CN111545152B - 一种带刮刀装置的圆盘反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚合物设备领域，公开了一种带刮刀装置的圆盘反应器，包括卧式圆筒形壳体、转轴和多个环形圆盘；所述转轴横向固定于所述卧式圆筒形壳体内的两端，所述多个环形圆盘以串联形式轴向固定于转轴上；卧式圆筒形壳体的底部两端分别设有进料口和出料口，卧式圆筒形壳体出料口所在侧设有气相口；卧式圆筒形壳体内底部位于若干相邻两个环形圆盘之间设有刮刀装置，所述刮刀装置的顶部高于反应时的物料液面。本发明圆盘反应器中靠近出料口侧的环形圆盘之间设有若干组刮刀装置，使高粘度的聚合物可以连续不断地更新液膜，有效地提供和混合、传质效果，提升了圆盘反应器的生产能力。

Description

一种带刮刀装置的圆盘反应器

技术领域

本发明涉及聚合物反应设备领域，尤其涉及一种带刮刀装置的圆盘反应器。

背景技术

圆盘反应器是是聚酯等聚合物生产中的关键装备，以聚酯聚合为例，是聚酯聚合的最终缩聚反应器，由预缩聚反应器来的聚酯预聚物由圆盘反应器底部进料口进入，通过环形圆盘搅拌器的连续搅拌，物料在釜内不断的聚合，使物料粘度不断增加，停留一定的时间后，达到产品指标要求的聚合物由排出。

当前生产PTT、PET、PBT等类型聚酯的缩聚反应器中，圆环形圆盘反应器是应用较为普遍的一种，这种反应器生产PET时的粘度可以达到0.67dL/g。当这种圆盘反应器生产更高粘度的聚合物时，就会发生以下情况：当不断缩聚的聚合物粘度不断增加时，相应地环形圆盘上的聚合物液膜的厚度也逐渐增大，当膜厚增加到一定程度时，两个环形圆盘之间的聚合物液膜就会连接在一起，造成大量的高粘度聚合物粘附在圆盘上随着圆盘共同转动，形成了“固体回转”现象，液膜的更新也急剧减少，极大地降低了混合传质作用。随着时间的推移，这部分聚合物的降解速度开始大于聚合速度，使聚合物粘度又开始下降，部分降解的聚合物逐渐流动到出料口，直接影响了产出品的质量。另一方面，当聚合物液膜与环形圆盘形成一个整体共同转动时，阻挡了后来聚合物的流动，也限制了后来聚合物的表面更新和聚合反应，使后来聚合物的粘度无法进一步提高。

发明内容

针对上述问题，为了能够使圆盘反应器能够生产更高粘度的聚合物，本发明提供了一种带刮刀装置的圆盘反应器，该圆盘反应器中靠近出料口侧的环形圆盘之间设有若干组刮刀装置，使高粘度的聚合物可以连续不断地更新液膜，有效地提供和混合、传质效果，提升了圆盘反应器的生产能力。

本发明的具体技术方案为：一种带刮刀装置的圆盘反应器，包括卧式圆筒形壳体、转轴和多个环形圆盘；所述转轴横向固定于所述卧式圆筒形壳体内的两端，所述多个环形圆盘以串联形式轴向固定于转轴上；卧式圆筒形壳体的底部两端分别设有进料口和出料口，卧式圆筒形壳体出料口所在侧设有气相口。卧式圆筒形壳体内位于若干相邻两个环形圆盘之间设有刮刀装置，所述刮刀装置的顶部高于反应时的物料液面。

本发明的圆盘反应器内部从进料口至出料口方向轴向分为三个区段：低粘区、中粘区、高粘区。其工作原理为：从预缩聚釜来的预聚物从进料口进入圆盘反应器后，在连续旋转的环形圆盘搅拌下，使聚合物熔体粘附在圆盘表面，预聚物被环形圆盘带动形成黏附膜，并在重力作用下形成下垂膜，在垂直于环形圆盘的刮板装置作用下形成拉伸膜，由于环形圆盘的不断带动和液膜的不断下滑，不断地产生新的液膜界面，使得液膜表面不断更新，聚合过程中产生的小分子可得以连续地脱出熔体，使聚合反应连续不断地进行下去，聚合度逐渐增加，从而获得粘度较高的聚合物熔体；物料依次通过低粘区、中粘区、高粘区，到达出料口时达到所需的粘度，产出合格的产品。

由于聚合物熔体的粘度越高，则环形圆盘上粘附的液膜越厚，在使用同一反应器生产更高粘度的产品时，高粘区的两个环形圆盘间粘附的液膜之和就会大于两个环形圆盘的轴向间距，使得两个环形圆盘之间的聚合物液膜连成一体，造成大量的高粘度聚合物粘附在环形圆盘上随着环形圆盘共同转动，液膜的更新也急剧减少，极大地阻碍了聚合反应的进一步进行，并造成出料口液位下降甚至无法出料；随着时间的推移，这部分熔体又逐渐降解，严重影响产品质量。为了能够使用原有的反应器生产出更高粘度的新产品，本发明在靠近出料口处高粘区的相邻环形圆盘之间增加若干组固定于筒体内壁的刮刀装置，在环形圆盘旋转时相对于刮刀环形有个相对运动，使得粘附在环形圆盘上的厚液膜被刮刀切割开，一方面减小了液膜厚度增加了表面更新面积，另一方面高粘度熔体被刮刀推动着向出料口方向运动，成功产出更高粘度的产品。

作为优选，所述刮刀装置设于靠近出料口处的若干相邻环形圆盘之间。

作为优选，所述刮刀装置的数量为环形圆盘总数的1/6~1/3。

因聚合物聚合时粘度越大，液面表面更新率越低，粘度值增加的越慢，本发明团队在经过大量实验后，优选增设刮刀装置的数量为环形圆盘总数的1/6~1/3效果最佳。

作为优选，所述刮刀装置为一个刮刀或由上刮刀和下刮刀构成的组合刮刀。

作为优选，可根据实际情况设计多种不同刮刀装置。

相邻两个环形圆盘之间设有一个刮刀：所述刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体内壁上环形圆盘旋转伸出液面的部位，环形圆盘外径与刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与刮刀头部的夹角为钝角（图2中角度α>90°）。

当刮刀装置为单片设置时，通过严格限定其位置与角度，能够使聚合液膜被刮薄的同时，被刮刀推动向环形圆盘的内侧流动，减小物料阻力（相对较为空旷，没有环形圆盘的阻挡），并有利于物料向出料口方向流动，有效地控制物料的停留时间，防止副反应和逆反应超限度发生。

相邻两个环形圆盘之间设有由上刮刀和下刮刀构成的组合刮刀：所述下刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体内壁上环形圆盘旋转伸出液面的部位，环形圆盘外径与下刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与下刮刀头部的夹角为钝角（图3中角度α>90°）；所述上刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体的中心线上方，上刮刀与下刮刀的头部连接固定。

当刮刀装置成对设置时，每两片形成一组，通过严格限定其位置与角度，能够使聚合液膜被刮薄的同时，被刮刀推动向环形圆盘的内侧流动，减小物料阻力（相对较为空旷，没有环形圆盘的阻挡），并有利于物料向出料口方向流动。而将两个刮刀头部搭接焊接固定。成三角形布置的两块刮刀非常稳定，不易变形。

作为优选，所述刮刀、上刮刀或下刮刀的纵向母线与环形圆盘的横截面平行，刮刀、上刮刀或下刮刀的横截面与环形圆盘表面的夹角为15~45°（即图2-3中的β角为15-45°）。

将刮刀的横截面与与环形圆盘表面的夹角限制在上述角度，能够使聚合物液膜被刮薄的同时，可以沿圆盘反应器轴向流向出料口方向，有效地控制物料的停留时间，防止副反应和逆反应超限度发生。

作为优选，所述刮刀、上刮刀或下刮刀的横截面的朝下一侧为刀口型，朝上一侧为圆滑过渡。

将刮刀的横截面形状设计为上述形状，下部为刀口型可以减小切割物料的阻力，上部为圆滑过渡，不易积料。

作为优选，所述刮刀、上刮刀或下刮刀的头部靠近转轴。

将刮刀的头部靠近转轴，能够用于刮转轴上的挂料。

作为优选，所述刮刀、上刮刀或下刮刀的内部通热媒加热。

对刮刀内部通热媒加热，可进一步增加高粘聚合物的流动性并进一步加强聚合反应。

作为优选，所述卧式圆筒形壳体包括内筒体、设于内筒体外侧的夹套筒体以及密封于内筒体和夹套筒体两端的端盖；所述端盖上设有用于密封和支承所述转轴的密封和支承装置。

作为优选，所述内筒体内设有若干隔板，所述隔板将环形圆盘沿转轴轴向分隔为若干顶部连通的区块。

可以避免不同腔室物料的返混，尽可能地实现平推流，缩小物料聚合度的分布范围；同时隔板上根据物料流动的需要可开孔，使物料可以顺利地完成轴向流动。

作为优选，所述相邻环形圆盘之间的间距从进料口到出料口方向逐渐增大。随着聚合反应的不断进行，粘附于环形圆盘上的液膜厚度也逐渐增大，相应地增大环形圆盘的轴向间距以适应液膜厚度的增加。

作为优选，所述环形圆盘通过若干辐条固定于转轴上。

作为优选，所述卧式圆筒形壳体的中心线高于转轴的轴线。

上部空腔作为气体通道。聚合反应也是不断地脱出小分子的过程，脱出熔体的气相小分子汇集与圆筒体上方的空腔，并从位于圆筒体出料口上方的气相口被抽出，保证了反应器内部的真空度，并促使聚合反应不断进行。作为优选，所述卧式圆筒形壳体为长圆形（矩形的上下两边分别连接一个筒直径的半圆），转轴中心与内筒体下半圆中心同心，上部空腔作为气体通道。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

（1）本发明圆盘反应器中设有刮刀装置，可以将粘附于环形圆盘上厚度大的液膜刮成厚度小的液膜，刮后的液膜厚度取决于刮刀边缘与环形圆盘的间距（可根据需要进行设计/调节），保证液膜表面在高粘度时仍然可以不断地更新，聚合反应产生的小分子不断地脱出熔体，使粘度继续升高（至少可达到0.9~1.0dL/g）。

（2）通过对刮刀装置的结构、位置关系的优化设计，能够使聚合液膜被刮薄的同时，被刮刀推动向环形圆盘的内侧流动，减小物料阻力，，同时推动物料向筒体出料口方向流动，有效地控制物料的停留时间，防止副反应和逆反应超限度发生。

（3）由于刮刀内部设有热媒通道，可以外接热媒进行温度调节，局部提高温度一方面可以加快高粘区聚合反应的速度，另一方面可以提高高粘熔体的流动性，有利于产出合格的产品。

附图说明

图1是本发明的一种正向剖视图图；

图2是实施例1中刮刀装置的一种位置及结构示意图；

图3是实施例2中刮刀装置的一种位置及结构示意图。

附图标记为：转轴1、环形圆盘2、进料口3、出料口4、气相口5、刮刀装置6、内筒体7、夹套筒体8、端盖9、密封和支承装置10、隔板11、辐条12、液面13、刮刀61、上刮刀62、下刮刀63。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。

总实施例

如图1所示，一种带刮刀装置的圆盘反应器，包括卧式圆筒形壳体、转轴1和多个环形圆盘2。所述卧式圆筒形壳体包括内筒体7、设于内筒体外侧的夹套筒体8以及密封于内筒体和夹套筒体两端的端盖9。所述转轴横向固定于所述卧式圆筒形壳体内的两端的端盖9上，所述端盖上设有用于密封和支承所述转轴的密封和支承装置10。其中卧式圆筒形壳体的中心线高于转轴的轴线（即为偏心设计）。可选地，卧式圆筒形壳体也可为长圆形（矩形的上下两边分别连接一个筒直径的半圆），转轴中心与内筒体下半圆中心同心。

所述多个环形圆盘通过若干辐条12以串联形式固定于转轴的轴向上；卧式圆筒形壳体的底部两端分别设有进料口3和出料口4，卧式圆筒形壳体的顶部（出料口所在侧）还设有气相口5；所述内筒体内设有若干高度低于转轴的隔板11，所述隔板将环形圆盘沿转轴轴向分隔为若干顶部连通的区块，相邻环形圆盘之间的间距从进料口到出料口方向逐渐增大。

所述内筒体内壁底部位于若干相邻两个环形圆盘之间设有刮刀装置6（优选设于靠近出料口处，数量优选为环形圆盘总数的1/6~1/3），所述刮刀装置与相邻的环形圆盘之间设有空隙，刮刀装置顶部高于反应时物料的液面13（反应时，由于物料的高粘性以及环形圆盘的旋转带动，液面为一个斜面）。

可选地，所述刮刀装置为一个刮刀61或由上刮刀62和下刮刀63构成的组合刮刀。

（1）相邻两个环形圆盘之间设有一个刮刀：所述刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体内壁上环形圆盘旋转伸出液面13的部位，环形圆盘外径与刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与刮刀头部的夹角为钝角（即图2中的α角大于90°）。

（2）相邻两个环形圆盘之间设有由上刮刀和下刮刀构成的组合刮刀：所述下刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体内壁上环形圆盘旋转伸出液面13的部位，环形圆盘外径与下刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与下刮刀头部的夹角为钝角（即图3中的α角大于90°）。所述上刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体的中心线上方，上刮刀与下刮刀的头部连接固定。

作为优选，所述刮刀、上刮刀或下刮刀的头部靠近转轴，且刮刀、上刮刀或下刮刀的横截面的朝下一侧为刀口型，朝上一侧为圆滑过渡。。刮刀、上刮刀或下刮刀的纵向母线与环形圆盘的横截面平行，刮刀、上刮刀或下刮刀的横截面与环形圆盘表面的夹角为15~45°（即图2-3中的β角为15-45°）。

进一步优选地，所述刮刀、上刮刀或下刮刀的内部通热媒加热。

实施例1

如图1所示，一种带刮刀装置的圆盘反应器，包括卧式圆筒形壳体、转轴1和多个环形圆盘2。所述卧式圆筒形壳体包括内筒体7、设于内筒体外侧的夹套筒体8以及密封于内筒体和夹套筒体两端的端盖9。所述转轴横向固定于所述卧式圆筒形壳体内的两端的端盖9上，所述端盖上设有用于密封和支承所述转轴的密封和支承装置10。其中卧式圆筒形壳体的中心线高于转轴的轴线（即为偏心设计）。

所述环形圆盘通过五根辐条12（图2）以串联形式固定于转轴的轴向上；卧式圆筒形壳体的底部两端分别设有进料口3和出料口4，卧式圆筒形壳体的顶部（出料口所在侧）还设有气相口5；所述内筒体内设有六块高度低于转轴的隔板11，所述隔板将环形圆盘沿转轴轴向分隔为七个顶部连通的区块，可以防止物料返混。相邻环形圆盘之间的间距从进料口到出料口方向逐渐增大，以适应物料粘度的逐渐增大。

内筒体内最靠近出料口的一个区块内，相邻两个环形圆盘之间设有刮刀装置6（数量为环形圆盘总数的1/5），所述刮刀装置与相邻的环形圆盘之间设有空隙，刮刀装置顶部高于反应时物料的液面13。

图2所示，所述刮刀装置为一个刮刀61：相邻两个环形圆盘之间设有一个刮刀：所述刮刀的根部固定于内筒体内壁上环形圆盘旋转伸出液面13的部位，环形圆盘外径与刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与刮刀头部的夹角为102°（即图2中的α角为102°），刮刀的纵向母线与环形圆盘的横截面平行，刮刀的横截面与环形圆盘表面的夹角为30°（即图2中的β角为30°）。如此设计使聚合物液膜被刮薄的同时，被刮刀推动向环形圆盘的环板内侧流动，同时因β角的存在，使物料同时向出料口方向流动，并有利于减小物料阻力。

所述刮刀的头部靠近转轴，如图2中右侧的辅图可知，刮刀的横截面的朝下一侧为刀口型，朝上一侧为圆滑过渡。此外，可在刮刀内部设置通道，刮刀根部延伸至夹套筒体外，设置两个管口，用于接通热媒加热，可以使刮刀处的物料温度少量提高，增加高粘聚合物的流动性。

实施例2

如图1所示，一种带刮刀装置的圆盘反应器，包括卧式圆筒形壳体、转轴1和多个环形圆盘2。所述卧式圆筒形壳体包括内筒体7、设于内筒体外侧的夹套筒体8以及密封于内筒体和夹套筒体两端的端盖9。所述转轴横向固定于所述卧式圆筒形壳体内的两端的端盖9上，所述端盖上设有用于密封和支承所述转轴的密封和支承装置10。其中卧式圆筒形壳体的中心线高于转轴的轴线（即为偏心设计）。

所述环形圆盘通过五根辐条12（图3）以串联形式固定于转轴的轴向上；卧式圆筒形壳体的底部两端分别设有进料口3和出料口4，卧式圆筒形壳体的顶部（出料口所在侧）还设有气相口5；所述内筒体内设有六块高度低于转轴的隔板11，所述隔板将环形圆盘沿转轴轴向分隔为七个顶部连通的区块，可以防止物料返混。相邻环形圆盘之间的间距从进料口到出料口方向逐渐增大，以适应物料粘度的逐渐增大。

内筒体内最靠近出料口的一个区块内，相邻两个环形圆盘之间设有刮刀装置6（数量为环形圆盘总数的1/5），所述刮刀装置与相邻的环形圆盘之间设有空隙，刮刀装置顶部高于反应时物料的液面13。

图3所示，所述刮刀装置由上刮刀62和下刮刀63构成的组合刮刀：所述下刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体内壁上环形圆盘旋转伸出液面13的部位，环形圆盘外径与下刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与下刮刀头部的夹角为102°（即图3中的α角为102°）。所述上刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体的中心线上方，上刮刀与下刮刀的头部连接固定。上、下刮刀的纵向母线与环形圆盘的横截面平行，刮刀的横截面与环形圆盘表面的夹角为30°（即图3中的β角为30°）。如此设计使聚合物液膜被刮薄的同时，被刮刀推动向环形圆盘的环板内侧流动，同时因β角的存在，使物料同时向出料口方向流动，并有利于减小物料阻力。

所述上、下刮刀的头部靠近转轴，如图3中右侧的辅图可知，刮刀的横截面的朝下一侧为刀口型，朝上一侧为圆滑过渡。此外，可在上、下刮刀内部设置通道，上、下刮刀根部延伸至夹套筒体外，设置两个管口，用于接通热媒加热，可以使刮刀处的物料温度少量提高，增加高粘聚合物的流动性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种带刮刀装置的圆盘反应器，包括卧式圆筒形壳体、转轴（1）和多个环形圆盘（2）；所述转轴横向固定于所述卧式圆筒形壳体内的两端，所述多个环形圆盘以串联形式轴向固定于转轴上；卧式圆筒形壳体的底部两端分别设有进料口（3）和出料口（4），卧式圆筒形壳体出料口所在侧设有气相口（5）；其特征在于：卧式圆筒形壳体内位于若干相邻两个环形圆盘之间设有刮刀装置（6），所述刮刀装置的顶部高于反应时的物料液面；

所述刮刀装置为由上刮刀（62）和下刮刀（63）构成的组合刮刀；相邻两个环形圆盘之间设有由上刮刀和下刮刀构成的组合刮刀：所述下刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体内壁上环形圆盘旋转伸出液面的部位，环形圆盘外径与下刮刀在环形圆盘横截面上相交点处的切线与下刮刀头部的夹角为钝角；所述上刮刀的根部固定于卧式圆筒形壳体的中心线上方，上刮刀与下刮刀的头部连接固定；

所述上刮刀或下刮刀的纵向母线与环形圆盘的横截面平行，上刮刀或下刮刀的横截面与环形圆盘表面的夹角为15~45°；所述上刮刀或下刮刀的头部靠近转轴。

2.如权利要求1所述的圆盘反应器，其特征在于：所述刮刀装置设于靠近出料口处的若干相邻环形圆盘之间。

3.如权利要求2所述的圆盘反应器，其特征在于：所述刮刀装置的数量为环形圆盘总数的1/6~1/3。

4.如权利要求1-3之一所述的圆盘反应器，其特征在于：所述上刮刀或下刮刀的横截面的朝下一侧为刀口型，朝上一侧为圆滑过渡。

5.如权利要求1-3之一所述的圆盘反应器，其特征在于：所述上刮刀或下刮刀的内部通热媒加热。

6.如权利要求1-3之一所述的圆盘反应器，其特征在于：所述卧式圆筒形壳体包括内筒体（7）、设于内筒体外侧的夹套筒体（8）以及密封于内筒体和夹套筒体两端的端盖（9）；所述端盖上设有用于密封和支承所述转轴的密封和支承装置（10）。

7.如权利要求6所述的圆盘反应器，其特征在于：所述内筒体内设有若干隔板（11），所述隔板将环形圆盘沿转轴轴向分隔为若干顶部连通的区块。

8.如权利要求1-3之一所述的圆盘反应器，其特征在于：相邻环形圆盘之间的间距从进料口到出料口方向逐渐增大。

9.如权利要求1-3之一所述的圆盘反应器，其特征在于：所述卧式圆筒形壳体的中心线高于转轴的轴线。

Images