带有同轴圆筒的管式反应器及其使用方法技术

一种在柱式反应器中制备液体反应产物的方法，该反应器包括在包括内内表面和外内表面的同轴管状内表面之间的空间，所述方法包括下述步骤：ａ）通过外内表面上的进料口加入液体前体反应物，ｂ）液体前体物质流过外内表面和内内表面之间的空间，ｃ）使步骤（ｂ）中的液体前体物质在反应条件下形成液体反应物，ｄ）使液体聚合物组合物通过外内表面上的出料口，其特征在于，内内表面和外内表面之间的距离小于２０ｍｍ，并且内内表面的截面直径（Ｄ′）和外内表面的截面直径（Ｄ″）之比为至少０．８∶１。还要求保护一种适用于进行化学反应的设备。该设备和方法能够理想地用于制备液体聚合物组合物。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备液体反应产物的方法，特别是涉及在柱式反应器(column reactor)中制备液体聚合物组合物的方法。本专利技术还涉及一种进行化学反应的新型柱式反应器。在包括标准罐型反应器和管式反应器的多种反应器中进行各种液相反应是公知的。采用水不溶性单体或者分散在水中的单体混合物，在其中聚合过程中珠粒之间的碰撞能够降低的条件下进行水包油乳液聚合和成珠聚合是公知的。例如在GB1,124,610中，提出了形成颗粒大小小于5微米的单体乳液，并将该单体乳液加入到简单的管式环式反应器中，其中该管式反应器具有一个向上延伸的管脚(tubular leg)，该管脚在其顶端变为向下延伸的管脚。单体乳液加入到向上延伸的管脚底部，聚合物乳液，当适当时，从向下延伸的管脚底部取出。乳液的向上和向下移动至少部分是由于随着聚合的进行比重的变化。建议的聚合时间是0.5-20小时，优选1-10小时。在US 3,922,255中，将水不溶性单体混合物连同一种包括稳定剂例如凝胶在内的水介质一起，通过小孔(为了形成不含水珠粒)加入到垂直柱子的底部。这种水介质和不含水单体珠粒一起向上通过柱子，由此在柱子中形成珠粒在水中的悬浮液。在其中一个实施例中，通过柱子的时间平均为3.5分钟。将该悬浮液从柱子的顶端通过管线取出，并加入到一个向下延伸的柱子的顶端，其中该柱子加热到引发聚合的温度。因此在直至与连续相接触之后相当长时间，包括通过加料管线时，都没有引发聚合。这引起珠粒和水介质缓慢向下流过柱子，实施例之一中停留时间为150分钟。将所生成的部分聚合的珠粒淤浆从柱子的底部取出，部分水介质循环到柱子的顶端，而珠粒和剩余的水介质被输入到反应器中，在此它们进一步反应，在一个实施例中它们进一步反应4小时。WO-A-0007717公开了密闭环式连续乳液聚合设备，包括循环泵、连接循环泵出口和入口的反应器管以及提供原料的加料口。该设备还包括一辅助管用于绕开围绕循环泵的清洗管(pig)。该说明书提供了在选择循环泵时具有更大自由度的优点。EP-A-67,415中，将水不溶性单体通过液滴生成器加入到含有稳定剂的水悬浮液介质中，结果形成了液滴在水介质中的悬浮液。然后将该悬浮液通过管线加入到柱子的顶端，在此引发聚合，同时水介质向下流动，其速度使液滴开始停留在柱子的顶端，但是随着聚合进行而下沉，与向下流动的液体并流。一个实施例中，柱子中的停留时间为170分钟。然后，水介质和液滴在另一个反应器中在活塞流条件下进行反应，然后将所得的部分聚合的珠粒在水介质中的悬浮液加入到第三个反应器中，该反应器是另一个柱子，水介质在其中向上流动，当完全聚合时的聚合物珠粒沉淀到柱子的底部并收集。一个实施例中，整个聚合时间大约为5小时。US-A-4,448,657公开了一种引发剂的用途，该引发剂在乳液聚合过程中产生三重态自由基对(triplet radical pairs)。该方法中，三重态自由基对能够通过磁场控制。聚合速率和聚合物的分子量都能够控制。US-A-4,444,961中，公开了一种用于在不相混溶液体中形成单体液珠分散液的特殊体系。该体系包括一将单体进料器与不相混溶液体的立式柱隔离开的多孔板和用于使液珠脉动通过多孔板进入柱子的震动泵。在优选实施方式中，单体是水不溶性单体，液珠是脉动进入向上流动水柱的底部。然后，该文献还提出了，液珠可以与柱的流动呈逆向移动。该文献还提出了，水不溶性单体混合物可以用类似的方式以液珠的形式泵送到与水不相混溶的液体柱中。单体液滴流过该柱，并以在不相混溶液体中的分散液的形式流出。然后，该分散液通过一管线进入到另一反应器中，在此通过搅拌来维持液滴的分散体，然后引发聚合。EP-A-498583公开了一种通过乳液聚合和悬浮聚合方法连续制备具有小的颗粒直径和窄的颗粒直径分布的聚合物颗粒。该聚合反应是这样进行的向同轴双圆筒间的空隙中加入用于连续聚合的原料溶液，并围绕轴旋转双圆筒中的至少一个，诱发泰勒(Taylor)涡旋对于该方法来说是必不可少的。今村(Tsuyoshi Imamura)的题为“A new approach to continuousemulsion polymerization(连续乳液聚合的新方法)”PolymerInternational 30(1993)203-206中公开了在Couette-Taylor涡动反应器中进行连续乳液聚合。提议用于产生泰勒涡旋的反应器，其内圆筒直径与外圆筒直径之比为0.54∶1。然而，尽管有这些发展，但是仍然需要一种能够提供更稳定的高质量聚合物产物的连续方法。特别是由于聚合反应的原料产品不稳定或不完全混合的趋势，造成产物质量波动。因此，在某些情况下，聚合物组合物中可能含有无法接受含量的未反应单体，或者可能含有高浓度的不可溶聚合物或不合格聚合物组分。还需要提供一种连续方法，它方便地允许聚合物组合物的后处理来提供一致的经后处理的聚合物产物。因此，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种在柱式反应器中制备液体反应产物的方法，该反应器包括在内表面之间的空间，其中内表面包括内内表面(iner interior surface)和外内表面(outerinterior surface)，所述方法包括下述步骤a)将液体反应前体物质通过外内表面上的进料口加入，b)液体前体物质流过外内表面和内内表面之间的空间，c)使步骤(b)中的液体前体物质处于反应条件，形成液体反应产物，d)使液体反应产物通过外内表面上的出料口，其特征在于，内内表面和外内表面之间的距离小于20mm。一般来讲，内内表面和外内表面应当是同轴管状表面。管状表面中的一个或两个可以是多边形截面，但是优选两个管状表面都是圆筒形的。当一个表面是多边形截面时，优选，内内表面是多边形截面，而外内表面是圆筒形的。当管状表面的一个或两个具有多边形截面时，一般优选的是，多边形的边数至少为6个或7个。一般来讲，边数越多的截面多边形是优选的，例如10个或20个或更多。当管状表面中的一个或两个是多边形截面时，内内表面和外内表面之间的最大距离应当小于20mm。优选的是，内管状表面和外管状表面两个都是圆筒形的，因此优选的是，内表面和外表面之间的距离一致。这样，外内表面可以是反应器外壁的内表面，而内内表面可以是圆筒形部件的外表面，其中圆筒形部件围绕其中心轴旋转。内表面理想地为光滑的，并优选没有突起。表面应沿反应器纵向排列。优选的是至少一个内表面移动。尽管可以想象内内表面和外内表面都以旋转方式移动，但是一般只有一个内表面转动。我们发现，当内表面限定的空间较窄时，即内内表面和外内表面之间的距离较近时，产品一致性可以得到相当大的提高。优选的是，内内表面的截面直径(D′)和外内表面的截面直径(D″)之比应当至少为0.8∶1。特别是，D′与D″之比应当至少为0.9∶1，特别是至少为0.98∶1。我们发现，当D′与D″之比在0.990∶1至0.999∶1范围内时，能够极有效地进行该方法。当圆筒中的一个或两个是多边形截面时，该比例是通过每个管状表面的有效平均直径确定的。特别是，我们发现，通过在包括至少两个内表面的柱式反应器中进行反应，能够获得改进的产物，其中内内表面的表面积接近于外内表面的表面积。一般来说，内内表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在柱式反应器中制备液体反应产物的方法，该反应器包括在包括内内表面和外内表面的同轴管状内表面之间的空间，所述方法包括下述步骤：ａ）通过外内表面上的进料口加入液体反应前体物质，ｂ）液体前体物质流过外内表面和内内表面之间的空间，ｃ ）使步骤（ｂ）中的液体前体物质在反应条件下形成液体反应产物，ｄ）使液体反应产物通过外内表面上的出料口，其特征在于，内内表面和外内表面之间的距离小于２０ｍｍ，并且内内表面的截面直径（Ｄ′）和外内表面的截面直径（Ｄ″）之比为至少０．８∶ １。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CR吉莱特，GI奈洛尔，
申请(专利权)人：西巴特殊化学水处理有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]