一种聚合物脱挥装置的制作方法

本发明涉及聚合物脱挥技术领域，尤其涉及一种聚合物脱挥装置。

背景技术：

从反应器中出来的聚合物都含有低相对分子质量的组分，如单体、溶剂及反应副产物，被统称为挥发分，是聚合物中不应含有的组分。从聚合物溶液或聚合物本体中脱除挥发分的过程被称之为聚合物脱挥，这一过程在提高聚合物性能的同时能够满足健康和环境的要求，已经成为聚合物生产工艺流程中必要的单元操作之一。

工业脱挥设备可以分为静态型和动态型两大类。静态型脱挥设备无机械搅拌或机械搅拌对挥发分从聚合物中分离不重要，通常型式有：闪蒸罐、落条脱挥器、落膜脱挥器、降膜脱挥器、升膜脱挥器等；具有结构简单、动力消耗低、可靠性高、维修维护成本低的特点；适用于挥发分含量较高物料的脱挥，但是往往无法达到极低的挥发分残留量要求。动态型脱挥设备使用机械搅拌来明显提高挥发分从聚合物中分离的效果，可以达到很低的挥发分残留，通常型式有：排气螺杆挤出机、刮膜蒸发器等，但是结构复杂、动力消耗高；适用于挥发分含量较低物料的脱挥。

在实际生产中，当需要将挥发分含量较高的聚合物脱挥处理到很低的挥发分残留量时，通常的做法是采用管道将静态和动态脱挥设备进行简单的拼接来达到连续的脱挥工艺。但是，现有技术各设备分立，设备之间采用管道连接，致使其存在以下不足：(1)设备购置、设备土建基础、安装等方面费用高；(2)设备间的物料输送需要消耗额外的动力费用；(3)装置占地面积大。因此，如何在有限的尽量小的设备体积(空间)内实现高效脱挥使得聚合物的挥发分残留尽量低已是一个难题，它的难点在于：(1)需要在有限的尽量小的设备体积(空间)内将聚合物高效地加热到脱挥工艺要求的温度；(2)温度场尽量均匀，避免局部过热引起聚合物分解；(3)尽量避免聚合物在设备中有残留的死区，死区内的聚合物会由于长期高温造成分解而影响聚合物的性能。

因此，亟待开发一种结构紧凑、体积小，能够在合适的工艺温度对聚合物进行静态、动态多级高效脱挥的集成型聚合物脱挥装置。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、体积小，能够在合适的工艺温度对聚合物进行静态、动态多级高效脱挥的集成型聚合物脱挥装置。

本发明公开了一种聚合物脱挥装置，所述脱挥装置从上到下设置有：进料分布区(1)、加热脱挥区(2)、落条脱挥一区(3)、降膜脱挥一区(4)、落条脱挥二区(5)、降膜脱挥二区(6)和物料收集区(8)；所述进料分布区(1)设置有进料口(9)；所述加热脱挥区(2)设置有用于将所述聚合物加热到脱挥温度的加热装置；所述落条脱挥一区(3)设置有挥发分出口(11)；所述降膜脱挥一区(4)设有集液降膜分布器(12)，集液降膜分布器(12)固定连接到转轴(22)，所述转轴(22)连接到所述脱挥装置底部外的电机，所述脱挥装置底部设有穿轴口(20)，所述转轴(22)穿过所述穿轴口(20)与所述电机连接；所述物料收集区(8)的底面或侧面设置有出料口(23)，所述穿轴口(20)设置于所述物料收集区(8)底部；所述聚合物从进料口(9)进入进料分布区(1)，之后进入所述加热脱挥区(2)，聚合物在加热脱挥区(2)边加热边脱挥，经所述加热装置加热和完成一级脱挥后进入落条脱挥一区(3)，在落条脱挥一区(3)完成第二级脱挥后落到降膜脱挥一区(4)的集液降膜分布器(12)上，集液降膜分布器(12)在电机的带动下旋转，使所述聚合物在重力和离心力作用下在集液降膜分布器(12)上形成液膜完成第三极脱挥，之后被甩出进入落条脱挥二区(5)，在此进行第四级脱挥并落到降膜脱挥二区(6)的内壁(13)上，所述聚合物在降膜脱挥二区(6)完成第五级脱挥后向下流动进入所述物料收集区(8)，并从出料口(23)排出；所述聚合物中的挥发分从落条脱挥一区(3)的挥发分出口(11)排出。

优选地，所述降膜脱挥二区(6)和所述物料收集区(8)之间设置有破泡脱挥区(7)；所述破泡脱挥区(7)设置有多组刮板(14)，所述刮板(14)一端抵近所述破泡脱挥区(7)的内壁(15)，另一端固定连接到所述转轴(22)上；降膜脱挥二区(6)内壁(13)上的所述聚合物向下流动进入破泡脱挥区(7)，刮板(14)随转轴(22)转动而转动，推动所述聚合物在破泡脱挥区(7)的内壁(15)上形成液膜并向下流动进入物料收集区(8)。在刮板推动聚合物形成薄膜的过程中，刮板会将已经形成于聚合物中的未来得及破裂或者扩散到汽相中的汽泡强制破泡，使包裹于液相中的挥发分进入到汽相中，完成第六级脱挥。

优选地，所述落条脱挥一区(3)、降膜脱挥一区(4)、落条脱挥二区(5)、降膜脱挥二区(6)、破泡脱挥区(7)和物料收集区(8)的壳体设置有独立的或者联合的夹套(24)，或者设置有电伴热装置，或者设置有保温层；所述夹套(24)内流通有换热介质。

优选地，所述落条脱挥一区(3)、降膜脱挥一区(4)、落条脱挥二区(5)、降膜脱挥二区(6)、破泡脱挥区(7)和物料收集区(8)的壳体外设置有保温层或电伴热装置。

优选地，所述物料收集区(8)设置有用于推动聚合物从出料口(23)排出的推料装置。

优选地，所述出料口(23)设置在所述物料收集区(8)的侧面，所述推料装置包括固定连接于所述转轴(22)的推料螺旋(17)和反向螺旋(21)；所述推料螺旋(17)设置在所述出料口(23)最低点所在平面(18)与所述物料收集区(8)最高点所在平面(16)之间，用于推动所述聚合物向下移动；所述反向螺旋(21)设置在所述出料口最低点所在平面(18)和所述穿轴口(20)最高点所在平面(19)之间，用于推动所述聚合物向上移动，所述反向螺旋(21)的旋向与所述推料螺旋(17)相反。

优选地，所述出料口(23)设置在所述物料收集区(8)的底面，所述推料装置为固定连接于所述转轴(22)的螺旋推料器；所述螺旋推料器设置在所述物料收集区(8)最高点所在平面(16)与所述穿轴口(20)最高点所在平面(19)之间，用于推动所述聚合物向下移动。

优选地，所述加热装置为管壳式换热器，所述管壳式换热器的管层包括多个上进下出的加热列管(10)；进入加热脱挥区(2)的聚合物沿着加热列管(10)内壁面向下流动，从加热列管(10)下端口流出进入落条脱挥一区(3)。

优选地，所述加热列管(10)内部为空或设置有内插件；所述内插件为至少两个相互连接的螺旋片，所述螺旋片自身呈180°扭转且在螺旋线方向上与加热列管(10)本体焊接，相邻的螺旋片的旋转方向相反，中心点相连接，互成90°。

优选地，所述集液降膜分布器(12)为球形或者伞形。

优选地，所述挥发分出口(11)连接到挥发分回收系统，所述挥发分回收系统的压力小于所述脱挥装置内的压力。

优选地，所述转轴(22)和穿轴口(20)之间的间隙采用机械密封。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明结构紧凑，集六级脱挥于一个单一装置中(壳装)，设备体积小，物料加热时间短，传热、传质效率高，可有效防止装置内壁上结垢，避免聚合物物料残存在脱挥装置里面导致聚合物长时间高温老化分解。

2.本发明通过管壳式换热器内的加热列管内设置螺旋片，能够实现径向混合功能，使得聚合物在加热列管的径向上温度场更加均匀地分布，避免了聚合物的局部过热导致聚合物分解。同时螺旋片插入到了聚合物中心去加热，在不增加设备体积的情况下提高了加热器的有效传热面积，或者说提高了加热器的单位体积的传热面积；此外，该特殊结构可有效减薄聚合物在加热区内表面的层流边界层、提高传热系数、强化传热和传质，强制界面更新，从而有效提高脱挥效率。

3.本发明脱挥装置的集液降膜分布器在实现物料良好的二次布液分布的同时还具备降膜脱出挥发分的功能，保证物料在降膜脱挥区和破泡脱挥区的内壁上均匀分布。

4.本发明脱挥装置的刮板兼具破泡和清除残余物料的功能。

附图说明

图1为本发明一实施例中聚合物脱挥装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中加热列管的结构示意图。

附图标记：

1-进料分布区，2-加热脱挥区、3-落条脱挥一区、4-降膜脱挥一区、5-落条脱挥二区、6-降膜脱挥二区、7-破泡脱挥区、8-物料收集区、9-进料口、10-加热列管、101-螺旋片，11-挥发分出口、12-集液降膜分布器、13-降膜脱挥二区壳体内壁、14-刮板、15-破泡脱挥区壳体内壁、16-物料收集区最高点所在平面、17-推料螺旋、18-出料口最低点所在平面、19-穿轴口最高点所在平面、20-穿轴口、21-反向螺旋、22-转轴、23-出料口、24-夹套、25-换热介质入口，26-换热介质出口。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见附图1，本发明公开了一种聚合物脱挥装置，所述脱挥装置从上到下依次设置有：进料分布区1、加热脱挥区2、落条脱挥一区3、降膜脱挥一区4、落条脱挥二区5、降膜脱挥二区6、破泡脱挥区7和物料收集区8。

所述进料分布区1设置有进料口9，所述进料口9设置在所述进料分布区1的顶部或侧面，所述聚合物从所述进料口9进入所述脱挥装置。

所述加热脱挥区2设置有加热装置，用于将所述聚合物加热到脱挥所需要的温度并同时具有脱挥功能，所述聚合物在此完成第一级脱挥。优选地，所述加热装置为管壳式换热器，所述管壳式换热器的管层包括多个上进下出的加热列管10，聚合物从管层的上部进入下部流出；换热介质从壳层左侧低点的换热介质进口25进入，从壳层右侧高点的换热介质出口26排出，换热介质从低点进高点出可以延长换热介质的停留时间，使换热介质与聚合物充分换热，将聚合物加热到脱挥所需要的温度，所述换热介质优选地可以为高温蒸汽或者其他换热介质。从进料口9进入的聚合物均匀分布到加热列管10中，沿着加热列管10内壁面向下流动，边加热边脱挥，从加热列管10下端口流出进入落条脱挥一区3。所述加热列管10内部为空或设置有内插件。参见附图2，在本实施例中，所述加热列管10内设置有内插件，所述内插件为至少两个相互连接的螺旋片101，所述螺旋片101自身呈180°扭转且在螺旋线方向上与加热列管10本体焊接，相邻的螺旋片101的旋转方向相反，中心点相连接，互成90°。通过加热列管10内设置螺旋片，一方面增大了换热面积，提高了换热效果；另一方面，螺旋片可有效减薄聚合物在加热区内表面的层流边界层、提高了换热系数、强化传热和传质，强制界面更新，从而有效提高脱挥效率。在一些实施例中，所述加热装置为其它类型的换热器，在另一些实施例中，所述加热装置为电加热器或其它合适的加热器。

所述落条脱挥一区3设置在上部与加热脱挥区2连通、下部与降膜脱挥一区4连通，所述聚合物在加热脱挥区2完成第一级脱挥后，从加热脱挥区2出来的聚合物在重力的作用下呈液滴、液柱或液膜状落下进入落条脱挥一区3，此时，汽相空间变大，压力降低，汽液接触面积增大，挥发分扩散距离缩短，从而可以有效脱除挥发分，完成第二级脱挥。所述落条脱挥一区3设置有挥发分出口11，所述挥发分出口11连接到挥发分回收系统，所述挥发分回收系统的压力小于所述脱挥装置内的压力，所述脱挥装置中各个区域的挥发分均从所述挥发分出口11排出到挥发分回收系统中。所述挥发分出口11位于落条挥发一区3中部偏上的位置。

所述降膜脱挥一区4设有集液降膜分布器12，所述集液降膜分布器12固定连接到转轴22上，并通过转轴22连接到所述脱挥装置底部外的电机，所述脱挥装置底部设有穿轴口20，所述转轴(22)穿过所述穿轴口20与所述电机连接。优选地，所述转轴22和穿轴口20之间的间隙采用机械密封，在一些实施例中，也可采用填料密封、迷宫密封或其它合适的密封形式。本申请聚合物脱挥装置的电机设置在底部，动力从底部传入。而现有技术中动态脱挥装置动力多从顶部传入，本申请为现场情况不适用动力顶部传入时提供了一种解决方案，提高了脱挥装置的适用性。同时，电机等动力设备设置在底部，也便于现场工作人员的检查维护，有利于装置的长周期稳定运行。优选地，所述集液降膜分布器12球形或者伞形。来自落条脱挥一区3的聚合物落到集液降膜分布器12上，集液降膜分布器12在电机的带动下旋转，在重力和离心力的作用下，所述聚合物在集液降膜分布器12上形成均匀的液膜，挥发分扩散距离缩短，聚合物表面更新快，挥发分脱除效果好，聚合物在此完成第三极脱挥。液膜在流动到集液降膜分布器12边缘后被均匀地甩出进入落条脱挥二区5。

在落条脱挥二区5内，聚合物与汽相的接触面积增大，挥发分扩散距离缩短，从而可以被有效脱除，聚合物在此完成第四级脱挥。

所述聚合物经过所述落条脱挥二区5落到降膜脱挥二区6的内壁13上形成均匀的液膜，并在重力作用下沿着降膜脱挥二区6的内壁13向下流动，此时挥发分扩散距离缩短，聚合物表面更新快，挥发分可以有效脱除，聚合物在此完成第五级脱挥，之后进入破泡脱挥区7。

所述破泡脱挥区7设置有多组刮板14，所述刮板14一端抵近所述破泡脱挥区7的壳体内壁15，另一端固定连接到所述转轴22上。刮板14随转轴22转动而转动，推动所述聚合物在破泡脱挥区7的内壁15上形成很薄的液膜，在刮板14推动聚合物形成薄膜的过程中，刮板14会将已经形成于聚合物中的未来得及破裂或者扩散到汽相中的挥发分汽泡强制破泡，使包裹于液相汽泡中的挥发分进入到汽相中，实现深度脱挥。聚合物在此完成第六级脱挥。同时，优选地，刮板14倾斜设置，在破泡的同时还推动聚合物向下流动进入物料收集区8。在一些实施中，所述降膜脱挥二区6和所述物料收集区8之间不设置有破泡脱挥区7，聚合物沿着降膜脱挥二区6的内壁13向下流动直接进入物料收集区8。

所述物料收集区8的底面或侧面设置有出料口23，所述穿轴口20设置于所述物料收集区8底部。优选地，所述物料收集区8还设置有推动聚合物从出料口23排出的推料装置。参见附图1，在本实施例中，所述出料口23设置在所述物料收集区8的侧面，所述推料装置包括固定连接于所述转轴22的推料螺旋17和反向螺旋21；所述推料螺旋17设置在所述出料口23最低点所在平面18与所述物料收集区8最高点所在平面16之间，用于推动所述聚合物向下移动；所述反向螺旋21设置在所述出料口最低点所在平面18和所述穿轴口20最高点所在平面19之间，用于推动所述聚合物向上移动，所述反向螺旋21的旋向与所述推料螺旋17相反。所述推料螺旋17和反向螺旋21均为螺旋推料器。本申请通过在物料收集区设置推料螺旋17和反向螺旋21，消除了物料收集区8的死区，使聚合物可以完全从出料口23排出。在一些实施例中，所述出料口23设置在所述物料收集区8的底面，所述推料装置为固定连接于所述转轴22的螺旋推料器；所述螺旋推料器设置在所述物料收集区8最高点所在平面16与所述穿轴口20最高点所在平面19之间，用于推动所述聚合物向下移动，在这些实施例中，物料收集区8也同样不存在死区。在一些实施例中，物料收集区8不设置推动聚合物从出料口23排出的推料装置，进入物料收集区8的聚合物在重力或者压力的作用下流动并从出料口23排出。

在本实施例中，所述落条脱挥一区3、降膜脱挥一区4、落条脱挥二区5、降膜脱挥二区6、破泡脱挥区7和物料收集区8的壳体外设置有独立的或者联合的夹套24，所述夹套内流通有换热介质，用于保持上述区域的温度在脱挥的最佳温度区间内，提高脱挥效率。这里所说的独立的夹套是指在每个区域壳体外单独设置夹套对其内部的温度进行控制；这里所说的联合的夹套是指将上述区域的壳体设置在一个夹套中，通过这一个夹套对上述区域进行温度控制。在一些实施例中，所述落条脱挥一区3、降膜脱挥一区4、落条脱挥二区5、降膜脱挥二区6、破泡脱挥区7和物料收集区8的壳体外设置有电伴热装置，用于对上述区域的壳体进行加热保持上述区域的温度在脱挥的最佳温度区间内。优选地，所述电伴热装置为电伴热带。在另一些实施例中，所述落条脱挥一区3、降膜脱挥一区4、落条脱挥二区5、降膜脱挥二区6、破泡脱挥区7和物料收集区8的壳体外设置有保温层，由于聚合物在加热脱挥区2已经加热到脱挥所需的温度，通过在上述区域壳体外设置保温层减少装置的热量损失，可以保持上述区域的温度在脱挥所需的温度，从而提高脱挥效率。所述保温层可以为有机隔热保温材料或无机隔热保温材料。

在本申请中，所述聚合物包括聚合物溶液和聚合物本体。聚合物溶液通常挥发分的含量比较高，挥发分包括了大量的溶剂和其他挥发分，本申请的聚合物脱挥装置能有效用于聚合物溶液的脱挥。聚合物本体通常含有的挥发分比较少，以聚合物本身为主，本申请的聚合物脱挥装置也能有效用于聚合物本体的脱挥，可以把残余的挥发分降得很低。

本申请的聚合物脱挥装置，结构紧凑，设备体积小，物料加热时间短，传热、传质效率高，通过从上到下设置的多个区域，能够在合适的工艺温度对聚合物进行静态、动态多级高效脱挥，同时装置内温度场均匀，不存在死区。本申请的聚合物脱挥装置挥发分脱除效率高，脱挥效果好，能够长周期高效稳定运行。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。