脫揮，防爆產(chǎn)品系列擠出機(jī)

POE脫揮設(shè)備客戶現(xiàn)場

POE脫揮成品料

平行雙螺桿擠出機(jī)是隨著高聚物反應(yīng)后處理發(fā)展而發(fā)展起來的專用化工處理設(shè)備，具有高混煉性能、自潔性能、模組化組合能力、較高的能量輸出密度等優(yōu)點(diǎn)，自從被德國拜爾公司的工程師發(fā)明以來被普遍應(yīng)用于反應(yīng)后處理、各種通用塑料及工程塑料的改性作業(yè)、電纜料行業(yè)、橡膠處理行業(yè)、食品飼料行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等，在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中處于基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)備的重要位置，對我國的工業(yè)化發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量水平起著至關(guān)重要的作用；POE 是乙烯和辛烯的共聚物，其中共聚單體辛烯（C8H16）的含量為 20%-30%。分子結(jié)構(gòu)中辛烯的存在破壞了乙烯的結(jié)晶，但是同時(shí)也賦予共聚物優(yōu)良的透明性和良好的彈性。目前由于其聚合過程的催化劑專利保護(hù)，加上國外大型石化公司對中國的技術(shù)封鎖，國內(nèi) POE 國產(chǎn)化項(xiàng)目正處于開發(fā)中試和工業(yè)化階段；我司聯(lián)合國內(nèi)國有石化工程公司，從小試、工業(yè)化中試，完成了 POE 聚合國產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)的突破，為我國的技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)應(yīng)有的力量。

關(guān)鍵詞：平行雙螺擠出機(jī)；脫揮反應(yīng)后處理；高真空脫揮；聚烯烴彈性體；防爆擠出

脫揮是物質(zhì)傳遞的操作。揮發(fā)物組分在聚合物熔體基質(zhì)中的分子必定擴(kuò)散到液-氣界面，然后被排除收集。含有相對大量的揮發(fā)物的聚合物稀釋溶液在普通、相對低廉、單級或多級閃蒸罐中除去揮發(fā)成分。這種閃蒸罐借助于預(yù)熱器加熱溶液。通過蒸汽排除系統(tǒng)，在罐頂部排除汽化-沸騰溶液的蒸汽，借助齒輪泵在底部排除濃縮溶液。當(dāng)粘度隨著揮發(fā)物含量降低而增大時(shí)，由于排料而一起的氣泡夾帶和再溶解，使閃蒸罐效率降低。降流脫揮裝置（falling strand  devolatilizer）可以用來應(yīng)對這一情況。

隨著揮發(fā)物含量進(jìn)一步降低，形成非常濃的聚合物溶液，粘度增加至需要旋轉(zhuǎn)設(shè)備的水平，以便向前泵送溶液，使得表面更新和便于捕捉蒸汽泡，以及改進(jìn)質(zhì)量傳遞和熱傳遞。因此，通常需要利用帶有旋轉(zhuǎn)元件的設(shè)備進(jìn)行脫揮作業(yè)，比如同向雙螺桿擠出機(jī)，配合高真空生成設(shè)備，將熔融態(tài)聚合物暴露在較低一定壓力水平上，使聚合物-揮發(fā)混合物體系過熱，因此能夠排除揮發(fā)物。Todd[1]等人和 Mehta[2]對各種商業(yè)可獲得的脫揮設(shè)備進(jìn)行了比 較詳細(xì)的比較。

脫揮過程示意圖：

圖中， m 表示質(zhì)量流率;ω 為揮發(fā)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根據(jù)界面遷移通量可表達(dá)出揮發(fā)組分的質(zhì)量流率 ωgmg，即界面法線方向單位面積的揮發(fā)組分流率: 

Km ———質(zhì)量傳遞系數(shù);  

Sm ———總界面面積;  

S1 ———熔體表面的界面積;  

Sbi ———?dú)馀莸慕缑娣e。 

由以上分析可知，傳質(zhì)面積的大小直接影響脫揮的效果，能提供更大的傳質(zhì)面積的組合將更有利于脫揮效率的提高。 

POE 是乙烯和辛烯的共聚物，其中共聚單體辛烯（C8H16）的含量為 20%- 30%。分子結(jié)構(gòu)中辛烯的存在破壞了乙烯的結(jié)晶，但是同時(shí)也賦予共聚物優(yōu)良的透明性和良好的彈性。在常溫下乙烯的結(jié)晶作為物理交聯(lián)點(diǎn)，在高溫下乙烯解結(jié)晶使共聚物具有塑性。窄的分子量分布使 POE 具有較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊性等。由于辛烯的支化作用，使得共聚物的熱敏性大大提高，大大增強(qiáng)了聚合物的可加工性。與 EPDM 和 EPR 相比，α-烯烴在共聚單體中的比重較小，大大減少了分子骨架上的叔氫原子，這使得 POE 的耐熱氧老化性能大大提高。

均相體系有益于乙烯和α-烯烴的共聚和共聚組成的調(diào)控，因此POE需要使用高溫連續(xù)溶液聚合，同時(shí)離不開耐高溫、高α-烯烴共聚能力的催化劑體系。所使用的聚合方法決定了共聚物組成呈無規(guī)分布，無法實(shí)現(xiàn)組分分布的有效調(diào)控，因此POE的強(qiáng)度隨著α-烯烴含量的增加而下降，材料的使用溫度也隨之降低。 

如若在聚合過程中進(jìn)行POE組成分布的有效調(diào)控，則可在保持聚合物任性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)度的提成。 

POE的溶液聚合方法包括Dow  Chemical 技術(shù)， Exxonmobil 聚合工藝，SABIC 聚合工藝和其他聚合工藝等[3]，本文主要探討溶液聚合后的脫揮處理課題，所以對聚合工藝不再做詳細(xì)地描述。  

POE 典型的聚合路線和反應(yīng)后處理脫揮造粒路線參考[4] ：

國內(nèi)在建或預(yù)計(jì)新投資項(xiàng)目列表：

本著謹(jǐn)慎嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，跟我司合作的國內(nèi)某化工工程公司，其北京研究所提出的方案是在我司進(jìn)行 模擬實(shí)驗(yàn)再進(jìn)一步投資購買中試實(shí)驗(yàn)設(shè)備。并購從市場上購買了成品的 POE、異辛烯和正己烷作為溶劑，并購買了防爆失重稱作為加注媒體，整體實(shí)驗(yàn)布置圖如圖所示：

（實(shí)驗(yàn)布置圖）

北京研究所代表工程師收集了 10 組樣品進(jìn)行測試，最終結(jié)果大部分落在 7-100ppm 之間，完全滿足實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的。

客戶設(shè)計(jì)的 POE 聚合路線為：反應(yīng) 釜聚合+LIST 大容積脫揮機(jī)+雙螺 桿擠出機(jī)反應(yīng)后處理脫揮+水下切 粒機(jī)造粒；全部電氣按防爆等級為 ExdIICT3 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置。

（POE 后處理脫揮中試項(xiàng)目布置圖）

針對反應(yīng)后處理的擠出機(jī)配置特點(diǎn)：  

1.因?yàn)榫酆戏磻?yīng)后會經(jīng)過一級LIST大容量脫揮器將溶劑進(jìn)行大部分的抽出，可以將體系的濃度降低到 1%左右，隨后進(jìn)入雙螺桿進(jìn)行第二級脫揮；

2.初步脫揮后的物料體系為高粘物料，需要擠出機(jī)配置高扭矩體系，提高整個(gè)物料體系的界 面更新率，有利于脫揮的進(jìn)行； 

3.對真空設(shè)備有較高的要求，需要提供持續(xù)大抽量、低真空度、 達(dá)到防爆要求且穩(wěn)定可靠的真空機(jī)組，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，根據(jù) 當(dāng)?shù)鼐唧w天氣情況的不同，真空度在 1000-2000Pa 之間，實(shí)踐證明，可以達(dá)到脫揮的要求， 當(dāng)然，可以采用增加真空機(jī)組的方式繼續(xù)提高真空度，但這需要考慮整體項(xiàng)目投資的經(jīng)濟(jì)性； 

4.針對水下切粒機(jī)組，需要根據(jù)物料的特性，配置合適的流道、模板、溫控系統(tǒng)，以達(dá)到切粒的穩(wěn)定和粒型的完美； 

5.因?yàn)檎紫到y(tǒng)是放置在大化工廠區(qū)，必須要符合我國的安全要求，所以電控系統(tǒng)必須按照我國具體要求來配置。

6.對真空室及密閉系統(tǒng)必須采用特殊設(shè)計(jì)，這關(guān)系到最終脫揮的效果；

通過幾個(gè)月的準(zhǔn)備調(diào)試，客戶最終打通了 POE 聚合的整個(gè)流程，成功完成 POE 聚合脫揮造粒中試項(xiàng)目。

4.1 雙螺桿擠出機(jī)以其獨(dú)特的機(jī)械性能，普遍適用于各種反應(yīng)脫揮后處理的作業(yè)，具有物料輸送性能強(qiáng)，界面更新率高，組合更新變換多樣等優(yōu)點(diǎn)；是高分子聚合加工不可或缺的優(yōu)質(zhì)設(shè)備； 

4.2 通過小試中試設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)積累，為大型脫揮造粒設(shè)備提供了有益的嘗試和指導(dǎo)； 

4.3 國產(chǎn)擠出脫揮造粒機(jī)組在當(dāng)前國內(nèi)各新興聚合物國產(chǎn)化和創(chuàng)新化的大背景下必將在設(shè)計(jì)理念，產(chǎn)品質(zhì)量和客戶友好程度方面得到更大的發(fā)展，為我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。