Способ полимеризации - RU2019102520A
Код документа: RU2019102520A
Формула
1. Способ каскадной ионной полимеризации для полимеризации реакционной смеси, содержащей жидкий(-ие) мономер(ы), в полимеризационной системе, содержащей последовательно включенные первую гомогенизирующую установку предварительной полимеризации (ГУПП) и вторую полимеризационную установку, причем реакция полимеризации начинается в ГУПП и продолжается во второй полимеризационной установке, состоящей из контура полимеризации, контура хладагента и системы реактора-теплообменника (СРТ), разделенной между контуром полимеризации и контуром хладагента, отличающийся тем, что
СРТ характеризуется отношением площади поверхности к объему реакционной смеси (S/V, выражающееся в м2/м3), составляющим более 10 и менее 450; и
ГУПП характеризуется отношением площади поверхности к объему реакционной смеси (S/V, выражающееся в м2/м3), составляющим более 600, например, от 1000 до 5000; и
соотношение между временем пребывания реакционной смеси в первой установке гомогенизации и преполимеризации и временем пребывания реакционной смеси во второй полимеризационной установке составляет от 0,01% до 5%, предпочтительно, от 0,1% до 2%, например, от 0,1% до 1%.
2. Способ каскадной ионной полимеризации по п. 1, в котором время пребывания реакционной смеси в реакторе ГУПП, вычисляемое путем деления объема реактора ГУПП на объемную скорость подачи сырья, составляет в диапазоне от 0,5 до 200 секунд, более предпочтительно, от 1 до 100 секунд, еще более предпочтительно, от 2 до 50 секунд, и наиболее предпочтительно, от 3 до 25 секунд.
3. Способ по п. 2, в котором время пребывания реакционной смеси в контуре полимеризации, вычисляемое путем деления объема реактора контура полимеризации на объемную скорость подачи сырья, предпочтительно находится в диапазоне от 5 секунд до 120 минут, более предпочтительно, от 10 секунд до 100 минут, еще более предпочтительно, от 1 до 100 минут, еще более предпочтительно, от 2 до 90 минут, и наиболее предпочтительно, от 10 до 60 минут.
4. Способ по п. 1, в котором реактором гомогенизирующей установки предварительной полимеризации (ГУПП) является устройство для текучей среды с каналами для прохождения текучей среды, минимальный размер которых находится в диапазоне примерно от 50 мкм до 8,0 мм, например, в диапазоне примерно от 1,0 до 3,0 мм.
5. Способ по п. 1, в котором реактором гомогенизирующей установки предварительной полимеризации (ГУПП) является устройство для текучей среды с каналами для прохождения текучей среды, причем характеристический размер такого устройства для текучей среды определяется как минимальный размер в направлении, перпендикулярном направлению движения потока реакционной смеси, и составляет в диапазоне от 50 мкм до 8,0 мм, например, от 400 мкм и 7,0 мм, например, от 1,0 и 5,5 мм, например, от 1,0 и 3 мм.
6. Способ по п. 1, в котором реактором гомогенизирующей установки предварительной полимеризации (ГУПП) является устройство для текучей среды, включающее по меньшей мере один проход для реакционной смеси и один или более проходов для управления температурой, причем один или более проходов для управления температурой размещены и скомпонованы в пределах двух объемов, каждый из которых ограничен стенкой, которые выполнены плоскими и параллельными друг другу, и проход для реакционной смеси расположен между плоскими стенками, ограничивается этими плоскими стенками и стенками, простирающимися между плоскими стенками, и имеет размер в диапазоне значений от микронов до миллиметров.
7. Способ по п. 1, в котором реактор гомогенизирующей установки предварительной полимеризации (ГУПП) характеризуется степенью смешения, характеризуемой значением пропускания ультрафиолетового излучения, превышающем 80% согласно тесту Виллермо с измерениями методом, описанным Виллермо и др. в Villermaux J., et al. "Use of Parallel Competing Reactions to Characterize Micro Mixing Efficiency," AlChE Symp.сер. 88 (1991) 6, стр. 286.
8. Способ по п. 1, в котором реактор ГУПП характеризуется объемным коэффициентом теплопередачи, выраженным в МВт/м3⋅K, составляющим:
более 0,5, предпочтительно, более 0,75, например, более 0,95; и менее 3,0, предпочтительно, менее 2,5, например, менее 2,0.
9. Способ по п. 1, в котором процессом второй стадии является циркуляционный процесс ионной полимеризации во второй полимеризационной установке, включающей контур полимеризации, контур хладагента и систему реактора-теплообменника (СРТ), разделенную между контуром полимеризации и контуром хладагента, причем контур полимеризации содержит систему извлечения полимера и трубопроводную систему для реакционной смеси, содержащую циркуляционный насос и соединенную с впуском и выпуском упомянутой СРТ, а контур хладагента содержит трубопроводную систему хладагента, соединенную с впуском и выпуском упомянутой СРТ, характеризующийся тем, что:
СРТ содержит по меньшей мере одну секцию, в которой циркулирует как реакционная смесь, так и хладагент;
секция(-и) СРТ содержит(-ат) n параллелепипедных каналов, в которых циркулирует реакционная смесь, и n+1 проходов, в которых циркулирует хладагент, где n - целое число, большее или равное 1;
пути движения потока реакционной смеси в n каналах секции являются однонаправленно-параллельными;
пути движения потока хладагента в n+1 проходах секции являются однонаправленно-параллельными путям движения потока реакционной смеси; и
хладагент не находится в непосредственном контакте с реакционной смесью.
10. Способ по п. 9, в котором перепад температуры хладагента между любыми точками на стороне хладагента в СРТ составляет менее 3°C.
11. Способ по п. 1, в котором процессом второй стадии является циркуляционный процесс ионной полимеризации во второй полимеризационной установке, включающей контур полимеризации, контур хладагента и систему реактора-теплообменника (СРТ), разделенную между контуром полимеризации и контуром хладагента, причем контур полимеризации содержит систему извлечения полимера и трубопроводную систему для реакционной смеси, содержащую циркуляционный насос и соединенную с впуском и выпуском СРТ, а контур хладагента содержит трубопроводную систему хладагента, соединенную с впуском и выпуском СРТ, характеризующийся тем, что:
СРТ содержит по меньшей мере одну секцию, в которой циркулирует как реакционная смесь, так и хладагент;
секция(-и) СРТ содержит(-ат) n параллелепипедных каналов, в которых циркулирует реакционная смесь, и n+1 проходов, в которых циркулирует и по меньшей мере частично испаряется хладагент, где n - целое число, большее или равное 1;
пути движения потока реакционной смеси в n каналах секции являются однонаправленно-параллельными;
хладагент представляет собой испаряющийся хладагент;
пути движения потока испаряющегося хладагента в n+1 проходах секции являются однонаправленно-параллельными к путям движения потока реакционной смеси;
хладагент не находится в непосредственном контакте с реакционной смесью; и
трубопроводная система для хладагента включает систему сжижения хладагента.
12. Способ по п. 9 или 11, в котором СРТ представляет собой пластинчатый реактор, содержащий по меньшей мере x секций, расположенных бок о бок параллельно и последовательно, где x - целое число, большее или равное 2, путь движения потока реакционной смеси в какой-либо секции СРТ противоположен пути движения потока реакционной смеси в следующей секции ("змеевидная траектория движения потока"), причем путь движения потока реакционной смеси в канале(-ах) первой секции является восходящим, а путь движения потока в канале(-ах) последней секции является нисходящим, направление пути движения потока реакционной смеси в канале(-ах) секций СРТ является вертикальным, направление пути движения хладагента в проходах секций СРТ является вертикальным и восходящим и последний проход для хладагента какой-либо секции одновременно является первым проходом для хладагента следующей секции.
13. Способ по п. 12, в котором число x секций является четным и большим или равным 4, например, 6, 8 или 10.
14. Способ по п. 12, в котором каждая секция СРТ содержит n параллелепипедных каналов для реакционной смеси и n+1 параллелепипедных каналов/проходов для хладагента, где n - целое число, составляющее от 4 до 16.
15. Способ по п. 14, в котором размеры параллелепипедных каналов для реакционной смеси характеризуются значениями:
первый размер (высота) составляет в диапазоне от 2 до 10 м, предпочтительно, от 4 до 8 м, например, от 4,5 до 6,5 м, и/или
второй размер (глубина) составляет в диапазоне от 0,1 до 3 м, предпочтительно, от 0,5 до 2 м, например, от 0,75 до 1,5 м, и/или
третий размер (ширина) составляет в диапазоне от 2 до 50 мм, например от 4 до 45 мм, предпочтительно, от 8 до 35 мм, например, от 12 до 25 мм, а
размеры параллелепипедных каналов для хладагента характеризуются значениями:
первый размер (высота) составляет в диапазоне от 2 до 10 м, предпочтительно, от 4 до 8 м, например, от 4,5 до 6,5 м, и/или
второй размер (глубина) составляет в диапазоне от 0,1 до 3 м, предпочтительно, от 0,5 до 2 м, например, от 0,75 до 1,5 м, и/или
третий размер (ширина) составляет в диапазоне от 1 до 30 мм, предпочтительно, от 2 до 20 мм, например, от 5 до 16 мм.
16. Способ по п. 1, в котором содержащая жидкий(-е) мономер(ы) реакционная смесь включает каталитическую систему, состоящую из системы соинициатора на основе кислоты Льюиса, то есть кислоты Льюиса, действующей в качестве соинициатора (часто называемого катализатором или активатором), предпочтительно, вместе с инициатором.
17. Способ по п. 16, в котором присутствующий инициатор предварительно смешивают с жидким мономером до его ввода в ГУПП.
18. Способ по п. 1, в котором ГУПП характеризуется отношением площади поверхности к объему реакционной смеси (S/V, выраженным в м2/м3), составляющим более 750, предпочтительно, от 1000 до 3500.
19. Способ по п. 1, в котором отношение между внутренним объемом трубопровода (Vext), соединяющего выпуск ГУПП со второй полимеризационной установкой, и внутренним объемом (Vгупп) проходов для реакционной смеси ГУПП составляет менее трех, предпочтительно, менее двух, например, менее одного (Vext/Vгупп<3; Vext/Vгупп<2; Vext/Vгупп<1).
20. Способ по п. 1, в котором трубопровод, соединяющий выпуск для реагента ГУПП со второй полимеризационной установкой, имеет тепловую изоляцию и/или его температурой управляют, например, посредством системы охлаждения.
21. Способ по п. 1, в котором разница температуры реагента на выпуске из ГУПП (Тгупп) и температуры этого реагента в точке его ввода во вторую полимеризационную установку (Тввод) составляет менее 10°C, предпочтительно, менее 5°C, например, менее 2°C ([Тгупп-Тввод]<10°C; [Тгупп-Тввод]<5°C; [Тгупп-Тввод]<5°C).
