專利名稱：使用雙剪切混合元件的聚合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙剪切混合元件。該混合元件可用于其中不同溫度的液體必須在短時(shí)間內(nèi)徹底混合且溶質(zhì)必須基本留在溶液中的化學(xué)反應(yīng)器中。本發(fā)明在聚烯烴的溶液聚合中是特別有用的。
背景技術(shù)：
存在許多將較冷的液流引入較熱的溶液中的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。涉及這類過(guò)程的一個(gè)例子為溶質(zhì)從較熱溶液中沉淀。將此問(wèn)題降至最小的一個(gè)方法是提供溶液快速混合，一般通過(guò)使用某些類型的高強(qiáng)度剪切裝置如攪拌槳或攪拌器。通常隨著溶質(zhì)濃度的增加，溶液經(jīng)常變得更粘稠且/或是非牛頓流體，較冷溶液和熱溶液的快速混合變得更困難。如果在反應(yīng)器中的停留時(shí)間較短則這個(gè)問(wèn)題更明顯。如果溶質(zhì)難以再溶解到溶劑中則出現(xiàn)進(jìn)一步的問(wèn)題。這可能導(dǎo)致在反應(yīng)器中形成可最終影響產(chǎn)物的沉淀。當(dāng)該過(guò)程由熱或焓傳遞因素控制時(shí)這個(gè)問(wèn)題特別嚴(yán)重。
所有上述問(wèn)題與本體和溶液聚合(與乳液和懸浮聚合相反，后二者中稀釋劑通常為水，反應(yīng)熱不是顯著問(wèn)題)特別相關(guān)，在這些聚合中必須處理來(lái)自反應(yīng)器的聚合熱。對(duì)于某些聚合反應(yīng)，這導(dǎo)致使用“鏈?zhǔn)健狈磻?yīng)器，反應(yīng)物在不同反應(yīng)器中被加熱依次達(dá)到較高的溫度并依次達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化。一般地，如果在反應(yīng)器中的停留時(shí)間較長(zhǎng)(例如大約幾小時(shí))并且混合時(shí)間較短(例如大約幾十分)，則不存在太顯著的問(wèn)題。
在烯烴的連續(xù)溶液聚合中存在一些問(wèn)題。在反應(yīng)器中的停留時(shí)間一般很短并且催化劑在較高溫度的壽命也較短。因此必須徹底且快速地將本體反應(yīng)器中的物料與催化劑及反應(yīng)器進(jìn)料流混合。當(dāng)催化劑被加熱到反應(yīng)器的操作溫度后，它具有很短的半衰期。當(dāng)溶液的粘度升高時(shí)情況變得更糟(最顯著的是當(dāng)使用高濃度聚合物或當(dāng)使用較冷條件制造較高分子量聚合物時(shí))。
已經(jīng)有一些解決此問(wèn)題的方法。一個(gè)方法是使用管式反應(yīng)器。管式或環(huán)式反應(yīng)器的大表面積幫助排除反應(yīng)熱。為了避免沉淀問(wèn)題，反應(yīng)器進(jìn)料流的溫度應(yīng)在聚合物從溶劑中沉淀的溫度之上。但是較高的反應(yīng)器溫度也可導(dǎo)致形成不希望的低分子量聚合物。因此通常存在溫度極限以靈活地限制管式或環(huán)式反應(yīng)器的操作。
1981年8月4日授予并轉(zhuǎn)讓給國(guó)家釀酒與化學(xué)公司(NationalDistiller and Chemical Corp.)的美國(guó)專利4,282,339公開(kāi)了其中使用兩個(gè)排列的高壓釜的α烯烴的高壓聚合方法。第一個(gè)反應(yīng)器是較高壓力的反應(yīng)器(例如30,000psi)。將第一個(gè)反應(yīng)器的產(chǎn)物冷卻(仍在高壓下)，然后在較低壓力下(例如22,000psi)將其引入第二個(gè)反應(yīng)器并結(jié)束聚合。該文獻(xiàn)沒(méi)有公開(kāi)中等壓力聚合或建議本發(fā)明類型的混合元件。
1985年1月29日授予并轉(zhuǎn)讓給道化學(xué)公司(The Dow ChemicalCompany)的美國(guó)專利4,496,698談到了類似的高壓聚合乙烯的方法，其中第一個(gè)反應(yīng)器是在高于50,000千帕斯卡(“kPa”)(約7,500psi)的壓力下操作的，隨后將聚合物熔體冷卻并通過(guò)一個(gè)冷卻的熱交換器加入到第二個(gè)反應(yīng)器中，第二個(gè)反應(yīng)器可以是管式或環(huán)式反應(yīng)器。該文獻(xiàn)沒(méi)有講授中等壓力聚合或建議本發(fā)明類型的混合元件。
D.F.Ryan，L.P.B.M.Janssen和L.L.van Dierendonck在《化學(xué)工程科學(xué)》1988年43卷8期1961-1966頁(yè)的論文“帶有螺帶攪拌器的大型聚合反應(yīng)器中的循環(huán)時(shí)間預(yù)測(cè)”闡述了一種帶有螺帶攪拌器的化學(xué)反應(yīng)器(可用于聚合)但并未建議根據(jù)本發(fā)明的混合元件。
本發(fā)明旨在提供一種可用于快速混合較冷和較熱溶液(優(yōu)選溶劑為烴)的混合元件以減小溶質(zhì)沉淀的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于化學(xué)反應(yīng)器的混合元件，包括共同運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備a.限定開(kāi)放的內(nèi)部空間的管，所述管具有圓筒形上部、喇叭形底部及位于所述上部和所述底部之間的固定導(dǎo)葉，其中所述固定導(dǎo)葉在所述圓筒形上部和所述喇叭形底部之間的區(qū)域部分縮小了所述開(kāi)放的內(nèi)部空間；b.聯(lián)合的螺旋推運(yùn)器和葉輪，包括b1.在所述管內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的中心軸；b2.至少一個(gè)與所述中心軸整體相連以圍繞所述中心軸呈螺旋狀的螺旋推運(yùn)器螺旋片，其中所述螺旋推運(yùn)器螺旋片位于并在所述管的圓筒形上部的開(kāi)放空間內(nèi)可旋轉(zhuǎn)；和b3.在所述固定導(dǎo)葉和所述至少一個(gè)螺旋推運(yùn)器螺旋片之下以足以允許在所述固定導(dǎo)葉和所述至少一個(gè)螺旋推運(yùn)器螺旋片之間進(jìn)行清理的距離與所述軸相連的一組葉輪葉片，其中所述葉輪葉片位于并在所述管的喇叭形底部?jī)?nèi)的開(kāi)放空間中可旋轉(zhuǎn)，條件是所述葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)直徑大于所述至少一個(gè)螺旋推運(yùn)器螺旋片的旋轉(zhuǎn)直徑。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一個(gè)反應(yīng)器，其包括密閉圓筒形容器，所述容器帶有一個(gè)或多個(gè)入口、一個(gè)或多個(gè)出口，高度與直徑的比例為1.5∶1至5∶1，并包括位于內(nèi)部的如上所述的混合元件，混合元件優(yōu)選具有的高度為反應(yīng)器內(nèi)部高度的0.75-0.90倍，所述的一個(gè)或多個(gè)入口的至少一個(gè)位于所述的密閉圓筒形容器的底部并且所述混合元件的喇叭形部分離該至少一個(gè)入口最近。
本發(fā)明進(jìn)一步提供將溫度為20-200℃的較冷液體混入溫度為110-300℃的較熱且更粘稠溶液中的方法，所述較冷液體的溫度比所述溶液的溫度至少低20℃，該方法包括將所述較冷液體通過(guò)鄰近所述管的喇叭形部分的入口引入到上述反應(yīng)器中和以足以在所述管的喇叭形底部?jī)?nèi)提供湍流混合的速度旋轉(zhuǎn)所述混合元件的中心軸。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中較熱溶液包括乙烯、聚乙烯和溶劑(優(yōu)選有機(jī)溶劑)的溶液，而較冷溶液包括催化劑、活化劑、溶劑和單體。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為包括根據(jù)本發(fā)明的混合元件的反應(yīng)器的剖面示意圖。
圖2為使用兩個(gè)反應(yīng)器的聚合過(guò)程的示意圖。
進(jìn)行本發(fā)明的最佳模式結(jié)合圖1說(shuō)明本發(fā)明的混合元件。雖然圖1描述是乙烯的溶液聚合，但本發(fā)明提供的是可用于任何需要有效混合并涉及溶液和可能的沉淀內(nèi)的溫度梯度的化學(xué)反應(yīng)器中的高剪切/低剪切混合設(shè)備。該混合元件最優(yōu)選用于在中等壓力下乙烯的溶液聚合的反應(yīng)器中。
在圖1中混合元件1位于帶有(任選)用來(lái)加熱(或冷卻)的夾套3的反應(yīng)器2中。夾套有至少一個(gè)入口4和至少一個(gè)出口5以允許加熱或冷卻介質(zhì)流過(guò)夾套并加熱或冷卻反應(yīng)器。反應(yīng)器也帶有入口6和出口7。入口管的端點(diǎn)優(yōu)選位于混合元件的喇叭形底部9的附近。一般反應(yīng)器可具有1.5∶1-5∶1的高度直徑比，優(yōu)選為約1.6∶1-3∶1。
混合元件包括一個(gè)帶有圓筒形上部8和喇叭形底部9的連續(xù)管。喇叭形部分9可以是如圖1所示的向外傾斜部分或者可以是“喇叭口”形。在連續(xù)管內(nèi)部圓筒形部分和喇叭或向外傾斜部分之間是固定的導(dǎo)葉10。導(dǎo)葉10減小或縮小通過(guò)導(dǎo)葉的管橫截面中的開(kāi)放內(nèi)部空間。這也壓縮了通過(guò)此空間的物流。導(dǎo)葉本質(zhì)上可以是能提供這種流動(dòng)壓縮的任何形狀。方便起見(jiàn)，導(dǎo)葉可以是簡(jiǎn)單的孔板(即帶有鉆過(guò)板的中心孔的平環(huán)形板)。另一種導(dǎo)葉設(shè)計(jì)包括一個(gè)中心環(huán)(該環(huán)以允許軸旋轉(zhuǎn)的方式環(huán)繞軸11)、一個(gè)外部環(huán)(與管相連)及連接外部環(huán)到內(nèi)部環(huán)的“葉片”或“桿”。導(dǎo)葉10的“葉片”可以是基本垂直的或可以具有很小的傾斜度(一般偏離垂直方向5°以下)。導(dǎo)葉10離葉輪葉片13最近。因此當(dāng)葉輪葉片13旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生在喇叭形底部9中的混合受到導(dǎo)葉的作用，一般以增加喇叭形底部9中的剪切力的方式進(jìn)行。
中心軸11穿過(guò)反應(yīng)器壁并由一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置如電機(jī)(未示出)提供動(dòng)力。在混合元件的圓筒形部分中的中心軸的周圍是螺旋推運(yùn)器螺旋片12。中心軸其根部平均直徑優(yōu)選為螺旋推運(yùn)器螺旋片的最大直徑的約0.10-0.75，最優(yōu)選約0.30-0.50倍(即這里的“最大直徑是螺旋推進(jìn)器螺旋片在通過(guò)軸的一個(gè)水平平面內(nèi)掃過(guò)的圓形直徑，在圖1中用參考代號(hào)20指示)。該直徑的另一個(gè)名字為旋轉(zhuǎn)直徑。螺旋片直徑優(yōu)選是圓筒形部分8的內(nèi)部空間直徑的0.85-0.99倍(最優(yōu)選為0.95-0.99倍)。因此，如圖1所示，螺旋推運(yùn)器螺旋片12幾乎接觸到圓筒形上部8的內(nèi)壁。螺旋片具有0.85-1.50倍于中心軸直徑的節(jié)距。一般節(jié)距可以與水平方向成15-45°角，優(yōu)選30-45°角。每一個(gè)螺旋片的邊緣可以在其上表面帶有細(xì)長(zhǎng)的凸緣或卷邊。
螺旋推運(yùn)器螺旋片12是一個(gè)連續(xù)的元件并以螺旋狀整體與中心軸11相連。因此螺旋推運(yùn)器螺旋片12和中心軸11構(gòu)成一個(gè)可被本領(lǐng)域技術(shù)人員描述為阿基米得螺旋的元件。使用一個(gè)以上的螺旋推運(yùn)器螺旋片是允許的(并且意識(shí)到使用一個(gè)以上的螺旋推運(yùn)器螺旋片一般將減小在軸上的彎曲運(yùn)動(dòng)，但需要用去額外的能源以旋轉(zhuǎn)軸)。
在中心軸的底部是一組葉輪葉片13。旋轉(zhuǎn)直徑(由參考代號(hào)30所示)，或(另一種說(shuō)法)由葉輪葉片掃過(guò)的圓形直徑可以是管的喇叭形部分9在其最近路徑點(diǎn)的內(nèi)徑的0.85-0.99倍。在圖中管的喇叭形部分以直線與圓筒形部分成一定角度(在橫截面中)而葉輪葉片是矩形的(即葉輪葉片的圖形顯示的是90°(或“直角”者))。因此最近路徑點(diǎn)在葉輪葉片上緣的平面內(nèi)。但是葉輪葉片不必是矩形的。它們可以與管的喇叭形部分具有相同的傾斜角度或者它們可以具有某些其它合適的形狀(例如“喇叭口”形)。在管的喇叭形部分是湍流混合(即意謂著雷諾數(shù)至少為500)是最優(yōu)選的。葉輪葉片可以是垂直的(即具有兩個(gè)與軸的旋轉(zhuǎn)軸平行的邊緣)或與垂直方向成傾斜達(dá)45°角。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，第二組的葉輪葉片14可以在連續(xù)管的圓筒形部分之上與中心軸相連。由第二組葉輪葉片掃過(guò)的圓周直徑可以是連續(xù)管的圓筒形部分內(nèi)直徑的0.9-1.3倍，優(yōu)選約0.9-1.2倍。與在喇叭形部分的葉輪葉片13一樣，第二組葉輪葉片14可以是垂直的或者可以與垂直方向傾斜成約30-45°角。
在操作中該反應(yīng)器可用于乙烯的溶液聚合。在聚乙烯的中等壓力溶液聚合中壓力小于5,000psi(約35,000kPa)且優(yōu)選約為2,000-3,000psi(約14,000-23,000kPa)。將單體，一般為約35-100重量％乙烯和0-65重量％一種或多種C4-10-α-烯烴如1-丁烯、1-己烯和1-辛烯溶解在溶劑(一般為C5-8脂族溶劑)中，并加入到反應(yīng)器中。(也可選擇性使用其它與乙烯共聚的單體-如乙烯基芳烴(例如苯)、丁二烯和降冰片烯。)反應(yīng)器一般在110-300℃操作。可在比反應(yīng)器中物料溫度低的溫度將一部分原料、連同催化劑(一般包括齊格勒納塔催化劑、或單點(diǎn)/均相催化劑如茂金屬)、和活化劑(該活化劑一般為鋁化合物、或鋁噁烷、或“弱配位陰離子”(例如B(C6F5)3或B(C6F5)4配合物如[CPh3][B(C6F5)4]))加入到反應(yīng)器中。反應(yīng)器中物料比較冷的進(jìn)料更粘稠(由于存在溶解的聚乙烯)并且一般不形成牛頓流體。一般反應(yīng)器中物料包括約3-20％聚乙烯在溶劑中的溶液。
較冷的液體進(jìn)料進(jìn)入反應(yīng)器中最近的連續(xù)管的喇叭形部分9中并朝向連續(xù)管的喇叭形部分9中的葉輪葉片。葉輪葉片13的大旋轉(zhuǎn)直徑在喇叭形底部9的邊界內(nèi)產(chǎn)生高剪切帶。在混合元件的底部在較高剪切帶中較冷液體與較熱液體快速混合。高剪切提供了新鮮催化劑與反應(yīng)物的本體溶液的徹底混合，這提供了高速聚合。而且，較冷的溶液冷卻了反應(yīng)混合物。但是，該混合基本不使聚合物從溶液中沉淀出來(lái)。在喇叭形部分9的高剪切混合帶中，一些反應(yīng)物是朝下的，如圖1中箭頭所示。通過(guò)反應(yīng)器中的再循環(huán)該物料隨后又朝上進(jìn)入高剪切混合帶。有些液體在管的圓筒形部分8的底部通過(guò)導(dǎo)葉10并由在中心軸上的旋轉(zhuǎn)螺旋推運(yùn)器螺旋片向上拉動(dòng)。在混合元件這部分的剪切速率比在混合元件的喇叭形部分的低，螺旋推運(yùn)器部分中的反應(yīng)物本身趨向于向上滾動(dòng)。這由螺旋推運(yùn)器底部的箭頭16所示。這也提供了連續(xù)管內(nèi)的良好混合。物料沿管向上移動(dòng)，隨后溢出管，其中一部分作為產(chǎn)物流移出而剩余者一般通過(guò)反應(yīng)器循環(huán)并再進(jìn)入管的喇叭形底部9。
將經(jīng)出口7從反應(yīng)器中移出的產(chǎn)物量與總進(jìn)料量作平衡以確定反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間。中等壓力反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間應(yīng)大約為幾分鐘(例如小于20分，優(yōu)選小于10分，最優(yōu)選約為0.5-8分)。通過(guò)用經(jīng)過(guò)反應(yīng)器的體積流量(立方米每分)除以反應(yīng)器的體積(立方米)可以快速測(cè)定平均停留時(shí)間。
可將從反應(yīng)器移出的物料傳遞到隨后的反應(yīng)器中(該反應(yīng)器也帶有本發(fā)明的混合元件)或者可進(jìn)行處理將聚合物從溶劑中分離出來(lái)并通過(guò)為本領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員所熟知的方法將其“終處理”為終產(chǎn)物。
在喇叭形底部3中以足以提供湍流混合(如至少為500的雷諾數(shù))的速度運(yùn)行混合元件的中心軸是最優(yōu)選的。術(shù)語(yǔ)雷諾數(shù)意謂著具有其常規(guī)含義，即由下式定義的無(wú)量綱參數(shù)雷諾數(shù)＝ρnD2/μ其中ρ-密度，μ/m3D-葉輪直徑，mμ-動(dòng)態(tài)粘度，Pa.sn-旋轉(zhuǎn)速度，rps但是，有用且最佳的旋轉(zhuǎn)速度在某種程度上將是混合元件的設(shè)計(jì)函數(shù)并且可以通過(guò)非發(fā)明的常規(guī)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。
盡管本發(fā)明是以制造溶液聚乙烯為例進(jìn)行說(shuō)明的，但它在將較冷溶液與較熱溶液混合并存在從溶液中過(guò)早沉淀問(wèn)題的反應(yīng)中都是有用的。
現(xiàn)在將通過(guò)下面的非限制性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，其中除非另外指明“份”指重量份(例如克)而“％”指重量百分比。
這個(gè)實(shí)施例說(shuō)明了使用兩個(gè)反應(yīng)器體系在中等壓力下乙烯的連續(xù)流動(dòng)、溶液(共)聚合。第一個(gè)反應(yīng)器在較低溫度下運(yùn)行。從第一個(gè)反應(yīng)器出來(lái)的物料流入第二個(gè)反應(yīng)器。
第一個(gè)反應(yīng)器具有12升的體積并裝備有如圖1所示的本發(fā)明的混合元件。本發(fā)明的混合元件包括螺旋推運(yùn)器螺旋片和中心軸(在圖1中分別為部件12和11)、封住螺旋推運(yùn)器螺旋片的管(并且包括圓筒形上部8和喇叭形底部9)、在管的喇叭形部分9中圍繞中心軸11旋轉(zhuǎn)的一組葉輪葉片13、限制喇叭形底部9和圓筒形部分8之間流量的導(dǎo)葉10、和在管的圓筒形部分8的上部之上的一組葉輪葉片14。
上述混合元件包含在帶有入口6和出口7的聚合反應(yīng)器內(nèi)。
如表1所示將單體、溶劑和催化劑加入到反應(yīng)器中。在這些實(shí)驗(yàn)中所用的溶劑為甲基戊烷。
如圖2所示，將第一個(gè)反應(yīng)器中的物料從出口7移出進(jìn)入體積為24升的第二個(gè)反應(yīng)器15。第二個(gè)反應(yīng)器15裝備有常規(guī)葉輪攪拌器、入口16(以加入另外的單體、溶劑和/或催化劑)和出料口17。
第一個(gè)反應(yīng)器1在11處不同的位置裝備有熱電偶套管(溫度測(cè)量裝置)。盡管在第一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)料溫度和反應(yīng)器溫度差別很大，這些熱電偶套管一般顯示的溫度差別小于3℃(即從11個(gè)裝置所讀到的最高和最低溫度差別一般小于3℃)。這清楚地表明反應(yīng)器混合極好。這是高度希望的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員知道不均勻的混合能產(chǎn)生溫度和/或單體濃度梯度，這又導(dǎo)致缺乏聚合物同質(zhì)性(缺乏聚合物同質(zhì)性導(dǎo)致寬的分子量分布和/或不均勻的共聚單體分布)。
此外，不良的反應(yīng)器混合可引起聚合物從溶液中沉淀，這又導(dǎo)致不穩(wěn)定的反應(yīng)器運(yùn)行和/或嚴(yán)重的反應(yīng)器積垢。當(dāng)使用冷進(jìn)料溫度和/或進(jìn)料反應(yīng)器體積比高時(shí)聚合物沉淀問(wèn)題是尤為困難的。表1所報(bào)告的所有實(shí)驗(yàn)都得到穩(wěn)定的反應(yīng)器運(yùn)行，即使是在所述的非?？量痰臈l件下。特別是表1中顯示了入口溫度和反應(yīng)器溫度之間高達(dá)121℃的溫度差別。[對(duì)比起見(jiàn)，在類似的體積為3.8升并帶有常規(guī)葉輪攪拌器的反應(yīng)器中當(dāng)反應(yīng)器進(jìn)料和本體反應(yīng)器之間的溫度差別低達(dá)20℃時(shí)一般就可遇到不穩(wěn)定的反應(yīng)器條件。]表1提供了說(shuō)明乙烯均聚；乙烯與辛烯共聚及“分流”反應(yīng)器進(jìn)料(即其中進(jìn)入第二個(gè)熱反應(yīng)器的物流包括(a)從冷反應(yīng)器1中的出料；和(b)按所示加入的另外的單體和溶劑)的數(shù)據(jù)。
在所有實(shí)驗(yàn)中使用的催化劑是為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的“齊格勒納塔”催化劑并且由四氯化鈦(TiCl4)、二丁基鎂(DBM)、和叔丁基氯(TBC)組成，帶有由三乙基鋁(TEAL)和二乙基乙醇鋁(DEAO)組成的鋁活化劑。各組分的摩爾比為TBC∶DBM(2-2.2∶1)；DEAO∶TiCl4(1.5-2∶1)；和TEAL∶TiCl4(1-1.3∶1)。
所有的催化劑組分都是在甲基戊烷中混合的?；旌享樞?yàn)镈BM，TEAL(5∶1摩爾比)和TBC；隨后為TiCl4；再后是DEAO。將催化劑與甲基戊烷一起泵入反應(yīng)器中。調(diào)整催化劑流速以保持總乙烯轉(zhuǎn)化率在70％以上。
所得聚乙烯的產(chǎn)物性能也示于表1中。
表1

表1(續(xù))

<p>注1.從11個(gè)熱電偶套管讀出的平均溫度(即反應(yīng)器溫度)2.“平均”和“入口”溫度的差3.反應(yīng)器中鈦的濃度4.熔融指數(shù)(ASTM D1238，條件E)5.應(yīng)力指數(shù)(SEx)SEx＝應(yīng)力指數(shù)，通過(guò)在兩種不同載荷，即2160克(g)和6480g下由熔融指數(shù)方法(ASTM D 1238)測(cè)定流量(重量以克表示)，并按下面的公式測(cè)得

6.共聚物與均聚物的比值，由溫升洗脫分級(jí)法或TREF測(cè)定工業(yè)適用性本發(fā)明適用于化學(xué)反應(yīng)器，特別是用于乙烯溶液聚合的反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.用于化學(xué)反應(yīng)器的混合元件，包括共同運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備a.限定開(kāi)放的內(nèi)部空間的管，所述管具有圓筒形上部、喇叭形底部及位于所述上部和所述底部之間的固定導(dǎo)葉，其中所述固定導(dǎo)葉在所述圓筒形上部和所述喇叭形底部之間的區(qū)域部分減小了所述開(kāi)放的內(nèi)部空間；b.聯(lián)合的螺旋推運(yùn)器和葉輪，包括b1.在所述管內(nèi)可旋轉(zhuǎn)的中心軸；b2.至少一個(gè)與所述中心軸整體相連以圍繞所述中心軸呈螺旋狀的螺旋推運(yùn)器螺旋片，其中所述螺旋推運(yùn)器螺旋片位于并在所述管的圓筒形上部的開(kāi)放空間內(nèi)可旋轉(zhuǎn)；和b3.在所述固定導(dǎo)葉和所述至少一個(gè)螺旋推運(yùn)器螺旋片之下以足以允許在所述固定導(dǎo)葉和所述至少一個(gè)螺旋推運(yùn)器螺旋片之間進(jìn)行清理的距離與所述軸相連的一組葉輪葉片，其中所述葉輪葉片位于并在所述管的喇叭形底部?jī)?nèi)的開(kāi)放空間中可旋轉(zhuǎn)，條件是所述葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)直徑大于所述至少一個(gè)螺旋推運(yùn)器螺旋片的旋轉(zhuǎn)直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的混合元件，其中所述螺旋推運(yùn)器螺旋片具有15°-45°的傾斜度和為所述管的圓筒形上部?jī)?nèi)直徑的0.95-0.99倍的外直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的混合元件，其中所述葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)直徑為所述管的喇叭形部分在其最鄰近點(diǎn)直徑的0.90-0.99倍并且其中所述葉輪葉片具有30°-45°的傾斜度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的混合元件，進(jìn)一步包括位于所述管上部以上在所述軸上的第二組的葉輪葉片，所述葉輪葉片具有與垂直方向成0°-45°的傾斜角并且所述第二組的葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)直徑是所述管的圓筒形部分的直徑的0.90-1.3倍。
5.一種反應(yīng)器，其包括密閉圓筒形容器，所述容器帶有一個(gè)或多個(gè)入口、一個(gè)或多個(gè)出口，高度與直徑的比例為1.5∶1至3∶1，并包括位于內(nèi)部的根據(jù)權(quán)利要求1的混合元件，所述混合元件具有高度為反應(yīng)器內(nèi)部高度的0.75-0.90倍，所述的一個(gè)或多個(gè)入口的至少一個(gè)位于所述的密閉圓筒形容器的底部并且所述管的喇叭形部分離該至少一個(gè)入口最近。
6.一種反應(yīng)器，其包括熱夾套密閉圓筒形容器，所述容器帶有一個(gè)或多個(gè)入口、一個(gè)或多個(gè)出口，高度與直徑的比例為1.5∶1至3∶1，并包括位于內(nèi)部的根據(jù)權(quán)利要求4的混合元件，所述混合元件的高度為反應(yīng)器內(nèi)部高度的0.75-0.90倍，所述的一個(gè)或多個(gè)入口的至少一個(gè)位于所述的密閉圓筒形容器的底部并且所述管的喇叭形部分離該至少一個(gè)入口最近。
7.將溫度為80-200℃的較冷液體混入溫度為150-300℃的較熱溶液中的方法，所述較冷液體的溫度比所述溶液的溫度至少低20℃，該方法包括將所述較冷液體通過(guò)離所述管的喇叭形部分最近的所述入口引入到根據(jù)權(quán)利要求5的反應(yīng)器中和以足以在所述喇叭形部分中提供湍流條件的速度旋轉(zhuǎn)中心軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述較冷液體為包括溶劑、乙烯、催化劑和活化劑的溶液并且所述較熱溶液包括乙烯、聚乙烯和溶劑。
9.乙烯溶液聚合的方法，其包括乙烯和選自丁烯及辛烯的共聚單體與催化劑和活化劑在溶劑中于根據(jù)權(quán)利要求5的聚合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，由此形成包括溶解的聚乙烯的反應(yīng)物流，條件是所述反應(yīng)器在150-300℃和14,000-35,000kPa的壓力下運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中將所述反應(yīng)物流從所述反應(yīng)器中移出并隨后引入到第二個(gè)聚合反應(yīng)器中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中也將額外量的所述乙烯、溶劑和共聚單體引入到所述的第二個(gè)聚合反應(yīng)器中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述第二個(gè)反應(yīng)器包括根據(jù)權(quán)利要求1的雙剪切混合元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法生產(chǎn)的聚乙烯。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法生產(chǎn)的聚乙烯。
全文摘要
用于化學(xué)反應(yīng)器(2)中的雙剪切混合元件(1)。該裝置可用于必須在短時(shí)間內(nèi)將不同溫度的液體徹底混合并且溶質(zhì)必須留在溶液中的過(guò)程。本發(fā)明特別適用于聚烯烴的溶液聚合,尤其適用于中等壓力方法制備線性低密度聚乙烯。
文檔編號(hào)C08F2/04GK1256643SQ98805216
公開(kāi)日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1998年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日
發(fā)明者A·L·伯克, E·C·富瓦, J·亞特魯, U·卡爾尼克, D·E·基爾, V·G·茲博里爾 申請(qǐng)人:諾瓦化學(xué)品(國(guó)際)股份有限公司