[发明专利]监测聚合反应控制参数的方法和实施所述方法的相关装置

说明书

本发明涉及监测非均相聚合反应混合物控制参数的方法，包括以下步骤：(a)获得所述混合物的至少一个NIR反射光谱；(b)通过NIR反射光谱与参比测量法测定的所述控制参数值相关联的校正曲线来计算所述控制参数的值。本发明还涉及实施所述方法的装置。

本发明涉及监测聚合反应控制参数的方法和实施所述方法的相关装置。

众所周知，在工业生产聚合物的过程中，除了确保在安全条件下管理生产装置外，有可能连续控制聚合反应实施条件以获得高质产品和高产率是至关重要的。

工业聚合过程的控制一般是基于监测反应混合物的一些物理和化学参数，例如反应器内的温度和压力以及反应的进展状况。

例如在可发泡聚苯乙烯(EPS)悬浮合成情形下，要监测的最重要控制参数包括随反应进行所形成和增长的聚合物颗粒或珠粒尺寸和苯乙烯单体转化为聚合物的程度。

在本领域中已可得到各种技术和设备，使聚合反应控制参数得以准确监测。

其中，尤其是基于近红外光谱(NIR)的监测技术越来越受到关注，因为它们能使上述参数迅速和精确地在线测量，即直接对反应器内的反应混合物进行测量。

基于近红外光谱的在线测量设备一般包括通过光纤连接光源和分光光度计的测量探头。所述探头放置在反应器内，测量头浸入聚合混合物中。测量头包括一个聚合混合物在其中经历分析流程的腔。测量过程中，探头通过测量腔内存在的透射NIR辐射的窗口(采样窗)辐照聚合混合物，具有近红外波长的光辐射(入射辐射)是由光源产生的，同时收集由反应混合物散射的光辐射-入射辐射的辐照效应所产生–发送到分光光度计。

在本发明的技术领域中，近红外光谱基本是以所谓“透射”或“透反射”模式应用的。

在透射光谱中，分光光度计所分析的辐射是入射辐射穿透所述样品的部分，即其既没吸收也没反射的部分。

在“透反射”光谱中，分光光度计所分析的辐射是入射辐射穿透样品后被特定反射屏反射的部分，所述反射屏位于测量腔沿辐射路径上，在样品另一边；由屏所反射的辐射第二次通过样品，然后再到达分光光度计。

通过化学计量校正法的手段，聚合混合物的NIR光谱吸收特性可与所希望的控制参数相关联(例如，聚合物颗粒的平均粒径或原料单体的转化程度)，获得控制参数的预测数学模型。校正方法进行适当验证后，预测模型可用于从在线测定的近红外光谱来估算聚合混合物控制参数的值。

通过本领域公知的近红外光谱手段监测非均相聚合反应控制参数的方法具多个关键方面。

在这些反应中，因聚合反应混合物的高粘性其往往会粘附到浸入式探头的采样窗。因而随着反应进行材料残留物会累积在窗口上，影响测量，阻碍了对控制参数的正确判断。因此，采样窗结垢需要频繁停工以将探头清洗或替换。

而且，NIR探头通常由细长形式的金属体构成，其插入反应器壁，从而使测量头一直保持浸入聚合混合物。探头的主体由反应器壁向内延伸，在某些情况下，延伸出约20cm的距离。因此具有此尺寸的探头会影响聚合反应的流体动力学。

透射近红外光谱用于在线监测聚苯乙烯水悬浮液合成控制参数的实例和上述的关键方面描述于A.F.Santos et al.,Journal of Applied Polymer Science,Vol.70,1737-1745(1998)。

在线测量的缺陷可通过使用线上操作的NIR测量系统部分地克服。线上测量系统中，聚合反应过程中待分析样品或连续或间断地从反应器中移出，并通过输送管线移送到测量仪器。线上测量中，虽然没有探头浸入聚合混合物，但是并没有消除采样窗的结垢问题，因为在任何情况下聚合混合物必须进入测量池(位于反应器外并与输送管线联通)，与浸入式探头测量腔的问题完全类似。此外，在许多情况下，将反应混合物样品从反应器移送到测量仪器的过程中，样品本身结构可能会改变，这也可能显著影响控制参数的判定结果(例如，颗粒的聚结现象可能造成对聚合混合物颗粒实际尺寸的高估结果)。