CN101596440B - 一种高分子材料聚合反应釜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子材料聚合反应釜，包括釜体、上封盖、驱动密封装置、搅拌装置、进出料口；其中，釜体上部为倒圆锥状的阔口，中部为圆桶状，下部为圆锥状；釜体设有带有螺旋流道的加热夹套14和保温层9；上封盖6设有加热夹套7和保温层9、真空口8、进料口12；搅拌装置由搅拌轴5、带状内螺旋搅拌桨叶3、带状外螺旋搅拌桨叶2、刮片16、支撑桨18组成；驱动密封装置由电机、减速机、机封组成；搅拌轴上部与驱动密封装置联结。本发明搅拌效果好，传热传质效率高，能解决高粘度熔体爬杆难题和脱挥问题，特别适宜用作高粘度高分子材料的聚合反应。

Description

一种高分子材料聚合反应釜

技术领域

本发明涉及釜式反应设备，尤其是涉及一种高分子材料聚合反应釜。

背景技术

目前聚合反应釜多采用浆式、锚式或者二者组合变化结构的搅拌器。中国发明“顺丁橡胶聚合反应釜”(申请号：200520022805.2)提出了一种顺丁橡胶聚合反应釜，包括釜体，釜体的顶部设有搅拌装置，搅拌装置包括向下垂直穿进釜体内中部的搅拌轴，位于所述釜体内的所述搅拌轴自上而下分别设有多个搅拌桨，每个搅拌桨外侧面与釜体的内侧壁相配合，上下相邻的搅拌桨彼此交错排列，所述釜体的底部设有底搅拌装置，底搅拌装置包括向上穿垂直进釜体内下部的下搅拌轴，下搅拌轴的顶端安装有底搅拌桨。其目的在于提供一种可使聚合反应的温度分布更趋合理，有良好的径向混合效果，可提高产品的平均分子质量，降低支化度和微凝胶含量的顺丁橡胶聚合反应釜。

中国发明“悬浮聚合反应釜”(申请号：95206570.3)提出了一种用于制造有机聚合物球体的悬浮聚合反应釜，包括一个瘦长形釜体以及一组插设在釜体内的可替换的框式或桨式或框桨组合式搅拌器。在聚合搅拌过程中反应釜内流***于各轴向不同点处的线速度差异较小，因而可以获得粒度较为均一的聚合单体。

中国发明“连续生产的橡胶沥青生产设备的三相螺旋搅拌器”提出了一种连续生产的橡胶沥青生产设备的三相螺旋搅拌器，在支撑座上设置有通过联接件与垂直搅拌螺旋相联的电动机，垂直搅拌螺旋的上端与支撑座之间设置有轴承，设置在垂直搅拌螺旋下端的主动锥齿轮与设置在水平搅拌螺旋上的从动锥齿轮相联。将本发明安装在连续生产的橡胶沥青生产设备的搅拌罐内，搅拌罐内上部的橡胶沥青混合料从上向下旋转流动、下部的橡胶沥青混合料从中部向左右两侧并向上旋转流动，使得橡胶沥青混合料在搅拌罐内充分混合，克服了现有水平螺旋搅拌器的端部漏沥青弊端。它具有设计合理、效率高、橡胶粉与沥青混合均匀等优点，可在连续生产的橡胶沥青生产设备上使用，也可在其它空间较大的搅拌机上使用。

对于高分子聚合反应，反应过程的传热传质极大地影响反应进程和聚合物分子量；聚合后期的高粘度液体在搅拌作用下，容易产生“爬杆”效应(物料顺着搅拌轴向上“爬”)，从而引起机械失灵和搅拌失效等故障；传统的浆式、锚式或二者组合变化结构的搅拌器搅拌效率低，分布分散和液面更新慢，不能满足大型反应釜的传质传热要求，综上，现有技术尚未涉及解决分子材料聚合反应的“爬杆”等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种搅拌效果好、传热传质效率高的高分子材料聚合反应釜，它能解决高粘度熔体爬杆难题和脱挥问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高分子材料聚合反应釜，包括釜体，在釜体内的搅拌轴上安装有带状内螺旋搅拌桨叶和带状外螺旋搅拌桨叶。

所述带状内螺旋搅拌桨叶和所述带状外螺旋搅拌桨叶旋转方向相反。

所述带状内螺旋搅拌桨叶直接连接在搅拌轴上，所述带状外螺旋搅拌桨叶通过支撑桨支撑连接在搅拌轴上。

所述带状外螺旋搅拌桨叶的下端部分有刮片，刮片两端分别与带状外螺旋搅拌桨叶和搅拌轴连接。

所述带状外螺旋搅拌桨叶与釜体内壁的间隙为10-20mm。

所述刮片与釜体内壁的间隙为10-15mm。

所述带状外螺旋搅拌桨叶为一条或多条。

所述釜体上部为倒圆锥状的阔口，中部为圆桶状，下部为圆锥状。

所述釜体的高径比为1.5～3∶1；釜体下部圆锥部分底角为60～90°，釜体上部倒圆锥部分夹角为60～90°。

所述釜体中部圆筒状部分直径与带状内螺旋搅拌桨叶、带状外螺旋搅拌桨叶、刮片宽度的比值为5-10。

所述釜体的加热夹套内设有螺旋流道。

所述釜体的上封盖设置有加热夹套和保温层。

所述加热夹套间隙为10-20mm。

所述釜体进料口的进料管伸入反应釜内部，使进料管下游末端外沿垂直方向处于反应釜中部圆桶状部分以内。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下方面：

1、釜体上部为倒圆锥状的阔口，中部为圆桶状，下部为圆锥状。釜体上部阔口设计，有效增大液面，增加脱挥等传质活动效率；釜体下部圆锥状设计，有效增加高粘度物料出料能力，降低高粘度高分子物料釜内存料。

2、上封盖的加热和保温设计，避免可凝性液体在封盖处凝结，有效提高脱挥等传质活动效率。

3、夹套间隙设计为10～20mm之间，有利于导热油更新，有效增加传热效率。

4、釜体夹套设计螺旋流道，有利于导热油更新，有效增加传热效率。

5、外螺旋与釜体内壁间隙设计为5～30毫米，优选10～20毫米，刮片与釜体内壁的间隙设计为5～15毫米，优选8～12毫米；搅拌轴旋转时，外螺旋和刮片起到刮壁的作用，利于釜体内壁液面更新，提高传热效率，避免内壁物料热降解。

6、搅拌装置上的双螺旋设计，内螺旋与外螺旋方向相反，当搅拌轴旋转时，内螺旋将物料向下压，外螺旋将物料向上推，内外螺旋不直接相连，产生漏流，从而起到三维混合作用，支撑桨也能起到桨式搅拌器的作用，提升了搅拌效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

附图标记中，1为釜体，2为带状外螺旋搅拌桨叶，3为带状内螺旋搅拌桨叶，4为阔口，5为搅拌轴，6为上封盖，7为夹套，8为真空口，9为保温层，10为驱动传动密封装置，11为导热油出口，12为入料口，13为导热油入口，14为夹套，15为螺旋流道，16为刮片，17为出料口，18为支撑桨。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本发明所提供的高分子材料反应釜主要包括以下部件：釜体1，带状外螺旋搅拌桨叶2，带状内螺旋搅拌桨叶3，阔口4，搅拌轴5，上封盖6，夹套7，真空口8，保温层9，驱动传动密封装置10，导热油出口11，入料口12，导热油入口13，夹套14，螺旋流道15，刮片16，出料口17，支撑桨18。

本发明所提供的高分子材料反应釜的釜体1主要由上部的倒圆锥状的阔口、圆桶状中部和圆锥状下部三部分组成，这三部分是焊接在一起的。该反应釜的高径比(釜体高度和直径之比，此时的釜体直径为中部圆桶位置的直径)为1～5∶1，优选1.5～3∶1。该釜体下部圆锥部分底角为45～120°，优选60～90°。该釜体上部倒圆锥部分夹角为45～120°，优选60～90°  。

在反应釜的上封盖6设有加热夹套7和保温层9、真空口8、进料口12，进料口根据用途可以有一个或多个，进料口的下游可设置进料管，进料管末端外沿垂直方向处于反应釜中部圆桶状部分以内，以避免进料时物料散落在釜体阔口处。真空口8通过接管与冷凝器、接受罐、缓冲罐后与真空泵连接，使釜内处于真空状态，并排出反应产生的挥发份。

反应釜顶部设有驱动密封装置10，驱动密封装置包括驱动电机、减速箱、机械密封，驱动密封装置用以带动反应釜内的搅拌装置，驱动电机最好是连续可调的，可根据需要调节搅拌速度。搅拌装置由搅拌轴5、带状内螺旋搅拌桨叶3、带状外螺旋搅拌桨叶2、刮片16、支撑桨18组成，搅拌轴垂直设置并位于反应釜的中心轴线上。带状内螺旋搅拌桨叶3焊接或铆接在搅拌轴5上。带状外螺旋搅拌桨叶2通过支撑桨18与搅拌轴5连接，带状外螺旋搅拌桨叶2可以为一条或多条，带状内螺旋搅拌桨叶3和带状外螺旋搅拌桨叶2的旋转方向相反，刮片16位于带状外螺旋搅拌桨叶2下端位置，刮片16两端分别与搅拌轴5和带状外螺旋搅拌桨叶2连接，连接方式可采用焊接或铆接，带状外螺旋搅拌桨叶2的外边缘与釜体内壁的间隙为5-30mm，优选10-20mm，刮片16的外边缘与釜体内壁的间隙为5-15mm，优选8-12mm。带状内螺旋搅拌桨叶宽度、带状外螺旋搅拌桨叶宽度、刮片宽度分别为釜体中部圆桶直径的0.05～0.20倍，优选0.08～0.15倍。

反应釜的上封盖与釜体采用法兰连接，法兰间可用石棉垫或金属垫密封。

在反应釜的釜体设有带有螺旋流道15的加热夹套14和保温层9。加热夹套14的螺旋流道内可通导热油，导热油通过热传递对反应釜加热，导热油从导热油入口13进入螺旋流道，从导热油出口11流出，通过管线流回热油炉。导热油入口13设置在釜体的下部，导热油出口11设置在釜体的上部，以利于热传递。保温层9敷设在加热夹套14的外表面，以减少热损失。加热夹套14的间隙为10～20毫米，优选14～18毫米，夹套间隙设计较通常的设计间隙小50％左右，利于导热油更新，降低能耗，提高传热效率。加热夹套7的间隙也为10～20毫米，优选也为14～18毫米，也是达到同样的目的。

在反应釜的釜体底部设置出料口17，出料口直径为釜体中部圆桶直径的0.05～0.20倍，优选0.08～0.15倍。出料口设置出料阀，出料阀可以是手动的、气动的或电动的。反应釜内物料反应时，出料阀关闭密封，出料时出料阀开启出料。

釜体可设置测温口，根据需要可在釜体设置一个或多个测温口。釜体可设置粘度测试口，在粘度测试口可设置粘度测试仪，在线测试粘度。

本发明所述的釜体、上封盖、夹套、螺旋流道、出料口、搅拌装置、驱动

密封装置材料是均为通常使用材料或设备。本发明所述的釜体、管线、阀门、上封盖均需要根据反应釜真空要求、反应物料粘度、出料压力设计承压能力。

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但本发明并不因此受到任何限制。

实施例1

按照本发明的描述一台高分子材料反应釜。反应釜的圆桶部分高度为1200mm，内径为1100mm，阔口部分的高度为390m，阔口底角为60°，圆锥部分底角为90°，釜底中心位置出料口直径为100mm，设置出料阀。夹套间隙为16mm，保温层厚度50mm。搅拌轴直径为160mm，内螺旋桨叶宽度100mm，外螺旋桨叶和刮片宽度均为100mm。进料管直径为200mm，伸入釜内150mm。配备最大抽气能力300L/s的水环罗茨真空机组。

反应釜内进行硬段含量为58％的热塑性聚酯弹性体缩聚过程时，绝对压力为100Pa，没有“爬杆”现象，反应时间3.5小时，产品特性粘度在1.55～1.58之间，产品分子量大、质量均匀。理论出料量为800kg时，实际出料795kg。

对比例1

一台现有反应釜，圆桶型，圆桶直径1100mm，高度1200mm，锚式搅拌器，夹套间隙40mm，保温层厚度50mm。搅拌轴直径为160mm，锚直径100mm。配备最大抽气能力300L/s的水环罗茨真空机组。

反应釜内进行硬段含量为58％的热塑性聚酯弹性体缩聚过程时，绝对压力为200Pa，有“爬杆”现象，反应时间4.5小时，产品特性粘度在1.33～1.42之间，产品分子量小、质量不均匀。理论出料量为800kg时，实际出料770kg。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一高分子材料聚合反应釜，包括釜体（1），其特征在于：所述釜体（1）上部为倒圆锥状的阔口，中部为圆桶状，下部为圆锥状，在釜体（1）内的搅拌轴（5）上安装有带状内螺旋搅拌桨叶（3）和带状外螺旋搅拌桨叶（2）；所述带状内螺旋搅拌桨叶（3）和所述带状外螺旋搅拌桨叶（2）旋转方向相反；所述带状内螺旋搅拌桨叶（3）直接连接在搅拌轴（5）上，所述带状外螺旋搅拌桨叶（2）通过支撑桨（18）支撑连接在搅拌轴（5）上；所述带状外螺旋搅拌桨叶（2）的下端部分有刮片（16），刮片（16）两端分别与带状外螺旋搅拌桨叶（2）和搅拌轴（5）连接，所述反应釜的上封盖（6）上设有真空口（8）。

2.根据权利要求1所述的高分子材料聚合反应釜，其特征在于：所述带状外螺旋搅拌桨叶（2）与釜体内壁的间隙为10-20mm。

3.根据权利要求1所述的高分子材料聚合反应釜，其特征在于：所述刮片（16）与釜体内壁的间隙为10-15mm。

4.根据权利要求1所述的高分子材料聚合反应釜，其特征在于：所述釜体的加热夹套（14）内设有螺旋流道（15）。

5.根据权利要求1所述的高分子材料聚合反应釜，其特征在于：所述釜体的上封盖（6）设置有加热夹套（7）和保温层（9）。

6.根据权利要求4或5所述的高分子材料聚合反应釜，其特征在于：所述加热夹套间隙为10-20mm。

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