一种制备环醚聚合物的反应系统和方法与流程

本发明属于高分子材料合成领域和聚合反应控制领域，具体地涉及一种制备环醚聚合物的反应系统和方法。

背景技术：

1、环醚化合物具有易聚合、结构和官能团丰富的特点，是合成杂链高分子材料的优良单体。环醚可发生开环聚合(均聚)，生成侧基各异的脂肪族聚醚，还可与同源的环醚单体发生共聚获得侧基组成更为丰富的聚合物。环醚可以与环酯、环状酸酐、二氧化碳及其衍生物等诸多非环氧类化合物进行无规则、交替、嵌段等共聚反应，生成主链结构显著异于侧链的聚合物。这类聚合物由于主链结构均一、分子量可控、可降解等优点，得到快速发展。随着工业和社会的发展，各类高分子材料的功能和质量更加精细化，从聚合反应系统实现精确调控环醚聚合物的结构和性能具有重要意义。

2、环醚开环聚合生成各种聚酯、聚醚化合物主要通过特定的催化剂引发环醚开环，发生聚合反应。由于反应器结构简单、易分离等优点，非均相的固定床反应器广泛应用于实际生产。根据环醚开环聚合反应机理，聚合反应的特征如下：

3、1、聚合反应步骤多，机理复杂，影响因素多，一般由链引发产生高活性物种，再通过链增长、链转移、链终止等步骤完成聚合反应，整个过程还会产生伴随反应，以及不同活性物种之间的随机转移、以及支化、甚至交联等副反应，更增加了反应的复杂性。环醚开环聚合实际上生成了非常多的结构不规则、高分子量或低分子量的聚合物，导致聚合产物的分子量大小不一，分子量分布加宽。反应的停留时间、反应温度对反应过程中的活性物种浓度、反应速率、聚合方向有重要影响，进而影响聚合物的转化率、粘度、数均分子量、分子量分布指数等性能指标。

4、2、环醚聚合大部分为放热反应，且放热量不稳定，瞬时放热量很大，反应温度是影响聚合反应的最重要条件之一。而聚合物自身的导热系数小，传热差，反应器控温困难，如何将聚合热排放出去就成为聚合反应工业化生产的难点。在聚合物合成反应过程中，确定适宜的反应温度是非常关键的，在工业生产上，固定床反应器的床层温差则是控制反应温度的关键指标。

5、针对聚合反应的特性，现有技术通常采用固定床反应器或列管式反应器的形式，但都存在缺陷。一类常见的是采用绝热式固定床反应器，反应器筒体内填满催化剂颗粒，这是应用最为广泛的反应器类型，通过反应器外的外循环撤热。专利申请cn1390873a和cn1389493a均采用此类反应器形式，这种方式为了保证较小的床层温差通常要求较大的循环量，除了需要高的能耗外还会导致反应物在反应器内的停留时间缩短，聚合物的转化率、分子量分布以及色度变差，无法同时兼顾产品性能和温度控制，限制了应用范围。而另外一类则是采用列管式固定床反应器，该反应器较多的用于低粘度体系的氧化、硝化、烷基化等放热量较大的反应，以冷却介质与列管内的物料进行热交换，通过控制冷却介质的流量来实现反应温度的稳定，反应管内径通常较小(≤50mm)，数量可达到上万根，但也限制了产能规模。cn2764474y公开了一种列管式固定床反应器，该发明所述反应器为常规形式的列管反应器，所述的反应管径仅为40mm，用于丙烯氧化制备环氧丙烷反应。cn1736574a描述了一种列管式固定床反应器，该发明中的列管采用套管结构，套管间隙中装填催化剂，冷却介质同时流过内管管程和反应器壳程，以此来缩小层流状态的宽度来改善传热，同时增大换热面积。但由于聚合反应生成的反应物通常粘度较高，反应物在列管壁面为层流，传热系数低、传热不均匀，径向缺乏有效的流动混合，轴向温度分布不均匀，现有列管式反应器是将反应器壳体作为一个整体，冷却介质温度为固定值，对反应管内部的偏流现象，温度不均匀等问题无法解决，只能整体降低冷却介质的温度，整个反应器床层温度都会受到影响。

6、因此，本领域需要一种用于高粘度物料体系进行放热反应的催化聚合反应系统，该反应系统在不影响反应物料在反应器内停留时间的情况下，能够以较低的能耗解决聚合反应的撤热，并针对物料体系粘度较高带来的传热和传质效果差的问题，精确控制反应器的温度，消除局部高温，实现高分子聚合物材料的精细化生产的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种制备环醚聚合物的反应系统和方法。

2、本发明提供了一种制备环醚聚合物的聚合反应系统。该反应系统包括列管式固定床反应器，通过在反应管内加入低剪切力内件，改变反应管内粘度较高的聚合物流体的流动形态，增强径向流动混合与传热，使得反应管近壁区与管中心的物料均一，不影响聚合物性能。本发明中的控温系统根据各区域的局部高温独立控制，实现列管式固定床反应器整体轴向温度均一，还可以根据工艺需求实现对列管式固定床反应器各区域温度的独立控制而不影响整体的反应条件，减少了聚合反应过程中链转移、链增长等聚合反应中的副反应，具有良好的反应效果，满足聚合物精细化生产的需要，生成的聚合物分子量分布好，结构规则均一，具有良好的性能。

3、本发明的第一方面，提供了一种反应系统，所述反应系统包括列管式固定床反应器和控温系统；

4、所述列管式固定床反应器内部设置有多个反应管，所述反应管内部设置有增强物料传质和传热的内件，所述列管式固定床反应器被垂直于反应管轴向设置的隔板分为二个以上独立的区域；所述列管式固定床反应器包括壳体、设置在壳体上的冷却介质入口和冷却介质出口，每个区域的壳体上均设置有一个冷却介质入口和一个冷却介质出口；

5、所述控温系统包括设置于部分或全部反应管中用于测量反应管轴向不同位置温度的温度计、和在所述列管式固定床反应器内部、反应管外部区域流动的冷却介质，所述控温系统通过独立调整特定区域冷却介质的流量来调控所述区域反应管内部的反应温度。

6、本发明的第二方面，提供了一种采用本发明第一方面所述的反应系统制备环醚聚合物的方法，包括步骤：将含有环醚化合物的原料加入到所述反应管中进行聚合反应，通过控温系统独立控制各区域内冷却介质的流量，控制床层温差≤3℃。

1.一种反应系统，其特征在于，所述反应系统包括列管式固定床反应器和控温系统；

2.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，

3.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述控温系统包括冷却介质冷却器、冷却介质循环泵、冷却介质高位槽和冷却介质流通的管道；

4.如权利要求1所述的催化聚合反应系统，其特征在于，通过所述控温系统控制每支温度计测得的所述反应管轴向温差的最大值≤5℃。

5.如权利要求1所述的催化聚合反应系统，其特征在于，所述列管式固定床反应器具有以下一项或多项特征：

6.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述内件具有以下一项或多项特征：

7.如权利要求1所述的反应系统，其特征在于，所述反应系统具有以下一项或多项特征：

8.采用权利要求1-7中任一项所述的反应系统制备环醚聚合物的方法，其特征在于，包括步骤：将含有环醚化合物的原料加入到所述反应管中进行聚合反应，通过控温系统独立控制各区域内冷却介质的流量，控制床层温差≤3℃。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一项或多项特征：

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一项或多项特征：