸，边1210的可钻孔长度约为6.89英寸，总的可钻孔长度约17.89英寸。 
参见图13，八边形横截面1300具有第一组边1304，1308，1312和1316以及第二组边1302，1306，1310和1314，其中，第一组边的长度与第二组边的各边长度不相等，各边角1315为135°。在一个实施方式中，第一组边的长度大 于第二组边的长度。在一个实施方式中，第一组边的长度约为第二组边的长度的两倍。边1312，1314和1316包括横截面1300的可钻孔长度。可钻孔长度是沿各边1312和1316的长度，其中，绞合角度1135恒定，为45°，以及沿边1314的长度，其中，绞合角度为0。在一个实施方式中，各边1312和1316的可钻孔长度约为6.448英寸，边1314的可钻孔长度约为3.831英寸，总的可钻孔长度约16.727英寸。 
表1列出在图6-13中示出的各喷嘴横截面上的穿孔的边的数量(NS)，可钻孔长度(LD)以及最大绞合角度(θ)。表1中所列的压力是流动管上游的脱挥发组分装置容器的压力。将表1的实例数据与图6-13的各横截面的约754英寸2的横截面积相关联。在设计时横截面积对压降和均匀流动分布很重要。横截面的形状可以在恒定的宽度与可钻孔面积基准上进行比较，以达到最佳的流动管尺寸，并在给定的容器尺寸上有最大的总的孔数量。如表1所示，图7-13的各多边形横截面的可钻孔长度都大于图6中的圆形横截面。如前面注意到的，可钻孔长度的增加一般对应着孔数量的增加，这同样提高了脱挥发组分的效率。如表1所示，对图7，8，12和13的最大绞合角度都小于或等于45°。如前面讨论的，对大于45°的绞合角度，脱挥发组分效率显著下降。同时考虑最大绞合角度和可钻孔长度，图7的菱形横截面提供了18.23英寸的最大可钻孔长度，同时最大绞合角度等于45°的上限。 
表1 
Figure GSA00000095004700101
所述各形状均匀拐角或弯曲。为减小应力和应变，可使拐角具有一弯曲半径。较大的弯曲半径产生的应力较小，但是也会导致可钻孔面积损失。理想的弯曲半径取决于压力等级的要求、钢的厚度，钢或结构材料的类型以及制造方法。弯曲半径可以小于或等于4，3，2，1.5，1，0.75或0.5英寸。 
喷嘴横截面形状的改变也会影响喷嘴上结构的应力和应变。图14是最大应力随图7-13中各多边形横截面的喷嘴的直线段数量变化的图。图15是最大应变随图7-13中各多边形横截面的喷嘴的直线段数量变化的图。图14和图15的直线段数量对应于喷嘴横截面中边的数量。如图14-15所示，应力和应变随横截面的边数量的增加而减小。图6中所示的圆形横截面通常显示的应力和应变都小于图7-13的任一多边形横截面的应力和应变。图11和13的八边形横截面比图7的四边形横截面更接近圆形横截面。因此，图11和13的八边形横截面具有最小的应力和应变，图7的四边形横截面具有最大的应力和应变。使用ABAQUS CAE和标准软件，对由AL-6XN不锈钢在500F制造的喷嘴进行有限元分析，结果示于表1，可以确定，随直线段数量增加，应力和应变减小。随直线段数量增加，强度下降，因而降低所述段上的弯曲应力。 
使用下面等式来预测用非圆形横截面的喷嘴减小脱挥发组分后，聚苯乙烯中苯乙烯单体的含量，减小脱挥发组分时，聚合物流速约为0.003-1磅/小时/孔，或者，约0.3-1磅/小时/孔，或者约0.049磅/小时/孔，温度为469°F： 
Vθ＝0＝0.5883ρ1.3935                                    (1) 
Vθ＝0.0086ρ2-0.5664ρ+0.0719ρθ-0.1578θ-8.3127        (2) 
V-α0V0+αθVθ                                           (3) 
式中，V是以ppm计的苯乙烯的挥发性水平，ρ是以托计的喷嘴的操作压力(也可以是从上游快速脱挥发组分装置排出的压力)，α0是绞合角度θ等于0°的孔的分数，αθ是绞合角度大于0°且小于或等于45°的孔的分数。对图7，9和13的横截面的预测结果示于表1。如该表中数据所示，所有三个横截面在小于或等于30托操作压力下产生的聚苯乙烯小于100ppm。 
鉴于最大绞合角度、可钻孔长度和最大应力和应变，图7的类型横截面提供18.23英寸的最大可钻孔长度，同时最大绞合角度等于上限，即45°，但是提供了最大的应力和应变。在一个实施方式中，具有图7的菱形横截面的喷嘴还包括锥形孔，以进一步降低喷嘴上的应力和应变，这种喷嘴可以由例如304不锈钢，或AL-6XN不锈钢，或LDX 2101不锈钢制造。在一个实施方式中，具有图7所示横截面的喷嘴可以使脱挥发组分后的聚合物(如，聚苯乙烯)的挥发组分(如，苯乙烯单体)含量等于或小于约100ppm，或等于或小于约50ppm。 
考虑到最大绞合角度、可钻孔长度和最大应力和应变，图13的八边形横截面提供了16.73英寸的可钻孔长度，同时最大绞合角度等于上限，即45°，还 提供了最小的应力和应变。在一个实施方式中，具有图13的八边形横截面的喷嘴还包括锥形孔，以进一步角度喷嘴上的应力和/或应变。结果，具有图13的八边形横截面的喷嘴可以由比图7菱形横截面的喷嘴更价廉的材料制造。此外，对钢板进行穿孔通常是制造成本的主要成本时，与图7相比，可钻孔长度的减小可能降低总制造成本。在一个实施方式中，具有图13所示横截面的喷嘴由304不锈钢，或AL-6XN不锈钢制造。在一个实施方式中，具有图13所示横截面的喷嘴可以使脱挥发组分后的聚合物(如，聚苯乙烯)的挥发组分(如，苯乙烯单体)含量等于或小于约100ppm，或等于或小于约50ppm。 
虽然示出并描述了本发明的优选实施方式，但是，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和内容下本领域技术人员可以对其进行变动。本文中所述的实施方式只是举例，并不意图构成限制。本文揭示的本发明的许多变化和变动都是可能的并且在本发明范围之内。清楚地指出数值范围或限度，应理解，这种表达范围或限度包括落在该表达范围或限度内的同样量级的重复范围或限度(如，约1-10包括2，3，4等；大于0.10包括0.11，0.12，0.13等)。对权利要求的任意元素使用术语“任选地”意图表示目标元素是需要的或者可以不需要。这供选择的元素都在权利要求书的范围之内。应理解，使用广义的术语，如包含、包括、具有等提供对狭义术语如由...组成，主要由...组成，主要包含等的支持。 
因此，保护范围不受上面的描述的限制，而只由权利要求书限定，权利要求书按照包括权利要求书的目标对象的所有等价体。可一个权利要求折弯本发明的一个实施方式结合在说明书中。因此，权利要求书是对本发明的优选实施方式的进一步描述和增加。在相关领域的描述中，对参考文献的讨论并未承认所讨论的参考文献就是本发明的现有技术，基本上任何参考文献的公开日期是在本申请的优先权如之后。本文中列举的所有专利、专利申请和公告都通过参考结合于本文，它们提供对本文提出的示例的程序上或其他的细节。 

Claims (10)

1.一种对聚合物脱挥发组分的方法，该方法包括：
使熔融聚合物从脱挥发组分装置的喷嘴通过，产生多个聚合物线料，其中，至少50重量％的线料以小于或等于45°的最大绞合角度从脱挥发组分装置的喷嘴排出，所述脱挥发组分装置包括：
至少一个具有非圆形横截面的穿孔流动管，和
锥形孔；
从脱挥发组分装置的喷嘴回收脱挥发组分后的聚合物，其中，脱挥发组分后的聚合物是苯乙烯单体含量小于或等于1000ppm的聚苯乙烯；
其中，所述绞合角度指聚合物线料从内侧向外侧流动并从喷嘴孔排出时相对于垂直轴的角度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非圆形横截面具有大于或等于三个边。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非圆形横截面是三角形、菱形、五边形、六边形、七边形或八边形。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横截面是菱形或八边形。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锥形孔通过喷水式推进器钻头形成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱挥发组分装置的喷嘴还包括许多平行流动管。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱挥发组分装置的喷嘴由304不锈钢、AL-6XN不锈钢或LDX2101不锈钢制造。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所有或部分的锥形孔具有线性锥度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所有或部分的锥形孔具有漏斗锥形。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与非锥形孔相比，锥形孔使穿过喷嘴的压降减小50％或更多。
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