CN110270289A - 一种超高密封聚碳酸酯反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高密封聚碳酸酯反应装置，包括终缩聚反应器、物料进口和物料出口，所述终缩聚反应器包括内筒体，内筒体外设有导热油夹套，内筒体内设有驱动装置；所述内筒体上设有前法兰，前法兰上设有组合机械密封装置，所述组合机械密封装置包括一道密封和二道密封，所述一道密封包括与前法兰相连的机封支架，机封支架内安装有若干密封环，所述组合机械密封装置通过联轴器与电机相连。本发明组合机械密封装置能够对系统提供超高密封效果，使真空度达到10Pa以内，大大提高了产品质量。

Description

一种超高密封聚碳酸酯反应装置

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯生产领域，具体涉及一种超高密封聚碳酸酯反应装置。

背景技术

酯交换法聚碳酸酯又称熔融法聚碳酸酯，利用双酚与碳酸二苯酯熔融缩聚，进行酯交换，在高温减压条件下不断排出苯酚，提高反应程度和分子量。该反应原料纯度要求较高，反应速度较慢，反应器构造较复杂，要求具有很高的密闭性。

酯交换法聚碳酸酯的制备过程包括酯化过程和缩聚过程，当前公开的相关专利中，终缩聚反应器多为高持液量的卧式圆盘反应器，结构包括卧式圆筒，筒体上设置有进料口、出料口、真空口等接口；筒体内部安装有搅拌轴，轴上安装有多个圆盘桨，圆盘间设置有隔板和刮板等辅助件；搅拌轴旋转带动圆盘旋转，使PC熔体粘附在圆盘表面，在重力以及内壁刮板作用下形成一定厚度的下落膜，增大了熔体蒸发面积，使PC中脱出的苯酚分子得以在下落膜处蒸发，促使聚合过程正向进行，获得分子量更高的PC成品。

反应起始阶段碳酸二苯酯过量，经酯交换反应，排出苯酚，由苯酚排出来控制分子量。随反应的进行，聚合物分子量不断增加，体系粘度也不断增高，苯酚沸点高，从高粘熔体中脱除并不容易。到终缩聚阶段，聚碳酸酯的熔体粘度高得多，为促使聚合反应的平衡正方向进行，需要使反应生成的小分子不断的快速脱除，并增大反应温度以及提高体系真空度，终缩聚阶段对反应设备的搅拌和传热有着更高的要求。

研究表明，为了增加蒸发面积，控制物料停留时间，现有技术中常常以多聚合方式替代传统的酯交换法中单釜或双釜聚合方式，在预聚和缩聚阶段采用不同形式的反应器，尤其是缩聚后期注重反应器内部强制混合型搅拌元件的特殊设计，如增加多组圆盘，设置多个隔板，采用双轴搅拌，以及器内增加刮板以解决缩聚后期传热传质的问题。但是该种设计方法容易造成反应器体积过大，内部件加工安装困难，或者搅拌结构不利于物料向前推送，物料停留时间不易控制，容易发生副反应，影响产品质量。

聚碳酸酯终缩聚阶段，反应器夹套内的导热油温度高达300℃，反应器内的真空度在 100Pa以内，物料粘度也相应升高。反应器内物料液位正常情况下低于搅拌轴，但由于搅拌作用以及苯酚的蒸出影响，搅拌轴轴封将面临更为复杂的气、液、固混合体系；轴封有可能处在高温、高粘的聚合物熔体中。

反应釜搅拌轴封常规有填料轴封、机械密封以及磁力密封等。实际使用过程发现填料轴封短时间能满足高真空需求，一定时间后填料失效，真空度下降，需更换填料或者重新调节填料压环。机械密封分单面机封和双面机封，单面机封不能很好保持高真空，双面机封能很好满足高真空环境，但需要对机封设置封液系统，封液多为硅油，并且不能操作失误，一旦聚合物熔体液位超过搅拌轴，聚合物熔体会进入机械密封，使机封失效。部分专利介绍的组合机封，多为双端面机械密封和唇形密封、J型密封、迷宫密封、填料密封等组合，第一道密封防止高温聚酯熔体进入组合密封内，第二道或者第三道轴封防止外界空气进入反应器内，使用效果比较理想，但这样的组合机封结构非常复杂，后期维护非常困难。

发明内容

本发明提出了一种超高密封聚碳酸酯反应装置，解决了现有聚碳酸酯终缩聚过程中物料停留时间不易控制，易发生副反应，且轴封不能满足高真空环境的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种超高密封聚碳酸酯反应装置，包括终缩聚反应器、物料进口和物料出口，所述终缩聚反应器包括内筒体，内筒体外设有导热油夹套，内筒体内设有驱动装置；所述内筒体上设有前法兰，前法兰上设有组合机械密封装置，所述组合机械密封装置包括一道密封和二道密封，所述一道密封包括与前法兰相连的机封支架，机封支架内安装有若干密封环，所述组合机械密封装置通过联轴器与电机相连。

所述前法兰轴心处安装有轴用泛塞封，轴用泛塞封由石墨环、PTFE环或PEEK环制成。

所述密封环为迷宫密封环或填料密封环。

所述二道密封为磁流体机封，二道密封和一道密封之间设有骨架油封。

所述驱动装置包括与组合密封装置相连的驱动轴，终缩聚反应器内从物料进口到物料出口依次设有低粘区、中粘区和高粘区，所述驱动轴上安装有圆盘桨叶、网框式桨叶和螺带环式桨叶，所述圆盘桨叶位于低粘区，网框式桨叶位于中粘区，螺带环式桨叶位于高粘区。

所述圆盘桨叶通过支撑杆固定在轴套上，所述轴套套设在所述驱动轴上。

所述网框式桨叶由若干同轴的网板片组成，网板片均匀固定在驱动轴上，网板片外部用轴向钢板固定。

所述圆盘桨叶之间设有隔板。

所述磁流体机封内设有冷却水环道，冷却水环道上设有冷却水循环机。

所述导热油夹套上设有导热油入口和导热油出口。

本发明的有益效果是：本发明反应器设置有不同类型桨叶，适应了不同区域的物料性质变化，有利于改善反应效果；高粘区的螺带环桨叶可改变高粘PC停留时间，防止副反应发生，提高产品质量。该新型反应器使用组合式桨叶，能形成轴向膜和一定角度的径向膜，并能对筒体末端的高粘度PC有一定推动力，能有效控制其停留时间，防止过热副反应发生。同时本发明组合机械密封装置能够对系统提供超高密封效果，使真空度达到10Pa以内，大大提高了产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1和2为本发明结构示意图。

图3为图1的A向视图。

图4为驱动装置结构示意图。

图5为组合机械密封装置结构示意图。

图6为低粘区桨叶径向示意图。

图7为中粘区桨叶径向示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2示，一种超高密封聚碳酸酯反应装置，包括终缩聚反应器、物料进口1和物料出口2，所述终缩聚反应器包括内筒体3，内筒体3外设有导热油夹套4，内筒体3内设有驱动装置；所述内筒体3上设有前法兰4，前法兰4上设有组合机械密封装置，所述组合机械密封装置包括一道密封5和二道密封6，所述一道密封5包括与前法兰4相连的机封支架7，机封支架7内安装有若干密封环8，所述组合机械密封装置通过联轴器9与电机10相连。

本发明机封支架7焊接在反应器前法兰4(图5)上，机封支架7内安装有迷宫密封环或者填料密封环等，做为第一道密封环，能阻隔少量进入机封支架内的高温熔体，并对系统产生初步密封。前法兰4右面轴心处安装1个轴用泛塞封11，轴用泛塞封11安装在终缩聚反应器内部，轴用泛塞封11由石墨环、PTFE环或PEEK环等高温材质制成，能够满足反应器内高温需求，做为第一道阻隔高温聚合物熔体的密封环，防止高温熔体进入左边机封内。本发明机封支架7左边安装磁流体机封，磁流体机封为真空专用机封，仅能用于气相环境，能提供超高密封效果，真空度可做到1Pa以内，为防止苯酚或者微量熔体进入，磁流体机封右侧设置有骨架油封12，同时为防止高温对磁流体的损伤，所述磁流体机封内设有冷却水环道25，冷却水环道25上设有冷却水循环机26，利用冷却水循环机26对磁流体进行降温处理。本发明组合机封，密封效果良好，可使系统真空度达到10Pa以内，长期运行反馈良好。

如图4所示，所述驱动装置包括与组合密封装置相连的驱动轴13，终缩聚反应器内从物料进口1到物料出口2依次设有低粘区14(图6)、中粘区15(图7)和高粘区16，所述驱动轴13 上安装有圆盘桨叶17、网框式桨叶18和螺带环式桨叶19，所述圆盘桨叶17位于低粘区14，网框式桨叶18位于中粘区15，螺带环式桨叶19位于高粘区16。

所述圆盘桨叶17通过支撑杆20固定在轴套21上，所述轴套21套设在所述驱动轴13上。

所述圆盘桨叶17为标准圆盘桨，圆盘桨叶17的圆环通过支撑杆20固定在轴套21上，所述轴套21套设在所述驱动轴13上。聚碳酸酯反应是一个逐步缩合反应，聚合物分子质量不断提高的过程，生产前期，体系粘度较低，小分子相对容易进入气相，因此采用圆盘桨叶 17增加反应器内部空间携带物料液膜的量，增大反应器传质面积，有效提高搅拌效率。随着反应进行，物料粘度增大，圆盘结构会阻碍物料刘东，致使反应速度变慢，物料在反应器内停留时间长，容易引发副反应。

圆盘桨叶17之间设有隔板24，隔板24的设置一方面能够保证合适的空隙率，能够顺利的将反应中产生的气相及时导出，同时还能避免因气相流速过快而影响反应进行。

所述网框式桨叶18由若干同轴的网板片22组成，网板片22均匀固定在驱动轴13上，网板片22外部用轴向钢板23固定。随着粘度增大，设置的网板片18之间具有一定空隙，对物料具有一定的切割效应，能够增加熔融物料的流动和交换，有效提高了物料的传质和成膜效率，并且网板片18同时有一定的自清洁能力。物料进入高粘区后，反应速率加快，因此采用螺旋设计的桨叶，螺旋设置能够提供较大空隙率，能够有效减小堵塞，所述螺带环式桨叶19近似于螺旋的圆盘桨叶，螺旋角度根据所需PC粘度设计。本发明中的终缩聚反应器在使用过程中，电机带动驱动轴13旋转，带动圆盘桨叶17、网框式桨叶18和螺带环式桨叶19的转动，把反应器底部的预缩聚PC带起，形成薄膜，分别形成垂直于驱动轴13的径向膜、平行于驱动轴13 的轴向膜和带有一定角度的轴向膜，从而增加了单位搅拌搅拌空间内蒸发面积，更有利于苯酚的蒸发，有效的提高了搅拌效率。高粘区的螺带环式桨叶19对高粘度PC有向前推移作用，可以改变高粘PC停留时间，防止副反应发生，提高PC产品质量。

优选的，如图3所示，所述导热油夹套4上设有导热油入口27和导热油出口28。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超高密封聚碳酸酯反应装置，包括终缩聚反应器、物料进口(1)和物料出口(2)，其特征在于：所述终缩聚反应器包括内筒体(3)，内筒体(3)外设有导热油夹套(4)，内筒体(3)内设有驱动装置；所述内筒体(3)上设有前法兰(4)，前法兰(4)上设有组合机械密封装置，所述组合机械密封装置包括一道密封(5)和二道密封(6)，所述一道密封(5)包括与前法兰(4)相连的机封支架(7)，机封支架(7)内安装有若干密封环(8)，所述组合机械密封装置通过联轴器(9)与电机(10)相连。

2.根据权利要求1所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述前法兰(4)轴心处安装有轴用泛塞封(11)，轴用泛塞封(11)由石墨环、PTFE环或PEEK环制成。

3.根据权利要求1所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述密封环(8)为迷宫密封环或填料密封环。

4.根据权利要求1所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述二道密封(6)为磁流体机封，二道密封(6)和一道密封(5)之间设有骨架油封(12)。

5.根据权利要求1所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述驱动装置包括与组合密封装置相连的驱动轴(13)，终缩聚反应器内从物料进口(1)到物料出口(2)依次设有低粘区(14)、中粘区(15)和高粘区(16)，所述驱动轴(13)上安装有圆盘桨叶(17)、网框式桨叶(18)和螺带环式桨叶(19)，所述圆盘桨叶(17)位于低粘区(14)，网框式桨叶(18)位于中粘区(15)，螺带环式桨叶(19)位于高粘区(16)。

6.根据权利要求5所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述圆盘桨叶(17)通过支撑杆(20)固定在轴套(21)上，所述轴套(21)套设在所述驱动轴(13)上。

7.根据权利要求5所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述网框式桨叶(18)由若干同轴的网板片(22)组成，网板片(22)均匀固定在驱动轴(13)上，网板片(22)外部用轴向钢板(23)固定。

8.根据权利要求5所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述圆盘桨叶(17)之间设有隔板(24)。

9.根据权利要求4所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述磁流体机封内设有冷却水环道(25)，冷却水环道(25)上设有冷却水循环机(26)。

10.根据权利要求1所述的超高密封聚碳酸酯反应装置，其特征在于：所述导热油夹套(4)上设有导热油入口(27)和导热油出口(28)。