本发明属于溶聚丁苯橡胶制备，尤其涉及一种溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产设备及生产方法。
背景技术：
1、溶聚丁苯橡胶是由聚合单体苯乙烯、丁二烯在引发剂作用下，通过溶液聚合制备合成橡胶。聚合工艺有连续聚合工艺和间歇聚合工艺。连续聚合工艺通常操作连续稳定，产品质量相对稳定，但产品单一，灵活性差。间歇聚合则是产品牌号多，生产灵活，可用于溶聚丁苯橡胶，还可以用于生产改性溶聚丁苯产品，也可以用于生产低顺式聚丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯类热塑性弹性体sbc。
2、溶聚丁苯橡胶生产过程中聚合过程是放热过程，聚合反应温度会影响苯乙烯、丁二烯均聚物的微观结构，而微观结构直接影响橡胶产品性能。这点对聚合装置非常关键。现有连续聚合工艺的不足之处是聚合釜体积小，内部无撤热设计，搅拌结构简单，因聚合过程中物料黏度高，更不利于传热传质，反应物料在反应釜若撤热不及时，易生成凝胶及发生挂堵问题,使连续过程受阻，最终导致聚合生产能力和产品质量稳定性降低，能耗却升高。间歇聚合工艺的技术关键是物料的杂质水平和计量的准确性。而这些都与聚合反应过程的动力学特性、聚合单体浓度、聚合物胶液物性以及聚合釜的大小结构、搅拌型式密切相关。现有间歇聚合工艺的聚合釜体积小、撤热能力低，撤热不及时，撤热不均匀，导致生产效率低，能耗高。
3、基于连续聚合工艺和间歇聚合工艺各自的利弊，现有的生产工艺都是择一进行生产，主要问题就在于没能解决聚合釜的撤热问题和间歇聚合的产能问题。
4、专利cn113941296a中公开了一种外循环反应器及聚合反应的撤热方法，该发明的浆液外循环撤热方法包括使从聚合釜底部流出的含超高分子量聚乙烯的己烷浆液进入外循环系统的环管式冷凝器的内管中，然后采用循环冷却水对内管中的聚合浆液进行热交换，通过循环冷却水流量与聚合釜内温度联锁，实现了控制聚合釜温度的目的。且降温后的聚合浆液可由聚合釜的上侧部重新返回聚合釜，继续进行聚合反应，以实现聚合釜的循环撤热。但该发明聚合釜釜外设置冷却管，为保证撤热效果，设备占用空间较大，但聚合釜容积却未增大。
5、专利cn214598985u中公开了一种可以连续聚合和间歇聚合的溶聚丁苯橡胶聚合釜，该聚合釜设置着通过电机驱动的搅拌器，在搅拌器的搅拌立轴上设置着搅拌叶片，在聚合釜为沸腾床反应器，在聚合釜的外壁上设置着控温水套，在聚合釜的上部通过支架安装着设置有冷冻水进水管和冷冻水回水管的釜外冷凝器，在聚合釜顶面的排汽口连接的排汽管，其端口连接着釜外冷凝器上部的蒸汽进口。但是该专利仅通过在聚合釜边缘侧设置的控温水套，无法改变冷却水流向及流速，导致撤热不完全，在进行连续聚合和间歇聚合模式切换时，存在流动死区，容易造成胶液的存积和挂堵。同时由于模式切换后釜内反应物粘度发生变化，使用常规搅拌器无法适应宽粘度变化，使反应物搅拌不充分，热量无法均匀分散，导致聚合物质量不稳定。
6、因此，如何提供一种溶聚丁苯橡胶生产设备及方法，该生产设备能够在连续聚合模式和间歇聚合模式间柔性切换，利用连续聚合生产稳定以及间歇聚合生产灵活等特点，获得产物产量和质量双优的技术效果，成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供提供一种溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产设备及生产方法，其在切换生产模式时撤热及时，具有适合宽粘度范围的搅拌结构，从而保证连续聚合模式和间歇聚合模式均能满足高产量，产物质量稳定，且能够按需生产多个牌号产品。
2、本发明第一方面提供一种溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产设备，包括依次连接的进料系统、聚合系统、闪蒸系统和凝聚系统；
3、聚合系统至少包括第一聚合釜、第二聚合釜和第三聚合釜；
4、所述生产设备在连续聚合模式和间歇聚合模式间柔性切换：
5、连续聚合模式包括：第一聚合釜、第二聚合釜和第三聚合釜依次串联，第一聚合釜连接进料系统，第三聚合釜连接闪蒸系统；
6、间歇聚合模式包括：第二聚合釜和第三聚合釜并联，第二聚合釜分别连接进料系统和闪蒸系统，且第三聚合釜分别连接进料系统和闪蒸系统。
7、间歇聚合工艺的特点是生产灵活性大、品种的应变性强；而连续工艺的特点是产品质量稳定、生产效率高、消耗低反应过程易控制；与间歇工艺相比，连续工艺物耗能耗低、生产效率高、产品质量稳定，代表了溶聚丁苯橡胶等锂系高聚物合成工艺的发展方向。本发明洞悉两种聚合工艺的特点，利用它们的优点，得到切换灵活，生产适应性好的生产设备。
8、优选的，进料系统包括丁二烯精制单元、异戊二烯精制单元、苯乙烯精制单元和溶剂精制单元；以及可选的包括，用于连续聚合模式的连续聚合助剂单元和用于间歇聚合模式的间歇聚合助剂单元。
9、通过设置苯乙烯精制单元、丁二烯精制单元、溶剂精制单元，能够将系统含氧量、引发剂毒物含量控制在较低水平。有利于在生产、循环过程中，以及切换生产时，避免引发剂的失活风险，保证较低的凝胶含量和较高的转化率。
10、优选的，所述连续聚合助剂单元包括连续聚合催化剂加料口、连续聚合活性剂加料口、连续聚合防垢剂加料口、连续聚合偶联剂加料口和连续聚合改性剂加料口中的至少一个；
11、间歇聚合助剂单元包括间歇聚合催化剂加料口、间歇聚合活性剂加料口、间歇聚合前端改性剂加料口、间歇聚合后端改性加料口和间歇聚合偶联剂加料口中的至少一个。
12、本发明根据连续聚合工艺及间歇聚合工艺所用物料种类及加入方式的差异，对生产设备进行了调整改装，将现有单独适应连续聚合工艺/间歇聚合工艺的进料系统，特别是助剂单元进行了排布和整合，从而为柔性切换提供了基本物料保障。
13、间歇聚合助剂单元是通过聚合釜内的单体、引发剂、催化剂等化学反应，使单体分子相互连接，形成长链大分子；其工作方式是将聚合釜抽成真空状态，将聚合单体、引发剂等按配比加入聚合釜内，控制温度和压力等参数进行聚合反应，得到聚合物产品。同时，可通过聚合物颗粒大小和粒度分布等因素来控制产品的质量。
14、优选的，连续聚合模式中，进料系统通过混合器后连接第一聚合釜的底部进料口a1，第一聚合釜的顶部出料口a2连接第二聚合釜的底部进料口b1，第二聚合釜的顶部出料口b2连接第三聚合釜的底部进料口c1，第三聚合釜的顶部出料口c2连接闪蒸系统。
15、优选的，间歇聚合模式中，溶剂精制单元分别连接第二聚合釜的底部进料口b1和第三聚合釜的底部进料口c1；
16、异戊二烯精制单元、苯乙烯精制单元分别连接第二聚合釜的顶部进料口b3和第三聚合釜的顶部进料口c3；
17、丁二烯精制单元连接第二聚合釜的底部进料口b1和顶部进料口b3，以及连接第三聚合釜的底部进料口c1和顶部进料口c3；
18、间歇聚合助剂单元中的各加料口分别连接第二聚合釜的顶部进料口b3和第三聚合釜的顶部进料口c3；
19、且第二聚合釜的底部出料口b4和第三聚合釜的底部出料口c4分别连接闪蒸系统。
20、上述相应的连接方式能够使第一聚合釜、第二聚合釜和第三聚合釜串联的应用到连续聚合工艺，且容积较大的第二聚合釜和第三聚合釜并联的应用到间歇聚合工艺。通过进料系统、聚合系统、闪蒸系统和凝聚系统的整体连接布局及切换，本发明实现了连续聚合模式和间歇聚合模式的柔性切换，并能够保障产量及产品质量。此外，两种模式下的聚合釜数量也并不限于上述设计方式，根据产能需求和耗能平衡可进行增减。
21、优选的，所述第二聚合釜和第三聚合釜的容积分别为第一聚合釜容积的1.5-2.5倍，第二聚合釜和第三聚合釜分别具有散热系统，所述散热系统包括夹套冷却器和若干内冷管组；
22、其中，所述夹套冷却器包括包覆聚合釜外壁的冷却水夹套，位于冷却水夹套底部的冷却水进口，以及位于冷却水夹套上部的若干冷却水出口；
23、所述内冷管组包括多个沿聚合釜轴向延伸的内冷竖管，内冷竖管的表面粗糙度ra≤0.1μm。
24、通常，传统的聚合釜采用夹套和内冷管通冷却水方式控制聚合温度，这种方法受到釜壁聚合物低热导特性和聚合物粘壁等因素限制，在规定时间内，最多只能带走10％左右的聚合热。为了增大传热推动力，使用低温介质(如冷冻盐水、液氨等)，又容易造成聚合物在器壁的沉积；或者采用外循环撤热，除设备投入增加外，管线和换热器容易挂堵，大量胶液输送，能耗上升，操作也不方便；或者采用自然蒸发冷凝回流撤热，也因蒸发速率过慢，效果不佳。另外，现有聚合釜采用多根管束或多层圆盘管作内冷构件，这两种用冷介质通过多根小直径管束或多层圆盘管传热的内冷构件时由于在管间存在大量缝隙，胶液在此产生滞留或聚集在流动死区，容易造成胶液的存积和挂堵。
25、本发明内冷管组采用一定分布的竖向排列的内冷竖管。其内部至少有4个链接通道，其作用可改变冷却介质的流向和流速，以提高传热效率。内冷管组分别与内冷介质的进出口相通。内冷竖管外形简单，外表或平面或曲面，可加工成高光洁度表面，无流动死区。内冷管外形和几何尺寸、在釜内排列方式、位置和数量，均可依传热和传质要求而定，并与搅拌浆型相配合，使釜内温度及其分布得到有效控制。另外，聚合釜外设有冷却水夹套，进一步帮助聚合釜迅速撤热，提高反应均匀性，稳定聚合物质量。
26、具体而言，所述第二聚合釜和第三聚合釜的容积优选大于70m3，该容积远大于常用的聚合釜容积，例如第一聚合釜，其容积通常在30-40m3。
27、由于容积的增加，间歇聚合模式的产能显著增加，但也对撤热作用提出了极高的要求。本发明为大容量的第二聚合釜和第三聚合釜配置散热系统，所述散热系统包括但不限于釜顶冷凝器、夹套冷却器、若干内冷管组和散热搅拌器。
28、其中，釜顶冷凝器将聚合反应过程中的气相冷凝降温后，回到聚合釜中，有利于聚合反应热及时、均匀撤出，降低胶套冷却器的冷冻水量及撤热压力，减少能源消耗。夹套冷却器包括包覆聚合釜外壁的冷却水夹套，位于冷却水夹套底部的冷却水进口，以及位于冷却水夹套上部的若干冷却水出口。优选的，在夹套冷却器内壁上设置有导流筋或分流片，使得冷却水在夹套内均匀分散，对其包覆的聚合釜壁充分覆盖，从而有效带走聚合釜热量。多个出水口可均匀分布在夹套上部，使得已被传热升温的水能够及时排出，提高冷却水循环速率。
29、所述内冷管组包括多个沿聚合釜轴向延伸的内冷竖管，多个内冷管组沿聚合釜内壁布置，由内冷管支撑固定在聚合釜内壁，每个内冷管组至少有4个链接通道，各通道分别连接内冷竖管，其作用可改变冷却介质的流向和流速，以提高传热效率。各内冷管组分别与内冷介质的进出口相通，内冷竖管外形简单，外表或平面或曲面，加工成光洁度表面，无流动死区，内冷竖管的表面粗糙度ra≤0.1μm，优选ra≤0.08μm。
30、优选的，所述散热系统还包括沿第二聚合釜和第三聚合釜内部轴向分别设置的散热搅拌器，所述散热搅拌器包括旋转轴及与旋转轴连接的宽幅搅拌桨，所述旋转轴与宽幅搅拌桨内部具有连通的冷却水通路，宽幅搅拌桨的宽度占聚合釜内部直径的60-90％，高度占聚合釜内部高度的60-90％。
31、本发明在各聚合釜中均设有散热搅拌器，可选用螺旋式搅拌桨，多叶片复合式搅拌桨、镰刀型搅拌桨等中的一种。本发明的第二聚合釜和第三聚合釜由于容积显著增加，其散热搅拌器需进一步设计。
32、本发明所采用的宽幅搅拌桨由于其宽度与釜内径比较大，故对高粘流体其传热能力也高；由于其桨叶高度大，对液面波动的适应能力也强；宽幅搅拌桨与变速电机配合，低粘度时用高转速，高粘度时则采用低转速，使该散热搅拌器在不同聚合模式下达到反应所需的搅拌散热效果。优选的，宽幅搅拌桨采用梯形框架，即非平面连续板状搅拌桨，而是在其靠近旋转轴的位置形成并排的若干空窗，在保证宽幅搅拌效果的同时，并不会显著增加搅拌阻力和液体涡旋，使得生产平稳安全。更优选的，在空窗中加设扰动片，且在旋转轴两侧空窗中的扰动片呈非对称排列，例如在一侧空窗中设置竖直扰动片，在另一侧空窗中形成水平扰动片，从而对釜内液体形成更好的搅拌。在非对称排列设计方式的基础上，各侧扰动片的角度可根据搅拌和撤热需求来设计。所述宽幅搅拌桨，特别是扰动片优选采用表面粗糙度ra≤0.1μm，以防止缝隙堵塞，便于后续清理。
33、相比于现有聚合釜采用多根管束或多层圆盘管作内冷构件，而内冷构件存在大量管间缝隙，胶液在此产生滞留或聚集在流动死区，容易造成胶液的存积和挂堵的情况，本发明复合式散热系统不仅能够提升撤热效果，还可避免存积挂堵等问题。
34、优选的，所述闪蒸系统包括闪蒸罐、溶剂冷凝器、闪蒸溶液凝液罐和闪蒸溶剂分子筛，闪蒸罐的液相出口连接凝聚单元，气相出口依次连接溶剂冷凝器、闪蒸溶液凝液罐、闪蒸溶剂分子筛，将降温精制溶剂回流进料系统。
35、闪蒸技术利用混合物的不同沸点、气液平衡原理的分离方法，通过加热混合物使其达到其沸点，然后将混合物通过闪蒸器去气化，将液体和气体分；闪蒸技术具有高效性、灵活性、低能耗等优点，可以快速分离液态混合物，提高生产效率和降低成本，适用于多种化合物的混合物，需要较少的能量，因此可以在工业环境中长时间使用，而不发生过多的能量消耗，被广泛应用于石油加工、化学工业等领域。
36、基于上述溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产设备，本发明第二方面提供一种溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产方法，所述生产方法通过切换进料系统、聚合系统和闪蒸系统的连接方式，在连续聚合模式和间歇聚合模式间柔性切换；包括：
37、(1)将第一聚合釜、第二聚合釜和第三聚合釜依次串联，第一聚合釜连接进料系统，第三聚合釜连接闪蒸系统，进入连续聚合模式；
38、(2)将第二聚合釜和第三聚合釜并联，第二聚合釜分别连接进料系统和闪蒸系统，第三聚合釜分别连接进料系统和闪蒸系统，进入间歇聚合模式。
39、优选的，间歇聚合模式中，精制溶剂分别通过第二聚合釜的底部进料口b1和第三聚合釜的底部进料口c1进料；精制异戊二烯、精制苯乙烯分别通过第二聚合釜的顶部进料口b3和第三聚合釜的顶部进料口c3；精制丁二烯通过第二聚合釜的底部进料口b1和顶部进料口b3分别向第二聚合釜进料，并且通过第三聚合釜的底部进料口c1和顶部进料口c3分别向第三聚合釜进料；间歇聚合助剂分别通过第二聚合釜的顶部进料口b3和第三聚合釜的顶部进料口c3进料。
40、本发明在间歇聚合工艺中，对精制丁二烯采用了上下分段分组进料的方式，第一段是从聚合釜底部进料口加入第一组丁二烯，之后第二段是从聚合釜顶部进料口加入第二组丁二烯。为了有效调节苯乙烯结合苯乙烯含量，恒定混合单体浓度，人为控制丁二烯浓度，使之保持在很低的水平，促使kbs[b-][s]≈kbb[b-][b]。其难点是为了保持[b]/[s]的恒定，必须在不同的反应区间，根据[s]的转化率加入不同量的丁二烯，需较高的自动化设施以准确调节丁二烯的添加量。本发明采用双质量流量计配合调节阀的精控方式，通过apc控制系统确保分段加入的丁二烯的准确性。从结构上分析，分段分组加料法能生产出全无规s-sbr，在分子链中几乎没有苯乙烯重复单元大于3的序列结构。说明利用调节单体浓度来控制单体聚合速率是防止形成过长聚苯乙烯段的有效手段。从硫化胶物性分析，分段进料方式制备的s-sbr具有较低的滞后损失，比u-m法低20％，比sta法低30％，而其他性能基本持平。
41、本发明，优点具体在于：
42、(1)本发明的生产设备通过切换进料系统、聚合系统和闪蒸系统等的连接方式，实现溶聚丁苯橡胶连续聚合模式和间歇聚合模式的柔性切换，在提高产能的同时保证产品质量，并且能够兼容多种牌号产品的生产。
43、(2)本发明采用大容积的聚合釜，弥补间歇聚合工艺产能不足的缺陷，并且配备高效散热系统，在高产能的同时保证良好的撤热效果，从而保障产品质量。采用釜顶气相冷凝器、夹套冷却器、具有多个内冷竖管的内冷管组、高性能散热搅拌器的散热组合，大幅提高了传热效率和撤热速率，可有效控制切换聚合模式时釜内的温度，避免造成胶液的存积和挂堵，提高反应均匀性，稳定聚合物质量。
44、(3)本发明聚合釜内的散热搅拌器，该搅拌器的粘度适用范围广，可在不同聚合模式下的聚合釜中，使多种粘度范围的物料及温度分布均匀，保证产品的均一性；且其旋转轴与宽幅搅拌桨内部设置的连通冷却水通路，能够从物料内部进行撤热，有效缓解分布于周边的夹套冷却器和内冷管组的撤热压力，整体提升生产设备散热效果。
1.一种溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产设备，其特征在于，包括依次连接的进料系统、聚合系统、闪蒸系统和凝聚系统；
2.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，进料系统包括丁二烯精制单元、异戊二烯精制单元、苯乙烯精制单元和溶剂精制单元；以及可选的包括，用于连续聚合模式的连续聚合助剂单元和用于间歇聚合模式的间歇聚合助剂单元。
3.如权利要求2所述的生产设备，其特征在于，所述连续聚合助剂单元包括连续聚合催化剂加料口、连续聚合活性剂加料口、连续聚合防垢剂加料口、连续聚合偶联剂加料口和连续聚合改性剂加料口中的至少一个；
4.如权利要求3所述的生产设备，其特征在于，连续聚合模式中，进料系统通过混合器后连接第一聚合釜的底部进料口a1，第一聚合釜的顶部出料口a2连接第二聚合釜的底部进料口b1，第二聚合釜的顶部出料口b2连接第三聚合釜的底部进料口c1，第三聚合釜的顶部出料口c2连接闪蒸系统。
5.如权利要求3所述的生产设备，其特征在于，间歇聚合模式中，溶剂精制单元分别连接第二聚合釜的底部进料口b1和第三聚合釜的底部进料口c1；
6.如权利要求1-5任一项所述的生产设备，其特征在于，所述第二聚合釜和第三聚合釜的容积分别为第一聚合釜容积的1.5-2.5倍，第二聚合釜和第三聚合釜分别具有散热系统，所述散热系统包括夹套冷却器和若干内冷管组；
7.如权利要求6所述的生产设备，其特征在于，所述散热系统还包括沿第二聚合釜和第三聚合釜内部轴向分别设置的散热搅拌器，所述散热搅拌器包括旋转轴及与旋转轴连接的宽幅搅拌桨，所述旋转轴与宽幅搅拌桨内部具有连通的冷却水通路，宽幅搅拌桨的宽度占聚合釜内部直径的60-90％，高度占聚合釜内部高度的60-90％。
8.如权利要求7所述的生产设备，其特征在于，所述闪蒸系统包括闪蒸罐、溶剂冷凝器、闪蒸溶液凝液罐和闪蒸溶剂分子筛，闪蒸罐的液相出口连接凝聚单元，气相出口依次连接溶剂冷凝器、闪蒸溶液凝液罐、闪蒸溶剂分子筛，将降温精制溶剂回流进料系统。
9.一种溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产方法，所述生产方法利用权利要求1-8任一项所述溶聚丁苯橡胶的柔性切换生产设备，其特征在于，所述生产方法通过切换进料系统、聚合系统和闪蒸系统的连接方式，在连续聚合模式和间歇聚合模式间柔性切换；包括：
10.如权利要求9所述的生产方法，其特征在于，间歇聚合模式中，
