CN101985096B - 自清洁聚合反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自清洁聚合反应器，包括密封的卧式筒体，所述卧式筒体的横截面形状呈双圆形，筒体内设有两个主轴，所述两主轴分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述主轴上设有若干星形转子，所述星形转子由盘体和设置在盘体中央的轮毂组成，所述盘体设有多个辐条，所述轮毂套接在所述主轴上，所述两个主轴的动力输入端均延伸在所述卧式筒体外，并分别连接用于驱动两主轴同步且反向转动的驱动装置，所述转子上的辐条的数量优选3个，可以设有只直刮刀或带螺旋角的刮刀。工作时，星形转子上的辐条不仅对物料起到搅拌作用，而且还会不断破坏和刮除附着在筒体内壁和主轴表面的滞留层。本发明主要用于聚乳酸(PLA)以及其他种类聚酯的聚合反应。

Description

自清洁聚合反应器
技术领域
本发明涉及一种自清洁聚合反应器，主要用于聚乳酸(PLA)以及其他种类聚酯的聚合反应。
背景技术
PLA的原料乳酸(LA)来自于农作物或非粮作物，在PLA的两步法制备工艺中，乳酸先合成丙交酯，再由丙交酯开环聚合获得高分子量的PLA，形成的PLA是可降解的纤维或塑料，属于第四代新材料，目前世界一些发达国家进行了相应的产品开发，但仅在美国实现了工业生产。由于PLA原料可再生，产品可降解，可部分替代石油基塑料和纤维，推广应用前景甚为远大，具有战略意义。
PLA聚合反应器是PLA合成的关键设备，从结构看，国外已有的反应器有单轴和双轴之分，从流型看主要是径向全混和轴向平推，反应器的搅拌机构有圆盘式、眼镜式，双螺杆式等等。当聚合度较小时，黏度低，物料流动性好，混合容易，采用单轴圆盘式反应器进行搅拌就足以满足工艺要求，但随着聚合度增高，黏度增大，流动性变差，物料附壁的滞留层加厚，同时在主轴表面也会有聚合物堆积，时间一长就会产生降解，脱落后就会影响产品的质量，现有聚合反应器均没有很好地解决这些问题。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种自清洁聚合反应器，该聚合反应器在正常的工作过程中，可以自动清洁在筒体内壁和主轴表面上的滞留层。
本发明实现上述目的的技术方案是：一种自清洁聚合反应器，包括密封的卧式筒体，所述卧式筒体的横截面形状呈双圆形，所述双圆形是指由两个圆相互交叉后，由两圆的外露圆弧组成的封闭图形，筒体内设有两个主轴，所述两主轴分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述双圆形的两个圆心是指构成该双圆形的两个相互交叉的圆的圆心，所述主轴上设有若干星形转子，所述星形转子由盘体和设置在盘体中央的轮毂组成，所述盘体设有多个辐条，所述轮毂套接在所述主轴上，所述两个主轴的动力输入端均延伸在所述卧式筒体外，并分别连接用于驱动两主轴同步且反向转动的驱动装置，所述转子上的辐条的数量均为3个，同一主轴上相邻转子以位相角差为180°的方式交错分布，相邻两主轴上的转子轴向排列方式和排列位置相同，在同一轴向位置上，一个主轴上的转子的辐条恰好与另一主轴上的转子的辐条间隙相对应，所述相对应是指当一个主轴的转子的一个辐条水平指向另一个主轴时，恰好位于另一个主轴的对应转子的两个辐条的中间。
本发明的有益效果是：由于筒体截面呈双圆形，并且在双圆的两个圆心处均设置了相应的主轴，同时还由于主轴上设置了星形转子，通过控制星形转子上的辐条长度，使其前端接近于筒体内壁以及另一个主轴的表面，由此在主轴旋转过程中，星形转子上的辐条不仅对物料起到搅拌作用，保证聚合反应过程中的混合效果，而且还会不断破坏和刮除附着在筒体内壁和主轴表面的滞留层，使物料难以在筒体内壁和主轴表面上长时间附着，由此起到了削弱和消除滞留层的效果，避免了因滞留层脱离导致的产品质量下降。
附图说明
图1是本发明俯视方向的剖视结构示意图；
图2是本发明侧视方向的剖视结构示意图；
图3是本发明涉及进料端盖、进料端轴封和主轴末端相互连接关系的示意图；
图4是本发明涉及出料端盖、出料端轴封和主轴动力输入端相互连接关系的示意图；
图5是本发明涉及卧式筒体和夹套外壳截面形状的示意图；
图6是本发明涉及螺旋流道的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明提供了一种自清洁聚合反应器，包括密封的卧式筒体10，所述卧式筒体的横截面形状呈双圆形，筒体内设有两个主轴20，所述两主轴分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述主轴上设有若干星形转子30，所述星形转子由盘体32和设置在盘体中央的轮毂31组成，所述盘体设有多个辐条33，所述轮毂套接在所述主轴上，所述两个主轴的动力输入端21均延伸在所述卧式筒体外，并分别连接用于驱动两主轴同步且反向转动的驱动装置50。本发明所称双圆形是指由两个圆相互交叉(两圆的部分面积重叠)后，由两圆的外露圆弧组成的封闭图形，所称双圆形的两个圆心是指构成该双圆形的两个相互交叉的圆的圆心。
所述转子上的辐条的数量优选为3个，同一主轴上相邻转子优选以位相角差为180°的方式交错分布，以增强搅拌效果。
通常，相邻两主轴上的转子轴向排列方式和排列位置可以相同，在同一轴向位置上，一个主轴上的转子的辐条恰好与另一主轴上的转子的辐条间隙相对应，由此可以优化物料流，并有效地破坏和刮除主轴表面和筒壁上的附着的物料。所称一个主轴上的转子的辐条恰好与另一主轴上的转子的辐条间隙相对应，是指当一个主轴的转子的一个辐条水平指向另一个主轴时，恰好位于另一个主轴的对应转子的两个辐条的中间。
根据制造工艺和使用条件的限制，所述辐条的前端通常应接近或尽量接近卧式筒体的内壁以及另一个主轴的表面，以有效地破坏和刮除滞留层。通过合理设置卧式筒体的结构，可以使一个主轴的外侧恰好位于或基本上位于另一个圆上，由此使得一个主轴上的辐条前端距其所在圆的筒体内壁的距离与距另一个主轴表面的距离相同或基本相同。
同一转子上相邻辐条的边缘优选连接成一个平滑的弧形，由此既便于加工，又有利于提高强度，还有利于优化物料流。
所述辐条上可以设有刮刀，所述刮刀可以为直刮刀或者为带螺旋角的刮刀，所述带螺旋角的刮刀的螺旋角α优选为5°左右，例如4°、5°、6°等，由此可以推动物料做适宜程度的轴向流动，实现物流轴向无返回。
通常，所述筒体近进料端的上部设有进料口16，近出口端的下部设有出料口15，以实现进出料。
可以使所述主轴的不同位置上的相邻星形转子之间的间距不同，进料端方向上的相邻星形转子之间的间距通常可小于出料端方向上的相邻星形转子之间的间距，以适宜适应反应物料的粘度，实现良好的搅拌和推动。
所述卧式筒体外可以设有加热夹套，所述加热夹套内可以设有螺旋流道41，以便采用液相热媒等方式进行加热和保温。
所述加热夹套的内壁为所述卧式筒体，外壁为位于所述卧式筒体外面的夹套外壳40，所述螺旋流道可以由焊接在所述卧式筒体和所述夹套外壳之间的螺旋状流道隔板42在加热夹套内分割而成。
所述主轴的两端可以为实心轴，中部为空心轴，以在保证强度和刚性的同时节省材料用量，减轻重量。
所述驱动装置可以设有两个输出转速相同但旋向相反的输出轴，所述两主轴分别通过各自的联轴器与各自对应的一个输出轴联接，由此实现所述主轴同所述驱动装置的连接。
所述卧式筒体可以包括筒状的筒体主体，所述筒体主体的进料端和出料端分别连接有进料端盖13和出料端盖11，所述主轴的动力输入端通过出料端轴封12安装在所述出料端盖上，所述主轴的末端通过末端轴封14安装在所述进料端盖上，由此实现主轴的安装和密封。
所述进料端轴封上的轴套14.1可以以允许所述主轴末端相对滑动的配合方式套在所述主轴的末端上，以解决因温升和不同材料线膨胀系数引起的位移问题。
所述出料端轴封的轴套12.1套在所述主轴的动力输入端上，其外侧可以设有用于密封的O型环12.4，所述O型环套在所述主轴的动力输入端上，并通过沿圆周均匀分布的多个紧固螺钉12.5紧固在所述出料端轴封的轴套上。所述主轴的动力输入端还可以旋接有锁紧螺母12.3和防松螺母12.2，所述紧固螺母紧压在所述O型环的外侧，所述防松螺母紧压在所述紧固螺母的外侧，不同主轴上旋接的锁紧螺母和防松螺母的旋向相反，以保证正常运转中密封的可靠性。

Claims (9)

1.一种自清洁聚合反应器，包括密封的卧式筒体，其特征在于所述卧式筒体的横截面形状呈双圆形，所述双圆形是指由两个圆相互交叉后，由两圆的外露圆弧组成的封闭图形，筒体内设有两个主轴，所述两主轴分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述双圆形的两个圆心是指构成该双圆形的两个相互交叉的圆的圆心，所述主轴上设有若干星形转子，所述星形转子由盘体和设置在盘体中央的轮毂组成，所述盘体设有多个辐条，所述轮毂套接在所述主轴上，所述两个主轴的动力输入端均延伸在所述卧式筒体外，并分别连接用于驱动两主轴同步且反向转动的驱动装置，所述转子上的辐条的数量均为3个，同一主轴上相邻转子以位相角差为180°的方式交错分布，相邻两主轴上的转子轴向排列方式和排列位置相同，在同一轴向位置上，一个主轴上的转子的辐条恰好与另一主轴上的转子的辐条间隙相对应，所述相对应是指当一个主轴的转子的一个辐条水平指向另一个主轴时，恰好位于另一个主轴的对应转子的两个辐条的中间，所述辐条的前端接近卧式筒体的内壁以及另一个主轴的表面。
2.如权利要求1所述的自清洁聚合反应器，其特征在于同一转子上相邻辐条的边缘连接成一个平滑的弧形，所述辐条上设有刮刀，所述刮刀为直刮刀或者为带螺旋角的刮刀。
3.如权利要求2所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述筒体近进料端的上部设有进料口，近出口端的下部设有出料口，所述主轴的不同位置上的相邻星形转子之间的间距不同，进料端方向上的相邻星形转子之间的间距小于出料端方向上的相邻星形转子之间的间距，以适应反应物料的粘度变化。
4.如权利要求1、2或3所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述卧式筒体外设有加热夹套，所述加热夹套内设有螺旋流道。
5.如权利要求4所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述加热夹套的内壁为所述卧式筒体，外壁为位于所述卧式筒体外面的夹套外壳，所述螺旋流道由焊接在所述卧式筒体和所述夹套外壳之间的螺旋状流道隔板在加热夹套内分割而成。
6.如权利要求1、2或3所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述主轴的两端为实心轴，中部为空心轴，所述驱动装置设有两个输出转速相同但旋向相反的输出轴，所述两主轴分别通过各自的联轴器与各自对应的一个输出轴联接，由此实现所述主轴同所述驱动装置的连接。
7.如权利要求1、2或3所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述卧式筒体包括筒状的筒体主体，所述筒体主体的进料端和出料端分别连接有进料端盖和出料端盖，所述主轴的动力输入端通过出料端轴封安装在所述出料端盖上，所述主轴的末端通过末端轴封安装在所述进料端盖上。
8.如权利要求7所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述进料端轴封上的轴套以允许所述主轴末端相对滑动的配合方式套在所述主轴的末端上。
9.如权利要求8所述的自清洁聚合反应器，其特征在于所述出料端轴封的轴套套在所述主轴的动力输入端上，其外侧设有用于密封的O型环，所述O型环套在所述主轴的动力输入端上，并通过沿圆周均匀分布的多个紧固螺钉紧固在所述出料端轴封的轴套上，所述主轴的动力输入端还旋接有锁紧螺母和防松螺母，所述紧固螺母紧压在所述O型环的外侧，所述防松螺母紧压在所述紧固螺母的外侧，不同主轴上旋接的锁紧螺母和防松螺母的旋向相反。
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