CN114177834A - Tgic高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体装置，包括双螺杆挤出机、布料机头以及钢带成型机，在双螺杆挤出机机筒的一端设置有主喂料口，另一端设置有出料口，在双螺杆挤出机机筒上至少开设三个排气区，在每个排气区上都设置有一个真空口，所述的真空口通过管道与真空泵系统相连接，在最后一个真空口与出料口之间的双螺杆挤出机机筒上还设置有一个侧喂料口；双螺杆挤出机的出料口与所述布料机头连接，所述的布料机头的出口与所述的钢带成型机连接。本申请具有高效脱除挥发份，生产连续化、自动化程度高，生产过程安全环保、能耗低、产能高等优点。

Description

TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置

技术领域

本发明涉及异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）造粒技术领域，尤其是涉及一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置。

背景技术

异氰尿酸三缩水甘油酯（简称TGIC）是一种结晶状的杂环环氧化合物，三个活泼的环氧基能与聚酯树脂中的羟基进行交联反应，由于TGIC具有优良的耐热性、耐候性、耐腐蚀性、耐化学药品性和机械性能，广泛应用于聚酯树脂或丙烯酸树脂粉末涂料的交联固化剂，还可应用于结构材料、电器绝缘材料、印刷电路板、改性环氧树脂、高效胶黏剂等领域。

现有TGIC的生产工艺流程通常包括：（1）氰尿酸和环氧氯丙烷在催化剂及一定温度作用下的缩合反应；（2）降低温度加碱环氧化生产异氰尿酸三缩水甘油酯；（3）洗涤、减压蒸馏回收过量原料；（4）添加醇类，使其结晶、烘干得到成品。

TGIC生产过程中，为了使缩合反应顺利进行，通常会加入过量的环氧氯丙烷，而TGIC制品中环氧氯丙烷的残留会对人的皮肤有一定的刺激性，且影响产品的固化效率和涂料的性能，因此在反应结束后会通过蒸馏脱除并回收环氧氯丙烷，如JP-B-45-22751采用旋转蒸发器除去环氧氯丙烷、US4395542采用多级汽提塔进行多级汽提来脱除环氧氯丙烷、CN102174040A采用减压蒸馏加上高真空薄膜蒸发器蒸馏除去环氧氯丙烷。 这些传统方法均采用高真空、高温蒸馏工艺除去环氧氯丙烷残留，蒸馏工序中温度升至100～120℃，蒸馏时间需要3～6h，不仅需要大量的能耗，增加生产成本，同时，高温条件下产品容易发生聚合爆炸危险，且很难达到理想的效果。控制环氧氯丙烷在TGIC制品中的含量在100ppm之下，特别是50ppm之下是提高TGIC产品安全性和使用性能，拓宽TGIC应用领域迫切需解决的问题。

除此之外，采用醇类，如甲醇或乙醇对TGIC溶液进行结晶，得到粉末状TGIC，其中含有15-25%左右的甲醇或乙醇，称为湿粉。在生产流程中，还需要通过烘干脱除醇类，再进行挤压造粒以方便包装运输。

CN201420188579.4和CN201410155719.2 公开了一种异氰尿酸三缩水甘油酯干粉挤出造粒生产线及生产工艺，包括振动干燥器，与振动干燥器的气体出口连接的冷凝器，依次与冷凝器连接的溶剂回收罐和气体引风机Ⅰ；与振动干燥器的物料出口连接的干粉旋风分离器、干粉罐，和依次干粉罐的出料口与物料挤出机、压片机、带式冷却输送机、粉碎机、筛分机和包装机。

CN201110443507.0 采用微波加热方式对TGIC进行加热,使TGIC中的甲醇受热挥发,加热期间,整个烘箱处于负压状态,挥发出的甲醇气体进入甲醇回收系统。利用微波对产品选择性加热的特点,使得TGIC在干燥过程中能够均匀加热,解决了传统工艺中物料结块、化料等问题,挥发出的甲醇气体经过三道冷凝器的冷却,95%的甲醇被回收利用。

CN201010108286.7 公开了一种异氰尿酸三缩水甘油脂熔融造粒工艺及其生产线， 用蒸馏釜在不同的温度下进行常压蒸馏及减压蒸馏，待有机溶剂全部蒸出后，将蒸馏釜中的物料均匀放到带式冷却输送机上冷却后进行粉碎、筛分。生产线由蒸馏釜、冷凝器、有机溶剂回收罐、真空泵、设置在此蒸馏釜下方的带式冷却输送机、粉碎机、筛分机及包装机，

CN201310000785.8公开一种TGIC新型烘干造粒装置，包括投料釜及设置在投料釜下端的进料装置，进料装置连接挤出机，挤出机上设有若干真空出气口，其末端连接熔体泵和模头。这种烘干装置可提高烘干效率。

上述传统TGIC湿粉挤出造粒工艺中，干燥设备复杂，干燥工艺时间长，且物理挤压造粒，颗粒密实度不均匀，仍存在较严重的粉末脱落现象，对TGIC的包装和运输都造成比较大的麻烦。

发明内容

本申请的目的是为了解决 TGIC制品中环氧氯丙烷蒸馏效率低，残留高，醇类干燥工艺设备、时间长以及物理挤压造粒存在的粉末脱落，生产效率低等问题，提供一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置。

本申请提供的一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，采用的如下的技术方案：

一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体装置，包括双螺杆挤出机、熔体泵、布料机头以及钢带成型机，在双螺杆挤出机机筒的一端设置有主喂料口，另一端设置有出料口，在双螺杆挤出机机筒上至少开设三个排气区，在每个排气区上都设置有一个真空口，所述的真空口通过管道与真空泵系统相连接，在最后一个真空口与出料口之间的双螺杆挤出机机筒上还设置有一个侧喂料口；双螺杆挤出机的出料口与所述布料机头之间设置熔体泵，所述的布料机头的出口下游布置有钢带成型机。

通过上述技术方案， 在主喂料口中加入物料，物料在加料熔融区通过加热熔融，并通过双螺杆配合向出料端输送，通过设置至少三个排气区，在物料输送过程中进行多次的脱挥，并且可以通过控制不同的压力来实现不同的物质的脱挥收集；物料经过排气区通过排气区上的真空口连接真空泵系统，将物料熔融后挥发的物质通过真空泵系统排出并收集，通过脱挥后的TGIC经布料机头将TGIC熔体均匀成型为球状液体，滴落在成型钢带上，并通过钢带成型机上的温控机构将TGIC熔滴冷却结晶，形成颗粒状，具有造粒密实度高，生产效率高等优点。通过在最后一个真空口与出料口之间侧喂料口加入已经脱除环氧氯丙烷和醇类的TGIC干粉，作为TGIC结晶成型的晶种，加速TGIC结晶缩短固化造粒时间，从而提高造粒的生产效率。

可选的，所述的双螺杆挤出机螺杆的长径比为48-72D。

通过上述技术方案，能够避免双螺杆挤出机螺杆长径比过小导致无法完成熔融和多次真空脱气工作，也能够避免双螺杆挤出机螺杆长径比过大，导致TGIC在挤出机中受热历程较长，易造成部分环氧基团开环，使得产品活性和收率降低。

可选的，在所述的双螺杆挤出机机筒上还设置有一个侧喂料口，所述的侧喂料口设置在任意两个真空脱气区之间。

通过上述技术方案，在任两个排气区之间设置有侧喂料口，从侧喂料口进行TGIC湿粉的多次喂料，可以进一步地提高产量，减少集中喂料造成的熔融塑化不均匀问题。

可选的，在双螺杆挤出机机筒上还设置有一个注气口，所述的注气口设置在第二真空口以及第三真空口之间。

通过上述技术方案，可以从注气口中注入低沸点惰性化合物，如水、氮气、二氧化碳等，对物料中要脱除的小分子成分有携带作用，从而提高了脱挥的效果。

可选的，所述的钢带成型机包括成型钢带以及用于控制成型钢带表面的温度控制系统，在成型钢带的出料端设置有刮板，所述的刮板与成型钢带的表面相抵触。

通过上述技术方案，通过温度控制系统控制成型钢带的表面的温度，使得成型钢带表面的温度控制到TGIC熔体进行结晶的合适温度，使得从布料机头出料的TGIC熔体在成型钢带的表面进行结晶，并通过成型钢带的出料端的刮板将结晶的TGIC颗粒从成型钢带上刮下来。

可选的，每个排气区的长度均为4-6D。

通过上述技术方案，每个排气区都是由单节筒体构成，将这样设置单节筒体不是很长，筒体的总节数多一些，每节筒体都可以设置单独的温度，温度调节范围更宽广，有利于保障工艺目的更容易实现。

可选的，所述的螺杆在每个排气区的入口以及出口处各设置有反向螺纹段。

通过上述技术方案，通过在排气区的入口及出口处的螺杆上设置反向螺纹段，实现熔体密封，形成相对独立的真空脱气室，从而提高了脱挥效果。

本申请还公开了另一种高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，包括双螺杆挤出机、熔体泵、布料机头以及钢带成型机，在双螺杆挤出机机筒的一端设置有主喂料口，另一端设置有出料口，在双螺杆挤出机机筒上至少开设三个排气区，在每个排气区上都设置有一个真空口，所述的真空口通过管道与真空泵系统相连接，在双螺杆挤出机的出料口与二阶挤出机连接，在二阶挤出机的机筒上设置有侧喂料口，所述的二阶挤出机的出料口通过熔体泵与布料机头相连接；所述的布料机头的出口下游布置有钢带成型机。

通过上述技术方案，在主喂料口中加入物料，物料在加料熔融区通过加热熔融，并通过双螺杆配合向出料端输送，通过设置至少三个排气区，在物料输送过程中进行多次的脱挥，并且可以通过控制不同的压力来实现不同的物质的脱挥收集；物料经过排气区通过排气区上的真空口连接真空泵系统，将物料熔融后挥发的物质通过真空泵系统排出并收集，脱挥后的熔融的TGIC通过二阶挤出机送入到布料机头，在输送的过程中，通过二阶挤出机上的侧喂料口加入已经脱除环氧氯丙烷和醇类的TGIC干粉，作为其结晶成型的晶种，加速TGIC结晶固化，从而提高结晶造粒的效率；并且通过二阶挤出机能够增加TGIC干粉与熔融的TGIC接触的时间，能够在二阶挤出机的作用下使其混合更加均匀，从而进一步提高了结晶造粒的效率。二阶挤出机的出料口通过熔体泵与布料机头连接，经布料机头将TGIC熔体均匀成型为球状液体，滴落在成型钢带上，并通过钢带成型机上的温控机构将TGIC熔滴冷却结晶，形成颗粒状，具有造粒密实度高，生产效率高等优点。

可选的，所述的双螺杆挤出机螺杆的长径比为32-56D。

通过上述技术方案，能够避免双螺杆挤出机螺杆长径比过小导致无法完成熔融和多次真空脱气工作，也能够避免双螺杆挤出机螺杆长径比过大，导致TGIC在挤出机中受热历程较长，易造成部分环氧基团开环，使得产品活性和收率降低。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置通过在主喂料口中加入物料，物料在加料熔融区通过加热熔融，并通过双螺杆配合向出料端输送，通过设置至少三个排气区，在物料输送过程中进行多次的脱挥，并且可以通过控制不同的压力来实现不同的物质的脱挥收集；物料经过排气区通过排气区上的真空口连接真空泵系统，将物料熔融后挥发的物质通过真空泵系统排出并收集，在最后真空口与出口之间增设侧喂料装置，实现TGIC干粉的喂料，提高TGIC结晶速率，可以进一步地提高生产效率 ；

通过脱挥后的TGIC经布料机头将TGIC熔体均匀成型为球状液体，滴落在成型钢带上，并通过钢带成型机上的温控机构将TGIC熔滴冷却结晶，形成颗粒状，具有造粒密实度高，生产效率高等优点。

2、通过在排气区的入口及出口处的螺套上设置反向螺纹段，实现熔体密封，形成相对独立的真空脱气室，进一步提高了脱挥效果。

附图说明

图1是本申请实施例1的结构示意图。

图2是本申请实施例1的螺杆的结构示意图。

图3是本申请实施例钢带成型机的结构示意图。

图4是本申请实施例2的结构示意图。

图5为本申请实施例3的结构示意图。

图6是本申请实施例4的螺杆的结构示意图。

附图标记说明：

1、机架；2、挤出机机筒；3、螺杆；4、加料熔融区；5、第一排气区；6、第二排气区；7、第三排气区；8、熔体均化输送区；9、主喂料口；10、出料口；11、传动机构；12、注气口；13、真空泵系统；14、第一侧喂料口；15、第二侧喂料口；16、熔体泵；17、二阶挤出机；18、布料机头；19、钢带成型机；20、计量喂料系统；21、侧喂料系统；22、第二熔体泵；23、旋转滴落器；24、刮板；31、传动杆；32、反向螺纹螺套；33、正向螺纹螺套；51、第一真空口；61、第二真空口；71、第三真空口。

具体实施方式

下面结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

参照图1和图2，本实施例公开了一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，包括机架1，在机架1上设置有双螺杆挤出机机筒2，在双螺杆挤出机机筒2的一端设置有主喂料口9，另一端设置有出料口10，其中主喂料口9与计量喂料系统20连接，用于进行TGIC湿粉的喂入。在双螺杆挤出机机筒2内设置一对螺杆3，一对螺杆3的一端通过传动机构11带动其转动，通过传动机构11带动螺杆3在双螺杆挤出机机筒2内转动，两个螺杆3之间可以是同向旋转或者是异向旋转，本实施例中，传动机构11带动两个螺杆3同向旋转，本实施例中，设置在双螺杆挤出机机筒2内的一对螺杆3为啮合的结构。

螺杆3的长径比48-72D之间，主喂料口9到出料口10之间的双螺杆挤出机机筒2上设有5个功能区段，分别为：加料熔融区4、第一排气区5、第二排气区6、第三排气区7、熔体均化输送区8。

加料熔融区4的长度为8-12D，主要完成TGIC固体输送和熔融过程，在加料熔融区4处的双螺杆挤出机机筒2上设置有加热机构，用于对TGIC固体物料进行加热熔融。第一排气区5、第二排气区6、第三排气区7的长度分别为4-6D，每个排气区的双螺杆挤出机机筒2上开设真空口，即第一排气区5上设置有第一真空口51，第二排气区6上设置有第二真空口61，第三排气区7上设置有第三真空口71。每个真空口均通过管路系统与真空泵系统13相连接，真空泵系统13上连接有冷却套管和液体回收管，实现脱除挥发份的冷凝回收。真空泵的管道外设夹套，出口设回收罐，夹套可以通冷却水，使得真空脱除的醇类、环氧氯丙烷等挥发份冷凝回收到储罐中，提高生产过程的安全及环保性，真空泵系统13采用的真空泵可以是罗茨泵真空泵、水环真空泵、螺杆真空泵中的一种或两种组合使用。

在第一排气区5的入口处和出口处、第二排气区6的入口处和出口处、第三排气区7的入口处和出口处设有反向螺纹段以实现熔体密封，形成相对独立的真空脱气室。

在第一排气区5和第二排气区6之间的双螺杆挤出机机筒2上设置有第一侧喂料口14，第一侧喂料口14上连接有计量喂料系统20，通过计量喂料系统20向第一侧喂料口14中喂入TGIC湿粉，实现TGIC湿粉的多次喂料，减少集中喂料造成的熔融塑化不均匀问题。

熔体均化输送区8设置在第三排气区7与出料口10之间，熔体均化输送区8长度在18-24D之间，在熔体均化输送区8上开设一个第二侧喂料口15，第二侧喂料口15连接有侧喂料系统21，实现TGIC干粉计量喂入。

参照图1和图3，双螺杆挤出机机筒2上的出料口10通过熔体泵16与布料机头18连接，熔体泵16提供需要的压力，减轻了双螺杆挤出机的工作，因此降低了剪切热和所需的扭矩，并消除波动，优化了双螺杆挤出机的性能。布料机头18还连接有旋转滴落器23，布料机头18用于将TGIC熔体均匀成型为球状液滴，并通过旋转滴落器23将球状液滴落入到钢带成型机19上的成型钢带1901的一端，在钢带成型机19上设置有温度控制系统1902，可以实现成型钢带1901的温度控制，通过钢带成型机19上的温度控制系统1902对成型钢带1901进行温度控制，将球状液滴的TGIC冷却结晶。从而实现了造粒，在成型钢带1901的另一端，也就是尾部设置有刮板24，刮板24与成型钢带1901相抵触，用于将成型钢带1901上成型的TGIC结晶粒挂落下来，并收集。

温度控制系统1902可以采用电加热控温、水浴控温、油浴控温、气相控制等，本实施例中，温度控制系统1902是通过水浴控温的方式对成型钢带1901的背面进行温度控制的。

本实施例中，双螺杆挤出机、计量喂料系统20、熔体泵16及布料机头18的电机均采用防爆电机，可以提高生产过程的安全性。

本实施例的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置的工作过程如下：

将合成后经醇类结晶后得到的TGIC湿粉通过计量喂料系统20从主喂料口9加入双螺杆挤出机的机筒2中， TGIC湿粉在双螺杆挤出机的喂料熔融区4实现熔融， 并在双螺杆3的作用下向出料口10方向流动，在此过程中，通过真空泵系统13控制第一排气区5上第一真空口51，第二排气区6上的第二真空口61，第三排气区7上的第三真空口71的真空度，进行真空脱挥，将TGIC熔体中的环氧氯丙烷、醇类等杂质脱除。

通过第一侧喂料口14计量加入TGIC湿粉，进一步地提高产量，减少集中喂料造成的熔融塑化不均匀问题。通过第二侧喂料口15加入已经脱除环氧氯丙烷和醇类的TGIC干粉，作为其结晶成型的晶种，能够加速TGIC结晶冷却时间，最后通过出料口10将混合有TGIC干粉的熔体经熔体泵16送入布料机头18中，TGIC熔体经布料机头18均匀成型为球状液体，滴落在钢带成型机19的成型钢带1901上；成型钢带1901以一定的速度运动，通过钢带成型机19温度控制系统1902，控制钢带成型机19与TGIC接触的部分温度。经钢带成型的TGIC颗粒通过成型钢带1901尾部刮板24收集后，得到TGIC颗粒。

实施例2：

参照图4，本实施例其余都与实施例1相同，不同的是，本实施例中，在双螺杆挤出机机筒2上还设置有一个注气口12，该注气口12设置在第二排气区6和第三排气区7之间，从注气口12中注入低沸点惰性化合物，例如水、氮气、二氧化碳等，再通过第三真空口71再挥发，对物料中要脱除的小分子成分有携带作用，从而能够提高脱挥的效果。

实施例3：

参照图5，本实施例其余都与实施例2相同，不同的是，本实施例中，双螺杆挤出机的螺杆3的长径比为36-52D,双螺杆挤出机机筒2上的出料口10通过熔体泵16连接到一个二阶挤出机17，熔体泵16的入口与双螺杆挤出机出料口10相连接，熔体泵16的出口与二阶挤出机17的入口相连接。

二阶挤出机17可以是单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，本实施例中二阶挤出机17采用同向旋转双螺杆挤出机。此外在本实施例中，第二侧喂料口15不开设在第三排气区7出料口10之间，第二侧喂料口15设置在二阶挤出机17的机筒上，第二侧喂料口15与侧喂料系统21相连接；二阶挤出机17的出口通过第二熔体泵22与布料机头18相连接。

实施例4：

参照图6，本实施例其余都与实施例3相同，不同的是，本实施例中，设置在双螺杆挤出机机筒2内的一对螺杆3只有在第一排气区5的入口处和出口处、第二排气区6的入口处和出口处、第三排气区7的入口处和出口处各设有一段啮合的部分，其余的部分为不啮合的结构。

并且为了便于螺杆3的加工，本实施例中，螺杆3包括传动杆31以及套设在所述的传动杆31上的螺套，螺套包括设置在第一排气区5的入口处和出口处、第二排气区6的入口处和出口处、第三排气区7的入口处和出口处的反向螺纹螺套32，以及其余部分的正向螺纹螺套33。

Claims (9)

1.一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：包括双螺杆挤出机、熔体泵、布料机头（18）以及钢带成型机（19），在双螺杆挤出机机筒（2）的一端设置有主喂料口（9），另一端设置有出料口（10），在双螺杆挤出机机筒（2）上至少开设三个排气区，在每个排气区上都设置有一个真空口，所述的真空口通过管道与真空泵系统（13）相连接，在最后一个真空口与出料口（10）之间的双螺杆挤出机机筒（2）上还设置有一个侧喂料口；双螺杆挤出机的出料口（10）与所述布料机头（18）之间设置熔体泵，所述的布料机头（18）的出口下游布置有钢带成型机（19）。

2.根据权利要求1所述的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：所述的双螺杆挤出机螺杆（3）的长径比为48-72D。

3.根据权利要求2所述的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：在所述的双螺杆挤出机机筒（2）上还设置有一个侧喂料口，所述的侧喂料口设置在任意两个真空脱气区之间。

4.根据权利要求1所述的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：在双螺杆挤出机机筒（2）上还设置有一个注气口（12），所述的注气口（12）设置在第二真空口（61）以及第三真空口（71）之间。

5.根据权利要求1所述的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：所述的钢带成型机（19）包括成型钢带（1901）以及用于控制成型钢带（1901）表面的温度控制系统（1902），在成型钢带（1901）的出料端设置有刮板（24），所述的刮板（24）与成型钢带（1901）的表面相抵触。

6.根据权利要求1所述的高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：每个排气区的长度均为4-6D。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：所述的螺杆（3）在每个排气区的入口以及出口处各设置有反向螺纹段。

8.一种TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：包括双螺杆挤出机、熔体泵、布料机头（18）以及钢带成型机（19），在双螺杆挤出机机筒（2）的一端设置有主喂料口（9），另一端设置有出料口（10），在双螺杆挤出机机筒（2）上至少开设三个排气区，在每个排气区上都设置有一个真空口，所述的真空口通过管道与真空泵系统（13）相连接，在双螺杆挤出机的出料口（10）与二阶挤出机（17）连接，在二阶挤出机（17）的机筒上设置有侧喂料口，所述的二阶挤出机（17）的出料口通过熔体泵与布料机头（18）相连接；所述的布料机头（18）的出口下游布置有钢带成型机（19）。

9.根据权利要求8所述的TGIC高效脱挥及熔融挤出造粒一体化装置，其特征在于：所述的双螺杆挤出机螺杆（3）的长径比为32-56D。

Images