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CN112312983B - 用于聚合物溶液脱挥发的分配器和方法 - Google Patents

用于聚合物溶液脱挥发的分配器和方法 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种分配器，所述分配器包含第一导管，其中所述第一导管具有用于将加热流体装填到所述分配器中的入口；第二导管，其中所述第一导管位于所述第二导管内以在其间限定第一环形空间；所述第二导管具有用于从所述分配器中去除加热流体的出口；多个板叠，其围绕所述第二导管设置以在所述分配器的顶部至底部限定狭窄的第二环形空间，其中每个连续的板叠的内径均小于位于其上方的所述板叠，其中每个板叠包含多个板，其中所述多个板进一步限定多个导管，每个导管在其长度上具有不同宽度并且从中心通道径向向外延伸。

Description

用于聚合物溶液脱挥发的分配器和方法
背景技术
本公开涉及一种用于聚合物溶液脱挥发的分配器、其制造方法以及使用所述分配器的物品。
聚合物和聚合物产品(以下称为“聚合物”)通常在溶剂和其它挥发性组分(例如单体和副产物)(溶剂和挥发性组分在下文中将称为“挥发物”)存在下产生。在制备聚合物产物之后，期望从聚合物中去除残余挥发物。从聚合物中去除挥发物称为“脱挥发”。
挥发物与聚合物溶液的分离通常通过蒸发来完成，在所述蒸发中，将聚合物溶液加热到高于挥发物沸点的温度，同时(与加热同时)或依序(在加热后)从聚合物溶液中萃取析出的挥发物。脱挥发的一种方法涉及将溶解的聚合物的溶液传输通过热交换器，并且然后传输到减压区域中。用于此目的的合适热交换器，例如管-壳式热交换器，包含处于容器中的多个管，这些管经由加热流体加热，所述加热流体将热量传递到聚合物溶液，并在压力降低时促进脱挥发。
在热交换器中，期望将聚合物溶液保持在单相中，优选地在液相中。单相的使用促进了更高效的热传递，并且还使传入聚合物中的热传递速率更可预测。
然后将热聚合物溶液排放到脱挥发容器中，在所述脱挥发容器中减压准许挥发物闪蒸，从而使聚合物与挥发物分离。将聚合物与挥发物分离的过程涉及泡沫状气泡的产生。这些气泡通常包含其中捕获有挥发物的聚合物表皮。一旦气泡增长到足够大小，其就会聚结并爆裂，从而使挥发性化合物从聚合物表皮中释放出来。期望这种挥发物(从气泡中)的释放在单独的装置，如分配器中进行，而不是加热装置。
发明内容
本文公开了一种分配器，所述分配器包含第一导管，其中所述第一导管具有用于将加热流体装填到分配器中的入口；第二导管，其中所述第一导管位于第二导管内以在其间限定第一环形空间，其中所述第二导管具有用于从所述分配器中去除所述加热流体的出口；多个板叠，其围绕所述第二导管设置以在所述分配器的顶部至底部限定狭窄的第二环形空间，其中每个连续的板叠的内径均小于位于其上方的板叠，其中每个板叠包含多个板，其中所述多个板进一步限定多个导管，每个导管在其长度上具有不同宽度并且从中心通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述第二环形空间流体连通；并且其中在所述聚合物溶液通过所述分配器传输的过程中，所述分配器在可有效促进溶剂与所述聚合物溶液分离的压力和温度下操作。
本文还公开了一种方法，所述方法包含将聚合物溶液装填到分配器中，其中所述分配器包含第一导管，其中所述第一导管具有用于将加热流体装填到分配器中的入口；第二导管，其中所述第一导管位于第二导管内以在其间限定第一环形空间，其中所述第二导管具有用于从所述分配器中去除所述加热流体的出口；多个板叠，其围绕所述第二导管设置以在所述分配器的顶部至底部限定狭窄的第二环形空间，其中每个连续的板叠的内径均小于位于其上方的板叠，其中每个板叠包含多个板，其中所述多个板进一步限定多个导管，每个导管在其长度上具有不同宽度并且从中心通道径向向外延伸，其中所述多个导管与所述第二环形空间流体连通；并且其中在所述聚合物溶液通过所述分配器传输的过程中，所述分配器在可有效地促进溶剂与所述聚合物溶液分离的压力和温度下操作；经由第一端口从所述分配器中去除溶剂；并且经由第二端口从所述分配器中去除聚合物。
附图说明
图1A是示例性分配器的一个示例性示意图；
图1B是示例性分配器的另一个示例性示意图；
图2是被板叠围绕的第二导管的示意图；
图3是具有在径向方向上持续扩展的导管的板的图示；
图4是沿图3的XYY′X′截取的导管截面的图示；
图5是具有首先在径向方向上变窄然后扩展的导管的板的图示；
图6是沿图5的XYY′X′截取的导管截面的图示；
图7是在径向方向上变窄的导管的图示；
图8是具有图7中所描绘的导管的板的图示；以及
图9是具有图1的分配器的示例性脱挥发容器的图示。
具体实施方式
本文公开了一种分配器，所述分配器促进挥发物从被传输通过所述分配器的聚合物溶液中闪蒸。分配器包含芯(其促进热量从加热油传递到聚合物溶液)和邻近所述芯设置的多个叠板。当各板彼此堆叠时，所述板包含多个导管，其用于将聚合物溶液从芯径向地传输到分配器的外围，同时借助于蒸发降低聚合物溶液的温度并同时降低其压力。
叠板中的导管促进聚合物溶液的分布，并且还为聚合物溶液提供质量转移区域，以产生聚合物泡沫状气泡，使得挥发性化合物从聚合物有效地扩散到气泡中。一旦气泡增长到足够大小，其就会聚结并爆裂，从而使挥发性化合物从聚合物中释放出来。因此，聚合物和挥发性化合物分离成两相，其为含有挥发物的气相和含有聚合物的液相(或熔融相)。
在一个实施例中，分配器位于脱挥发容器的顶部，所述脱挥发容器含有用于去除挥发物的第一端口和促进去除聚合物的第二端口。第二端口与例如齿轮泵的正排量泵流体连通。正排量泵有助于从脱挥发容器去除聚合物。脱挥发容器将在下文进行论述。
现参考图1A，分配器100包含多个板叠112，所述多个板叠112围绕轴线XX′，以使外径从顶部至底部递减的顺序而同心地布置。板叠112A、112B、112C等相对于两个导管(第一导管102和第二导管104)同心地布置。第一导管102和第二导管104还被布置为同心地围绕轴线XX′并形成芯200(在虚线框中示出)。多个板叠112围绕芯200。板叠通过环形空间124(称为第二环形空间)与芯分开，聚合物溶液流动通过所述环形空间。聚合物溶液流动通过板叠的各板中的多个导管，其中挥发物开始从聚合物溶液中闪蒸出来。
第一导管102的内径和外径小于第二导管104的内径和外径。第一导管102的外径小于第二导管104的内径。第一环形空间122设置在第二导管104的内径与第一导管102的外径之间，所述第一环形空间122为热油通过分配器100传输提供了通道。热油有助于在设备启动或关闭期间或者如果需要聚合物溶液保持熔融时加热聚合物。导管102和104中的每一个均具备凸缘(未图示)，所述凸缘支撑将热油传输到分配器的外部管道(未图示)。
第二导管104含有通道103(也称为出口103)，热油通过所述通道103离开分配器。因此，热油通过入口101进入分配器，并传输到位于第一导管102中的空间114中。然后，其行进通过第一导管102与第二导管104之间的第一环形空间122(如箭头所示)，并经由出口103离开分配器。在热油行进通过空间114以及第一和第二导管之间的环形空间122的期间，热油加热同时传输通过分配器的聚合物溶液。第二导管104起到机械地固定多个板叠，并且(如果需要)加热聚合物以使其保持在液相(或熔融相)中的双重目的。
多个板叠112A、112B和112C(在下文中称为“多个板叠112”)相对于第一导管102和第二导管104同心地布置。多个板叠112围绕第二导管104并且位于安装板110与位于分配器底部的板116之间的位置。第二导管104有助于在分配器的操作期间将多个板叠112保持在适当的位置。尽管图1A描绘了三个板叠112A、112B和112C，但分配器也可以具有2个或更多个板叠、5个或更多个板叠、10个或更多个板叠等。通常期望具有2至15个板叠。每个堆叠包含多个板，所述多个板含有多个通道，所述多个通道从第二环形空间124径向地延伸到板叠的外围。
聚合物溶液通过端口111进入分配器，并行进通过多个板叠112与第二导管104之间的第二环形空间124。然后，聚合物溶液从第二环形空间124径向向外行进通过各板中的导管而到达分配器的外部，如箭头113所示。
多个板叠112中的每个连续堆叠被布置成内径和外径比其顶部的堆叠要小。连续堆叠的内径和外径从分配器的顶部至底部为递减的。换句话说，每个板叠的内径和外径都比紧邻其上方的堆叠要小。如图1A所示，堆叠112A的内径和外径比位于其正下方的堆叠112B要大。类似地，堆叠112B的内径和外径比位于其正下方的堆叠112C要大。连续板叠的这种布置引起分配器中的从顶部至底部的环形空间124减小。
在一个实施例中，连续板叠的径向尺寸可以以阶梯函数方式变化，如图1A所示。在另一个实施例中，连续板的径向尺寸可以从板叠的顶部至底部平稳地变化。换句话说，可以存在一个板叠112，其中所述板叠中的每个连续板的内径和外径小于所述堆叠中的前一个板的内径和外径。内径和/或外径的这种变化可以是线性的或曲线的。从顶部至底部的直径递减的这种布置(无论是阶梯函数还是平稳方式)有助于将离开最上部导管的泡沫与离开位于分配器中下方的导管的泡沫的干扰降到最低。
如上所述，为了确保聚合物流动通过所有板和其中所含的导管(从分配器的最上部区域至底部)，调节导管设计以适应当聚合物溶液流动穿过所述导管时的压降。例如，聚合物溶液的液头对板叠中的下部导管施加的压力大于对上部导管施加的压力。另外，在图1A所示的设计中，下部板叠中的聚合物溶液流动通过以离开分配器所需的通路要小于上部板叠。在一个实施例中，为了确保通过多个堆叠的压降相等，最上部导管(位于分配器顶部附近的各板叠中的导管)具有发散设计(参见图3、4、5和6)，而下部导管(位于分配器底部附近的各板叠中的导管)具有汇聚设计(参见图7和8)。在另一个实施例中，为了使分配器的顶部至底部的导管上的压力相等，板叠底部的导管具有较小的横截面积，在此处聚合物溶液离开导管，而顶部的导管具有比板叠底部的导管要大的横截面积。
在另一个实施例中，如图1B所示，多个板叠112包含具有相同内径和外径的板。这种布置引起形成第二环形空间124，所述第二环形空间从分配器的顶部至底部具有恒定的横截面积。在此实施例中，板叠112本质上是相同尺寸的各板的堆叠。
图2描绘了围绕第二导管104设置的部分板叠112的一个实施例。在一个实施例中，板叠112的每个板204具有多个通道206(参见图3和5)，所述通道206从板的内圆周207径向向外延伸到板的外圆周209，并将聚合物溶液从分配器的芯部传输到其外围(参见图1A中的箭头113。)。应当注意，每个板204可具有在其本底上形成的通道206(例如，在本底上加工)，或可替代地，可在与壁208组合时形成通道206。板与壁的组合也称为“层”。换句话说，壁208可为板204的组成部分，或可为与板204接触以产生通道206的单独单元。当组装分配器100时，板的本底与壁之间的通道也受到上部相邻板的底部(其充当顶板)界定，以形成“导管”，所述导管将聚合物溶液从芯传导到板叠的外围。因此，当两个板彼此接触时，每个通道有助于形成导管。
板叠112中的每个板204是环形的，其在中心(其限定内圆周207)处具有开口并且由外圆周209界定。用于板204的合适金属的实例是铝、碳钢、不锈钢或其它金属合金。
板204的内圆周和外圆周之间的径向距离或长度可在2至60厘米的范围内，优选地为10至50厘米，并且更优选地为15至40厘米。在每对连续的通道206之间的板204中设置有壁208，所述壁208含有孔210以容纳成组的管240，热传递流体250通过所述管240传输。在另一个实施例中，孔210可容纳成组的杆，所述杆的存在是为了将多个板叠保持在一起并且相对于彼此适当对准。在另一个实施例中，一些孔210可容纳用于提供机械支撑和对准的成组的杆，而其它孔可容纳用于传输热传递流体的成组的管。每个板可具有2至60个通道，优选地4至40个通道，并且更优选地6至20个通道。管组中的管和/或杆为板叠中的板提供一些支撑，并有助于在分配器的操作期间将其保持在适当的位置。每个壁208含有2至20个管，优选地4至10个管。在一个实施例中，管组中的管是金属管，并且可包含碳钢。在一个优选的实施例中，孔206容纳了成组的碳钢棒，所述碳钢棒为板叠提供结构支撑并有助于对准。
壁208的厚度“t”为0.2至3厘米，优选地1至2厘米。管束中的每个管240的内径为1至3厘米，外径为1.5至4.0厘米。管的优选的内径为1.5至2厘米，优选的外径为1.7至2.5厘米。
板叠中的板的底部(形成导管的顶板)与相邻板的本底之间的平均距离为0.2至1.0厘米，优选地0.3至0.6厘米。板的底部和相邻板的本底之间的距离决定了导管的高度。期望使壁的数量减到最少并增加通道表面积，从而为聚合物溶液提供用于闪蒸挥发物的最大可用表面积。
如为了便于制造和组装加热板的堆叠所期望的，每个导管的高度在其整个长度上是基本上均一的(如图3和4所示)。选择高度以及导管和邻近导管的元件的其它尺寸，以优化压降和质量转移区域以进行脱挥发。在一个实施例中，板叠的上部中的导管的高度大于堆叠的下部中的导管的高度。板叠的上部中的导管的高度为0.6至1.4厘米，优选地为0.8至1.2厘米，而板叠的下部中的导管的高度为0.3至0.7厘米。在一个实施例中，导管的高度或可替代地，导管的横截面积可在整个分配器上变化，以确保聚合物溶液均匀地分布在整个分配器中。
如上所述，可能期望在上部板叠中使用具有发散通道(在径向方向上)的板，而在下部板叠中使用具有汇聚通道的板。用于上部板叠的可能的通道设计示于图3和5中。图3反映了板叠112的一个板204的俯视图，而图4反映了沿截面XYY′X′的截面视图。
如图3和4中所示，每个板含有多个通道206，所述通道的宽度在从板204的内圆周207延伸到外圆周209的半径的至少一部分上增加。
图4为图3中所示的截面XYY'X'的经放大的示意性俯视图且表示通道206的一种可能的设计。在一个实施例中，每个板含有多个通道206，所述通道206从板204的内圆周207到外圆周209的宽度增加。
如图4所示，通道206的宽度在径向方向上逐渐增加，并且由一对壁208A和208B界定，并且从板204的内圆周207延伸到外圆周209。在此实施例中，通道206从内圆周207到外圆周209的宽度从不减小。
在图4所示的实施例中，壁208A和208B从板204的内圆周207径向向外线性延伸到外圆周209。壁208A和208B在内周207处彼此靠近，并且在外周209处相距更远。因此，通道206的宽度“w”为从板的内圆周207到外圆周109而逐渐扩大。如上所述，壁208A和208B可与板204成一体(即，壁108和板104是整体件)，或可替代地可为单独的独立件，其装配有平板204以形成通道206。
内圆周“d5”处的通道宽度小于外圆周处的通道宽度“d6”。d6与d5的比率为1.1:1至6:1，优选地1.3:1至3:1。在一个实施例中，距离d6为5至40厘米，优选地10至20厘米，而距离d5为2至25厘米，优选地5至20厘米。通道206的本底距壁208的顶部的深度为0.1至0.8厘米，优选地0.2至0.4厘米。
因此，在一个实施例中，当聚合物溶液从环形空间124(参见图1A或1B)行进到外圆周209时，所述聚合物溶液接触不断加宽的通道。这种设计的优势在于，其允许在聚合物溶液行进通过导管时流体中的压降降到最小，并具有较大的质量转移区域，以实现液相和气相的最佳分离。
壁208位于通道206与特定板上的彼此分离的连续通道之间。壁208和通道206均匀地分布在整个板204的表面上(参见图3和5)。如上所述，每个壁208含有多个孔210，所述孔210容纳加热流体250流动经过的管240(参见图1。)。
图5和6描绘了另一个示例性壁208设计，所述设计使得通道206的宽度“w”在板半径的一部分上减小，然后在板半径的一部分上增大。在此实施例中，壁208可以与板204成一体(例如，整体单元)或与板204分离。现参考图1、5和6，每个板含有多个通道206，所述通道的宽度在从板204的内圆周207延伸到外圆周209的半径的至少一部分上减小。在减小了一部分板半径之后，宽度随通道扩展到外圆周209而增加。
现再次参考图5和6，其示出了通道的形状，所述通道包含三个区域，第一大体会聚区域402，其入口处比出口处宽，第二限制区域404，其中所述通道达到足以引起整个限制区域的压降的最小宽度，从而防止了挥发性组分在第一区域内的大量闪蒸；第三大体发散区域406，其被设计成允许聚合物溶液中的压力略微降低，从而使聚合物溶液发泡/成为两相。上文详述了图6的板204的内圆周207和外圆周209之间的距离(其表示通道206的长度)，并且与图3和4详述的相同。
现参考图6，距离d9大于d7，而d7又大于d8。第一区域402具有开口418，聚合物溶液进入通道206而进入所述开口418中。第一区域的长度为通道总长度的5％至20％，并且内圆周207处的宽度为1至50厘米(cm)。第一区域的最宽点的宽度与所述区域的最窄点的宽度的比率在1.0:1至10:1之间变化。
第二区域404开始于第一区域的末端，并且长度在与第三区域的入口连接的通道的总长度的大约1.0％至40％之间变化。第二区域的宽度可在其整个长度上保持恒定，减小到最小，并且然后保持恒定，或减小到最小，并且然后再次增加。优选地，第二区域在其最窄点处的宽度为0.8和40.0cm，更优选地0.8和15cm。区域的最宽点的宽度与所述区域的最窄点的宽度的比率在1.0:1至2.0:1之间变化。同样优选地，第一区域的最宽宽度与第二区域的最窄宽度的比率为大于2:1。
第三区域406开始于第二区域的末端，并且终止于用于排出聚合物溶液的出口420。第三区域的长度为通道总长度的约40至85％。第三区域在其末端处的宽度与在其入口处的宽度的比率优选地为1.5:1至10:1。所述区域的宽度不必从入口到末端持续增加，而可遵循正弦或其它弯曲形状。同样优选地，第三区域的最大宽度与限制区域的最小宽度的比率为大于2:1。
尽管在分配器100的上部和中间部分中的多个板叠112中的板可具有如图3和5分别示出的发散通道设计，在分配器100的下部中的板叠可含有在径向方向上呈汇聚设计的通道，如图7和8所示。
图7描绘了板204中的单个会聚通道206的形状。如上文详述，通道206是由邻近通道的壁208限定的空间。通道206的上顶由板叠中的邻近板提供。通道本身包含两个区域：第一区域510，其具有从其入口514到其出口516的相对较大的横截面积；和第二区域520，其具有在第一区域的出口516与第二区域的出口526之间的至少一个位置中的基本上较小的横截面积，所述第一区域的出口516还是到第二区域的入口524。第二区域520的限制部分(或全部)的横截面积的尺寸被确定为在从第二区域520的出口526离开时，引起在第二区域520本身内，或更优选地在其紧接着的下游中，大量闪蒸，优选地基本上完全闪蒸可流动材料的挥发性组分。
第二区域520在第一区域510的出口516处开始，并在出口526处终止，所述出口526适于将可流动材料排放到收集-分离容器中。第二区域520的长度变化，通常为通道206的总长度的0.2％至40％、优选地为约0.5％至约10％、更优选地为约1％至约5％。第二区域520的横截面积小于第一区域510的横截面积，这两者都对第一区域510内的可流动材料施加足够的背压，并引起在第二区域520内，或优选地在第二区域520的出口526的紧接者的下游中，闪蒸可流动材料中的挥发性组分。
如图7所示，第二区域520的横截面积和形状在其入口524和其出口526之间可基本上均一，除了在入口524处的短过渡段525。或者，第二区域的形状和横截面积可为会聚或发散的或其某种组合，以引起必要的压降并在第二区域520内或优选在出口526处闪蒸挥发性组分。
图8描绘了具有图7的汇聚通道的板的俯视图。板204具有从芯径向延伸的多个通道206。通道从环形通道120接收聚合物溶液。板204具有多个孔210，其设置在板204内并且在通道206周围和通道206之间间隔开，并且适于将来自孔210的热量传递通过板204的壁208并且传到通道206中或将板叠保持在一起。孔210可以是任何类型的加热元件，如电加热元件或热流体加热元件或其可以是为板叠提供结构支撑并将板固定在适当的位置的金属棒。优选地，孔210包含多个热交换管，热流体(如蒸汽、热油、合成液体或其它加热液体)流动通过所述多个热交换管。在示例性实施例中，携带加热油的管240可横穿孔210以根据需要加热或冷却聚合物溶液。
如上所述，板叠112包含连续的板叠，每个板叠具有减小的外径和内径。每个板叠相对于靠近其的板叠错开。具有最小外径和内径的板叠位于整个堆叠的底部，而具有最大外径和内径的板位于整个堆叠的顶部。一系列中间堆叠设置在板叠的底部的板叠与顶部的板叠之间，所述中间堆叠的内径和外径从底部到顶部系统地增加。换句话说，从底部到顶部的每个连续的板叠的内径和外径小于紧邻其上方的板叠的。
第一板叠(例如112A)的外径与邻近所述第一板叠的第二板叠(例如112B)的外径的比率为1:0.95至1:0.75，优选地为1:0.9至1:0.8(参见图1A)。第一板叠(例如112A)的外径与邻近所述第一板叠的最后一个板叠(例如112B)的外径的比率为1:0.9至1:0.3，优选地为1:0.8至1:0.4。第一板叠(例如112A)的内径与邻近所述第一板叠的第二板叠(例如112B)的内径的比率为1:0.95至1:0.75，优选地为1:0.9至1:0.8。第一板叠(例如112A)的内径与邻近所述第一板叠的最后一个板叠(例如112B)的内径的比率为1:0.5至1:0.3，优选地为1:0.45至1:0.35。这种板设计可以最小化离开最上部狭槽的泡沫与那些在其下面的泡沫的干扰。
呈堆叠方式的板的总数可以是10至100，优选地20至60。分配器中的板叠的总数为2至30，优选地3至20，并且更优选地4至10。
现再次参考图1A和1B，可以看出，管组的管240行进通过分配器的所有板叠。管240中的一些可由充当定位或稳定元件的管道或棒代替，所述定位或稳定元件为板叠中的板提供稳定性和增强性。
如上所述，多个板叠112固定在位于分配器底部的螺母116与第一上部安装板110之间。第一上部安装板110被设计成直接螺栓连接至脱挥发容器上的上部凸缘。因此，多个板叠112通过第二导管104、管组中的管240、代替管组中的管240所使用的任何定位元件、在分配器的底部的螺母116以及第一上部安装板110保持在适当的位置上。
现参考图1A，以一种操作分配器的方式，进入入口111的聚合物溶液进入腔室120，并且在第二导管104与多个板叠112之间的环形空间124中向下行进。聚合物溶液111在入口120处以温度T1和压力P1进入分配器，并且首先沿环形空间124垂直向下行进。螺母116将板组件固定在适当的位置，并防止聚合物溶液进一步向下行进，并使聚合物溶液径向向外行进通过多个板叠112中的导管，如箭头113所示。分配器外围的温度用T2指示，压力为P2。在聚合物溶液行进通过各板叠中的导管期间，热油250可被传输通过板中的管240以加热或冷却聚合物溶液。在一个实施例中，当行进通过导管时，管240中的油用于冷却聚合物溶液。在分配器100启动期间，还可任选地将热油通过热油入口101传输到第一导管102中并通过第一环形空间122(其位于第一导管102与第二导管104之间)。热油在热油出口103处离开分配器。在分配器启动期间(例如，在关闭之后)或在低流量条件下，可在第一环形空间122中使用热油以将聚合物加热至熔融状态。在一个实施例中，用棒代替管。
在聚合物溶液行进通过各板叠中的导管期间，溶剂开始从聚合物溶液中闪蒸出，从而使得溶剂与聚合物分离。几乎所有或部分量的溶剂在导管中被闪蒸出。期望闪蒸在导管中开始，但是大部分的闪蒸可能发生在导管外部的脱挥发容器中，即在分配器之外。
如上所述，分配器可安装在脱挥发容器的顶部。图9描绘了示例性布置，其中分配器100安装在脱挥发容器600的顶部。脱挥发容器600包含用于去除从聚合物溶液闪蒸出的溶剂的第一端口(未示出)。第一端口通常位于脱挥发容器600的上部。其还含有位于脱挥发容器600的底部的第二端口604，所述第二端口604用于去除与聚合物溶液分离的聚合物。第二端口604与正排量泵606流体连通，所述正排量泵606有助于从脱挥发容器的底部中去除聚合物。
现参考图1A、1B和9，在操作脱挥发容器600时，将聚合物溶液经由入口111装填到分配器100中。可以经由管240将热油250同时装填到分配器100。聚合物溶液行进通过环形空间124，通过多个板叠112中的导管，并且在从导管中散发出来(如经由箭头113所示)时，所述聚合物溶液分离成溶剂和聚合物，所述溶剂经由端口602从脱挥发容器600中萃取，所述聚合物则使用容积泵606经由端口604萃取。
操作条件
在示例性实施例中，入口温度T1为220至300℃，入口压力P1为70至140kgf/cm2，而出口温度T2为200至260℃，出口压力P2为0.003至0.05kgf/cm2。
按聚合物溶液的总重量计，聚合物溶液通常含有30至95重量百分比(wt％)，优选地45至85重量％的聚合物。溶液的粘度为10,000至2,000,000厘泊，优选地50,000至1,000,000厘泊，并且优选地100,000至800,000厘泊。如下详述测得的平均溶液粘度可为100,000至600,000厘泊。聚合物溶液以45,000至225,000千克/小时，优选地135,000至180,000千克/小时，并且优选地147,000至170,000千克/小时的流速传输通过分配器。流量为0.5至30千克/小时/导管，优选地3至10千克/小时/导管。
如果使用加热流体250，则其最大入口温度为285至295℃且最小出口温度为200至220℃。在加热聚合物溶液期间，加热流体通常降低5至10℃的温度。加热流体的最大入口温度始终大于最小出口温度。
与溶剂混合的聚合物可为热塑性聚合物、轻度交联的聚合物或热塑性聚合物与轻度交联的聚合物的共混物。聚合物可以是低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、树枝状聚合物等或其组合。
可以与溶剂混合的聚合物的实例包括聚烯烃、聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯并噁唑、聚噁二唑、聚苯并噻嗪并吩噻嗪、聚苯并噻唑、聚吡嗪并喹喔啉、聚均苯二甲酰亚胺、聚喹喏啉、聚苯并咪唑、聚羟基吲哚、聚氧代异吲哚啉、聚二氧代异吲哚啉、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚噁双环壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚酸酐、聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚磺酸酯、聚降冰片烯、聚硫化物、聚硫酯、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚氨酯、聚硅氧烷等或其组合。
示例性聚合物是聚烯烃。聚烯烃的实例包括一或多种C2至C10烯烃的均聚物和共聚物(包括接枝共聚物)，包括聚丙烯和其它丙烯基聚合物、聚乙烯和其它乙烯基聚合物以及烯烃嵌段共聚物。这类烯烃类聚合物包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(如由陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)以商标“DOWLEX”出售的LLDPE)、增强型聚乙烯(如由陶氏化学公司以商标“ELITE”出售的那些)、经由分子或单一位点催化剂制得的聚合物(如茂金属、限定几何构型、多价芳氧基醚等。这类聚合物的实例是线性或基本上线性的乙烯共聚物(如由陶氏化学公司以商标“AFFINITY”和“ENGAGE”出售的那些和由埃克森美孚化学公司(ExxonMobil Chemical Company)以商标“EXACT”和“EXCEED”出售的那些)、丙烯基共聚物(如由陶氏化学公司以商标“VERSIFY”出售的那些和由埃克森美孚化工公司以商标“VISTAMAXX”出售的那些)和烯烃嵌段共聚物(如由陶氏化学公司以商标“INFUSE”出售的那些)和其它聚烯烃弹性体(如由陶氏化学公司以商标“NORDEL”或“NORDEL IP”出售的EPDM)。
溶剂将根据制造的聚合物而变化。可使用非质子极性溶剂使一些聚合物溶剂化，如水、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、丁内酯、乙腈、苯甲腈、硝基甲烷、硝基苯、环丁砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯啶酮等或其组合。也可使用极性质子溶剂，如甲醇、乙腈、硝基甲烷、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等或其组合。可使用其它非极性溶剂使一些聚合物溶剂化，如苯、甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、己烷、二乙醚、四氢呋喃等或其组合。还可利用包含至少一种非质子性极性溶剂和至少一种非极性溶剂的共溶剂来改变溶剂的溶胀能力，并由此调整溶剂的溶剂化能力。用于聚烯烃的示例性溶剂是来自埃克森美孚(ExxonMobil)的IsoparTME。
前述聚合物在溶液或浆料聚合反应器中制得，其中单体和所产生的聚合物被夹带在溶剂或稀释剂中。也可以(有意或无意地)制造含有大量或少量挥发性组分的其它聚合物溶液。典型的挥发性组分包括溶剂(如芳香族或脂肪族惰性稀释剂)、未反应的单体和/或共聚单体以及低分子量反应副产物。从聚合物溶液中去除的溶剂、未反应的单体、未反应的共聚单体和/或其它挥发性组分的量可在大量过剩至仅污染量的范围内变化。即使在最初的闪蒸脱挥发阶段之后，在溶液聚合或浆料聚合设备中产生的熔融聚合物在其于加热设备中被处理时通常也含有10至60重量％或更多的溶解或夹带的挥发性组分。通常，按如根据ASTM D-4526所测得的脱挥发聚合物的总重量计，残留在脱挥发聚合物中的残余挥发性组分的量应小于约0.5重量％，优选地小于0.1重量％，而且更优选地小于0.05重量％。
取决于可流动材料中的待脱挥发的挥发性组分的起始浓度以及在脱挥发产品中的可接受的残余挥发物的水平，可使用多于一个阶段(如两个或三个阶段)的脱挥发设备。另外，脱挥发装置可在单独的脱挥发阶段中或与在相同的脱挥发阶段内的本发明的设备结合(例如在蒸汽汽提或二氧化碳汽提的情况下)，与其它已知的脱挥发技术结合使用，如简单的闪蒸-脱挥发、离子流体萃取、使用超临界流体的萃取、蒸馏、蒸汽汽提或二氧化碳汽提。
本文详述的分配器具有许多优点。这些优点包括改变内部管道的狭槽间距或环形空间大小，以实现从顶部至底部的均匀流量分配。第一导管和第二导管的使用准许在启动时加热聚合物。第二导管充当板叠的保持机构。此设计准许整个分配器上的压降更低，因为聚合物溶液将在分配器的狭槽处闪蒸，从而形成泡沫，从而形成了发生质量转移的表面区域。此设计具有很高的可靠性，因为其几乎不存在焊接，由此减少了加热流体泄漏的几率。
多个板叠的锥形设计允许较高水平的泡沫与较低水平的泡沫的较低干扰。其不会使狭槽中的聚合物降解，因为其不会因流动不均而在某些狭槽中产生停滞的聚合物或泡沫。分配器采用交替的板和间隔片设计。内部棒可用于间隔片的对准、定位和保持。
在以下非限制性实例中描述了本文中详述的分配器。
实例
此理论实例说明分配器的功能。表1中呈现了一个针对改变的操作条件的分配器实例。聚合物流速为20公吨/小时(MT/hr)。分配器有6,000个狭槽，每层12个狭槽。每层的长度和高度相同，长度为25厘米，并且高度为2毫米。聚合物熔融粘度为1,000,000厘泊(cp)。聚合物是乙烯/辛烯共聚物。溶剂是
Figure GDA0003920406940000211
E。熔融聚合物的密度是聚乙烯的典型特征。使用状态方程PC-SAFT估算随温度和压力变化的Isopar
Figure GDA0003920406940000212
的溶剂密度，并对估算值进行拟合，以得到随温度和压力变化的经验相关性。使用体积平均混合规则估算泡沫密度。基于总溶液除以狭槽的数量来估算溶液通过狭槽的流速，并且相对应的速度是在给定流速和估算的泡沫密度下离开狭槽的平均速度。
表1
Figure GDA0003920406940000213
定义
相对于加热通道内的区域的尺寸(如宽度或高度)或横截面积所使用的“基本上均一”是指其要么一点不会聚或不发散，要么会聚和/或发散不超过尺寸平均值的百分之十。
“聚合物”是指通过使单体(无论相同或不同类型的单体)聚合来制备的化合物。通用术语“聚合物”涵盖术语“低聚物”、“均聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”以及“互聚物”。
“互聚物”是指通过使至少两种不同类型的单体聚合来制备的聚合物。通用术语“互聚物”包括术语“共聚物”(其通常用以指由两种不同的单体制备的聚合物)以及术语“三元共聚物”(其通常用以指由三种不同类型的单体制备的聚合物)。其还包涵通过使四种或更多种类型的单体聚合制得的聚合物。
“低聚物”是指仅由几个单体单元组成的聚合物分子，如二聚体、三聚体或四聚体。
“气泡点压力”是指在给定温度下形成蒸气的第一气泡的最高压力。
“聚合物溶液”是指含有溶解的聚合物的溶液，其中聚合物和挥发物处于单相(液相)中。
“加热流体”是指用于输送来自加热源的热量并通过间接热交换将所述热量传递至加热设备的板的流体。合适的热流体包括蒸汽、热油和其它热流体，如由陶氏化学公司以商标“DOWTHERMTM”出售的那些。
使用安东帕德国公司(Anton Paar Germany GmbH)制造的Anton Paar MCR 102流变仪测量溶液粘度。流变仪配备有C-ETD300电加热系统。杯与测锤系统(cup-and-bobsystem)(同心圆柱体的组合)包含一个直径为27毫米(mm)的杯和一个直径为25mm的测锤，以便在两者之间留出1mm的间隙。测锤在150巴(10.5kg/cm2)压力单元内以旋转模式操作。在30巴的压力(用氮气垫获得)、温度范围(150至250℃)、聚合物浓度范围(20至90重量％)、剪切速率范围(0.1至>100倒数秒(s-1))以及聚合物分子量范围(15,000至200,000g/mol)下得到黏度测量值。在所有情况下，溶剂均为埃克森美孚的IsoparTME。所获得的粘度测量值范围为800至大于2,000,000厘泊。
虽然已参考一些实施例描述了本发明，但本领域技术人员应理解在不脱离本发明范围的情况下可进行不同的改变并且其多种元素可以由多种等效物代替。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可进行许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教示。因此，希望本发明不限于作为进行本发明设想的最佳模式公开的特定实施例，但是本发明将包括属于所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (12)

1.一种分配器，其包含：
第一导管，其中所述第一导管具有用于将加热流体装填到所述分配器中的入口；
第二导管，其中所述第一导管位于所述第二导管内以在其间限定第一环形空间，其中所述第二导管具有用于从所述分配器中去除所述加热流体的出口；
多个板叠，其围绕所述第二导管设置以在所述分配器的顶部至底部限定变窄的第二环形空间，其中所述变窄的第二环形空间与接收聚合物溶液的入口接触，其中每个连续板叠的内径和外径均小于位于其上方的板叠；
其中每个板叠包含多个板，其中所述多个板限定多个导管，每个导管在其长度上具有不同宽度并且从所述变窄的第二环形空间径向向外延伸，其中所述多个导管与所述变窄的第二环形空间流体连通；并且其中在聚合物溶液通过所述分配器传输的过程中，所述分配器在有效促进溶剂与所述聚合物溶液分离的压力和温度下操作。
2.根据权利要求1所述的分配器，其中随着距第一导管的中心的径向距离增加，所述板叠中的所述导管具有增加的横截面积。
3.根据权利要求1所述的分配器，其中随着距第一导管的中心的径向距离增加，所述板叠中的所述导管具有减小的横截面积。
4.根据权利要求3所述的分配器，其中与所述板叠中的横截面积随着距所述第一导管的中心的径向距离的增加而增加的导管相比，具有所述减小的横截面积的所述导管离聚合物溶液入口更远。
5.根据权利要求1所述的分配器，其中所述板叠中的所述导管在其一部分长度上具有增加的宽度，而在其一部分长度上具有减小的宽度，其中所述长度测量为距所述第一导管的中心的径向距离。
6.根据权利要求1所述的分配器，其中所述分配器的温度和压力有效地促进所述导管中的所述溶剂开始闪蒸。
7.根据权利要求6所述的分配器，其中在所述聚合物溶液已传输通过所述导管之后，所述分配器的温度和压力有效地促进所述导管外部的剩余溶剂闪蒸。
8.根据权利要求1所述的分配器，其中所述板与传输加热流体的管或与促进所述板保持对准的杆相交。
9.根据权利要求1所述的分配器，其中所述分配器位于脱挥发腔室的顶部。
10.根据权利要求9所述的分配器，其中所述脱挥发腔室包含用于去除溶剂的第一端口和用于去除聚合物的第二端口，其中所述第二端口配备有正排量泵。
11.根据权利要求1所述的分配器，其中所述板叠中的所述板被设计成使得位于所述板叠底部的板中的导管的横截面积大于位于所述板叠顶部的板中的导管的横截面积。
12.一种方法，其包含：
将聚合物溶液装填到分配器中，其中所述分配器包含：
第一导管，其中所述第一导管具有用于将加热流体装填到所述分配器中的入口；
第二导管，其中所述第一导管位于所述第二导管内以在其间限定第一环形空间，其中所述第二导管具有用于从所述分配器中去除所述加热流体的出口；
多个板叠，其围绕所述第二导管设置以在所述分配器的顶部至底部限定变窄的第二环形空间，其中每个连续的板叠的内径均小于位于其上方的所述板叠，其中所述变窄的第二环形空间与接收聚合物溶液的入口接触，其中每个连续板叠的内径和外径均小于位于其上方的板叠；
其中每个板叠包含多个板，其中所述多个板限定多个导管，每个导管在其长度上具有不同宽度并且从所述变窄的第二环形空间径向向外延伸，其中所述多个导管与所述变窄的第二环形空间流体连通；并且其中在聚合物溶液通过所述分配器传输的过程中，所述分配器在有效促进溶剂与所述聚合物溶液分离的压力和温度下操作；
经由第一端口从所述分配器中去除溶剂；并且
经由第二端口从所述分配器中去除聚合物。
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