[发明专利]供脱除聚合物中挥发分的改进型平板热交换器设计的设备

说明书

本发明涉及具有平板热交换器的聚合物挥发分脱除设备以及在较高的物料流速下脱除聚合物溶液中挥发分的有关方法。

在许多聚合物的工业化制造过程中，从聚合物溶液中除去挥发性成分(称为“脱除挥发分”)是一必需的步骤。具体说，对于由单体溶液聚合而得的聚合物必须从最终产品中除去溶剂和未反应的单体。例如，由本体聚合或溶液聚合的聚苯乙烯、苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)或橡胶改性的苯乙烯/丙烯腈共聚物(ABS、AES等)的聚合产物中必须除去残留单体和挥发性物质。

从聚合物中分离挥发性组分通常采用蒸发方法来完成。该方法包括在高于其沸点的温度下加热聚合物溶液并除去产生的蒸气。脱除挥发性组分的方法之一是涉及将聚合物溶液通过一热交换器，然后进入减压区。适用这一目的的热交换器称为平板型加热器或平板型热交换器，它包括按层排列的多个加热平板，平板间留有连接供给聚合物溶液的加热器内圈与供被加热溶液通过并脱除挥发分的加热器外周的通道。将加热器放置在密闭的、部分抽空的外壳内，可提高其操作性能。先有的平板型加热器设计已经在USP.3014702,4153501,4421162,4423767,4564063,4808262及5084134中公开。

比较有效的平板型加热器采用加长的通道并在较低温度下运行，低温操作能改善聚合物溶液通过加热通道时的分布。但是，通道长度超过152毫米或6英寸会导致流动不稳定，特别是聚苯乙烯、SAN、ABS或AES聚合物溶液的挥发分脱除。已经表明，流动不稳定性是聚合物溶液通过加热通道时流速的函数，并可通过在通道入口处压力波动来检测。压力波动的大小随流速增加而增大。这种流速的不稳定性已由Maffetone等人在“Slit Devolatilization of Poly-mers”(AICHE Journal,37,724-34 May 1991)中作了论述。

如果有一种具有改进加热通道设计的供聚合物脱挥发分的包括平板型热交换器的改进的装置，这种设备能允许较高的产物流速而不产生会引起流速不稳定的压力波动的话是很理想的。

根据本发明提供的改进的脱除聚合物中挥发分的设备包括具有聚合物溶液供给装置的平板型热交换器和液体/蒸气收集、分离装置，所述平板型热交换器还包括限定多条通道的多块平板，每条通道具有基本相同的高度，但是其宽度在整个长度范围内是不同的，每一通道包括三个区域：

第一区域是与聚合物溶液供给装置连通的操作区，其特征为区域宽度从其始端随距离增加而减小，

第二区域以第一区域末端为始端，其特征为至少有一个特定的横截面，

第三区域以第二区域末端为始端，其末端为能在减压下运行的液体/蒸气收集分离区，所述第三区域的特征为该区域宽度从始端起随距离增加而增大，第三区域的最大宽度与第二区域的最大宽度之比为2∶1至20∶1。

本申请范围也包括供聚合物溶液脱挥发分的方法。该方法包括将聚合物溶液供入上述的在聚合物脱挥发分条件下运行的具有平板型加热器的聚合物脱挥发分装置中，以使聚合物溶液中挥发性组分能从被脱除的聚合物中分离。

为了更好地理解本发明，可参看附图：

图1描述本发明平板型加热器的一个实施方案的一种单个加热通道，

图2是设置有图1通道的圆柱型平板加热器的轴向视图，

图3是设置有图2平板结构的本发明平板型加热器的侧视图，

图4是设置有图2平板结构的本发明平板型加热器的斜剖视图，

图5描述了本发明平板型加热器的另一个实施方案的单个加热通道，

图6是设置有图5通道并有与图2不同的平板构型的圆柱形平板型加热器的轴向示图，

图7是设置有图5通道和图6平板构型的本发明平板型加热器的侧视图，

图8是设置有图5通道和图6平板构型的本发明平板型加热器的斜剖视图。