用于多相聚合方法的反应器系统与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月25日提交的美国临时申请no.62/209,587的权益和优先权，其公开内容通过引用并入本文。

发明领域

本公开涉及可用于多相聚合组合物的聚合和分离的聚合物合成系统。在具体的实施方式中，该系统包括聚合反应器和在聚合反应器下游的去液化-淬灭(deliquifying-quench)挤出机。

发明背景

在某些聚合方法中，液体或气体单体在聚合产物不明显可溶于其中的稀释剂存在下聚合。结果，形成了固体聚合产物以聚合物颗粒或附聚体的形式分散在其中的淤浆。在许多这些方法中，稀释剂促进热量从聚合物附聚体传递出去。

尽管这些方法在技术上是可用的，但是这些聚合方法存在若干挑战。首先，得到的淤浆可能具有相对高的粘度，这抑制了混合和传热，并且这会对聚合物性质、反应器可操作性产生负面影响，并可能导致反应器结垢。这种相对高的粘度也对要生产的聚合物的固体含量有实际的限制。此外，由于反应在稀释剂存在下进行，所以需要将聚合物和聚合物附聚体从稀释剂中分离出来并最终使聚合物产物去液化和干燥。

如技术人员所理解的，这种性质的聚合通常在连续搅拌的釜式反应器内进行，使用足够体积的稀释剂并混合以保持流体条件。聚合之后，稀释剂(其通常是有机溶剂)通过常规溶剂汽提技术除去。例如，可以通过使用蒸汽去溶剂技术从聚合产物中汽提溶剂，其产生必须被干燥的湿产物。

这些常规方法以及这些方法中使用的设备会是高能耗且成本高的。因此，需要可以有效地进行淤浆聚合的系统。

发明概述

本文描述了可用于合成和分离多相聚合组合物的系统。这些系统(其也可以称为反应器系统)包括反应器(其中可以包括反应物、产物和任选的稀释剂的聚合混合物(也称为反应混合物)被混合、返混、和/或捏合)，和在反应器下游的挤出机(其中可以分离反应混合物的物理上不同的成分(例如相分离成分))。

本发明的一个方面涉及聚合物合成系统，其包括：具有靠近第一端的入口和靠近相对的第二端的出口的聚合反应器，所述反应器包括轴向定位在所述反应器内的可旋转轴并且包括至少两个从所述可旋转轴径向向外延伸的剪切桨叶；和具有靠近第一端的入口和靠近相对的第二端的出口的去液化-淬灭挤出机，所述挤出机包括轴向定位在所述挤出机内并且包括多个螺旋片(flight)构造的轴组件，所述挤出机包括由多个螺旋片构造限定的多个处理区域，所述处理区域包括萃取-压实区域，在萃取-压实区域下游的密封区域，在密封区域下游的通风冷却区域，在通风冷却区域下游的淬灭区域，以及在淬灭区域下游的输送区域，其中所述去液化-淬灭挤出机在所述聚合反应器的下游，并且其中所述去液化-淬灭挤出机经由反应器的出口和挤出机的入口与所述聚合反应器流体连通。

本发明的其他方面涉及聚合物合成系统，其包括：适于捏合和/或造粒其内容物的第一容器；以及适于依次通过以下步骤来处理其内容物的第二容器：(i)压实其内容物，同时允许物理上不同的成分的双向流动；(ii)使其内容物经受降低的压力和/或升高的温度，从而挥发第二容器内的较低沸点成分并将它们与其他成分分离；(iii)在引入淬灭剂的同时混合其内容物；(iv)将其内容物输送出第二容器，其中第一容器与第二容器流体连通，并且其中第二容器在第一容器的下游。

本发明的其他方面涉及生产聚合物的方法，所述方法包括以下步骤：将单体、催化剂和稀释剂加入到聚合反应器中；在催化剂存在下使单体聚合以在聚合反应器内形成聚合物产物，同时使单体、聚合物产物和稀释剂进行捏合和/或造粒，从而形成聚合混合物；将聚合混合物从聚合反应器传送到去液化-淬灭挤出机；通过使聚合混合物或其一部分依次进行一系列步骤来处理去液化-淬灭挤出机内的聚合混合物，所述步骤包括(a)压实聚合混合物以迫使夹带在聚合物产物内的稀释剂与聚合物产物分离，同时允许双向流动，由此在一个方向上输送聚合物产物，同时允许稀释剂在相反的方向上流动，(b)使聚合物产物经受降低的压力，从而挥发夹带在聚合物产物内的任何稀释剂或单体的至少一部分；(c)将淬灭剂引入到聚合物产物中，同时使聚合物产物经受剪切和混合；(d)将聚合物产物从去液化-淬灭挤出机中输送出。

通过以下描述和所附权利要求书，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。

附图简要描述

图1是根据本发明实施方式的聚合物合成系统的俯视图；

图2是根据本发明实施方式的反应器的剖视图；

图3是根据本发明的实施方式的去液化-淬灭挤出机的侧面剖视图；

图3a是沿着图3的3a截取的横截面视图；和

图4是采用根据本发明实施方式的聚合物合成系统的聚合方法的流程图。

说明性实施方式的详细描述

现在将描述各种具体实施方式、版本和实施例，包括为了理解要求保护的发明的目的而在本文中采用的优选实施方式和定义。尽管下面的详细描述给出了具体的优选实施方式，但是本领域技术人员将会理解，这些实施方式仅是示例性的，并且本发明可以以其他方式实施。

可以参考图1描述本发明的实施方式，该图显示了聚合物合成系统20，其也可以被称为反应器系统20或简称为系统20，包括聚合反应器30，其可以被称为反应器30，和在聚合反应器30下游的去液化-淬灭挤出机60，其也可以被称为挤出机60。反应器30经由反应器30的出口开口32和挤出机60的入口开口58与挤出机60流体连通。如图3清楚所示，出口开口32可直接与入口开口58配合。在未示出的其他实施方式中，出口开口32可通过适当的导管连接到入口开口58。作为这种构造的结果，反应器30内的物质可以被传送到挤出机60用于进一步处理。此外，这种构造(其在下文更详细地描述)允许反应器30和挤出机60之间的物质的双向流动。换句话说，尽管挤出机60在反应器30的下游，并且反应器30和挤出机60两者的构造促进物质向下游输送，但是挤出机60适于允许双向流动(其将在下文更详细地描述)，结果，某些成分向上游流动并且可以从挤出机60的入口58流出进入反应器30的出口32。在一种或多种实施方式中，出口32和入口58被配置以使反应器30和挤出机60之间的开口最大化，从而促进反应器30和挤出机60之间的双向流动。

在一种或多种实施方式中，反应器30和挤出机60两者通常相对于它们的轴水平定位，但在分开的平面内。即，反应器30位于挤出机60的上方，其允许重力以帮助物质经由开口32、58从反应器30移动到挤出机60。在一种或多种实施方式中，如图3所示，挤出机60相对反应器30的轴偏移。换言之，如图3所示，挤出机60可以相对于水平面成角度α定位，使得其轴在其前壁71处比其末壁73低。该角度(即，α)可以是从0°到约90°，在其他实施方式中是从约5°到约60°，或者在其他实施方式中是从约7°到约45°。作为这种定位的结果，挤出机60的至少一部分内的物质，尤其是较低粘度的物质，例如液体，可以借助重力流向前壁71，并经由开口58流出挤出机60并返回到反应器30中。另外，如图3所示，在挤出机60相对于反应器30以一定角度定位的情况下，反应器30的开口32相对于反应器30的垂直轴偏移。作为该构造的结果，物质从反应器30到挤出机60的传送将不一定有利于密度更大的成分，这是如果出口32位于32的底部将会发生的情况。通过将开口32定位成更靠近反应器30的水平轴，可以实现从反应器30到挤出机60的传送的成分的更均匀的分布。

在一种或多种实施方式中，反应器30适于混合、返混、捏合和/或造粒反应器的内容物。如本领域技术人员所理解的，许多因素会影响反应器30内被处理的物质受到影响的方式。例如，物质特性可以影响物质是被捏合还是造粒。同样，在处理多个相的情况下，例如液体和固体的相对量可以影响对物质的最终影响。在一种或多种实施方式中，反应器30在反应器内部提供足够体积以允许足够的顶部空间，同时提供机械混合元件，产生反应器内容物与反应器内的混合元件之间相对高的表面接触。在一种或多种实施方式中，如图2所示，反应器30通常包括壳体34(其也可以被称为机筒34)以及轴向地定位在壳体34内的轴组件36。在一种或多种实施方式中，轴组件36是可旋转的并且可以通过使用轴承(未示出)适当地支撑以旋转。轴组件36可以机械地连接到合适的驱动源35(图1所示)上，来以所需的速度旋转轴组件36。在一种或多种实施方式中，轴组件36机械地连接到单个驱动源，如图1所示，以及在其他未示出的实施方式中，轴组件36可以机械地连接到在轴36的相对端处的两个不同的驱动源。

壳体34包括侧壁38、第一端壁40和第二端壁42。本领域技术人员将理解，壳体34包括内表面和外表面，其中内表面限定反应器30内的反应区域或空间，并且外表面限定了反应器30的外部。为了该描述的目的，内表面在本发明的实施中最重要，因此除非另有说明，否则提及壳体34和/或侧壁38、端壁40和端壁42，将是指壳体34的内表面的构造或特性。

侧壁38和/或端壁40、42可以包括一个或多个开口。例如，如图1所示，入口43、43'设置在侧壁38上径向于轴组件36。同样，侧壁38、第一端壁40和/或第二端壁42可以包括一个或多个出口。例如，如图1所示，出口45设置在侧壁38内径向于轴组件36。在特定的实施方式中，出口45适于允许将蒸气流(也称为气体流)从反应器移除，其可以由此提供反应器内物质的蒸发冷却。如技术人员将理解的，入口和出口的位置可以根据偏好而变化。例如，可能期望在第一端壁40内包括入口或出口(未示出)。此外，因为反应器30是密封容器，其指的是可以在增加的压力或真空下操作的容器，因此反应器30内的任何开口与可靠的隔离装置(例如机械密封件或阀门)适配。

在一种或多种实施方式中，侧壁38通常是圆柱形的，因此横截面积(即，横向于轴组件36的面积)在反应器30的整个轴向长度上恒定或基本恒定。反应器30的轴向长度从第一端壁40延伸到与第一端壁40纵向相对的第二端壁42。

如上所述，反应器30适于混合、捏合和/或造粒其内容物。几种设计可以实现这些目标。捏合和/或造粒提供了与捏合元件的大的表面接触以及反应器内物质的表面更新(例如，可能形成的附聚体被机械破碎或切碎以暴露附聚体的内表面)两者。本领域技术人员理解，这可以通过低剪切混合结合足够的混合体积来实现。此外，反应器30适于输送反应器内的物质；即反应器30适于将物质朝向出口32输送。本领域技术人员理解，这可以通过例如轴组件来实现，所述轴组件包括多个螺旋地盘绕在芯上并且由此提供输送力到反应区域30内的物质的混合元件。在一种或多种实施方式中，这些元件还可以提供用于输入到反应区域30内的物质的期望量的剪切能量的期望的剪切表面面积。

在具体的实施方式中，反应器30内所需的混合、捏合和/或造粒是通过钩和桨叶捏合布置实现的。例如，反应器30可以包括两个或更多个捏合桨叶。如图2清楚所示，轴组件36可以包括轴向部分46和从轴向部分46径向延伸的一片或多片桨叶48、48'。在一种或多种实施方式中，轴组件36可以包括3到10片桨叶，或者在其他实施方式中为4至8片。桨叶的“片”被定义为沿共同线或角度向轴向部分46纵向向下延伸的的一组或一系列桨叶。片数取决于各种因素，包括侧壁的直径，轴向部分的直径和每个桨叶的宽度。在一种或多种实施方式中，每片桨叶可以包含至少2个和至多20个桨叶。桨叶的数量可以取决于各种因素，包括第一部分的轴向长度，轴向部分的直径，侧壁的直径以及期望在第一部分中产生的剪切能量的量。也可以提及桨叶的径向分组，其是指沿着轴向部分46的长度共享共同位置的那些桨叶。换言之，桨叶的径向分组共享横向于轴向部分46的轴的共同平面。在一种或多种实施方式中，径向分组内的桨叶的数量等于片的数量。

在一种或多种实施方式中，每片桨叶可以沿着轴向部分46的纵向长度以一定角度延伸。取决于轴向部分46的长度，这种角度布置可以使得桨叶的片产生围绕轴向部分46的螺旋图案。例如，在反应器30的长度足够长的情况下，每个片可以围绕轴向部分46至少一次地完全盘绕其自身。由于该角度，当从每个端部观察捏合机时，每个片中的每个连续桨叶的一部分是可见的，如图2中一般性所示。

在一种或多种实施方式中，每个桨叶48、48'具有截头三角形形状，如图2清楚所示。每个桨叶48、48'的宽度可横向于轴向部分46的轴测量。如图2所示，每个桨叶48、48'的宽度随着桨叶径向延伸远离轴向部分46而增加。桨叶48、48'中的一个或多个可以带有清理杆49。如图2所示，清理杆49可以比每个桨叶48、48'的宽度显著更薄，或者在其他实施方式中，杆49的宽度可以在桨叶48、48'的较大部分上延伸(即，在桨叶的径向弧的较大部分上延伸)。此外，如图2清楚所示，杆49从桨叶48、48'的径向轴垂直地延伸并且平行于轴向部分46定向。在未示出的供选择的实施方式中，杆49可以相对于轴向部分46以一定角度设置，其将对反应器30内的物质提供输送作用。例如，杆49可相对于轴向部分46以0°至30°的角度偏移。

在一种或多种实施方式中，桨叶48、48'被配置和排列以与固定到侧壁38的至少两个钩50、50'结合操作。在一种或多种实施方式中，当轴组件46旋转时，桨叶48、48'分别越过相邻的钩50、50'。钩50、50'也沿着反应器30的轴向长度以片的方式布置。钩的片数可以取决于各种因素，包括每片桨叶中的桨叶48、48'的数量。钩50、50'也可以参考钩的径向分组来描述，其是指沿着反应器30的长度共享共同位置的钩的数量。在一种或多种实施方式中，反应器30可以包括至少一个钩/径向分组。径向分组内的钩的数量可以取决于许多因素，包括第一部分的轴向长度，轴向部分的直径，侧壁的直径，以及期望在第一部分中产生的剪切能量的量。径向分组的数量同样可以取决于许多因素。在一种或多种实施方式中，反应器30包括一个钩的径向分组(或简单地一个钩)/桨叶的径向分组。

在一种或多种实施方式中，每个钩50、50'具有不接触轴组件36的轴向部分46的径向内部终端51、51'。钩50、50'被配置以获得用于反应器30内的反应物和产物的剪切的期望表面积，从而获得用于剪切的期望的表面积，并提供径向和水平剪切表面的组合。如图1清楚所示，空间52(也可称为通道52)存在于轴组件36(即，轴向部分46和叶片48、48')与侧壁38的内直径以及钩50、50'之间。

如上所述，反应器30尤其适于朝向出口32输送物质。在一种或多种实施方式中，反应器30适于产生在反应器30内被处理物质的脉动流动(即具有周期性变化的流动)，特别是作为出口32附近的物质。结果，反应器30内的物质经由出口32以脉动的方式离开。在一种或多种实施方式中，反应器30通过桨叶(例如桨叶48、48')的布置和/或相对于出口32桨叶和/或偏转板的定位提供脉动流动。在一种或多种实施方式中，靠近出口32的桨叶适于包括这样的桨叶或元件或被其替代，所述桨叶或元件设计成当经历旋转时，相对于反应器30的内壁间歇地挤压或压缩反应器30内的物质，从而在元件经过出口32时迫使物质离开出口32。在wo93/21241中描述了这种性质的可用元件，其通过引用并入本文。此外，为了促进脉动流动并且还有利地减少出口32处或其附近的剪切，反应器30可以在出口32处或其附近不含有钩(例如钩50、50')。

在一种或多种实施方式中，反应器30可配备有一个或多个温度控制装置(未示出)。例如，反应器30可配备有加热或冷却夹套以控制反应器30内被处理的物质的温度。同样，反应器30可配备有一个或多个压力控制装置(未示出)。例如，反应器30可配备有压力控制装置(例如真空装置)以控制反应器30内的压力。如本领域技术人员将理解的，通过控制反应器30内的压力和/或温度，冷却反应器的内容物可以通过采用蒸发冷却技术来实现。

虽然已经参考单轴、钩和桨叶捏合机装置描述了示例性实施方式，但是本领域技术人员应当理解，具有多个轴的类似装置同样可以用于实现所需的混合、捏合和/或造粒。

现在转到去液化-淬灭挤出机60，可参考图3，其显示了包括壳体64(也称为机筒64)和轴组件62的挤出机60。

壳体64包括侧壁68，第一端壁71和第二端壁73。本领域技术人员将理解，壳体64包括内表面和外表面，其中内表面限定挤出机60内的处理区域或空间，并且外表面限定挤出机60的外部。为了该描述的目的，内表面在本发明的实施中最重要，因此除非另有说明，否则提及壳体64和/或侧壁68、端壁71和端壁73，将是指壳体64的内表面的构造或特性。

侧壁68、第一端壁71和第二端壁73可以包括一个或多个开口。例如，出口开口77设置在第二端壁73内。如上所述，挤出机60包括壳体64内的入口开口58。另外的入口(未示出)也可以设置在侧壁68中。同样，侧壁68、第一端壁71和/或第二端壁73可以包括一个或多个出口。例如，出口75设置在侧壁68内。在特定实施方式中，出口75适于允许从挤出机60移除气体流，该气体流可以通过例如挤出机60的至少一部分的真空引起，其将在下面更详细地讨论。如技术人员将理解的，入口和出口的位置可以根据偏好而变化。例如，可能期望在第一端壁71内包括入口或出口(未示出)。此外，由于挤出机60是密封容器，其是指可以在增加的压力下或在真空下操作的容器，所以挤出机60内的任何开口都可以与可靠的隔离装置(例如机械密封件或阀门)适配。在特定实施方式中，出口77与可靠的隔离装置(例如，全流道球形阀)适配。

在一种或多种实施方式中，侧壁68通常是圆柱形的，因此横截面积(即，横向于轴组件62的面积)在挤出机60的整个轴向长度上恒定或基本恒定。挤出机60的轴向长度从第一端壁71延伸到与第一端壁40纵向相对的第二端壁73。

如图3a中清楚所示，轴组件62包括轴向部分66(其可以被称为芯轴66)和由芯轴66带动和驱动的螺杆元件(一个或多个)(例如将在下面描述的82)。如图3a所示，螺杆元件82(以及沿着轴66的长度的其他螺杆元件)可以通过接合元件(例如位于芯轴66上的轮齿74和位于螺杆元件82上的轮齿74')可滑动地接合。

在一种或多种实施方式中，如图3所示，芯轴66以及由此轴组件62是可旋转的并且可以通过使用轴承(未示出)适当地支撑以旋转。芯轴66可以机械地连接到合适的驱动源61，来以所需的速度旋转轴组件62。在一种或多种实施方式中，芯轴66机械地连接到单个驱动源，如图3所示，以及在其他未示出的实施方式中，芯轴66可以机械地连接到芯轴66的相对端处的两个不同的驱动源。

本领域技术人员将理解，芯轴66延伸穿过第一壁71内的开口以接合支撑系统(例如轴承系统)和/或驱动源61，如图3所示。类似地，芯轴66可延伸穿过第二壁73内的开口以接合支撑系统(例如轴承系统)和/或驱动源。为了防止液体物质从挤出机60泄漏，尤其是在邻近第一壁71的上游端处，挤出机60可以在芯轴66和芯轴66延伸穿过的壁71(以及任选的壁73)之间的界面处配备有适当的液体密封系统。

可以参考挤出机60的操作上不同的部分来进一步描述挤出机60内的轴组件62的子组件，特别是沿着芯轴66设置的各种螺杆元件。具体地，挤出机60可以参考第一部分70(其也可以被称为密封区域70)，第二部分80(其可以被称为萃取-压实区域80)，第三部分100(其也可以被称为密封区域100)，第四部分120(其也可以被称为通风-冷却区域120)，第五部分140(其也可以被称为淬灭区域140)，和第六部分160(其也可以被称为输送区域160)定义。在一种或多种实施方式中，上述部分(也称为区域)中每个按照上述顺序依次布置。

在一种或多种实施方式中，挤出机60可以配备有一个或多个温度控制装置(未示出)。例如，挤出机60可配备有加热或冷却夹套以控制挤出机60内被处理的物质的温度。同样，挤出机60可配备有一个或多个压力控制装置(未示出)。例如，挤出机60可配备有压力控制装置(例如真空装置)以控制挤出机60内的压力。如本领域技术人员将理解的，通过控制挤出机60内的压力和/或温度，反应器中内容物的冷却可以通过使用蒸发冷却技术来实现。由于挤出机60包括多个区域，其特征尤其在于，如本文所阐释的独特的轴属性，因此压力和温度控制系统可以被分段以适应沿着挤出机60的轴的温度和压力控制的期望的分段。

尽管挤出机60的每个部分都适于以正的整体净流量(特别是关于用挤出机处理的固体物质)向前输送挤出机的内容物，但是每个部分都独特地适于在其内容物上施加预期的力，从而实现不同的目标。例如，第一部分70适于将物质输送离开第一壁71并且因此离开与芯轴66和第一壁71之间的界面相连的密封装置。第二部分80适于分离挤出机内容物中物理上不同的成分(例如，分离液体和固体)并且允许成分之一迁移或流动(如在液体的情况下)回到入口58。第三部分100适于限制挤出机60内的物质的流动并且填充第三部分100内任何空隙，从而在第二部分80和其他下游部分(例如第四部分120和第五部分140)之间形成密封。第四部分120适于提供低压区域，该低压可以有效地防止物质向后流动，特别是防止随后的第五部分140内的物质，向后流过第三部分100，同时还允许第四部分120内物质的蒸发冷却。第五部分140适于剧烈混合挤出机60内的物质，从而分散在第五部分140处引入挤出机60内的添加剂，例如淬灭剂。第六部分160适于将挤出机60内的物质传送到出口77。

如上所述，第一部分70适于积极地输送物质离开第一壁71，这有利地使轴组件62和壁71的界面处的任何液体密封系统的结垢和污染最小化。

在一种或多种实施方式中，第一部分70内的输送动作由第一部分70内的螺杆元件(一个或多个)的构造提供。如图3所示，第一部分70内的轴组件62包括螺杆元件72，所述螺杆元件72包括具有一个或多个片的螺旋元件，其中片包括片基部78和片末端(一个或多个)79。空间76(其可以称为通道76)存在于螺杆元件72的间隙内。通道76可以基于沿着轴组件62的轴的任何点处的横截面积来表征，该横截面积通常是中断的环形域的形式。如本领域技术人员将理解的，横截面积是通道深度的函数，该通道深度是根部直径(其由片基部78的直径定义)和顶部直径(其也可以被称为片直径，由片末端79的直径定义)之间的差异。通道76也可以基于各自通道的宽度(也称为片节距)来表征，所述各自通道的宽度是各自片末端79之间的距离。螺杆元件72还可以通过沿着轴组件62的轴的螺杆螺旋角度来表征。

第一部分70包括靠近第一壁71并由第一壁71限定的第一端67和靠近第二部分80并由第一部分70与第二部分80之间的界面限定的第二端69。第一端67也可以被称为前端67或上游端67，并且第二端69可以被称为终端69或下游端69。

通常，本领域技术人员将理解，第一部分70的输送需求可以通过具有相对较高的片节距的常规设计来满足，其可以用于产生足够的压力以迫使第一部分70内的物质离开第一部分70的第一端67至第二端69。

现在转向第二部分80，再次参考第二部分80适于分离挤出机60的内容物中物理上不同的成分并允许成分之一迁移或流动(如液体的情况)返回第一壁71朝向入口58的事实。因此，第二部分80适于提供物质的双向流动。如本领域技术人员所理解的，本发明的上下文中的物理上不同的成分是指可以通过在第二部分80内发生的挤压和压缩动作和/或抵抗重力的输送动作的组合而分离的那些物质。例如，在第二部分80内固体可以与液体分离。同样，在第二部分80内粘性液体可以与粘性较低的液体分离。

在一种或多种实施方式中，这种分离和双向流动由第二部分80内的螺杆元件(一个或多个)的构造提供。如图3所示，第一部分70内的轴组件62包括螺杆元件82，所述螺杆元件82包括具有一个或多个片的螺旋元件，其中片包括片基部84和片末端(一个或多个)85。空间86(其可以被称为通道86)存在于螺杆元件82的间隙内。通道86可以基于在第二部分80内沿着轴组件62的轴的任何点处的横截面积来表征，该横截面积通常是中断的环形域的形式。如本领域技术人员将理解的，横截面环形面积是通道深度的函数，该通道深度是根部直径(其由片基部84的直径定义)与顶部直径(其也可以称为片直径，由片末端85的直径定义)的之间的差。通道86还可以通过各自通道的宽度(也称为片节距)来表征，其是各自螺杆末端85之间的距离。螺杆元件82还可以通过在第二部分80内沿轴组件62的轴的螺杆螺旋角度来表征。

第二部分80包括靠近第一部分70并由第一部分70和第二部分80之间的界面限定的第一端88，以及靠近第三部分100并由第二部分80和第三部分100之间的界面限定的第二端90。第一端88也可以被称为前端88或上游端88，第二端90也可以被称为终端90或下游端90。

如图3一般性所示，在第二部分80内通道86的通道深度从第一端88到的第二端90减小。在一种或多种实施方式中，通道深度减小的速率是平滑且连续的。在这些或其他实施方式中，减小的速率可以根据第一端88处的横截面环形面积与第二端90处的横截面环形面积的比例来定义。例如，减小的速率可以由第一端88处的横截面积与第二端90处的横截面积之比为1.2:1至5:1表示。

也如图3中一般性示出的，在第二部分80内通道节距从第一端88到第二端90减小。在一种或多种实施方式中，通道节距减小的速率可以是平滑且连续的，或者在其他实施方式中它可以是阶梯式的。在这些或其他实施方式中，减小的速率可以根据第一端88处的通道节距与第二端90处的通道节距的比例来定义。例如，减小的速率可以由在第一端88处的通道节距与第二端90处的通道节距之比为1.2:1至5:1表示。

螺旋片84被定向以产生第二部分80内被处理的固体物质从第一端88到第二端90的正向流动。同时，在第二部分80内的轴组件62被配置以允许第二部分80内的较低粘度(例如，液体)物质的反向流动(即，沿着从第二端90到第一端88的方向的流动)。这种较低粘度物质的反向流动由通道深度差异(上面讨论的，这可以归因于螺杆元件82的根部直径的差异)来引起，并且还任选地通过将挤出机60定位在其中挤出机60的轴(由轴组件62的轴表示)在第二壁72处高于第一壁70的角度(所述角度定位如上所描述)来引起。在任何情况下，螺杆组件的构造都允许这种回流。

在一种或多种实施方式中，每个各自螺杆片(一个或多个)85的高度(其被定义为从基部84到各自片末端(一个或多个)85的距离)小于从基部84到侧壁68的内壁的距离。换句话说，并且也在图3a中示出，空间92(其也可以被称为间隙92或片间隙92)存在于第二部分80内片末端(一个或多个)85和侧壁68(内表面)之间。作为这种构造的结果，粘性较小的物质(例如液体)可以朝向第一端88并且朝向开口58向上游流动，而螺杆元件82的方向将粘性较大的物质(例如固体)带向第二端90。

更进一步地，螺杆元件82的各自片可以包括各种开口94，其也可以被称为槽94。与间隙92一样，槽94允许粘性较小的物质(例如液体)向上游朝向第一端88(并且朝向开口58)流动，而螺杆元件82的方向将粘性较大的物质(例如固体)带向第二端90。在一种或多种实施方式中，侧壁68包括一个或多个安全销(breakerpin)96、96'，其是从侧壁68朝芯轴66延伸的径向突起，其与槽94相互啮合。如技术人员将理解的，销96、96'可用于防止反应器60内被处理的物质的滑动。

因此，作为贯穿第二部分80的通道深度和片节距减小的结果，在第二部分80内被处理的物质经历增加的压力，导致当通过操作(即旋转)螺杆元件82使物质从第一端88移动到第二端90时，物质被挤压和压实。在物质是多相物质的情况下，粘性较小的物质(例如液体物质)通过这种压实与粘性较高的物质(例如固体)分离，(例如夹带在固体内的液体被挤出固体)，而固体通过螺杆元件82向前(即下游)输送。同时，芯轴72的增大的直径，任选地结合挤出机80定位的角度以及间隙92和/或槽94，允许液体向上游朝向第一端部88和入口开口58流动。

现在转向第三部分100，再次参考第三部分100适于限制挤出机60内的物质流动并填充第三部分100内的任何空隙，从而在第二部分80和挤出机60的其他下游部分(例如第四部分120和第五部分140)之间形成密封的事实。

在一种或多种实施方式中，通过第三部分100内的轴组件62的构造来提供第三部分100内的空隙填充(即，通道空间的填充)。如图3所示，轴组件62包括螺杆元件102，所述螺杆元件102包括具有一个或多个片的螺旋元件，其中片包括片基部104和片末端(一个或多个)105。

空间106(其可以被称为通道106)存在于第三部分100内的螺杆元件102的间隙内。通道106可以基于沿轴组件62的轴的任何点处的横截面积表征，该横截面区域通常是中断的环形域形式。如本领域技术人员将理解的，横截面环形面积是通道深度的函数，通道深度是根部直径(其由片基部104的直径定义)和顶部直径(其可以称为片直径，由片末端(一个或多个)105的直径定义)之间的差。通道106还可以通过各自通道的宽度(也称为片节距)来表征，其是各自片末端105之间的距离。螺旋元件102还可以通过沿着轴组件62的轴的螺杆螺旋角度来表征。

在一种或多种实施方式中，轴组件62还包括定位在第三部分100内的挡料圈(dam)103。如技术人员将理解的，该挡料圈可包括固定到芯轴66的单独的环形元件。

环形空间107(其也可以称为挡料圈通道107)存在于挡料圈元件103的外直径和侧壁68之间。挡料圈通道107可以通过其深度来表征，该深度是挡料圈元件103的外直径和侧壁68的内壁之间的距离。在一种或多种实施方式中，挡料圈通道107的深度根据在挤出机60内被处理的物质的性质(例如粘度)和挡料圈通道107上游的期望压力来定制。如将在下面更详细解释的，选择挡料圈通道107上游的期望压力以提供相对于第四部分120的足够的压差，以防止任何流体回流。如本领域技术人员将理解的，通过形成相对窄或小的挡料圈通道107，从第二部分80输送到第三部分100中的物质将在挡料圈通道107内被紧密压实并且由此形成将第二部分80内的物质与下游部分(例如第四部分120)内的物质分离的密封。

第三部分100包括靠近第二部分80并由第二部分80与第三部分100之间的界面限定的第一端108以及靠近第四部分120并由第三部分100与第四部分120之间的界面限定的第二端110。第一端108也可以称为上游端108，并且第二端110也可以称为下游端110。

在一种或多种实施方式中，为了有助于迫使物质进入挡料圈通道107中，这有助于上述密封功能，定位于挡料圈103下游的螺杆元件104是反向的。也就是说，在通过芯轴66旋转时，螺杆元件102的螺旋的定向通常导致在第三部分100内被处理的物质被迫使向后(即，从下游端110到上游端108)，这迫使物质进入挡料圈通道107。本领域技术人员将理解，通过螺杆元件102的反向在上游施加的力的程度(该力可以通过例如片节距和螺旋角度来控制)影响挡料圈通道107上游的压力建立，这由此可以导致所处理的物质的温度升高。技术人员因此可以在没有过度计算或实验的情况下为螺杆元件102选择合适的特性，以实现所处理物质中压力差和温度增加的理想平衡。

因此，由于挡料圈通道107的深度相对较窄，来自第二部分80的物质的正向流动(沿下游方向)以及由反向的片104引起的整体向后的力，挤出机60内的物质在第三部分100内经受力，导致物质在挡料圈通道107内积聚，该物质的积聚用于密封，并且由此将第二部分80与第四部分120隔离。

现在转到第四部分120，再次参考第四部分120适于提供低压区域，该低压区域能够有效地防止或抑制物质回流，特别是防止或抑制随后的第五部分140内的物质，向上游流动穿过第三部分100(例如，穿过挡料圈通道107)的事实。此外，再次参考第四部分120适于提供第四部分120内的物质的蒸发冷却的事实。与蒸发冷却相结合，第四部分120适于使具有较低蒸气压的物质从具有较高蒸气压的物质中脱离。

在一种或多种实施方式中，在第四部分120内施加的脱离力由第四部分120内的螺杆元件(一个或多个)的构造提供。如图3所示，第四部分120内的轴组件62包括螺杆元件122，其包括具有一个或多个片的螺旋元件，其中片包括片基部124和片末端(一个或多个)125。空间126(其可以称为通道126)存在于螺杆元件122的间隙内。通道126可以基于沿着轴组件62的轴的任何点处的横截面积来表征，该横截面积通常是中断的环形域的形式。如技术人员将理解的，横截面环形面积是通道深度的函数，该通道深度是根部直径(其由片基部124的直径定义)和顶部直径(其是相应末端(一个或多个)125之间的距离)之间的差。通道126也可以基于各自通道的宽度(也称为片节距)来表征，其是各自片末端125之间的距离。螺杆元件122还可以通过沿着轴组件62的轴的螺杆螺旋角度来表征。

第四部分120包括靠近第三部分100并由第三部分100与第四部分120之间的界面限定的第一端128，以及靠近第五部分140并由第四部分120与第五部分140之间的界面限定的第二端130。第一端128也可以称为上游端128，并且第二端130也可以称为下游端130。如图3一般性所示，片基部124的直径从第一端128到第二端130相对恒定。

如图3一般性所示，与挤出机60的与第四部分120相邻的部分(即第四部分120的上游和下游)内的通道的深度(其包括第三部分100的通道106的通道深度和第五部分140的通道146的通道深度(其将在下面更详细地描述))相比，通道126的深度相对较大，该深度由片基部124的直径决定。同样，在一种或多种实施方式中，与挤出机60的与第四部分120相邻的部分(即第四部分120的上游和下游)内的螺杆元件的片节距(其包括第三部分100的螺杆元件102的片节距和第五部分140的螺杆元件142的片节距)相比，第四部分120内的螺杆元件122的片节距相对较大。

如技术人员将理解的，在给定轴速度下，通道深度和片节距决定了挤出机60的任何给定区域或部分内的输送能力。第四部分120内的通道深度和片节距，特别是对于相邻部分(例如，第三部分100和第五部分140)而言，提供相对高的输送能力，这确保了挤出机60的这个部分可以部分填充地操作并由此保持顶部空间。换句话说，第四部分120被设计成以比物质被送到第四部分120更快的速率推动或输送物质。由此，通过顶部空间的帮助，具有较低蒸气压的物质可以从具有较高蒸气压的那些物质中脱离。

如上所述，第四部分120可以包括开口，例如开口75，其允许从第四部分120移除挥发性物质，例如如上所述从较不易挥发的物质中脱离的那些挥发性物质。在一种或多种实施方式中，可以通过在第四部分120内抽真空来促进挥发性物质的移除。由于挤出机60的上游区域或部分(例如第三部分120)在相对高的压力下操作，因此第四部分120可以在大气中或甚至在施加的正压下操作，同时仍然提供蒸发冷却和挥发物移除。

如上所述，挤出机60可配备有一个或多个温度控制装置，该装置在第四部分120处可以特别有用。例如，挤出机60可在第四部分120处包括加热或冷却夹套134以控制在第四部分120内处理的物质的温度。如技术人员将理解的，通过控制第四部分120内的压力和/或温度，可以实现具有不同挥发点的物质的分离。

因此，由于第四部分120内相对于相邻上游部分的高输送能力，第四部分120提供了在挤出机60内顶部空间的形成，该顶部空间促进了更易挥发的物质从更不易挥发的物质中脱离。该特征可以与温度和/或压力的控制相结合，以产生这些更易挥发的物质可以从挤出机分离和去除的环境。结果，可以在第四部分120内实现不同物质的进一步分离。再进一步，输送能力的差异有助于确保下游区域(例如部分140)内的材料不向上游迁移到上游区域(例如第三部分100)。

现在转到第五部分140，再次参考第五部分140适于在挤出机60内剧烈地混合物质，从而允许可以在第五部分140处引入挤出机60内的添加剂(例如淬灭剂)的快速分散的事实。

在一种或多种实施方式中，通过第五部分140内的轴组件62的构造来提供在第五部分140内剧烈混合物质的能力。如图3所示，第五部分140内的轴组件62包括螺杆元件142，其包括具有一个或多个片的螺旋元件，其中片包括片基部144和片末端(一个或多个)145。空间146(其可以称为通道146)存在于螺杆元件142的间隙内。通道146可以基于沿着轴组件62的轴的任何点处的横截面积来表征，该横截面积通常是中断的环形域的形式。如本领域技术人员将理解的，横截面环形面积是通道深度的函数，该通道深度是根部直径(其由片基部144的直径定义)和顶部直径(其也可以称为片直径，由片末端145的直径定义)之间的差。通道146也可以基于各自通道的宽度(也称为片节距)来表征，其是各自片末端145之间的距离。螺旋元件142还可以通过沿着轴组件62的轴的螺旋角度来表征。

在一种或多种实施方式中，由通道146浅的深度以及相对低的片节距提供剧烈混合，本领域技术人员将理解，这将提供物质在正向下游方向上相对低的速度，由此增加第四区域140内的混合时间。

此外，在一种或多种实施方式中，混合可以通过安全销154、154'来增强，其是从侧壁68朝向芯轴66延伸的径向突起。技术人员应当理解，这些安全销154可以与槽156结合操作，所述槽156是螺杆元件142中的与安全销154相互啮合的开口。在一种或多种实施方式中，安全销154适于用作要被在第五部分140处注入挤出机60的添加剂(例如淬灭剂)的一个或多个入口。如本领域技术人员将理解的，可以将安全销与中空的中心管适配，这允许将物质注入到挤出机60中。供选择地或者与安全销结合，添加剂可以通过一个或多个入口(例如入口158、158')被引入到第五部分140。

尽管如上所述(即，浅的通道深度和浅的片节距)可以实现第五部分140内期望的剧烈混合，但是本领域技术人员可以使用多种供选择的构造来实现期望的高剪切混合。例如，本领域技术人员可以使用商业上已知的螺杆设计，包括那些被称为豪猪型(porcupine)螺杆段，菠萝型(pineapple)螺杆段，maddock螺杆混合器和捏合块螺杆的螺杆设计。

第五部分140包括靠近第四部分120并由第四部分120与第五部分140之间的界面限定的第一端148，以及靠近第六部分160并由第五部分140与第六部分160之间的界面限定的第二端150。第一端148也可以被称为上游端148，并且第二端150也可以被称为下游端150。如图3一般性所示，片基部144的直径从第一端148到第二端150相对恒定。

如上所述，第五部分140内的强烈混合允许添加剂物质与挤出机60内正在处理的物质的快速和紧密的混合，同时保持在下游方向的足够的输送。

现在转向第六部分160，再次参考第六部分160适于将挤出机60内处理的物质输送出挤出机的事实，如上所述，这可以通过端壁73内的出口77进行。在一种或多种实施方式中，通过第四部分160内的轴组件62的构造来提供输送物质的能力以及输送的特性，例如速度和混合。

如图3所示，第六部分160内的轴组件62包括螺杆元件162，其包括具有一个或多个片的螺旋元件，其中片包括片基部164和片末端(一个或多个)165。空间166(其可以称为通道166)存在于螺杆元件162的间隙内。通道166可以基于沿着轴组件62的轴的任何点处的横截面积来表征，该横截面积通常是中断的环形域的形式。如本领域技术人员将理解的，横截面环形面积是通道深度的函数，其是根部直径(其由片基部164的直径定义)与顶部直径(其可以称为片直径，由片末端165的直径定义)之间的差。通道166还可以基于各自通道的宽度(也称为片节距)来表征，其是各自片末端165之间的距离。螺杆元件162还可以通过沿着轴组件62的轴的螺杆螺旋角度来表征。

通常，本领域技术人员将理解，该部分的输送要求可以用能够产生足够的压力以迫使挤出机60内的物质离开出口77的具有相对较高的片节距的常规设计来满足。

第六部分160包括靠近第五部分140并由第五部分140和第六部分160之间的界面限定的第一端168，以及靠近端壁73和由端壁73限定的第二端170。第一端168可以也被称为上游端168，并且第二端170也可以被称为下游端170。如图3一般性所示，片基部164的直径从第一端168到第二端170是相对恒定的。

本发明还提供了生产聚合物的方法，其中该方法使用上述聚合物合成系统。这些方法中的一种或多种可参考图4进行描述，图4示出了聚合物生产方法200，其包括在物质输入步骤210中将反应物(例如单体)、催化剂和任选的溶剂或稀释剂加入聚合反应器中的第一步骤。可以使用常规的进料设备将这些不同的物质加入反应器。一旦进入反应器，反应物在聚合步骤220内被混合和/或捏合同时经历反应(例如聚合)，以形成包含聚合物产物的聚合混合物。反应产生的热量可以通过采用几种技术从反应器中除去，所述技术包括蒸发冷却或通过反应器表面的热传递。供选择地，反应可绝热进行，尤其是在反应物在加入反应器之前被冷却的情况下。聚合混合物最终被输送(即传送)出聚合反应器，并通过传送步骤230送入去液化-淬灭挤出机。在去液化-淬灭挤出机内，使聚合混合物进行一系列依次的步骤，其用于最终提供与聚合混合物的其他成分分离的稳定的聚合物产物。在第一子步骤(其被称为压实和分离步骤240)中，使聚合混合物经受压实力，其迫使夹带在聚合物产物内的稀释剂和任选的单体与聚合物产物分离。换句话说，聚合物产品被挤压，并且这些挤压力引起稀释剂(和任选的单体)与固体聚合物产物的物理分离。在步骤240中，双向流动允许聚合物产物远离经由压实分离的稀释剂(和任选的单体)。换句话说，通过双向流动，在一个方向上输送聚合物产物，同时允许稀释剂(和任选的单体)在相反的方向上流动。这种物理上不同的物质的双向流动允许固体聚合物产物和液体稀释剂(和任选的单体)的分离。在随后的蒸发步骤260中发生液体稀释剂(和任选的单体)与聚合物产物的进一步分离，其中聚合物产物以及夹带在聚合物产物内的任何稀释剂和/或单体经受快速降压(例如，通过向挤出机的一部分施加真空)。在通过真空增强该降压的情况下，挥发性物质的蒸发允许从聚合物产物中除去稀释剂(和任选的单体)。在挥发步骤260之后，使聚合物产物进行剧烈剪切和混合，同时在淬灭步骤270中将淬灭剂引入到聚合物产物中。在淬灭步骤270之后，在输送步骤280中将聚合物产物从去液化-淬灭挤出机输送出。一旦从挤出机中排出，聚合物产物可以进一步进行下游精加工和/或改性步骤。

具体实施方式

段落a：聚合物合成系统，其包括：具有靠近第一端的入口和靠近相对的第二端的出口的聚合反应器，所述反应器包括轴向定位在所述反应器内的可旋转轴并且包括至少两个从所述可旋转轴径向向外延伸的剪切桨叶；和具有靠近第一端的入口和靠近相对的第二端的出口的去液化-淬灭挤出机，所述挤出机包括轴向定位在所述挤出机内并且包括多个螺旋片构造的轴组件，所述挤出机包括由多个螺旋片构造限定的多个处理区域，所述处理区域包括萃取-压实区域，在萃取-压实区域下游的密封区域，在密封区域下游的通风冷却区域，在通风冷却区域下游的淬灭区域，以及在淬灭区域下游的输送区域，其中所述去液化-淬灭挤出机在所述聚合反应器的下游，并且其中所述去液化-淬灭挤出机经由反应器的出口和挤出机的入口与所述聚合反应器流体连通。

段落b：段落a的系统，其中所述反应器包括侧壁，并且还包括朝向所述轴径向向内延伸的钩。

段落c：段落a-b中的任一个或其任何组合的系统，其中萃取-压实区域内的所述轴组件提供具有通道深度的通道，并且其中通道深度从所述轴组件的第一端到第二端减小。

段落d：段落a-c中的任一个或其任何组合的系统，其中密封区域内的所述轴组件包括挡料圈，并且其中密封区域内的所述轴组件还包括在所述挡料圈下游的螺旋片，其中所述螺旋片是反向的。

段落e：段落a-d中的任一个或其任何组合的系统，其中前述权利要求中任一项的系统，其中通风冷却区域内的所述轴组件被配置以提供相对于紧邻所述通风冷却区域的上游的区域更大的输送能力。

段落f：段落a-e中的任一个或其任何组合的系统，其中淬灭区域内的所述轴组件被配置以剧烈地混合其内容物。

段落g：段落a-f中的任一个或其任何组合的系统，其中输送区域内的所述轴组件被配置以将其内容物输送出挤出机。

段落h：段落a-g中的任一个或其任何组合的系统，其中所述去液化-淬灭挤出机相对于挤出机以一定角度定位，从而促进液体物质朝向所述去液化-淬灭挤出机的入口流动。

段落i：段落a-h中的任一个或其任何组合的系统，其中所述聚合反应器的所述可旋转轴由第一驱动源驱动，并且其中所述去液化-淬灭挤出机的所述轴组件由第二驱动源驱动。

段落j：段落a-i中的任一个或其任何组合的系统，其中所述去液化-淬灭挤出机包括一个或多个用于将液体引入到所述淬灭区域中的入口。

段落k：聚合物合成系统，其包括：适于捏合和/或造粒其内容物的第一容器；以及适于依次通过以下步骤来处理其内容物的第二容器：(i)压实其内容物，同时允许物理上不同的成分的双向流动；(ii)使其内容物经受降低的压力和/或升高的温度，从而挥发第二容器内的较低沸点成分并将它们与其他成分分离；(iii)在引入淬灭剂的同时混合其内容物；(iv)将其内容物输送出第二容器，其中第一容器与第二容器流体连通，并且其中第二容器在第一容器的下游。

段落l：段落k的系统，其中所述第一容器适于通过脉动流动将其内容物传送到所述第二容器。

段落m：段落k-l中的任一个或其任何组合的系统，其中所述第二容器是包括轴组件的挤出机，所述轴组件包括压实段，所述压实段包括芯轴和螺杆段，并且所述螺杆段提供具有通道深度的通道，其中通道深度从压实段的第一端到压实段的第二端减小，从而提供其内容物的压实。

段落n：段落k-m中的任一个或其任何组合的系统，其中所述第二容器是包括轴组件的挤出机，所述轴组件包括压实段，所述压实段包括芯轴和螺杆段，其中所述螺杆段包括提供允许物理上不同的成分的双向流动的片间隙的螺杆段。

段落o：段落k-n中的任一个或其任何组合的系统，其中所述第二容器是包括轴组件的挤出机，所述轴组件包括挡料圈和挡料圈下游的螺杆段，其中挡料圈下游的螺杆段适于提供比挡料圈上游的螺杆段更高的输送能力，从而在挡料圈下游产生顶部空间并提供降低的压力，从而使第二容器内的较低沸点成分挥发并将它们与其他成分分离。

段落p：段落k-o中的任一个或其任何组合的系统，其中紧邻挡料圈下游的螺杆段具有反向的片。

段落q：段落k-p中的任一个或其任何组合的系统，其中所述第二容器是包括轴组件的挤出机，其中所述轴组件包括适于在引入淬灭剂的同时提供挤出机内容物的高混合剪切的高剪切段。

段落r：段落k-q中的任一个或其任何组合的系统，其中所述第二容器是包括轴组件的挤出机，其中所述轴组件包括适于提供将挤出机内的内容物输送到挤出机的出口的输送螺杆。

段落s：生产聚合物的方法，所述方法包括以下步骤：将单体、催化剂和稀释剂加入到聚合反应器中；在催化剂存在下使单体聚合以在聚合反应器内形成聚合物产物，同时使单体、聚合物产物和稀释剂进行捏合和/或造粒，从而形成聚合混合物；将聚合混合物从聚合反应器传送到去液化-淬灭挤出机；通过使聚合混合物或其一部分依次进行一系列步骤来处理去液化-淬灭挤出机内的聚合混合物，所述步骤包括(a)压实聚合混合物以迫使夹带在聚合物产物内的稀释剂与聚合物产物分离，同时允许双向流动，由此在一个方向上输送聚合物产物，同时允许稀释剂在相反的方向上流动，(b)使聚合物产物经受降低的压力，从而挥发夹带在聚合物产物内的任何稀释剂或单体的至少一部分；(c)将淬灭剂引入到聚合物产物中，同时使聚合物产物经受剪切和混合；(d)将聚合物产物从去液化-淬灭挤出机中输送出。

段落t：段落s的方法，其中进一步包括从聚合反应器去除由所述聚合步骤产生的热量的步骤。

不背离本发明的范围和精神的各种修改和变更对于本领域技术人员而言将变得显然。本发明不应当限于在本文中阐述的说明性实施方式。