专利名称：用于竖向分级的缩聚反应器的分流反应器塔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种竖置的聚合反应器，这种反应器有一组基本为圆形的塔板组件；每个塔板组件有一个中心开放式的蒸汽通道和两条分流路径，每一分流路径包括一个逆流路径，其中，借助基本上为半圆形的换向区使液态聚合物流反向；该塔板设有一个液态聚合物的塔板入口和一个液态聚合物的塔板出口，用于借助液压梯度引导液态聚合物的流动；每个塔板组件的上面是开放的，以使来自液态聚合物流的蒸汽排入中心开放式蒸汽通道；而且该塔板布置上下垂直排列。
本发明的技术背景用于竖直取向的聚合反应器的塔板设计通常利用重力和垂直落差而不用复杂的机械搅拌来达到所希望的聚合程度。在这样的塔板设计中，聚合物熔体沿反应器内垂直长度的内部阶流式下降。在反应器中装有挡板或塔板以滞留聚合物熔体，从而增加液体在反应器内的滞留时间和增加液体处于反应条件下的时间。所需的液体滞留时间是要使聚合动力学有足够的时间跟上由于气-液表面积的增加和气-液表面更新的增强所达到的副产品释放速度的增加。
美国专利4,196,168、3,841,836、3,509,203、3,359,074、和3,787,479以及英国专利1,320,769公开了反应介质靠液压梯度流动的反应器。美国专利4,196,168公开了一种竖式聚合反应器，这种反应器有一组向下倾斜的矩形塔板，这些塔板用于引导液态聚合物按照一种下降路径流动。美国专利3,841,836公开了一种竖式缩聚反应器，这种反应器有一组向下倾斜的可调矩形塔板和一种用于连续检测聚合物粘度的装置。使用矩形塔板的缺点是对于大型塔板来说难以实现聚合物在矩形塔板的整个宽度范围内均匀分布，而且与圆形塔板相比，反应器的横截面积损失多达30％。相反，在装配到反应器中的圆形塔板上的普通的横向流动会导致在从入口以出口的定向流线外侧的塔板的周边上形成大的滞流区域。在滞流区域中的液态聚合物有操作过度、达到高粘度、交联和/或变质的趋势。
美国专利3,509,203公开了一种竖式反应器，这种反应器有一组阶流式布置的水平构件，这些构件有多个在各塔板中的环形通道，这些通道用于液态聚合物在其中横向流动，这些构件还有一个用于向下输送液态聚合物并与各水平构件中心相连的连接管。在美国专利3,509,203中公开的这种反应器的缺点是对于高粘度物料来说流动路径太长，流动路径中的拐角是滞流区的成因，顶板阻止了蒸汽的输送并增加了不必要的结构复杂性，而且用于塔板之间流动的管子妨碍了增加蒸汽释放的膜的自由流动。
美国专利3,359,074公开了一种竖式缩聚反应器，这种反应器有一组圆形塔板，该塔板有基本等间距的弦向延伸狭缝。该狭缝用于使经过其中的较粘的流体介质产生所需的表面更新。在美国专利3,359,074中公开的这种反应器的缺点在于塔板上没有强制性的持液量，滞留时间受流体粘度和流速的控制，而且必须针对特定的液体流速和液体物理特性精确确定缝的尺寸，否则塔板会产生液体溢出或完全漏光。另外，蒸汽流控制机构易遭堵塞。
美国专利3,787,479公开了一种竖式反应器，这种反应器有一组圆形塔板，该塔板具有形成一些近似为矩形区段的横向档板。这样，塔板设有细长的左右流动路径，该路径用于反应介质由塔板的一侧向另一侧的类似活塞式流动。在美国专利3,787,479中公开的这种反应器的缺点是流动路径中的拐角是滞流区的成因，而且用于塔板之间流动的管妨碍形成自由流动的膜，该膜能增加蒸汽的释放。
英国专利1,320,769公开了一种反应器，这种反应器有基本水平的螺旋流动通道，该螺旋形流动通道沿顶部敞开，其侧壁构成封闭流动通路。在英国专利1,320,769中公开的这种反应器的缺点是使用无反向转弯的水平螺旋流动通道使得流动路径不能均等，而且“内侧”路径比“外侧”路径短。另外，只使用一块塔板大大地限制了可供使用的自由表面积，并妨碍在塔板间形成能增加蒸汽释放的自由落下的膜。
这样，上述参考文献的方案的缺陷在于它们(a)包含滞流区域，该区域的形成起因于物料沿较短路径流线流动而发生的物料分流，或(b)对垂直取向的圆形区域的利用很差。
相反，本发明的反应器采用了一种有两条分流路径的圆形塔板，这种塔板能有效地利用圆筒形反应器的横截面，同时提供均等的液态聚合物熔体流动路径长度，从而使滞流区域或死区最小。另外，本发明的反应器能处理高粘度液体并且能控制发生化学反应所需的滞留时间(持液量)。本发明的反应器设计成能使蒸汽离开每块塔板并且沿聚合物流动路径外部的一条路径流到反应器的蒸汽出口。
本发明的目的因此，本发明的一个目的是提供一种用于生产缩聚物的设备。
本发明的另一个目的是提供一种用于竖式的重力流动驱动聚合反应器的分流塔板，这种塔板提高了基本为圆筒形的压力容器内的持液空间的利用率。
本发明的另一个目的是提供一种使滞流区最小并提高液体流速的分流塔板。
本发明还有一个目的是提供一种使各塔板上的流动均匀分布的塔板。
本发明还有另一个目的是提供一种具有使液体流动转向约180℃的通道的分流塔板，这种设计是为了获得沿流动流线的相似流动路径长度而不存在滞流区域或涡流。
本发明的另一个目的是提供一种能提供大量气液接触表面并产生用于鼓泡脱挥发份的液体薄膜的塔板。本发明的技术方案本发明的这些和其它目的是通过一种聚合反应器达到的，这种反应器有一个竖置的外壳、一个在反应器顶部附近的液态聚合物反应器入口、一个在反应器顶部附近的液态聚合物反应器出口，以及一个蒸汽出口，该反应器有一组基本上为圆形的分流塔板组件，该组件全部装在反应器内；每个塔板组件有一个中心开放式蒸汽通道和两个液态聚合物流动路径，每个路径包括一个逆向流动路径，其中借助于一个基本为半圆形的换向区而使液态聚合物反向流动；该塔板有用于引导液态聚合物的流动的一个液态聚合物塔板入口和一个液态聚合物塔板出口；液态聚合物的流动是借助液压梯度实现的，在液态聚合物塔板入口处的流体表面的高度大于在液态聚合物塔板出口处的流体表面的高度；而且塔板组件延伸到外壳成上下竖直布置。
附图的简要说明参照下面对发明的详细描述和附图将会更充分地理解本发明和了解本发明的其它优点，其中
图1是聚合反应器的纵向剖面示意图；图2是分流塔板的示意图，聚合物流动始于外侧并且用箭头表示；图3是分流塔板的示意图，聚合物流动始于内侧并且用箭头表示，它与图2的塔板组成对；以及图4是具有倾斜底面和垂直面的塔板的示意图。
最佳实施例的叙述本发明涉及一种竖置聚合反应器，这种反应器有一组基本为圆形的分流塔板组件。参照图1，聚合反应器2有一个竖置的外壳4，一个在外壳4顶部附近的用于使液态聚合物进入反应器2的液态聚合物反应器入口6，一个蒸汽出口9，和一个在外壳4底部用于使液态聚合物排出反应器2的液态聚合物反应器出口8。
聚合反应器2的改进之处包括全部装在反应器2内的这组基本为圆形的分流塔板组件10。塔板组件10的外周边的封闭物体可以是反应器2的外壳4或是一个单独的围绕壁12，它能防止液态聚合物溅出并高于塔板组件10的周边。如图2所示，塔板组件10有一个液态聚合物塔板入口14和一个液态聚合物塔板出口16。每个塔板组件10有一个以内壁20为边界的中心开放式蒸汽通道18。
塔板组件10可以包括加热态单体或聚合物的装置。适合的加热装置包括电阻，蒸汽，以及传递介质化学物，加热装置最好是类似的并且位于塔板组件10的底侧。优选的加热装置是半管套中使用热传递液体，这些管套固定在塔板组件10的底侧。液态聚合物沿两个路径流动，这两个路径借助外壁12、内壁20、在外壁12和内壁20之间的中间壁22、和半圆形换向区24围成。这些壁有足够的高度以防止液态聚合物溅出。塔板组件10的塔板底面11可以是平的或向下倾斜的和/或有竖向斜坡。塔板底面的向下倾斜和竖向斜坡可以调节以控制液态聚合物在塔板上的深度。例如，图4示出了一个分流塔板的垂直部分，它具有斜底面和垂直面50。底面50向下倾斜的角度增加和/或竖向坡降频率的增加会导致聚合物深度变浅，从而更快地释放副产物。此外，堰52可置于流动路径或垂直面的中点处。
每个分流路径有一个逆流路径，其中液态聚合物的流向借助于一个基本为半圆形的换向壁24换向。没有流动路径换向，起始于塔板的最外壁的聚合物流线就可能会有较长的长度以进行换向，该长度比起始于塔板内壁附近的聚合物流线要长。在有流动路径换向的情况下，聚合物在整个流动路径截面上的流线路径是均匀的。半圆形换向区24可以有一个完全半圆的换向壁25或半圆形换向壁25可被部分去除，从而没有金属表面而且沿金属表面产生的杂物可以减少。
此外，部分去除的半圆形换向壁25可使液态聚合物在两条流动路径中重新分布以便修正由于塔板后面的翘曲或障碍而导致的各种潜在的分配故障。在半圆换向壁25是部分去除的情况下，两块挡板(一个外挡板28和一块内档板30)被用于在多个流动路径中对液态聚合物的流动导向。一个优选的分流塔板设计与两个半圆形换向区相叠合以改善液态聚合物流的分配并消除慢流区。
最好利用一个在半圆形换向区24的的中点的限流构件36使流动路径26的宽度减小到40％。限流构件36压迫在半圆换向区中的聚合物流从而迫使液态聚合物流沿着半圆形换向壁25顺利转弯，从而将半圆形换向壁中的滞流区减至最小。限流构件36可以是中间壁22的延伸部分，一个竖直的柱体如一个圆柱体，它与中间壁22的端部连接，或者是其他有竖向轴的档流体。
可供选择的是，在每个路径中的中间壁22可以逐渐变细插入限流构件中。限流构件36以及在该处没有半圆换向壁25之处导致截面流动路径26的宽度逐渐缩小而且然后再扩大至流动路径26的原来横截面宽度，流动路径26的宽度最好在半圆换向区24中减小15％～50％，优选情况是20％～30％。
液态聚合物的流向在其流到塔板出口16之前在半圆换向区24中转向。最好在塔板出口16之前有一出口堰40。聚合物在出口堰上流过或流过出口堰40，出口堰40用于控制流动路径26中的液态聚合物的深度。出口堰40的深度是使液态聚合物从出口堰上流过或从其中流过时生成一个薄膜。液态聚合物通过重力作用从上塔板组件10流到下塔板组件10。液态聚合物最好成为自由落体膜从一个塔板组件10流动到下一塔板组件10。
出口堰40的水平深度最好长于流动路径26的宽度，加长的出口堰40可以是直的或弯曲的。这种加长的出口堰40提供了均匀的液态聚合物流线的流动长度，其方式是校正流线流动路径的长度上的差异。此外，加长的出口堰40把液态聚合物熔化所生成的膜的厚度变薄，该膜是在液态聚合物从出口堰40上流过的生成的。如此，便生成了较好的聚合物剪切膜。
变薄过程能剪切含有汽化副产物的小气泡并释放放夹带到汽泡中的那些副产物，否则汽泡太小不能破裂而离开粘性液态聚合物。在缩聚过程中需要释放副产物，将其以蒸汽形式除去，以促进聚合物的分子增长。
聚合物的流动是借助液压梯度实现的，在液态聚合物塔板入口14处的液面高度大于在出口堰40处的液面高度。与矩形单道塔板相比，液态聚合物的高流速有利于冲洗流动通道而使聚合物在通道壁上的聚集最少并且减小潜在的滞流区域。另外，高流速改进了传热效率从而降低了对热能传递的阻力并避免了聚合物在局部热点处的加热过度。
液态聚合物从上塔板组件出口流入下塔板组件的入口区14。该入口区14位于塔板组件10之外，如图2所示，其中，液态聚合物流入塔板的中心；或者入口区14位于塔板之内，如图3所示，其中液态聚合物从塔板中心向外流动。建议在塔板入口14处采用倾斜的滞流区入口46以防止在流动路径26中的滞流区。通过再分配堰42在流动路径24中流动，再分配堰42沿通道的宽度和深度向上分配聚合物而防止聚合物熔体的不均匀分布。液态聚合物沿流动路径流动直到借助基本为半圆形的换向壁24使液态聚合物换向。液态聚合物继续流动直到液态聚合物直过和/或通过出口堰40进入塔板出口16，并靠重力流入下一个塔板的塔板组件10。
每个塔板组件10可以是在顶部敞开的以使蒸汽越过中间壁22和/或内壁20离开液态聚合物，然后径向流到中心蒸汽通道18。相反，每个塔板组件10的顶部可以是封闭的以迫使蒸汽与液态聚合物并流通过塔板出口16。塔板组件10延伸到外壳4成上下设置。在塔板顶部是敞开的情况下，塔板组件10相距足够远以允许蒸汽离开，而且壁足够浅以允许蒸汽离开。这样，蒸汽离开的路径不与液态聚合物流动路径冲突。来自塔板组件10的蒸汽汇集在中心开放式蒸汽通道18中并沿中心开放式蒸汽通道18被导向反应器2的蒸汽出口9。中心开放式蒸汽通道18包含各塔板的全部横截面的1～25％，最好是6～12％。对于具体反应器2来说，中心开放式蒸汽通道18的确切尺寸取决于反应器2的尺寸和蒸汽的体积流速。对于大的反应器塔，可以使用这种中心开放式蒸汽通道18以为检查、清洗和改进提供入口。
本领域技术人员会根据上面的详细描述对所揭示的反应器进行各种改变。所有这些明显的改进都落在权利要求的范围之内。
权利要求
1. 一种聚合反应器，该聚合反应器有一个竖置的外壳，一个在所述聚合反应器顶部附近的液态聚合物反应器入口，一个在所述反应器底部的液态聚合物反应器出口，和一个蒸汽出口，所述聚合物反应器的特征在于包括一组基本为圆形的分流塔板组件，所述组件全部装在所述聚合反应器内；每个分流塔板组件有一个中心开放式蒸汽通道和两个液态聚合物流动路径，每一流动路径包括一个逆流路径，其中，所述液态聚合物流借助一个基本为圆形的换向壁反向；所述塔板有一个液态聚合物塔板入口和一个液态聚合物塔板出口，用以引导所述液态聚合物的流动；所述液态聚合物的流动借助液压梯度实现，其中，在液态聚合物塔板入口处的液面高度大于在液态聚合物塔板出口处的液面高度；而且，所述塔板组件延伸到所述外壳成上下布置。
2. 一种聚合反应器，所述聚合反应器包括一个竖置外壳，一个在所述聚合反应器顶部附近的液态聚合物反应器入口，一个在所述聚合反应器底部的液态聚合物反应器出口，和一个蒸汽出口，所述聚合反应器的特征在于包括一组基本为圆形的分流塔板组件，所述组件全部装在所述聚合反应器内；每个所述的分流塔板组件有一个中心开放式蒸汽通道和两个基本均匀的截面流动路径，所述路径借助一个其高度足以防止液态聚合物溅出的壁围绕；所述每个流动路径包括一个逆流路径，其中所述液态聚合物流借助一个基本为半圆形的换向壁所反向，在所述半圆形换向壁的中点处，所述流动路径宽度由一个限流本体减小到40％；所述塔板有一个液态聚合物塔板入口和一个液态聚合物塔板出口以引导所述液态聚合物的流动，所述液态聚合物的流动借助液压梯度实现，其中，在所述液态聚合物塔板入口处的液面高度大于在所述液态聚合物塔板出口处的液面高度；各塔板组件在顶部敞开的以使蒸汽离开所述液态聚合物流入中心开放式蒸汽通道；以及所述塔板组件延伸到所述外壳成上下布置，其中所述塔板距离足够远以允许蒸汽离开。
3. 根据权利要求1所述的聚合反应器，其中所述的塔板组件包括一种加热装置。
4. 根据权利要求3所述的聚合反应器，其中所述的加热装置选自电阻、蒸汽、和传热介质化学品。
5. 根据权利要求4所述的聚合反应器，其中所述的加热装置是一致的并设在塔板组件的底侧。
6. 根据权利要求2所述的聚合反应器，其中所述流动路径宽度由于限流构件以及至少一个档板而在半圆换向壁中逐渐减小，并且随后增至其原始值。
7. 根据权利要求6所述的聚合反应器，其中，在所述半圆形换向壁的中点处的流动路径宽度减小15％～50％。
8. 根据权利要求7所述的聚合反应器，其中，在所述半圆形换向壁中的所述流动路径宽度减小25％。
9. 根据权利要求1所述的聚合反应器，其中，所述的中心开放式蒸汽通道包含各塔板的全部截面的1～25％。
10.根据权利要求9所述的聚合反应器，其中，所述的中心开放式蒸汽通道包含各塔板的全部截面的6～12％。
11.根据要权利要求1所述的聚合反应器，其中所述的液态聚合物由上塔板出口落到下一塔板组件的塔板入口。
全文摘要
本发明涉及一种竖置聚合物反应器，它有一组基本为圆形的塔板组件；每个塔板组件有一个中心开放式蒸汽通道和两个分流路径，每个分流路径有一个逆流路径，其中借助一个基本为半圆形的换向壁使液态聚合物流动换向；该塔板组件具有液态聚合物塔板入口和液态聚合物塔板出口，它们用于借助液压梯度引导聚合物的流动；各塔板组件在顶部是敞开的，以使蒸汽离开液态聚合物流入中心开放式蒸汽通道；而且所述塔板成上下布置。
文档编号B01D3/24GK1146733SQ95192752
公开日1997年4月2日 申请日期1995年4月21日 优先权日1994年5月2日
发明者托马斯·劳埃·约特, 拉瑞·凯茨·温兹, 詹姆斯·威斯利·亚当斯 申请人:伊斯特曼化学公司