三、改進(jìn)方法

    由以上分析可知，產(chǎn)生這些問題的根源是因?yàn)槊撍系恼扯刃�、溫度低，進(jìn)入靜態(tài)混合器后，近壁物料迅速升溫聚合，粘度急劇增加；導(dǎo)致中心物料和近壁物料的粘度相差很大，物料主要沿軸向流動(dòng)，使靜態(tài)混合器中物料的傳熱傳質(zhì)效果變差，物料不能整體均勻升溫。因此，連續(xù)法生產(chǎn)HⅣ硅橡膠生膠的關(guān)鍵是如何在盡量短的時(shí)間內(nèi)把含催化劑的混合物料加熱到聚合溫度。解決這一問題最好的辦法是將物料在進(jìn)入靜態(tài)混合器前加熱到足夠高的溫度，使進(jìn)入靜態(tài)混合器的全部物料的粘度能均勻增加，從而克服因中心和器壁物料粘度差過大造成的流動(dòng)狀況不均勻的問題。

    按照目前的工藝，進(jìn)入靜態(tài)混合器前，物料不能加熱到足夠高的溫度。其原因：

    一是脫水釜中的物料已加有催化劑，物料在脫水釜中需停留4～7h，為了保證其進(jìn)、出時(shí)的粘度相差不大，物料必須控制在較低溫度；二是預(yù)熱器的設(shè)計(jì)不夠合理，物料在預(yù)熱器中的流速小偏、傳熱效果差，經(jīng)過預(yù)熱器后溫度升高不多。

針對(duì)上述問題，提出了2個(gè)改進(jìn)方案，即增加在線混合器或采用新型防堵預(yù)熱器�，F(xiàn)將這2個(gè)方案的要點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)介紹如下。

3.1增加在線混合器 

    流程2和流程1的區(qū)別在于：流程2中的催化劑是在物料進(jìn)入聚合筒前加入；所以DMC脫水后不用冷卻，甚至還可以加熱。DMC通過預(yù)熱器后，可加熱到足夠高的溫度，然后進(jìn)入在線混合器，與催化劑高速混合，混合物立即進(jìn)入聚合筒；這便能保證物料在聚合筒中迅速達(dá)到聚合溫度，所有物料都能均勻地達(dá)到聚合平衡，從而提高DMC的單程轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品質(zhì)量和單機(jī)生產(chǎn)能力。

    此工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：保持了原生膠連續(xù)生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)比較徹底的自動(dòng)化；操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)穩(wěn)定，通過控制脫水料進(jìn)料計(jì)量泵，可以一直保持恒定的進(jìn)料速度，甚至幾天都不需調(diào)整；能充分達(dá)到聚合平衡，從而使生膠的摩爾質(zhì)量分布窄、產(chǎn)品質(zhì)量高、均一性好，單程轉(zhuǎn)化率可在88％以上(理論單程轉(zhuǎn)化率為87．5％，另加1．5％的揮發(fā)分)；可隨時(shí)停車，不必?fù)?dān)心留在脫水釜中的脫水料因放置時(shí)間過長(zhǎng)而聚合，也不必?fù)?dān)心突然停電是否會(huì)造成預(yù)熱器內(nèi)的物料聚合堵塞；放大效應(yīng)小，有助于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模；原連續(xù)生產(chǎn)線容易改造。

此工藝的主要缺點(diǎn)是：需增加一臺(tái)容量約100mL的在線混合器和一臺(tái)能連續(xù)輸送催化劑的小計(jì)量泵。這些問題現(xiàn)在都已解決，設(shè)備成本也不高。此工藝經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。

    3.2采用新型防堵預(yù)熱器

    目前大多數(shù)廠家都采用蛇管式預(yù)熱器預(yù)熱加有催化劑的脫水料。這些預(yù)熱器中，相當(dāng)一部分存在傳熱效率低、物料升溫不夠的缺點(diǎn)。為了提高脫水料的溫度，有些生產(chǎn)線一味盲目地加大蛇管直徑、增加傳熱面積；結(jié)果造成脫水料在蛇管中流動(dòng)的雷諾數(shù)偏低，近壁處的物料不能及時(shí)更新，反而在蛇管內(nèi)壁上聚合，使靠近中心的物料升溫更不容易，蛇管的流動(dòng)阻力也越來越大；若提高傳熱介質(zhì)的溫度，物料更容易在蛇管內(nèi)壁聚合，操作更加困難。造成這種情況的原因是物料在蛇管中的流速太低，雷諾數(shù)太小，使得傳熱效率很低。當(dāng)然，減小蛇管的直徑，并相應(yīng)地增加其長(zhǎng)度，可以輕易地解決上述難題；但同時(shí)會(huì)帶來另一個(gè)問題，即一旦進(jìn)料量有波動(dòng)，或突遇停電，會(huì)使蛇管很快堵死，并很難清理。提高蛇管內(nèi)流動(dòng)脫水料的雷諾數(shù)是十分重要和有效的手段。例如，某廠的300t／a生膠生產(chǎn)線，當(dāng)脫水料進(jìn)料量較低時(shí)，預(yù)熱器的出口溫度大于40℃；在保持加熱熱水溫度不變的情況下，提高進(jìn)料量，出口溫度上升到60℃，生膠產(chǎn)量達(dá)到1．4t／天。根據(jù)既要提高雷諾數(shù)，又要容易清理的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型防堵預(yù)熱器。其中，每一段加熱管的低端都裝有球閥，管徑可根據(jù)脫水料的流速(應(yīng)為0．05～0．06m／s)來選擇。

采用防堵預(yù)熱器的優(yōu)點(diǎn)是：預(yù)熱效果好，預(yù)熱器出口處物料的溫度較高；保持了HⅣ硅橡膠生膠連續(xù)生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小，容易在原生產(chǎn)線上改造；如遇突然停電，或長(zhǎng)時(shí)間停車，只需將各閥門打開，管內(nèi)膠料即能自行流出，從而防止堵管。

此工藝的缺點(diǎn)是：預(yù)熱器出口處物料的溫度最多只能接近魯0℃，達(dá)不到采用在線混合器工藝的水平。           四、半間歇法生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

    連續(xù)法生產(chǎn)工藝和間歇法生產(chǎn)工藝各有特點(diǎn)，所以即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，這兩種生產(chǎn)工藝也一直并存。在靜態(tài)混合器和逆向單螺桿擠出機(jī)相結(jié)合的連續(xù)法生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)之前，我國(guó)吉化公司研究院便開發(fā)出螺帶式攪拌聚合反應(yīng)器和閃蒸法脫低分子相結(jié)合的連續(xù)聚合工藝，并實(shí)現(xiàn)了中試。1994年之前，杭州樹脂廠開發(fā)出間歇聚合和閃蒸法脫低分子相結(jié)合的半間歇法生產(chǎn)工藝。

    近年來，這種半間歇法生產(chǎn)工藝也有了很大的發(fā)展和提高。在20世紀(jì)90年代，半間歇法的聚合釜容量?jī)H100L，且不帶攪拌，脫水和聚合在同一反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。因?yàn)樯z不能從釜中排凈，下一批DMC進(jìn)入釜內(nèi)后，溶解生膠，使其粘度很快變大，造成脫水困難，生膠質(zhì)量差。改進(jìn)后的半間歇法流程采用更大的聚合釜，脫水和聚合分開進(jìn)行，不會(huì)因聚合物的殘留而影響脫水；且聚合釜增加了攪拌器，提高了聚合前期的傳熱效率；也采用了連續(xù)法中的逆向單螺桿擠出機(jī)出膠。這些改進(jìn)措施提高了裝置的生產(chǎn)能力和生膠的質(zhì)量。改進(jìn)后的半間歇法生產(chǎn)工藝流程見圖6。

    與連續(xù)法生產(chǎn)工藝相比，半間歇法生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)DMC的質(zhì)量要求較低，因?yàn)殚g歇聚合反應(yīng)的聚合時(shí)間很容易根據(jù)原料的情況進(jìn)行調(diào)整；更換生膠品種容易，比較適合需經(jīng)常更換生膠品種(如不同的乙烯基含量)的生產(chǎn)。盡管在聚合釜中和脫低分子器中不可避免地會(huì)殘留一些上一批的聚合物，但總的來說，系統(tǒng)中殘留的聚合物比連續(xù)法生產(chǎn)工藝中的少，能較快地過渡到下一個(gè)品種。

    半間歇法生產(chǎn)工藝的缺點(diǎn)是：生膠摩爾質(zhì)量均勻性較差。盡管現(xiàn)在的聚合釜都帶有攪拌器，但攪拌器的功率都不大；因此，當(dāng)DMC聚合到一定程度后，攪拌器便轉(zhuǎn)不動(dòng)了，釜內(nèi)的傳熱只能靠熱傳導(dǎo)進(jìn)行。但膠料的傳熱系數(shù)很低，所以，釜內(nèi)物料的溫度分布是由近釜壁向中心逐漸降低的，溫度的不均勻造成生膠摩爾質(zhì)量的不均勻，表現(xiàn)為生膠的手感較粘。筆者曾做過實(shí)驗(yàn)：在100L聚合釜中，沿釜的直徑方向分別取五個(gè)樣；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生膠的摩爾質(zhì)量差別較大。即使在250mL的燒瓶中進(jìn)行聚合反應(yīng)，近壁處的膠料與中心處的膠料的摩爾質(zhì)量仍有差別。要改善這種情況，只有使用功率很大的攪拌器。如GE公司12m3的聚合釜，其攪拌功率大于200kW。用凝膠色譜儀對(duì)膠樣進(jìn)行摩爾質(zhì)量分布分析，可以看出，用間歇法合成的生膠，其摩爾質(zhì)量分布指數(shù)明顯較大。此工藝的第二個(gè)缺點(diǎn)是能耗較連續(xù)法高，氮?dú)獾南牧恳草^大。第3個(gè)缺點(diǎn)是不容易實(shí)現(xiàn)充分的自動(dòng)化控制。

總之，以前的連續(xù)法生產(chǎn)工藝已得到了較大改進(jìn)，操作彈性更大，生產(chǎn)能力也提高了；半間歇法工藝同樣也得到了提高，生產(chǎn)能力更大，靈活性也更突出，在對(duì)摩爾質(zhì)量分布要求不很高的情況下，是一種很實(shí)用的方法。