專利名稱：脫揮發(fā)分設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括板式熱交換器的脫揮發(fā)分設(shè)備，以及以高通過量(throughput)將可流動(dòng)物料脫揮發(fā)分的有關(guān)方法。
背景技術(shù)：
從可流動(dòng)物料移除揮發(fā)性組分，稱為〃脫揮發(fā)分〃，在幾種工業(yè)工藝中是必要的步驟，所述工業(yè)工藝包括商業(yè)制造很多聚合物。特別地，當(dāng)從單體的溶液中生產(chǎn)聚合物時(shí)，必須從最終產(chǎn)物中移除溶劑和未反應(yīng)的單體。例如，殘留的單體和揮發(fā)物必須在以下物質(zhì)的本體或溶液聚合反應(yīng)中從聚合物產(chǎn)物中移除聚苯乙烯，苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)，或橡膠改性的苯乙烯/丙烯腈共聚物(ABS，AES等)，和基于烯烴的聚合物(例如聚丙烯，聚乙烯，烯烴嵌段共聚物，和EPDM)。從熔融的聚合物溶液中分離揮發(fā)性組分通常通過蒸發(fā)進(jìn)行，工藝包括在高于揮發(fā)性組分的沸點(diǎn)的溫度加熱聚合物溶液，以及移除形成的揮發(fā)性組分。脫揮發(fā)分的一種方法包括使聚合物溶液穿過熱交換器并然后進(jìn)入減壓的區(qū)域。針對(duì)該目的適宜的熱交換器，例如稱為平板式加熱器或平板式熱交換器的那些，包括以堆或?qū)拥姆绞脚帕械亩鄠€(gè)加熱板，其中各加熱通道連接用于使待加熱和脫揮發(fā)分的溶液通過的加熱器的內(nèi)部(將聚合物溶液供應(yīng)到其中)和外部部分。改善的性能通過將加熱器放在部分抽真空的閉合的殼內(nèi)獲得。平板式加熱器的之前設(shè)計(jì)已經(jīng)公開于美國(guó)專利3，014，702 ;4，153，501 ；4，421，162 ;4，423，767 ;4，564，063 ;4，808，262 ;5，084，134 ;5，453，158 ；和 5，861，474，以及 PCT 公開 W096/21836。為在全球經(jīng)濟(jì)中競(jìng)爭(zhēng)，已經(jīng)越來越必要去安裝具有較大生成量(在一些情況下超過330，000公噸每年，33010^)的聚合裝置。在該尺寸的裝置中，甚至最有效的常規(guī)設(shè)計(jì)(例如公開于美國(guó)專利5，453，158的那些)通常達(dá)到或超過平板式加熱器的物理尺寸界線，由于實(shí)踐問題，所述平板式加熱器可以經(jīng)濟(jì)地構(gòu)造和成功地操作。特別地，那些常規(guī)設(shè)計(jì)不足以同時(shí)實(shí)現(xiàn)必要的脫揮發(fā)分程度和這些較大裝置的高通過量，因此那些熱交換器變?yōu)檩^大的聚合裝置的脫揮發(fā)分設(shè)備設(shè)計(jì)中限制生成量的部件。因此需要改善的脫揮發(fā)分設(shè)備，該設(shè)備結(jié)合了具有改善的加熱通道設(shè)計(jì)的平板式熱交換器，該設(shè)計(jì)允許較高的效率和通過量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫揮發(fā)分的物料中足夠低的殘留的揮發(fā)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供脫揮發(fā)分設(shè)備，包括供給裝置，用于提供加壓的可流動(dòng)物料，其包含至少一種液體或可流動(dòng)的固體、以及至少一種夾帶的或溶解的揮發(fā)性組分，所述可流動(dòng)物料的特征在于泡點(diǎn)壓力隨所述可流動(dòng)物料的溫度變化，收集-和-揮發(fā)物-分離裝置，和
限定多個(gè)加熱通道的多個(gè)板子，每個(gè)通道具有兩個(gè)區(qū)域，包括第一區(qū)域，具有(I)平均水力半徑，和(2)適合從所述供給裝置接受所述可流動(dòng)物料的入口，和 第二區(qū)域，構(gòu)成每個(gè)通道的剩余部分，所述第二區(qū)域適合從第一區(qū)域接受所述可流動(dòng)物料并且具有至少一個(gè)適合將所述可流動(dòng)物料排放進(jìn)所述收集-和-揮發(fā)物-分離裝置的出口，其中與第一區(qū)域的平均水力半徑相比，第二區(qū)域的至少一部分具有較小的水力半徑，和其中所述加熱通道的至少一些的設(shè)計(jì)或操作使得所述可流動(dòng)物料在那些加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)的基本上所有位置的壓力高于所述可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力。本發(fā)明也提供脫揮發(fā)分設(shè)備，包括(a)泵，用于提供加壓的可流動(dòng)物料，該物料包含至少一種熔融的聚合物和至少一種溶解的或夾帶的揮發(fā)性組分，所述可流動(dòng)物料的特征在于泡點(diǎn)壓力隨所述可流動(dòng)物料的溫度變化，(b)收集-和-揮發(fā)物-分離容器，和(C)限定多個(gè)加熱通道的多個(gè)板子，每個(gè)通道具有基本上相同的高度并且具有兩個(gè)區(qū)域，包括第一區(qū)域，具有(I)平均水力半徑，和(2)適合從所述泵接受所述可流動(dòng)物料的入口，和第二區(qū)域，構(gòu)成每個(gè)通道的剩余部分，所述第二區(qū)域適合從第一區(qū)域接受所述可流動(dòng)物料并且具有至少一個(gè)適合將所述可流動(dòng)物料排放進(jìn)所述收集-和-揮發(fā)物-分離容器的出口，其中與第一區(qū)域的平均水力半徑相比，第二區(qū)域的至少一部分具有較小的水力半徑，和其中所述加熱通道的至少一些的設(shè)計(jì)或操作使得所述可流動(dòng)物料在那些加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)的基本上所有位置的壓力超過所述可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力，和(d)多個(gè)加熱元件，適用于加熱所述板子的至少一些以便于當(dāng)所述可流動(dòng)物料流動(dòng)通過所述加熱通道時(shí)提高所述可流動(dòng)物料的溫度。本發(fā)明也提供用于將包含液體或可流動(dòng)固體、以及至少一種夾帶的或溶解的揮發(fā)性組分的可流動(dòng)物料脫揮發(fā)分的方法，所述方法包括在脫揮發(fā)分條件下操作的同時(shí)使該可流動(dòng)物料穿過以上描述的脫揮發(fā)分設(shè)備，從而分離揮發(fā)性組分并制得基本上脫揮發(fā)分的產(chǎn)物。此外，本發(fā)明提供從至少一種單體和任選的一種或多種共聚單體在負(fù)載型或未負(fù)載型催化劑存在下制備聚合物的方法，其中引入的聚合物溶解或懸浮在溶劑中，并且其中加工包含熔融形式的聚合物、溶劑、和一種或多種未反應(yīng)的單體或共聚單體的可流動(dòng)物料以從所述熔融聚合物中移除大部分的溶劑和未反應(yīng)的單體或共聚單體，所述改進(jìn)包括使用權(quán)利要求I的脫揮發(fā)分設(shè)備加工所述可流動(dòng)物料從而制得基本上脫揮發(fā)分的聚合物產(chǎn)物，該聚合物產(chǎn)物的溶劑和未反應(yīng)的單體或共聚單體的殘留含量小于2000wppm。


圖I描述了用于本發(fā)明設(shè)備的一種實(shí)施方式中的單個(gè)加熱通道。圖2是用于結(jié)合了圖I的加熱通道設(shè)計(jì)的本發(fā)明設(shè)備的平板頂部的簡(jiǎn)化軸向視圖。圖3是側(cè)面的局部橫截面視圖，顯示沿圖2中顯示為3—3的截面截取的平板堆疊的圓周部分。 圖4是本發(fā)明設(shè)備的一種實(shí)施方式的局部等軸視圖，所述設(shè)備包括結(jié)合了圖2的加熱通道設(shè)計(jì)的平板堆疊。圖5是顯示本發(fā)明設(shè)備的一種實(shí)施方式的各種元件的示意圖。圖6A、6B、和6C描述了用于本發(fā)明設(shè)備的加熱通道的三種可替換實(shí)施方式。圖7描述了公開于美國(guó)專利5，453，158的類型的平板式加熱器的單個(gè)加熱通道，該常規(guī)加熱通道設(shè)計(jì)用于與圖1、2、和4的加熱通道設(shè)計(jì)比較。
具體實(shí)施例方式除非相反地指出，從上下文暗示或?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)慣例，否則所有的份和百分?jǐn)?shù)均基于重量。針對(duì)美國(guó)專利實(shí)踐的目的，任何參考的專利、專利申請(qǐng)、或公開在此全部引入作為參考(或其等同的美國(guó)同族也引入作為參考)，特別是關(guān)于合成技術(shù)、定義(不與本申請(qǐng)具體提供的任何定義不一致)和本領(lǐng)域常識(shí)的披露內(nèi)容。定義關(guān)于尺寸(例如寬度或高度)或加熱通道內(nèi)區(qū)域的橫截面積使用的“基本上相同”表示同樣的事物完全既不會(huì)聚也不發(fā)散，或者會(huì)聚和/或發(fā)散不超過該尺寸平均值的
± 10% O“聚合物”是指通過使單體(不管是相同或是不同類型的單體)聚合制備的化合物。一般性術(shù)語〃聚合物〃包括術(shù)語“低聚物”、〃均聚物〃、〃共聚物〃、〃三元共聚物〃以及〃互聚物〃?！ɑゾ畚铩ㄊ侵竿ㄟ^至少兩種不同類型單體的聚合反應(yīng)制備的聚合物。一般性術(shù)語"互聚物"包括術(shù)語"共聚物〃(其通常用于表示由兩種不同單體制備的聚合物)以及術(shù)語"三元共聚物〃(其通常用于表示由三種不同類型的單體制備的聚合物)。其也包括通過使四種或更多種類型的單體聚合制備的聚合物?！暗途畚铩笔侵竷H由幾個(gè)單體單元組成的聚合物分子，例如二聚物，三聚物，或四聚物?！芭蔹c(diǎn)壓力”表示在給定溫度形成蒸氣的第一個(gè)氣泡的最高壓力?！八Π霃健标P(guān)于加熱通道的區(qū)域使用，表示(a)流體流動(dòng)其中的管道的橫截面積與(b)該管道的總流體潤(rùn)濕的周長(zhǎng)的比率?！翱闪鲃?dòng)固體”表示一種物料(例如包含顆粒固體的淤漿或分散體或懸浮液)，該物料雖然包含一些通常固體組分但在操作條件或設(shè)計(jì)條件下仍可流動(dòng)通過本發(fā)明設(shè)備的加熱通道。“熱流體”表示用于從加熱源運(yùn)送熱量，并通過間接熱交換器將熱量轉(zhuǎn)移至本發(fā)明設(shè)備的板子的流體。適宜的熱流體包括蒸氣，熱油，和其它熱流體，例如由The DowChemical Company 以商標(biāo)“D0WTHERM” 出售的那些。
可流動(dòng)物料的脫揮發(fā)分本發(fā)明的設(shè)備和方法適用于脫揮發(fā)分多種可流動(dòng)物料，它們特別適用于脫揮發(fā)分粘性的可流動(dòng)物料。適宜的可流動(dòng)物料包括其中夾帶或溶解揮發(fā)性組分的通常為液體的組合物，以及包含夾帶或溶解的揮發(fā)性組分的通常為固體的固體物料(例如聚合物或食物原料)，但是它們?cè)诿摀]發(fā)分設(shè)備中的條件下可流動(dòng)。這樣的可流動(dòng)物料包括但不限于，通常在溶液聚合工藝或淤漿聚合工藝中制備的聚合物產(chǎn)物、以及包含(a)液體或可流動(dòng)固體和(b)夾帶的或溶解的揮發(fā)性組分的任何其它可流動(dòng)物料?？闪鲃?dòng)物料的液體或可流動(dòng)固體含量可以是多種物料中的任何一種或多種。這樣的液體或可流動(dòng)固體的實(shí)例包括熔融聚合物，蛋白質(zhì)，亞甲基二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯，干酪(chesses),香腸，敷料劑，糖果，巧克力，糖蜜，其它食物產(chǎn)品，臘，重油，焦油，浙青，其它建筑材料(例如粘土，石膏，水泥或水中的結(jié)塊)，樹液，紙漿，紙，皂，液體清潔劑，生物質(zhì)，粘合劑，醫(yī)藥品，其它粘性液體，或其任何組合?？闪鲃?dòng)物料也包括可流動(dòng)的固體(例如包含顆粒固體的淤漿或分散體或懸浮液)，該物料雖然包含一些通常固體組分但在操作條件或設(shè)計(jì)條件下仍可流動(dòng)通過本發(fā)明設(shè)備的加熱通道。本發(fā)明的設(shè)備和方法對(duì)于熔融聚合物的脫揮發(fā)分而言是優(yōu)選的，所述聚合物例如基于烯烴的聚合物，乙烯基芳族聚合物，縮合聚合物，多元醇，高分子量環(huán)氧樹脂等。針對(duì)本發(fā)明的目的，應(yīng)理解，乙烯基芳族聚合物是一種或多種乙烯基芳族單體的所有均聚物和共聚物(包括接枝共聚物)及其與另外的聚合物的共混物。這樣的聚合物的實(shí)例包括聚苯乙烯，橡膠改性的或抗沖的聚苯乙烯，苯乙烯/丙烯腈共聚物(包括其橡膠改性的類型，例如ABS或AES共聚物)，以及上述物質(zhì)與其它聚合物例如聚碳酸酯或聚苯醚聚合物的共混物。優(yōu)選的乙烯基芳族聚合物是聚苯乙烯，抗沖改性的聚苯乙烯(HIPS)和ABS?；谙N的聚合物的實(shí)例包括一種或多種C2至Cltl烯烴的均聚物和共聚物(包括接枝共聚物)，包括但不限于，聚丙烯和其它基于丙烯的聚合物，聚乙烯和其它基于乙烯的聚合物，和烯烴嵌段共聚物。這樣的基于烯烴的聚合物包括但不限于，高密度聚乙烯(HDPE),低密度聚乙烯(LDPE),線性低密度聚乙烯(例如由The Dow Chemical Company以商標(biāo)“D0WLEX”出售的LLDPE),增強(qiáng)聚乙烯(例如由The Dow Chemical Company以商標(biāo)“ELITE”出售的那些)，茂金屬催化的線性或基本線性的乙烯共聚物(例如由The DowChemical Company 以商標(biāo)“AFFINITY”和“ENGAGE”出售的那些以及由 ExxonMobil ChemicalCompany以商標(biāo)“Exact”和“Exceed”出售的那些)，基于丙烯的共聚物(例如由The DowChemical Company 以商標(biāo)“VERSIFY”出售的那些以及由 ExxonMobil Chemical Company 以商標(biāo)“Vistamaxx”出售的那些)，和烯烴嵌段共聚物(例如由The Dow Chemical Company以商標(biāo)“INFUSE”出售的那些)，和其它聚烯烴彈性體(例如由The Dow Chemical Company以商標(biāo)“NORDEL” 或 “NORDEL IP ” 出售的 EPDM)。聚合物的其它實(shí)例包括各種低聚物，例如以商標(biāo)“DER”購(gòu)自The Dow ChemicalCompany的高級(jí)環(huán)氧樹脂,和以商標(biāo)“DEN”購(gòu)自The Dow Chemical Company的線性酹醒清漆樹脂。這樣的聚合物的分子量和熔體指數(shù)(12，通過ASTM方法D-1238測(cè)得)可以廣泛變化。實(shí)例包括但不限于基于乙烯的聚合物，其熔體指數(shù)(12，通過ASTM方法D-1238(190° C和2. 16kg的條件)測(cè)得)為約O. I至約1000gm/10分鐘，更優(yōu)選為約O. 3至約200gm/10分鐘，更優(yōu)選為約O. 5至約10gm/10分鐘。其它實(shí)例包括但不限于，基于丙烯的聚合物，其熔體指數(shù)(12，通過ASTM方法D-1238 (230° C和2. 16kg的條件)測(cè)得)為約O. I至約1000gm/10分鐘，更優(yōu)選為約O. 3至約200gm/10分鐘，更優(yōu)選為約O. 5至約10gm/10分鐘。
以上聚合物通常在溶液或淤漿聚合反應(yīng)器中制備，其中單體和制得的聚合物夾帶在溶劑中。也可以制備包含(有意或無意地)大量或少量揮發(fā)性組分的其它聚合物溶液。典型的揮發(fā)性組分包括溶劑(例如芳族或脂族惰性稀釋劑)，以及未反應(yīng)的單體和/或共聚單體。有待從聚合物溶液中移除的溶劑、未反應(yīng)的單體、未反應(yīng)的共聚單體、和/或其它揮發(fā)性組分的量可以為極大過量至僅污染量。在溶液聚合裝置或淤漿聚合裝置中制備的熔融聚合物，甚至是在初始的閃蒸脫揮發(fā)分階段之后制備的熔融聚合物，通常在平板加熱器脫揮發(fā)分設(shè)備中加工它們的點(diǎn)包含10至25被％或更多的溶解或夾帶的揮發(fā)性組分。通常，脫揮發(fā)分的聚合物中剩余的殘留揮發(fā)性組分的量應(yīng)該小于約2000wppm,優(yōu)選為小于1500wppm,更優(yōu)選為小于lOOOwppm，通過ASTMD-4526測(cè)得。根據(jù)待脫揮發(fā)分的可流動(dòng)物料中揮發(fā)性組分的起始濃度，以及脫揮發(fā)分的產(chǎn)物中可接受的殘留揮發(fā)物的含量，可以使用脫揮發(fā)分設(shè)備的多于一個(gè)階段(例如兩個(gè)或三個(gè)階段)。而且，脫揮發(fā)分設(shè)備可以與其它已知脫揮發(fā)分技術(shù)組合使用，所述技術(shù)例如簡(jiǎn)單的閃蒸-脫揮發(fā)分，離子流體萃取，使用超臨界流體的萃取，蒸餾，蒸汽脫附或二氧化碳脫附，這是在單獨(dú)的脫揮發(fā)分階段中進(jìn)行或(在例如蒸汽脫附或二氧化碳脫附的情況下)與本發(fā)明設(shè)備組合在相同的脫揮發(fā)分階段進(jìn)行。設(shè)備的描述本發(fā)明的脫揮發(fā)分設(shè)備包括改善的熱交換器，其允許可流動(dòng)物料的較高流速同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱交換器的高速率和揮發(fā)性組分的基本上完全汽化兩者，從而提高熱交換器的通過量和效率。板子可以通過任何適當(dāng)?shù)牟牧现苽洌莾?yōu)選為由鋼、不銹鋼、鋁、或其它金屬材料制成。圖I描述了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一種實(shí)施方式的單個(gè)加熱通道(12)的形狀。加熱通道(12)是由周圍的板子(僅其一個(gè)板子的直接鄰近部分顯示于40)的壁(30)和限定通道(12)的地板和天花板的鄰近板塊或其它板子(未顯示)限定的空間。加熱通道本身包括兩個(gè)區(qū)域，從其入口(14)至其出口(16)具有相對(duì)大橫截面積的第一區(qū)域(10)，和在第一區(qū)域的出口(16)(也為第二區(qū)域的入口(24))和第二區(qū)域的出口(26)之間的至少一個(gè)位置中具有顯著較小橫截面積的第二區(qū)域(20)。設(shè)置第二區(qū)域的橫截面積的大小(根據(jù)操作條件和待脫揮發(fā)分的可流動(dòng)物料的性質(zhì))從而防止揮發(fā)性組分從第一區(qū)域(10)中可流動(dòng)物料的任何顯著閃蒸，從而使加壓的第一區(qū)域(10)內(nèi)的可流動(dòng)物料保持高于其泡點(diǎn)壓力，從而增強(qiáng)從形成通道的板的周圍壁(30)進(jìn)入第一區(qū)域(10)內(nèi)聚合物溶液的熱傳遞效率。同樣，設(shè)置第二區(qū)域(20)的受限部分(或全部)的橫截面積的大小以引起揮發(fā)性組分從可流動(dòng)物料的顯著閃蒸，優(yōu)選為基本上完全的閃蒸，所述可流動(dòng)物料或者在第二區(qū)域(20)本身內(nèi)，或更優(yōu)選地處于在從第二區(qū)域(20)的出口(26)離開之后直接其下游。限定加 熱通道的第一區(qū)域的板子優(yōu)選地具有與可流動(dòng)物料接觸的足夠的表面積，從而將其溫度提升至最終脫揮發(fā)分溫度。由于第一區(qū)域中可流動(dòng)物料上的壓力保持高于泡點(diǎn)壓力，消除了從第一區(qū)域閃蒸。通常，將設(shè)計(jì)和操作本發(fā)明的設(shè)備，使得在第一區(qū)域內(nèi)基本上所有位置，可流動(dòng)物料上的壓力比在加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)最高溫度時(shí)可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力高至少2%，優(yōu)選為高至少5%，更優(yōu)選為高至少10%，最優(yōu)選為高至少15%。各加熱通道的高度通常在其整個(gè)長(zhǎng)度上基本上相等-為便于加熱板堆的制造和組裝所必需的(如圖3和4所示)。選擇加熱通道和鄰近于加熱通道的加熱元件(如圖2、3、和4所示)的高度以及其它尺寸，以優(yōu)化熱量從那些加熱元件轉(zhuǎn)移進(jìn)加熱通道內(nèi)可流動(dòng)物料的功效。通常，加熱通道在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有基本上相等的高度，該高度為約O. 05cm至約5cm (O. 02至2英寸)，優(yōu)選為約O. 07至約2. 5cm (O. 03至I英寸)，更優(yōu)選為約O. 12至約I. 3cm (O. 05至O. 5英寸)。加熱通道(12)的第一區(qū)域(10)的形狀和橫截面積可以廣泛變化，條件是，在操作條件或設(shè)計(jì)條件下，穿過第一區(qū)域的可流動(dòng)物料保持高于在第一區(qū)域內(nèi)基本上所有位置的其泡點(diǎn)壓力。因此，如圖I所示，第一區(qū)域(10)的形狀和橫截面積(和水力半徑)在其入口(14)和其出口(16)之間可以基本上相等，除了相對(duì)短的過渡區(qū)域--例如在入口(14)顯示為(15)和在出口(16)顯示為(17)的過渡區(qū)域?？商鎿Q地，加熱通道的第一區(qū)域的形狀和橫截面積可以會(huì)聚、或發(fā)散、或多個(gè)部分的一些組合，其各自可以會(huì)聚、或發(fā)散、或基本上相等。不管該構(gòu)造，第一區(qū)域的平均水力半徑應(yīng)該大于第二區(qū)域的至少一部分的水力半徑。第二區(qū)域(20)開始于第一區(qū)域(10)的出口(16)并終止在出口(26)，該出口適合將可流動(dòng)物料排放進(jìn)收集-和-分離容器(未顯示于圖I，但是顯示于圖5作為容器(75))。第二區(qū)域(20)的長(zhǎng)度可變化，通常為加熱通道(12)總長(zhǎng)度的O. 2%至40%，更優(yōu)選為約O. 5至約10%，更優(yōu)選為約I至約5%。第二區(qū)域(20)的橫截面積小于第一區(qū)域(10)的橫截面積，既可以在第一區(qū)域(10)內(nèi)可流動(dòng)物料上施加足夠的背壓，也可以導(dǎo)致?lián)]發(fā)性組分快速和顯著地閃蒸出可流動(dòng)物料，該可流動(dòng)物料或在第二區(qū)域(20)內(nèi)，或優(yōu)選地在第二區(qū)域(20)的出口(26)的直接下游處。在其最窄的點(diǎn)，第二區(qū)域(20)的橫截面積通常為約O. 01至約2平方厘米，更優(yōu)選為約O. 02至約I平方厘米，更優(yōu)選為約O. I至約O. 5平方厘米。第一區(qū)域的平均橫截面積與第二區(qū)域最窄部分的橫截面積之比通常為約2:1至約200:1，優(yōu)選為約5:1至約60:1，更優(yōu)選為約10:1至約30:1。加熱通道的第二區(qū)域的形狀和橫截面積(和水力半徑)可以變化，條件是第二區(qū)域的尺寸使得，在操作條件或設(shè)計(jì)條件下，(a)穿過第一區(qū)域的可流動(dòng)物料保持在高于其泡點(diǎn)壓力的壓力，和(b)在第二區(qū)域中誘導(dǎo)的壓降將使得揮發(fā)性組分從可流動(dòng)物料顯著閃蒸。因此，如圖I所示，第二區(qū)域(20)的橫截面積和形狀在其入口(24)和其出口(26)之間可以基本上相等，除了在入口(24)的短過渡區(qū)域(25)?？商鎿Q地，第二區(qū)域的形狀和橫截面積可以會(huì)聚或發(fā)散或其一些組合，以誘導(dǎo)必需的壓降和揮發(fā)性組分在第二區(qū)域(20)內(nèi)，或優(yōu)選為在出口(26)的閃蒸。加熱通道(12)的總長(zhǎng)度通常為5至61cm (為2至24英寸)，優(yōu)選為15至31cm (為6至12英寸)，更優(yōu)選為20至26cm(為8至10英寸)。第一區(qū)域(10)的長(zhǎng)度通常為2. 5至51cm (為I至20英寸)，優(yōu)選為12至31cm (為5至12英寸)，更優(yōu)選為17至25cm (為7至
9.5英寸)。為提高熱交換器從周圍的板子到可流動(dòng)物料中的功效，第一區(qū)域應(yīng)該構(gòu)成加熱通道的大部分。因此，第一區(qū)域的長(zhǎng)度與加熱通道的總長(zhǎng)度之比通常為O. 5:1至O. 998:1,優(yōu)選為O. 7:1至O. 995:1，更優(yōu)選為O. 90:1至O. 99:1。對(duì)于設(shè)備的實(shí)施方式，該設(shè)備設(shè)計(jì)為從包含夾帶或溶解在粘性的熔融聚合物中的這些揮發(fā)性組分的可流動(dòng)物料脫揮發(fā)分溶劑、和未反應(yīng)的單體或共聚單體，第一區(qū)域(10)的平均水力半徑可以為約O. 06至約I. 2厘米(O. 024至O. 47英寸)，第二區(qū)域(20)的最受限部分(或全部)的水力半徑可以為約O. 03至約I. I厘米(O. 012至O. 43英寸)。加熱通道的高度通?？梢詾榧sO. 15至約2. 5cm(O. 06至I英寸)，更優(yōu)選為約O. 19至約Icm (O. 07 至O. 4英寸)，更優(yōu)選為約O. 25至約O. 64cm(O. I至O. 25英寸)。加熱通道的長(zhǎng)度可以為約5至約61cm(2至24英寸)；加熱通道的第一區(qū)域的長(zhǎng)度可以為約2. 5至約51cm(l至20英寸)，更優(yōu)選為約12至約28cm(5至11英寸)，更優(yōu)選為約17至約23cm(7至9英寸)。第二區(qū)域構(gòu)成加熱通道的剩余部分。因此，加熱通道的第二區(qū)域的長(zhǎng)度通常可以為約O. 2至約16cm (O. I至6英寸)，更優(yōu)選為約O. 5至約7. 6cm (O. 2至3英寸)，更優(yōu)選為約O. 7至約
2.6cm (O. 3 至 I 英寸)。加熱通道的第一和第二區(qū)域的寬度不同。第一區(qū)域的寬度可以為約I. 3至約30cm (O. 5至12英寸)，優(yōu)選為約2. 5至約20cm (I至8英寸)，更優(yōu)選為約3. 8至約IOcm (I. 5至4英寸)。第二區(qū)域的寬度可以為約O. 12至約15cm(O. 05至6英寸)，優(yōu)選為約O. 2至約2. 5cm (O. 075至I英寸)，更優(yōu)選為約O. 25至約O. 65cm (O. I至O. 25英寸)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，(a)第一區(qū)域的平均水力半徑與(b)第二區(qū)域具有最小橫截面積的部分的水力半徑之比為I. 05:1至約10:1,優(yōu)選為約I. 15:1至約8:1,更優(yōu)選為約I. 3:1至約6:1。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，加熱通道的長(zhǎng)度為約20至約26cm(8至10英寸)，加熱通道的高度為約O. 12至約O. 38cm(O. 05至O. 15英寸)，第一區(qū)域的長(zhǎng)度為約17至約24cm(7至9. 5英寸)，第一區(qū)域的寬度基本上相同，為約3. 8至約IOcm(I. 5至4英寸)，第一區(qū)域的水力半徑基本上相同，為約O. 061至約O. 184cm(O. 024至O. 072英寸)，第二區(qū)域的長(zhǎng)度為約O. 63至約I. 91cm(O. 25至O. 75英寸)，第二區(qū)域的寬度基本上相同，為約O. 25至約O. 64cm(O. I至O. 25英寸)，第二區(qū)域具有單個(gè)出口，并且水力半徑為約O. 04至約O. 12cm (O. 016至O. 047英寸)；(a)第一區(qū)域的平均水力半徑與(b)第二區(qū)域具有最小橫截面積的部分的水力半徑之比為約I. 05:1至約5:1。通常設(shè)計(jì)或操作本發(fā)明的加熱通道，使得可流動(dòng)物料的壓力當(dāng)可流動(dòng)物料通過加熱通道的第一區(qū)域時(shí)降低。對(duì)于給定的加熱通道設(shè)計(jì)，橫跨第一區(qū)域的壓降將隨著可流動(dòng)物料的通過量和粘度變化，其中較粘性的物料比較不粘性的物料經(jīng)歷較高的壓降。對(duì)于熔融聚合物的脫揮發(fā)分，橫跨第一區(qū)域的該壓降通常可以為約50至約2000psi，優(yōu)選為約100至約1800psi，更優(yōu)選為約300至約1500psig。但是，在第一區(qū)域內(nèi)的各位置的壓力在該位置應(yīng)該保持高于泡點(diǎn)壓力，以避免揮發(fā)性組分的閃蒸。通常，在第一區(qū)域內(nèi)基本上所有位置的壓力比在第一區(qū)域內(nèi)可流動(dòng)物料的最高溫度時(shí)其泡點(diǎn)壓力高至少5%(優(yōu)選為至少10%，更優(yōu)選為至少15%)。圖2描述用于結(jié)合了圖I的加熱通道設(shè)計(jì)的本發(fā)明設(shè)備的一種實(shí)施方式的板子頂部的簡(jiǎn)化軸向視圖。板子(40)具有多個(gè)加熱通道(12)，其提供軸向排列的室￠0)和收集-和-分離容器(未顯示于圖2，但是顯示于圖5作為容器(75))之間的流體連通，其中軸向排列的室(60)用于從泵(未顯示于圖2，但是顯示于圖5作為泵(62))接受待脫揮發(fā)分的可流動(dòng)物料的供應(yīng)，其中收集-和-分離容器在板子(40)的外部并且在其周圍。板子(40)具有多個(gè)加熱元件(50)，其置于板子(40)內(nèi)并且在加熱通道(12)周圍和之間隔開，并且適合將熱量從加熱元件(50)轉(zhuǎn)移通過板子(40)的壁(30)并進(jìn)入加熱通道(12)。加熱元件(50)可以是任何類型的加熱元件，例如電加熱元件或熱流體加熱元件。優(yōu)選地，力口熱元件(50)包括多個(gè)熱交換管,熱流體(例如蒸氣，熱油，合成液體，或其它加熱的液體)在該管中流動(dòng)。待使用加熱的流體的類型將取決于系統(tǒng)的溫度和壓力要求，如熱交換器的設(shè)計(jì)所熟知的。圖3描述側(cè)面的局部橫截面視圖，顯示沿圖2中顯示為3—3的截面截取的根據(jù)本發(fā)明設(shè)備一種實(shí)施方式的板子(40)的堆疊(70)的周邊部分。堆疊包括多個(gè)板子(40)， 其形狀為用適當(dāng)形狀的板塊(45)以交替層盤狀堆疊的盤并排列以限定各通道(12)的壁、地板和天花板并保護(hù)以便于限定中心室(未顯示于圖3，但是顯示為圖2、4和5中的60)，用于從供應(yīng)裝置接受待脫揮發(fā)分的可流動(dòng)物料。加熱元件(50)穿過，并適合將熱量轉(zhuǎn)移至，板子(40)和板塊(45)，進(jìn)而將這樣的熱量轉(zhuǎn)移通過加熱通道(12)的壁、地板和天花板進(jìn)入可流動(dòng)物料。加熱元件(50)可以是管道或管線，其中熱流體穿過該管道或管線。板子
(40)和板塊(45)可以由加熱元件，或其它固定裝置，例如螺栓(未顯示)固定在一起。堆疊(70)中板子(40)和板塊(45)的數(shù)目可以少至兩個(gè)至多達(dá)幾百個(gè)板，優(yōu)選為約10至約1000個(gè)板，更優(yōu)選為約100至約800個(gè)板。由各板子(40)和堆疊(70)中鄰近板塊(45)形成的加熱通道(12)的數(shù)目可以為每個(gè)板子少至一個(gè)至幾百個(gè)加熱通道，優(yōu)選為約2至約100個(gè)加熱通道，更優(yōu)選為約20至約70個(gè)加熱通道。給定堆疊(70)中加熱通道(12)的總數(shù)可以廣泛變化，為少至2至100，000或更多，優(yōu)選為約2，000至約60，000，更優(yōu)選為約10，000 至約 50，000。圖4是包括交替的板子(40)和板塊(45)的堆疊(70)的本發(fā)明片式加熱器一種實(shí)施方式的局部等軸視圖，板子(40)和板塊(45)共同限定加可流動(dòng)物料從中心室￠0)穿過進(jìn)入堆疊外部的熱通道(12)。加熱元件(50)(僅有幾個(gè)顯示于圖4)延伸通過堆疊(70)的板子(40)和板塊(45)。圖5是局部示意圖，部分顯示包括如前所述的片式加熱器堆疊(70)的本發(fā)明設(shè)備一種實(shí)施方式的斜切視圖。加熱器安裝在外殼或容器(75)內(nèi)并可密封地連接于外殼或容器(75)。外殼(75)的內(nèi)部和片式加熱器(70)的外部限定收集-和-揮發(fā)物-分離室(80)，其在操作條件和/或在設(shè)計(jì)條件，將保持在、或抽真空至減壓(通常為Ipsia或更少的真空)，在該減壓在可流動(dòng)物料在穿過加熱通道(12)之后進(jìn)入室(80)的溫度可流動(dòng)物料的揮發(fā)性組分是蒸氣。室(80)與蒸氣-抽真空系統(tǒng)(82)，例如真空泵(未顯示)操作連通，從而通過容器(75)的蒸氣出口(84)移除揮發(fā)性組分。蒸氣-抽真空系統(tǒng)(82)通常包括冷凝器(未顯示)以冷卻和冷凝蒸氣以及包括其它設(shè)備(未顯示)，正如所知，以分離然后循環(huán)或棄置揮發(fā)性組分。室(80)也與排放裝置(86)，例如齒輪泵(未顯示)操作連通，該排放裝置(86)連接于容器(75)的出口(88)并適用于從室(80)排放脫揮發(fā)分的液體或可流動(dòng)固體。多個(gè)加熱元件(50)(僅其中兩個(gè)顯示于圖5)延伸通過板子(40)和板塊(45)，將熱量從加熱源(54)例如用火加熱的加熱器或煮器(未顯示)轉(zhuǎn)移經(jīng)過板子和板塊進(jìn)入加熱通道(12)中的可流動(dòng)物料。作為比較，圖7描述了公開于美國(guó)專利5，453，158類型的平板式加熱器的單個(gè)加熱通道(512)，申請(qǐng)人認(rèn)為該常規(guī)加熱通道設(shè)計(jì)是在他們的發(fā)明之前最有效的技術(shù)。加熱通道(512)具有三個(gè)區(qū)域第一通常會(huì)聚區(qū)域(510)，該區(qū)域在其入口(518)比在其出口(530)寬；第二限制區(qū)域(514)，其中通道達(dá)到足以引起跨越限制區(qū)域(514)的壓降的最小寬度，從而防止在第一區(qū)域中揮發(fā)性組分的顯著閃蒸同時(shí)允許在第二個(gè)限制區(qū)域進(jìn)行閃蒸；第三通常發(fā)散區(qū)域(516)，其終止在出口(520)。該加熱通道設(shè)計(jì)允許揮發(fā)性組分的閃蒸，起始于第二區(qū)域并在第三區(qū)域繼續(xù)。美國(guó)專利5，453，158教導(dǎo)，第一區(qū)域(510)的長(zhǎng)度 為通道(512)總長(zhǎng)度的5至20%，第二區(qū)域(514)的長(zhǎng)度為通道(512)總長(zhǎng)度的I至40%，第三區(qū)域(516)的長(zhǎng)度為通道(512)總長(zhǎng)度的40至85%。使用該加熱通道設(shè)計(jì)的平板式加熱器(例如相等的O. 10英寸高度，總長(zhǎng)度為9. O英寸，第一會(huì)聚區(qū)域具有2. 8英寸寬入口和O. 6英寸的長(zhǎng)度，第二限制區(qū)域具有4. 8英寸長(zhǎng)度和I. 9英寸寬度，第三發(fā)散區(qū)域具有
3.6英寸長(zhǎng)度和4. 2英寸的出口寬度)已經(jīng)用于以至多約I. 23kg每小時(shí)每通道(2. 7磅每小時(shí)每通道)的速率將熔融聚合物脫揮發(fā)分，但是不能夠以任何較高的每通道通過量有效地脫揮發(fā)分。該限制必須使用非常大的平板的堆疊(在一些情況下需要724個(gè)板子，具有60個(gè)加熱槽/板子，總堆疊高度為145英寸)，這或?qū)γ摀]發(fā)分組的最大尺寸產(chǎn)生實(shí)踐限制(例如限制為約330千公噸每年)，其中使用單個(gè)片式加熱器/脫揮器設(shè)備，或者需要使用多余的片式加熱器/脫揮器組，附帶較高的資本成本。如以下實(shí)施例和對(duì)比例所示，本發(fā)明的加熱通道設(shè)計(jì)不是如此受限。圖6A、6B、和6C說明用于本發(fā)明設(shè)備的加熱通道的三個(gè)可替換實(shí)施方式，其中加熱通道的至少一些的第二區(qū)域具有多個(gè)出口，而非圖I所示的單個(gè)出口(26)。圖6A描述了本發(fā)明的單個(gè)加熱通道(112)的形狀，這是由周圍的板子的壁(130)(其僅一個(gè)板子直接鄰近的部分顯示為(140)和(142))和鄰近的板塊或其它板子(未顯示)(限定通道(112)的地板和天花板)限定的空間。加熱通道(112)本身由兩個(gè)區(qū)域組成第一區(qū)域(110)，其從其入口(114)至其出口(116)具有相對(duì)大的橫截面積；和第二區(qū)域(120)，其具有顯著較小的橫截面積并且包括入口(124)和兩個(gè)出口(126)和(127)，圖6B描述了本發(fā)明的單個(gè)加熱通道(212)的形狀，這是由周圍的板子的壁(230)(其僅一個(gè)板子直接鄰近的部分顯示為(240)、(242)和(244))和鄰近的板塊或其它板子(未顯示)(限定通道(212)的地板和天花板)限定的空間。加熱通道(212)本身由兩個(gè)區(qū)域組成第一區(qū)域(210)，其從其入口(214)至其出口(216)具有相對(duì)大的橫截面積；第二區(qū)域(220)，其具有顯著較小的橫截面積并且包括入口(224)和三個(gè)出口(226)、(227)和(228)，圖6C描述了本發(fā)明的單個(gè)加熱通道(312)的形狀，這是由周圍的板子的壁(330)(其僅一個(gè)板子直接鄰近的部分顯示為(340)、(342)和(344))和鄰近的板塊或其它板子(未顯示)(限定通道(312)的地板和天花板)限定的空間。加熱通道本身由兩個(gè)區(qū)域組成第一區(qū)域(310)，其從其入口(314)至其出口(316)具有相對(duì)大的橫截面積；和第二區(qū)域(320)，其具有顯著較小的橫截面積并且包括入口(324)和三個(gè)錯(cuò)列的出口(326)、(327)和(328)，在具有錯(cuò)列的出口(326)、(327)、和(328)的該實(shí)施方式中，來自加熱通道的液體或可流動(dòng)固體流出物的單獨(dú)的流(例如在一種實(shí)施方式中為熔融聚合物的線料)充分地呈放射狀分開使得，在操作條件或設(shè)計(jì)條件下，流出物流直至在發(fā)生基本上完全的脫揮發(fā)分之后才彼此物理接觸，?？梢韵胂?，這樣的交錯(cuò)的出口可以幫助避免來自鄰近出口的流出物液體或可流動(dòng)固體的混合，這種混合可以捕捉否則將會(huì)逸出的這種流出物流之間的揮發(fā)性組分。避免來自本發(fā)明的片式加熱器(未顯示)的流出物的這種直接接觸的其它方法包括使用各種形狀或尺寸的板子的堆疊，例如以倒轉(zhuǎn)的棱錐結(jié)構(gòu)(未顯示)，其中與片式加熱器中較低的板子相比，上方板子的加熱通道出口從片式加熱器的軸進(jìn)一步放射狀地隔開。在這樣的實(shí)施方式中，流出物流將下降進(jìn)入收集容器，非常類似于來自噴頭的水流。方法的描述參考圖5，在本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式的操作中，在適當(dāng)?shù)臏囟?，將熱流體從源
(54)泵送通過加熱元件(50)，加熱堆疊的板子(40)和板塊(45)。來自泵￠2)的聚合物溶液填充中心室(60)，進(jìn)入加熱通道(12)，向外流動(dòng)通過加熱通道(12)并離開進(jìn)入室(80)。 由于離開加熱通道(12)的可流動(dòng)物料的高溫、以及壓力降低至低于泡點(diǎn)壓力，揮發(fā)性組分閃蒸，該閃蒸發(fā)生在加熱通道(12)的第二區(qū)域(20)內(nèi)，或優(yōu)選地直接在加熱通道(12)的第二區(qū)域(20)的下游。閃蒸的蒸氣通過蒸氣-抽真空系統(tǒng)(82)移除通過蒸氣出口(84)。脫揮發(fā)分的液體或可流動(dòng)固體通過重力流在室(80)的底部中收集并通過收集系統(tǒng)(86)排放通過出口(88)，這可以是例如閥、齒輪泵、或擠出機(jī)(未顯示)。在一些實(shí)施方式中，對(duì)于從熔融聚合物移除溶劑和未反應(yīng)的單體和共聚單體，其中熔融聚合物中的揮發(fā)性組分的濃度非常高，適當(dāng)?shù)拿摀]發(fā)分可能需要使用以串聯(lián)操作的多于一個(gè)本發(fā)明設(shè)備，以在兩個(gè)或更多個(gè)步驟中減少熔融聚合物中揮發(fā)性組分的含量。盡管說明的實(shí)施方式表明，各室(12)具有矩形的橫截面，但是應(yīng)該理解入口和出口的邊緣也可以是圓形的。例如，為避免入口、出口、和/或通道的內(nèi)部的尖銳拐角，形成通道的板子或板塊的邊緣可以機(jī)械加工成具有曲線的(而非尖銳的)過渡。任何特定液體或可流動(dòng)固體的蒸發(fā)或熱分解溫度或者是本領(lǐng)域熟知的或者可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易確定。加熱通道內(nèi)可流動(dòng)物料的溫度不應(yīng)該升至或高于該溫度。當(dāng)本發(fā)明的脫揮發(fā)分設(shè)備用于從熔融聚合物移除揮發(fā)性組分(例如溶劑，未反應(yīng)的單體和/或共聚單體)時(shí)，通常沒必要將乙烯基芳族聚合物加熱至高于約350° C或加熱基于烯烴的聚合物至高于約290° C。實(shí)施例提供以下實(shí)施例以說明可使用本發(fā)明的設(shè)備和方法實(shí)現(xiàn)的出乎意料的性能。展示實(shí)施例以例證本發(fā)明實(shí)施方式但是不意圖限制本發(fā)明為陳述的具體實(shí)施方式
。除非相反地指出，否則所有的份和百分比均基于重量。所有的數(shù)值是近似值。當(dāng)給出數(shù)字范圍時(shí)，應(yīng)該理解，所述范圍外的實(shí)施方式仍可以落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。不應(yīng)該認(rèn)為各實(shí)施例中具體描述的細(xì)節(jié)我本發(fā)明的必要技術(shù)特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠使用已知的有限要素建模技術(shù)建模本發(fā)明的加熱通道內(nèi)任何可流動(dòng)物料的溫度和壓力。實(shí)施例和對(duì)比例的包含熔融聚合物、溶劑、和未反應(yīng)的單體的可流動(dòng)物料的適宜建模技術(shù)由C. G. Dumas和R. S. Dixit在他們的論文“Finite Element Modeling of Polymer Flow and Heat Transfer in ProcessingEquipment，，中進(jìn)行描述，其公開在 International Symposium on Computer Applicationsin Applied Polymer Science， II Automation， Modeling and Simulation， Toronto，Canada, and published in ACS Symposium Series, No. 44，521-536，1989。該文件的公開內(nèi)容通過參考并入本申請(qǐng)。實(shí)施例I和對(duì)比例A在實(shí)施例I和在對(duì)比例 A中，可流動(dòng)物料包含85wt%的熔融的乙烯-辛烯共聚物(其熔體指數(shù)(12)為O. 5gm/10分鐘)、15wt%的揮發(fā)性物質(zhì)(烷烴溶劑、未反應(yīng)的乙烯和未反應(yīng)的辛烯共聚單體的組合)，將可流動(dòng)物料在兩個(gè)單獨(dú)的脫揮發(fā)分系統(tǒng)中加工。對(duì)于實(shí)施例1，使用本發(fā)明脫揮發(fā)分設(shè)備的一種實(shí)施方式。片式加熱器堆疊具有二十七個(gè)組合板子-和-板塊元件(其中加熱通道由組合元件機(jī)械制造而成)和一個(gè)終端板塊元件，這樣組合元件各自具有2個(gè)加熱通道。在185° C(在該溫度該可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力為3. 9巴表壓[57psig])的溫度將可流動(dòng)物料泵送進(jìn)具有54個(gè)加熱通道的平板式加熱器，所述加熱通道具有圖I中說明的構(gòu)造。加熱通道的尺寸為相等高度為O. 25cm(O. I英寸)，總長(zhǎng)度為22. 9cm(9英寸)，第一區(qū)域的長(zhǎng)度為21. 6cm(8. 5英寸)，第一區(qū)域除了最后I. 9cm(O. 75英寸)之外所有的基本上相等的寬度為約5cm(2英寸)，最后I. 9cm是機(jī)械加工的從而光滑會(huì)聚至第二區(qū)域入口，第二區(qū)域的長(zhǎng)度為I. 3cm(O. 5英寸)，第二區(qū)域的基本上相等的寬度為O. 38cm(O. 15英寸)。第一區(qū)域除了最后I. 9cm(O. 75英寸)之外所有的水力半徑都為約O. 121cm(O. 0476英寸)，第二區(qū)域的水力半徑為約O. 076cm(O. 03英寸)，對(duì)于1.59:1的比率?？闪鲃?dòng)物料在第一區(qū)域的入口的壓力為88巴表壓(1276psig)，在第二區(qū)域的入口的計(jì)算的壓力為26巴表壓(380psig)這些壓力都高于可流動(dòng)物料在那些位置的泡點(diǎn)壓力。通過各通道的流速保持在約3. 54kg/小時(shí)(7. 8磅每小時(shí))。在加熱通道內(nèi)，可流動(dòng)物料通過間接熱交換器(來自包埋在板子中的加熱元件)加熱至約265° C的加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)的峰值溫度(在該溫度可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力為16.8巴表壓[243psig]，這低于在第二區(qū)域的入口 26巴表壓[380psig]的壓力)。收集和蒸氣-分離容器保持在約20毫巴(0.29psia)的減壓。從平板式加熱器的入口至收集和蒸氣-分離容器的壓降為約88巴(1276psi)。揮發(fā)性物料從可流動(dòng)物料中閃蒸并分離和回收，并回收經(jīng)脫揮發(fā)分的聚合物產(chǎn)物。至少3. 54kg/hr每加熱通道(7. 8磅每小時(shí)每加熱通道)的通過量可以在實(shí)施例I中達(dá)到，同時(shí)制得聚合物產(chǎn)物，其殘留的揮發(fā)性組分的含量小于2000wppm，通過ASTMD-4526 測(cè)得。針對(duì)與實(shí)施例I比較的目的，對(duì)比例A使用與實(shí)施例I相同的可流動(dòng)物料和與實(shí)施例I基本類似的脫揮發(fā)分設(shè)備，所不同的是平板式加熱器具有加熱通道，該加熱通道具有圖7中說明的美國(guó)專利5，453，158的三區(qū)域構(gòu)造。平板式加熱器堆疊具有一百個(gè)組合的板子-和-板塊元件(其中加熱通道由組合的元件機(jī)械加工制成)和一個(gè)終端板塊元件，這樣組合元件各自具有2個(gè)加熱通道。加熱通道的尺寸是相等高度為O. 25cm(O. I英寸)，總長(zhǎng)度為22. 9cm(9英寸)，第一會(huì)聚區(qū)域的長(zhǎng)度為I. 6cm(O. 63英寸)，第二限制區(qū)域的長(zhǎng)度為11. 6cm(4. 6英寸)，第三發(fā)散區(qū)域的長(zhǎng)度為9. 7cm(3. 8英寸)。第一會(huì)聚區(qū)域的入口寬度為約7cm(2. 8英寸)；第二限制區(qū)域的寬度基本上相等在5. 3cm(2. I英寸)；第三發(fā)散區(qū)域的寬度從其入口的5. 3cm(2. I英寸)在兩個(gè)階段中增加至在其出口的
10.8cm(4.2英寸)。第一區(qū)域的水力半徑在其入口從約O. 123cm(O. 048英寸)會(huì)聚至在其出口的約O. 121cm(O. 047英寸)。第二限制區(qū)域的水力半徑在其整個(gè)長(zhǎng)度基本上相等在約O. 121cm(0.047英寸)。第三區(qū)域的水力半徑從在其入口約O. 121cm(0. 047英寸)發(fā)散至在其出口的約O. 124cm(O. 049英寸)。如美國(guó)專利5，453，158教導(dǎo)，可流動(dòng)物料在第一區(qū)域中保持在基本上恒定的壓力(在該情況下為約48巴表壓^97psig)，在可在第一區(qū)域的出口達(dá)到的200° C峰值溫度)以避免在第一區(qū)域(即，加熱通道的最初I. 6cm(0. 625英寸))中閃蒸；但是，在第二限制區(qū)域內(nèi)，可流動(dòng)物料開始閃蒸，該閃蒸繼續(xù)通過第三區(qū)域并進(jìn)入收集和蒸發(fā)-分離容器室，它保持在約20毫巴(O. 29psia)的減壓。在該喇叭狀加熱通道設(shè)計(jì)的限制內(nèi)，可流動(dòng)物料在加熱通道的入口的壓力為約48巴表壓^97psig)，入口和收集容器之間的壓降為約48巴(697psi)。I. 2kg/hr每加熱通道(2. 7磅每小時(shí)每加熱通道)是在該加熱通道中達(dá)到的最高流速，同時(shí)制得聚合物產(chǎn)物，其殘留的揮發(fā)性組分的含量小于2000wppm，通過ASTM D-4526測(cè)得。實(shí)施例2和對(duì)比例B在實(shí)施例2和在對(duì)比例B中，在兩個(gè)單獨(dú)的脫揮發(fā)分系統(tǒng)中加工包含87wt%的熔融的乙烯-辛烯共聚物(其熔體指數(shù)(12)為L(zhǎng) 0gm/10分鐘)和13wt%的揮發(fā)性物質(zhì)(烷烴溶劑和未反應(yīng)的乙烯和辛烯單體的組合)的可流動(dòng)物料。 對(duì)于實(shí)施例2，使用本發(fā)明的脫揮發(fā)分設(shè)備的一種實(shí)施方式。片式加熱器堆疊具有282個(gè)板子和283個(gè)板塊,各板子具有40個(gè)加熱通道。將在溫度208° C(在該溫度可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力為6巴表壓[88psig])的可流動(dòng)物料泵送到具有11，280個(gè)加熱通道的平板式加熱器中，該加熱通道具有圖I中說明的構(gòu)造。加熱通道的尺寸是相等高度為O. 25cm(O. I英寸)，總長(zhǎng)度為22. 9cm(9英寸)，第一區(qū)域的長(zhǎng)度為21. 6cm(8. 5英寸)，第一區(qū)域除了最后I. 9cm(O. 75英寸)之外所有的基本上相等的寬度為5. Icm(2英寸)，最后I. 9cm是機(jī)械加工的從而光滑會(huì)聚至第二區(qū)域入口，第二區(qū)域的長(zhǎng)度為1.3cm(0.5英寸)，第二區(qū)域基本上相等的寬度為O. 38cm(O. 15英寸)。第一區(qū)域除了最后I. 9cm(O. 75英寸)之外所有的水力半徑都為約O. 121cm(0. 0476英寸)，第二區(qū)域的水力半徑為約
0.076011(0.03英寸)，對(duì)于1.59:1的比率?？闪鲃?dòng)物料在第一區(qū)域的入口的壓力為127巴表壓(1847psig)，在第二區(qū)域的出口的計(jì)算壓力為33.5巴表壓(486psig)-該壓力都高于可流動(dòng)物料在那些位置的泡點(diǎn)壓力。通過各通道的流速保持在約5kg/小時(shí)(11磅每小時(shí))。在加熱通道內(nèi)，可流動(dòng)物料通過間接熱交換器(來自包埋在板子中的加熱元件)加熱至加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)的約265° C的峰值溫度(在該溫度可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力為16. 8巴表壓[243psig]，這低于在第二區(qū)域的入口的33. 5巴表壓[486psig]的壓力)。收集和蒸氣-分離容器室中的壓力保持在約20毫巴(0.29psia)的減壓。從平板式加熱器入口至收集和蒸氣-分離容器的壓降為約127巴(1847psi)。揮發(fā)性物質(zhì)從可流動(dòng)物料閃蒸并分離和回收，回收經(jīng)脫揮發(fā)分的聚合物產(chǎn)物。至少5kg/hr每加熱通道(11磅每小時(shí)每加熱通道)的通過量可以在實(shí)施例2中達(dá)到，同時(shí)制得的聚合物產(chǎn)物的殘留揮發(fā)性組分的含量小于2000wppm，通過ASTM D-4526測(cè)得。針對(duì)與實(shí)施例2比較的目的，對(duì)比例B使用與實(shí)施例2相同的可流動(dòng)物料和類似于實(shí)施例2的脫揮發(fā)分設(shè)備，所不同的是平板式加熱器的加熱通道具有加熱通道，該加熱通道具有美國(guó)專利5，453，158的三區(qū)域構(gòu)造，如圖7所說明。平板式加熱器堆疊具有1068個(gè)板子和1069個(gè)板塊，各板具有40個(gè)加熱通道。加熱通道的尺寸為相等高度為約
O.25cm (O. I英寸)，總長(zhǎng)度為22. 9cm (9英寸)，第一會(huì)聚區(qū)域的長(zhǎng)度為I. 6cm (O. 63英寸)，第二限制區(qū)域的長(zhǎng)度為11. 6cm(4. 6英寸)，第三發(fā)散區(qū)域的長(zhǎng)度為9. 7cm(3. 8英寸)。入口至第一會(huì)聚區(qū)域的寬度為7cm(2. 8英寸)；第二限制區(qū)域的寬度基本上相等在5. 3cm(2. I英寸)；第三發(fā)散區(qū)域的寬度從在其入口的5. 3cm(2. I英寸)在兩個(gè)階段中增加至在其出口的10. 8cm (4. 2英寸)。第一區(qū)域的水力半徑從在其入口處約O. 123cm (O. 048英寸)會(huì)聚至在其出口約O. 121cm(O. 047英寸)。第二限制區(qū)域的水力半徑遍及其長(zhǎng)度基本上相等在約O. 121cm (O. 047英寸)。第三區(qū)域的水力半徑從在其入口的約O. 121cm (O. 047英寸)發(fā)散至在其出口的約O. 124cm(O. 049英寸)。如美國(guó)專利5，453，158中教導(dǎo)，可流動(dòng)物料在第一區(qū)域中保持在基本上恒定的壓力(在該情況為約54. 8巴表壓(795psig)，在可通過第一區(qū)域的出口達(dá)到的208° C峰值溫度)以避免在加熱通道的最初的I. 6cm(0. 63英寸)中閃蒸；但是，在第二區(qū)域內(nèi)，可流動(dòng)物料開始閃蒸，該閃蒸繼續(xù)通過第三區(qū)域并進(jìn)入收集和蒸發(fā)-分離容器室，它保持在約20毫巴(0.29psia)的減壓。在該喇叭狀加熱通道設(shè)計(jì)的限制內(nèi)，可流動(dòng)物料在加熱通道的入口的壓力為約54.8巴表壓(795psig)，入口和收集容器之間的壓降為約54. 8巴(795psi)。I. 3kg/hr/加熱通道(2. 9磅每小時(shí)每加熱通道)是在該加熱通道內(nèi)達(dá)到的最高流速，同時(shí)制得聚合物產(chǎn)物的殘留揮發(fā)性組分小于2000wppm，通過 ASTM D-4526 測(cè)得。這些實(shí)施例表明，盡管產(chǎn)生相同水平的可流動(dòng)物料的脫揮發(fā)分，但是本發(fā)明設(shè)備的兩區(qū)域的瓶狀加熱通道設(shè)計(jì)(如圖I中說明)使得每通道的通過量能夠顯著高于使用美國(guó)專利5，453，158的三區(qū)域喇叭狀加熱通道設(shè)計(jì)(如圖7中說明)所達(dá)到的。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的瓶狀加熱通道設(shè)計(jì)使得每個(gè)通道的通過量通常是具有相同總通道長(zhǎng)度的喇叭狀通道(如描述于美國(guó)專利5，453，158)生通過量的I. 2至10倍，優(yōu)選為I. 5至7倍，更優(yōu)選為2至5倍。這種出乎意料的結(jié)果使得能夠設(shè)計(jì)遠(yuǎn)更有效和較便宜的脫揮發(fā)分設(shè)備-僅需要美國(guó)專利5，453，158設(shè)計(jì)的板子數(shù)目的幾分之一。可替換地，使用相同數(shù)目的板子，使用本發(fā)明加熱通道構(gòu)造的平板式加熱器可以加工多幾倍的可流動(dòng)物料，從而以相同的堆疊高度得到較高的通過量。實(shí)施例3和4，和對(duì)比例C下表和實(shí)施例進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)該結(jié)果
權(quán)利要求
1.脫揮發(fā)分設(shè)備，包括 (a)泵，用于提供加壓的可流動(dòng)物料，該物料包含至少ー種熔融的聚合物和至少ー種溶解的或夾帶的揮發(fā)性組分，所述可流動(dòng)物料的特征在于泡點(diǎn)壓カ隨所述可流動(dòng)物料的溫度變化， (b)收集-和-揮發(fā)物-分離容器，和 (c)限定多個(gè)加熱通道的多個(gè)板子，每個(gè)通道具有基本上相同的高度并且具有兩個(gè)區(qū)域，包括 第一區(qū)域，具有(I)平均水力半徑，和(2)適合從所述泵接受所述可流動(dòng)物料的入口，和 第二區(qū)域，構(gòu)成每個(gè)通道的剰余部分，所述第二區(qū)域適合從第一區(qū)域接受所述可流動(dòng)物料并且具有至少ー個(gè)適合將所述可流動(dòng)物料排放進(jìn)所述收集-和-揮發(fā)物-分離容器的出口，其中與第一區(qū)域的平均水力半徑相比，第二區(qū)域的至少一部分具有較小的水力半徑，和 其中所述加熱通道的至少ー些的設(shè)計(jì)或操作使得所述可流動(dòng)物料在那些加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)的基本上所有位置的壓カ超過所述可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力，和 (d)多個(gè)加熱元件，適用于加熱所述板子的至少ー些以便于當(dāng)所述可流動(dòng)物料流動(dòng)通過所述加熱通道時(shí)提高所述可流動(dòng)物料的溫度。
2.脫揮發(fā)分設(shè)備，包括 供給裝置，用于提供加壓的可流動(dòng)物料，其包含至少ー種液體或可流動(dòng)的固體、以及至少ー種夾帶的或溶解的揮發(fā)性組分，所述可流動(dòng)物料的特征在于泡點(diǎn)壓カ隨所述可流動(dòng)物料的溫度變化， 收集-和-揮發(fā)物-分離裝置，和 限定多個(gè)加熱通道的多個(gè)板子，每個(gè)通道具有兩個(gè)區(qū)域，包括 第一區(qū)域，具有(I)平均水力半徑，和(2)適合從所述供給裝置接受 所述可流動(dòng)物料的入口，和 第二區(qū)域，構(gòu)成每個(gè)通道的剰余部分，所述第二區(qū)域適合從第一區(qū)域接受所述可流動(dòng)物料并且具有至少ー個(gè)適合將所述可流動(dòng)物料排放進(jìn)所述收集-和-揮發(fā)物-分離裝置的出口，其中與第一區(qū)域的平均水力半徑相比，第二區(qū)域的至少一部分具有較小的水力半徑，和 其中所述加熱通道的至少ー些的設(shè)計(jì)或操作使得所述可流動(dòng)物料在那些加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)的基本上所有位置的壓カ高于所述可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓力。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，還包括多個(gè)加熱元件，其適用于加熱所述板子以便于當(dāng)所述可流動(dòng)物料流動(dòng)通過所述加熱通道時(shí)將熱量轉(zhuǎn)移至所述可流動(dòng)物料并提高其溫度。
4.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱元件在所述板子中、穿過所述板子、或鄰近于所述板子基本上呈直角安裝，并且其中所述加熱元件選自電加熱元件，熱流體加熱元件，或其一些組合。
5.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱元件適用于充分加熱所述板子以當(dāng)所述可流動(dòng)物料流動(dòng)通過所述加熱通道時(shí)將熱量轉(zhuǎn)移至所述可流動(dòng)物料，使得，在操作條件或在設(shè)計(jì)條件，所述可流動(dòng)物料的溫度將升至某值，該值(a)低于所述熔融的聚合物本身將會(huì)蒸發(fā)或分解的最低溫度，和(b)不低于使得揮發(fā)性組分在第一區(qū)域下游的點(diǎn)從所述熔融的聚合物閃蒸所必需的溫度。
6.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些具有單個(gè)出口。
7.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些具有兩個(gè)或三個(gè)出口。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的第二區(qū)域的出口在空間上充分隔開使得，在操作條件或在設(shè)計(jì)條件下，來自鄰近出口的液體或可流動(dòng)固體流出物直至已經(jīng)出現(xiàn)基本上完全的脫揮發(fā)分之后才會(huì)彼此物理接觸。
9.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中對(duì)于所述加熱通道的至少ー些，其第二區(qū)域的水力半徑的大小使得，在操作條件或在設(shè)計(jì)條件下，在第一區(qū)域內(nèi)的所述可流動(dòng)物料的壓カ比在第一區(qū)域內(nèi)所述可流動(dòng)物料的最高溫度時(shí)所述可流動(dòng)物料的泡點(diǎn)壓カ高至少5%。
10.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的總長(zhǎng)度為15cm至31cm(6至12英寸)，那些加熱通道的第一區(qū)域的長(zhǎng)度為14cm至29cm(5. 5至11. 5英寸)。
11.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的總長(zhǎng)度為20cm至26cm(8至10英寸)，那些加熱通道的第一區(qū)域的長(zhǎng)度為17cm至25cm (7至9. 5英寸)。
12.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些具有的第一區(qū)域的長(zhǎng)度與所述加熱通道的總長(zhǎng)度之比為約0. 90:1至約0. 99:1。
13.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中下述兩者的比率為約1.05:1至約10:1:(i)第一區(qū)域的平均水力半徑，(ii)第二區(qū)域具有最小橫截面積的部分的水力半徑。
14.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的第一區(qū)域的水力半徑沿第一區(qū)域的長(zhǎng)度基本上相同。
15.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的第一區(qū)域的橫截面積沿第一區(qū)域的長(zhǎng)度會(huì)聚和/或發(fā)散，或沿第一區(qū)域的長(zhǎng)度會(huì)聚、基本上相同、和/或發(fā)散的ー些組ムロ o
16.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中設(shè)計(jì)或操作所述加熱通道和所述設(shè)備的剰余部分，使得(i)在各加熱通道的第一區(qū)域內(nèi)基本上所有的點(diǎn)所述可流動(dòng)物料的壓カ比所述可流動(dòng)物料在第一區(qū)域內(nèi)最高溫度時(shí)其泡點(diǎn)壓カ高至少5%，(ii)每個(gè)加熱通道可流動(dòng)物料的通過量大于1.4kg/hr，和(iii)引入到第二區(qū)域內(nèi)或下游的揮發(fā)性組分的閃蒸制得分離的液體或可流動(dòng)固體產(chǎn)物，所述分離的液體或可流動(dòng)固體產(chǎn)物的揮發(fā)性組分的殘留濃度不高于2000wppm。
17.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的大小使得，在操作條件或在設(shè)計(jì)條件下，每個(gè)加熱通道的可流動(dòng)物料的通過量為約2至約lOkg/hr。
18.權(quán)利要求I的設(shè)備，其中所述加熱通道的至少ー些的大小使得，在操作條件或在設(shè)計(jì)條件下，那些加熱通道的第一區(qū)域的入口和出口之間的壓降將為至少lOOpsig。
19.ー種用于將包含液體或可流動(dòng)固體、以及至少ー種夾帶的或溶解的揮發(fā)性組分的可流動(dòng)物料脫揮發(fā)分的方法，所述方法包括在脫揮發(fā)分條件下操作時(shí)使該可流動(dòng)物料穿過權(quán)利要求2的脫揮發(fā)分設(shè)備。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述方法分離所述揮發(fā)性組分并制得產(chǎn)物，該產(chǎn)物的揮發(fā)性組分的殘留濃度比引入到所述脫揮發(fā)分設(shè)備中的可流動(dòng)物料中揮發(fā)性組分的濃度小至少90%。
21.權(quán)利要求19的方法，其中引入到所述脫揮發(fā)分設(shè)備中的所述可流動(dòng)物料的液體或可流動(dòng)固體組分選自熔融聚合物，干酪，巧克力，糖蜜，其它可流動(dòng)的食品產(chǎn)品，蠟，重油，焦油，浙青，其它可流動(dòng)的建筑材料，樹液，紙漿，紙，皂，生物質(zhì)，粘合剤，醫(yī)藥品，其它粘性液體，或其任何組合。
22.權(quán)利要求19的方法，其中引入到所述脫揮發(fā)分設(shè)備的可流動(dòng)物料包含至少ー種熔體流動(dòng)速率(12)為約0. 3至約200gm/10分鐘的熔融聚合物，和ー種或多種揮發(fā)性組分，該揮發(fā)性組分選自未反應(yīng)的單體、溶劑和未反應(yīng)的共聚單體、及其組合。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述聚合物選自(i)一種或多種こ烯基芳族單體的均聚物和共聚物(包括接枝共聚物)及其與其它聚合物的共混物，和(ii) 一種或多種C2至Cki烯烴的均聚物和共聚物(包括接枝共聚物)及其與其它聚合物的共混物，其中所述基本上脫揮發(fā)分的產(chǎn)物的揮發(fā)性組分的殘留含量小于2000wppm。
24.從至少一種單體和任選的ー種或多種共聚單體在負(fù)載型或未負(fù)載型催化劑存在下制備聚合物的方法，其中引入的聚合物溶解或懸浮在溶劑中，并且其中加工包含熔融形式的聚合物、溶劑和ー種或多種未反應(yīng)的單體或共聚單體的可流動(dòng)物料以從所述熔融聚合物中移除大部分的溶劑和未反應(yīng)的單體或共聚單體，改進(jìn)包括使用權(quán)利要求I的脫揮發(fā)分設(shè)備加工所述可流動(dòng)物料從而制得基本上脫揮發(fā)分的聚合物產(chǎn)物，該聚合物產(chǎn)物的溶劑和未反應(yīng)的單體或共聚單體的殘留含量小于2000wppm。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方式提供使用具有加熱通道的板加熱器將可流動(dòng)物料(例如熔融聚合物以及夾帶或溶解的溶劑或未反應(yīng)的單體或共聚單體)脫揮發(fā)分的設(shè)備和方法，加熱通道的設(shè)計(jì)或操作使得在穿過較大第一區(qū)域并然后在加熱通道的較小第二區(qū)域中、或下游誘導(dǎo)閃蒸過程中，可流動(dòng)物料保持高于其泡點(diǎn)壓力。該設(shè)備與現(xiàn)有脫揮發(fā)分設(shè)備相比，能夠得到較高的每個(gè)加熱通道的產(chǎn)量同時(shí)實(shí)現(xiàn)同等或較好的脫揮發(fā)分。
文檔編號(hào)C08F6/00GK102858415SQ201180018515
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者C.S.泰勒, R.S.迪希特, R.P.舍塔姆 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司