CN102601970B

CN102601970B - 一种新型聚醚酮熔体过滤装置

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Publication number: CN102601970B
Application number: CN201210057648.3A
Authority: CN
Inventors: 王树江; 王元瑞; 尹丽; 石秀敏; 乔迁
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN102601970A

Abstract

一种新型聚醚酮熔体过滤装置，属于化学工程、精细化工领域。包括换网器主体、过滤网片等。所述的滑动柱采用A、B双柱的形式安装于换网器主体的中部，且在每根滑动柱上安装有两片过滤网片；所述的多孔板安装于两片过滤网片之间，且过滤网片通过换网叉实现换网；所述的加热保温板安装于换网器主体的顶部，且物料进入口通过加热保温板与物料流入管道连接；在垂直于多孔板轴线方向的底部设有物料流出管道，A、B两个滑动柱的物料流出管道汇集于过滤后物料汇集管，过滤后物料汇集管与过滤后物料流出管相通。此发明一是扩大过滤面积，二是减少换网压力波动，三是使多孔板15两侧压力均衡，能承受更大压力，过滤效果好。

Description

一种新型聚醚酮熔体过滤装置

技术领域

本发明属于化学工程、精细化工领域，特别是涉及到对一种新型聚合物熔体进行过滤的装置。

背景技术

现有技术中聚醚酮属于聚芳醚酮类的一种，具有极佳的机械强度、热稳定性，广泛应用于航空航天、仪器仪表、医疗器械及膜分离等领域。在聚醚酮生产过程中，其原料、合成过程、精制及干燥等都会产生或带入一些灰尘、颗粒杂质，虽然这些杂质很细小，在某些领域影响聚醚酮的使用。因此，必须除去一定粒度的杂质。通常，对固体塑料除杂方法有两种：一是将其溶解，采用过滤除去杂质，再将熔剂与溶质分离；聚醚酮溶剂价格昂贵，使用量大，操作条件苛刻，采用此种形式会极大增加生产成本。二是将固体塑料熔融，加压过滤除去杂质。根据聚醚酮的物料性质及过滤精度，采用过滤形式除去杂质更为适宜。此种方法操作相对容易，成本相对较低，因此，前期工作根据国内外现有设备的状况，结合用户对产品使用要求，建立了一套聚醚酮熔体挤出过滤的中试装置(图8)，并成功实现了聚醚酮熔体的连续过滤。

此设备的操作参数为：介质密度在1200Kg/m³左右，粘度在4000-5000cp时，工作温度：375±5℃；工作压力：22Mpa≤P≤45Mpa；过滤网片有效通径：φ180mm；网孔直径φ5um；平均出料量40Kg/h，即0.96吨/天(24小时)；操作形式连续，废料率≤10％。总收率90.5％。从进料到造粒，每套设备占用场地面积在12×4m²。如果生产能力不高，完全可以满足生产需要。

由于产量扩大，或短期急需供料，一套设备根本满足不了要求。若以公司年产量1000吨计算，按每台设备工作300天，完成此任务需3.3台套，至少3套。而场地面积并不是12×4m²的3倍。因为挤出后的物料需要冷却，若3套设备放在同一个车间内，物料冷却至少要使冷却带加长3m，即车间面积要达到15×4m²×3，加上原料、产品堆放等，面积更大。厂房利用率较低，管理不方便。更主要的是能耗较大，效率较低，没有扩大产能的余地。处于以上状况，我们将过滤网直径扩大到360mm，建立了过程如图1的放大装置，期望扩大产能。

扩大装置的运行

扩大后装置配备相应的挤出机、熔体泵、冷却装置及造粒设备，特制超重型固定平台，结果运行不到几小时，没出几公斤料就停车了。主要出现以下问题：

预热时间较长

安装好设备后，首先进行电器、可转动设备运转。观察设备能否达到预期目标。经过5个多小时加热预热整个过滤系统各测温点处基本达到了过滤要求的温度，但升温时间较长。

网片达不到预定温度

由于网片直径较大，此处空间较大，而且，此处有滑动柱及不动的换网器主体，不能在此区域设置测温点。当其他部分达到预定温度时，此部分的温度要比预定温度低几十度，过滤网中心部位更低。这些从拆卸下来的过滤网可以观察到。拆卸后的过滤网，清除网后物料，发现过滤网中心处，近1/3过滤网面积的区域并无物料流出，说明此区域无物料通过。原因就是当物料一接触此过滤网时，中间区域温度较低，物料粘度增大，流动性差。再加上过滤网孔隙小(5um)，物料难从此经过。而其他四周区域温度较高(靠近主体)，物料易通过。在同样压差亦既同样动力下，大有“水往低处流之势”，造成中间部位无物料。

达不到预定产量

按前期运行结果计算，此设备生产能力以为40kg×(π180²/π90²)＝160Kg/h。实际生产根本达不到预定产量，这主要是由于温度原因，使实际过滤面积大打折扣。

预热温度提高，产物测试有变性为缩短预热时间，更为提高过滤网中心部位的温度，整个预热温度加高，部分区域达400℃，结果发现物料碳化。从换下的过滤片上发现，杂质层中有黑点，物料发生碳化。过滤后物料经分析仪器检测，有部分物料发生变性。碳化的物料可以过滤出去，变性的物料则会进入产品中，影响产品的性能。

杂质逃逸

由于过滤片较大，在高压作用下过滤片变形，必定出现杂质逃逸。逃逸的可能有两点，一是高压作用使一些非钢性杂质从网孔间通过，二是杂质绕过过滤网，从网边上进入网片后侧管路。

挤出造粒的产品表面有凹坑过滤后物料中含有气泡，导致造粒后的物料表面不光洁平整，影响产品的外观。

分析放大设备运行中出现的问题，由于网片区域空间过大，难掌控网片表面的温度，温度过高物料变性；网片变形，杂质逃逸，很难实现正常过滤。因此，通过简单的设备放大不能实现聚醚酮熔体的连续过滤。

发明内容

由于设备简单放大，产生一些无法解决的问题，预热达不到温度，达到温度物料变性，杂质逃逸等，不能实现正常过滤，重新设计过滤设备为本发明所要解决的技术问题。

一种新型聚醚酮熔体过滤装置，其特征是：包括换网器主体、过滤网片、过滤后物料流出管、滑动柱、多孔板、物料流出管道、物料流入管道、物料进入口、加热保温板、过滤后物料汇集管，所述的滑动柱采用A、B双柱的形式安装于换网器主体的中部，且在每根滑动柱上安装有两片过滤网片；所述的多孔板安装于两片过滤网片之间，且过滤网片通过换网叉实现换网；所述的加热保温板安装于换网器主体的顶部，且物料进入口通过加热保温板与物料流入管道连接；在垂直于多孔板轴线方向的底部设有物料流出管道，A、B两个滑动柱的物料流出管道汇集于过滤后物料汇集管，过滤后物料汇集管与过滤后物料流出管相通。

所述的过滤网片上安装有法兰，且在法兰上每隔120度处设置一个换网圆环，换网圆环采用不锈钢材质制作。所述的换网叉包括叉钩、换网叉腿、手柄，所述的换网叉腿一端安装于手柄上，其另一端安装有叉钩，且叉钩、换网叉腿采用不锈钢材质制作，手柄采用电木或软木材质制作。

有益效果：现对本发明装置进行运行操作。本发明设备安装好后，对电器、可转动设备运行。经过1.5个小时加热预热，整个过滤系统各部分都达到过滤要求的温度。从升温过程看，各部分加热、保温能达到预定升温控温要求。

整个系统经过安装空载试运行进入实际运行过程，挤出机、熔体泵、换网器主体及连接段经过加温预热达到预定温度。具体数据可见表1。

达到上述温度后，开动挤出机、熔体泵，并同时向加料斗中加料，加料速度160Kg/h(前10分钟为80-100Kg/h)。

表1实际加料运行数据表

经过数日运行，算得过滤物料总收率为91.4％。用扫描电镜比较过滤前后杂质情况，结果如图3、图4。配合SEM扫描仪，用能谱仪测试，分析结果如图5、图6。

从图3、图4可看到，过滤后不见大颗粒物料。从图5、图6过滤后物料组成分析图可进一步确定，过滤效果非常好。

附图说明

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为本发明一种新型聚醚酮熔体过滤装置换网器的结构示意图。

图2为本发明一种新型聚醚酮熔体过滤装置的过滤网片和换网叉的结构示意图。

图3为聚醚酮未使用本发明过滤前SEM机扫描图片。

图4为聚醚酮使用本发明过滤后SEM机扫描图片。

图5为聚醚酮未使用本发明过滤前能谱图。

图6为聚醚酮使用本发明过滤后能谱图。

图7为本发明一种新型聚醚酮熔体过滤装置安装示意图。

图8为现有技术中聚醚酮熔体过滤装置安装示意图。

图中1-加料斗、2-挤出机挤出管、3-挤出底座、4-机座、5-连接段、6-熔体泵、7-换网器主体、8-过滤网片、9-物料流出管道、10-机头、11-滑道、12-转向管；13-过滤后物料流出管、14-滑动柱、15-多孔板、16-物料流出管道、17-物料流入管道、18-物料进入口、19-加热保温板、20-过滤后物料汇集管、23-法兰、24-叉钩、26-换网圆环、27-换网叉腿、28-换网叉、29-手柄。

具体实施方式

如图所示新型过滤装置设计的关键在于网孔直径、网片直径，二者的大小直接决定了过滤的成败。根据已成功过滤的数据，不改变网片大小，增加其数量，采用双柱，每根上两个过滤网片8同时过滤，交替进行换网。具体结构见附图1。

此发明一是扩大过滤面积，二是减少换网压力波动，三是使多孔板15两侧压力均衡，能承受更大压力。两个过滤网片8之间是多孔板15，在垂直多孔板15轴线方向的底部设有物料流出管道16。A、B两个滑动柱14的物料流出管道16汇集一起，与过滤后物料流出管13相通(现有有技术中是物料流出管道9)。同时一定保证换网器主体7的装网孔，沿滑动柱14轴线方向的边缘到滑动柱14的一端(无液压柱端)的长度要大于网孔直径，以防止换网操作时有过多物料从网孔压出。挤出底座3安装于机座4的上部，整个设备的安装如图7所示。

过滤网片8设换网圆环26及特制换网叉28，由于换网时须同时换两个网片，按前期操作时间计算，至少需用5-6分钟才能换完两个网。由于换网时换网器的多孔板15、固定网片部分的滑动柱全部曝露在外，温度降低较快，物料粘稠度加大，会给上网、滑动柱恢复原位造成麻烦。因此，在过滤网片8的法兰23上、每相隔120度处，加设一个换网圆环26，并特别制作起、上网工具换网叉28，具体如图2所示。

换网圆环26用不锈钢制作，不锈钢丝直径φ3mm，圆环外圈直径φ12mm左右。不锈钢丝粗度不可过粗，过粗会导致中间环孔过小，起网时费时。不锈钢丝过细，起网时有时又会变形。换网叉28全部使用不锈钢材质。换网叉腿27为实心圆钢，直径φ8mm左右。叉钩24为直形，直径φ5mm，端部稍有尖，与换网叉腿27成稍小于90度的角，具有钩状。手柄采用隔热较好的电木或软木。

使用自行设计的新型聚醚酮熔体过滤装置，主要采用双滑动柱14、每柱双网换网过滤器，成功实现了聚醚酮熔体连续过滤，并使产量数倍增加。操作中挤出机加料速度175kg/h；挤出机加热温度375℃；出口压力12Mpa；熔体泵6出口压力22-45Mpa；过滤网为不锈钢304材质；网块直径φ200mm、网直径φ180mm、网孔直径φ5um；换网次数1次/55分钟。过滤后颗粒杂质尺寸小于φ5um，纯物料收率91.4％，产量160kg/h。

新型换网器按图7形式安装便可投入过滤使用。具体操作过程为：

首先，将聚醚酮待过滤料加入加料斗1中，开动挤出机，聚醚酮在挤出机螺杆推动前行时被熔融，成为聚醚酮熔体。当此熔体通过挤出机挤出管2达到连接段5时，压力达到12-14Mpa，再经熔体泵6加压，最大压力可达40Mpa。在压力作用下，聚醚酮熔体经过具有保温的转向管12及物料进入口18，进入换网器主体7中，再经物料流入管道17分别经过四片过滤网片8，粗物料被滤出，停留在网前，粒径小的物料通过过滤网片8，再经过滤后物料汇集管20，通过滑道11从机头10流出，实现过滤过程。

当过滤网前压力升高到一定值(最高40Mpa)，开始换网。换网时，先使用液压装置将滑动柱14压出，再进行换网。

换网时，两个人同时操作，每人一块，换下同一滑动柱14上的两片网。使用换网叉28起网时，只要将网叉底角(叉钩端)插入网孔，并逆时针方向旋转，待叉钩24卡住换网圆环26，向外拉动换网叉28，3-5秒钟便可将过滤网片8取下。

Claims

1.一种新型聚醚酮熔体过滤装置，其特征是：包括换网器主体（7）、过滤网片（8）、过滤后物料流出管（13）、滑动柱（14）、多孔板（15）、物料流出管道（16）、物料流入管道（17）、物料进入口（18）、加热保温板（19）、过滤后物料汇集管（20），所述的滑动柱（14）采用A、B双柱的形式安装于换网器主体（7）的中部，且在每根滑动柱（14）上安装有两片过滤网片（8），换网器主体（7）的装网孔，沿滑动柱（14）轴线方向的边缘到滑动柱（14）的无液压柱的一端的长度大于网孔直径；所述的多孔板（15）安装于两片过滤网片（8）之间，且过滤网片（8）通过换网叉（28）实现换网；所述的加热保温板（19）安装于换网器主体（7）的顶部，且物料进入口（18）通过加热保温板（19）与物料流入管道（17）连接；在垂直于多孔板（15）轴线方向的底部设有物料流出管道（16），A、B两个滑动柱（14）的物料流出管道（16）汇集于过滤后物料汇集管（20），过滤后物料汇集管（20）与过滤后物料流出管（13）相通。

2.根据权利要求1所述的一种新型聚醚酮熔体过滤装置，其特征是：所述的过滤网片（8）上安装有法兰（23），且在法兰（23）上每隔120度处设置一个换网圆环（26），换网圆环（26）采用不锈钢材质制作。

3.根据权利要求1所述的一种新型聚醚酮熔体过滤装置，其特征是：所述的换网叉（28）包括叉钩(24)、换网叉腿（27）、手柄(29),所述的换网叉腿（27）一端安装于手柄(29)上，其另一端安装有叉钩(24)，且叉钩(24)、换网叉腿（27）采用不锈钢材质制作，手柄(29)采用电木或软木材质制作。