專利名稱：清洗反應(yīng)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及清洗反應(yīng)器的方法。具體地說，本發(fā)明涉及的方法是利用來自多重壓力源的溶劑清洗反應(yīng)器的殘余聚合物。本法還利用熱的堿水清洗外部回路的熱交換器。一方面使用至少一種有機(jī)溶劑和堿水的混合物清洗反應(yīng)器。
聚合物可以用各種方法制造，包括溶液、本體和乳液聚合等法。方法可以是間歇式的，即將所有要反應(yīng)的材料預(yù)混合并送到進(jìn)行聚合的反應(yīng)器中?；蛘?，方法也可以是連續(xù)式的，即將要聚合的材料連續(xù)送到反應(yīng)器中，同時(shí)從反應(yīng)器中取出聚合物。
聚合常是放熱反應(yīng)。為了使聚合反應(yīng)能夠適當(dāng)?shù)睾桶踩氐玫娇刂疲话闶菍⒎磻?yīng)器冷卻。常用的冷卻劑如水或鹽水通過帶夾套的反應(yīng)器使聚合物冷卻。有些反應(yīng)器利用在外部回路中(從反應(yīng)器中除去聚合物的管線將聚合物送到熱交換器并將冷卻的聚合物返回反應(yīng)器)的外部熱交換器以協(xié)助將聚合物冷卻。
無論使用何種聚合方法和控制溫度，大多數(shù)聚合反應(yīng)在反應(yīng)器內(nèi)和進(jìn)出反應(yīng)器管線內(nèi)有殘余聚合物的累積。
一個(gè)反應(yīng)器一般用于不只一種聚合物的制造。因此，反應(yīng)器一般要在每批聚合物制造后或當(dāng)殘余的聚合物累積達(dá)到不能接受的程度時(shí)進(jìn)行清洗。清洗反應(yīng)器所花的時(shí)間非常重要，因?yàn)樵谇逑磿r(shí)不能生產(chǎn)產(chǎn)品。因此需要一種清洗反應(yīng)器的方法，其中可以減少清洗反應(yīng)器所花的時(shí)間。
在美國專利5，728，272中曾提到清洗單體蒸餾塔的方法。在這篇專利中公開的方法需要用水溶液或有機(jī)堿溶液周期地沖洗蒸餾塔。這種方法防止了在蒸餾塔中聚合物的過度累積，從而減少了蒸餾塔的清洗時(shí)間。
歐洲專利EP 248，681公開了清洗聚合反應(yīng)器的方法，這方法要求使用皂助洗劑、堿試劑、表面活性劑和溶劑或單體。在反應(yīng)器中將這些材料混合在一起，并攪拌以清洗反應(yīng)器。
法國專利2，189，425也公開了一種清洗聚合反應(yīng)器的方法。此法噴淋苛性堿，然后噴淋高壓水。
盡管有了這些公開的方法，但是繼續(xù)仍需要一種清洗方法，以減少清洗反應(yīng)器所花的時(shí)間。
本發(fā)明提供的方法包括經(jīng)多重壓力源向具有葉片的攪拌器和對(duì)準(zhǔn)攪拌器葉片的固定壓力源的反應(yīng)器送入選自水和苛性堿和至少一種有機(jī)溶劑的混合物，清空反應(yīng)器，其中，轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌器同時(shí)將溶劑送入反應(yīng)器。
如上面指出的，本發(fā)明的方法的第一步涉及經(jīng)多重壓力源將選自水和苛性堿以及至少一種有機(jī)溶劑的混合物送到裝有攪拌器的反應(yīng)器中。這里所用的多重壓力源是指多于一個(gè)壓力源，優(yōu)選為兩個(gè)壓力源。
壓力源應(yīng)能向溶液提供0巴-700巴，優(yōu)選為60巴-700巴，更優(yōu)選為100巴-700巴，最優(yōu)選為300巴-700巴的壓力?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域已知的方法得到此壓力，例如用泵。適宜的泵在該領(lǐng)域是眾所周知的并且可以從市場(chǎng)購得。
經(jīng)過壓力源的溶液的溫度一般為10℃-100℃。如果用苛性堿溶液時(shí)，溶液的溫度可以升高到80℃-100℃。送入的溶液量將取決于反應(yīng)器的大小和在反應(yīng)器中聚合物累積的程度。如果使用苛性堿溶液，則溶液可以再循環(huán)。
適宜的有機(jī)溶劑包括但不限于異丙醇、正丙醇、丙酮、甲醇、乙醇、和1-甲基-2-吡咯烷酮，優(yōu)選使用異丙醇和丙酮。
在反應(yīng)器不清洗時(shí)，可以將壓力源從反應(yīng)器取出。在需要清洗反應(yīng)器時(shí)，再將壓力源送入反應(yīng)器。在清洗反應(yīng)器時(shí)，壓力源可以位于反應(yīng)器內(nèi)任何處。壓力源優(yōu)選位于反應(yīng)器的底部附近，例如在攪拌器葉片頂部的2米內(nèi)，優(yōu)選在反應(yīng)器清洗時(shí)位于攪拌器葉片頂部的1米內(nèi)。兩個(gè)壓力源距攪拌器葉片頂部的相同距離，或兩個(gè)壓力源可以錯(cuò)開，例如一個(gè)壓力源可以距攪拌器葉片頂部5米，而另一壓力源距攪拌器葉片頂部1米。優(yōu)選是兩個(gè)壓力源距攪拌器葉片頂部的距離相同。
因?yàn)橛梢粋€(gè)壓力源噴出的溶液可以碰到另一壓力源，所以壓力源必須能抗受在本發(fā)明所用的壓力的溶液的噴淋沖擊。壓力源可以是管子或軟管。管子可以經(jīng)稱作套筒的金屬管插進(jìn)反應(yīng)器中。為了得到最佳的清洗性能，這些壓力源必須位于分開它們的攪拌器軸180°。當(dāng)使用苛性堿時(shí)，壓力源必須能耐苛性堿。壓力源適宜的構(gòu)筑材料包括316不銹鋼。
壓力源可以與水源或苛性堿和至少一種有機(jī)溶劑的混合物通過軟管相連。此軟管必須經(jīng)受吊起以除去壓力源以及經(jīng)受拉伸以將壓力源放置在反應(yīng)器內(nèi)。因此，這些軟管的適宜的材料包括帶波紋的316不銹鋼。波紋不銹鋼可以包在絲網(wǎng)中。絲網(wǎng)也可以由316不銹鋼制成。
壓力源可以裝有噴嘴，噴嘴轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)噴淋反應(yīng)器。如同上述，當(dāng)使用苛性堿時(shí)，噴嘴應(yīng)能耐苛性堿。適宜的噴嘴包括Sellers CleaningSystems Gamma Jet噴嘴等。這些噴嘴可以沿垂直和水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。
攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，將溶液送入反應(yīng)器。轉(zhuǎn)動(dòng)有助于清洗反應(yīng)器和攪拌器。攪拌器的轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分鐘-50轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為10轉(zhuǎn)分鐘-30轉(zhuǎn)/分鐘。
反應(yīng)器底部也裝有多個(gè)噴嘴以有助于清洗攪拌器。為此目的反應(yīng)器優(yōu)選安裝三個(gè)噴嘴。這些噴嘴必須是固定的并對(duì)準(zhǔn)攪拌器葉片。適宜的噴嘴包括由Spray Systems Incorporated等購得的噴嘴。
在經(jīng)送入溶液清洗反應(yīng)器后，必須將反應(yīng)器清空。如果必要，可以用水漂洗，以除去殘余的清洗溶液。如果必要，漂洗水可以是中和的溶液，如二氧化碳和水的混合物以協(xié)助中和任何殘余的苛性堿。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在反應(yīng)器的外部回路裝有熱交換器，在溫度20℃-150℃，優(yōu)選90℃-150℃用堿水清洗外部回路和熱交換器。這里所用的堿水是指苛性堿、氫氧化銨、氫氧化鉀等。優(yōu)選的是苛性堿，更優(yōu)選的是濃度10-15％的苛性堿。
外部回路可以是管子，用于從反應(yīng)器中除去反應(yīng)混合物，將反應(yīng)混合物送入熱交換器以及將冷的反應(yīng)混合物返回反應(yīng)器。熱交換器可以是管式的、散熱片式或板-框式或螺旋形片狀式熱交換器。在本發(fā)明的方法中，堿水以上述溫度流經(jīng)外部回路和熱交換器。送入的堿水取決于管子和熱交換器的尺寸，但是，一般可以為每分鐘400升到800升。
在經(jīng)送入溶液清洗外部回路和熱交換器后，可以將外部回路和熱交換器清空。如果必要，可以用水漂洗外部回路和熱交換器，以除去殘余的清洗溶液。如果必要，漂洗水可以是中和的溶液，如二氧化碳和水的混合物以協(xié)助中和任何殘余的苛性堿。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，由選自堿水、有機(jī)溶劑和它們的混合物的溶液送入反應(yīng)器和清空反應(yīng)器以清洗反應(yīng)器。在本發(fā)明的這一實(shí)施方案中，反應(yīng)器優(yōu)選選自散熱片式或板-框式或螺旋形片狀式熱交換器，板-框式熱交換器是更優(yōu)選的。
通過向反應(yīng)器中送入選自堿水、有機(jī)溶劑和它們的混合物的溶液以清洗反應(yīng)器。在此實(shí)施方案中，氫氧化鈉和氫氧化鉀是優(yōu)選的堿水。氫氧化鉀是更優(yōu)選的。適宜的有機(jī)溶劑包括但不限于異丙醇、正丙醇、甲醇、乙醇、正丁醇、叔丁醇和1-甲基2-吡咯烷酮。當(dāng)需要用單一的有機(jī)溶劑作溶液時(shí)，優(yōu)選用丙酮。在使用堿水和有機(jī)溶劑的混合物時(shí)，異丙醇是優(yōu)選的有機(jī)溶劑，堿水含量一般占溶液總重量的10％重量-40％重量，優(yōu)選為15％重量-30％重量。溶液中有機(jī)溶劑含量一般為溶液總重量的30％重量-70％重量，優(yōu)選為40％重量-60％重量。溶液中其它為水和雜質(zhì)。
將溶液送入反應(yīng)器的溫度取決于被送入反應(yīng)器的溶液。對(duì)于堿水和有機(jī)溶劑的混合物，送入反應(yīng)器的溫度一般為90℃-150℃。對(duì)于單一有機(jī)溶劑，送入反應(yīng)器的溫度一般為20℃-45℃，優(yōu)選為30℃-40℃。
在用溶液清洗反應(yīng)器后，反應(yīng)器可以用水清空和漂洗，以除去殘余的清洗溶液。
在本說明書和權(quán)利要求中，除非指出，百分比是％重量，所有的溫度是攝氏度。
也可以理解，對(duì)于本說明書和權(quán)利要求，范圍和比率限制是可結(jié)合使用的，例如，范圍1-20和5-15用于具體的參數(shù)，也可以理解為可以使用1-15或5-20范圍。
下面的實(shí)施例用來說明本發(fā)明的方法。這些實(shí)施例不應(yīng)該構(gòu)成對(duì)本實(shí)施例1-用水經(jīng)單一的壓力源清洗反應(yīng)器在70，000升的反應(yīng)器中進(jìn)行丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯的聚合。聚合完成后，從反應(yīng)器排出聚合物分散液。經(jīng)裝有3頭噴嘴的單一的316不銹鋼壓力源以24巴噴水10分鐘。將反應(yīng)器排千，用肉眼看殘余聚合物。反應(yīng)器清洗后，但殘余的聚合物仍有。
實(shí)施例2-用水經(jīng)多重壓力源清洗反應(yīng)器在實(shí)施例1所用的反應(yīng)器中制備了第二批與實(shí)施例1相似的聚合物組合物。在聚合完成后，從反應(yīng)器中排出聚合物分散液。經(jīng)在反應(yīng)器底部對(duì)準(zhǔn)攪拌器葉片裝有3頭噴嘴和3個(gè)固定噴嘴的兩個(gè)不銹鋼壓力源以24巴噴水10分鐘。攪拌器以30轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)噴水。將反應(yīng)器排干，用肉眼看殘余的聚合物。反應(yīng)器比用單一噴槍清洗的干凈。
實(shí)施例3-用苛性堿經(jīng)單一壓力源清洗反應(yīng)器在70，000升的反應(yīng)器中進(jìn)行丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯的聚合。聚合完成后，從反應(yīng)器排出聚合物分散液。經(jīng)裝有3頭噴嘴的單一的316不銹鋼壓力源以24巴噴淋95℃的苛性堿。將反應(yīng)器排干，用肉眼看殘余的聚合物。反應(yīng)器經(jīng)清洗，但仍有殘余聚合物。
實(shí)施例4-用苛性堿經(jīng)多重壓力源清洗反應(yīng)器在實(shí)施例3所用的反應(yīng)器中制備了第二批與實(shí)施例3相似的聚合物組合物。在聚合完成后，從反應(yīng)器中排出聚合物分散液。經(jīng)在反應(yīng)器底部裝有對(duì)準(zhǔn)攪拌器葉片的3個(gè)噴嘴頭和3個(gè)固定噴嘴的兩個(gè)不銹鋼壓力源以24巴噴淋95℃的苛性堿，攪拌器以30轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)噴水。將反應(yīng)器排干，用肉眼看殘余聚合物。反應(yīng)器比只用單一噴槍清洗的干凈。
實(shí)施例5-外部回路和熱交換器的清洗316不銹鋼的取樣管(1.9厘米x3.2厘米)用作試驗(yàn)表面。這些取樣管模擬外部回路和熱交換器的表面。在AC-630(聚合物A)或KM-334(聚合物B)涂以乳液(從Rohm and Hass Company購得的膠乳)使取樣管“結(jié)垢”并使乳液干燥。在結(jié)垢前后稱重取樣管，以測(cè)定在不銹鋼上的材料的量。
將干燥過的取樣管同15毫升的15％的苛性堿放入帕爾儀壓力容器(“帕爾彈”)中。在容器中留下空氣蒸汽空間以防止液體膨脹造成的任何壓力的增加。將容器放在溫度85℃、125℃和150℃的爐中。經(jīng)過4-24小時(shí)規(guī)定的時(shí)間后，將容器取出，使之冷卻約45分鐘。將取樣管取出，使之干燥。
干燥后將取樣管稱重，并與其原來的結(jié)垢的重量比較。
聚合物A結(jié)果在85℃，在爐中4小時(shí)和8小時(shí)后聚合物膜未能從取樣管上除去。事實(shí)上，聚合物重量增加，可能是液體吸附在結(jié)垢層上的結(jié)果。這20小時(shí)，取樣管的重量下降。結(jié)果列于表1。
表1 在125℃，初步運(yùn)行的結(jié)果相似于85℃的試驗(yàn)。在4和8小時(shí)后取樣管的重量較高(接近原來的接垢的重量)。盡管在較高的溫度下材料幾乎從取樣管洗出，但是在85℃則不是這種情況。在20小時(shí)，取樣管基本上是干凈的。
在125℃進(jìn)行的重復(fù)試驗(yàn)，聚合物從取樣管洗出，同時(shí)所有的試驗(yàn)由帕爾彈取出。在這些試驗(yàn)中，干凈的取樣管最后重量很接近預(yù)先結(jié)垢的取樣管的初始重量。
在150℃，在4小時(shí)、8小時(shí)和23小時(shí)，從取樣管清除了聚合物。聚合物B結(jié)果聚合物B的結(jié)果列于表2。
表2 *=可能在重量讀數(shù)時(shí)有誤在85℃，聚合物B和聚合物A的結(jié)果相似。4小時(shí)和8小時(shí)后重量有所增加，在20小時(shí)，聚合物開始分解，取樣管的重量降低。在此溫度下，聚合物B從取樣管洗出，但仍作為分離的固相保持在苛性堿中。
在125℃，4小時(shí)和8小時(shí)的結(jié)果不同于85℃的結(jié)果。聚合物從取樣管洗出并漂浮在苛性堿的溶液中。盡管在20小時(shí)后，在苛性堿溶液中沒有聚合物，苛性堿從稀的無粘性的溶液變成黃/米黃色糖漿型粘度的液體。據(jù)認(rèn)為，水解后的聚合物使液體增稠。當(dāng)最后(20小時(shí))的樣品取出，增稠了的溶液常粘于取樣管上。這使得更多液體黏附于金屬，得到比早期的樣品更重的取樣管。
在150℃，4小時(shí)的樣品相似于前兩個(gè)125℃的樣品，取樣管是干凈的，聚合物浮于苛性堿中。在后兩者樣品中，在15小時(shí)和16小時(shí)，聚合物分解，苛性堿溶液更濃。
實(shí)施例6-板框式反應(yīng)器的清洗在板和框式熱交換器反應(yīng)器中制備了丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯聚合物(“膠乳”)，AC-630。在加速結(jié)垢條件下進(jìn)行聚合3小時(shí)。以25毫升/分鐘的速率將由單體乳液、水、催化劑和活化劑組成的供料送入反應(yīng)器。反應(yīng)器是1通道x5次，每通道總體積為125毫升或25毫升。反應(yīng)器用兩種不同的溶液在線清洗溶液1在聚合完成后，用噴水沖洗反應(yīng)器，以除去任何的剩余的單體乳液。將21％KOH、25.5％水53.5％IPOH溶液加熱并保持在70℃，以100-300克/分鐘的速度泵入反應(yīng)器中。前10分鐘用清洗溶液沖洗后收集起來，總計(jì)約1000-1500克。將此清洗溶液再循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器，每小時(shí)將方向由前到后改變一次共4小時(shí)。將反應(yīng)器連同其中的清洗溶液一起過夜。次日，將反應(yīng)器打開，發(fā)現(xiàn)板已經(jīng)很干凈。
溶液2聚合完成后，將反應(yīng)器用皂水沖洗以除去剩余的單體乳液。將丙酮加熱并保持在35℃，并以150-300克/分鐘的速度泵入反應(yīng)器。前10分鐘用清洗溶液沖洗后收集起來，總計(jì)約1000-1500克。將此清洗溶液再循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器兩小時(shí)。兩小時(shí)后，反應(yīng)器用去離子水沖洗，并打開。反應(yīng)器幾乎是干凈的。在裝置中，有5小塊(＜4毫米直徑)的聚合物。干凈的程度足以在每次運(yùn)轉(zhuǎn)后避免打開反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1．一種方法，包括將選自水和苛性堿和至少一種有機(jī)溶劑的混合物的溶液經(jīng)多重壓力源送入帶有葉片的攪拌器和對(duì)準(zhǔn)攪拌器葉片的固定壓力源的反應(yīng)器，清空反應(yīng)器；其中攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，將溶液送入反應(yīng)器。
2．權(quán)利要求1的方法，其中多重壓力源是裝有噴嘴的軟管。
3．權(quán)利要求2的方法，其中軟管是由316不銹鋼制造的。
4．權(quán)利要求3的方法，其中溶液在100-700巴的壓力下送入反應(yīng)器。
5．權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)器在外部回路中裝有熱交換器，熱交換器和外部回路用苛性堿在溫度20℃-150℃進(jìn)行清洗。
6．權(quán)利要求5的方法，其中熱交換器和外部回路用苛性堿在溫度90℃-150℃進(jìn)行清洗。
7．清洗反應(yīng)器的方法，此法包括將選自堿水、有機(jī)溶劑和它們的混合物的溶液送入反應(yīng)器；清空反應(yīng)器，其中反應(yīng)器選自板框式熱交換器、散熱片式熱交換器以及螺旋形片狀式熱交換器。
8．權(quán)利要求7的方法，其中該溶液是堿水和有機(jī)溶劑的混合物，包括占溶液總重量15％-30％重量的堿水和40％-60％重量的有機(jī)溶劑，其余的是水。
9．權(quán)利要求8的方法，其中有機(jī)溶劑是異丙醇。
10．權(quán)利要求7的方法，其中溶液是丙酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及清洗反應(yīng)器的方法。此法利用溶劑由多重壓力源清洗反應(yīng)器。反應(yīng)器裝有攪拌器和對(duì)準(zhǔn)反應(yīng)器葉片的熱交換器的固定噴嘴。在清洗時(shí)攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)。此法還可利用熱的堿水清洗外部回路的熱交換器。在一個(gè)方面,至少一種有機(jī)溶劑和堿水的混合物用于清洗某些反應(yīng)器。
文檔編號(hào)B08B9/093GK1286267SQ0012407
公開日2001年3月7日 申請(qǐng)日期2000年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月27日
發(fā)明者S·W·布魯斯, J·K·卡彭特, J·L·哈瑞, J·R·波沃尼克, F·R·羅伯特森三世, R·H·施瓦茲, 吳樹華 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯公司