一種聚四氟乙烯制備裝置和方法與流程

本發(fā)明涉及高分子材料聚合技術領域，具體地說是一種聚四氟乙烯制備裝置和方法。

背景技術：

聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗稱“塑料王”，是由四氟乙烯單體(TFE)經聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。目前已被廣泛地應用于航空、宇航、原子能、電子、電器、化工、機械、建筑、輕紡、醫(yī)藥等工業(yè)部門，并日益深入到人民的日常生活中。

聚四氟乙烯可由懸浮和分散兩種聚合工藝獲得，所得樹脂經過干燥后獲得粉末產品，或者經過濃縮獲得濃縮乳液。其中聚合工藝為將合格的TFE單體，在引發(fā)劑及其他助劑作用下，以去離子水為介質，在一定的溫度、壓力和攪拌速度下在聚合釜內進行聚合反應得到相應的產物。整個聚合反應過程中TFE單體要在單體計量槽內由液態(tài)氣化升壓，借助壓力差通過調節(jié)閥控制一定的流量進入反應釜內。

目前常規(guī)工藝用到的聚四氟乙烯制備裝置(如圖1所示，圖中箭頭表示物料輸送方向)中，單體計量槽1為上、下夾套換熱設備(包括上夾套5、下夾套6)，單體計量槽直接與聚合反應釜4連接，非聚合狀態(tài)時，開啟上夾套冷媒入口51和上夾套冷媒出口52對單體計量槽內部的TFE單體強制冷卻，于液態(tài)形式儲存。聚合反應過程中，要停止上夾套冷媒，開啟下夾套熱媒入口61(0.6MPa蒸汽或90℃熱水)對單體計量槽底部加熱，使液態(tài)的TFE單體氣化對單體計量槽升壓。工藝弊端為：

單體TFE性質非?；顫?，易燃易爆，沸點-76.3℃，聚合熱：-172.704KJ/mol，在空氣中的爆炸極限為10～44％(V/V)，在壓縮狀態(tài)下可由于溫度高而自動聚合，伴隨著迅速壓力升高及釋放大量的聚合熱，使溫度急劇上升而引起爆炸。

通過對單體計量槽下夾套直接加熱氣化，設備底部加熱處長時間處于高溫狀態(tài)，該區(qū)域TFE受熱易自聚并釋放出熱量，同時會和計量槽內微量的氧氣形成過氧化物，過氧化物積累到一定程度會加速TFE自聚，安全隱患很大。國內已經出現類似安全爆炸事故，對生產造成嚴重的影響。

對同一臺設備頻繁的冷卻降溫操作又高溫加熱操作，設備材質易產生較大的熱應力與變形，導致產生疲勞，嚴重影響設備的使用壽命。

申請?zhí)枮?01320330366.6的實用新型專利公開了一種聚四氟乙烯聚合反應裝置，包括依次連接的四氟乙烯液體儲罐、單體計量槽、汽化器、硅膠過濾器以及聚合反應釜；四氟乙烯液體儲罐上通過單體冷凝器連接四氟乙烯單體管線；聚合反應釜頂部設有引發(fā)劑進料管線、助劑進料管線、石蠟進料管線、放空管線以及真空管線，真空管線上連接真空泵，石蠟進料管線連接石蠟槽；聚合反應釜的底部設有四氟乙烯進料管線、聚四氟乙烯。出料管線和氮氣管線；四氟乙烯進料管線連接所述的硅膠過濾器，所述的聚四氟乙烯出料管線連接分離槽。利用上述裝置制備聚四氟乙烯時，由于單體計量槽僅具有計量功能，需要增加單獨的冷凝器使四氟乙烯單體冷凝，然后經汽化器氣化后直接通入聚合反應釜，這樣就容易導致氣化后的四氟乙烯狀態(tài)氣壓相差較大，使得聚合反應釜內反應不穩(wěn)定，聚合反應后的產品不良率較高。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種可避免TFE自聚，同時使得到的聚四氟乙烯產品品質均一的聚四氟乙烯制備裝置和方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案之一為：一種聚四氟乙烯制備裝置，包括單體計量槽、汽化器和聚合反應釜，所述單體計量槽外設有冷媒夾套，單體計量槽底部與汽化器底部連接，單體計量槽頂部與汽化器頂部連接，單體計量槽頂部與聚合反應釜頂部連接。

本發(fā)明提供的另一技術方案為：一種利用上述聚四氟乙烯制備裝置制備聚四氟乙烯的方法，包括：向單體計量槽頂部通入液態(tài)TFE，控制單體計量槽內壓力為0.9～1.1MPa，向汽化器通入60～70℃熱水后，將單體計量槽中的液態(tài)TFE 通入到汽化器中進行氣化，氣化后汽化器中的氣態(tài)TFE在單體計量槽的壓力下回到單體計量槽，待單體計量槽內的液態(tài)TFE全部變?yōu)闅鈶B(tài)TFE后，控制聚合反應釜內壓力為0.75～0.85MPa，將氣態(tài)TFE通入到聚合反應釜內進行聚合反應，得聚四氟乙烯。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明聚四氟乙烯制備裝置及其制備方法取消了現有的單體計量槽下夾套加熱形式，而采用獨立的汽化器對TFE單體氣化升壓，單體計量槽底部與汽化器底部連接，單體氣化器內部結構為螺旋盤管，通過熱水對螺旋盤管內部的液相TFE加熱氣化以達到升壓壓力，不會出現局部受熱自聚問題；單體計量槽頂部與汽化器頂部連接，使得氣化后的TFE單體依然可以通入到單體計量槽中，待單體計量槽壓力穩(wěn)定后再從聚合反應釜頂部進入到聚合反應釜中反應，使得到的聚四氟乙烯性質穩(wěn)定、品質優(yōu)良；單體計量槽外設有冷媒夾套，使得反應前或反應結束后可直接向冷媒夾套中通入-32～-38℃的冷媒使單體計量槽內的TFE液化得以保存，無需單獨設置冷凝器。

附圖說明

圖1為常規(guī)工藝用到的聚四氟乙烯制備裝置的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例聚四氟乙烯制備裝置的結構示意圖。

標號說明：

1、單體計量槽；11、TFE液相進料口；12、TFE液相出料口；13、TFE氣相進料口；14、TFE氣相出料口；2、冷媒夾套；21、冷媒入口；22、冷媒出口；3、汽化器；31、螺旋盤管；32、熱水入口；33、熱水出口；4、聚合反應釜；5、上夾套；51、上夾套冷媒入口；52、上夾套冷媒出口；6、下夾套；61、下夾套熱媒入口。

具體實施方式

為詳細說明本發(fā)明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖予以說明。

本發(fā)明最關鍵的構思在于：采用獨立的汽化器對TFE單體氣化升壓，通過 熱水對螺旋盤管內部的液相TFE加熱氣化以達到升壓壓力，不會出現局部受熱自聚問題，氣化后的TFE單體依然通入到單體計量槽中，待單體計量槽壓力穩(wěn)定后再通入到聚合反應釜中反應，使得到的聚四氟乙烯性質穩(wěn)定、品質優(yōu)良。

請參照圖2(圖中箭頭表示物料輸送方向)，本發(fā)明提供一種聚四氟乙烯制備裝置，包括單體計量槽1、汽化器3和聚合反應釜4，所述單體計量槽外設有冷媒夾套2，單體計量槽底部與汽化器底部連接，單體計量槽頂部與汽化器頂部連接，單體計量槽頂部與聚合反應釜頂部連接。

進一步的，所述單體計量槽上設有TFE液相進料口11、TFE液相出料口12、TFE氣相進料口13和TFE氣相出料口14，所述TFE液相進料口、TFE氣相進料口和TFE氣相出料口均設置在單體計量槽頂部，所述TFE液相出料口設置在單體計量槽底部并與汽化器連接，所述TFE氣相進料口與汽化器連接，所述TFE氣相出料口與聚合反應釜連接。

進一步的，所述汽化器內設有螺旋盤管31，螺旋盤管一端與TFE液相出料口連接，螺旋盤管另一端與TFE氣相進料口連接。

由上述描述可知，采用螺旋管式汽化器，換熱效率高，氣化升壓速度快，對流動液態(tài)TFE加熱，不會出現局部受熱自聚問題，安全可靠。

進一步的，所述冷媒夾套上設有冷媒入口21和冷媒出口22，所述冷媒入口設置在冷媒夾套下部，所述冷媒出口設置在冷媒夾套上部。

由上述描述可知，冷媒(可以是冷水或冷鹽水)由冷媒夾套下部通入，由冷媒夾套上部排出，可使單體計量槽中的TFE迅速液化，得到儲存。

本發(fā)明還提供一種利用上述聚四氟乙烯制備裝置制備聚四氟乙烯的方法，包括：向單體計量槽頂部通入液態(tài)TFE，控制單體計量槽內壓力為0.9～1.1MPa，向汽化器通入60～70℃熱水后，將單體計量槽中的液態(tài)TFE通入到汽化器中進行氣化，氣化后汽化器中的氣態(tài)TFE在單體計量槽的壓力下回到單體計量槽，待單體計量槽內的液態(tài)TFE全部變?yōu)闅鈶B(tài)TFE后，控制聚合反應釜內壓力為0.75～0.85MPa，將氣態(tài)TFE通入到聚合反應釜內進行聚合反應，得聚四氟乙烯。

從上述描述可知，本發(fā)明聚四氟乙烯制備裝置及其制備方法取消了現有的單體計量槽下夾套加熱形式，而采用獨立的汽化器對TFE單體氣化升壓，單體 計量槽底部與汽化器底部連接，單體氣化器內部結構為螺旋盤管，通過熱水對螺旋盤管內部的液相TFE加熱氣化以達到升壓壓力，不會出現局部受熱自聚問題；單體計量槽頂部與汽化器頂部連接，使得氣化后的TFE單體依然可以通入到單體計量槽中，待單體計量槽壓力穩(wěn)定后再從聚合反應釜頂部進入到聚合反應釜中反應，使得到的聚四氟乙烯性質穩(wěn)定、品質優(yōu)良；單體計量槽外設有冷媒夾套，使得反應前或反應結束后可直接向冷媒夾套中通入-32～-38℃的冷媒使單體計量槽內的TFE液化得以保存，無需單獨設置冷凝器。

進一步的，聚合反應結束后，向冷媒夾套中通入-32～-38℃的冷媒使單體計量槽內的TFE液化得以保存。

本發(fā)明制備方法的優(yōu)選方案為：向單體計量槽頂部通入液態(tài)TFE，控制單體計量槽內壓力為1.0MPa，向汽化器通入60℃熱水后，將單體計量槽中的液態(tài)TFE通入到汽化器的螺旋盤管中進行氣化，氣化后螺旋盤管中的氣態(tài)TFE在單體計量槽的壓力下回到單體計量槽，待單體計量槽內的液態(tài)TFE全部變?yōu)闅鈶B(tài)TFE后，控制聚合反應釜內壓力為0.8MPa，將氣態(tài)TFE通入到聚合反應釜內進行聚合反應，得聚四氟乙烯，聚合反應結束后，向冷媒夾套中通入-35℃的冷媒使單體計量槽內的TFE液化得以保存。

請參照圖2(圖中箭頭表示物料輸送方向)，本發(fā)明的實施例1為：

一種聚四氟乙烯制備裝置，包括單體計量槽1、汽化器3和聚合反應釜4，所述單體計量槽外設有冷媒夾套2，單體計量槽底部與汽化器底部連接，單體計量槽頂部與汽化器頂部連接，單體計量槽頂部與聚合反應釜頂部連接。所述單體計量槽上設有TFE液相進料口11、TFE液相出料口12、TFE氣相進料口13和TFE氣相出料口14，所述TFE液相進料口、TFE氣相進料口和TFE氣相出料口均設置在單體計量槽頂部，所述TFE液相出料口設置在單體計量槽底部并與汽化器連接，所述TFE氣相進料口與汽化器連接，所述TFE氣相出料口與聚合反應釜連接。所述汽化器內設有螺旋盤管31，螺旋盤管一端與TFE液相出料口連接，螺旋盤管另一端與TFE氣相進料口連接。所述冷媒夾套上設有冷媒入口21和冷媒出口22，所述冷媒入口設置在冷媒夾套下部，所述冷媒出口設置在冷媒夾套上部。

利用上述聚四氟乙烯制備裝置制備聚四氟乙烯的方法：

向單體計量槽頂部通入液態(tài)TFE，控制單體計量槽內壓力為0.9～1.1MPa，向汽化器通入60～70℃熱水后，將單體計量槽中的液態(tài)TFE通入到汽化器中進行氣化，氣化后汽化器中的氣態(tài)TFE在單體計量槽的壓力下回到單體計量槽，待單體計量槽內的液態(tài)TFE全部變?yōu)闅鈶B(tài)TFE后，控制聚合反應釜內壓力為0.75～0.85MPa，將氣態(tài)TFE通入到聚合反應釜內進行聚合反應，得聚四氟乙烯。聚合反應結束后，向冷媒夾套中通入-32～-38℃的冷媒使單體計量槽內的TFE液化得以保存。

上述方法具體可以是：

步驟1、TFE液相收料完畢，單體計量槽處于冷卻狀態(tài)，聚合反應釜具備反應加單體條件，關閉單體計量槽-35℃冷媒系統(tǒng)，開啟汽化器熱水循環(huán)系統(tǒng)(熱水從熱水入口32中進入汽化器，從熱水出口33中出來)，開啟單體計量槽至汽化器的調節(jié)閥，設置單體計量槽壓力為1.0MPa(按照懸浮聚合壓力0.8MPa設置，以下類同)，加熱氣化TFE通過平衡壓力管道回到單體計量槽進行升壓；

步驟2、當單體計量槽壓力達到設定值后，緩慢開啟通入反應釜的調節(jié)閥，并設置自控壓力0.8MPa，平穩(wěn)對反應釜供料；

步驟3、當反應結束，關閉汽化器熱水系統(tǒng)，關閉單體計量槽至汽化器的調節(jié)閥，關閉汽化器至反應釜調節(jié)閥，開啟單體計量槽-35℃冷媒系統(tǒng)對單體計量槽降溫，使未反應的TFE單體迅速降溫冷卻。

綜上所述，本發(fā)明聚四氟乙烯制備裝置及其制備方法取消了現有的單體計量槽下夾套加熱形式，而采用獨立的汽化器對TFE單體氣化升壓，單體計量槽底部與汽化器底部連接，單體氣化器內部結構為螺旋盤管，通過熱水對螺旋盤管內部的液相TFE加熱氣化以達到升壓壓力，不會出現局部受熱自聚問題；單體計量槽頂部與汽化器頂部連接，使得氣化后的TFE單體依然可以通入到單體計量槽中，待單體計量槽壓力穩(wěn)定后再從聚合反應釜頂部進入到聚合反應釜中反應，使得到的聚四氟乙烯性質穩(wěn)定、品質優(yōu)良；單體計量槽外設有冷媒夾套，使得反應前或反應結束后可直接向冷媒夾套中通入-32～-38℃的冷媒使單體計量槽內的TFE液化得以保存，無需單獨設置冷凝器。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。