CN103432981B - 一种节能高效自清洁聚合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能高效自清洁聚合装置，由列管式反应器以及一种自清洁强化传热装置构成，自清洁强化传热装置主要包括转子、中间支撑架、背水端挂件、限位件以及吊钩挂件；中间支撑架用于支撑每段转子串，增强转轴的刚度以及转子的自对中效果，延长整个装置的运行寿命。吊钩挂件的定位销轴与相邻吊钩挂件的定位孔配合，保证多根列管端部的吊钩挂件呈现整体连接结构，增强单个吊钩挂件的轴向拉伸强度。吊钩挂件的吊钩、空心轴以及定位凹台位于列管内，减小对流体的冲击，从而减小流体阻力。该装置强化反应物料的充分混合，并将聚合反应的热量快速释放，还具有自清洁作用，解决粘釜问题，提高产品质量以及生产效率，从而避免了传统生产方式的弊端。

Description

一种节能高效自清洁聚合装置

技术领域

本发明涉及一种聚合工艺的生产装置，具体涉及一种节能、高效、自清洁聚合装置。

背景技术

采用聚合反应加工制造的产品有很多，以PVC的生产为例，PVC的生产主要有两种制备工艺，一是电石法；二是乙烯法，主要原料是石油。国际市场上PVC的生产主要以乙烯法为主，而国内受富煤、贫油、少气的资源禀赋限制，则主要以电石法为主，电石法约占我国PVC总产能的70％以上。根据实践经验，在电石（CaC2）法制取PVC的生产中，会出现不同程度的粘釜问题。粘釜即聚合物在聚合釜内壁形成污垢，会造成传热系数下降，从而影响反应进行，降低产量；汽提、干燥过程出料困难；壁垢混入成品中降低PVC树脂质量等一系列问题。这不仅影响聚合釜的自控性能、降低产能和设备利用率，影响产品质量，清理聚合釜还增加了人工费，并引起氯乙烯(VCM)对清釜人员的危害问题，存在较大安全隐患，是一直以来人们迫切解决的一个问题。

在早期，人们主要采用小型聚合釜生产PVC树脂，为保持聚合釜的正常传热和搅拌正常运转，采用1釜1清的方法，这样费时费工。后来，国外采用喷射壁清釜的方法，使用高压水枪，以30MPa的高压水，从人孔处喷射，以除掉釜内粘壁物，减少人工清釜次数。目前，多采用防粘釜剂来解决问题，通过向釜壁面喷涂防粘釜剂来减少或消除粘釜问题。但是它也存在以下问题：

1.防粘涂层的粘牢度低，容易混入产品中，降低产品的纯度，且影响防粘剂的效果。

2.抗氧化时间不足，会使防粘剂提前失效，造成产品质量下降。

3.偏色问题，聚合反应过程中涂层物会被磨蚀掉入釜中，深色防粘釜剂会污染树脂(如“美国红”、“英国蓝”)，并因此而污染树脂使树脂偏红或偏蓝影响制品的色泽。

4.使用时操作困难，需要人工喷涂，且无法保证喷涂的均匀性和完整性。为了改变上述的不足，本发明提出一种节能高效自清洁聚合装置。

发明内容

本发明的目的是设计一种节能高效自清洁聚合装置，摒弃了以传统聚合釜作为聚合反应装置的方法，采用列管式反应器作为反应装置，并在列管中加入转子式自清洁强化传热装置，强化反应物料的充分混合，并将聚合反应的热量快速释放，冷却管程聚合物料，还能够起到自清洁作用，解决粘釜问题，提高产品的质量以及生产效率，从而避免了传统生产方式所带来的种种弊端。

本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种节能高效自清洁聚合装置，由列管式反应器以及一种转子式自清洁强化传热装置构成；列管式反应器由封头、列管、筒体、折流板以及管板组成，并采用常规的设计结构以及装配关系；自清洁强化传热装置主要包括转子、中间支撑架、背水端挂件、限位件以及吊钩挂件；列管的迎水端设有吊钩挂件，列管的背水端设有背水端挂件，转轴两端通过限位件固定支撑在挂件上，转轴通过转子的轴孔、中间支撑架的空心轴轴孔以及限位件的轴孔，列管内放置多个转子，转子成组排列地套在转轴上，中间支撑架位于每组最后一个转子以及限位件之间，转子末端与中间支撑架前端配合，限位件前端与中间支撑架末端配合，中间支撑架的叶片外径小于列管内径但大于转子外径，用于支撑每段转子串，增强转轴的刚度以及转子的自对中效果，从而延长转子甚至整个装置的运行寿命。吊钩挂件的限位槽与列管端部配合，用于限制挂件的径向移动从而起到固定挂件的作用，同时起到轴向紧固自清洁强化传热装置的作用；吊钩挂件的定位销轴与相邻吊钩挂件的定位孔相配合，保证多根列管端部的吊钩挂件呈现整体连接结构，增强单个吊钩挂件的轴向拉伸强度，此外进一步限制吊钩挂件的径向移动以及周向转动。吊钩挂件的定位凹台与限位件的端部相配合，便于限位件的轴向限位固定，并减小限位件与流体间的接触面，减小流体阻力；吊钩挂件的吊钩、空心轴以及定位凹台位于列管内，可以减小对列管入口处流体的冲击，从而大大减小流体阻力。

反应物料经管程入口进入管程，聚合反应的产品经管程出口进入下一步工序；反应物料的流体推力会带动转子转动，转子的旋转运动会加速各反应物料的均匀混合，使得聚合反应更加彻底，提高聚合反应的反应效率；并且经过自清洁强化传热装置的强化传热作用，聚合反应前能够快速吸收壳程入口流入的热流体热量至反应温度，反应后壳程入口流入的冷流体将聚合反应的热量快速吸收，吸收热量后的冷流体经壳程出口流出，便于反应的继续进行。由于自清洁强化传热装置的自清洁作用，使得流体不再粘附在管壁上，而是随着流体的螺旋运动不断前行，从而解决了传统工艺的粘釜问题，提高了产品的质量。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，转子为螺旋叶片转子、开槽螺旋叶片转子或叶片旋向交叉组合式转子等形式。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，中间支撑架沿空心轴圆周方向分布的叶片个数为两个、三个或多个。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，背水端挂件为吊钩挂件、扭带型挂件、敞开式挂件或低流阻快装挂件等形式。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，吊钩挂件沿空心轴圆周方向均匀分布的吊钩个数为两个、三个或多个。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，吊钩挂件的定位销轴以及定位孔截面为圆形、椭圆形或多边形。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，转子可首尾相连整串穿装于转轴上，转轴可以是刚性的圆棒，也可以是柔性的软绳；也可以通过限位件分成转子数量相同或不同的若干组，使转子均匀转动。

本发明一种节能高效自清洁聚合装置，转子、中间支撑架、背水端挂件、限位件以及吊钩挂件是由高分子材料、高分子基复合材料、金属或者陶瓷材料制作的。

本发明的有益效果为：1、转子的工作动力来自于液体反应物的流体推力，不需要额外添加动力装置；2、反应物料的流体推力会带动转子转动，转子的旋转运动会加速各反应物料的均匀混合，使得聚合反应更加彻底，提高聚合反应的反应效率；3、经过自清洁强化传热装置的强化传热作用，聚合反应前能够快速吸收壳程热量至反应温度，反应后将聚合反应的热量快速释放，壳程流经冷却流体，进一步吸收了管程聚合反应的热量，便于反应的继续进行；4、由于自清洁强化传热装置的自清洁作用，使得流体不再粘附在管壁上，而是随着流体的螺旋运动不断前行，这样就避免了因粘釜而产生的传热系数下降，从而解决了传统工艺的粘釜问题，避免了防粘釜剂的使用，节约生产成本，并一定程度上提高产品质量。

附图说明

图1是本发明一种节能高效自清洁聚合装置的装配示意图；

图2是本发明一种节能高效自清洁聚合装置的自清洁强化传热装置装配示意图；

图3是本发明一种节能高效自清洁聚合装置的转子三维示意图；

图4是本发明一种节能高效自清洁聚合装置的中间支撑架三维示意图；

图5是本发明一种节能高效自清洁聚合装置的背水端挂件三维示意图；

图6是本发明一种节能高效自清洁聚合装置的吊钩挂件三维示意图。

图中，1—管程入口，2—封头，3—壳程出口，4—列管，5—筒体，6—转子，7—中间支撑架，7-1—叶片，7-2—空心轴，8—背水端挂件，9—限位件，10—管程出口，11—壳程入口，12—吊钩挂件，12-1—定位销轴，12-2—限位槽，12-3—吊钩，12-4—空心轴，12-5—定位凹台，12-6—定位孔，13—折流板，14—转轴，15—管板。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及的一种节能高效自清洁聚合装置的一种实施方法，该装置由列管式反应器以及一种转子式自清洁强化传热装置构成；列管式反应器由封头2、列管4、筒体5、折流板13以及管板15组成，并采用常规的设计结构以及装配关系；自清洁强化传热装置主要包括转子6、中间支撑架7、背水端挂件8、限位件9以及吊钩挂件12；列管的迎水端设有吊钩挂件12，列管背水端设有背水端挂件8，转轴14两端通过限位件9固定支撑在挂件上，转轴14通过转子6的轴孔、中间支撑架7的空心轴7-2轴孔以及限位件9的轴孔，列管4内放置多个转子6，转子6成组排列地套在转轴14上，中间支撑架7位于每组最后一个转子6以及限位件9之间，转子6末端与中间支撑架7前端配合，限位件9前端与中间支撑架7末端配合，中间支撑架7的叶片7-1外径小于列管4内径但大于转子6外径，用于支撑每段转子串，增强转轴14的刚度以及转子6的自对中效果，从而延长转子6甚至整个装置的运行寿命；吊钩挂件12的限位槽12-2与列管4端部配合，用于限制挂件的径向移动从而起到固定挂件的作用，同时起到轴向紧固自清洁强化传热装置的作用；吊钩挂件12的定位销轴12-1与相邻吊钩挂件12的定位孔12-6相配合，保证多根列管4端部的吊钩挂件12呈现整体连接结构，增强单个吊钩挂件12的轴向拉伸强度，此外进一步限制吊钩挂件12的径向移动以及周向转动。吊钩挂件12的定位凹台12-5与限位件9的端部相配合，便于限位件9的轴向限位固定，并减小限位件9与流体间的接触面，减小流体阻力；吊钩挂件12的吊钩12-3、空心轴12-4以及定位凹台12-5位于列管内，可以减小对列管入口处流体的冲击，从而大大减小流体阻力。

本发明中，反应物料经管程入口1进入管程，聚合反应的产品经管程出口10进入下一步工序；反应物料的流体推力会带动转子6转动，转子6的旋转运动会加速各反应物料的均匀混合，使得聚合反应更加彻底，提高聚合反应的反应效率；并且经过自清洁强化传热装置的强化传热作用，聚合反应前能够快速吸收壳程入口11流入的热流体热量至反应温度，反应后壳程入口11流入的冷流体将聚合反应的热量快速吸收，吸收热量后的冷流体经壳程出口3流出，便于反应的继续进行。由于自清洁强化传热装置的自清洁作用，使得流体不再粘附在管壁上，而是随着流体的螺旋运动不断前行，从而解决了传统工艺的粘釜问题。

Claims (7)

1.一种节能高效自清洁聚合装置，由列管式反应器以及一种自清洁强化传热装置构成，其特征在于：列管式反应器由封头、列管、筒体、折流板以及管板组成，列管式反应器的封头、列管、筒体、折流板和管板采用常规的设计结构以及装配关系；自清洁强化传热装置包括转子、中间支撑架、背水端挂件、限位件以及吊钩挂件；列管的迎水端设有吊钩挂件，列管背水端设有背水端挂件，转轴两端通过限位件固定支撑在挂件上，转轴通过转子的轴孔、中间支撑架的空心轴轴孔以及限位件的轴孔，列管内放置多个转子，转子成组排列地套在转轴上，中间支撑架位于每组最后一个转子以及限位件之间，转子末端与中间支撑架前端配合，限位件前端与中间支撑架末端配合，中间支撑架的最大外径小于换热管内径但大于转子外径；吊钩挂件的限位槽与列管端部配合，吊钩挂件的定位销轴与相邻吊钩挂件的定位孔相配合，吊钩挂件的定位凹台与限位件的端部相配合，吊钩挂件的吊钩、空心轴以及定位凹台位于列管内；中间支撑架沿空心轴圆周方向分布的叶片个数为多个。

2.根据权利要求1下所述的一种节能高效自清洁聚合装置，其特征在于：背水端挂件为吊钩挂件、扭带型挂件、敞开式挂件或低流阻快装挂件。

3.根据权利要求1下所述的一种节能高效自清洁聚合装置，其特征在于：吊钩挂件沿空心轴圆周方向均匀分布的吊钩个数为多个。

4.根据权利要求1下所述的一种节能高效自清洁聚合装置，其特征在于：吊钩挂件的定位销轴以及定位孔截面形状为圆形、椭圆形或多边形。

5.根据权利要求1下所述的一种节能高效自清洁聚合装置，其特征在于：所述转子的空心轴两端设置有同轴结构，两个相邻转子的同轴结构首尾结合，实现了转子间的轴向定位；转子的空心轴同轴结构是球窝方式、圆锥方式、卡扣方式或者万向节方式。

6.根据权利要求1下所述的一种节能高效自清洁聚合装置，其特征在于：转子首尾相连整串穿装于转轴上；转轴是刚性的圆棒，或是柔性的软绳；或通过限位件分成转子数量相同或不同的组，使转子均匀转动。

7.根据权利要求1下所述的一种节能高效自清洁聚合装置，其特征在于：转子、中间支撑架、背水端挂件、限位件以及吊钩挂件是由高分子材料、高分子基复合材料、金属或者陶瓷材料制作的。