一种适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统的制作方法

本实用新型属于树脂合成技术领域。更具体地，涉及一种适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统。

背景技术：

聚苯乙烯（PS）具有成型性优良、透明好、刚性高、电绝缘性能好、易染色、低吸湿性和价格低廉等优点，在包装、电子、建筑、汽车、家电、仪表、日用品和玩具等行业已得到广泛应用，成为当前通用合成树脂中发展最快的品种之一。聚苯乙烯主要可分为透明级聚苯乙烯（GPPS、俗称透苯）和高抗冲击级聚苯乙烯（HIPS、俗称改苯）。其中GPPS以苯乙烯单体聚合而成，外观为无色或浅蓝色透明颗粒，使用于日用品、一次性塑料餐具，透明包装、玩具、塑料板等方面；而HIPS是在苯乙烯单体聚合过程中添加橡胶进行改性增韧赋予产品一定的抗冲性能，因而与GPPS相比具有较高的抗冲击强度和延伸率，外观呈白色，主要用于家电、电子办公房设备外壳、玩具文具和电子设备和食品包装等。

由于不同塑料制品等对产品强度有不同的要求，比如一般玩具和文具制品就不需要太高的高抗冲强度情况下，而目前市场上没有中抗冲级产品，因此，通常采用在高抗冲聚苯乙烯树脂中掺混透明聚苯乙烯的方法来降低产品强度同时降低一定的成本，但此种方法存在增加人工、二次掺混效果不好和无法最大发挥橡胶的增韧作用等不足。通常，在HIPS的生产工艺方面，分散在聚苯乙烯中的橡胶颗粒越小，则透明度越好，但冲击强度越差，然而，分散在聚苯乙烯中的橡胶颗粒越大，则抗冲击强度越好，但透明度越差。此外，刚性和韧性是HIPS产品的两个关键指标，如何控制PS本体分子量和分布，以及产品分子结构中橡胶粒径及其分布，使橡胶在PS中形成有效的海岛结构并与PS本体接枝反应达到橡胶与PS的更好结合，及如何保持聚苯乙烯本身刚性的同时具备高抗冲性能，达到控制产品抗冲性和刚性两者的最佳平衡，是目前亟待解决的问题。

因此，本领域迫切需要开发一种能在保持良好加工流动性、改善加工效率的同时，维持抗冲性和刚性两者的最佳平衡的中抗冲级聚苯乙烯树脂及其相关制造设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足之处，提供一种适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统，通过采用多级预聚合-多级聚合-多级脱挥联合系统，将各机构操作有机地结合在一起，从而实现了操作连续、平稳运行，在大量节约橡胶使用量的同时能够充分发挥橡胶增韧作用，有效地控制了中抗冲聚苯乙烯树脂的强度和刚性，同时控制了产品性能指标稳定一致。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统，包括依次串联连接的溶胶罐、混合进料罐、第一级预聚合反应器、第二级预聚合反应器、第一级聚合反应器、第二级聚合反应器、第三级聚合反应器、第四级聚合反应器、第一级脱挥器、第二级脱挥器与造粒机，超细粉体配料罐与超细粉体进料罐串联后与第一级聚合反应器的进口连接；混合进料罐和第一级预聚合反应器之间的管道上设有预聚合预热器；第四级聚合反应器和第一级脱挥器之间的管道上设有脱挥预热器；第一级脱挥器和第二级脱挥器的端部上部通过输送管道串联并与循环冷凝器连接，收集罐连接于循环冷凝器的底部，收集罐底部出口与预聚合预热器的入口连接；另外，所述适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统还包括三级真空系统，所述三级真空系统包括第一级真空泵、第二级真空泵和第三级真空泵；所述第二级预聚合反应器上设置有第一回流冷凝器，第二级预聚合反应器的顶部出口管道通过第一回流冷凝器与第一级脱挥器和第二级脱挥器的顶部出口管道并联连接，然后通过循环冷凝器与第二级真空泵连接后再与第一级真空泵连接；第二级脱挥器的出口管道与循环冷凝器的连接管道上设置有第二回流冷凝器和第三级真空泵。

优选地，所述适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统还设有引发剂进料装置，该引发剂进料装置设置在第一级预聚合反应器上端顶部，方便准确加入引发剂及精准控制反应进程。

优选地，所述适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统还设有与造粒机相匹配的除尘整粒装置。该除尘整粒装置对原来物料制粒后的过细粉尘进行分离、收集后可以加以利用，充分利用现有设备，提高原料的利用率，降低消耗。

优选地，所述溶胶罐、混合进料罐、超细粉体配料罐、超细粉体进料罐、第一级预聚合反应器、第二级预聚合反应器、多级聚合反应器、第一级脱挥器、第二级脱挥器和收集罐各自单独配有计量输送泵。

优选地，各级聚合反应器均为活塞流反应器。

更优选地，聚合反应器内部还设置有活塞流搅拌器，活塞流搅拌器包括电机、搅拌桨、搅拌轴和轴端挡板，其作用是及时移走聚合反应所产生的反应热，精准控制聚合反应器的温度，控制聚合反应平稳进行，从而更好地达到所需的转化率。

优选地，各级预聚合反应器和聚合反应器的内部设有可分段控制的内盘管，内盘管由多级的单层盘管或双层盘管组合组成；各级预聚合反应器和聚合反应器的外部设有通导热油的外夹套，外夹套上设有导热油进口和导热油出口。外夹套位于反应器筒体外部，内盘管位于反应器筒体内部；物料和导热油通过内盘管壁和夹套壁的热交换，由导热油带走物料的反应热。

更优选地，与聚合物料直接接触的活塞流反应器的筒体内壁、内盘管外管壁、搅拌轴和端盖等附件的抛光度Ra小于0.5 μm，保证物料不在上述附件积聚，从而影响传热效果。

更优选地，活塞流反应器的长径比为6～4：1。长径比太小不利于形成活塞流，太大反应器有效容积小影响反应效率。

优选地，所述适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统还包括总导热油系统，所述总导热油系统包括导热油循环系统和导热油智能控温系统，所述导热油智能控温系统以导热油管道与反应器的内盘管、外夹套相互连接形成所述的导热油循环系统。

正常情况下，通过内盘管和外夹套的导热油循环控制聚合反应器温度，并及时移走聚合反应所产生的反应热，必要时，可通过冷导热油使聚合反应器内部的物料温度迅速冷却。

优选地，所述导热油智能控温系统由热导热油储存罐、冷导热油储存罐、热油炉加热器、导热油冷却器依次连接形成循环。总导热油系统提供不超过280℃的热导热油和不高于90℃的冷导热油，并通过输送管道供给聚合系统和脱挥系统使用，与物料换热后再回到总导热油系统。

优选地，所述导热油智能控温系统的循环管路上设有导热油输送泵和控制阀；所述热油炉加热器和导热油冷却器上设有温度控制器。

从聚合反应器带走聚合反应热量的导热油可作为预聚合预热器的供油，来自聚合反应器的中温油返回可以和热导热油供给管线的导热油通过控制阀进入预聚合预热器的导热油循环系统，提供苯乙烯预热的所需温度。在正常操作情况下，利用聚合反应器的聚合热量预热苯乙烯料液可节约生产能耗。聚合反应器中的聚合物温度由温度控制器来控制，这些温度控制器控制来自总导热油系统的热导热油和冷导热油供应控制阀，控制阀把所需量的热导热油或冷导热油放入到导热油循环系统中，聚合反应器通过反应器中的内盘管和外夹套循环加入冷导热油移走反应热，以保持聚合反应器所设定的温度。脱挥预热器、第一级脱挥器、第二级脱挥器直接使用来自总导热油系统的热油来加热脱挥器的物料，同时保持第一、第二级脱挥器的温度，确保脱挥温度使未反应的苯乙烯单体及其它挥发份完全去除，保证产品的质量。

优选地，在第一回流冷凝器与第一级脱挥器之间的输送管道上设有真空调节阀，第二级预聚合反应器上设有真空压力表，所述真空调节阀与检测第二级预聚合反应器的真空压力表信号连锁。

更优选地，第二、第三级真空泵采用罗茨真空风机，第一级真空泵可采用文丘里喷射器或液环真空泵，采用含苯乙烯的循环液作为文丘里喷射器动力流体或液环真空泵密封循环液。

第二级脱挥器的出口管道通过回流冷凝器再接入第三级真空泵入口，这样可减少进入第三级真空泵的气体流量和温度，减轻第三级真空泵负荷，延长设备寿命和保证生产稳定。

优选地，所述第一级预聚合反应器和第二级预聚合反应器均为连续搅拌釜式全混流反应器；所述连续搅拌釜式全混流反应器上设有搅拌器，所述搅拌器包括可拆卸式固定连接的搅拌动力组件和搅拌轴，搅拌轴上安装有多个组合式搅拌叶片。

更优选地，所述连续搅拌釜式全混流反应器上还设置有侧挡板。

更优选地，所述第一级预聚合反应器的搅拌叶片上部为涡轮、中部为斜桨、下部为涡轮；所述第二级预聚合反应器的搅拌叶片为斜桨。

优选地，各级预聚合反应器和聚合反应器上设有实时检测装置，所述实时检测装置包括粘度检测器、压力检测器、温度检测器、液位检测器、用于发出报警信号的警报器以及与所述报警器相电联的控制系统；所述温度检测器和粘度检测器的下段均伸入到反应液中；所述粘度检测器、压力检测器、温度检测器和液位检测器均分别与控制系统相电联。

上述适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统是发明人经过大量的探索和研究得出的，该系统中分别设有溶胶罐和超细粉体配料罐，通过计量输送泵与预聚合反应器连接，通过两级预聚合反应器串联设置，使配好的新进料液与来自循环及真空系统的循环液按比例预热后，送入预聚合反应器进行聚合，在第一级预聚合反应器精确控制在相转变点之前，使橡胶分子的接枝率达到尽量高的限度，在第二级预聚合反应器控制好橡胶粒子的粒径分布，随着反应的进行，且在搅拌器的不断剪切下橡胶从连续相中分离出来形成胶粒，一部份苯乙烯接枝到橡胶上形成连接在橡胶链上的聚苯乙烯链。然后再经过第一级预聚合反应器、第二级预聚合反应器达到预定的转化率后并在上述反应器加入增强改性的超细粉体溶液进一步原位聚合改性，最后一级反应器的物料被送入后面的脱挥工段。聚合后的聚合物溶液泵送至脱挥预热器预热后进入脱挥器，通过两级具不同真空度的脱挥器，聚合物物料被闪蒸，将未聚合的苯乙烯单体和可挥发的溶剂除去，蒸发出来的挥发份经冷凝、回收、并按比例送入预聚合反应器重新使用。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型可实现生产过程中的一体化控制，直接获得中抗冲聚苯乙烯树脂，填补了国内空白，使产品的强度、刚性以及流动性得到最大限度的保持或提高，而且光泽度好，可满足用户对中抗冲产品的要求，易于进行大规模连续生产，具有显著的经济效益和环境效益。

2、本实用新型根据中抗冲产品特性，采用四级分段聚合系统严格控制连续本体聚合工艺，能够有效地控制聚合速度和接枝率，容易达到最佳的交联密度，使橡胶在PS中能够形成稳定的海岛结构，可以明显地提高产品的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等综合力学性能。

3、本实用新型采用溶胶罐和超细粉体配料罐分为两个阶段进料，不仅可明显改善产品的加工流动性，而且可以在提高流动性的基础上通过超细粉体材料的补强作用来保持刚性，在获得最佳光泽度和流动性的同时，使材料强度得到最大限度的保持或提高，扩展了聚苯乙烯树脂在家电、电子办公房设备外壳、玩具文具和电子设备和食品包装等领域的应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为导热油智能控温系统的连接示意图。

其中，7为第三级真空泵；8为第二级真空泵；9为造粒机；10为除尘整粒装置；11为超细粉体配料罐；12为超细粉体进料罐；21为溶胶罐；22为混合进料罐；23为引发剂进料装置；31为第一级预聚合反应器；32为第二级预聚合反应器；41为第一级聚合反应器；42为第二级聚合反应器；43为第三级聚合反应器；44为第四级聚合反应器；51为预聚合预热器；52为第一回流冷凝器；53为脱挥预热器；54为第二回流冷凝器；55为循环冷凝器；61为第一级脱挥器；62为第二级脱挥器；63为收集罐；801为热导热油储存罐；802为冷导热油储存罐；803为热油炉加热器；804为导热油冷却器；805为反应器筒体；806为活塞流搅拌器；807为导热油输送泵；808为控制阀；101为超细粉体配料罐计量输送泵；102为超细粉体进料罐计量输送泵；201为溶胶罐计量输送泵；202为混合进料罐计量输送泵；301为第一级预聚合反应器计量输送泵；302为第二级预聚合反应器计量输送泵；401为第一级聚合反应器计量输送泵；402为第二级聚合反应器计量输送泵；403为第三级聚合反应器计量输送泵；404为第四级聚合反应器计量输送泵；601为第一级脱挥器计量输送泵；602为第二级脱挥器计量输送泵。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1

如图1所示，一种适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统，包括溶胶罐21、混合进料罐22、超细粉体配料罐11、超细粉体进料罐12、预聚合预热器51、第一级预聚合反应器31、第二级预聚合反应器32、第一级聚合反应器41、第二级聚合反应器42、第三级聚合反应器43、第四级聚合反应器44、脱挥预热器53、第一级脱挥器61、第二级脱挥器62、循环冷凝器55、收集罐63及造粒机9；溶胶罐21、混合进料罐22、第一级预聚合反应器31、第二级预聚合反应器32、第一级聚合反应器41、第二级聚合反应器42、第三级聚合反应器43、第四级聚合反应器44、第一级脱挥器61、第二级脱挥器62与造粒机9依次串联连接，超细粉体配料罐11与超细粉体进料罐12串联后与第一级聚合反应器41的进口连接；预聚合预热器51设置于混合进料罐22和第一级预聚合反应器31之间的管道上；脱挥预热器53设置于第四级聚合反应器44和第一级脱挥器61之间的管道上；第一级脱挥器61和第二级脱挥器62的端部上部串联后通过输送管道与循环冷凝器55连接，收集罐63连接于循环冷凝器55的底部，收集罐63底部出口与预聚合预热器51的入口连接。

该系统还包括三级真空系统。该三级真空系统包括第一级真空泵、第二级真空泵8和第三级真空泵7；第三级真空泵7设置于脱挥器和循环冷凝器55的输送管道上；第二级预聚合反应器32的顶部出口管道通过第一回流冷凝器52与第一级脱挥器61的顶部出口管道并联连接，然后通过循环冷凝器55与第二级真空泵8连接后再与第一级真空泵连接；第二级脱挥器62的出口管道依次通过第二回流冷凝器54、第三级真空泵7后与循环冷凝器55连接；在第一回流冷凝器52与第一级脱挥器61之间的输送管道上设有真空调节阀，第二级预聚合反应器32上设有真空压力表，所述真空调节阀与检测第二级预聚合反应器32的真空压力表信号连锁。第二、第三级真空系统采用罗茨真空风机，第一级真空系统可采用文丘里喷射器或液环真空泵，采用含苯乙烯的循环液作为文丘里喷射器动力流体或液环真空泵密封循环液。

第二级脱挥器62的出口管道通过第二回流冷凝器54再接入第三级真空泵7入口，这样可减少进入第三级真空泵7的气体流量和温度，减轻第三级真空泵7负荷，延长设备寿命和保证生产稳定。聚合后的聚合物溶液泵送至脱挥预热器53预热后进入脱挥器，通过两级具不同真空度的脱挥器，聚合物物料被闪蒸，将未聚合的苯乙烯单体和可挥发的溶剂除去，聚合物中的残留单体控制在800 ppm以下，蒸发出来的挥发份经冷凝、回收、并按比例送入预聚合反应器重新使用。

上述溶胶罐21、混合进料罐22、超细粉体配料罐11、超细粉体进料罐12、第一级预聚合反应器31、第二级预聚合反应器32、多级聚合反应器、第一级脱挥器61、第二级脱挥器62和收集罐63各自单独配有计量输送泵，分别包括溶胶罐计量输送泵201、混合进料罐计量输送泵202、超细粉体配料罐计量输送泵101、超细粉体进料罐计量输送泵102、第一级预聚合反应器计量输送泵301、第二级预聚合反应器计量输送泵302、第一级聚合反应器计量输送泵401、第二级聚合反应器计量输送泵402、第三级聚合反应器计量输送泵403、第四级聚合反应器计量输送泵404、第一级脱挥器计量输送泵601、第二级脱挥器计量输送泵602和收集罐计量输送泵603。

该适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统还设有引发剂进料装置23，该引发剂进料装置23设置在第一级预聚合反应器31上端顶部，方便准确加入引发剂及精准控制反应进程。

该适于大规模生产中抗冲聚苯乙烯树脂的系统还设有与造粒机9相匹配的除尘整粒装置10。该除尘整粒装置10对原来物料制粒后的过细粉尘进行分离、收集后可以加以利用，充分利用现有设备，提高原料的利用率，降低消耗。

各级聚合反应器内部还设置有活塞流搅拌器806，活塞流搅拌器806包括电机、搅拌桨、搅拌轴和轴端挡板，其作用是及时移走聚合反应所产生的反应热，精准控制聚合反应器的温度，控制聚合反应平稳进行，从而更好地达到所需的转化率。与聚合物料直接接触的活塞流反应器806的筒体内壁、内盘管外管壁、搅拌轴和端盖等附件的抛光度Ra小于0.5 μm，保证物料不在上述附件积聚，从而影响传热效果。活塞流反应器的长径比为5：1。长径比太小不利于形成活塞流，太大反应器有效容积小影响反应效率。

第一级预聚合反应器31和第二级预聚合反应器32均为连续搅拌釜式全混流反应器；连续搅拌釜式全混流反应器上设有搅拌器，搅拌器包括可拆卸式固定连接的搅拌动力组件和搅拌轴，搅拌轴上安装有多个组合式搅拌叶片。该连续搅拌釜式全混流反应器上还设置有侧挡板。

各级预聚合反应器和聚合反应器设有通导热油的外夹套，外夹套上设有导热油进口和导热油出口；各级预聚合反应器和聚合反应器的内部设有可分段控制的内盘管，内盘管由多级的单层盘管或双层盘管组合组成。外夹套位于反应器筒体805外部，内盘管位于反应器筒体805内部，通过内盘管壁和聚合物之间的接触进行热交换，带走物料的反应热。

实施例2

作为对实施例1的进一步改进，各级预聚合反应器和聚合反应器内壁均设有实时检测装置，该实时检测装置包括粘度检测器、压力检测器、温度检测器、液位检测器、用于发出报警信号的警报器以及与所述报警器相电联的控制系统；所述温度检测器和粘度检测器的下段均伸入到反应液中；所述粘度检测器、压力检测器、温度检测器和液位检测器均分别与控制系统相电联。本实用新型在可实时检测各个反应阶段状态的同时，最大限度地提高了检测体系的响应速度，实现了对产品生产的实时在线测量和精准控制，保证了后续生产工艺稳定，进而保证中抗冲聚苯乙烯树脂产量与质量，并且自动化程度高。

实施例3

如图2所示，作为对实施例1的进一步改进，本实施例的系统还包括总导热油系统。

该总导热油系统包括导热油循环系统和导热油智能控温系统。导热油智能控温系统以导热油管道与反应器的内盘管、外夹套相互连接形成导热油循环系统。正常情况下，通过内盘管和外夹套的导热油循环控制聚合反应器温度，并及时移走聚合反应所产生的反应热，必要时，可通过冷导热油使聚合反应器内部的物料温度迅速冷却。

导热油智能控温系统由热导热油储存罐801、冷导热油储存罐802、热油炉加热器803、导热油冷却器804依次连接形成循环。

总导热油系统提供不超过280℃的热导热油和不高于90℃的冷导热油，并通过输送管道供给聚合系统和脱挥系统使用，与物料换热后再回到总导热油系统。另外，导热油智能控温系统的循环管路上设有导热油输送泵807和控制阀808，热油炉加热器803和导热油冷却器804上设有温度控制器。脱挥预热器53、第一级脱挥器61和第二级脱挥器62直接使用来自总导热油系统的热油来加热脱挥器的物料，同时保持第一级脱挥器61和第二级脱挥器62的温度，确保脱挥温度使未反应的苯乙烯单体及其它挥发份完全去除，保证产品的质量。

从聚合反应器带走聚合反应热量的导热油可作为预聚合预热器的供油，来自聚合反应器的中温油返回可以和热导热油供给管线的导热油通过控制阀进入预聚合预热器的导热油循环系统，提供苯乙烯预热的所需温度。在正常操作情况下，利用聚合反应器的聚合热量预热苯乙烯料液可节约生产能耗。聚合反应器中的聚合物温度由温度控制器来控制，这些温度控制器控制来自总导热油系统的热导热油和冷导热油供应控制阀，控制阀把所需量的热导热油或冷导热油放入到导热油循环系统中，聚合反应器通过反应器中的内盘管和外夹套循环加入冷导热油移走反应热，以保持聚合反应器所设定的温度。