[发明专利]化学反应用反应器

说明书

本发明涉及一种化学反应用反应器，具体地涉及聚合反应器，特别是用于乳液聚合、悬浮聚合、溶液聚合和/或本体聚合的反应器。

通过液相聚合制备聚合物通常分为本体聚合、溶液聚合、沉淀聚合、悬浮聚合和乳液聚合，后两项技术与其它技术的区别在于始于两相的初始混合物。聚合反应在间歇反应器、连续流动管、串联的搅拌容器或连续搅拌的容器反应器中进行。其中，容器反应器在化学工业中是最重要的，因为它们在操作条件和操作方式方面灵活性很大，可适用于所有工艺需求。搅拌的容器反应器适用于间歇和连续操作，从实验室容器到大规模反应器有很宽的应用范围。搅拌的容器反应器可利用标准化结构，可由各种各样的材料和用于各种用途的材料组合而成。

除常规的冷却和加热装置和用于起始原料和产物的输入和输出管线之外，反应器还有搅拌装置，通常由靠搅拌器轴驱动的搅拌器构成，对于某些应用还有为更好地混合而用于破坏流动的锭子。搅拌器本身固定于通常垂直的搅拌器轴上，该轴从上面或下面伸入一般为圆筒形的反应容器中。按现有技术一般优选从上面沿中心装入反应容器中，因为这样相对容易密封搅拌器轴。缺点在于由于出现弯矩，搅拌器轴必须有相对大的直径。另一方面，搅拌器从下面引入反应器减少了搅拌器的质量，但在搅拌器轴穿过反应器底的点需要更复杂的密封。

已知在工程中利用搅拌装置完成很多不同的任务。这种任务的例子包括分散、均化、混合、充气、传热、悬浮和溶解。取决于系统的具体参数，如粘度、相数、密度和密度差、颗粒尺寸、剪切、热生产和反应温度，传热和流体动力学有复杂的理论关系，为适应这些关系已提出大量特殊结构的搅拌器形式和反应器形式。为使要进行的方法更安全，也已采用特殊的技术，如半边连续供给物质流，其目的是要更好地控制热的释放。文献包括大量建议，对每一问题提出适合的解决方案，解决方案的形式包括设备的特殊设计(例如搅拌器类型)、参数(如旋转速度或尺寸)或配方要求和特殊的量度(如用于控制粘度和作为传热介质的溶剂的使用，聚合温度和/或添加物质流的控制)。对反应器中搅拌方面技术、相关传热现象和流动过程知识的进一步研究，参考说明书结尾引用的文献。

在[11](参见说明书结尾所列)中，前言(pp.282-285)给出一些工业反应器的例子和它们操作中出现的问题。

[17]研究了一些技术参数对苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯酸体系的乳液聚合过程的影响。发现利用穿过反应器盖的管将单体乳液加入搅拌器底叶片和反应器底之间的间隙中可防止形成凝结物。然而，另一方面，残余单体的量增加，颗粒尺寸变化更大，意味着再现性较差。

一旦反应器已安装好，它通常用于制备大量不同的产品。这意味着该体系一般仅对设计情况最佳，如果要制备不同的产品必须修改。在已知的聚合反应器和搅拌装置中，已经有允许转换至不同聚合工艺的实施方案，例如通过替换搅拌桨，难度相对较小。然而，仍缺少转换至不同的生产工艺时能够更简单、更迅速因而更经济有效地进行的聚合反应器的转换和清洗的构造。

从反应器下面安装搅拌器也是已知的(参见DE4 421 949第3栏7-18行[13])。DE4 421 949的图1还示出在反应器底的排放口。原料流从上面引入反应器。这种反应器相对较难以清洗。

因此，本发明的目的是提供一种化学反应用反应器，其对于特殊工艺如聚合工艺接近最佳，在不消耗很多时间和金钱的情况下进行。此外，这种反应器的特征在于将设备转换至其它工艺方面灵活性高。

我们发现利用在反应器底部上安装搅拌机构和输入输出管线的反应器惊人地实现此目的。

本文中术语搅拌机构意指包括一或多个搅拌器的搅拌装置。

因此，本发明涉及一种有搅拌机构、输入输出管线和可移动的盖的化学反应用反应器，特别是聚合反应器，其中所述搅拌机构和输入输出管线均安装在反应器底部上。

术语输入输出管线既指物质流如原料或产品的管线，也指电和其它管线如温度传感器、pH测量装置、压力测量装置、浓度测量探头、光学分析仪或其它在线分析仪的管线。

该新反应器的优点很多：

移开盖后，反应器内部容易够得着。这利于清洗操作并能够容易且迅速地进行搅拌桨的更换。如果盖能够卸下移至侧面，则非常容易清洗搅拌桨、搅拌器轴、反应器内部特别是内壁、底和盖，以除去壁的沉积和烧固了的结壳，其取决于聚合物组合物可能是非常硬或非常软或粘弹性的，可以是几厘米厚。这在对剪切敏感的产品的乳液聚合中特别重要，因为在此情况下，在高剪切区例如在搅拌器上或内部有特别厚的沉积，极大地减少了传热通道并损害传感器的功能(例如温度控制)。