УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВАНИЯ РАСТВОРА ПОЛИМЕРА И СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВАНИЯ ТАКОГО РАСТВОРА Российский патент 2004 года по МПК C08F6/06 C08F6/10 C08J3/00 B01D19/00 

Предлагаемое изобретение относится к обработке растворов полимеров, в частности к оборудованию для обработки и способу предварительного нагревания растворов полимеров в растворителях и для обработки, ведущей к к по меньшей мере частичному удалению летучих продуктов из растворов полимеров в растворителе перед окончательной вакуумной обработкой, ведущей к удалению летучих продуктов из подогретого разжиженного полимера в течение короткого времени пребывания в подогревной камере и при низком перепаде давлений.

Предшествующий уровень техники

Устройства для предварительного нагревания растворов полимеров, получающихся при реакциях полимеризации, перед вакуумной обработкой, ведущей к удалению летучих продуктов, хорошо известны в данной отрасли. Для известных способов предварительного нагревания растворов полимеров характерно использование такого оборудования как устройства для предварительного нагревания с многотрубным теплообменником с мешалками или без них. Однако такое оборудование часто не может обеспечить стабильность потока, при этом причиной нестабильности потока является образование пленки на поверхности раствора полимера, большие размеры раковин и большая толщина трубных листов, что приводит к увеличению затрат, к перегреву раствора в условиях уменьшения потока, причиной чего является наличие только одной фиксированной зоны нагрева, к расширению термического очага при выгорании и к трудностям при техническом обслуживании и чистке.

Другие известные устройства для предварительного нагревания растворов полимеров включают специально сконструированные оребренные трубы, установленные непосредственно в камере для обработки, ведущей к удалению летучих продуктов. Такого рода устройство раскрыто в Европейской патентной публикации №0352727 В1. Однако такие устройства для предварительного нагревания раствора полимера очень дороги и требуют большого времени пребывания обрабатываемого раствора в подогревной камере, а результатом таких условий обработки часто является деградация продукта. Кроме того, во многих известных устройствах данного назначения используется излишне большой перепад давлений.

Кроме того, известно использование в качестве реакторов или охладителей для полимеров некоторых типов теплообменников, в частности теплообменника, раскрытого в патенте США №4314606 (SMR-реактор). В конструкции по стандарту SMR предусмотрена большая жидкостная задержка и поэтому большое время пребывания обрабатываемого раствора полимера в подогревной камере. Ввиду особенностей типичного проекта SMR-реактора расход обрабатываемого жидкого продукта должен быть низким, что обусловлено требованием поддержания перепада давлений обрабатываемого жидкого продукта в допустимых пределах. Если бы реакторы стандарта SMR использовались в качестве устройств для обработки, ведущей к удалению из раствора полимера летучих продуктов, и для предварительного нагревания раствора полимера, то время пребывания раствора в подогревной камере составляло бы от 5 минут до 20 минут, что могло бы приводить к ухудшению качества полимера.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Предметом предлагаемого изобретения является способ и устройство для предварительного нагревания полимера и для обработки, ведущей к удалению из полимера летучих продуктов, применение которых позволяет решить описанные выше проблемы, имеющие место при применении известных устройств этого типа. В частности, при применении способа и устройства по предлагаемому изобретению обеспечивается минимизация стоимости оборудования, перепада давлений, времени пребывания (в реакционной среде), неравномерности распределения температуры и нестабильности потока. Согласно идеям и принципам, заложенным в предлагаемом изобретении, усовершенствованное устройство для предварительного нагревания полимера и для обработки, ведущей к удалению из полимера летучих продуктов, сконструировано в виде удлиненной вертикальной емкости, в которой расположена подогревная камера, имеющая верхний конец и нижний конец, при этом между верхним концом и нижним концом подогревной камеры можно провести ее продольную ось. Удлиненная вертикальная емкость содержит также входной канал, через который осуществляется подача подлежащего обработке раствора полимера в растворителе и который расположен смежно либо с верхним концом подогревной камеры, либо с ее нижним концом, и выходное отверстие, через которое осуществляется выпуск подогретого разжиженного полимера и которое расположено смежно либо с нижним концом подогревной камеры, либо с ее верхним концом. Кроме того, устройство по предлагаемому изобретению включает также по меньшей мере одну нагревательную трубопроводную систему, расположенную в подогревной камере.

Нагревательная трубопроводная система включает по меньшей мере одну нагревательную трубку, выполненную в виде змеевика, образующего структуру, в которой может быть выделена главная ось, ориентированная в поперечном направлении относительно продольной оси подогревной камеры. Образующая змеевик нагревательная трубка расположена таким образом, что для раствора полимера, подаваемого в подогревную камеру, по мере его протекания от входного канала к выходному отверстию обеспечен контакт с наружной поверхностью образующей змеевик нагревательной трубки с обеспечением условий для теплопередачи. Если сформулировать в более широком аспекте, то используемая в предлагаемом изобретения нагревательная трубка имеет некоторую совокупность изогнутых участков и некоторую совокупность прямых соединительных участков, посредством которых изогнутые участки нагревательной трубки соединены между собой.

Изогнутые участки нагревательных трубок и ее прямые соединительные участки расположены в одной плоскости, и в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения эта плоскость практически параллельна продольной оси подогревной камеры. В идеальном случае каждая образующая змеевик нагревательная трубка образует структуру прямоугольной формы, противоположные края которой параллельны ее главной оси, о которой упоминалось выше.

В одном из особо предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения прямые соединительные участки нагревательных трубок расположены параллельно друг другу, при этом они имеют вытянутый размер и ориентированы под углом к главной оси структуры, образованной соответствующей нагревательной трубкой, выполненной в виде змеевика.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения нагревательная трубопроводная система включает по меньшей мере две нагревательные трубки, которые расположены рядом в параллельных плоскостях. Эти нагревательные трубки имеют входные и выходные каналы для соответственно подачи и отвода жидкого теплоносителя, выходящие за пределы вертикальной емкости сквозь ее стенки. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения нагревательные трубки расположены таким образом, что входной канал одной нагревательной трубки расположен смежно с выходным каналом другой нагревательной трубки и наоборот. Таким образом, для жидкого теплоносителя, подаваемого через входные каналы расположенных рядом нагревательных трубок, обеспечено протекание по этим двум нагревательным трубкам в противоположных направлениях. В еще более предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения устройство для предварительного нагревания раствора полимера содержит две нагревательные трубопроводные системы, расположенные внутри подогревной камеры. Одна нагревательная трубопроводная система может быть расположена над другой. В идеальном случае нагревательные трубопроводные системы ориентированы таким образом, что главные оси структур, образуемых выполненными в виде змеевиков нагревательными трубками одной нагревательной трубопроводной системы, расположены с поворотом вокруг продольной оси подогревной камеры относительно главных осей структур, образуемых выполненными в виде змеевиков нагревательными трубками других нагревательных трубопроводных систем.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения вертикальная емкость, а тем самым и подогревная камера, имеют в поперечном сечении (сечении горизонтальной плоскостью) прямоугольную форму, предпочтительно форму квадрата. Кроме того, устройство для предварительного нагревания раствора полимера по предлагаемому изобретению может включать также входной распределитель, расположенный у верхнего конца подогревной камеры и предназначенный для равномерного распределения подаваемого для обработки потока раствора полимера в растворителе по верхней части верхней нагревательной трубопроводной системы, и/или выходной распределитель, расположенный у нижнего конца подогревной камеры. В идеальном случае выходной распределитель включает совокупность отверстий, предназначенных для разделения потока подогретого разжиженного полимера, отводимого из подогревной камеры, на множество струек для увеличения его поверхности и способствования тем самым удалению из него растворителя в вакуумной испарительной камере, в которой осуществляется обработка, ведущая к удалению летучих соединений.

Еще одним предметом предлагаемого изобретения является способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для обработки, ведущей к удалению летучих продуктов. Способ по предлагаемому изобретению включает стадии подачи раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания, описанное выше, через входной канал этого устройства, нагревание раствора путем пропускания его через подогревную камеру с обеспечением контакта раствора полимера с внешними поверхностями нагревательных трубок, выполненных в виде змеевиков, и отвод подогретого разжиженного полимера через выходное отверстие подогревной камеры. Еще одним предметом предлагаемого изобретения является способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе и его обработка, ведущая к удалению из него летучих продуктов, который включает стадии подачи раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания раствора полимера через имеющийся в этом устройстве входной канал, нагревание раствора и обработку полимера, ведущую по меньшей мере к частичному удалению из него летучих соединений, путем пропускания раствора полимера через подогревную камеру с обеспечением контакта раствора полимера с внешними поверхностями нагревательных трубок, выполненных в виде змеевиков, и отвод подогретого и подвергнутого обработке, ведущей по меньшей мере к частичному удалению летучих продуктов, разжиженного полимера через выходное отверстие подогревной камеры в вакуумную испарительную камеру (в которой осуществляется обработка, ведущая к окончательному удалению летучих продуктов). В идеальном случае для увеличения поверхности подогретого разжиженного полимера и улучшения условий удаления из него летучих продуктов перед попаданием его в вакуумную испарительную камеру обеспечено разделение потока подогретого разжиженного полимера, отводимого из подогревной камеры, на множество отдельных струек.

На фиг.1 с частичным разрезом, вид спереди, показано устройство для предварительного нагревания раствора полимера в растворителе, воплощающее идеи и принципы предлагаемого изобретения.

На фиг.2 с частичным разрезом изображено устройство, показанное на фиг.1, вид сверху.

На фиг.3 для иллюстрации способа по предлагаемому изобретению показаны схематично устройство для предварительного нагревания раствора полимера и связанное с ним оборудование.

На фиг.4 в увеличенном виде показан один змеевик, образованный нагревательной трубкой, который является частью устройства, изображенного на фиг.1.

На фиг.5, вид спереди, схематично показан альтернативный вариант устройства по предлагаемому изобретению, в котором подача раствора полимера в растворителе осуществляется снизу, а отвод подогретого разжиженного полимера - сверху.

Описание предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения

Устройство для предварительного нагревания раствора полимера и его обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, воплощающее идеи и принципы предлагаемого изобретения, проиллюстрировано на фиг.1, где оно в целом обозначено позицией 1. Устройство 1 включает вертикальную емкость 2, которая может иметь поперечное сечение (сечение горизонтальной плоскостью) прямоугольной формы и которой образована подогревная камера 3, которая также имеет поперечное сечение (сечение горизонтальной плоскостью) прямоугольной формы.

Устройство 1 снабжено входным каналом 4, через который осуществляется подача подлежащего обработке раствора полимера в растворителе и который расположен у верхнего конца 5 подогревной камеры 3, и выходным отверстием 6 (см. фиг.3), через которое осуществляется отвод подогретого разжиженного полимера и которое расположено у нижнего конца 7 подогревной камеры 3. Как можно видеть на прилагаемых чертежах, вертикальная емкость 2 и подогревная камера 3 имеют общую продольную ось 8, на которой расположены верхний конец 5 и нижний конец 7 подогревной камеры 3.

Устройство 1 включает расположенные последовательно одна над другой нагревательные трубопроводные системы 9, 10 и 11, расположенные внутри подогревной камеры 3. В варианте, проиллюстрированном на прилагаемых чертежах, имеется только три нагревательные трубопроводные системы, однако среднему специалисту соответствующего профиля должно быть понятно, что их количество может быть и другим, а именно таких нагревательных трубопроводных систем может быть от одной до пяти и более, в зависимости от потребностей конкретного применения. Если не считать ориентации в пространстве, о чем будет говориться ниже, нагревательные трубопроводные системы 9, 10 и 11 идентичны. Поэтому из соображений удобства далее будет описываться только нагревательная трубопроводная система 9.

Нагревательная трубопроводная система 9 включает выполненные в виде змеевиков нагревательные трубки 12 и 13. Эти нагревательные трубки 12 и 13 идентичны, отличаясь только ориентацией, что будет более подробно рассмотрено ниже. Поэтому далее будет описываться только нагревательная трубка 12. Как можно видеть на фиг.4, нагревательная трубка 12 имеет U-образно изогнутые участки 14 и прямые соединительные участки 15, с помощью которых осуществлено соединение U-образно изогнутых участков 14 между собой, как показано на фиг.4. U-образно изогнутые участки 14 и прямые соединительные участки 15 расположены таким образом, что нагревательная трубка 12 образует структуру прямоугольной конфигурации, имеющую главную ось 16, которая ориентирована поперек подогревной камеры 3 в направлении под углом к продольной оси 8 подогревной камеры 3 (см. фиг.1). Образуемая выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой 12 прямоугольная структура имеет два противолежащих края 17 и 18, которые в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения ориентированы параллельно главной оси 16 этой структуры прямоугольной конфигурации, образуемой нагревательной трубкой 12, выполненной в виде змеевика.

Как можно видеть на фиг.4, прямые соединительные участки 15 имеют удлиненную форму и ориентированы под углом к главной оси 16 параллельно друг другу. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения U-образно изогнутые участки 14 и прямые соединительные участки 15 всех нагревательных трубок 12 расположены в одной плоскости, что и показано на фиг.4. А как можно видеть на фиг.1, плоскости, в которых расположены разные нагревательные трубки 12 и 13, ориентированы параллельно продольной оси 8 подогревной камеры 3. Это верно для всех плоскостей, в которых расположены выполненные в виде змеевиков нагревательные трубки 12 и 13, которыми образованы нагревательные трубопроводные системы 9, 10 и 11 устройства 1. Таким образом, как можно видеть на фиг.2, каждая из нагревательных трубок 12 нагревательных трубопроводных систем 9, 10 и 11 расположена в некоторой плоскости в непосредственной близости к параллельной плоскости, в которой расположена нагревательная трубка 13, и наоборот.

Как упоминалось выше, нагревательные трубки 12 и 13 идентичны, отличаясь только ориентацией. Таким образом, нагревательные трубки 12 и 13 имеют входные каналы 19, через которые осуществляется подача жидкого теплоносителя, и выходные каналы 20, через которые осуществляется отвод жидкого теплоносителя, при этом эти входные каналы 19 и выходные каналы 20 расположены с прохождением сквозь стенки 21 и 22 вертикальной емкости 2. Нагревательные трубки 12 и 13 расположены таким образом, что входной канал 19 нагревательной трубки 12 расположен рядом с выходным каналом 20 расположенной рядом с нею нагревательной трубки 13 и наоборот, благодаря чему направление течения жидкого теплоносителя, подаваемого через входной канал 19 нагревательных трубок 12, в соответствующей нагревательной трубопроводной системе противоположно направлению течения жидкого теплоносителя, подаваемого через входные каналы 19 нагревательных трубок 13, и наоборот. Для среднего специалиста соответствующего профиля не составит труда подобрать такую топологию нагревательных трубопроводных систем, при которой будет обеспечено течение жидкого теплоносителя попеременно то в одном направлении, то в противоположном ему направлении, чем обеспечивается минимизация неравномерности распределения температур по площади поперечного сечения подогревной камеры 3.

Как можно видеть на фиг.1, нагревательные трубки 12 и 13 расположены в подогревной камере 3 таким образом, что обеспечена возможность движения раствора полимера в растворителе, поступающего в вертикальную емкость 2 через входной канал 4, вниз через подогревную камеру 3 с обеспечивающим теплообмен контактом этого раствора с внешними поверхностями 12а и 13а нагревательных трубок 12 и 13 по мере протекания раствора в направлении, показанном стрелками 23, то есть в целом вдоль продольной оси 8 от входного канала 4 подогревной камеры 3 к ее выходному отверстию 6.

Как можно видеть на фиг.1, нагревательные трубопроводные системы 9, 10 и 11 расположены последовательно одна над другой вдоль продольной оси 8. Эти нагревательные трубопроводные системы ориентированы таким образом, что главные оси 16 структур прямоугольной конфигурации, образуемых выполненными в виде змеевиков нагревательными трубками 12 и 13 нагревательной трубопроводной системы 10, расположены с поворотом вокруг продольной оси 8 относительно главных осей структур прямоугольной конфигурации, образованных выполненными в виде змеевиков нагревательными трубками 12 и 13 нагревательных трубопроводных систем 9 и 11. При таком расположении облегчается индивидуальный контроль над потоками жидкого теплоносителя и его температурой. То есть каждая из нагревательных трубопроводных систем 9, 10 и 11 может быть снабжена отдельными органами контроля над потоком жидкого теплоносителя. При таком разделении устройства на отдельные подогревные блоки контроль над скоростью протекания жидкого теплоносителя может быть осуществлен таким образом, что для жидкого теплоносителя будет обеспечен перепад давлений не более чем приблизительно 3 бар (3×10⁵ Па).

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения устройство 1 включает входной распределитель 24, расположенный у верхнего конца 5 подогревной камеры 3 и предназначенный для обеспечения равномерного распределения потока подаваемого для обработки раствора полимера в растворителе по верхней части 25 нагревательной трубопроводной системы 9. Для обеспечения равномерного распределения раствора входной распределитель 24 может быть выполнен в виде дырчатой пластины, обеспечивающей по меньшей мере такой же перепад давлений, что и одна нагревательная трубопроводная система. Это может быть особенно полезно в том случае, когда на низкий перепад давлений на протяжении подогревной камеры 3 накладывается эффект мгновенного испарения растворителя, что может привести к неравномерности распределения потока раствора полимера в подогревной камере 3.

Кроме того, устройство 1 может включать также выходной распределитель 26, расположенный у нижнего конца 7 подогревной камеры 3 (см. фиг.3). В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения выходной распределитель 26 включает отверстия 27, назначение которых состоит в разделении потока подогретого разжиженного полимера, отводимого из подогевной камеры 3 и подаваемого в расположенную под подогревной камерой 3 вакуумную испарительную камеру 28 (в которой осуществляется обработка, ведущая к удалению летучих продуктов), на множество отдельных струек 29, как это можно видеть на фиг.3. Для обеспечения устойчивой работы в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения на выходном распределителе 26 обеспечен перепад давлений до приблизительно 0,2 бар (0,2×10⁵ Па).

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения наружный диаметр нагревательных трубок 12 и 13 составляет 13,5 мм или меньше. Для большой вертикальной емкости диаметром 500 мм или менее обычно могут быть использованы нагревательные трубки диаметром 8 мм. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения конфигурация нагревательных трубок такова, что расстояние между краями 17 и 18 образуемых выполненными в виде змеевиков нагревательными трубками структур прямоугольной конфигурации составляет от приблизительно 100 до приблизительно 300 мм. Как описывалось выше, нагревательные трубки 12 и 13 расположены с простиранием от одной стороны подогревной камеры 3 до другой ее стороны, при этом в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения нагревательные трубки расположены с простиранием только в одном направлении (без возвратов), с тем чтобы перепад давлений жидкого теплоносителя был не более 4 бар (4×10⁵ Па). При таком небольшом перепаде давлений и при времени пребывания полимера в подогревной камере менее одной минуты обеспечено более раннее мгновенное испарение растворителя в процессе нагревания, благодаря чему, как было доказано на опыте, обеспечивается получение высококачественного полимера, молекулярная масса которого имеет узкое распределение и который не подвержен деструкции.

Описанное выше устройство для предварительного нагревания раствора полимера сконструировано таким образом, что оно работает при потоке обрабатываемого раствора полимера, направленном сверху вниз. Однако, учитывая то, что удаляемые из обрабатываемого раствора полимера летучие продукты стремятся вверх, в некоторых случаях может быть желательным течение обрабатываемого раствора полимера снизу вверх. В таком случае отвод подогретого разжиженного полимера из подогревной камеры может осуществляться через барботажную трубу или подобное средство в сторону с подачей подогретого разжиженного полимера в вакуумную испарительную камеру (в которой осуществляется обработка, ведущая к удалению летучих продуктов), установленную сбоку от вертикальной емкости.

Такой вариант осуществления предлагаемого изобретения схематично проиллюстрирован на фиг.5, на которой показаны подогревная камера 30, входной канал 31, через который осуществляется подача подлежащего обработке раствора полимера в растворителе, выходной канал 32, через который осуществляется отвод подогретого разжиженного полимера, и вакуумная испарительная камера 33, в которой осуществляется обработка, ведущая к удалению летучих продуктов.

В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения подогревная камера может быть скрыта внутри вакуумной испарительной камеры. В таком случае желательно, чтобы подогревная камера была снабжена средством для отвода летучих продуктов.

Как описывалось выше, вертикальная емкость имеет в поперечном сечении (сечении горизонтальной плоскостью) прямоугольную, а в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения квадратную форму. Как должно быть понятно среднему специалисту соответствующего профиля, нагревательные трубки и образуемые ими нагревательные трубопроводные системы без отхода от сути предлагаемого изобретения могут быть помещены также в емкость с поперечным сечением круглой формы. В таком случае для заполнения площади такого поперечного сечения понадобились бы нагревательные трубки разной длины. В таком случае контроль над потоками жидкого теплоносителя через отдельные нагревательные трубки мог бы осуществляться подбором сечения канала этих нагревательных трубок, так как нужно было бы контролировать скорости потока в каждой нагревательной трубке.

Работа устройства для предварительного нагревания раствора полимера по предлагаемому изобретению проиллюстрирована на фиг.3. На фиг.3 схематично показаны нагревательные трубопроводные системы 9, 10 и 11, входные каналы 19, через которые осуществляется подача жидкого теплоносителя, и выходные каналы 20, через которые осуществляется отвод жидкого теплоносителя. При работе раствор полимера в растворителе, например раствор полистиролакрилонитрила в гексане с расходом от приблизительно 20000 (около 9070 кг) до приблизительно 30000 фунтов (около 13600 кг) при температуре приблизительно 129°С и давлении от приблизительно 6 бар (6х105 Па) до приблизительно 8 бар (8×10⁵ Па), подается в подогревную камеру 3 через входной канал 4. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание твердого вещества составляет приблизительно 55% по массе. При течении обрабатываемого раствора полимера сверху вниз через нагревательные трубопроводные системы 9, 10 и 11 площадь поперечного сечения (сечения горизонтальной плоскостью) подогревной камеры 3 составляет приблизительно 15 квадратных метров.

Перепад давлений на входном распределителе 24 может составлять от приблизительно 3 бар (3×10⁵ Па) до приблизительно 5 бар (5×10⁵ Па), а общий перепад давлений на нагревательных трубопроводных системах 9, 10 и 11 может составлять приблизительно 2 бар (2×10⁵ Па). Перепад давлений на выходном распределителе 26 может составлять приблизительно 0,2 бар (0,2×10⁵ Па). В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения давление в вакуумной испарительной камере 28 (в которой осуществляется обработка, ведущая к удалению летучих продуктов) поддерживается на уровне меньше приблизительно 0,1 бар (0,1×10⁵ Па).

Жидкий теплоноситель, которым в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения является горячее масло, может подаваться через входные каналы 19 нагревательных трубок при температуре приблизительно 330°С, под давлением приблизительно 3 бар (3·10⁵ Па), с расходом приблизительно 120 граммов в минуту. Жидкий теплоноситель, отводимый через выходные каналы 20 нагревательных трубок, имеет температуру приблизительно 289°С и давление приблизительно 1 бар (10⁵ Па).

Время пребывания обрабатываемого раствора полимера в подогревной камере 3 может составлять приблизительно 35 секунд, а подогретый разжиженный полимер, выпускаемый из подогревной камеры 3 и подаваемый в вакуумную испарительную камеру 28 (в которой осуществляется обработка, ведущая к удалению летучих продуктов) в виде струек 29, может иметь температуру приблизительно 185°С, при этом содержание твердого вещества в этом подогретом разжиженном полимере может составлять приблизительно 96%.

В более широком техническом контексте предлагаемое изобретение может быть использовано там, где требуется удаление летучих продуктов из любого полимера, растворимого в каком-либо растворителе. Например, с использованием идей и принципов предлагаемого изобретения может осуществляться удаление летучих продуктов из растворов таких полимеров как полистиролакрилонитрил, полистирол и полиэтилен. При этом в качестве растворителей могут быть использованы гексан и другие органические растворители. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения содержание твердого вещества в подлежащем обработке исходном растворе полимера в растворителе составляет от приблизительно 50% до приблизительно 80% по массе, его динамическая вязкость находится в пределах от приблизительно 1 Па·с до приблизительно 100 Па·с, его температура находится в пределах от приблизительно 120°С до приблизительно 160°С, а его расход достигает 50000 фунтов (около 22700 кг) полимерного твердого вещества в час. Подогретый разжиженный полимер, отводимый из подогревной камеры, может иметь температуру в пределах от приблизительно 150°С до приблизительно 280°С, а его динамическая вязкость может находиться в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 5000 Па×с.

В качестве теплоносителя могут быть использованы, например, такие жидкости как горячее масло или же горячая вода, кроме того, может быть использован пар, при этом температура теплоносителя находится в пределах от приблизительно 200°С до приблизительно 350°С. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения время пребывания обрабатываемого раствора полимера в подогревной камере может быть менее 2 минут, а в идеальном случае - менее 50 секунд. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения общий перепад давлений на протяжении подогревной камеры меньше, чем приблизительно 5 бар (5·10⁵ Па).

При использовании предлагаемого изобретения может быть осуществлена обработка раствора полимера в растворителе, обеспечивающая удаление растворителя, непрореагировавшего мономера и низкомолекулярных олигомеров в условиях, при которых перепад давлений и деградация полимерного продукта сведены к минимуму.

Изобретение относится к обработке растворов полимеров, в частности к оборудованию для обработки и способу предварительного нагревания растворов полимеров в растворителях и для обработки, ведущей к по меньшей мере частичному удалению летучих продуктов из растворов полимеров в растворителе перед окончательной вакуумной обработкой. Устройство содержит вертикальную емкость, в которой размещена подогревная камера. Емкость включает входной канал для подачи раствора полимера в растворителе, расположенный рядом с верхним концом подогревной камеры, и выходное отверстие для отвода подогретого разжиженного полимера, расположенное рядом с ее нижним концом. В подогревной камере расположена по меньшей мере одна нагревательная трубопроводная система, включающая по меньшей мере одну выполненную в виде змеевика нагревательную трубку, образующую структуру, главная ось которой ориентирована в поперечном направлении по отношению к продольной оси камеры. Каждая нагревательная трубка состоит из изогнутых участков, соединенных прямыми соединительными участками. Все участки нагревательной трубки расположены в одной плоскости, параллельной продольной оси подогревной камеры. Образуемая нагревательными трубками структура имеет прямоугольную конфигурацию. По мере протекания обрабатываемого раствора полимера в растворителе в направлении продольной оси подогревной камеры вниз или вверх обеспечивают контакт его и условия для теплообмена с внешней поверхностью нагревательной трубки. Изобретение позволяет уменьшить время пребывания раствора в подогревной камере, снизить перепад давлений, неравномерность распределения температуры и нестабильность потока. 10 с. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов, содержащее вертикальную емкость, в которой размещена подогревная камера, имеющая верхний конец и нижний конец, причем продольная ось подогревной камеры расположена с простиранием между ее верхним концом и нижним концом, при этом вертикальная емкость включает входной канал для подачи раствора полимера в растворителе, расположенный рядом с верхним концом подогревной камеры, и выходное отверстие для отвода подогретого разжиженного полимера, расположенное рядом с нижним концом подогревной камеры, и по меньшей мере одну нагревательную трубопроводную систему, расположенную внутри подогревной камеры, при этом нагревательная трубопроводная система включает по меньшей мере одну выполненную в виде змеевика нагревательную трубку, которой образована структура, имеющая главную ось, расположенную с простиранием в направлении, поперечном по отношению к продольной оси подогревной камеры, при этом нагревательная трубка расположена таким образом, что для обрабатываемого раствора полимера в растворителе обеспечен контакт и обеспечены условия для теплообмена с внешней поверхностью нагревательной трубки по мере протекания обрабатываемого раствора полимера в растворителе в направлении вдоль продольной оси подогревной камеры от входного канала к выходному отверстию, при этом нагревательная трубка составлена из изогнутых участков и прямых соединительных участков, которыми изогнутые участки соединены между собой.2. Устройство по п.1, в котором изогнутые участки нагревательной трубки расположены в одной плоскости.3. Устройство по п.1, в котором прямые соединительные участки нагревательной трубки расположены в одной плоскости.4. Устройство по п.2, в котором прямые соединительные участки нагревательной трубки расположены в одной плоскости.5. Устройство по п.4, в котором упомянутая плоскость параллельна продольной оси подогревной камеры.6. Устройство по п.1, в котором образуемая выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой структура имеет прямоугольную конфигурацию, одна пара противолежащих краев которой параллельна главной оси этой структуры.7. Устройство по п.4, в котором образуемая выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой структура имеет прямоугольную конфигурацию, одна пара противолежащих краев которой параллельна главной оси этой структуры.8. Устройство по п.7, в котором прямые соединительные участки нагревательной трубки расположены параллельно друг другу.9. Устройство по п.7, в котором прямые соединительные участки нагревательной трубки имеют удлиненную форму и ориентированы под углом к главной оси структуры, образуемой выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой.10. Устройство по п.5, в котором образуемая выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой структура имеет прямоугольную конфигурацию, одна пара противолежащих краев которой параллельна главной оси этой структуры.11. Устройство по п.10, в котором прямые соединительные участки нагревательной трубки расположены параллельно друг другу.12. Устройство по п.10, в котором прямые соединительные участки нагревательной трубки имеют удлиненную форму и ориентированы под углом к главной оси структуры, образуемой выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой.13. Устройство по п.4, в котором нагревательная трубопроводная система содержит по меньшей мере две нагревательные трубки, при этом эти нагревательные трубки расположены рядом в параллельных плоскостях.14. Устройство по п.13, в котором нагревательные трубки имеют входные каналы для подачи теплоносителя и выходные каналы для отвода теплоносителя, расположенные с прохождением сквозь стенки вертикальной емкости, при этом расположение принадлежащих к одной нагревательной трубопроводной системе нагревательных трубок таково, что входной канал одной нагревательной трубки расположен смежно с выходным каналом другой нагревательной трубки и наоборот, в результате чего обеспечено протекание по нагревательным трубкам теплоносителя, подаваемого через их входные каналы, в противоположных направлениях.15. Устройство по п.1, в котором в подогреваемой камере установлено по меньшей мере две нагревательные трубопроводные системы, при этом одна из этих нагревательных трубопроводных систем расположена поверх другой нагревательной трубопроводной системы, при этом эти нагревательные трубопроводные системы ориентированы таким образом, что главная ось по меньшей мере одной структуры, образованной выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой одной из нагревательных трубопроводных систем, ориентирована с поворотом вокруг продольной оси подогревной камеры относительно главной оси по меньшей мере одной структуры, образованной выполненной в виде змеевика нагревательной трубкой, другой нагревательной трубопроводной системы.16. Устройство по п.1, в котором вертикальная емкость и, соответственно подогревная камера имеют поперечное сечение прямоугольной формы.17. Устройство по п.1, в котором установлен входной распределитель, расположенный у верхнего конца подогревной камеры и предназначенный для равномерного распределения потока подаваемого для обработки раствора полимера в растворителе по площади верхней части нагревательной трубопроводной системы.18. Устройство по п.1, в котором установлен выходной распределитель, расположенный у нижнего конца подогревной камеры, при этом выходной распределитель имеет совокупность отверстий, с помощью которых обеспечена возможность разделения отводимого из подогревной камеры потока жидкого полимера на отдельные струйки.19. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.1 через входной канал этого устройства, нагревание раствора путем пропускания его вниз или вверх через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера через выходное отверстие подогревной камеры.20. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе и последующей его обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.1 через входной канал этого устройства, нагревание раствора и по меньшей мере частичное удаление из полимера летучих продуктов путем пропускания раствора вверх или вниз через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера, из которого по меньшей мере частично удалены летучие продукты, через выходное отверстие подогревной камеры с подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.21. Способ по п.20, дополнительно содержащий стадию разделения потока подогретого разжиженного полимера на отдельные струйки перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.22. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.5 через входной канал этого устройства, нагревание раствора путем пропускания его вниз или вверх через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера через выходное отверстие подогревной камеры.23. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе и последующей его обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.5 через входной канал этого устройства, нагревание раствора и по меньшей мере частичное удаление из полимера летучих продуктов путем пропускания раствора вверх или вниз через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера, из которого по меньшей мере частично удалены летучие продукты, через выходное отверстие подогревной камеры с подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.24. Способ по п.23, дополнительно содержащий стадию разделения потока подогретого разжиженного полимера на отдельные струйки перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.25. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.10 через входной канал этого устройства, нагревание раствора путем пропускания его вниз или вверх через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера через выходное отверстие подогревной камеры.26. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе и последующей его обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.10 через входной канал этого устройства, нагревание раствора и по меньшей мере частичное удаление из полимера летучих продуктов путем пропускания раствора вверх или вниз через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера, из которого по меньшей мере частично удалены летучие продукты, через выходное отверстие подогревной камеры с подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.27. Способ по п.26, дополнительно содержащий стадию разделения потока подогретого разжиженного полимера на отдельные струйки перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.28. Устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов, содержащее вертикальную емкость, в которой заключена подогревная камера, имеющая верхний конец и нижний конец, при этом продольная ось подогревной камеры расположена с простиранием между ее верхним концом и нижним концом, при этом вертикальная емкость включает входной канал для подачи раствора полимера в растворителе, расположенный рядом с одним концом подогревной камеры, и выходное отверстие для отвода подогретого разжиженного полимера, расположенное рядом с другим концом подогревной камеры, и по меньшей мере одну нагревательную трубопроводную систему, расположенную внутри подогревной камеры, при этом нагревательная трубопроводная система включает по меньшей мере одну выполненную в виде змеевика нагревательную трубку, которой образована структура, имеющая главную ось, расположенную с простиранием в направлении, поперечном по отношению к продольной оси подогревной камеры, при этом нагревательная трубка расположена таким образом, что для обрабатываемого раствора полимера в растворителе обеспечен контакт и обеспечены условия для теплообмена с внешней поверхностью нагревательной трубки по мере протекания обрабатываемого раствора полимера в растворителе в направлении вдоль продольной оси подогревной камеры от входного канала к выходному отверстию, при этом нагревательная трубка составлена из изогнутых участков и прямых соединительных участков, которыми изогнутые участки соединены между собой.29. Устройство по п.28, в котором входной канал для подачи раствора полимера в растворителе расположен рядом с нижним концом подогревной камеры, а выходное отверстие для отвода подогретого разжиженного полимера расположено рядом с верхним концом подогревной камеры.30. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе перед подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.28 через входной канал этого устройства, нагревание раствора путем пропускания его вниз или вверх через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера через выходное отверстие подогревной камеры.31. Способ предварительного нагревания раствора полимера в растворителе и последующей его обработки, ведущей к удалению летучих продуктов, включающий следующие стадии: введение раствора полимера в растворителе в устройство для предварительного нагревания полимера и удаления из него летучих продуктов по п.28 через входной канал этого устройства, нагревание раствора и по меньшей мере частичное удаление из полимера летучих продуктов путем пропускания раствора вверх или вниз через подогревную камеру и обеспечения контакта его с внешней поверхностью выполненной в виде змеевика нагревательной трубки и отвод подогретого разжиженного полимера, из которого по меньшей мере частично удалены летучие продукты, через выходное отверстие подогревной камеры с подачей его в вакуумную испарительную камеру для осуществления обработки, ведущей к удалению летучих продуктов.