Настоящее изобретение относится к вертикально расположенному полимеризационному реактору, имеющему ряд последовательных сборок лотков, в основном, круглой формы, причем каждая сборка лотка имеет центральную открытую вытяжную трубу для испарений и одиночный проход для потока, состоящий по меньшей мере из двух петель, причем поток жидкого полимера разворачивается в обратном направлении с помощью разворачивающей стенки, имеющей, в основном, полукруглую форму, причем указанные лотки имеют входное отверстие лотка для жидкого полимера и выходное отверстие лотка для жидкого полимера, для поддержания потока жидкого полимера с помощью гидравлического градиента, причем каждая сборка лотка открыта в своей верхней части для выпуска испарений из потока жидкого полимера в центральную вытяжную открытую трубу для испарений, и указанные лотки расположены вертикально один над другим.
Предпосылки создания изобретения
В конструкциях лотков для вертикально ориентированных полимеризационных реакторов обычно используются сила притяжения и вертикальное снижение для достижения требуемой степени полимеризации без усложнения конструкции из-за применения механического перемешивания. В таких конструкциях лотков расплавленная полимерная масса спускается каскадами по вертикали вниз внутри реакторного резервуара. Перегородки или лотки монтируются внутри резервуара для обеспечения удержания расплава полимера, увеличивая, таким образом, время нахождения жидкости внутри реактора в определенных условиях реакции. Требуется обеспечить определенное время нахождения жидкости внутри реактора для выдерживания достаточного времени для обеспечения кинетики полимеризации одновременно с достижением хорошего показателя освобождения от побочного продукта, который получается благодаря увеличению испаряющей поверхности жидкости и улучшению ее перемешивания.
В американских патентах N 4196168, 3841836, 3509203, 3359074 и 3787479, а также в патенте Великобритании N 1320769 описаны реакторы, в которых реакторная среда движется под воздействием гидравлического градиента. В американском патенте N 4196168 описан вертикальный полимеризационный реактор, имеющий ряд последовательно соединенных, наклоненных вниз прямоугольных лотков для обеспечения потока жидкого полимера по ниспадающему проходу. В американском патенте N 3481836 описан вертикальный поликонденсирующий реактор, имеющий ряд последовательно соединенных, наклоненных вниз регулируемых прямоугольных лотков, а также средство для постоянного измерения вязкости полимера. Недостатки, связанные с использованием прямоугольных лотков, состоят в том, что в них трудно достичь равномерного распределения полимера по ширине прямоугольных лотков в случае, когда применяются большие лотки, при этом не используется 30% площади поперечного сечения реакторного резервуара, по сравнению с круглым лотком. В противоположность этому, простое течение по круглым лоткам, помещенным внутри резервуара, приведет к образованию больших областей застоя на периферии лотка по сторонам от линий прямого потока, проходящего между входным и выходным отверстиями. Жидкий полимер в областях застоя имеет тенденцию к перегреву, его вязкость очень повышается, образуются поперечные связи и/или он деградирует.
В американском патенте N 3509203 описывается вертикальный реактор, имеющий ряд последовательно соединенных горизонтальных структур, расположенных каскадно, которые содержат некоторое множество кольцевых проходов в каждом из лотков для горизонтального протекания жидкого полимера по ним, и соединяющую трубу от центра каждой горизонтальной структуры для передачи жидкого полимера вниз. Недостатки, связанные с реактором, описанным в американском патенте N 3509203 состоят в том, что путь потока получается слишком длинным для материалов с высокой вязкостью, при этом проходы для потока представляют собой источники образования областей застоя, крышка задерживает отток испарений и, без необходимости, усложняет конструкцию, кроме того, трубы для прохождения потока между лотками не дают возможности образовываться свободному потоку пленки, которая улучшила бы освобождение от испарений.
В американском патенте N 3359074 описан вертикальный поликонденсирующий реактор, имеющий ряд последовательно соединенных круглых лотков, содержащих расположенные практически на равном расстоянии друг от друга, выступающие в направлениях по хордам пазы. Эта пазы предназначены для образования необходимого поверхностного обмена в относительно более вязкой жидкой среде, проходящей через них.
Недостатки, связанные с реактором, описанным в американском патенте N 3359074 состоят в том, что в нем нет соответствующего объема удержания на лотках, при этом время нахождения управляется с помощью учета вязкости жидкости и скорости потока, и размер пазов должен быть точно установлен для каждого конкретного показателя жидкости и физических свойств жидкости, в противном случае лоток может переполниться или же из него полностью вытечет жидкость. Кроме того, механизм управления испарением подвержен закупоркам.
В американском патенте N 3787479 описывается вертикальный реактор, имеющий ряд последовательно соединенных круглых лотков с поперечными перегородками, создающими ряд, приблизительно, прямоугольных сегментов. Таким образом, на лотках образуется удлиненный извилистый путь потока реакционной среды вдоль перегородок с одного края лотка к другому. Недостатки, связанные с реактором, описанным в американском патенте N 3787479 состоят в том, что в углах прохода для потока образуются области застоя и трубы для протекания между лотками не дают образовываться свободно текущей пленке, которая улучшает освобождение от испарений.
В патенте Великобритании N 1320769 описывается реактор, имеющий по существу горизонтальные спиральные каналы для потока, открытые сверху, в котором боковые стенки спирального канала для потока имеют конструкцию, представляющую собой закрытые проходы для потока. Недостатки, связанные с реактором, описанным в патенте Великобритании N 1320769 состоят в том, что использование горизонтальных спиральных каналов для потока без разворота в обратную сторону, не дает возможности получать одинаковую длину прохода потока и "внутренний" путь получается более коротким, чем "внешний". Кроме того, использование только одного лотка значительно ограничивает доступную свободную поверхность, и не дает возможности образовать свободно ниспадающую пленку между лотками, что улучшило бы освобождение от испарений.
Таким образом, вышеупомянутые ссылки имеют недостатки, состоящие в том, что они содержат либо (a) области застоя, которые образуются в результате того, что один материал проходит вдоль другого материала, протекающего по более короткой линии потока, либо (b) плохо используется круговое пространство внутри горизонтального поперечного сечения вертикально ориентированного цилиндрического резервуара.
В противоположность этому, реактор в соответствии с настоящим изобретением использует круглый лоток, который эффективно использует площадь поперечного сечения цилиндрического реактора, одновременно обеспечивая равномерную длину пути потока жидкого расплавленного полимера, что минимизирует образование областей застоя или мертвых зон. Кроме того, реактор по настоящему изобретению позволяет обрабатывать жидкости с высокой вязкостью, и обеспечивает возможность управления временем нахождения внутри реактора (объемная задержка жидкости) для обеспечения химических реакций. Кроме того, реактор в соответствии с настоящим изобретением сконструирован таким образом, чтобы обеспечить свободный выход испарений с каждого лотка и их проход к выходному отверстию реактора для испарений по пути, расположенному вне пути потока полимера.
Краткое описание изобретения
В соответствии с вышеизложенным, задачей настоящего изобретения является получение устройства для производства конденсационных полимеров.
В соответствии с этим, другой задачей настоящего изобретения является получение конструкции лотка для вертикального полимеризационного реактора с движением потока под воздействием силы тяжести, в котором улучшено использование пространства для удержания жидкости внутри практически цилиндрического резервуара, находящегося под давлением.
В соответствии с этим, еще одной задачей настоящего изобретения является получение такой конструкции лотка, которая минимизировала бы образование областей застоя и увеличила бы скорость прохода жидкости.
В соответствии с этим, еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение такой конструкции лотка, которая равномерно распределяла бы поток по каждому лотку.
В соответствии с этим, другой задачей настоящего изобретения является получение такой конструкции лотка, который содержал бы каналы, которые разворачивали бы поток жидкости, приблизительно на 180o для получения одинаковой длины пути потока вдоль линий потока, без образования областей застоя или завихрений.
В соответствии с этим, еще одной задачей настоящего изобретения является получение такой конструкции лотка, которая обеспечивает достаточно большую площадь поверхности испарения жидкости и создает тонкие пленки жидкости для удаления пузырьков.
Эти и другие задачи решаются в настоящем изобретении с помощью полимеризационного реактора, имеющего вертикально расположенную внешнюю оболочку, входное отверстие реактора для жидкого полимера, находящееся вблизи верхней части реактора, и выходное отверстие реактора для жидкого полимера в донной части реактора, содержащего набор последовательно соединенных, в основном круглой формы, плоских или наклоненных вниз сборок лотков, которые полностью расположены внутри указанного реакторного резервуара,
каждая лотковая сборка имеет центральную открытую вытяжную трубу для испарений и одиночный, с практически равномерным поперечным сечением, проход для потока, образуемый с помощью стенки, имеющей достаточную высоту, чтобы предотвратить расплескивание жидкого полимера,
указанный проход для потока состоит, по меньшей мере, из двух петель, жидкий полимер протекает из одной петли в другую петлю с помощью разворачивающей стенки, имеющей практически полукруглую форму, с помощью которой поток жидкого полимера направляется в обратную сторону,
указанные лотки имеют входное отверстие лотка для жидкого полимера и выходное отверстие лотка для жидкого полимера, для поддержания потока жидкого полимера, поток жидкого полимера поддерживается с помощью гидравлического градиента, который создается тем, что высота поверхности жидкости у входного отверстия лотка для жидкого полимера выше, чем высота поверхности жидкости у выходного отверстия лотка жидкого полимера, а также
указанные сборки лотка расположены внутри указанной внешней оболочки с вертикальным расположением друг над другом.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более понятным и другие его преимущества станут более очевидными из рассмотрения ниже следующего подробного описания изобретения и прилагаемых чертежей, на которых:
фигура 1 - схематическое представление вертикального разреза полимеризационного реактора.
Фигура 2 - схематическое представление круглого лотка. Поток полимера начинается с внешней стороны и обозначен стрелками.
Фигура 3 - схематическое представление круглого лотка. Поток полимера начинается внутри и обозначен стрелками. Он представляет собой пару с лотком, приведенным на фигуре 2.
Фигура 4 - схематическое представление круглого лотка. Поток полимера начинается с наружной стороны и обозначен стрелками.
Фигура 5 - схематическое представление ориентации последовательных круглых лотков такого типа, как представлено на фигуре 4.
Фигура 6 - схематическое представление поперечного сечения круглых лотков, расположенных поблизости друг от друга. Проход испарений обозначен стрелками.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к расположенному вертикально полимеризационному реактору, имеющему ряд последовательно соединенных сборок лотков практически круглой формы. На фигуре 1 изображен полимеризационный реактор 2, имеющий расположенную вертикально оболочку 4, входное отверстие 6 реактора для жидкого полимера, расположенное вблизи верхней части оболочки 4, для подвода жидкого полимера в реактор 2, выходное отверстие 9 для испарений и выходное отверстие 8 реактора для жидкого полимера в донной части оболочки 4 для выхода жидкого полимера из реактора 2.
Конструкция полимеризационного реактора 2 улучшена тем, что внутри него расположен ряд последовательно соединенных, практически круглых сборок 10 лотков, которые полностью расположены внутри указанного реактора 2. В качестве ограждения внешнего периметра сборок 10 лотков может служить либо оболочка 4 реакционного резервуара 2, либо отдельная ограждающая стенка 12, которая не дает жидкому полимеру выплескиваться наружу через периметр сборок 10 лотков. Как представлено на фигуре 2, сборки 10 лотков имеют входное отверстие 14 лотка для жидкого полимера и выходное отверстие 16 лотка для жидкого полимера. Каждая сборка 10 лотка имеет центральную открытую вытяжную трубу 18 для испарений, прикрепленную к внутренней стенке 20.
Жидкий полимер течет по дну 11 лотка вдоль одиночного прохода 26 для потока, имеющего равномерное поперечное сечение, образованное внешний стенкой 12, внутренней стенкой 20, средней стенкой 22, расположенной между внешней стеной 12 и внутренней стеной 20, и вдоль полукруглой разворачивающей стенкой 24. Эти стенки имеют достаточную высоту, чтобы не позволять расплескиваться жидкому полимеру. Дно 11 лотка может быть плоским или иметь наклон вниз и/или вертикальные уступы. Подобные характеристики дна лотка могут быть регулируемыми для обеспечения регулирования глубины жидкого полимера на лотке. Увеличение угла наклона дна лотка вниз и/или увеличение частоты следования вертикальных уступов, позволяет уменьшить глубину полимера, что приводит к ускорению освобождения от побочных продуктов.
Путь 26 потока в поперечном сечении представляет собой по меньшей мере две петли, внутреннюю петлю 30 и внешнюю петлю 32. Эти петли могут быть концентрическими. Жидкий полимер перетекает из одной петли в другую с помощью, практически полукруглой, разворачивающей стенки 24, которая изменяет направление потока жидкого полимера на противоположное.
Предпочтительно, чтобы ширина 34 поперечного пути 26 потока была бы уменьшена по меньшей мере на 40% с помощью элемента 36 задержки потока, расположенного поблизости от центральной точки дуги полукруглой разворачивающей стенки 24. Элемент 36 задержки потока может представлять собой выступ в средней стенке 22, вертикальный цилиндр, например круговой цилиндр, присоединенный к краю средней стенки 22, или любой другой предмет с закругленными краями, имеющий вертикальную ось. Кроме того, средняя стенка 22 может плавно переходить в элемент задержки потока. Более предпочтительно, чтобы ширина поперечного пути 34 потока была на 20% - 30% меньше, чем ширина поперечного сечения пути 26 потока во внутренней петле 30 и внешней петле 32. Предпочтительно, чтобы элемент 36 задержки потока создавал определенное временное сужение ширины поперечного сечения пути 26 потока и последующее определенное расширение до исходной ширины поперечного сечения пути 26 потока. Предпочтительно, чтобы элемент задержки потока являлся бы продолжением части средней стенки 22 в области полукруглой разворачивающей стенки 24 с длиной, равной по меньшей мере до 20% длины внешней полукруглой разворачивающей стенки 24.
После разворота направления потока жидкий полимер течет через внутреннюю петлю 30 к выходному отверстию 16 лотка. Непосредственно перед выходным отверстием 16 лотка, предпочтительно, расположен слив 40 выходного отверстия с порогом. Полимер течет над или через слив 40 выходного отверстия, который регулирует глубину жидкого полимера на сборке 10 лотка. Жидкий полимер протекает от верхней сборки 10 лотка к нижней сборке 10 лотка под воздействием силы тяжести. Слив 40 выходного отверстия с порогом имеет такую длину, что жидкий полимер течет над ним или через слив 40 выходного отверстия с порогом, при этом жидкий полимер образует тонкую пленку.
В процессе образования тонкой пленки освобождаются мелкие пузырьки испаряемого побочного продукта, что позволяет освободиться от части побочных продуктов, заключенных в пузырьках, которые, в противном случае, были бы слишком мелкими для того, чтобы выйти из вязкого жидкого полимера. Предпочтительно, чтобы полимер протекал от одного лотка до лотка, расположенного ниже, в виде свободно падающей пленки, которая улучшает освобождение от испарений. Освобождение от побочных продуктов, которые удаляются в виде паров, необходимо производить в процессе поликонденсации для того, чтобы происходило молекулярное построение полимера.
Движение потока жидкого полимера поддерживается с помощью гидравлического градиента, в котором высота поверхности жидкости у входного отверстия 14 жидкого полимера лотка выше, чем высота поверхности жидкости слива 40 у выходного отверстия. Высокая скорость жидкого полимера по сравнению с прямоугольными однопроходными лотками промывает каналы потока, что минимизирует осаждение полимера на стенках канала и уменьшает потенциал образования областей застоя или завихрений. Кроме того, высокая скорость улучшает эффективность теплопередачи, что уменьшает сопротивление передачи тепловой энергии и устраняет перегрев полимера в отдельных горячих точках.
Сборка 10 лотка может содержать средство для нагрева жидкого мономера или полимера. Подходящее устройство нагрева может представлять собой электрическое сопротивление, пар или химическую среду передачи тепла. Предпочтительно, чтобы устройство нагрева было бы равномерным и было бы расположено в донной стороны сборки 10 лотка. Предпочтительно, чтобы в качестве средства нагрева использовались бы жидкость, передающая тепло, проходящая в полукруглых трубчатых кожухах, которые прикрепляются к донной части сборок 10 лотка.
Жидкий полимер из выходного отверстия верхней сборки лотка течет в район входного отверстия нижней сборки лотка. Район входного отверстия находится либо во внешней петле 32, либо во внутренней петле 30 сборки 10 лотка. В случае, когда жидкий полимер поступает во внешнюю петлю 32 через входное отверстие 14 лотка для жидкого полимера, как показано на фигуре 2, жидкий полимер протекает по проходу 26 потока через распределительный порог 42 во внешней петле 32. Жидкий полимер протекает только в одном направлении по проходу 26 потока благодаря тому, что наклоненное дно в районе входного отверстия имеет обратную стенку 46. Жидкий полимер протекает вдоль внешней петли 32 до тех пор, пока поток этого жидкого полимера не разворачивается во внутреннюю петлю 30 с помощью разворачивающей стенки 24, имеющей, практически, полукруглую форму. Поток жидкого полимера во внутренней петле 30 продолжается до тех пор, пока этот жидкий полимер не проходит над и/или через слив 40 выходного отверстия с порогом в выходное отверстие 16 лотка для протекания под воздействием силы тяжести в нижнюю сборку 10 лотка на лоток, находящийся непосредственно под ним.
В случае, когда жидкий полимер поступает во внутреннюю петлю 30 через входное отверстие 50 лотка, как показано на фигуре 3, жидкий полимер течет по пути 26 потока через распределительный порог 52 во внутренней петле 30. Жидкий полимер протекает только в одном направлении по проходу 26 потока, благодаря тому, что наклонное дно в районе входного отверстия имеет обратную стенку 56. Жидкий полимер протекает вдоль внутренней петли 30 до тех пор, пока этот жидкий полимер не будет развернут во внешнюю петлю 32 с помощью разворачивающей стенки 24, имеющей, практически, полукруглую форму. Поток жидкого полимера во внешней петле 32 продолжается до тех пор, пока жидкий полимер не проходит над и/или через слив 58 выходного отверстия с порогом в выходное отверстие 60 лотка для того, чтобы перетечь под воздействием силы тяжести в нижнюю сборку 10 лотка в лоток, находящийся непосредственно под ним.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения проход для потока в каждой сборке 10 лотка составлен из двух петель: внутренней и внешней петли и все сборки лотков является идентичными. В предпочтительном варианте осуществления конструкции внутренняя петля проходит к внешней стенке сборки лотка, и внутренняя стенка внутренней петли является касательной к центральной вытяжной трубе для испарений и к полукруглой разворачивающей стенке, и поток жидкого полимера на каждой сборке 10 лотка проходит от внешнего края лотка к внутреннему краю лотка. В каждой сборке 10 лотка жидкий полимер поступает во внешнюю петлю 32 через входное отверстие 70 лотка и протекает через распределительный порог 74 в проход 26 для потока. В районе входного отверстия 70 лотка рекомендуется применять наклоненный вход 72 для того, чтобы предотвратить образование областей застоя в проходе 26 потока. Аналогично сборки 10 лотка могут быть ориентированы так, что жидкий полимер будет протекать от внутренней стороны лотка к внешней стороне лотка, однако, это приведет к тому, что с большей вероятностью жидкий полимер будет выплескиваться или проливаться в центральную вытяжную трубу 18 для испарений.
Нижние сборки лотков повернуты по отношению к предшествующей верхней сборке лотка. Предпочтительно, чтобы нижняя сборка 10 лотка была повернута на угол от 22o до 62o, если диаметр центральной открытой вытяжной трубы 18 для испарений представляет собой одну третью часть диаметра реакторного резервуара, и более предпочтительно - на угол от 24o до 34o вокруг вертикальной оси, проходящей через центр лотка по отношению к верхней сборке 10 лотка. Нижняя сборка лотка повернута по отношению к предшествующей верхней сборке лотка для того, чтобы жидкий полимер, текущий над или через слив 76 выходного отверстия с порогом верхнего выходного отверстия 78 лотка, падал вертикально во входное отверстие 70 лотка нижней сборки лотка, как показано на фигуре 4 и на фигуре 5. Относительный угол поворота между последовательными лотками должен выдерживаться минимальным так, чтобы жидкий полимер попадал во входное отверстие нижнего лотка с тем, чтобы минимизировать образование застойных областей, расположенных в направлении, противоположном направлению движения потока в нижнем лотке.
Как показано на фигуре 4 и фигуре 5 слив 76 выходного отверстия с порогом увеличен, по сравнению с предыдущим сливом 58 выходного отверстия с порогом, что приводит к образованию более тонкой пленки падающего между лотками полимера. Слив 76 выходного отверстия с порогом лотка, предпочтительно, расположен под углом так, что длина, по которой протекает жидкий полимер, максимальна. Угол разворота последовательных лотков, предпочтительно, должен приблизительно равняться углу выходного отверстия лотка и слива в направлении потока так, что верхний край перетекающего полимера направляется параллельно средней стенке лотка, расположенного ниже. Более предпочтительно, угол поворота и угол слива выходного отверстия по отношению к направлению потока составляет от 24o до 34o. Предпочтительно, край перетекающего полимера через выходное отверстие 78 лотка направляется на небольшом расстоянии в сторону от стенки (стенок) нижнего лотка для того, чтобы жидкий полимер не протек ниже стенки (стенок).
Каждая сборка 10 лотка может быть открыта в верхней части для того, чтобы позволить испарениям выходить из жидкого полимера над средней стенкой 22 и/или внутренней стенкой 20 и затем проходить в радиальном направлении к центральной вытяжной трубе 18 для испарений. В противоположность этому, каждая сборка 10 лотка может быть закрыта в верхней части для того, чтобы вынудить испарения перемещаться в обратном направлении по отношению к потоку жидкого полимера через выходное отверстие 16 лотка. Сборки 10 лотка располагаются вплотную к упомянутой внешней оболочке 4 и расположены по вертикали одна над другой. В случае, когда лотки открыты в верхней части, сборки 10 лотка расположены на достаточном удалении друг от друга для того, чтобы позволить испарениям свободно выходить, кроме того стенки должны быть достаточно неглубоки для того, чтобы позволить выходить испарениям. Таким образом, пары выходят вдоль пути, который не пересекается с проходом потока жидкого полимера. Пары из сборок 10 лотка собираются в открытой центральной вытяжной трубе 18 для паров и проходят вдоль центральной открытой вытяжной трубы 18 для паров к выходному отверстию 9 для паров реакторного резервуара 2. Открытая центральная вытяжная труба 18 для паров занимает от 1 до 25 процентов, предпочтительно от 6 до 12 процентов, общей площади поперечного сечения каждого лотка. Точный размер открытой центральной вытяжной трубы 18 для паров для каждого конкретного реакторного резервуара 2 зависит от размера реакторного резервуара 2 и объемной скорости потока паров. На больших реакторных колоннах открытая центральная вытяжная труба 18 для паров может использоваться для обеспечения доступа для проверок, чистки и изменения конструкции.
Для специалистов в данной области будут понятны различные варианты описанного реактора в свете приведенного выше подробного описания. Все очевидные изменения должны находиться в рамках рассмотрения прилагаемой формулы изобретения.
Изобретение относится к расположенному вертикально полимеризационному реактору. Реактор имеет набор практически круглых сборок лотков, причем каждая сборка лотка имеет центральную открытую вытяжную трубу для паров и одиночный проход для потока, состоящий, по меньшей мере, из двух петель, в котором поток жидкого полимера разворачивается с помощью практически полукруглой, разворачивающей стенки, причем указанные лотки имеют входное отверстие лотка для жидкого полимера и выходное отверстие лотка для жидкого полимера для поддерживания потока жидкого полимера с помощью гидравлического градиента, каждая сборка лотка является открытой в верхней части для выпуска паров из потока жидкого полимера в центральную открытую вытяжную трубу для паров и указанные лотки расположены по вертикали один над другим. Изобретение обеспечивает возможность управления временем нахождения внутри реактора, свободный выход испарений с каждого лотка и их проход к выходному отверстию реактора вне пути потока полимера. 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 6 ил.
| US А 3787479, 22.01.74 | |||
| US А 4019866, 26.04.77 | |||
| US А 4196168, 01.04.80 | |||
| Способ получения комплексных покрытий на стальных изделиях | 1981 |
|
SU990870A1 |
