Установка для полунепрерывной полимеризации мономеров и способ полунепрерывной полимеризации мономеров

 

Предложена установка и способ для полунепрерывной полимеризации мономеров с использованием инициатора роста цепи. Установка включает реактор, ось которого проходит практически вертикально и у которого имеется нижняя часть в форме усеченного конуса, верхняя распылительная часть и промежуточная часть. Реактор снабжен впускными отверстиями для мономера и инициатора, по меньшей мере одним выпускным отверстием, рециркуляционным трубопроводом, один конец которого сообщается с выпускным, а другой конец - с верхней частью с помощью по меньшей мере одного распылителя, и мешалкой. Способ включает стадию загрузки данной установки, перемешивание смеси и рециркуляцию этой смеси. Установка может быть применима для реакций с использованием инициатора роста цепи и катализатора любого типа, будь они твердыми веществами, жидкостями или суспензиями. Установка может быть применима в ситуациях, в которых существует опасность повреждения катализатора при его перекачивании, и в ситуациях, когда получаемый продукт обладает такой вязкостью, при которой его последующая рециркуляция невозможна. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к установке для проведения газожидкостных реакций, которые протекают с участием механизма диспергирования газа в жидкости и жидкости в газе.

В частности, объектом настоящего изобретения является установка для полунепрерывной полимеризации мономеров с использованием инициатора роста цепи.

В частности, в изобретении предлагается новая установка полунепрерывного действия для получения продуктов полиприсоединения алкиленоксидов путем проведения реакции присоединения алкиленоксида с инициатором роста цепи, который содержит по меньшей мере один активный водородный атом. Эти продукты, в частности продукты полиприсоединения этилен- и пропиленоксидов, используют главным образом в качестве неионогенных поверхностно-активных веществ и простых полиэфиров полиолов.

Неионогенные поверхностно-активные вещества широко применяют в качестве смачивающих агентов, диспергаторов, стабилизаторов, эмульгаторов и антиэмульгаторов, пеногасителей и пенообразователей, а также в качестве вспомогательных химических средств и функциональных жидкостей для обработки текстильных материалов, бумаги, целлюлозы, в фармацевтической, пищевой промышленности, в составе косметических средств, красок, полимеров, при извлечении и переработке минералов, при современных методах извлечения и выделения в нефтедобывающей промышленности, в составе химических присадок и функциональных жидкостей. В частности, следует упомянуть применение неионогенных поверхностно-активных веществ на основе натуральных или синтетических жирных спиртов в качестве основных компонентов при приготовлении бытовых и промышленных синтетических моющих средств, а также простых полиэфиров полиолов в качестве основных промежуточных продуктов при приготовлении полиуретанов (жестких, полужестких, гибких пеноматериалов, эластомеров, клеев, герметиков и т.д.).

В патенте Италии 1226405 описан способ получения продуктов полимеризации алкиленоксидов с использованием в качестве исходного материала алкиленоксидов, причем наиболее широко применяют этилен- и/или пропиленоксиды, и соединений, содержащих активный или подвижный водородный атом, вместе с пригодными катализаторами. В способе по этому патенту применяют двухсекционный реактор, верхнюю секцию которого называют газожидкостным реактором, а нижняя, расположенная практически горизонтально, представляет собой накопительный сосуд. Газо-жидкостная реакция протекает в верхней секции, причем инициатор роста цепи подают из множества распылительных сопел на центральный распределитель, тогда как нижняя часть корпуса выполняет функции приемника и предназначена также для возврата материала в процесс через насос и внешний теплообменник, причем реакционный продукт, поступающий из верхней секции, вновь направляют в эту последнюю для продолжения реакции полимеризации.

В патенте Италии 1226406 описан способ получения продуктов полимеризации алкиленоксидов, в котором применяют двухсекционный реактор, верхнюю секцию которого называют газожидкостным реактором, а нижняя секция представляет собой накопительный сосуд, причем в каждой секции предусмотрено множество распылительных сопел. Первая фаза реакции протекает в нижней секции, которая расположена вертикально, и продолжается до получения полимеризационного продукта заданного качества, после чего реакцию полимеризации переводят в верхнюю секцию, расположенную горизонтально, в которой реакция может продолжаться до получения целевого продукта.

Однако способам, описанным в вышеуказанных патентах, присущи определенные недостатки. Во-первых, при их осуществлении применяют двухсекционные реакторы, которые усложняют конструкцию установки в целом и удорожают ее; в двухсекционных реакторах предусмотрено соединительное отверстие большого диаметра, а в соответствии с патентом Италии 1226406 большее число отверстий, вследствие чего увеличивается возможность потерь алкиленоксида и образования мертвых зон, а внутренние поверхности подвергаются действию оксида. Поскольку имеются двухсекционные внутренние распределители, соотношение поверхность/объем оказывается очень высоким, увеличивая тем самым возможность для вторичных реакций. Двухсекционная конфигурация и наличие внутренних распределителей также создают внутри реактора мертвые пространства, которые затрудняют опорожнение и очистку этого реактора, усугубляя тем самым проблемы, возникающие при замене одного получаемого продукта другим.

Поскольку в основе описанных выше процессов лежит возврат в процесс реагентов и реакционной смеси с помощью насосов по трубопроводам или даже просто самотеком, осуществление способов, предлагаемых в вышеупомянутых патентах, не позволяет использовать ни твердые инициаторы роста цепи, ни суспензии, которые невозможно перекачивать, что, следовательно, ограничивает возможности этих способов применением только тех инициаторов роста цепи, которые являются жидкостями или находятся в форме относительно низковязких растворов.

Необходимо также отметить, что истечение самотеком реакционного продукта, который накапливается в верхней, горизонтальной секции и затем стекает по каналам вниз, в нижнюю секцию, инициирует обратную диффузию и, следовательно, дополнительное воздействие окислительной атмосферы.

Для проведения реакций алкоксилирования с использованием твердых инициаторов роста цепи или вообще инициаторов роста цепи, которые невозможно перекачивать, необходимо применять реакционные аппараты других типов.

С этой целью обычно применяют реактор, у которого имеется внутренняя мешалка и, например, внутренний змеевик. В реактор загружают инициатор роста цепи и катализатор, а затем при одновременном перемешивании их плавят до тех пор, пока они не перейдут в состояние однородной жидкости. На этом этапе реакцию можно начинать введением алкиленоксида, поток которого движется из основания в верхнюю часть через жидкую фазу инициатора роста цепи и катализатора.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать установку для получения продуктов полиприсоединения алкиленоксидов, которую можно было бы применять при использовании любого инициатора роста цепи, катализатора и алкиленоксида и которая позволяла бы также решить вышеупомянутые проблемы.

Указанная задача решается с помощью предложенной установки для полунепрерывной полимеризации мономеров с использованием инициатора роста цепи, в которой в соответствии с изобретением имеется реактор, ось которого проходит практически вертикально и у которого имеются нижняя часть в форме усеченного конуса, верхняя распылительная часть и промежуточная часть, при этом площадь поперечного сечения верхней части превышает площадь поперечного сечения промежуточной части, причем этот реактор имеет впускные отверстия для мономера и инициатора, по меньшей мере одно выпускное отверстие, по меньшей мере один распылитель, находящийся в верхней части, по меньшей мере один распылитель для распыления мономера в реакторе, находящийся в верхней части, по меньшей мере одно распределительное устройство, находящееся в нижней части, для распределения мономера, испаренного в реакторе, мешалку, ориентированную продольно внутри трубчатого корпуса реактора, устройство для нагрева или охлаждения промежуточной части и нижней части, рециркуляционный трубопровод, один конец которого сообщается через насос с выпускным отверстием, а другой конец - с верхней частью и по меньшей мере одним распылителем, клапанное устройство для поочередного применения по меньшей мере одного распылителя и по крайней мере одного распределительного устройства и клапанное устройство для перекрытия рециркуляционного трубопровода.

Предпочтительно в установке предусмотреть теплообменное устройство на рециркуляционном трубопроводе, расположив его по ходу движения технологического потока после насоса.

При этом предпочтительно в установке выполнить отверстия для ввода соответственно жидкого или твердого катализаторов.

В предпочтительном варианте выполнения установки по меньшей мере одно распределительное устройство представляет собой пористый пластинчатый распылитель.

В соответствии с изобретением в установке каждый распылитель представляет собой полый корпус в форме практически усеченного конуса, который выступает от стенки внутрь реактора, причем на конце большего диаметра эти распылители сообщаются с возможностью истечения текучих сред соответственно с рециркуляционным трубопроводом и трубопроводом для подачи алкиленоксида, а в указанном полом корпусе выполнено множество форсунок, которые равномерно распределены по его поверхности.

Целесообразно сделать так, чтобы распылители по меньшей мере одного из типов были размещены по всей внутренней поверхности верхней части реактора, тогда как по меньшей мере одно из распределительных устройств находилось бы на внутренней поверхности нижней, конической части.

Задача изобретения решается также с помощью предложенного способа полунепрерывной полимеризации мономеров с использованием твердого инициатора роста цепи, включающего следующие операции: загрузку установки, перемешивание реакционной смеси, содержащей мономер и инициатор роста цепи, в нижней части этой установки до тех пор, пока ее вязкость не достигнет такого уровня, при котором возможна ее рециркуляция, рециркуляции этой реакционной смеси с подачей в верхнюю часть этой установки и ее распыление с помощью распылителей, причем мономер распыляют с помощью распылителей, до достижения целевой молекулярной массы продукта.

Благодаря своим конструктивным особенностям предлагаемая установка обладает рядом преимуществ. Поскольку в этой установке предусмотрены мешалка внутри реактора и внешняя рециркуляционная система для реакционной смеси, ее можно применять для проведения реакций с использованием инициатора роста цепи и катализатора любого типа, будь они твердыми веществами или жидкостями. Предлагаемую в изобретении установку можно также применять в случае, если реагенты находятся в суспензии, т.е. в ситуации, в которой в случае перекачивания катализатор может быть поврежден, и в ситуации, в которой получаемый продукт обладает такой вязкостью, что его невозможно перекачивать и вообще возвращать в процесс.

Если реагенты перекачиваются легко, установку в соответствии с изобретением можно применять с внешней рециркуляцией. В этом случае реакционную смесь обычно внешним путем возвращают из нижней части реактора в верхнюю часть и повторно вводят в эту последнюю распылением. При этом реакционные условия обычно оптимизируют по массо- и теплопереносу, которые оказываются очень эффективными, причем реагент испаряется в контакте с частицами содержащего катализатор инициатора, который тонко диспергируют в находящейся внутри реактора атмосфере.

Однако в том случае, когда реагенты трудно или невозможно перекачивать, рециркуляционный канал из реакционного процесса можно исключить и реакцию проводить в промежуточной и нижней частях реактора, причем испаряемый реагент инжектируют с помощью пригодных для этой цели распылителей, расположенных в его основании.

Переход от первого варианта проведения процесса ко второму возможен даже во время самого процесса, а единственным ограничением является лишь то, что в этот период времени реакционная смесь должна обладать свойствами, необходимыми для ее перекачивания, благодаря чему можно было бы применять внешнюю рециркуляционную систему, которая всегда предпочтительнее, поскольку, как указано выше, ее наличие позволяет улучшить массо- и теплоперенос во время реакции.

Эта отличительная особенность изобретения особенно предпочтительна в ситуации, в которой необходимо получить продукт большой молекулярной массы (вплоть до 90-кратного объема инициатора роста цепи). В этом случае массовое соотношение между инициатором роста цепи и твердым в нормальных условиях катализатором при начальной загрузке оказывается очень высоким, обусловливая исключительно высокую вязкость исходной реакционной смеси. По мере протекания реакции концентрация катализатора падает с последующим снижением вязкости реакционной смеси. Далее на этом этапе работу установки с режима внутреннего перемешивания можно перевести на режим внешней рециркуляции.

Еще одно преимущество предлагаемой установки состоит в особой конфигурации реактора. Поскольку его нижняя часть имеет коническую форму, в реакторе существует возможность для протекания реакций с перемешиванием очень малых начальных количеств материала, будь то твердый материал (подвергаемый плавлению), жидкий или в виде суспензии, т.к. он может собираться в основании реактора и образовывать столб жидкости, высота которого достаточна для перемешивания, когда прибегают к внешней рециркуляции, но может также достигать достаточно высокого уровня в реакторе, когда в основание реактора инжектируют испаренные реагенты, обеспечивая такую продолжительность контактирования между газообразной фазой и жидкой фазой, которой достаточно для протекания реакции.

Тот факт, что реакцию можно инициировать с небольшим количеством инициатора роста цепи, обусловливает особое преимущество, заключающееся в том, что это не только позволяет использовать небольшие начальные количества загружаемого материала, но также дает возможность получать конечные продукты большой молекулярной массы.

Ниже изобретение более подробно поясняется на неограничивающем примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый чертеж.

В соответствии с показанной на чертеже технологической схемой установка, используемая для осуществления способа по изобретению, включает реактор 1, у которого имеются верхняя, распылительная часть I, промежуточная часть II и нижняя, коническая часть III, причем промежуточная и нижняя части служат для накопления жидкой фазы, содержащей инициатор роста цепи, катализатор, алкиленоксид и промежуточный и/или конечный реакционный продукты. Площадь поперечного сечения верхней части I превышает площадь поперечного сечения промежуточной части II, в то время как секция III постепенно сужается, при этом ее стенки сходятся в направлении выпускного отверстия 12 для жидкой фазы.

Далее реактор 1 включает мешалку 25, четыре впускных отверстия 8, из которых на чертеже видны только три и каждое из которых соединено с распылителем 9 для распыления жидкой фазы, возвращаемой в верхнюю часть I реактора 1 по рециркуляционному трубопроводу 15, через центробежный насос 3 и теплообменник 2, четыре отверстия 10, из которых на чертеже видны только два и каждое из которых соединено с распылителем 11 для распыления алкиленоксида, подаваемого по трубопроводу 14 в верхнюю часть I реактора 1, три отверстия 21, из которых на чертеже видны только два и каждое из которых соединено с тремя распылителями 24, образуемыми пористыми пластинами, причем эти распылители размещены в нижней части III и равноудалены друг от друга по окружности на 120^o.

Реактор 1 далее включает два отверстия 22, 23 для введения катализатора соответственно в жидкой или твердой фазе и отверстие 20 для введения твердофазного инициатора роста цепи непосредственно в реактор 1.

Каждый из распылителей 9 и 11 представляет собой полый корпус в форме усеченного конуса, на котором выполнено множество небольших форсунок (в данном примере восемь форсунок), выступающих из самого этого корпуса и равномерно распределенных на нем.

Распылители 9 распределены по всей поверхности верхней части I реактора 1. Один из них находится в самой верхней точке реактора 1, тогда как три другие размещены в плоскости, проходящей перпендикулярно продольной, вертикальной оси и равноудалены друг от друга по окружности на угол 120^o. Однако четыре распылителя 11 находятся в верхней части и симметрично размещены вокруг распылителя 9, находящегося в самой верхней точке реактора.

Промежуточная часть II и нижняя часть III снабжены полутрубками и/или специальными пластинками 6, под которые соответственно для нагрева или охлаждения непрерывно подают теплопрозрачное масло или воду под давлением.

По ходу движения технологического потока сразу же за выпускным отверстием 12 расположен загрузочный патрубок 7 для жидкофазного инициатора роста цепи, а между насосом 3 и теплообменником 2 находится выпускной патрубок 16 для готового продукта. Предусмотрены также впускной патрубок 17 для жидкофазного катализатора, клапанное устройство 26 для поочередного перекрытия патрубков 14а и 14b и клапанное устройство 4 для перекрытия рециркуляционного трубопровода 15. В теплообменник 2 по впускному и выпускному патрубкам 18 и 19 соответственно подают горячую или холодную воду под давлением. Однако вместо воды под давлением может быть использована любая другая обычная текучая среда, такая как теплопрозрачное масло.

Когда реакционная смесь сохраняет свои характеристики, вследствие чего ее можно перекачивать через весь процесс, инициатор роста цепи загружают в реактор 1 по патрубку 7, если он представляет собой жидкость, и через отверстие 20, если он является твердым веществом, до тех пор, пока не достигают заданной массы.

Инициатор роста цепи обычно вводят в количествах, равных соотношению между конечным количеством продукта и коэффициентом роста, где коэффициент роста определяют как значение соотношения между молекулярной массой продукта и молекулярной массой инициатора роста цепи.

Инициатор можно плавить с помощью нагревающего/охлаждающего устройства 6 и затем направлять на рециркуляцию с помощью насоса 3 через выпускное отверстие 12 и через теплообменник 2 и вновь вводить в реактор 1 по трубопроводу 15 с помощью распылителей 9 в форме тонкодисперсных капелек. Одновременно с этим для начала реакции алкоксилирования, для ее ускорения, а также всегда, когда это необходимо, в реактор вводят катализатор, который полностью следует диспергировать в инициаторе роста цепи для того, чтобы вызвать in situ реакцию алкоголята. Обычно целесообразно использовать основный катализатор, который выбирают из группы, включающей гидроксиды и алкоголяты щелочных металлов и гидроксиды щелочноземельных металлов. Однако можно выбрать даже кислотные катализаторы, хотя они не предпочтительны, поскольку им свойственен недостаток, состоящий в повышении концентрации диоксана в продукте.

Катализатор вводят в реактор по трубопроводам 17 и 15, если он представляет собой жидкость, и через отверстие 23, если он находится в твердом состоянии. Таким образом, в самой верхней части реактора готовят тонкую дисперсию капелек, содержащих инициатор роста цепи, катализатор и воду. Исходный материал диспергируют в форме полного конуса, угол которого можно варьировать в пределах 15-150^o, что осуществляют с помощью распылителей, образующих капельки, диаметр которых по Заутеру составляет менее 500 мкм.

Содержащий катализатор инициатор роста цепи сушат нагреванием под вакуумом.

По достижении оптимальных условий (температуры, концентрации катализатора, степени влажности, давления и т.д.) для инициирования реакции по трубопроводу 14а, через отверстия 10 и распылители 11 начинают подавать алкиленоксид.

Эту операцию введения проводят при автоматическом регулировании массового расхода, давления и реакционной температуры, данные о которых поступают непосредственно из реактора и из реакционного контура, а также температуры охлаждающей текучей среды.

Реакцию алкоксилирования обычно проводят при температуре, которую в зависимости от типа получаемого продукта можно варьировать в пределах 70-195^oС, предпочтительно в пределах 90-180^oС, и под относительным давлением, которое обусловлено частично присутствием инертного газа, обычно азота, и частично присутствием самого алкиленоксида. Относительное реакционное давление обычно не превышает 6•10² кПа в случае этиленоксида или смесей этиленоксида/пропиленоксида и может достигать 12•10 кПа при использовании только пропиленоксида.

Результатом подачи алкиленоксида является абсорбция этого последнего капельками содержащего катализатор инициатора роста цепи в верхней части реактора 1 и, следовательно, химическая реакция в промежуточной и нижней частях II и III реактора 1. Фактически капельки, насыщенные алкиленоксидом, слипаются на свободной поверхности жидкой фазы в реакторе 1, где протекает реакция алкоксилирования. По истечении приемлемого периода пребывания жидкую фазу по трубопроводу 15 направляют на рециркуляцию и через распылитель 9 непрерывно подают в самую верхнюю часть реактора 1.

В процессе рециркуляции жидкая фаза непрерывно отдает свое тепло, значительное количество которого выделяется в результате высокоэкзотермической реакции алкоксилирования, через теплообменник 2, в который одновременно с этим подают находящуюся под давлением охлаждающую воду. После этого реакция продолжается, причем алкиленоксид непрерывно вводят до достижения целевого роста молекулы. Далее продукт охлаждают, при необходимости очищают и нейтрализуют и в завершение выгружают из реактора и соответствующего реакционного контура по патрубку 16, после чего начинают следующий цикл получения.

Высокий коэффициент массопереноса обеспечивает создание более благоприятных реакционных условий, а также более тщательные деаэрацию и дегидратацию инициатора роста цепи, благодаря чему образуется незначительное количество нежелательных побочных продуктов и загрязняющих примесей. Получаемый таким образом продукт характеризуется улучшенным, более высоким качеством.

Реактор имеет такую конфигурацию, при которой мало соотношение поверхность/объем и максимальна продолжительность газожидкостного контактирования в верхней части I реактора. Это сводит к минимальному соотношение между поверхностью металла (S), подвергаемой воздействию газообразного алкиленоксида, и свободным объемом (V) самого испаренного оксида, причем значение этого соотношения не превышает, например, 1,55 м^-1 в случае реакторов для 10-тонной партии и 1,30 м^-1 в случае реакторов для 50-тонной партии, и обеспечивает создание очень высокого градиента концентрации алкиленоксида на пути от самой верхней части до основания реактора и очень высокого температурного градиента на пути от основания до самой верхней части реактора. Почти полное отсутствие остаточного оксида в реакторе и прежде всего в тех частях, где температура максимальна, обеспечивает более высокую безопасность, в особенности с точки зрения взрывобезопасности, чем в обычных реакторах, в которых применяют барботерную модель диспергирования оксида.

Распределение распылителей по внутренней поверхности верхней части I реактора позволяет охватить все 100% объема реактора, каким бы ни был уровень реакционной жидкости, максимизируя таким образом массоперенос независимо от требуемой степени роста и сводя к минимальному слияние капелек на стенках до того, как они достигнут свободной поверхности жидкой фазы. Поскольку жидкую реакционную смесь разбрызгивают над всей внутренней поверхностью верхней части I реактора, возможность образования горячих зон, вызванного локальными теплопотоками извне реактора, полностью исключается, значительно уменьшая опасность взрыва в самом реакторе, даже когда реактор работает во взрывоопасных пределах для алкиленоксида. Применение предлагаемой установки позволяет снизить содержание диоксана в конечном продукте до неожиданно низкого уровня в сравнении с достигаемым при применении ранее известных в данной области техники, поэтому такая установка является более экологичной и менее вредной для здоровья.

Размещение распылителей по всей внутренней поверхности верхней части I реактора дает возможность эффективно мыть всю внутреннюю поверхность реактора очень малыми количествами воды или растворителя. Если принять во внимание ту высокую эффективность, с которой можно осуществлять опорожнение реактора, то выгружаемая промывная жидкость значительно беднее содержанием вредных веществ, благодаря чему ее восстановление оказывается менее сложным.

Если реакционная смесь никогда не переходит в состояние, в котором ее можно перекачивать в ходе проведения процесса, то реактор 1 отключают с помощью соответствующего клапанного устройства 4 от внешнего рециркуляционного контура и инициатор роста цепи загружают в него по патрубку 7, когда инициатор представляет собой жидкость, и через отверстие 20, когда он является твердым веществом, до тех пор, пока не достигают заданной массы. В случае, когда он представляет собой твердое вещество, инициатор роста цепи предварительно плавят, а затем перемешивают с помощью мешалки 25. В то же самое время катализатор, используемый для проведения реакции полимеризации, вводят через отверстие 22, если он представляет собой жидкость, и через отверстие 23, если он является твердым веществом, причем катализатор полностью диспергируют в перемешиваемой жидкой фазе инициатора роста цепи. Содержащий катализатор инициатор роста цепи сушат нагреванием под вакуумом.

По достижении оптимальных для инициирования реакции полимеризации условий (температуры, концентрации катализатора, степени влажности, давления и т. д.) по трубопроводу 14b, через отверстие 21 и распылители 24 начинают подавать алкиленоксид. При этом оксид начинают инжектировать снизу вверх через перемешиваемую жидкую фазу инициатора роста цепи и катализатора, вследствие чего в промежуточной части II и нижней части III реактора 1 начинается химическая реакция. Избыток тепла, которое выделяется в результате экзотермической реакции полимеризации, отводят с помощью теплообменного устройства 6, которое выполнено в виде полутрубок.

По другому варианту можно, как очевидно, применять и теплообменное устройство 6 другого типа. Так, например, оно может быть выполнено в виде внутреннего змеевика.

По достижении целевого роста молекулы подачу алкиленоксида прекращают и полученный продукт выгружают.

Как указано выше, предлагаемую в изобретении установку можно применять в ситуациях, когда реакционная смесь достигает состояния, в котором ее можно перекачивать только по прошествии некоторого периода времени.

В этом случае установку по изобретению вначале обычно применяют таким образом, как это описано непосредственно выше, а после этого, когда вязкость реакционной смеси достигает критического уровня, ее обычно переключают на режим работы с внешней рециркуляцией.

ПРИМЕР 1 Получение 10000 кг октилфенола + 9,5 молей этиленоксида 3441 кг твердого октилфенола (с Mw 208) и 10 кг твердого КОН в качестве катализатора загружали в вышеописанную установку, реактор которой характеризовался соотношением S/V 1,55 м^-1. После загрузки твердого материала его плавили нагреванием с перемешиванием, а после образования жидкой фазы начинали рециркуляцию по внешнему контуру. Массу сушили при 135^oС под вакуумом 5 мбар, а после нарушения вакуума подачей азота и нагрева массы до реакционной температуры (160^oС) под максимальным относительным давлением 4,75•10² кПа проводили реакцию с участием 6559 кг этиленоксида.

По завершении реакции массу охлаждали, нейтрализовали и выгружали. Никакой очистки или последующих обработок не проводили.

Общая продолжительность процесса получения от этапа загрузки первого твердого материала до выгрузки конечного продукта составляла 220 мин.

Полученный продукт имел следующие качественные показатели: внешний вид (25^oС) - прозрачный продукт, окраска - макс. 30 (по методике Американской ассоциации здравоохранения), содержание воды (част./млн) - макс. 1000, рН (5%-ный водный раствор, 25^oС) 6-7, гидроксильное число (мг КОН/г) - 89,5, полиэтиленгликоль (мас.%) - макс. 0,50.

ПРИМЕР 2 Получение 10000 кг полипропиленгликоля с Mw 5900
113 кг дипропиленгликоля и 25 кг твердого КОН загружали в вышеописанную установку, реактор которой характеризовался соотношением S/V 1,55 м^-1, и массу сушили при 135^oС под вакуумом менее 5 мбар. Вакуум нарушали подачей азота, температуру в реакторе доводили до 97^oС и при этой температуре реакцию с участием 9887 кг пропиленоксида проводили до достижения молекулярной массы 5900, осуществляя единственную операцию при максимальном относительном давлении 5•10² кПа.

По завершении реакции и после удаления остаточного пропиленоксида продукт выгружали из реактора. Общая продолжительность процесса получения от этапа загрузки первого материала до выгрузки конечного продукта составляла 1650 мин.

Полученный продукт имел следующие качественные показатели:
внешний вид (25^o) - жидкость,
окраска - макс. 10 (по методике Американской ассоциации здравоохранения),
молекулярная масса - 5900,
гидроксильное число (мг КОН/г) - 19,
вязкость - 1750 сСт,
содержание ненасыщенных групп - 0,05 мэкв./г.

В вышеописанных примерах в качестве инициаторов роста цепи использовали соответственно октилфенол и дипропиленгликоль.

Очевидно, что в качестве инициаторов роста цепи могут быть использованы соединения, содержащие по меньшей мере по одному активному водородному атому. В качестве примеров таких инициаторов роста цепи можно назвать алкилфенолы, такие как октилфенол, нонилфенол, додецилфенол, динонилфенол, тристирилфенол; натуральные и синтетические жирные спирты и их смеси, такие как дециловый спирт, тридециловый спирт, олеиловый спирт, олеилацетиловый спирт, цетилстеариловый спирт, ланолин, холестерин, ацетилендиол; жирные амины и гидрогенизованные амины, такие как лауриламин, олеиламин, кокоамин, амины твердых жиров и соевые амины, соевые иминопропиленамины, абиетиламин; амиды жирных кислот, такие как лауриламид, стеариламид, амиды, дериватизированные из жирных кислот кокосового, соевого масел и твердых жиров; жирные кислоты, такие как кислоты кокосового масла, лауриновая кислота, кислоты твердых жиров, стеариновая, пальмитиновая, олеиновая, миристиновая, линоленовая, абиетиновая и нафтеновые кислоты; сорбитановые эфиры, такие как монолаурат, монопальмитат, моностеарат, моноолеат, моноабиетат, дилаурат, тристеарат, триолеат, пенталаурат, гексаолеат, гексастеарат; моноглицериды и моностеараты, например кокосовое масло и глицерин; сложные эфиры пентаэритрита, такие как монолаурат, моноолеат и ланолин; этиленгликоли, такие как моно-, ди-, триэтиленгликоли и полиэтиленгликоли; пропиленгликоли, такие как моно-, ди-, трипропиленгликоли и полипропиленгликоли; этиленоксид-пропиленоксидные блок-сополимеры и их неупорядоченные последовательности на основе различных инициаторов роста цепи, такие как жирные амины, жирные спирты, глицерин, дипропиленгликоль и т.д.; масла, такие как касторовое масло, гидрогенизованное касторовое масло, жир норки, твердые жиры; талловое масло; меркаптаны, такие как додецилмеркаптан.

Формула изобретения

1. Установка для полунепрерывной полимеризации мономеров с использованием инициатора роста цепи, отличающаяся тем, что имеет реактор (1), ось которого проходит практически вертикально и у которого имеются нижняя часть (III) в форме усеченного конуса, верхняя распылительная часть (I) и промежуточная часть (II), при этом площадь поперечного сечения верхней части (I) превышает площадь поперечного сечения промежуточной части (II), причем этот реактор (1) имеет впускные отверстия (8), (10), (20), (21) для мономера и инициатора, по меньшей мере одно выпускное отверстие (12), по меньшей мере один распылитель (9), находящийся в верхней части (I), по меньшей мере один распылитель (11) для распыления мономера в реакторе (1), находящийся в верхней части (I), по меньшей мере одно распределительное устройство (24), находящееся в нижней части (III), для распределения мономера, испаренного в реакторе, мешалку (25), ориентированную продольно внутри трубчатого корпуса реактора (1), устройство (6) для нагрева или охлаждения промежуточной части (II) и нижней части (III), рециркуляционный трубопровод (15), один конец которого сообщается через насос (3) с выпускным отверстием (12), а другой конец - с верхней частью (I), и по меньшей мере одним распылителем (9), клапанное устройство (26) для поочередного применения по меньшей мере одного распылителя (9) и по крайней мере одного распределительного устройства (24) и клапанное устройство (4) для перекрытия рециркуляционного трубопровода (15).

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что имеет теплообменное устройство (2), находящееся на рециркуляционном трубопроводе (15) по ходу движения технологического потока после насоса (3).

3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что имеет отверстие (22), (23) для ввода, соответственно жидкого или твердого катализаторов.

4. Установка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно распределительное устройство (24) представляет собой пористый пластинчатый распылитель.

5. Установка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что каждый распылитель (9), (11) представляет собой полый корпус в форме практически усеченного конуса, который выступает от стенки внутрь реактора, причем на конце большего диаметра эти распылители (9), (11) сообщаются с возможностью истечения текучих сред соответственно с рециркуляционным трубопроводом (15) и трубопроводом (14) для подачи алкиленоксида, при этом в указанном полом корпусе выполнено множество форсунок, которые равномерно распределены по его поверхности.

6. Установка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что распылители по меньшей мере одного из типов (9) и (11) находятся и размещены по всей внутренней поверхности верхней части (I) реактора (1), тогда как по меньшей мере одно из распределительных устройств (24) находится на внутренней поверхности нижней, конической части (III).

7. Способ полунепрерывной полимеризации мономеров с использованием твердого инициатора роста цепи, включающий последовательность следующих стадий: загрузку установки по любому из пп. 1-6, перемешивание реакционной смеси, содержащей мономер и инициатор роста цепи в нижней части (III) этой установки до тех пор, пока ее вязкость не достигнет такого уровня, при котором возможна ее рециркуляция, рециркуляцию этой реакционной смеси с подачей в верхнюю часть (I) этой установки и ее распыление с помощью распылителей (9), причем мономер распыляют с помощью распылителей (11) до достижения целевой молекулярной массы продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1