[发明专利]一种ABS树脂的本体聚合生产工艺以及静态混合器的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种ABS树脂的本体聚合生产工艺，尤其涉及一种利用无搅拌的并带传热元件的静态混合器作为聚合反应器进行ABS树脂生产的本体聚合生产工艺以及该静态混合器的用途。

背景技术

ABS树脂是指丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(分别取Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写)是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳。

已有的ABS树脂的本体聚合生产工艺其聚合反应器采用了二种反应器：包括连续全混流反应器(简称CSTR)或带搅拌的活塞流反应器(简称stir-PFR)。本体聚合过程中，反应物的均匀混合、反应热的移出及防止反应器粘壁至关重要，但反应物料的高粘稠性往往使反应物的均匀混合与反应热的移出非常困难，并且很容易产生聚合物粘壁而引起堵塞现象，故不得不依靠搅拌器的搅拌作用来达到反应物的均匀混合和改善传热，并通过搅拌减少挂壁现象产生，而为此需要很大的搅拌功率，现有ABS树脂的本体聚合生产工艺中搅拌器的电耗几乎占了产品电耗的三分之一。此外，大型搅拌器的投资较大、维护保养与维修还需要耗费较大成本和较长时间。

静态混合器定义为“借助流体管路的不同结构，得以在很宽的雷诺数范围内进行流体的混合，而又没有机械可动部件的流体管路结构体”。

静态混合器是一种新型先进的化工单元设备，自70年代开始应用后，迅速在国内外各个领域得到推广应用。众所周知，对于二股流体的混合，一般用搅拌的方法。这是一种动态的混合设备，设备中有运动部件。而静态混合器内主要构件静态混合单元在混合过程中自身并不运动，而是凭借流体本身的压力降作为能量并借助静态混合单元的作用使流体得到混合，设备内无一运动部件。在石油化工行业、医药、食品、矿冶、塑料加工和环保等部门已被广泛应用。

两种或多种物质之间的混合过程通常依靠扩散、对流和剪切三种作用来完成。对于高粘度聚合物而言，由于大分子移动的粘滞性，分子扩散作用在聚合物混合中的效应可以忽略不计。对流作用，若无强大推动力，也不会有明显效果。紊流可以加大聚合物凝絮体的对流分布作用，但由于高粘度聚合物的流动为层流状态，特别是越靠近管壁处的流体的流速很小。所以高粘度聚合物的混合作用主要依靠剪切力，混合时作为分散性的聚合物或凝絮体受剪切作用从大到小分散于连续相中。混合时随着流体的流动，剪切力存在衰减现象，如剪切力过小，器壁的表面易出现粘壁现象，若表面得不到及时的更新，一段时间后将会出现堵塞现象。

提高流体在反应器内的流速，可以提高剪切力，但静态混合器用作本体聚合反应器由于受反应动力学及流体性能限制，流体流速较低，其作用原理是，在层流状态下，静态混合器内流体经分割、位置移动、重新汇合的三要素对流体进行有规则的反复作用，从而达到混合，混合状态的变化取决于流体混合时的雷诺数和韦伯数。混合器内流体流速越大，混合效果越好，更易防止粘壁，但流速太大，压力损失增加，提高了能耗。因此选定流速有一个较优的范围。

世界上已进行工业化生产的静态混合器最主要的有：美国的KENICS型、日本的HI型及瑞士SULZER公司研制的SMR、SMV、SMX和SMXL型及国内江苏巨龙公司的JLF系列强化传热静态混合反应器。

一般的静态混合器不适合用作本体聚合反应器。用作本体聚合反应器的静态混合器其内部混合元件既与常规的静态混合器内部单元相仿，能使进入反应器的不同流体互相很好地混合，又与常规的静态混合器内部单元不同，其内部混合元件不是用板材制作，而是用管材制作。管内可以通入加热介质或冷却介质，从而在起到混合作用同时可进行传热。虽然在静态混合器中没有搅拌使管表面传热系数降低，但通过选择合适的管径和改变元件几何尺寸，可以使制成的混合元件具有足够大的传热比面积(单位设备体积的传热面积)，使反应器单位反应体积传热强度大大提高，即使反应器内流体在高粘稠状态下，仍达到很好的传热效果，从而使静态混合反应器既达到所需的传热效果，又达到所需的混合效果，于是它的内部构件不仅起到了静态混合单元的作用，而且能够满足传热。其上述特性，毫无疑问对于强放热化学反应是非常有利的，一方面它使反应物料混合均匀，另一方面它又能把反应热带走。静态混合反应器与stir-PFR和CSTR传统反应器相比，具有单位体积传热能力大、能耗低的优点，并且因为没有转动部件，大大降低了维护成本。