一种用于开环聚合的聚合反应器的制作方法

1.本实用新型属于化工设备技术领域，涉及一种用于开环聚合的聚合反应器。


背景技术：

2.聚乙醇酸，又称为聚羟基乙酸，简称pga，是一种结构最简单的线性脂肪族聚酯，也是第一个被美国fda批准用作可吸收手术缝合线的医用合成高分子材料。由于pga具有良好的生物相容性、无毒和降解可调等特点，在医用可吸收手术缝合线、药物缓释/控释载体材料、模拟人体组织材料、生物降解聚合物支架材料等方面具有广阔的应用前景。聚乙醇酸的制备工艺包括直接熔融聚合法、缩聚开环法、溶液缩聚法、悬浮聚合法等，上述工艺对于聚乙醇酸合成装置的要求均较为苛刻，受装置结构制约，国内尚未出现具有自主知识产权的聚乙醇酸连续化生产装置，使国内聚乙醇酸产能收到限制。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于开环聚合的聚合反应器，可用于实现高分子量聚乙醇酸或聚乳酸等可降解材料的连续生产。
4.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种用于开环聚合的聚合反应器，该聚合反应器为多段式连续聚合反应器，包括反应器壳体、沿着反应器壳体的轴向相互间隔地布设在反应器壳体内的多个隔板、位于相邻两隔板之间的聚合反应区、布设在聚合反应区内的多个反应管束以及在工作状态下调节聚合反应区温度的温控组件，所述的反应器壳体的前端与后端分别设有管道集束入口管、管道集束出口管，所述的多个反应管束一端相互汇集并与管道集束入口管相连接，另一端沿着反应器壳体的轴向连续延伸并依次穿过布设在反应器壳体内的多个隔板，最后相互汇集并与管道集束出口管相连接。
6.进一步地，所述的多个隔板均垂直于反应器壳体的轴向设置，并将反应器壳体的内部空间分隔成至少两个以上相互独立的聚合反应区。
7.进一步地，每个聚合反应区具有与其相对应的温控组件，并且与每个聚合反应区相对应的反应器壳体上设有壳程入口管与壳程出口管；
8.在工作状态下，每个聚合反应区的壳程内流动有传热介质，该传热介质通过壳程入口管、壳程出口管与温控组件相连接。
9.进一步地，所述的温控组件包括设于反应器壳体外的热源泵、加热源以及与热源泵和加热源电连接的温控箱，该温控箱的测温探头伸入聚合反应区壳程内，所述的加热源的出口端通过管路与壳程入口管相连接，所述的壳程出口管通过管路与热源泵相连接，并返回连接至加热源的入口端；
10.在工作状态下，所述的传热介质在加热源、聚合反应区以及热源泵之间循环流动，用于及时控制反应器壳程温度。
11.进一步地，所述的多个反应管束包括多个沿着反应器壳体的轴向连续延伸布设在
聚合反应区内的线型反应管束、蛇形反应管束、s型反应管束、螺旋型反应管束、中国结型反应管束或无规则卷曲线型反应管束中的一种或几种，各聚合反应区中的反应管束的构型相同或不同。
12.具体地，所述的蛇形反应管束可以是多个平行于反应器壳体轴向且上下蜿蜒设置或水平蜿蜒设置的反应管束；所述的螺旋型反应管束可以是多个平行于反应器壳体轴向且螺旋设置的反应管束。
13.通过上述不同类型的反应管束，一方面可调控管程反应物料与壳程传热介质之间的换热面积，从而达到良好的换热效果；另一方面可控制管程反应物料在有限聚合反应区内的停留时间，从而控制反应进度。
14.进一步地，所述的反应器壳体内由前至后依次设有4个隔板，相邻两隔板与反应器壳体之间依次围设成第一聚合反应区、第二聚合反应区及第三聚合反应区。
15.所述的第一聚合反应区、第二聚合反应区及第三聚合反应区内壳程传热介质的温度依次升高，从而实现反应物料在进阶式温度条件下进行连续式聚合反应，提高生产效率。
16.进一步地，所述的第一聚合反应区与第三聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束；所述的第二聚合反应区内的多个反应管束为多个螺旋型反应管束。
17.进一步地，所述的第一聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束；所述的第二聚合反应区内的多个反应管束为多个螺旋型反应管束；所述的第三聚合反应区内的多个反应管束为多个蛇形反应管束。
18.进一步地，所述的第一聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束；所述的第二聚合反应区内的多个反应管束为多个螺旋型反应管束；所述的第三聚合反应区内的多个反应管束为多个s型反应管束。
19.进一步地，所述的第一聚合反应区内的多个反应管束为多个s型反应管束；所述的第二聚合反应区内的多个反应管束为多个蛇形反应管束；所述的第三聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束。
20.进一步地，所述的第一聚合反应区内的多个反应管束为多个s型反应管束；所述的第二聚合反应区内的多个反应管束为多个中国结型反应管束；所述的第三聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束。
21.进一步地，所述的第一聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束；所述的第二聚合反应区内的多个反应管束为多个无规则卷曲线型反应管束；所述的第三聚合反应区内的多个反应管束为多个s型反应管束。
22.工作原理：每个聚合反应区分别与相应的加热源循环连通，通过其间流通的传热介质控制聚合反应温度，从而在反应器壳体内得到多个反应温度段。本聚合反应器工作时，反应物料可在外部驱动泵的进给作用下自管道集束入口管进入，依次通过各个聚合反应区的反应管束，并在各个反应温度段下分别进行相应的聚合反应，实现连续式反应，反应产物最后从管道集束出口管流出。
23.与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
24.1)本聚合反应器将多段聚合反应单元整合在一起，并对每段聚合反应区的温度进行精确控制，进而实现反应物料(例如，乙交酯或丙交酯)在进阶式温度条件下进行连续式
聚合反应，大大提高了生产效率，并降低设备能耗；
25.2)通过不同类型的反应管束，一方面可调控管程反应物料与壳程传热介质之间的换热面积，从而达到良好的换热效果；另一方面可控制管程反应物料在有限聚合反应区内的停留时间，从而控制反应进度；
26.3)本聚合反应器经济实用性好，可适用于聚乙醇酸或聚乳酸等可降解材料的连续生产，具有很好的应用前景。
附图说明
27.图1为实施例1中一种用于开环聚合的聚合反应器的结构示意图；
28.图2为实施例2中一种用于开环聚合的聚合反应器的结构示意图；
29.图3为实施例3中一种用于开环聚合的聚合反应器的结构示意图；
30.图中标记说明：
[0031]1‑
反应器壳体、2
‑
隔板、3
‑
反应管束、301
‑
线型反应管束、302
‑
蛇形反应管束、 303
‑
s型反应管束、304
‑
螺旋型反应管束、4
‑
管道集束入口管、5
‑
管道集束出口管、 6
‑
壳程入口管、7
‑
壳程出口管、8
‑
温控箱。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0033]
实施例1：
[0034]
如图1所示的一种用于开环聚合的聚合反应器，该聚合反应器为多段式连续聚合反应器，包括反应器壳体1、沿着反应器壳体1的轴向间隔布设在反应器壳体1 内的4个隔板2、位于相邻两隔板2之间的聚合反应区、布设在每个聚合反应区内的反应管束3，以及用于调节相应聚合反应区温度的温控组件；
[0035]
反应器壳体1的前端与后端分别设有管道集束入口管4、管道集束出口管5，多个反应管束3一端相互汇集并与管道集束入口管4相连接，另一端沿着反应器壳体1的轴向连续延伸并依次穿过布设在反应器壳体1内的4个隔板2，最后相互汇集并与管道集束出口管5相连接。
[0036]
每个聚合反应区具有与其相对应的温控组件，并且与每个聚合反应区相对应的反应器壳体1上设有壳程入口管6与壳程出口管7；其壳程内流动有传热介质，该传热介质通过壳程入口管6、壳程出口管7与温控组件相连接。
[0037]
温控组件包括设于反应器壳体1外的热源泵、加热源以及分别与热源泵和加热源电连接的温控箱8，该温控箱8的测温探头伸入聚合反应区壳程内，加热源的出口端通过管路与壳程入口管6相连接，壳程出口管7通过管路与热源泵相连接，并返回连接至加热源的入口端；传热介质在加热源、聚合反应区以及热源泵之间循环流动，用于及时控制反应器壳程温度。
[0038]
具体地，4个隔板2垂直于反应器壳体1的轴向设置，相邻两隔板2与反应器壳体1之间依次围设成第一聚合反应区、第二聚合反应区及第三聚合反应区。
[0039]
第一聚合反应区与第三聚合反应区内的多个反应管束3为多个平行设置的线型反应管束301；第二聚合反应区内的多个反应管束3为多个螺旋型反应管束304。
[0040]
本实施例聚合反应器的工作过程如下：首先启动各聚合反应区的温控箱8，并控制相应的加热源、热源泵工作，通过壳程中循环流动的传热介质(例如，导热油)，将各聚合反应区中的反应管束3加热至相应的预设温度(例如，第一聚合反应区的温度控制为195℃，第二聚合反应区的温度控制为210℃，第三聚合反应区的温度控制为220℃)，然后启动驱动泵，使反应物料(乙交酯)在驱动泵的进给驱动力作用下由管道集束入口管4加入并依次经过第一聚合反应区内的线型反应管束 301、第二聚合反应区内的螺旋型反应管束304、第三聚合反应区内的线型反应管束301，并在不同温度下进行连续式聚合反应，反应生成的聚乙醇酸通过管道集束出口管5排出并收集。
[0041]
实施例2：
[0042]
如图2所示的一种用于乙交酯合成聚乙醇酸的三段式聚合反应器，其中，第一聚合反应区内的多个反应管束3为多个平行设置的线型反应管束301；第二聚合反应区内的多个反应管束3为多个螺旋型反应管束304；第三聚合反应区内的多个反应管束3为多个蛇形反应管束302，其余同实施例1。
[0043]
实施例3：
[0044]
如图3所示的一种用于乙交酯合成聚乙醇酸的三段式聚合反应器，其中，第一聚合反应区内的多个反应管束3为多个平行设置的线型反应管束301；第二聚合反应区内的多个反应管束3为多个螺旋型反应管束304；第三聚合反应区内的多个反应管束3为多个s型反应管束303，其余同实施例1。
[0045]
实施例4：
[0046]
本实施例的一种用于乙交酯合成聚乙醇酸的三段式聚合反应器，其中，第一聚合反应区内的多个反应管束3为多个s型反应管束303；第二聚合反应区内的多个反应管束3为多个平行设置的线型反应管束301；第三聚合反应区内的多个反应管束3为多个蛇形反应管束302，其余同实施例1。
[0047]
实施例5：
[0048]
本实施例的一种用于乙交酯合成聚乙醇酸的四段式聚合反应器，其中，第一聚合反应区的多个反应管束3均为多个s型反应管束303；第二聚合反应区内的多个反应管束3为多个平行设置的线型反应管束301；第三聚合反应区及第四聚合反应区内的多个反应管束3均为多个螺旋型反应管束304，第一段的温度为195℃，第二段的温度为210℃，第三段的温度为215℃，第四段的温度为220℃，其余同实施例1。
[0049]
实施例6：
[0050]
本实施例的一种用于乙交酯合成聚乙醇酸的三段式聚合反应器，其中，第一聚合反应区内的多个反应管束3为多个s型反应管束303；第二聚合反应区内的多个反应管束3为多个中国结型反应管束；第三聚合反应区内的多个反应管束3为多个平行设置的线型反应管束301，其余同实施例1。
[0051]
实施例7：
[0052]
本实施例的一种用于乙交酯合成聚乙醇酸的三段式聚合反应器，其中，第一聚合反应区内的多个反应管束为多个平行设置的线型反应管束301；第二聚合反应区内的多个
反应管束3为多个无规则卷曲线型反应管束；第三聚合反应区内的多个反应管束3为多个s型反应管束303，其余同实施例1。
[0053]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。