专利名称：加罩的反应容器的制作方法
发明的领域本发明涉及反应容器罩。
发明的背景由于对高性能材料和严密控制的加工参数的需求增加，对可使用点火源的反应器系统的需求也日益增加，例如通用电气设备和高温热源，接近易燃或可燃的材料。然而，通用电气设备通常具有暴露的电接点，它含有足够的能量以点燃易燃或可燃蒸气，而高温热源可产生接近和超过易燃或可燃物自燃温度的表面温度。
可用暴露的电接点源点火的易燃或可燃物在安全文献中是公知的。这样的物质典型地具有低闪点，闪点被全国防火协会(NFPA)定义为液体或挥发性固体释放足够的蒸气、与接近液体表面或试验瓶中的空气形成可燃混合物的温度。易燃或可燃物通常还有浓度范围，超过或低于此范围点火不会发生。易燃材料和可然材料以其燃烧的容易性而区别。
易燃材料是那些容易点火和快速燃烧的固体、液体、蒸气和气体。易燃性固体通常可分为(1)粉尘或细粉(例如，各种金属和有机物质，如纤维素和面粉)；(2)由低着火点材料构成的膜、纤维和织物；(3)低温自燃固体，如白磷和(4)可生物降解的固体，其中可由微生物或其它降解作用产生内热(如鱼肉和湿纤维素)。易燃性液体由NFPA和美国运输部定义为具有如下性质的液体(ⅰ)在闭杯仪中测得的闪点低于37.7℃(100°F),(ⅱ)蒸气压小于377kN/m2(40psig)。易燃性气体是很易点火并维持火焰的气体，其热传播率之大类似于爆炸，特别是当气体受局限时。易燃性气体是极危险的火灾来源，需要严格管理的储存条件。
可燃性材料通常定义为较难点火和燃烧相对较慢的固体或闪点在37.7℃(100°F)以上的液体。固体燃烧的速率和容易度同等程度地取决于其细分状态(如纤维状细丝/固体块)和化学组成。例如，很多材料在粉末状或薄片状时会着火和快速燃烧，而大多数在其形状为块状固体时则不会燃烧。纤维素在形成织物纤维或纸时可燃烧，但成为细纤维如棉绒时则是易燃的。在火焰温度燃烧的塑料当其形状为泡沫时比块状固体时是更大的火灾源。
NFPA制定了使在易燃或可燃物周围的材料能安全加工的标准。这些标准建立在限定的分类区的基础上，它包括(ⅰ)第一类，A组至D组分类区，涉及易燃性气体的存在，(ⅱ)第二类，E组至G组分类区，涉及可燃性粉尘的存在，和(ⅲ)第三类分类区，涉及可燃性纤维和悬浮物的存在。NFPA限制在所有这些分类区使用点火源。例如，暴露的电接点源和未经控制的表面温度热源在第一类D组分类区是禁止的。因此，易燃和可燃蒸气和气体及发散这些蒸气和气体的材料可储存于包括特别设计用于这种环境的那类设备的区域，或在其中加工。
适用于在易燃和可燃气载材料周围用的设备被设计成使其不成为点火源。一般说来，适用于这些用途的设备使用以下五类中的至少一类(1)风动或水力设备，(2)固有安全的电力设备，(3)防爆设备，(4)置于远处的设备和(5)具有控制的表面温度连锁装置的设备。风动和水力设备用气体或液体操作，因此不起点火源的作用。固有安全的电力设备被设计成利用不足以点燃易燃或可燃气载材料的电流。为了防止对周围物体和人的伤害，将防爆设备保留在设计用来控制任何所产生的爆炸的壳内。远处的设备置于含易燃或可燃气载材料的区域之外，并通过管子或绝缘线和连接器与位于分类区内的反应器连接。表面温度受控制的设备其表面温度控制到不超过可能存在于该区域中的那些易燃和可燃物质的最低自燃温度的80％。所有这五类特殊设计的设备比起通用的电气设备和未控制表面温度的热源来，(ⅰ)较大，(ⅱ)较昂贵，(ⅲ)较不敏感，和/或(ⅳ)转化率较低。
因此，对反应器系统存在日益增长的需求该系统允许在必需时在含有易燃或可燃物质的反应容器上或位于含有易燃或可燃物质的区域的反应容器附近使用通用的电气设备和/或未控制表面温度的热源。
发明的概述本发明提供一种可安全使用点火源设备的反应器系统，即使该系统系处理易燃或可燃物质或该系统用于含易燃或可燃物质的区域。本发明包括反应容器及在该反应容器上或其附近的至少一个点火源。一个罩围绕反应容器的至少一部分，将点火源关闭在由罩限定的室内。在该室内维持着一种不能支持室内所见任何易燃或可燃物质点火的环境。该反应器可以是批量、半批量或连续的反应器，还可包括热转化系统，以控制反应容器内材料的温度。
本发明还提供利用这样的反应器系统加工材料的方法。该方法的独特之处在于该反应器系统可利用点火源加工材料(如通用荧光灯泡引发反应)，即使反应容器中使用和/或产生易燃或可燃物质，或反应器系统位于含易燃或可燃气载材料的区域。本发明可使用广范围的设备以进行、控制和/或监测材料的加工，所用的设备一般比以前可在这种情况下使用的设备价格较低、灵敏性较高，且较小。利用这种设备的能力常转变成反应容器中反应物向产物的较高转化率。例如，某些高效材料需要使用易燃或可燃材料(如反应物或溶剂)或产生易燃或可燃材料(如中间体、副产物或产物)，也需要精确控制和监测工艺条件，以便有效地产生产物。利用本发明的反应器系统的方法可以经济的方式制备这样的材料。而且，本发明的反应器系统使所用的生产空间更有效，因为当这样的反应器系统不用于加工易燃或可燃物质时，它们也可用于加工不含易燃或可燃物质的材料(即本发明的反应器系统可兼具通用反应器和分类区反应器的作用，免除对满足每一种需要的两种不同反应器的需求)。
附图的简要说明
图1是该反应器系统的一个实施方案的示意图，其中罩封闭了反应容器的一部分。
图2是该反应器系统的第二个实施方案的示意图，其中罩封闭了整个反应容器。
发明的详细描述本发明提供反应器系统5，它使反应容器10(ⅰ)加工易燃或可燃物质或(ⅱ)位于含易燃或可燃物质的区域时，接近反应容器10的点火源20可安全使用。本发明还提供用这种反应器系统5制备产品的方法。
本发明(见图1)包括反应容器10和在反应容器10上或其附近的至少一个点火源20。罩30围绕反应容器10的至少一部分，形成室40，其中保留有点火源20。在室40中保留有有效地防止点火源20点燃任何易燃或可燃物质的惰性环境。罩30可封闭整个反应容器10(见图2)。
反应容器10可以是适用于储存、转运、混合、加热、反应或以其它方式加工化学物质的任何容器。反应容器10可设计用于批量、半批量或连续操作。反应容器10中受处理的化合物中至少一种是易燃或可燃材料时，反应器系统5可最有利地应用该反应容器。另外，尽管可使用批量和半批量反应容器，但连续反应器因其所伴随的产量增加、操作成本降低而通常是所选择的反应容器10。典型的批量反应容器包括釜、桶、套箱等。典型的半批量反应容器是装有用于周期性加入反应物和/或周期性取出产物的管子的釜。连续反应容器包括挤压机、搅拌式管状反应容器、连续搅拌式捅状反应容器、环状反应容器、静态混合反应容器等。
反应容器10可包括一个有护套的热转换系统(未画出)以控制反应容器10内的温度。
本文所用的术语“点火源”包括能点燃易燃或可燃物质的任何能源。通常的点火源20具体(但非排它性地)包括具有暴露的电接点源的电气设备和能产生高表面温度的未控制加热装置。
本文所用的术语“暴露的电接点源”是指存在足够氧气时能点燃可点燃浓度的易燃或可燃气载材料的具有暴露的电接点的电气设备。暴露的电接点源包括大多数通用电气设备和设计用于在易燃环境中操作之外的情况的某些专用设备。暴露的电接点源包括广泛的电气设备，具体(但非排它性地)包括电传感器、电开关装置、照明电源、感应器、电工元件等。电传感器包括(但不限于)设计用于测量压力、温度、光、pH、电导、重量、应力、张力、液体流量、液面和液位的传感器。电开关装置包括(但不限于)螺线管、触发开关、继电器、接触器和按钮开关。照明电源包括(但不限于)紫外光和红外光。感应器包括诸如用作荧光光源的镇流器元件之类的装备。其它电工元件包括诸如整流器、晶体管、电容器和电阻之类的装备。
本文所用的术语“未调节的加热器”和“未调节的表面温度热源”可交替使用，包括可产生足以点燃位于邻近的易燃或可燃物质的表面温度的装置。未调节的加热器包括(但不限于)油加热器、蒸气加热器、干燥空气加热器、红外灯、白炽灯和紫外灯。
如前所述，为了产生具有所需性质和特征的产物，很多方法需要通用电气设备提供的能量增加和/或响应加快。通过实施例，聚(1-烯烃)的产生涉及加工易燃物，但需要高响应加热器以产生具所需的受控内粘滞的聚(1-烯烃)。在另一个实施例中，光敏交联反应常涉及易燃物的加工，并高度依赖于紫外光的强度。因此，防爆紫外光提供的光常不足，因为包在灯外的玻璃大套筒限制了可置于反应容器10附近的灯的数目和并把照明源放在更远离反应容器10内的反应混合物的的位置。
同样，未控制表面温度的热源对于提高某些反应的转化率是有用的。一般接受的原则是加工温度的提高导致反应速度相应的提高。人们也理解，在加工温度提高时，某些多相辐照改性掺合物显示令人满意的表面分离，导致韧性树脂的剥离表面。本发明的反应器系统5即使在存在易燃或可燃物质的情况下也可实现这些优点。
将罩30成形化并安排用于封闭室40内的至少一个点火源20，所述室40具有不能支持易燃或可燃物质燃烧的环境(下文称作“惰性环境”)。借助实施例，可将罩30定义为(ⅰ)包含反应容器10和至少一个点火源20的室的墙壁、天花板和地板，(ⅱ)封闭整个反应容器10和点火源20的金属板的盒子，或(ⅲ)架置在反应容器1的一部分之上并封闭点火源20的模制塑料箱。较好的是，罩30的大小和形状制成使满意地封闭点火源20的室40为最小，以便使作为惰性环境而必须保持的体积达到最小。
罩30可用能承受各种所需的加工条件(如温度、压力、湿度、磁场等)、能维持所需的惰性环境的任何材料构建。合适的材料包括如木头、糊墙纸板、金属、塑料、混凝土和玻璃。罩30以同时是溶剂的材料构建为佳。罩30可配备透明和/或可移动的板，以便不需要完全移去30即可观察和接近反应容器多10和室40内的点火源20。
为了使环境成为“惰性环境”，该环境必须排除至少一个对点火的基本要求。对点火的3个要求是(ⅰ)足够浓度的燃料，如易燃溶剂，(ⅱ)足够浓度的氧化剂，如氧，和(ⅲ)点火源，如暴露的电接点源或未控制表面温度的热源。因为由罩30限定的室40特别设计成含有点火源20，因此使室40内的环境成为“惰性环境”的唯一选择是从室40内排除燃料和/或氧化剂。从室40内排除燃料和/或氧化剂的有效环境具体(但非排它性地)包括部分真空、完全真空和非活性气体吹扫本文所用的术语“非活性气体”包括不会与易燃或可燃物质发生放热反应的气体，具体(但非排它性地)包括氦、氖、氩、氪、氙、氮和二氧化碳。特别有用的非活性气体是氮和二氧化碳，因为它们价廉、易得。
监测装置(未显示)和连锁(未显示)可用于自动检测室40内易燃、可燃物质和/或氧化剂的浓度，及当室40内这些物质的浓度超过预定的安全浓度时关闭点火源20和停止加工。同样，监测装置(未显示)和连锁(未显示)可用于自动检测罩30的外表面温度，如果罩30的外表面温度超过可在罩30外的任何易燃和/或可燃材料的自燃温度的预定百分数时关闭热源20和停止加工。
室40可以是密封的或向周围大气开放的。当惰性环境是真空时，以密封的室40为佳。相反，当惰性环境是非活性气体时，为了通过连续更新室40内的惰性环境而使任何污染物(如大气中的氧)从室40中吹扫出去，罩30以包括较小的开口为佳。
罩30可任意地为绝热的(未显示)或借助热交换系统(未显示)冷却。当室40内的点火源20会产生大量热及罩30外可能有易燃或可燃物质时，包括这些任选的热控制装置可能是正确的。
反应器系统5使得可能用通用电气设备加工反应容器10内的化学物质，即使加工工艺涉及易燃和/或可燃物质的使用，或在含有易燃和/可燃材料的区域进行加工。
反应器系统5比现有的反应器具有两个主要的优点。第一，当加工含有或产生易燃和/或可燃物质的化学组合物时，反应器系统5使点火源20可以使用。点火源20因其高响应和低价格，其使用通常优于特别设计用于分类区域的点火源。响应性的提高使以前不能得到的高性能产物可经济地生产。第二，反应器系统5可用于在含有易燃和/或可燃材料的室内安全地加工化学物质，因此使设计用于这样的分类区域的反应器也可用于加工不易燃和/不可燃化学材料，因为反应器系统5装有必需的和/或所需的通用电气设备，而不是更局限的特殊用途电气设备。
下面的实施例阐述利用本发明的两个实施方案进行加工。
实施例1将在每个区域周围装有独立控制的水冷传热套、在每个套外装有独立控制的电加热器的多区域双螺旋挤压机装上方型不锈钢罩，该罩封闭电加热器和传热套。将氮气用泵压入由该罩限定的室，在该室内形成惰性环境，该环境包含低于4％的氧。在挤压机中合成聚(1-烯烃)，该聚合物的分子量高度依赖于加工温度。小心地控制挤压机内聚合反应混合物的温度，以便使落入所需分子量范围的所得聚合物的百分率达到最大。所得聚合物分子量的变化可通过周期性地测量所得组合物的比浓对数粘度方便地加以测定，用本文所述的双螺旋挤压机系统可得到偏差小于±0.2dl/g。
实施例2多区域管式搅拌反应器包括带有沿长轴延伸的混合轴的玻璃管，该反应器装有独立控制的玻璃传热套，套中包含围绕每个区域的紫外辐射透明传热液。通用荧光紫外灯置于套外。装有可移动板的方形聚碳酸酯罩套住整个反应器、传热套和室内的灯。将氮气用泵压入罩限定的室内，在室内形成惰性环境，含氧量低于4％。在反应器中加工紫外辐射交互混合物，如紫外辐射聚合的聚合物，含至少一种易燃和/或可燃成分。在此反应器中可方便地加工其它辐射交互材料，如暴露在足够的辐射中时则熔融、汽化、聚合、交联或其它改变其物理或化学形式的材料。对红外辐射敏感的材料包括例如热塑和热固化聚合物。对可见辐射敏感的材料包括例如感光乳剂。
本领域技术人员结合已经按如下方式描述的各种要素可想象很多其它实施方案，这种方式使带有点火源的装置接近反应器使用，该反应器加工易燃或可燃物质或在含有易燃或可燃物质的室内加工材料。
权利要求
1．一种系统，包括a．反应容器；b．接近所述反应容器的至少一个点火源；c．一种具有外表面的罩，该罩围绕所述反应容器的至少一部分并封闭在室内的所述点火源，所述室由所述罩限定；和d．在所述室内的惰性环境。
2．如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括控制反应容器内温度的传热系统。
3．如权利要求2所述的系统，其中该传热系统利用传热液体。
4．如权利要求1所述的系统，其中反应容器为双螺旋挤压机、单螺旋挤压机、管状搅拌反应器、连续搅拌反应桶、环状反应容器或静态混合器。
5．如权利要求1所述的系统，其中室内的惰性环境为不能支持燃烧的部分真空。
6．如权利要求1所述的系统，其中室内的惰性环境为不能支持燃烧的气体或气体混合物。
7．如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括至少一个监测装置和相关的连锁，可有效地自动检测室内氧化剂的浓度，及当氧化剂浓度超过预定的最大可接受浓度时关闭室内的点火源。
8．如权利要求1所述的系统，其中该系统还包括至少一个监测装置和相关的连锁，可有效地自动检测罩的外表面温度，及当该外表面温度超过预定的最大可接受温度时关闭室内的点火源。
9．一种系统，包括a．具有侧壁的反应容器，其中至少侧壁的一部分可透过辐射；b．当反应器内的辐射交互材料移动经过侧壁的透明部分时对该材料进行辐射的装置，所述装置包括至少一个点火源；c．封闭室内的所述辐射装置的罩，该室由所述罩限定；和d．在所述室内的惰性环境。
10．如权利要求9所述的系统，其中所述系统还包括控制反应容器内温度的传热系统。
11．如权利要求9所述的系统，其中该传热系统利用传热液体。
12．如权利要求9所述的系统，其中反应容器为具有圆柱形轴的管状物，其侧面混合元件连接于沿管状物的圆柱形轴延伸的长杆。
13．如权利要求9所述的系统，其中室内的惰性环境是不能支持燃烧的部分真空。
14．如权利要求9所述的系统，其中室内的惰性环境是不能支持燃烧的气体或气体混合物。
15．如权利要求9所述的系统，其中该系统还包括至少一个监测装置和相关的连锁，可有效地自动检测室内氧化剂的浓度，及当氧化剂浓度超过预定的最大可接受浓度时关闭该辐射装置。
16．如权利要求9所述的系统，其中该系统还包括至少一个监测装置和相关的连锁，可有效地自动检测罩的外表面温度，及当该外表面温度超过预定的最大可接受温度时关闭辐射装置。
17．加工化学组合物的方法，其特征在于包括在反应容器中加工组合物，其中a．在装有点火源的反应容器中进行加工，该点火源保持在由罩限定的室内，及b．在该室内维持惰性环境，该环境有效地预防所述点火源点燃易燃或可燃物质。
18．如权利要求17所述的方法，其中室内的惰性环境为部分真空。
19．如权利要求17所述的方法，其中室内的惰性环境为不能支持燃烧的气体或气体混合物。
全文摘要
本发明揭示一种反应器系统(10),即使在反应器中或加工区域内加工的是易燃和/或可燃物质,仍可安全地使用通用电气设备(20)和未控制表面温度热源(20)。反应器系统(10)包括反应容器和接近反应容器的至少一个加工控制装置,它可能是易燃和可燃材料的点火源。罩(30)封闭室(40)内的点火源,室(40)有一个惰性环境,它有效地防止点火源点燃任何可能进入该室内的易燃或可燃物质。
文档编号B01J19/00GK1216481SQ97194090
公开日1999年5月12日 申请日期1997年4月3日 优先权日1996年4月26日
发明者A·R·迈斯特劳维奇, J·A·希金斯, W·D·克雷特门, D·A·戴维森, K·M·杰克逊, W·R·伯金 申请人:美国3M公司