技术领域 本发明涉及活塞流反应器。本发明特别涉及用来制备聚苯乙烯和耐冲击聚 苯乙烯的活塞流反应器。 技术背景 用来制备例如聚苯乙烯之类的组合物的放热过程是人们已知的。在这些过 程中，首先加热反应物以引发反应，但是之后在反应过程中要冷却反应物。冷 却反应物的能力通常是一限制工艺参数。 这种高度放热的过程，如不小心控制，则可能会造成反应器的操作发生危 险情况，还会导致发生不希望出现的副反应。例如，在制备合成天然气的时候， 失控的反应器条件会造成焦炭沉积，最终会堵塞设备。由于商业反应器通常必 需处理在一段给定时间内处理组成在很宽范围内变化的反应物进料，因此使得 这些反应器的控制进一步复杂化。 一种解决该问题的方式是使用回混反应器。在这样的反应器中，理想情况 下没有温度梯度，这是因为反应器中的材料具有均匀的组成和温度。有一些本 领域技术人员众所周知的实现回混反应器的方式。这些方式包括使用固体材料 流化床，以及通过纯流体动力学法进行回混。尽管所述回混反应器是一种解决 温度控制问题的令人满意的方式，但是与活塞流反应器相比，回混反应器具有 一些缺点。许多应用需要具有最小程度的回混的反应条件，就像活塞流反应器 中那样。另外，使用回混反应器会导致形成不希望有的副产物的问题。 因此，本领域希望可使用具有良好温控能力且使用经济的活塞流反应器来 制备某些产物。 发明概述 在一个方面中，本发明涉及一种活塞流反应器10，其包括被外壳21包围的 内壳27，在所述内壳27和外壳21之间具有至少一条环形流动通道35。所述活塞 流反应器还包括进口36、出口37以及多个交换管(exchanger tube)26，所述交换 管与所述至少一条环形流动通道流体连通。 在另一个方面中，本发明涉及一种制备聚合物的方法，该方法包括将反应 物送入活塞流反应器10中，所述活塞流反应器10具有被外壳21包围的内壳27， 而且在所述内壳27和外壳21之间具有至少一条环形流动通道35。所述活塞流反 应器还包括进口36、出口37以及多个交换管26，所述交换管与所述至少一条环 形流动通道流体连通。 在另一个方面中，本发明涉及一种组合物，该组合物包含使用以下方法制 备的组合物：将反应物送入活塞流反应器10中，所述活塞流反应器10具有被外 壳21包围的内壳27，而且在所述内壳27和外壳21之间具有至少一条环形流动通 道35。所述活塞流反应器还包括进口36、出口37以及多个交换管26，所述交换 管与所述至少一条环形流动通道流体连通。 本发明另一个方面涉及一种活塞流反应器10，所述活塞流反应器10具有被 外壳21包围的内壳27，而且在所述内壳27和外壳21之间具有至少一条环形流动 通道35，还包括进口36、出口37。所述反应器还包括多个交换管26，所述交换 管与至少一条环形流动通道流体连通，所述活塞流反应器还包括混合器，该混 合器具有至少一组构造成易于拆除的叶片。 在另一个方面中，本发明涉及一种活塞流反应器10，所述活塞流反应器10 具有被外壳21包围的内壳27，而且在所述内壳27和外壳21之间具有至少一条环 形流动通道35。所述活塞流反应器还包括进口36、出口37以及多个交换管26， 所述交换管与所述至少一条环形流动通道流体连通，所述活塞流反应器还包括 至少3个区域。所述反应器还包括温度控制器和在各所述区域中的安置至少一 个热电偶传感器的至少一个传感器端口23，所述控制器独立地控制各区域内的 温度。 附图简述 图1A是本发明活塞流反应器的一个实施例的侧视示意图； 图1B是本发明活塞流反应器的一个实施例的截面示意图。 发明详述 在一个方面，本发明涉及一种活塞流反应器，该活塞流反应器具有被外壳 包围的内壳，以及位于所述内壳和外壳之间的至少一条环形流动通道。该反应 器可用于任意需要活塞流反应器的工艺，但是尤其适用于需要首先加热、然后 冷却的反应，例如在苯乙烯和橡胶改性苯乙烯聚合反应过程中所发生的情况。 本发明的反应器能够在反应物通过该反应器的时候有效地除热并保持活塞流。 所述反应器的另一个优点在于，该反应器能够相当便宜地制造。在本发明 的一些实施例中，所述外壳实际上作为活塞流反应器的一部分内所有热交换管 的公用集管。这是优于那些需要独立的凸缘来通向传热流体源的现有反应器的 一个显著优点。 本发明的反应器可以很容易地控制。所述反应器的各个部分可具有一个或 多个传感器。通过使用少达单个的流量控制器来控制流经进口的流体，或着通 过控制传热流体的温度，可以控制各个区域的温度。 本发明的反应器可用于任何需要在活塞流条件下混合反应物的反应。该反 应器特别适合用来制备聚苯乙烯和橡胶改性聚苯乙烯之类的聚合物。可以制备 单乙烯基芳族单体的均聚物和橡胶改性聚合物。例如，所述反应器可用来制备 单乙烯基芳族化合物的橡胶补强聚合物，所述单乙烯基芳族化合物是例如苯乙 烯、α-甲基苯乙烯和环取代的苯乙烯。更具体来说，可以用所述反应器制备其 中包含交联橡胶(例如聚丁二烯)的离散颗粒的苯乙烯橡胶补强聚合物，所述离 散的橡胶颗粒分散在所述苯乙烯聚合物基质中。 这些聚合物可用于许多种应用，包括冰箱绝热层、封装应用、家具、家用 电器和玩具。这些橡胶补强聚合物的常规术语是“高耐冲击聚苯乙烯”或 “HIPS”。HIPS的物理特征和机械性质取决于许多因素，包括交联橡胶颗粒的 粒度。HIPS材料最希望的一种特征是使得该材料能够耐受因为与例如食物和食 用油接触而降解或被破坏的能力。另外，这些制品必须保持的其它性质包括挠 曲强度、拉伸强度和冲击性能。 可用于本发明的合适的单乙烯基芳族化合物包括苯乙烯以及环上或侧链 上烷基化的苯乙烯，例如α-甲基苯乙烯和乙烯基甲苯。所述单乙烯基芳族化合 物可以单独使用或者以混合物的形式使用。在一个实施例中，苯乙烯是优选的 单乙烯基芳族化合物。所述制备的高耐冲击聚苯乙烯(HIPS)可通过在橡胶和任 选的引发剂的组合的存在下，使单乙烯基芳族化合物聚合而形成，所述引发剂 的组合包括例如过缩酮(perketal)和过碳酸酯(peroxycarbonate)的组合。使用的橡 胶的含量可约占溶液的5-15重量％。所述聚合可以以常规的方式进行，橡胶首 先溶解在可聚合单体中，然后在引发剂的组合的存在下使所述溶液发生聚合反 应。任意合适的聚合引发剂均可用于本发明。还可以加入合适的链转移剂，例 如硫醇或α-甲基苯乙烯二聚体，以控制聚合物分子量和橡胶粒度。 附图显示了所述活塞流反应器的一个实施例。在图1A和1B中，在一个示例 性的实施例中，活塞流反应器10包括被外壳21包围的内壳27，还具有位于所述 内壳和外壳之间的环形流动通道35a、b、c。环形通道35a在轴向上由上部壳凸 缘20和隔板22a限定。隔板22a是与内壳27和外壳21两者相连接的圆环，能够防 止来自通道35a的流体混合。通道35b由隔板22a和22b轴向限定。通道35c由隔板 22b和下部壳凸缘28限定。进口36a、b、c和出口37a、b、c与外壳21相连接，分 别提供了交换流体EF1，2，3进入和流出通道35a、b、c的渠道。内壳27为生产流体 13提供了轴向流动路径38。根据具体的生产和工艺限制，生产流可以如图所示 从底部流向顶部，或者从顶部流向底部。该决定视具体情况而定，本领域技术 人员无需过多的实验便可决定。流动通道主要产生三个轴向区域，这些区域内 的生产流体温度可以受到控制。 交换管26与内壳27相连接，延伸穿过轴向流动路径38，参见图1B。交换管 26通过本领域已知的任意合适的方法与内壳27相连接。交换流体EF1，2，3在各个 区域内流经交换管26。根据生产反应的要求，各区域内的交换流体可以具有不 同的温度。所述交换流体可用来根据需要加热或冷却生产流体。在一个具体区 域中的交换流体可以不同于另一个具体区域中的交换流体。交换流体EF1，2，3包 括但不限于水、油、在市场上购得的专用传热流体以及其它产品流体，或者它 们的组合。在一个实施例中，所述流体是空气。 交换管增大了具有合适温度的接触面积，从而使得在各流动通道的区域 内，生产流在横截面上的流动路径中保持更均匀的温度。这可以减小各区域内 由于内壳27和生产流体13整体流体温度之间的温度变化造成的不均匀的生产 反应。在各个区域内包括传感器端口23。例如，可以在各个区域内测量温度， 用来控制交换流体EF的流动，以将任意特定区域内的温度调节和/或保持至合适 的反应模式所需的温度。温度传感器包括但不限于热电偶和电阻式温度装置。 交换管26的数量和尺寸取决于具体的工艺，可以使用本领域已知的传热分析技 术，无需过多的实验，根据具体的工作来决定。 顶盖11可以是平坦的或椭圆形的，其包括与之相连的凸缘19，使用本领域 已知的技术与上部壳凸缘20相连。类似地，底盖30具有与之相连的凸缘29，并 与底部壳凸缘28相连。顶盖11具有与之相连的混合器电动机托架14。混合器电 动机15安装在托架14上，并通过与混合器轴24连接的联轴器16而连接。混合器 轴24沿着轴向流动通道38的长度延伸穿过具有轴套18的(或者在另一个实施例 中，具有支撑轴承，图中未显示)端口17，并且其底端支承在轴套34内。轴套34 与支承部件33相连，所述支承部件33与底盖30相连。轴24具有沿着轴的长度连 接在各排交换管26之间的混合器叶片25。所述叶片延伸至内壳27内表面的附 近。叶片25用来剪切生产流体13，并防止在内壳27和交换管26表面上发生任何 积聚。所述剪切作用还可用来在各个区域内混合生产流体13，并提供更均匀的 流体温度。在一个实施例中，所述叶片用来产生径向混合，但是产生最小程度 的回混。 底盖30可以是平坦的或椭圆形的，其包括产品进口40和排出口31。支承架 32与底盖30相连，或者在另外的实施例中，与反应器的直的壳部分相连(图中未 显示)。所述顶盖11和底盖30可包括用来引入特殊生产流体13所需的另外的流体 流的端口(图中未显示)。这些端口看作是设计的选择，在本文中未描述。 在另一个实施例中，所述活塞流反应器另外还包括至少一个另外的隔板， 以迫使环形流动通道中全部的或基本全部的流体都流经交换管。在一个实施例 中，有两个隔板，如图1B所示，隔板39A和39B用来导引基本上全部的来自进 口的流经过交换管26。 尽管本文描述了包括三个区域的情况，但是可包括任意数量的区域。另外， 尽管图中显示为立式容器，但是本发明也包括水平式容器。用于本发明的材料 视具体的工艺而定，可以使用本领域已知的技术，视其与生产流体的相容性而 选择。 混合器的叶片构造成易于拆除的形式。对于双叶片混合的情况，由于热交 换管也是直的，因此叶片本身就容易拆除。人们只需旋转叶片，直至叶片与热 交换管相平行，然后将它们直接提升出反应器之外。这对于具有弯曲的热交换 管的现有技术的反应器来说是非常困难的。尽管本文描述了混合器，但是在一 些实施例中，所述混合器也可为搅拌器，用来提供径向混合，产生极少的回混 或不产生回混。 对于具有两个以上叶片的混合器叶片，如果叶片在混合器轴上交错，仍然 是易于拆除的。例如，在一个实施例中，4叶片混合器中具有一对叶片和第二 对叶片，第二对叶片与第一对叶片相垂直，并沿着轴与第一对叶片偏置一大于 热交换管直径的距离。为了拆除具有这种构型的混合器叶片，人们只需使第一 组叶片与热交换管对齐，然后牵拉着第一组叶片通过所述热交换管。然后使混 合器轴旋转90°，使第二组叶片与热交换管对齐并牵拉着第二组叶片通过所述热 交换管。 在另一个实施例中，所述热交换管可以交错，以增加传热。传热管的交错 还对混合具有正面的影响。 在一个实施例中，本发明的反应器可以是制备聚合物的工艺中单独的反应 器。在另一个实施例中，所述反应器可以是用来制备聚合物的一些反应器中的 一个。所述反应器可用于那些通常使用活塞流反应器的应用场合。 发明背景