CN114889000A - 一种连续聚合反应挤出成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续聚合反应挤出成套设备，包括依序设置的原料计量喂料系统、预混合均化螺杆输送机、卧式聚合反应机、功能型排料挤出机，该设备是一种高效率、高经济性的反应成套设备，功能型排料挤出机排料挤出送至下游造粒后处理系统。根据配方中的原料、助剂体系进行计量喂料，送至预混合螺杆输送机对各组分原料进行混合均化和熔融，再送入卧式聚合反应机进行聚合反应，聚合收率高，易获得高分子量聚合物，最后对聚合物熔体进行反应挤出或在线改性。解决了常规反应/脱挥设备难以处理高粘度物料或大容积的问题。

Description

一种连续聚合反应挤出成套设备

技术领域

本发明涉及一种挤出成套设备，具体涉及一种连续聚合反应挤出成套设备。

背景技术

在聚合物合成行业中，常见的反应设备为搅拌式反应釜。整个聚合反应过程中，会采用单台或多台反应釜进行聚合反应。搅拌式反应釜存在的主要问题是，聚合物产品分布不均，分子量分布变差，甚至形成局部分子量过高的团块等缺点。对中高粘度物料自清洁效果差、适应物料粘度范围窄等缺点。

发明内容

为解决常规反应、脱挥设备难以处理高粘度物料或大容积技术问题，本发明提供一种连续聚合反应挤出成套设备。

本发明提供如下技术方案：

一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：包括依序设置的原料计量喂料系统、预混合均化螺杆输送机、卧式聚合反应机和功能型排料挤出机，所述功能型排料挤出机排料挤出送至下游造粒后处理系统，原料计量喂料系统根据配方中的原料、助剂体系进行计量喂料，送至预混合螺杆输送机对各组分原料进行混合均化和熔融，再送入卧式聚合反应机进行聚合反应，最后通过功能型排料挤出机对聚合物熔体进行反应挤出或在线改性。

进一步的，所述原料计量喂料系统包括液体原料流量计、粉体原料失重称、液体助剂失重称和粉体助剂失重称，所述液体原料流量计与计量泵均与原料罐连接，所述粉体原料失重称与主补料仓连接，所述粉体助剂失重称与粉体补料仓连接。

进一步的，所述预混合均化螺杆输送机包括机筒、螺杆和传动组件，所述机筒上配置多路进料口，数量与多路原料计量喂料组件配套，所述机筒内设置螺杆，所述螺杆由传动组件带动旋转。

进一步的，两台卧式聚合反应机串联使用，两台卧式聚合反应机的连接处设置计量泵，所述卧式聚合反应机包括传动件、双夹层机筒、转子搅拌组件，所述转子搅拌组件设置在双夹层机筒内，所述传动件带动转子搅拌组件转动。

进一步的，所述转子搅拌组件包括转轴和设置在转轴上的转子，所述转子为积木式结构，所述转子上的钩爪成螺旋角排列，螺旋角范围0-10°

进一步的，所述功能型排料挤出机包括机筒壳、螺杆、多组联排真空排气室，所述机筒壳内设置有螺杆，所述机筒壳上设置多组联排真空排气室，所述机筒壳还配置各路计量喂料管路。

进一步的，多组联排真空排气室并与现场的真空冷凝系统连接。

进一步的，各路计量喂料管路包括液体失重称和粉料助剂失重称，粉料助剂失重称与粉料助剂补料仓连接。

进一步的，下阶功能型排料挤出机与上游卧式聚合反应机采用T字型水平直连方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的连续化的聚合反应成套设备，主要包括原料计量喂料系统、预混合螺杆输送机、卧式聚合反应机、功能型排料挤出机几大部分，是一种高效率、高经济性的反应成套设备，根据配方中的原料、助剂体系进行计量喂料，送至预混合螺杆输送机对各组分原料进行混合均化和熔融，再送入卧式聚合反应机进行聚合反应，聚合收率高，易获得高分子量聚合物，最后对聚合物熔体进行反应挤出或在线改性。解决了常规反应/脱挥设备难以处理高粘度物料或大容积的问题。

附图说明

图1为本发明的流程简图。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明原料计量喂料系统的结构示意图。

图4为本发明预混合均化螺杆输送机的结构示意图。

图5为本发明卧式聚合反应机的结构示意图。

图6为本发明功能型排料挤出机的结构示意图。

图中：1、原料计量喂料系统；2、预混合均化螺杆输送机；3、卧式聚合反应机；4、功能型排料挤出机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。

图1和图2所示，本发明的一种连续聚合反应挤出成套设备，包括依序设置的原料计量喂料系统1、预混合均化螺杆输送机2、卧式聚合反应机3、功能型排料挤出机4，该设备是一种高效率、高经济性的反应成套设备，功能型排料挤出机4排料挤出送至下游造粒后处理系统5。

原料计量喂料系统：

根据聚合工艺不同，由多路高精度连续计量喂料组件构成，主要分为液体原料计量喂料组件、粉体原料计量喂料组件、液体助剂计量喂料组件、粉体助剂计量喂料组件四大类型，根据配方中的原料、助剂体系可以选择一种或多种喂料组件，每种喂料组件数量也可一件或多件成套使用。

各计量喂料组件根据材料状态和流量，如液相、粉体、颗粒等，选择符合聚合物材料工艺要求的设备类型和结构设计。

（1）配置液体原料计量喂料组件，根据不同液相材料粘度配置失重式或体积式计量喂料器，并配置保温保压和密封防漏以及防爆装置。

（2）配置粉体原料计量喂料组件，根据不同粉体原料的堆积密度配置失重式计量喂料器，并配置保温保压和密封防漏以及防爆装置。

（3）配置液体助剂计量喂料组件，采用失重式连续计量方式，实现微量比例的高精度计量喂料。并配置保压保温和密封防漏以及防爆装置。

（4）配置粉体失重连续计量喂料器，采用失重式连续计量方式，实现微量比例的高精度计量喂料。并配置保压保温和密封防漏以及防爆装置。

图3所示，原料计量喂料系统1包括液体原料流量计112、粉体原料失重称122、液体助剂失重称131和粉体助剂失重称142，液体原料流量计112与计量泵111均与原料罐113连接，粉体原料失重称122与主补料仓121连接，粉体助剂失重称142与粉体补料仓141连接。根据材料状态和流量，如液相、粉体、颗粒等，选择各计量喂料组件，保障各组份原料、助剂比例的准确性，精度0.3%以内。

以上各路计量喂料组件通过管道将料通向预混合均化螺杆输送机2。

预混合均化螺杆输送机：

预混合均化螺杆输送机2对各组分原料进行混合和输送至卧式聚合反应机3内，可以高效的实现稳定输送、混合均化和熔融功能。图4所示，根据聚合物组份工艺要求，预混合均化螺杆输送机2包括机筒22、螺杆23和传动组件21，机筒22上配置多路进料口24，数量与多路原料计量喂料组件配套，输送机的机筒22内设置螺杆23，螺杆23由传动组件21带动旋转。螺杆23和机筒22长径比L/D=12:1~40:1，螺杆规格φ=36-400mm，螺杆转速10-1000rpm。

传动组件21由主电机、联轴器、传动箱、润滑装置组成，主电机通过联轴器与传动箱输入轴连接，传动箱输出轴与转子芯轴尾端连接。主电机根据工艺和功率需求选择常规型号、防爆型号、高压电机等。

机筒22由3~10节筒体串联组成，两端分别为进料端和出料端。进料端设有进料口，数量与计量喂料组件匹配。

预混合均化螺杆输送机具备以下优点：

（1）适用性广泛，从低粘物料（＜10mPa.s）至高粘度的聚合物熔体（＞1000万mPa.s）均可适应。根据物料特性和工艺条件，可选择不同的螺杆结构形式。如啮合型双螺杆或三螺杆结构、同向或异向旋转、机筒长径比等功能。

（2）具备优良的自清洁和强制输送能力，避免轴向出现大范围的返混，并且是一种连续化的设备。

（3）混合均化能力出色。螺杆由多种元件积木式串联组成，对物料的混合和界面更新效果更好，提升混合速率。螺杆采用啮合型积木组合式原理设计，具有功能各异的常规型与特殊型螺杆元件，经合理设计组合，可满足多种复杂工艺过程需要。

（4）具备快速熔融功能，机筒配备加热/冷却系统。每节机筒内部设有热媒流道，可以同冷却水用于冷却机筒温度，同时外部包裹防爆电加热器用于加热筒体；也可直接将机筒内部流道与导热油温控系统连接，实现对机筒的加热/冷却。

卧式聚合反应机：

按转轴数量分类，包含单轴卧式聚合反应机、双轴卧式聚合反应机、三轴卧式聚合反应机。根据聚合物工艺要求，可以2~3台串联使用，多台连接处由排料机连接，排料机分为低粘度计量泵和中高粘度螺杆挤出机，排料机具备保压保温和密封防漏以及防爆装置。并配置在线取样装置。

图5所示，两台卧式聚合反应机串联使用，两台卧式聚合反应机3的连接处设置计量泵34，卧式聚合反应机3包括传动件31、双夹层机筒32、转子搅拌组件33，转子搅拌组件33设置在双夹层机筒32内，传动件31带动转子搅拌组件33转动。

转子搅拌组件33包括转轴331和设置在转轴331上的转子332，转子332为积木式结构，转子上的钩爪成螺旋角排列，螺旋角范围0-10°，可根据物料特性和工艺要求进行快速更换和调整。

单轴卧式聚合反应机的转子搅拌组件以转轴为基础，转轴上分别设有若干转片，转片圆周方向上设有若干组转子钩爪，转片上的转子钩爪与对应定子钩爪相互交错啮合，通过转轴的旋转，实现定子钩爪与转轴、定子钩爪与转片、定子钩爪与转子钩爪之间的自清洁和混合分散功能。

双轴/三轴卧式聚合反应机的转子为“E型转子”的设计结构。该特殊的结构的转子由两组平行布置的转轴组成，两转轴同方向差速运转，两转轴上分别设有若干转片，转片圆周方向上设有若干组E型钩爪，相邻转片上的钩爪相互交错啮合。通过转子的啮合型同向旋转，实现钩爪与转轴、钩爪与转片、钩爪与钩爪之间的自清洁和对物料的混合分散功能。

双轴转子为同向、差速旋转型式，双轴速比为速比为4:5，输出转速5~100rpm。

三轴转子为同向、差速旋转型式，三轴速比为速比为4:5:4，输出转速5~100rpm。

转子和双夹层机筒长径比L/D=3~10。

机筒为双夹层结构，由2~5节筒体串联组成，机筒两端设有进料口和出料口，其中出料口与功能型排料挤出机进料口直连。同时转子芯轴也设有流道，内部可通热媒（蒸汽、热水、导热油）进行加热/冷却。

卧式聚合反应机3是一种连续化的反应设备，生产效率高，产品性能稳定。在聚合反应过程中，温度梯度小、停留时间分布小、分子量分布窄，聚合收率高，易获得高分子量聚合物。尤其适用于聚合反应过程中的中高粘度物料体系。其具备如下优点：

（1）具备良好的自洁性。可降低物料长时间停留造成的分解和聚合度不均匀问题。

（2）具备高容积比。具备更高的工作容积和气相空间，在聚合反应或高溶剂脱挥生产时，单套设备具备更高的挤出量和生产效率。

（3）具备大面积传热。有效的保障聚合反应传热传值及增加残留单体、溶剂等挥发份的脱除效率。

（4）具备较高的扭矩比。以完成各种高粘度的聚合反应增粘及脱挥增粘的生产。

（5）具备出色的混合及界面更新，有利于反应速率的提升，或溶剂、单体等挥发分从高粘聚合物中脱出，增加脱挥、干燥的效果。

（6）具备停留时间长。物料在反应机内以“平推流”形式边反应边向出料端输送，可以满足长反应时间的工艺要求。

（7）可将2~3台卧式聚合反应机串联使用，以增加反应时间或是适应不同反应阶段对应的反应条件（如温度、压力等）。

功能型排料挤出机：

功能型排料挤出机4包括机筒壳42、螺杆43、多组联排真空排气室44，机筒壳42内设置有螺杆43，机筒壳42上设置多组联排真空排气室44，机筒壳42还配置各路计量喂料管路。

真空排气室组件数量为1~5组，排气室出口法兰与买方真空冷凝系统衔接。排气口处可配备多种开口模块，防止不同状态的物料发生冒料情况，排气室上盖带双视窗便于观察。每个排气室配备1组管道和阀门，单独控制排气室管道的开合。

机筒壳42由3~15节筒体串联组成，两端分别为进料端和出料端。进料端与上游卧式聚合反应机连接，出料端与下游造粒成型设备连接。

反应完成的聚合物熔体一般含有少量的残留单体、副产物、低聚物等挥发份，可在机筒壳上配置多组联排真空排气室44并与现场的真空冷凝系统45连接，配合螺杆出色的界面更新和混合功能，完成对熔融内部残留挥发份的深度脱挥，进行脱除。

各路计量喂料管路包括液体失重称46和粉料助剂失重称472，粉料助剂失重称472与粉料助剂补料仓471连接。用于添加终止剂/抗氧剂/功能改性剂/无机填料等助剂，对聚合物熔体进行反应挤出或在线改性。

下阶功能型排料挤出机4与上游卧式聚合反应机3采用T字型水平直连方式，挤出机进料筒体与反应机出料筒体为整体式结构。功能型排料挤出机4的进料端与卧式聚合反应机的出料端采用直连设计，无过渡死区，防止死区存料导致降解、积聚等问题，有效保障连续化生产工艺。

具备以下优点：

（1）根据物料特性可以选择多种螺杆结构和种类，如三螺杆、平行双螺杆、锥形双螺杆、同向或异向旋转方式。螺杆和机筒长径比L/D=12~52，螺杆规格φ=36-400mm，螺杆转速10-1000rpm。

（2）排料挤出机为啮合形式，具备出色的自清洁和正向强制输送功能。

（3）螺杆采用啮合型积木组合式原理设计，具有功能各异的常规型与特殊型螺杆元件，经合理设计组合，可满足多种复杂工艺过程需要。

功能型排料挤出机4完成物料挤出后进入下游造粒成型系统，进行后处理。

实施例1：单阶卧式反应机用于连续聚合反应

工艺流程的顺序、工艺环节和对应设备：

各组分原料、助剂分别采用各自独立的计量喂料组件喂入下游预混合均化螺杆输送机的进料口。预混合均化螺杆输送机将各组份原料、助剂在输送的同时进行混合均化，然后输送至下游卧式聚合反应机进料口。

卧式聚合反应机用于连续聚合工艺，作为一种连续化的聚合反应机，对预混合后的单体原料、催化剂、引发剂进行聚合反应，直至达到工艺要求的转化率和分子量。完成聚合反应的聚合物熔体通过排料螺杆输送至下游功能型排料挤出机进料口内。

下阶功能型排料挤出机用于排料挤出，同时可根据工艺需求配备助剂计量喂料组件、真空排气组件等。在输送的同时在线完成反应、脱挥或混炼改性工序。然后进入下游后处理系统。

实施例2：双阶卧式反应机用于连续聚合反应

工艺流程的顺序、工艺环节和对应设备：

各组分原料、助剂分别采用各自独立的计量喂料组件喂入下游预混合均化螺杆输送机的进料口。预混合均化螺杆输送机将各组份原料、助剂在输送的同时进行混合均化，然后输送至下游卧式聚合反应机进料口。

卧式聚合反应机用于连续聚合工艺，作为一种连续化的聚合反应机，对预混合后的单体原料、催化剂、引发剂进行聚合反应，直至达到工艺要求的转化率和分子量。上阶卧式聚合反应机完成对应的聚合反应环节后，在排料端通过计量泵将未完全反应完成的聚合物熔体输送至下阶卧式聚合反应机进料端，聚合物熔体在下阶卧式聚合反应机内部进一步反应，直至完全完成反应，随后通过排料螺杆输送至下游功能型排料挤出机进料口内。

下阶功能型排料挤出机用于排料挤出，同时可根据工艺需求配备助剂计量喂料组件、真空排气组件等。在输送的同时在线完成反应、脱挥或混炼改性工序。然后进入下游后处理系统。

整个过程连续性高，经济性高。解决了常规反应/脱挥设备难以处理高粘度物料或大容积的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：包括依序设置的原料计量喂料系统（1）、预混合均化螺杆输送机（2）、卧式聚合反应机（3）和功能型排料挤出机（4），所述功能型排料挤出机（4）排料挤出送至下游造粒后处理系统（5），原料计量喂料系统（1）根据配方中的原料、助剂体系进行计量喂料，送至预混合螺杆输送机（2）对各组分原料进行混合均化和熔融，再送入卧式聚合反应机（3）进行聚合反应，最后通过功能型排料挤出机（4）对聚合物熔体进行反应挤出或在线改性。

2.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：所述原料计量喂料系统（1）包括液体原料流量计（112）、粉体原料失重称（122）、液体助剂失重称（131）和粉体助剂失重称（142），所述液体原料流量计（112）与计量泵（111）均与原料罐（113）连接，所述粉体原料失重称（122）与主补料仓（121）连接，所述粉体助剂失重称（142）与粉体补料仓（141）连接。

3.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：所述预混合均化螺杆输送机（2）包括机筒（22）、螺杆（23）和传动组件（21），所述机筒（22）上配置多路进料口（24），数量与多路原料计量喂料组件配套，所述机筒（22）内设置螺杆（23），所述螺杆（23）由传动组件（21）带动旋转。

4.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：两台卧式聚合反应机串联使用，两台卧式聚合反应机（3）的连接处设置计量泵（34），所述卧式聚合反应机（3）包括传动件（31）、双夹层机筒（32）、转子搅拌组件（33），所述转子搅拌组件（33）设置在双夹层机筒（32）内，所述传动件（31）带动转子搅拌组件（33）转动。

5.根据权利要求4所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：所述转子搅拌组件（33）包括转轴（331）和设置在转轴（331）上的转子（332），所述转子（332）为积木式结构，所述转子上的钩爪成螺旋角排列，螺旋角范围0-10°。

6.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：所述功能型排料挤出机（4）包括机筒壳（42）、螺杆（43）、多组联排真空排气室（44），所述机筒壳（42）内设置有螺杆（43），所述机筒壳（42）上设置多组联排真空排气室（44），机筒壳（42）还配置各路计量喂料管路。

7.根据权利要求6所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：多组联排真空排气室（44）并与现场的真空冷凝系统（45）连接。

8.根据权利要求6所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：各路计量喂料管路包括液体失重称（46）和粉料助剂失重称（472），粉料助剂失重称（472）与粉料助剂补料仓（471）连接。

9.根据权利要求6所述的一种连续聚合反应挤出成套设备，其特征在于：下阶功能型排料挤出机（4）与上游卧式聚合反应机（3）采用T字型水平直连方式。

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