CN114029023A - 一种丁苯乳胶反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丁苯乳胶反应器，包括反应器罐体、设置在反应器罐体内的搅拌组件，在反应器罐体内还围绕搅拌组件设有一个或若干垂直插入反应物料内的挡板。本发明装置在使用时，将物料加至反应器中，然后搅拌进行聚合反应，通过冷却水入口输送冷却水，再通过冷却水出口排出。反应器内部的换热挡板内设有换热管，冷却水从换热管入口进入，从换热管出口排出，对设备内物料进行降温，内置温度计挡板的内部插入温度计，反应器内的换热挡板和内置温度计挡板可使搅拌更均匀。所述罐体的外部还设有夹套，所述夹套为整体夹套，且内设有螺旋导流板。与现有技术相比，本发明装置换热面积大，换热效果好，使各物料接触更充分，结构简单，节约成本。

Description

一种丁苯乳胶反应器

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，涉及一种丁苯乳胶反应器。

背景技术

丁苯乳胶(SBL)是由丁二烯(B)和苯乙烯(S)经过乳液聚合得到的一种固含量为30％～50％的水性溶液。由不同比例的苯乙烯和丁二烯经乳液聚合而成。根据苯乙烯含量、乳化剂和聚合温度等的不同，而有多种品种，其性能和用途也不同。在用作涂料胶粘剂时，其苯乙烯和丁二烯之比为(60～50):(40～50)，乳白色乳液，含固量约45％～50％，带阴电荷，pH值9.0～10.5。丁苯乳胶胶黏剂涂布后，使涂布纸得到最高颜料结合强度和抗湿磨擦，涂布纸平滑度、印刷光泽度、干拉毛值、CIE白度和ISO白度上升。传统涂布黏料苯乙烯用量大，且通常需与酪蛋白、变性淀粉等混合使用，会增大涂布纸的“硬性”，由于其稳定性较差、粒子规格较大，易受重金属离子影响，近来被丁苯乳胶逐渐取代，丁苯乳胶的用量逐年增加。

在20世纪40年代，丁苯乳胶在国外就开始作为涂料胶粘剂用于加工纸的生产。纸加工用的丁苯乳胶约占了苯胶乳产量的60％.我国丁苯乳胶的生产始于1960年, 是由国外引进技术设备，在兰州化学工业公司合成橡胶厂建成投产。随着印刷设备的进步，更新和高速化，对纸涂料粘合剂的性能也提出了越来越高的要求。

丁苯乳胶的制备：

丁苯乳胶是一种合成胶乳，是由不同比例的苯乙烯和丁二烯单体在乳液或溶液中经催化剂催化共聚而成。根据其分子结构又可分为非羧基丁苯乳胶和羧基丁苯乳胶两种，两者的性能差异很大。乳液法生产丁苯乳胶根据聚合温度的不同可分为热法丁苯和冷法丁苯。冷法制得的胶在质量、均匀性等方面较好。因此目前世界上约 80％乳液丁苯胶用冷法生产。冷法生产工艺流程如下：在生产中各种物料投放的次序是很重要的，先加入水、乳化剂、助乳化剂，然后再加入单体。引发剂易与其他物料作用，故一般是在后面加入，总聚合时间为6～10h。

丁苯乳胶的性能影响因素：

(1)胶乳的生产过程是一个乳液聚合过程，胶乳的乳液聚合体十分复杂，包含有很多种单体，调节剂，表面活性剂，引发剂等共十余种。所以各单体的混合均匀性对反应时间及最终成品的影响很大；

(2)胶乳的反应是放热反应，现一般单体总转化率达到60％左右就要终止聚合。否则转化率过高，会使体系粘度过大，不易散热，如局部过热则易引起凝胶产生支链结构，影响丁苯乳胶的质量。所以温度对丁苯乳胶的性能影响也较大，需要及时移走反应热，精确控制好温度。

目前在丁苯乳胶聚合过程中，现有设备对各单体的混合均匀性较差，且换热效果较差、无法精准控制丁苯乳胶聚合体系的温度。

由于胶乳的乳液聚合体系非常复杂，影响因素众多，在实际生产中，需要扬长避短，设计最经济最合适的丁苯乳胶反应器来满足和优化生产。随着印刷业的高速化对纸业提出了更高的要求，而在一定程度上要靠涂料胶乳性能的进一步提高来满足最终市场的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种丁苯乳胶反应器，以克服现有技术中丁苯乳胶聚合体系内各单体的混合均匀性较差、换热效果较差或难以精准控制温度等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种丁苯乳胶反应器，包括反应器罐体、设置在反应器罐体内的搅拌组件，在反应器罐体内还围绕搅拌组件设有一个或若干垂直插入反应物料内的挡板。

进一步的，所述的挡板设有四个，并围绕搅拌组件均匀分布。

进一步的，所述的挡板还内置有换热管。

更进一步的，当挡板设有多个时，一部分挡板内设有所述换热管，另外一部分挡板内置温度计。

更进一步的，内置换热管的挡板在反应器罐体内以搅拌组件为中心对称布置。

更进一步的，内设有换热管的挡板与所述换热管之间充入导热油。

更进一步的，内设有温度计的挡板与所述温度计之间充入导热油。

更进一步的，内置温度计的挡板根据测量部位的高度做成相应的长度。

更进一步的，内置温度计的挡板的上端连接测温装置。

进一步的，所述的反应器罐体的外侧还设有夹套，并使得反应器罐体外侧壁面与夹套之间形成封闭的换热夹层，所述换热夹层内通冷却水。

更进一步的，所述的换热夹层的底部设有冷却水入口，上部设有冷却水出口。

更进一步的，所述的换热夹层内还布置有螺旋导流板。

更进一步的，所述螺旋导流板与所述罐体的外壁焊接。

本装置在使用时，将符合比例的单体原料以及其他混合溶液、催化剂和乳化剂溶液逐步用泵加入到反应器中，混合均匀后加入引发剂，各种介质通过搅拌组件搅拌进行聚合反应，通过冷却水入口输送冷却水，再通过冷却水出口排出。反应器内部的挡板内设有换热管，冷却水从换热管入口进入，从换热管出口排出，对设备内物料进行降温；当有多个挡板时，一部分挡板内置换热管，另一部分挡板内置温度计，反应器内的挡板可使搅拌更均匀。

本发明装置采用整体夹套，与常规的此类反应器在外部设置半管夹套相比，本发明装置的换热面积更大。此外，整体夹套比半管夹套结构简单，焊缝少，焊接工作量小，可防止筒体焊接变形，降低人工成本。在整体夹套内部设置螺旋导流板后，螺旋导流板可对整体夹套内冷却水起到导流的作用，且焊缝较少，减小流道截面积，增加冷却水流速，使内筒体温度均匀，同时也可增加换热面积。此外，螺旋导流板与罐体外壁焊接，可起到加强圈的作用，使内筒壁厚下降，起到减少材料节约成本的作用。为有利于传热，冷却水从整体夹套底部的冷却水入口进入，从整体夹套上部的冷却水出口排出。

罐体内部的挡板可把回转的切向流动改变为径向和轴向流，较大地增加了流体的剪切强度，消除旋涡，改善主体循环，增大湍动程度，改善搅拌效果，同时还能降低搅拌载荷的波动，使功率消耗保持稳定。在挡板中设置换热管，通入冷却水，在挡板内部(换热管外部)加入导热油，在罐体内部对物料进行换热，传热效果好。这种设计方法既保留了换热管增加传热并起到挡板效果的优势，且避免由于物料粘度大，换热管间隙物料黏连，影响换热效果，甚至使物料不能充分混合的缺点，更方便了后续设备的清洗、维护和保养。在内置温度计的挡板中充入导热油，并分别插入温度计，内置温度计的挡板的上端连接测温装置，在作为挡板的同时也起到了测温的作用。内置温度计的挡板可做成不一样的长度，以在搅拌过程中更好地检测不同高度部位的温度，使得监测更精准，保证了反应生产的安全。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)换热面积大，换热效果好：通常此类反应器外部设置半管夹套，此类夹套半管间为避免焊接产生的相互不利影响而留有一定的间隙，且支座垫板处要避开，所以换热面积小，换热不均匀。现改为整体夹套，换热面积大；在整体夹套内设置螺旋导流板，对整体夹套内冷却水起到导流的作用，使内筒体温度均匀，导流板同时也可增加换热面积。当胶乳粘度大时，导热不好，反应釜中间的热量不易传导，本发明在设备内部挡板内设置换热管，内外同时作用，更增强了换热效果。

(2)增加搅拌强度：反应器内部均匀设置挡板，可消除搅拌容器内液体的打旋现象，使被搅拌物料能够上下轴向流动，加大湍流，使各物料接触更充分，形成全釜的均匀混合。

(3)生产安全性高：在釜内设置了内设换热管的挡板，增强釜内换热；还可设有内置温度计的挡板，且可根据不同部位做成不同长度的内置温度计的挡板，以检测釜内不同点的温度，使得监测更准确，保证生产的安全性。

(4)结构简单，节约成本：整体夹套比半管夹套结构简单，焊缝少，焊接工作量小，防止筒体焊接变形，降低人工成本；内部设置螺旋导流板后，导流板与筒体外壁焊接，可起到加强圈的作用，使内筒壁厚下降，起到减少材料节约成本的作用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的内置温度计短挡板及短温度计的示意图；

图3为本发明装置横截面上挡板的示意图。

图中标记说明：

1-搅拌装置、2-换热挡板、3-换热管入口、4-换热管出口、5-内置温度计长挡板、6-内置温度计短挡板、7-长温度计、8-短温度计、9-冷却水出口、10-整体夹套、 11-螺旋导流板、12-冷却水入口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为克服现有技术中丁苯乳胶聚合体系内各单体的混合均匀性较差、换热效果较差或难以精准控制温度等问题，本发明提供了一种丁苯乳胶反应器，其结构参见图 1和图3，包括反应器罐体、设置在反应器罐体内的搅拌装置1，在反应器罐体内还围绕搅拌装置1均匀设有4个垂直插入反应物料内的挡板。

在一些具体的实施方式中，请参见图1，所述的挡板还内置有换热管，该挡板即为换热挡板2。

更具体的实施方式中，请参见图2和图3，当挡板设有4个时，其中2个为换热挡板2；另外2个挡板中，一个挡板内置长温度计7(该挡板即为内置温度计长挡板5)，一个挡板内置短温度计8(该挡板即为内置温度计短挡板6)。

更具体的实施方式中，请参见图3，换热挡板2在反应器罐体内以搅拌装置1 为中心对称布置。

更具体的实施方式中，换热挡板2与所述换热管之间充入导热油。

更具体的实施方式中，内置温度计长挡板5与所述长温度计7之间充入导热油。

更具体的实施方式中，内置温度计短挡板6与所述短温度计8之间充入导热油。

更具体的实施方式中，内置温度计长挡板5和内置温度计短挡板6可根据测量部位的高度做成相应的长度。

更具体的实施方式中，内置温度计长挡板5和内置温度计短挡板6的上端连接测温装置。

在一些具体的实施方式中，请参见图1，所述的反应器罐体的外侧还设有整体夹套10，并使得反应器罐体外侧壁面与整体夹套10之间形成封闭的换热夹层，所述换热夹层内通冷却水。

更具体的实施方式中，所述的换热夹层的底部设有冷却水入口12，上部设有冷却水出口9。

更具体的实施方式中，所述的换热夹层内还布置有螺旋导流板11。

更具体的实施方式中，所述螺旋导流板11与所述罐体的外壁焊接。

本装置在使用时，将符合比例的单体原料以及其他混合溶液、催化剂和乳化剂溶液逐步用泵加入到反应器中，混合均匀后加入引发剂，各种介质通过搅拌装置1 搅拌进行聚合反应，通过冷却水入口12输送冷却水，再通过冷却水出口9排出。反应器内部的换热挡板2内设有换热管，冷却水从换热管入口3进入，从换热管出口4排出，对设备内物料进行降温；当有多个挡板时，一部分挡板内置换热管，另一部分挡板内置温度计，反应器内的挡板可使搅拌更均匀。

本发明装置采用整体夹套10，与常规的此类反应器在外部设置半管夹套相比，本发明装置的换热面积更大。此外，整体夹套10比半管夹套结构简单，焊缝少，焊接工作量小，可防止筒体焊接变形，降低人工成本。在整体夹套10内部设置螺旋导流板11后，螺旋导流板11可对整体夹套10内冷却水起到导流的作用，且焊缝较少，减小流道截面积，增加冷却水流速，使内筒体温度均匀，同时也可增加换热面积。此外，螺旋导流板11与罐体外壁焊接，可起到加强圈的作用，使内筒壁厚下降，起到减少材料节约成本的作用。为有利于传热，冷却水从整体夹套10底部的冷却水入口12进入，从整体夹套10上部的冷却水出口9排出。

罐体内部的挡板可把回转的切向流动改变为径向和轴向流，较大地增加了流体的剪切强度，消除旋涡，改善主体循环，增大湍动程度，改善搅拌效果，同时还能降低搅拌载荷的波动，使功率消耗保持稳定。在挡板中设置换热管，通入冷却水，在挡板内部(换热管外部)加入导热油，在罐体内部对物料进行换热，传热效果好。这种设计方法既保留了换热管增加传热并起到挡板效果的优势，且避免由于物料粘度大，换热管间隙物料黏连，影响换热效果，甚至使物料不能充分混合的缺点，更方便了后续设备的清洗、维护和保养。在内置温度计的挡板中充入导热油，并分别插入温度计，内置温度计的挡板的上端连接测温装置，在作为挡板的同时也起到了测温的作用。内置温度计的挡板可做成不一样的长度，以在搅拌过程中更好地检测不同高度部位的温度，使得监测更精准，保证了反应生产的安全。

实施例1：

本发明提供了一种丁苯乳胶反应器，其结构参见图1。将符合比例的单体原料以及其他混合溶液、催化剂和乳化剂溶液逐步用泵加入到反应器中，混合均匀后加入引发剂，各种介质通过搅拌装置1搅拌进行聚合反应，通过整体冷却水入口12 输送冷却水，再通过冷却水出口9排出，内部一对换热挡板2内设有U形换热管，也用于输送冷却水，冷却水从换热管入口3进入，从换热管出口4排出，对设备内物料进行降温，如图1和图2所示，另外一对挡板(内置温度计长挡板5、内置温度计短挡板6)内插入温度计内伸管(长温度计7、短温度计8)，内部4个挡板 (换热挡板2、内置温度计长挡板5、内置温度计短挡板6)可使搅拌更均匀，整个生产过程属于冷法丁苯。

整体夹套10包裹了罐体的圆筒部分和下封头部，传热面积大，为有利于传热，冷却水从整体夹套10底部的冷却水入口12进入，从整体夹套10上部的冷却水出口9排出。在罐体的外壁间断焊接螺旋导流板11。螺旋导流板11对罐体刚度的加强效果好，使罐体的壁厚得以减薄，且焊缝较少，减小流道截面积，增加冷却水流速，增加传热系数，加大换热面积。

如图3所示，安装在罐体内部的4个挡板可把回转的切向流动改变为径向和轴向流，较大地增加了流体的剪切强度，消除旋涡，改善主体循环，增大湍动程度，改善搅拌效果，同时还能降低搅拌载荷的波动，使功率消耗保持稳定。因此在罐体内均匀设置四块挡板，可满足全挡板条件。此四块挡板由接管压扁形成长圆管，内部中空，外部圆滑，一端连接法兰焊接于罐体的上封头，一端插入罐体内部物料中。本发明结构简单，操作方便。

如图1所示，在两个对称的换热挡板2中各设置一根竖式U形管，冷却水通过换热管入口3进入，从换热管出口4排出，在换热挡板2内部(竖式U形管外部)加入导热油，在罐体内部对物料进行换热，传热效果好。这种设计方法既保留了竖式蛇管增加传热并起到挡板效果的优势，且避免由于物料粘度大，竖式蛇管间隙物料黏连影响换热效果，甚至使物料不能充分混合的缺点，更方便了后续设备的清洗、维护和保养。

如图1和图2所示，在对称的内置温度计长挡板5、内置温度计短挡板6中充入导热油，并分别插入长温度计7、短温度计8，一端通过法兰连接测温装置，在作为挡板的同时也起到了测温的作用。为了在搅拌过程中更好地测量设备内物料不同高度处的温度，内置温度计长挡板5、内置温度计短挡板6做成不一样的长度，其中内置温度计长挡板5的内伸长度在底部搅拌和中间搅拌之间，内置温度计短挡板6的内伸长度在中间搅拌和上部搅拌之间，从而可以检测不同高度部位的温度，使得监测更精准，保证了反应生产的安全。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种丁苯乳胶反应器，包括反应器罐体、设置在反应器罐体内的搅拌组件，其特征在于，在反应器罐体内还围绕搅拌组件设有一个或若干垂直插入反应物料内的挡板。

2.根据权利要求1所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，所述的挡板设有四个，并围绕搅拌组件均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，所述的挡板还内置有换热管。

4.根据权利要求3所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，当挡板设有多个时，一部分挡板内设有所述换热管，另外一部分挡板内置温度计。

5.根据权利要求3或4所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，内置换热管的挡板在反应器罐体内以搅拌组件为中心对称布置。

6.根据权利要求3或4所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，内设有换热管的挡板与所述换热管之间充入导热油。

7.根据权利要求1所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，所述的反应器罐体的外侧还设有夹套，并使得反应器罐体外侧壁面与夹套之间形成封闭的换热夹层，所述换热夹层内通冷却水。

8.根据权利要求7所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，所述的换热夹层的底部设有冷却水入口，上部设有冷却水出口。

9.根据权利要求7所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，所述的换热夹层内还布置有螺旋导流板。

10.根据权利要求9所述的一种丁苯乳胶反应器，其特征在于，所述螺旋导流板与所述罐体的外壁焊接。

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