CN116371300A - 一种弹性体poe进料反应器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性体POE进料反应器及其控制方法，包括催化剂储仓、称重模块、螺杆挤出机、第一和第二反应器、第一和第二液体分布器、第一和第二输送循环泵、第一和第二物料冷却器、均质阀，催化剂储仓下面安装有两个称重模块，且催化剂储仓的底部与螺杆挤出机的入料口通过管道连接，串联两个反应器，并且两个反应器都采用输送循环泵外循环管路的方式，设计新颖、结构简单，实现了茂金属催化剂的准确稳定的连续加入，采用外循环搅拌的方式替代了传统的机械搅拌，解决了机械搅拌存在的机械密封而可能导致泄露的安全隐患，使得茂金属催化剂颗粒在液相物料中分布更加均匀。
Description
技术领域
本发明涉及化工反应技术领域，尤其是一种弹性体POE进料反应器及其控制方法。
背景技术
聚烯烃弹性体(POE)是美国DOW化学公司以茂金属为催化剂的具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性弹性体。广义上的POE,是指乙烯辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物等聚烯烃类弹性体,-般用茂金属催化生产。狭义上的POE是指乙烯辛烯共聚物。这种弹性体的主要性能非常突出,在很多方面的性能指标超过了普通弹性体。POE分子结构具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，因此POE的优异性能使其在汽车行业、电线电缆护套、塑料增韧剂等方面里都获得了广泛应用。
在现有技术中，POE溶液聚合生产工艺基本上采用了搅拌釜式反应器，由于聚合反应温度和压力较大，机械搅拌存在一定的泄露风险。茂金属催化剂相对聚烯烃类弹性体催化性能极强，反应加入的茂金属催化剂(颗粒状)含量较低，采用这种传统的搅拌方式难以混合均匀，生产转化效率难得达到理想效果。同时由于茂金属催化剂是固态状，不能连续精确的加入，导致该段反应器只能采用间接式连续生产，不能实现真正意思上的连续生产。
发明内容
为了克服现有技术中生产转化效率低、不能连续生产和泄露风险的问题，本发明提供一种弹性体POE进料反应器及其控制方法，串联两个反应器，并且两个反应器都采用输送循环泵外循环的方式，解决了传统的机械搅拌的安全隐患，提供了反应转化效率，也实现了反应连续化投料生产的过程。
为实现上述目的，本发明提供了具体如下方案：
第一方面，一种弹性体POE进料反应器，包括催化剂储仓、称重模块、螺杆挤出机、第一和第二反应器、第一和第二液体分布器、第一和第二输送循环泵、第一和第二物料冷却器、均质阀，其中，第一反应器和第二反应器串联连接，采用输送循环泵外部循环管路的方式,第一反应器和第二反应器的顶部分别各自安装有第一液体分布器和第二液体分布器；
所述催化剂储仓下面安装有两个称重模块，且催化剂储仓的底部与螺杆挤出机的入料口通过管道连接，所述螺杆挤出机的下料口与第一反应器通过管道连接，
采用输送循环泵外部循环管路的方式,具体是指，第一反应器的顶部入口的管线位置安装有均质阀,第一反应器底部设有第一输送循环泵和第一物料冷却器，均由管道连接，即第一反应器、第一输送循环泵、第一物料冷却器、均质阀通过管道连接形成第一反应器外部循环管路；第二反应器底部设有第二输送循环泵和第二物料冷却器，均由管道连接，即第二反应器、第二输送循环泵、第二物料冷却器通过管道连接形成第二反应器外部循环管路。
进一步地，所述螺杆挤出机设置有电机、螺杆、螺杆轴承、机筒，电机为变频电机，电机与螺杆轴承相连，螺杆轴承与螺杆相连，机筒是螺杆轴承的外壳，包覆在其外部。
进一步地，所述第一反应器下部安装有液位检测模块LT和温度检测模块TE。
进一步地，所述第一和第二反应器的顶部均分别设有喷淋管，喷淋管下面设置有直管导流段。
进一步地，所述由称重模块的实时数据，来进行控制螺杆挤出机的电机转动频率，从而控制茂金属催化剂的进料量；进料量是由螺杆挤出机的螺杆转动进入第一或第二反应器，电机转动频率高低直接反应进料速度的快慢，即根据称重模块得到的称重催化剂储仓重量的变化快慢，从而调节电机转到频率，最终达到控制茂金属催化剂进料量的大小。
进一步地，所述第一和第二物料冷却器采用管壳式换热器，物料由管程通过，冷却水由壳程通过。
进一步地，所述第一输送循环泵及第二输送循环泵采用浆料泵。
本发明一种弹性体POE进料反应器及其控制方法，采用螺杆挤出机由称重模块定量加入茂金属催化剂，串联两个反应器，并且两个反应器都采用输送循环泵外部循环管路的方式，本发明的有益之处在于：
1.该一种弹性体POE进料反应器及其控制方法设计新颖、结构简单，实现了茂金属催化剂的准确稳定的连续加入，解决了生产连续化的基础条件。
2.由于设置有两个反应器外部循环管路，可以把反应器内物料混合更加均匀，且外循环的管路上设置有冷却器，可以撤出反应器内反应产生的热量，防止反应器温度升高，采用外循环搅拌的方式替代了传统的机械搅拌，解决了机械搅拌存在的机械密封而可能导致泄露的安全隐患。
3.设置了两个反应器一前一后的串联连接方式，由于反应操作条件不一样，以及停留时间问题，两个反应器均有输送循环泵外部循环管路，并且，由于第一反应器外部循环管路中设置了均质阀，使得液体物料与均质阀产生高速撞击作用，从而将颗粒撞击成细小的微粒，使得茂金属催化剂颗粒在液相物料中分布更加均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种弹性体POE进料反应器及其控制方法的实施例1的一种弹性体POE进料反应器流程示意图；
图2为本发明一种弹性体POE进料反应器及其控制方法的实施例1的第一和第二液体分布器的结构示意图；
图中：1、催化剂储仓；2、称重模块；3、螺杆挤出机；31、电机；32、螺杆轴承；33、机筒；34、螺杆；4、第一反应器；5、第一液体分布器；6、第一输送循环泵；7、第一物料冷却器；8、均质阀；9、第二反应器；10、第二液体分布器；11、第二输送循环泵；12、第二物料冷却器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
【实施例1】
请参阅图1-2所示，一种弹性体POE进料反应器，设有催化剂储仓1、称重模块2、螺杆挤出机3、电机31、螺杆轴承32、机筒33、螺杆34、第一反应器4、第一液体分布器5、第一输送循环泵6、第一物料冷却器7、均质阀8、第二反应器9、第二液体分布器10、第二输送循环泵11、第二物料冷却器12，所述第一反应器4的反应温度控制在140～180℃，压力为2.0～3.0MPA。所述第二反应器9的反应温度控制在140～180℃，压力为1.5～2.0MPA。在本实施例中，所述螺杆挤出机3设置有电机31、螺杆34、螺杆轴承32、机筒33，电机31为变频电机，电机31与螺杆轴承32相连，螺杆轴承32与螺杆34相连，机筒33是螺杆轴承32的外壳，包覆在其外部。
使用时，其所述控制方式包括如下步骤：
Q1：物料乙烯溶剂混合物从第一反应器4上部进入，根据催化剂浓度要求，按比例加入定量的茂金属催化剂，由催化剂储仓1下方的称重模块2计量后加入，称重模块2通过控制螺杆挤出机3的电机运转，与物料等比例加入至第一反应器4。
Q2：由于茂金属催化剂为颗粒状，且含量极低，不能均匀分布在第一反应器4的液相中，所以第一反应器4采用外循环的模式，由第一反应器4底部第一输送循环泵6，经第一输送循环泵6加压后、经第一物料冷却器7冷却以便维持恒温。
Q3：少部分物料送至第二反应器9内，该部分流量由第一反应器4的液位检测元件LT控制，以便维持第一反应器4内的液位稳定。与此同时，大部分物料经均质阀8剪切均质后、通过第一液体分布器5后返回第一反应器4内，液体物料在通过均质阀8时高速流动，突然遇到狭窄的缝隙，就会造成极大的速度梯度，产生大的剪切力，使物料破碎，从而将颗粒撞击成细小的微粒以便茂金属催化剂均匀分布在物料液相中，提高反应转化效果。
Q4：第一物料冷却器7采用管壳式换热器，管程走物料，壳程走冷却水，为了维持第一反应器4内温度稳定，与壳程冷却水带走多余热量，冷却水的流量大小有第一反应器4的温度检测元件TE控制。
Q5：第二反应器9以及第二输送循环泵11、第二物料冷却器12操作与上述第一反应器4内的操作步骤Q3、Q4相似，不同的是，循环管线上不再设置均质阀了，茂金属催化剂已经完全均质化与物料混合均匀。第二反应器9为了保证生产连续化运行，确保所有物料均已转化为目标产品而设置。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，包括催化剂储仓、称重模块、螺杆挤出机、第一和第二反应器、第一和第二液体分布器、第一和第二输送循环泵、第一和第二物料冷却器、均质阀，其中，第一反应器和第二反应器串联连接，采用输送循环泵外部循环管路的方式,第一反应器和第二反应器的顶部分别各自安装有第一液体分布器和第二液体分布器；
所述催化剂储仓下面安装有两个称重模块，且催化剂储仓的底部与螺杆挤出机的入料口通过管道连接，所述螺杆挤出机的下料口与第一反应器通过管道连接；
采用输送循环泵外部循环管路的方式,具体是指，第一反应器的顶部入口的管线位置安装有均质阀,第一反应器底部设有第一输送循环泵和第一物料冷却器，均由管道连接，即第一反应器、第一输送循环泵、第一物料冷却器、均质阀通过管道连接形成第一反应器外部循环管路；第二反应器底部设有第二输送循环泵和第二物料冷却器，均由管道连接，即第二反应器、第二输送循环泵、第二物料冷却器通过管道连接形成第二反应器外部循环管路。
2.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，所述螺杆挤出机设置有电机、螺杆、螺杆轴承、机筒，电机为变频电机，电机与螺杆轴承相连，螺杆轴承与螺杆相连，机筒是螺杆轴承的外壳，包覆在其外部。
3.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，所述第一反应器下部安装有液位检测模块LT和温度检测模块TE。
4.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，所述第一和第二反应器的顶部均分别设有喷淋管，喷淋管下面设置有直管导流段。
5.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，所述由称重模块的实时数据，来进行控制螺杆挤出机的电机转动频率，从而控制茂金属催化剂的进料量；进料量是由螺杆挤出机的螺杆转动进入第一或第二反应器，电机转动频率高低直接反应进料速度的快慢，即根据称重模块得到的称重催化剂储仓重量的变化快慢，从而调节电机转到频率，最终达到控制茂金属催化剂进料量的大小。
6.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，所述第一和第二物料冷却器采用管壳式换热器，物料由管程通过，冷却水由壳程通过。
7.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，所述第一输送循环泵及第二输送循环泵采用浆料泵。
8.根据权利要求1所述的一种弹性体POE进料反应器，其特征在于，使用时其控制方式包括如下步骤：
Q1：物料乙烯溶剂混合物从第一反应器上部进入，根据催化剂浓度要求，按比例加入定量的茂金属催化剂，由催化剂储仓下方的第一称重模块计量后加入，第二称重模块通过控制螺杆挤出机的电机运转，与物料等比例加入至第一反应器；
Q2：第一反应器采用第一反应器外部循环管路的模式，茂金属催化剂由第一反应器底部第一输送循环泵，经第一输送循环泵加压后、经第一物料冷却器冷却以便维持恒温，用于解决茂金属催化剂为颗粒状且含量极低，不能均匀分布在第一反应器的液相中的问题；
Q3：物料乙烯溶剂的少部分物料送至第二反应器内，该部分流量由第一反应器的液位检测元件LT控制，以便维持第一反应器内的液位稳定；与此同时，大部分物料经均质阀剪切均质后、通过第一液体分布器后返回第一反应器内，液体物料乙烯溶剂在通过均质阀时高速流动，突然遇到狭窄的缝隙，造成极大的速度梯度，产生大的剪切力，使物料破碎，从而将颗粒撞击成细小的微粒以便茂金属催化剂均匀分布在物料液相中；
Q4：第一物料冷却器采用管壳式换热器，管程走物料，壳程走冷却水，为了维持第一反应器内温度稳定，与壳程冷却水带走多余热量，冷却水的流量大小有第一反应器的温度检测元件TE控制；
Q5：第二反应器以及第二输送循环泵、第二物料冷却器操作与上述第一反应器内的操作步骤Q3、Q4相似，唯一不同的是，循环管线上不再设置均质阀。
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