CN103537241A - 一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，包括投料过程、保温过程和中和稀释过程，全部反应过程在单一通道反应管内进行，各个阶段的反应装置全部或部分处于恒温装置中，反应结束后聚羧酸减水剂从出料口排出，无需进行其他后续处理。本发明提供的使用单通道管式反应装置生产聚羧酸减水剂的方法为连续化生产方法，该方法大大提高了生产效率和产能，降低了设备投资和能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种用单通道管式反应装置生产聚羧酸减水剂的技术。
背景技术
聚羧酸减水剂是水泥混凝土生产过程中使用的主要外加剂之一，其具有低掺入量、高减水率、绿色环保等优异特性。聚羧酸分子通常是由含羧酸基的不饱和小分子、含聚氧化乙烯基的不饱和大分子和含其它功能基团的不饱和小分子共聚而成的梳状高分子化合物。聚羧酸减水剂不仅性能优异，而且生产和使用具有环保特性，有害物质含量少，被公认为是混凝土外加剂今后的发展方向。
目前聚羧酸减水剂的合成装置都是间歇式反应装置，聚合反应在反应釜或类似容器内进行，在一定温度下使多种活性单体进行共聚，合成出不同结构的聚羧酸减水剂产品。在中国专利CN201648273U中介绍了一种聚羧酸型减水剂聚合生产装置，该装置包括有聚合反应釜，聚合反应釜外分别通过管道连接有多个物料罐，通过蠕动泵进行物料添加，在反应釜内进行聚合反应。这种间歇式反应釜结构简单、产品生产按批次进行，适合于小规模生产，是目前国内外聚羧酸减水剂生产厂家普遍采用的生产方式。针对间歇式反应装置，国内外的工艺人员也进行了针对性的技术改进。中国专利CN202823279U中介绍了一种减水剂合成反应釜及专用搅拌器，改进了搅拌形式，提高了产品质量。中国专利CN202460615U中介绍了一种聚羧酸反应釜，改进了釜体材料，节约了能源，提高了生产效率。
但是，间歇式反应装置由于受反应釜体积的限制，已经难以满足日渐增长的产量要求，需要研发一种适用于大规模生产的连续化装置与方法。中国专利CN102942659A中介绍了一种用于管式反应装置生产聚羧酸减水剂的方法，该方法将聚羧酸减水剂的间歇化生产变成近似连续化生产，将配置好的原料和辅料加入管式反应装置内进行聚合后，产品进入储罐内老化和中和。该方法将反应釜改变为管式反应装置，提高了生产规模和效率，但后期仍需要在储罐内进行分批次老化或在管式反应装置出料口处进行中和才能获得聚羧酸减水剂，并不是一个完全的连续化生产工艺，使用中和老化罐限制了大规模生产的产能。并且，该方法提供的管式设备为单一管线，不利于维修安装。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，以解决采用单通道反应装置作为反应装置主体，反应各阶段均在单一通道内顺序进行，反应过程中需另配老化罐或反应釜的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，包括：使反应物料单向顺序流动进行聚合反应的单通道管；该单通道管根据反应过程的不同依次划分为三段，其中，第一段为投料段，设有供原料与辅料投料的主进料口，该第一段单通道管全部或部分处于恒温装置中，第二段为保温段，该第二段单通道管全部或部分处于恒温装置中，第三段为中和稀释段，设有将配置好的碱性水溶液按需要量投入单通道反应装置的后进料口，该第三段单通道管全部或部分处于恒温装置中；所述第一、二、三段为单根管或多根管串联连接，对应各个段的恒温装置为单独配置，各段的反应管长度根据实际工艺按比例分配；所述的单通道管式反应装置的末端设有出料口。
所述单通道管式反应装置的空间安置，根据工艺需要设计为直线型、螺旋型、折叠型。
所述恒温装置可分为分体式和一体式，分体式恒温装置与反应管道可分离，优选恒温水浴槽、恒温油浴槽、恒温加热套；一体式恒温装置附属于反应管道，优选夹套、盘管。
所述的单通道管式反应装置的单通道管材质为塑料管、橡胶管、不锈钢管、搪瓷衬里铁管、塑料衬里铁管或玻璃管或石英管。
根据工艺需要，在第一段单通道管上，设有若干处于不同位置，用于将活性较高的原料和/或部分辅料加入反应装置中的次进料口。
所述第三段单通道管道上设有用于将碱性水溶液按工艺需要加入单通道管式反应装置中的若干后进料口。
所述的单通道管式反应装置的单通道管的内壁设有导流板，在主进料口、次进料口、后进料口内，根据需要单独或部分或全部设有搅拌器。
所述管式反应装置的长度需要根据反应物料的反应时间来进行选择，一般选用0.1～10000米，优选1～1000米；管式反应装置所用管子的直径一般选用1～500毫米，优选20～200毫米。
本发明的优点及积极效果如下：
本发明提供的单通道管式反应装置生产聚羧酸减水剂的方法，可大大提高生产效率和产能，降低生产设备投资和生产能耗，将聚羧酸减水剂的间歇化生产方式转变成连续化生产方式。
附图说明
图1是本发明的单通道管式反应装置的结构示意图。
具体实施例
以下结合具体实施例对本发明进行具体说明，以便更好理解本发明创造的内容，但实施例的内容并不限制本发明创造的保护范围。
单通道管式反应装置的结构示意图如图1。
该一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，根据反应过程的不同依次划分为三段，其中，第一段为投料段，设有供原料与辅料投料的主进料口，该第一段单通道管全部或部分处于恒温装置中。第二段为保温段，该第二段单通道管全部或部分处于恒温装置中。第三段为中和稀释段，设有将配置好的碱性水溶液按需要量投入单通道反应装置的后进料口，该第三段单通道管全部或部分处于恒温装置中。所述第一、二、三段为单根管或多根管串联连接，所述多根管串联连接方式为丝扣连接、法兰连接、承插连接、卡套连接焊接连接、热熔连接和沟槽连接。对应各个段的恒温装置为单独配置，各段的反应管长度根据实际工艺按比例分配；所述的单通道管式反应装置的末端设有出料口。所述单通道管式反应装置的空间安置，根据工艺需要设计为直线型、螺旋型、折叠型。所述恒温装置可分为分体式和一体式，分体式恒温装置与反应管道可分离，优选恒温水浴槽、恒温油浴槽、恒温加热套；一体式恒温装置附属于反应管道，优选夹套、盘管。所述的单通道管式反应装置的单通道管材质为塑料管或橡胶管或不锈钢管或搪瓷衬里铁管或塑料衬里铁管。根据工艺需要，在第一段单通道管上，设有若干处于不同位置，用于将活性较高的原料和/或部分辅料加入反应装置中的次进料口。所述第三段单通道管道上设有用于将碱性水溶液按工艺需要加入单通道管式反应装置中的若干后进料口。
整个生产工艺过程如下：先在预处理罐内将所需的原料、辅料和碱性水溶液配置好，分别按比例精确的打入各个进料口上的储罐中。原料、辅料和碱性水溶液的加入根据反应工艺要求控制进料口流量。管式反应装置的长度需要根据反应物料的反应时间来进行选择，一般选用0.1～10000米，优选1～1000米。管式反应装置所用管子的直径一般选用1～500毫米，优选20～200毫米。具体长度和直径根据物料传热性能、反应速度和流量决定。为了在进料口出达到较好的混合效果，可以在进料口处增加搅拌装置；为了在反应过程中保持较好的搅拌效果，还可以在管内增加导流板。
次进料口和后进料口的数量没有任何限制，可根据工艺需要增加或减少，这样做的好处是可以通过进料口的调整，来调整产品的结构与性能。
实施例1
本实施例采用的管式反应装置规格为长度10米，直径25毫米的不锈钢管；管头设置主进料口，管尾设置出料口；投料过程长6米，设置2个次进料口；保温过程长3.5米；中和稀释过程长0.5米，设置1个后进料口；投料过程和保温过程保持恒温水温为60℃，中和稀释过程保持恒温水温为30℃。
将烯丙基聚氧乙烯醚、水和引发剂混合均匀后由主进料口加入，控制加料流速；将丙烯酸、水、链转移剂、引发剂、分子量控制剂混合均匀后由次进料口加入，控制加料流速；将30%氢氧化钠溶液与水混合均匀后由后进料口加入。通过控制进料速度控制物料在管式反应装置内的线速度为2米/小时。本反应是连续化反应，原料、辅料和碱性水溶液不足时需按照同样配比配置连续供给。成品产量1千克/小时。详细参数列于表1中。
实施例2～9
实施例2～9与实施例1同采用单通道管式反应装置，生产工艺阶段相同，管式反应装置参数不同，生产工艺参数不同，详细参数列于表1中。
实施例10
实施例1～9所得的聚羧酸减水剂同现有间歇式反应釜生产的减水剂性能相近。采用《GB/T8077‐2000混凝土外加剂匀质性试验方法》对实施例1～9所得的聚羧酸减水剂进行固含量、密度、pH值、水泥净浆流动度测试，结果列于表2中。其中对比例是使用间歇式反应釜生产所得的产品。
实施例11
根据《GB/T8076‐1997混凝土外加剂》对实施例1～4所得的聚羧酸减水剂和对比例进行了减水剂的混凝土减水率和坍落度试验，参数与结果列于表3。
表2、单通道管式反应装置产成品基本性质
表3、减水剂的混凝土减水率和坍落度
Claims (8)
1.一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，包括：使反应物料单向顺序流动进行聚合反应的单通道管；该单通道管根据反应过程的不同依次划分为三段，其中，第一段为投料段，设有供原料与辅料投料的主进料口，该第一段单通道管全部或部分处于恒温装置中，第二段为保温段，该第二段单通道管全部或部分处于恒温装置中，第三段为中和稀释段，设有将配置好的碱性水溶液按需要量投入单通道反应装置的后进料口，该第三段单通道管全部或部分处于恒温装置中；所述第一、二、三段为单根管或多根管串联连接，对应各个段的恒温装置为单独配置，各段的反应管长度根据实际工艺按比例分配；所述的单通道管式反应装置的末端设有出料口。
2.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，所述单通道管式反应装置的空间安置，根据工艺需要设计为直线型、螺旋型、折叠型。
3.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，所述恒温装置可分为分体式和一体式，分体式恒温装置与反应管道可分离，优选恒温水浴槽、恒温油浴槽、恒温加热套；一体式恒温装置附属于反应管道，优选夹套、盘管。
4.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，所述的单通道管式反应装置的单通道管材质为塑料管、橡胶管、不锈钢管、搪瓷衬里铁管、塑料衬里铁管或玻璃管或石英管。
5.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，根据工艺需要，在第一段单通道管上，设有若干处于不同位置，用于将活性较高的原料和/或部分辅料加入反应装置中的次进料口。
6.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，所述第三段单通道管道上设有用于将碱性水溶液按工艺需要加入单通道管式反应装置中的若干后进料口。
7.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，所述的单通道管式反应装置的单通道管的内壁设有导流板，在主进料口、次进料口、后进料口内，根据需要单独或部分或全部设有搅拌器。
8.根据权利要求1所述的一种生产聚羧酸减水剂的单通道管式反应装置，其特征在于，管式反应装置的长度需要根据反应物料的反应时间来进行选择，一般选用0.1～10000米，优选1～1000米；管式反应装置所用管子的直径一般选用1～500毫米，优选20～200毫米。
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