CN113527665B - 一种连续流反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续流反应装置，包括筒体、送料机构和搅拌机构，所述筒体倾斜或者竖直于地面设置，进料口设置于所述筒体的底部，出料口设置于所述筒体的上部侧壁，所述送料机构连接所述进料口；所述搅拌机构包括驱动电机、齿轮传动组件和至少两根搅拌轴，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片距筒体内侧壁的距离不超过搅拌叶片外径的5%，所述搅拌叶片为从出料口延伸至搅拌轴末端的螺旋叶片或者螺旋桨叶。占地面积小，且能保证物料反应的连续性和均匀性。

Description

一种连续流反应装置
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，具体为一种连续流反应装置。
背景技术
化工技术领域常用的反应器包括管式反应器和釜式反应器，其中管式反应器通常为连续流反应器，连续流反应由于理论上所有反应物的反应时间一致，产品质量稳定性要优于非连续反应。
管道式连续流反应器由于流程长，且需要管道前的泵提供物料流动的动力，过于细长的管道会导致内部压力很大，对输送泵提出很高的要求，而较粗的管道湍流效果差，物料分散不均匀。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种连续流反应装置，占地面积小，且能保证物料反应的连续性和均匀性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种连续流反应装置，包括筒体、送料机构和搅拌机构，所述筒体倾斜或者竖直于地面设置，进料口设置于所述筒体的底部，出料口设置于所述筒体的上部侧壁，所述送料机构连接所述进料口；所述搅拌机构包括驱动电机、齿轮传动组件和至少两根搅拌轴，所述驱动电机设置于所述筒体的顶端外部，所述搅拌轴位于所述筒体内，所述搅拌轴的末端靠近所述筒体的底部，所述搅拌轴的顶端穿出筒体通过所述齿轮传动组件可在驱动电机的驱动下转动，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片距筒体内侧壁的距离不超过搅拌叶片外径的5%，所述搅拌叶片为从出料口延伸至搅拌轴末端的螺旋叶片或者螺旋桨叶。
本发明多根所述搅拌轴上的螺旋叶片或者螺旋桨叶相啮合。
优选地，每根所述搅拌轴上的搅拌叶片距相邻搅拌轴的外表面距离不超过搅拌叶片外径的5%。
本发明所述搅拌轴的顶端至所述出料口设置阻碍物料向上输送的阻料叶片。避免物料继续向上输送，影响顶端的动态密封。
优选地，所述阻料叶片为使物料向下输送的反向螺旋叶片或反向螺旋桨叶。即使有少量物料进入了上部，也能在反向螺旋的作用下带到叶片的下方。
进一步优选地，所述阻料叶片为反向螺旋叶片，所述反向螺旋叶片靠近筒体的端部与筒体内侧壁间隙小于5mm，且与相邻搅拌轴的外侧壁间隙也小于5mm，从而使得此处因为物料堆积产生的密封能够承受更大的压力。
本发明所述送料机构为送料泵或者螺杆输送机。
本发明所述筒体在所述搅拌轴的穿出口处设置有动态密封件。
本发明所述筒体与地面的倾斜角为45°-90°。
本发明所述筒体的内径为90mm-1500mm。
优选地，反应装置的出料口物料熔体粘度不小于700cP。
本发明装置用于工业树酯的聚合反应，所述送料机构为螺杆输送机，且出料口连接螺杆造粒挤出机。
优选地，所述聚合反应的原料中含聚合单体和聚合物原料，所述聚合物原料占原料总质量比例大于10%，且所述聚合物原料为反应性分散介质。
本发明的有益效果是：
1、设备倾斜或者竖直于地面设置，减小筒体的占地面积，适用于内径小的反应设备用于大规模的生产。将出料口位于进料口的上方，可以让后面进入反应装置的物料推动前面进入反应装置的物料缓慢向上前进，而不用担心重力作用下，前面物料前进速度太快，进料速度过慢导致的物料中断，保证了装置运行时，物料从下方的进料口能连续进入反应装置，从上方的出料口连续移出装置。
2、传统的反应釜可以加装动态搅拌装置来增加物料的均匀性，但需要有传动轴从反应器外壳外进入反应器，涉及到复杂的动态密封来保证反应装置的密闭性能，特别是进行高温和有一定压力的反应时，涉及到的动态密封对材料、加工精度均更是提出了非常高的要求，导致装置的成本大幅增加，且维护复杂，寿命缩短。本发明在搅拌轴的顶端至出料口设置有防止物料继续向上输送的反向螺旋叶片或桨叶。使物料顺利地从下方的出料口移出筒体，尽量避免物料达到动态密封处，不影响其密封性能，适用于压力较大，出口处又具有一定粘度的反应，有利于推动物料堆积形成密封。
3、叶片为螺旋叶片或者螺旋桨叶，且相互啮合，距相邻转动的距离不超过搅拌轴半径的5%，保证了超强的剪切分散能力，可以使得物料在极短的时间内混合均匀，大幅提高生产效率。
4、反向螺旋叶片或桨叶的端部与筒体内侧壁间隙配合，当此处物料粘度较大时，物料堆积在此处可以完全将反应器从这里密封起来，利用物料堆积自然形成的密封，就可以巧妙解决常规反应釜复杂的动态密封的问题。
5、本发明筒体的内径在90mm-15000mm，避免了管道过于细长，特别适用于出料口熔体粘度不小于700cP的聚合反应，高粘度的出口物料更能顺利的在反向螺旋叶片或桨叶的作用于产生较大压力，产生更好的密封效果。
6、本发明为连续流动的反应器，较间歇式反应釜具有更好的产品质量稳定性。生产线无需传统的反应釜装置，将本反应装置的进料口和出料口都与螺杆输送机串聚，反应装置在送料的过程中完成聚合反应，无需转移物料，从进料、反应到挤出造粒一气呵成，真正实现了工业树酯的连续化聚合工艺，物料从进料到出料在聚合装置中的平均停留时间为10-90min，明显优于传统反应釜设备的10来个小时，连续化生产得到的产品均匀性更好、效率高。
7、反应原料中含聚合物原料占原料总质量大于10%，使单体原料能够均匀的分散到聚合物介质中，且分散体系在装置内具有了一定的熔点和粘度，能够适应本设备的使用，特别适用于分散性差的工业树酯的聚合反应；装置具备分散性好、密封性能好的特点，避免了二元胺的挥发，减少了有机挥发VOC，具有能耗低、节能、环保的特点。
附图说明
图1是实施例1连续流反应装置的结构示意图；
图2是实施例2连续流反应装置的结构示意图。
附图标记：1、筒体；2、驱动电机；3、送料机构；4、搅拌轴；5、螺旋叶片；6、螺旋桨叶；7、反向螺旋叶片；8、反向螺旋桨叶；9、齿轮传动组件；11、进料口；12、出料口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种连续流反应设备，包括筒体1、送料机构3和搅拌机构，所述筒体1倾斜于地面75°设置，进料口11设置于所述筒体的底部，出料口12设置于所述筒体1的上部侧壁，所述送料机构3连接所述进料口11；所述搅拌机构包括驱动电机2、齿轮传动组件9和至少两根搅拌轴4，所述驱动电机2设置于所述筒体1的顶端外部，所述搅拌轴4位于所述筒体1内，所述搅拌轴4的末端靠近所述筒体1的底部，所述搅拌轴4的顶端穿出筒体1通过所述齿轮传动组件9可在驱动电机2的驱动下转动，所述搅拌轴4上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片距筒体1内侧壁的距离为搅拌叶片外径的5%，所述搅拌叶片为从出料口延伸至搅拌轴末端的螺旋叶片5。
设备倾斜或者竖直于地面设置，减小筒体的占地面积，适用于内径小的反应设备用于大规模的生产。搅拌轴4的末端靠近筒体1的底部，且螺旋叶片5与内侧壁间距离短，方便在反应过程中将物料从进料口11向出料口12输送。将出料口12设于进料口的上方，可以让后面进入反应装置的物料推动前面进入反应装置的物料缓慢向上前进，而不用担心重力作用下，前面物料前进速度太快，进料速度过慢导致的物料中断，保证了装置运行时，物料从下方的进料口能连续进入反应装置，从上方侧壁的出料口连续移出装置。
装置采用两根或者以上的平行搅拌轴，使得多根轴上的桨叶能够互相刮下粘在桨叶和搅拌轴上的物料，减少物料在桨叶和轴上析出形成固体结垢。出料口设置在筒体的上部侧壁，不会影响顶端的动态密封。
所述搅拌叶片的外径是指从搅拌轴中心至搅拌叶片末端的距离。
每根所述搅拌轴4上的搅拌叶片距相邻搅拌轴4的外表面距离为搅拌叶片外径的5%。
实施例2
如图2所示，一种连续流反应设备，包括筒体1、送料机构3和搅拌机构，所述筒体1竖直于地面设置，进料口11设置于所述筒体的底部，出料口12设置于所述筒体1的上部侧壁，所述送料机构3连接所述进料口11；所述搅拌机构包括驱动电机2、齿轮传动组件9和至少两根搅拌轴4，所述驱动电机2设置于所述筒体1的顶端外部，所述搅拌轴4位于所述筒体1内，所述搅拌轴4的末端靠近所述筒体1的底部，所述搅拌轴4的顶端穿出筒体1通过所述齿轮传动组件9可在驱动电机2的驱动下转动，所述搅拌轴4上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片距筒体1内侧壁的距离为搅拌叶片外径的2%，所述搅拌叶片为从出料口延伸至搅拌轴末端的螺旋桨叶。
每根所述搅拌轴4上的搅拌叶片距相邻搅拌轴4的外表面距离不超过搅拌叶片外径的2%。
所述筒体的内径为90mm。
所述螺旋桨叶的长度大约是30 mm。
多根所述搅拌轴4上的螺旋桨叶6相啮合。更利于多根轴上的桨叶能够互相刮下粘在桨叶和搅拌轴上的物料。
所述搅拌轴4的顶端至所述出料口12设置有使物料向下输送的反向螺旋桨叶8。电机转动时，反向螺旋桨叶同下方的螺旋桨叶一起同轴反向搅拌，使物料运行到该处时，推动物料向下方流动，阻碍物料向上方继续流动。使物料顺利地从位于阻料机构下方的出料口移出筒体，尽量避免物料达到动态密封处，不影响其密封性能。
本发明的齿轮传动组件为链轮传动，一根搅拌轴由电机驱动的主动轮带动，另一个搅拌轴由与主动轮传动链接的从动轮带动，从而实现同时转动，若主动轮和从动轮齿数相同，则为同步转动，也可设为不相同，则为不同步转动。
实施例3
一种连续流反应设备，包括筒体1、送料机构3和搅拌机构，所述筒体1倾斜于地面45°设置，进料口11设置于所述筒体的底部，出料口12设置于所述筒体1的上部侧壁，所述送料机构3连接所述进料口11；所述搅拌机构包括驱动电机2、齿轮传动组件9和至少两根搅拌轴4，所述驱动电机2设置于所述筒体1的顶端外部，所述搅拌轴4位于所述筒体1内，所述搅拌轴4的末端靠近所述筒体1的底部，所述搅拌轴4的顶端穿出筒体1通过所述齿轮传动组件9可在驱动电机2的驱动下转动，所述搅拌轴4上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片距筒体1内侧壁的距离为搅拌叶片外径的3%，所述搅拌叶片为从出料口延伸至搅拌轴末端的螺旋叶片。
每根所述搅拌轴4上的搅拌叶片距相邻搅拌轴4的外表面距离不超过搅拌叶片外径的3%。
所述筒体的内径为400mm。
所述搅拌轴4的顶端至所述出料口12设置阻碍物料向上输送的阻料叶片。
该反应装置的出料口物料熔体粘度不小于700cP。
本实施例的齿轮传动组件为常规的链轮传动组件，由多个链轮组合实现3根搅拌轴的同时转动。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上：
所述筒体的内径为1500cm。
多根所述搅拌轴4上的螺旋叶片5相啮合。
所述搅拌轴4的顶端至所述出料口12设置有防止物料继续向上输送的反向螺旋叶片7，所述反向螺旋叶片靠近筒体的端部与筒体内侧壁间隙不超过5mm，且与相邻搅拌轴的外侧壁间隙也不超过5mm。
该反应装置的出料口物料熔体粘度不小于700cP。
当此处物料粘度较大时，螺旋叶片7与筒体1内侧壁只有很小的缝隙，物料堆积在此处可以完全将反应器从这里密封起来，并且物料不会到达反应器上方的动态密封处，利用物料堆积自然形成的密封，就可以巧妙解决常规反应釜复杂的动态密封的问题。
实施例5
本实施例在实施例2的基础上：
所述筒体的内径为800 mm。
所述反向螺旋桨叶8靠近筒体1的端部与筒体1内侧壁间隙不超过5mm，且与相邻搅拌轴的外侧壁间隙也不超过5mm。
实施例6
本实施例在实施例1的基础上：
所述送料机构3为送料泵。
所述筒体1的顶端设置有动态密封件。
送料泵型号为QP50。
送料泵用于输送物料熔体，采用齿轮泵、柱塞泵或者螺杆泵均可。
实施例7
本实施例在实施例2的基础上：
所述送料机构3为螺杆输送机。
所述筒体1的顶端设置有动态密封件。
当筒体内径确定后，筒体内物料的流速由进料速度决定，流速越快产量越高，但是在筒体里面的反应时间就越短，可能达不到需要的聚合度。实际生产中可根据需要通过进料速度来调节物料流速。
实施例8
本发明连续流反应装置用于工业树酯的聚合反应，所述送料机构为螺杆输送机，且出料口连接螺杆造粒挤出机，从进料到造粒出料在聚合装置中的平均停留时间为10-90min。
采用实施例8的生产线，所述聚合反应的原料中含聚合单体和聚合物原料，所述聚合物原料占原料总质量比例大于10%，且所述聚合物原料为反应性分散介质。
传统的聚合反应原料中不含聚合物，聚合过程中会生成水，水在超过200℃的反应温度下，将会是具有一定压力的蒸气状态，只靠小分子液体是无法承受这样的压力的，水蒸气会带着原料从进料口泄露，因此不适用于本装置。聚合物原料的加入，使聚合单体能够均匀的分散到聚酯/聚酯酰胺介质中，使反应开始时形成的熔体就具有一定的粘度，能够承受水蒸气在反应温度下的压力，是保证螺杆挤出装置能够作为本发明的初期聚合装置的前提条件。
所述聚合物原料为聚酰胺、聚酯和聚酯酰胺中的至少一种。
实施例9
本实施例采用实施例8的生产线，采用一套垂直的装置，前后各一套水平的双螺杆挤出装置，其中前后的双螺杆挤出装置的长径比为60：1，垂直装置的直径为300mm，长径比为6：1。
将己二酸、PA56树脂和占总重量0.5%的抗氧剂，0.2%的催化剂，PA56树脂占总重量10%，通过失重计量设备从机头的进料口送入连续流反应装置，控制反应温度在150-280℃之间，物料熔化后在中间段加入戊二胺，使得戊二胺和对己甲酸的重量比例为10.5：14.6。连续挤出造粒，得到PA56树脂，熔点为252℃，出料口熔体粘度为700cP，物料在聚合装置中的平均停留时间约20分钟。
实施例10
本实施例采用实施例8的生产线，采用一套垂直的装置，前后各一套水平的双螺杆挤出装置，其中前后的双螺杆挤出装置的长径比为50：1，垂直装置的直径为200mm，长径比为7：1。
按照10：40的重量比混合聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和对苯二甲酸二甲酯，通过失重计量设备从机头投入连续流反应装置，设置温度为100-310℃，并在中段将27份的丁二胺通过液体泵加入到挤出机中，设定温度380-310℃，然后进入螺杆挤出机，得到聚酯酰胺树脂，熔点为281℃，吸水率1.2%，出料口熔体粘度为800cP，物料在聚合装置中的平均停留时间约23分钟。
实施例11
本实施例采用实施例8的生产线，采用一套垂直的装置，前后各一套水平的双螺杆挤出装置，其中前后的双螺杆挤出装置的长径比为60：1，垂直装置的直径为300mm，长径比为6：1。
按照80：20比例称量聚己内酯和己二酸，将己二酸和部分聚己内酯通过失重计量设备从机头投入双螺杆挤出机，设置螺杆温度为50-220℃，并在中段将余下的聚己内酯和16份己二胺加入到挤出机中，熔融混合均匀后设定温度为250-280℃，然后进入螺杆挤出机，得到聚酯酰胺树脂，熔点80℃，出料口熔体粘度为900cP，物料在聚合装置中的平均停留时间约10分钟。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续流反应装置，其特征在于：包括筒体、送料机构和搅拌机构，所述筒体倾斜或者竖直于地面设置，进料口设置于所述筒体的底部，出料口设置于所述筒体的上部侧壁，所述送料机构连接所述进料口；所述搅拌机构包括驱动电机、齿轮传动组件和至少两根搅拌轴，所述驱动电机设置于所述筒体的顶端外部，所述搅拌轴位于所述筒体内，所述搅拌轴的末端靠近所述筒体的底部，所述搅拌轴的顶端穿出筒体通过所述齿轮传动组件可在驱动电机的驱动下转动，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片，所述搅拌叶片距筒体内侧壁的距离不超过搅拌叶片外径的5％，所述搅拌叶片为从出料口延伸至搅拌轴末端的螺旋叶片或者螺旋桨叶；
该装置用于工业树脂的聚合反应，所述送料机构为螺杆输送机，且出料口连接螺杆造粒挤出机。
2.根据权利要求1所述连续流反应装置，其特征在于：多根所述搅拌轴上的螺旋叶片或者螺旋桨叶相啮合。
3.根据权利要求2所述连续流反应装置，其特征在于：每根所述搅拌轴上的搅拌叶片距相邻搅拌轴的外表面距离不超过搅拌叶片外径的5％。
4.根据权利要求1所述连续流反应装置，其特征在于：所述搅拌轴的顶端至所述出料口设置有阻碍物料向上输送的阻料叶片。
5.根据权利要求4所述连续流反应装置，其特征在于：所述阻料叶片为使物料向下输送的反向螺旋叶片或反向螺旋桨叶。
6.根据权利要求5所述连续流反应装置，其特征在于：所述阻料叶片为反向螺旋叶片，所述反向螺旋叶片靠近筒体的端部与筒体内侧壁间隙不超过5mm，且与相邻搅拌轴的外表面间隙也不超过5mm。
7.根据权利要求1所述连续流反应装置，其特征在于：所述筒体的内径为90mm-1500mm。
8.根据权利要求1所述连续流反应装置，其特征在于：所述筒体与地面的倾斜角为45-90°。
9.根据权利要求4所述连续流反应装置，其特征在于：该反应装置的出料口物料熔体粘度不小于700cP。
10.根据权利要求1所述连续流反应装置，其特征在于：所述聚合反应的原料中含聚合单体和聚合物原料，所述聚合物原料占原料总质量比例大于10％，且所述聚合物原料为反应性分散介质。
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