CN108905945A - 一种环氧化天然橡胶制备反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种环氧化天然橡胶制备反应装置尤其涉及一种制备环氧化天然橡胶的机械反应装置。包括罐体，罐体底部设有出料口，罐体上设有罐盖，罐盖中间被一搅拌轴穿过，该搅拌轴的上端与一电动装置相连接，下端伸进罐体内，连接有搅拌叶片；此外罐体外表面设有一层中空的外夹层，内部设置圆环形夹套，外夹层与内置圆环形夹套具有出水管和入水管。本发明通过外循环热水夹层，可提供约50℃的循环热水，对反应物料进行保温，同时内置圆环形夹套提供低于50℃的循环水，加快了反应物料与循环水之间的热量传递与交换，有效地将反应体系温度控制在所设定的温度范围之内，从而能有效控制反应产物的环氧化程度，降低环氧基团的开环反应程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械反应装置，尤其涉及一种制备环氧化天然橡胶的机械反应装置。
背景技术
天然橡胶是一种重要的工程材料，具有优异的综合性能，广泛应用于工农业、交通运输、国防建设、航天航空、医疗卫生等领域。由于天然橡胶本身是一种非极性的天然有机高分子材料，其耐热性、耐油性、气密性、粘合性等特殊性能较差，限制了天然橡胶的应用。通过化学反应对天然橡胶进行适当化学改性，是扩大天然橡胶的应用范围，提高天然橡胶产品附加值的有效途径。
在各种化学改性天然橡胶中，环氧化天然橡胶具有独特的分子结构和最广泛的应用前景。环氧化天然橡胶是通过环氧化反应将天然橡胶的部分碳-碳双键转化为环氧键所制备的一种化学改性天然橡胶，环氧基团随机分布在环氧化天然橡胶的分子链上。因此，环氧化天然橡胶仍然保持天然橡胶原有的分子构型，具有天然橡胶原有的一些通用性能。同时，随着极性环氧基团的引入，环氧化天然橡胶的耐油性、气密性、粘合性等性能显著提高，可以替代顺丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁吡橡胶等合成材料用于生产高性能子午线轮胎、耐油密封制品、药用瓶塞、力车内胎，以及帘布浸胶、纸张粘合等。
国内外很多研究机构先后对环氧化天然橡胶的制备、结构与性能、应用等进行了广泛地研究。但是，到目前为止仍然无法实现环氧化天然橡胶的规模化生产。制约环氧化天然橡胶规模化生产的原因主要有：1)不能有效地控制产物的环氧化反应程度；2)不能有效地抑制环氧基团开环反应的发生；3)无法采用现有的天然橡胶标准胶生产线干燥环氧化天然橡胶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合于天然橡胶胶乳环氧化反应装置，利用该装置可以有效地将反应温度控制在所设定温度的±2℃范围，从而有效地控制环氧化天然橡胶的环氧化程度。
为了实现上述目的，本发明的目的是这样实现的：一种环氧化天然橡胶制备反应装置，包括罐体，罐体底部设有出料口，罐体上设有罐盖，罐盖中间被一搅拌轴穿过，该搅拌轴的上端与一电动装置连接，下端伸进罐体内，连接有搅拌叶片；此外罐体外表面设有一层中空的外夹层，外夹层具有外夹层出水管和外夹层入水管。
其中，罐体内优选地设有一中空内夹套，该内夹套具有内夹套出水管和内夹套入水管。进一步优选地将内夹套设计成圆环形。更进一步优选地将内夹套出水管位置设置成高于内夹套入水管。
本发明所述的电动装置优选为涡轮减速机。
本发明所述的搅拌叶片优选是一对螺旋式搅拌叶片。
本发明所述的外夹层出水管位置优选高于外夹层入水管。
本发明的优点与创新点是：通过外循环热水夹层，可提供约50℃的循环热水，同时内置圆环形夹套提供低于50℃的循环水，加快了反应物料与循环水之间的热量传递与交换，有效地将反应体系温度控制在所设定的温度范围之内，从而能有效控制反应产物的环氧化程度，降低环氧基团的开环反应程度。
优选实施例中采用内夹套，通过热交换使反应过程释放的热量能及时向外传递，从而确保反应体系的温度能有效地控制在所要求的温度范围(50℃±2℃)，使制备的环氧化天然橡胶的环氧化程度能有效控制在±2～3％的误差范围内。
进一步优选的圆环形内夹套中间部分为轴向和径向流，圆环内夹套与罐壁之间为轴向流和少量的径向流，因此该种循环方式基本上没有流动死角。
罐体传热表面积较大，当罐的有效工作容积为200kg，此时罐体直径为0.74m，液体深度0.495m，内置圆环形内夹套的外径是0.38m，内径0.3m，高度0.3m，总的传热(冷却)面积达到2.3m2。
采用该装置一次投料量200kg，环氧化程度小于25mol％的环氧化天然橡胶的环氧化程度可控制在理论值的±2％；环氧化程度为25mol％-50mol％的环氧化天然橡胶的环氧化程度可控制在理论值的±3％。
附图说明
图1为本发明的主视图
具体实施方式
结合附图详细说明本发明的结构与工作原理如下：
一种环氧化天然橡胶制备反应装置，包括罐体2，罐体2底部设有出料口10，罐体2上设有罐盖4，罐盖4中间被一搅拌轴5穿过，该搅拌轴5的上端与一涡轮减速机6电连接，下端伸进罐体2内，连接有一对螺旋式搅拌叶片；罐体2外表面设有一层中空的外夹层1，外夹层1具有外夹层出水管3和外夹层入水管8，其中外夹层出水管3位置高于外夹层入水管8。罐体内设有一圆环形中空内夹套7，该内夹套7具有内夹套出水管11和内夹套入水管9，其中内夹套出水管11位置高于内夹套入水管9。
使用时，向罐体2内装入天然胶乳，在外夹层1中通入热水对反应体系进行加热。开动减速机6，带动搅拌轴5转动。搅拌轴5下端的一对螺旋式搅拌叶片带动圆环形夹套中部的胶乳向下流动，从圆环形内夹套7下部的通道流出，沿罐壁向上流动并重新回到夹套内部。在圆环形内夹套7中通入温度低于50℃的循环水，通过热交换使胶乳的温度保持在50℃±2℃。
在不断搅拌条件下，外夹层1中循环热水与反应物料发生热交换，使反应物料胶乳的温度上升到所需要的反应温度。当达到所规定的反应温度并开始反应时，反应体系产生的热量通过热交换传递给内置圆环形内夹套7中温度低于50℃的循环水，从而确保反应体系温度不会进一步升高。由于该装置为具有外夹层1和内夹套7，并且内夹套7水温较低，使热量向夹层传递交换的路径明显缩短。因此，能及时将反应体系产生的热量移走。
Claims (7)
1.一种环氧化天然橡胶制备反应装置，包括罐体(2)，罐体(2)底部设有出料口(10)，罐体(2)上设有罐盖(4)，罐盖(4)中间被一搅拌轴(5)穿过，该搅拌轴(5)的上端与一电动装置连接，下端伸进罐体(2)内，连接有搅拌叶片；其特征在于罐体(2)外表面设有一层中空的外夹层(1)，外夹层(1)具有外夹层出水管(3)和外夹层入水管(8)。
2.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于罐体(2)内设有一中空内夹套(7)，该内夹套(7)具有内夹套出水管(11)和内夹套入水管(9)。
3.如权利要求2所述的反应装置，其特征在于所述的内夹套(7)是圆环形的。
4.如权利要求2或3所述的反应装置，其特征在于所述的内夹套出水管(11)位置高于内夹套入水管(9)。
5.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于所述的电动装置为涡轮减速机(6)。
6.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于所述的搅拌叶片是一对螺旋式搅拌叶片。
7.如权利要求1所述的反应装置，其特征在于所述的外夹层出水管(3)位置高于外夹层入水管(8)。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114573735A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 北京化工大学 | 一种制备环氧化天然橡胶的一体化装置及其方法和应用 |
| CN114621364A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 北京化工大学 | 一种多釜串联制备环氧化天然橡胶的装置及其制备方法和应用 |
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