一种聚四氟乙烯制备装置和方法与流程

本发明涉及高分子材料聚合技术领域，具体地说是一种聚四氟乙烯制备装置和方法。

背景技术：

聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗称“塑料王”，是由四氟乙烯单体(TFE)经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。目前已被广泛地应用于航空、宇航、原子能、电子、电器、化工、机械、建筑、轻纺、医药等工业部门，并日益深入到人民的日常生活中。

聚四氟乙烯可由悬浮和分散两种聚合工艺获得，所得树脂经过干燥后获得粉末产品，或者经过浓缩获得浓缩乳液。其中聚合工艺为将合格的TFE单体，在引发剂及其他助剂作用下，以去离子水为介质，在一定的温度、压力和搅拌速度下在聚合釜内进行聚合反应得到相应的产物。整个聚合反应过程中TFE单体要在单体计量槽内由液态气化升压，借助压力差通过调节阀控制一定的流量进入反应釜内。

目前常规工艺用到的聚四氟乙烯制备装置(如图1所示，图中箭头表示物料输送方向)中，单体计量槽1为上、下夹套换热设备(包括上夹套5、下夹套6)，单体计量槽直接与聚合反应釜4连接，非聚合状态时，开启上夹套冷媒入口51和上夹套冷媒出口52对单体计量槽内部的TFE单体强制冷却，于液态形式储存。聚合反应过程中，要停止上夹套冷媒，开启下夹套热媒入口61(0.6MPa蒸汽或90℃热水)对单体计量槽底部加热，使液态的TFE单体气化对单体计量槽升压。工艺弊端为：

单体TFE性质非常活泼，易燃易爆，沸点-76.3℃，聚合热：-172.704KJ/mol，在空气中的爆炸极限为10～44％(V/V)，在压缩状态下可由于温度高而自动聚合，伴随着迅速压力升高及释放大量的聚合热，使温度急剧上升而引起爆炸。

通过对单体计量槽下夹套直接加热气化，设备底部加热处长时间处于高温状态，该区域TFE受热易自聚并释放出热量，同时会和计量槽内微量的氧气形成过氧化物，过氧化物积累到一定程度会加速TFE自聚，安全隐患很大。国内已经出现类似安全爆炸事故，对生产造成严重的影响。

对同一台设备频繁的冷却降温操作又高温加热操作，设备材质易产生较大的热应力与变形，导致产生疲劳，严重影响设备的使用寿命。

申请号为201320330366.6的实用新型专利公开了一种聚四氟乙烯聚合反应装置，包括依次连接的四氟乙烯液体储罐、单体计量槽、汽化器、硅胶过滤器以及聚合反应釜；四氟乙烯液体储罐上通过单体冷凝器连接四氟乙烯单体管线；聚合反应釜顶部设有引发剂进料管线、助剂进料管线、石蜡进料管线、放空管线以及真空管线，真空管线上连接真空泵，石蜡进料管线连接石蜡槽；聚合反应釜的底部设有四氟乙烯进料管线、聚四氟乙烯。出料管线和氮气管线；四氟乙烯进料管线连接所述的硅胶过滤器，所述的聚四氟乙烯出料管线连接分离槽。利用上述装置制备聚四氟乙烯时，由于单体计量槽仅具有计量功能，需要增加单独的冷凝器使四氟乙烯单体冷凝，然后经汽化器气化后直接通入聚合反应釜，这样就容易导致气化后的四氟乙烯状态气压相差较大，使得聚合反应釜内反应不稳定，聚合反应后的产品不良率较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可避免TFE自聚，同时使得到的聚四氟乙烯产品品质均一的聚四氟乙烯制备装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案之一为：一种聚四氟乙烯制备装置，包括单体计量槽、汽化器和聚合反应釜，所述单体计量槽外设有冷媒夹套，单体计量槽底部与汽化器底部连接，单体计量槽顶部与汽化器顶部连接，单体计量槽顶部与聚合反应釜顶部连接。

本发明提供的另一技术方案为：一种利用上述聚四氟乙烯制备装置制备聚四氟乙烯的方法，包括：向单体计量槽顶部通入液态TFE，控制单体计量槽内压力为0.9～1.1MPa，向汽化器通入60～70℃热水后，将单体计量槽中的液态TFE 通入到汽化器中进行气化，气化后汽化器中的气态TFE在单体计量槽的压力下回到单体计量槽，待单体计量槽内的液态TFE全部变为气态TFE后，控制聚合反应釜内压力为0.75～0.85MPa，将气态TFE通入到聚合反应釜内进行聚合反应，得聚四氟乙烯。

本发明的有益效果在于：本发明聚四氟乙烯制备装置及其制备方法取消了现有的单体计量槽下夹套加热形式，而采用独立的汽化器对TFE单体气化升压，单体计量槽底部与汽化器底部连接，单体气化器内部结构为螺旋盘管，通过热水对螺旋盘管内部的液相TFE加热气化以达到升压压力，不会出现局部受热自聚问题；单体计量槽顶部与汽化器顶部连接，使得气化后的TFE单体依然可以通入到单体计量槽中，待单体计量槽压力稳定后再从聚合反应釜顶部进入到聚合反应釜中反应，使得到的聚四氟乙烯性质稳定、品质优良；单体计量槽外设有冷媒夹套，使得反应前或反应结束后可直接向冷媒夹套中通入-32～-38℃的冷媒使单体计量槽内的TFE液化得以保存，无需单独设置冷凝器。

附图说明

图1为常规工艺用到的聚四氟乙烯制备装置的结构示意图。

图2为本发明实施例聚四氟乙烯制备装置的结构示意图。

标号说明：

1、单体计量槽；11、TFE液相进料口；12、TFE液相出料口；13、TFE气相进料口；14、TFE气相出料口；2、冷媒夹套；21、冷媒入口；22、冷媒出口；3、汽化器；31、螺旋盘管；32、热水入口；33、热水出口；4、聚合反应釜；5、上夹套；51、上夹套冷媒入口；52、上夹套冷媒出口；6、下夹套；61、下夹套热媒入口。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：采用独立的汽化器对TFE单体气化升压，通过 热水对螺旋盘管内部的液相TFE加热气化以达到升压压力，不会出现局部受热自聚问题，气化后的TFE单体依然通入到单体计量槽中，待单体计量槽压力稳定后再通入到聚合反应釜中反应，使得到的聚四氟乙烯性质稳定、品质优良。

请参照图2(图中箭头表示物料输送方向)，本发明提供一种聚四氟乙烯制备装置，包括单体计量槽1、汽化器3和聚合反应釜4，所述单体计量槽外设有冷媒夹套2，单体计量槽底部与汽化器底部连接，单体计量槽顶部与汽化器顶部连接，单体计量槽顶部与聚合反应釜顶部连接。

进一步的，所述单体计量槽上设有TFE液相进料口11、TFE液相出料口12、TFE气相进料口13和TFE气相出料口14，所述TFE液相进料口、TFE气相进料口和TFE气相出料口均设置在单体计量槽顶部，所述TFE液相出料口设置在单体计量槽底部并与汽化器连接，所述TFE气相进料口与汽化器连接，所述TFE气相出料口与聚合反应釜连接。

进一步的，所述汽化器内设有螺旋盘管31，螺旋盘管一端与TFE液相出料口连接，螺旋盘管另一端与TFE气相进料口连接。

由上述描述可知，采用螺旋管式汽化器，换热效率高，气化升压速度快，对流动液态TFE加热，不会出现局部受热自聚问题，安全可靠。

进一步的，所述冷媒夹套上设有冷媒入口21和冷媒出口22，所述冷媒入口设置在冷媒夹套下部，所述冷媒出口设置在冷媒夹套上部。

由上述描述可知，冷媒(可以是冷水或冷盐水)由冷媒夹套下部通入，由冷媒夹套上部排出，可使单体计量槽中的TFE迅速液化，得到储存。

本发明还提供一种利用上述聚四氟乙烯制备装置制备聚四氟乙烯的方法，包括：向单体计量槽顶部通入液态TFE，控制单体计量槽内压力为0.9～1.1MPa，向汽化器通入60～70℃热水后，将单体计量槽中的液态TFE通入到汽化器中进行气化，气化后汽化器中的气态TFE在单体计量槽的压力下回到单体计量槽，待单体计量槽内的液态TFE全部变为气态TFE后，控制聚合反应釜内压力为0.75～0.85MPa，将气态TFE通入到聚合反应釜内进行聚合反应，得聚四氟乙烯。

从上述描述可知，本发明聚四氟乙烯制备装置及其制备方法取消了现有的单体计量槽下夹套加热形式，而采用独立的汽化器对TFE单体气化升压，单体 计量槽底部与汽化器底部连接，单体气化器内部结构为螺旋盘管，通过热水对螺旋盘管内部的液相TFE加热气化以达到升压压力，不会出现局部受热自聚问题；单体计量槽顶部与汽化器顶部连接，使得气化后的TFE单体依然可以通入到单体计量槽中，待单体计量槽压力稳定后再从聚合反应釜顶部进入到聚合反应釜中反应，使得到的聚四氟乙烯性质稳定、品质优良；单体计量槽外设有冷媒夹套，使得反应前或反应结束后可直接向冷媒夹套中通入-32～-38℃的冷媒使单体计量槽内的TFE液化得以保存，无需单独设置冷凝器。

进一步的，聚合反应结束后，向冷媒夹套中通入-32～-38℃的冷媒使单体计量槽内的TFE液化得以保存。

本发明制备方法的优选方案为：向单体计量槽顶部通入液态TFE，控制单体计量槽内压力为1.0MPa，向汽化器通入60℃热水后，将单体计量槽中的液态TFE通入到汽化器的螺旋盘管中进行气化，气化后螺旋盘管中的气态TFE在单体计量槽的压力下回到单体计量槽，待单体计量槽内的液态TFE全部变为气态TFE后，控制聚合反应釜内压力为0.8MPa，将气态TFE通入到聚合反应釜内进行聚合反应，得聚四氟乙烯，聚合反应结束后，向冷媒夹套中通入-35℃的冷媒使单体计量槽内的TFE液化得以保存。

请参照图2(图中箭头表示物料输送方向)，本发明的实施例1为：

一种聚四氟乙烯制备装置，包括单体计量槽1、汽化器3和聚合反应釜4，所述单体计量槽外设有冷媒夹套2，单体计量槽底部与汽化器底部连接，单体计量槽顶部与汽化器顶部连接，单体计量槽顶部与聚合反应釜顶部连接。所述单体计量槽上设有TFE液相进料口11、TFE液相出料口12、TFE气相进料口13和TFE气相出料口14，所述TFE液相进料口、TFE气相进料口和TFE气相出料口均设置在单体计量槽顶部，所述TFE液相出料口设置在单体计量槽底部并与汽化器连接，所述TFE气相进料口与汽化器连接，所述TFE气相出料口与聚合反应釜连接。所述汽化器内设有螺旋盘管31，螺旋盘管一端与TFE液相出料口连接，螺旋盘管另一端与TFE气相进料口连接。所述冷媒夹套上设有冷媒入口21和冷媒出口22，所述冷媒入口设置在冷媒夹套下部，所述冷媒出口设置在冷媒夹套上部。

利用上述聚四氟乙烯制备装置制备聚四氟乙烯的方法：

向单体计量槽顶部通入液态TFE，控制单体计量槽内压力为0.9～1.1MPa，向汽化器通入60～70℃热水后，将单体计量槽中的液态TFE通入到汽化器中进行气化，气化后汽化器中的气态TFE在单体计量槽的压力下回到单体计量槽，待单体计量槽内的液态TFE全部变为气态TFE后，控制聚合反应釜内压力为0.75～0.85MPa，将气态TFE通入到聚合反应釜内进行聚合反应，得聚四氟乙烯。聚合反应结束后，向冷媒夹套中通入-32～-38℃的冷媒使单体计量槽内的TFE液化得以保存。

上述方法具体可以是：

步骤1、TFE液相收料完毕，单体计量槽处于冷却状态，聚合反应釜具备反应加单体条件，关闭单体计量槽-35℃冷媒系统，开启汽化器热水循环系统(热水从热水入口32中进入汽化器，从热水出口33中出来)，开启单体计量槽至汽化器的调节阀，设置单体计量槽压力为1.0MPa(按照悬浮聚合压力0.8MPa设置，以下类同)，加热气化TFE通过平衡压力管道回到单体计量槽进行升压；

步骤2、当单体计量槽压力达到设定值后，缓慢开启通入反应釜的调节阀，并设置自控压力0.8MPa，平稳对反应釜供料；

步骤3、当反应结束，关闭汽化器热水系统，关闭单体计量槽至汽化器的调节阀，关闭汽化器至反应釜调节阀，开启单体计量槽-35℃冷媒系统对单体计量槽降温，使未反应的TFE单体迅速降温冷却。

综上所述，本发明聚四氟乙烯制备装置及其制备方法取消了现有的单体计量槽下夹套加热形式，而采用独立的汽化器对TFE单体气化升压，单体计量槽底部与汽化器底部连接，单体气化器内部结构为螺旋盘管，通过热水对螺旋盘管内部的液相TFE加热气化以达到升压压力，不会出现局部受热自聚问题；单体计量槽顶部与汽化器顶部连接，使得气化后的TFE单体依然可以通入到单体计量槽中，待单体计量槽压力稳定后再从聚合反应釜顶部进入到聚合反应釜中反应，使得到的聚四氟乙烯性质稳定、品质优良；单体计量槽外设有冷媒夹套，使得反应前或反应结束后可直接向冷媒夹套中通入-32～-38℃的冷媒使单体计量槽内的TFE液化得以保存，无需单独设置冷凝器。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。