一种用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，尤其涉及一种用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统及控制方法。

背景技术

可发性聚苯乙烯(EPS)的生产原料主要是苯乙烯单体，加上触媒、乳化剂、悬乳剂、安定剂、发泡剂等助剂，通过悬浮聚合反应工艺而成。目前大部分专利均集中在EPS配方工艺优化，例如，专利CN201210338404.2报道阻燃发泡聚苯乙烯树脂的制备方法，制备第一混合物、第二混合物；向第二混合物中添加戊烷，然后密闭反应釜并充入氮气使压力达到5～5.5MPa，然后升温到120℃至反应釜内的压力达到8～9MPa，进行反应8小时；将反应釜进行冷却，待温度降至50～40℃，放气，压力为零后出料，洗涤，并于室温下晾干，即得阻燃发泡聚苯乙烯树脂。

专利CN201310422889.8报道高阻燃发泡聚苯乙烯树脂及其制备方法，方法包括：在反应釜中于70±1℃下，将0.3-1重量份的焦硫酸钠或纤维素、0.25-0.6重量份的磷酸钙、0.02-0.05重量份的十二烷基苯磺酸钠和180-300重量份的去离子水进行混合溶解，得第一混合物；向第一混合物中依次添加阻燃剂和100重量份的苯乙烯单体，并于90±1℃下反应3-5小时，得第二混合物；当第二混合物变硬时，升温至95℃进行熟化30min，得聚苯乙烯树脂颗粒；将聚苯乙烯树脂颗粒进行发泡处理，得高阻燃发泡聚苯乙烯树脂。

以上专利报道及现有工业化装置，基本采用一步法悬浮聚合工艺生产，苯乙烯借悬浮剂的帮助悬浮在纯水中，在引发剂和发泡剂的存在下聚合反应。根据拟定的时间-温度曲线，采用反应器夹套内通入水蒸汽加热，使得反应混合物的温度慢慢上升。釜内苯乙烯及水的悬浮物料达到90℃左右反应温度后，将反应器夹套内的水蒸汽更换为循环水，通过循环水冷却移出苯乙烯聚合反应热量，直到苯乙烯单体完全聚合，过程中使用长柄勺取样观测，根据需要调整反应工艺。

此过程中有两种问题，(1)反应过程中，为检测聚合反应效果及苯乙烯悬浮分散状态，需要不断通过打开人孔或单独的取样口，取样观测，存在环保问题；

(2)水蒸汽及循环水共用反应釜的夹套，蒸汽凝液受到循环水内药剂、杂质离子等污染，需要作为废水处理，增加装置废水处理量。而且循环水在冷却聚合物料过程中，温度达到70℃左右，超出循环水使用范围，循环水系统容易出现结垢等问题，反应釜也有堵塞的可能，带来一定安全隐患。

发明内容

有鉴于此，一方面，为解决现有技术中在进行取样观测，存在环保的技术问题，本发明提供了一种用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，其通过设置取样器、真空泵、第一阀门和第二阀门，利用真空泵抽取取样器内的真空，使聚合反应器内的物料被压入取样器内进行观测，观测完成后通过氮气管路将取样器内的物料压回至聚合反应器内，能够实现在线密闭取样并观测反应情况，解决安全隐患及环保问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，包括：

聚合反应器；

取样观测系统，用于对所述聚合反应器内的物料进行取样并观测反应及分散情况；

温度控制系统，用于控制所述聚合反应器的反应温度；

所述取样观测系统包括：

取样器，其分别与所述聚合反应器上的取样管和返回管路相连通；

真空泵，其与所述取样器相连通，并用于抽取所述取样器内的真空；

氮气管路，其用于将所述取样器内的物料压回至聚合反应器内；

所述取样管上设置有第一阀门，所述返回管路上设置有第二阀门。

优选地，所述真空泵抽取所述取样器内的真空至40-60KPa.A。

另一方面，为解决上述背景技术中存在的技术问题(2)，优选地，所述温度控制系统为导热油温度控制系统；

所述导热油温度控制系统为通过导热油控制所述聚合反应器的反应温度。

优选地，所述导热油温度控制系统包括：

导热油泵，其一端与所述聚合反应器的夹套相连通，另一端分别与热导热油管网和冷导热油管网相连通；

换热器，其一端与所述夹套的出口相连通，另一端与所述冷导热油管网相连通；

所述夹套的出口还与所述导热油泵的入口相连通。

优选地，所述取样器呈扁平状。

本发明还提供了上述用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统的控制方法，包括如下步骤：

反应温度的控制

利用所述温度控制系统控制所述聚合反应器的反应温度；

取样观测

打开第一阀门，启动真空泵，抽取样器内的真空，利用聚合反应器与取样器的压差将聚合反应器内的物料压至取样器内，关闭第一阀门；

通过取样器顶部的观测口观察反应情况，观测完成后，打开第二阀门，利用氮气管线将取样器内冲入少量氮气，把所取的物料压回聚合反应器内，压料完成后关闭第二阀门。

本发明相对与现有技术，具有如下的有益效果：

本发明提供的用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，通过设置取样器、真空泵、第一阀门和第二阀门，利用真空泵抽取取样器内的真空，使聚合反应器内的物料被压入取样器内进行观测，观测完成后通过氮气管路将取样器内的物料压回至聚合反应器内，能够实现在线密闭取样并观测反应情况，解决安全隐患及环保问题。

本发明提供的用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，采用冷热油调节的方式控制进入聚合反应器的夹套的导热油温度，并串级控制聚合反应器内物料温度，控制稳定，且解决循环水与蒸汽切换及冷却结垢的技术问题。

本发明提供的用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，通过在线取样控制EPS产品品质，实现发泡聚苯乙烯悬浮聚合反应稳定运行，提高产品质量的同时，可以消除安全环保隐患。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图中，1.聚合反应器，11.取样管，12.返回管路，2.取样器，21.第一阀门，22.第二阀门，3.真空泵，4.氮气管路，5.导热油泵，6.换热器，7.热导热油管网，8.冷导热油管网,9.夹套。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，包括：

聚合反应器1；

取样观测系统，用于对所述聚合反应器1内的物料进行取样并观测反应及分散情况；

温度控制系统，用于控制所述聚合反应器1的反应温度；

所述取样观测系统包括：

取样器2，其分别与所述聚合反应器1上的取样管11和返回管路12相连通；

真空泵3，其与所述取样器2相连通，并用于抽取所述取样器2内的真空；

氮气管路4，其用于将所述取样器2内的物料压回至聚合反应器1内；

所述取样管11上设置有第一阀门21，所述返回管路12上设置有第二阀门22。

本发明提供的上述用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统，聚合反应器1优选为图1中所示的聚合反应器R-101、取样器2优选为图1中所示的取样器S-101、真空泵3优选为图1中所示的真空泵P-102、第一阀门21优选为图1中所示的F1、第二阀门22优选为图1中所示的F2。

其中，真空泵3抽取的取样器2内的气体通往尾气处理设备。

在本发明中，所述真空泵3抽取所述取样器2内的真空至40-60KPa.A。

另一方面，为解决上述背景技术中存在的技术问题(2)，在本发明中，所述温度控制系统为导热油温度控制系统；

所述导热油温度控制系统为通过导热油控制所述聚合反应器1的反应温度。

在本发明中，所述导热油温度控制系统包括：

导热油泵5，其一端与所述聚合反应器1的夹套9相连通，另一端分别与热导热油管网7和冷导热油管网8相连通；

换热器6，其一端与所述夹套9的出口相连通，另一端与所述冷导热油管网8相连通；

所述夹套9的出口还与所述导热油泵5的入口相连通。

本发明提供的上述导热油温度控制系统中，导热油泵5优选为图1中所示的导热油泵P-101、换热器6优选为图1中所示的热水换热器E-101、氮气管路4优选为连通于真空泵3与取样器2相连通的管路上。

在本发明中，所述取样器2呈扁平状，高度设置为筒体直径的20％，顶部设置观测视镜，更清楚观测样品情况。

另外需要说明的是，聚合反应器1、取样器2、真空泵3、氮气管路4、导热油泵5、换热器6等仪器均设置有调节阀及其附属的仪表，其选择本领域中常规的仪器即可，在此不再赘述其具体构成。

本发明还提供了上述用于发泡聚苯乙烯反应取样的控制系统的控制方法，包括如下步骤，具体如下：

反应温度的控制

在苯乙烯及助剂加料完成后，将热导热油管网7通入的热导热油及冷导热油管网8通入的冷导热油通过调节阀配置为温度约120-160℃混合导热油，采用导热油泵5增压送入聚合反应器1的夹套9中，加热反应物料并控制升温速度。为增加导热油传热效果，出夹套9的导热油大部分循环回导热油泵5的入口使用，外送少量导热油保持导热油物料平衡。外送导热油与换热器6换热后，进入冷导热油管网8循环使用。反应温度达到90℃左右后，将热导热油关闭，只补充冷导热油，低温导热油由导热油泵5增压送入聚合反应器1的夹套9中，根据聚合反应温度曲线需求，控制聚合反应器1内温度，直到反应结束，继续通冷导热油降温反应物料至60℃左右，然后将反应出料送至下游处理系统；

取样观测

在反应过程中，取样观测反应及分散情况时，将与取样反应器1内取样管11相连接的第一阀门21打开，启动真空泵3，抽取样器2内的真空至40-60KPaA，利用聚合反应器1与取样器2的压差将聚合反应器1内物料压至取样器2内，关闭第二阀门22。通过取样器2顶部的观测口观察情况。观测完成后，将与聚合反应器1返回口连接的第二阀门22打开，利用氮气管路4将取样器2内冲入少量氮气，把所取的样品压料返回聚合反应器1，压料完成后关闭第二阀门22。

由于油水两相存在“相转变”过程，控制取样器2的真空度范围40-60KPaA，增加取样物料的输送压差，10秒内将物料送至取样器2内观测。观测后的物料5秒内及时用氮气压回聚合反应器1，并用氮气延长吹扫20秒，防止物料长时间停留堵塞取样管11。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。