CN115007093A - 一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统 - Google Patents

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Abstract

一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，属于搅拌系统技术领域。所述氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统包括聚合釜以及设置于所述聚合釜的组合搅拌器，组合搅拌器包括内桨组件和外桨组件，内桨组件包括搅拌轴一、与搅拌轴一底端相连的变桨机构以及与搅拌轴一顶端相连的驱动电机一，变桨机构连接透平桨，外桨组件包括搅拌轴二、与搅拌轴二顶端相连的框式中空管传热外桨以及与搅拌轴二底端相连的驱动电机二，框式中空管传热外桨内设置有工质流道。所述氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统结构简单，分散能力高、悬浮能力强、传热效果好。

Description

一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统
技术领域
本发明涉及搅拌系统技术领域，特别涉及一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统。
背景技术
氯乙烯采用的聚合方法有：间歇悬浮聚合、连续本体聚合、连续乳液聚合、连续溶液聚合。其中，间歇悬浮法聚合工艺相比其它聚合工艺，在生产工艺过程控制、产品品质控制、制造成本控制、投资建设费用等多方面，均具备明显的优势。所以，氯乙烯间歇悬浮聚合工艺占聚氯乙烯树脂生产总量的80％。聚氯乙烯为均相自由基聚合反应，整个过程经历链引发、链增长、链终止、链转移四个过程，氯乙烯聚合反应为放热反应，需要不断的由冷却水带走反应热；由于聚氯乙烯树脂在氯乙烯液态单体中微溶，而氯乙烯液态单体溶于聚氯乙烯树脂当中，使得聚氯乙烯树脂呈现溶胀状态，随着氯乙烯液态单体转化为聚氯乙烯树脂，整个反应体系由氯乙烯富相转变为聚氯乙烯富相；氯乙烯间歇悬浮聚合体系的粘度呈现逐渐增加达到最大值，而后又逐渐减小至反应终止；为了很好的移除氯乙烯间歇悬浮聚合的反应热同时保证聚氯乙烯树脂颗粒的悬浮；对搅拌系统的要求是在满足换热的前提下，同时满足氯乙烯的分散、聚氯乙烯树脂颗粒的悬浮，氯乙烯间歇悬浮聚合釜搅拌是聚合装置的核心；聚合釜搅拌直接影响到釜内流场剪切力及釜内循环传热效果，釜内流场剪切力主要保证氯乙烯单体很好的悬浮分散，并控制液滴间聚并，对于聚氯乙烯树脂颗粒的形成将起到决定性作用，作为控制最终产品质量的关键。
目前，用于氯乙烯间歇悬浮聚合釜的搅拌系统包括聚合釜，置于聚合釜中心的旋转搅拌轴，以及与搅拌轴固定连接的搅拌桨，搅拌桨一般为单一的斜叶式透平搅拌桨、三叶后掠式搅拌桨等；这类搅拌系统其缺点是分散能力不高，悬浮能力不强，传热效果不佳；直接影响到釜内流场剪切力及釜内循环传热效果，最终导致产品质量不高。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种结构简单且分散能力高、悬浮能力强、传热效果好的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，包括聚合釜以及设置于所述聚合釜的组合搅拌器，所述组合搅拌器包括内桨组件和外桨组件；
所述内桨组件包括搅拌轴一、与搅拌轴一底端相连的变桨机构以及与搅拌轴一顶端相连的驱动电机一，所述变桨机构连接透平桨，用于驱动透平桨的桨叶变换角度；
所述外桨组件包括搅拌轴二、与搅拌轴二顶端相连的框式中空管传热外桨以及与搅拌轴二底端相连的驱动电机二，所述框式中空管传热外桨内设置有工质流道。
进一步的，所述搅拌轴一内部设置有液压油通道，用于为变桨机构内的液压缸提供液压油，所述液压油通道设置有进油口和出油口。
进一步的，所述搅拌轴二内部设置有与工质流道连通的工质通道，所述工质通道设置有入口和出口。
进一步的，所述搅拌轴一位于进油口和出油口的位置设置有旋转连接器一，所述搅拌轴二位于入口和出口的位置设置有旋转连接器二。
进一步的，所述透平桨包括若干个桨叶，所述桨叶与透平桨所在平面的夹角为90°～135°。
进一步的，所述框式中空管传热外桨采用中空结构的锚式桨叶。
进一步的，所述搅拌轴一伸入聚合釜处设置有轴封一，所述搅拌轴二伸入聚合釜处设置有轴封二。
进一步的，所述驱动电机一和驱动电机二均采用永磁直驱电机，所述驱动电机一驱动搅拌轴一顺时针旋转，所述驱动电机二驱动搅拌轴二逆时针旋转。
进一步的，所述聚合釜设置有换热夹套，换热夹套设置有工质入口和工质出口。
进一步的，所述氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统还包括控制系统，所述控制系统包括单片机以及设置于聚合釜内的温度传感器和在线粘度计，所述温度传感器采集釜内物料温度，所述在线粘度计采集釜内物料粘度，均发送给单片机；所述单片机通过转速测控仪与驱动电机一和驱动电机二相连，用于控制驱动电机一和驱动电机二的转速，所述单片机还与变桨机构内的液压油泵相连，用于控制液压油泵工作，进而控制液压缸工作，驱动透平桨的桨叶变换角度。
本发明的有益效果：
1)本发明采用组合搅拌器，无釜内立管传热、无死角、不易结垢，提高了传热面积，框式中空管传热外桨的动态传热效率高、传热效果好，节能；
2)本发明采用变桨机构和桨叶配合，通过变桨机构改变桨叶的倾角，实际使用时可根据釜内的物料粘度改变倾角，调整搅拌装置剪切分散和颗粒悬浮能力，提高了搅拌效果；
3)本发明采用永磁直驱电机驱动搅拌装置，无需减速机，无级变速，结构简单，节能效果好；
4)本发明的搅拌装置用于石油化工、生化制药等领域，为适于气-液分散、液-液分散、液-固悬浮型搅拌器。
本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统的结构示意图；
图2是图1中C处的局部放大图；
图3是图1中D处的局部放大图；
图4是图1的A-A剖视图；
图5是图1的B-B剖视图。
说明书附图中的附图标记包括：
1、聚合釜，2、搅拌轴一，3、变桨机构，4、桨叶，5、轴封一，6、驱动电机一，7、旋转连接器一，8、液压油通道，9、搅拌轴二，10、框式中空管传热外桨，11、轴封二，12、旋转连接器二，13、工质通道，14、驱动电机二，15、换热夹套，16、转速测控仪，17、连接管。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，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，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图5所示，本发明提供了一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，包括聚合釜1以及设置于聚合釜1的组合搅拌器，组合搅拌器包括内桨组件和外桨组件；
内桨组件包括搅拌轴一2、与搅拌轴一2底端相连的变桨机构3以及与搅拌轴一2顶端相连的驱动电机一6，变桨机构3连接透平桨；
外桨组件包括搅拌轴二9、与搅拌轴二9顶端相连的框式中空管传热外桨10以及与搅拌轴二9底端相连的驱动电机二14，框式中空管传热外桨10内设置有工质流道。
搅拌轴一2内部设置有液压油通道8，用于为变桨机构3内的液压缸提供液压油，液压油通道8设置有进油口和出油口。具体的，搅拌轴一2内部两侧均开设有液压油通道8，进油口和出油口通过换向阀与油泵连接，油泵将油箱里的液压油通过进油口送入搅拌轴一2内部一侧的液压油通道8，再进入变桨机构3的液压缸，液压缸工作使桨叶4旋转，液压缸排出的液压油从搅拌轴一2内部另一侧的液压油通道8和出油口流出，回到油箱，实现循环使用。
搅拌轴二9内部设置有与工质流道连通的工质通道13，工质通道13设置有入口和出口，工质从入口进入、经搅拌轴二9内部一侧的工质通道13进入框式中空管传热外桨10设置有工质流道、再经搅拌轴二9内部另一侧的工质通道13、从出口流出，工质为水蒸汽或者冷却水，实现对聚合釜1内物料的加热或者降温。
搅拌轴一2位于进油口和出油口的位置设置有旋转连接器一7，以实现搅拌装置工作及液压油流进流出过程中的动密封；搅拌轴二9位于入口和出口的位置设置有旋转连接器二12，以实现搅拌装置工作及工质流进流出过程中的动密封。
透平桨包括若干个桨叶4，桨叶4与透平桨所在平面的夹角为90°～135°，本实施例中，桨叶4设置有三个。
本实施例中，搅拌轴一2具体为置于聚合釜1中心旋转的下伸式内桨搅拌轴，变桨机构3与搅拌轴一2固定连接，变桨机构3可采用现有技术的液压变桨机构，变桨机构3还与透平桨连接，透平桨由三个桨叶4组成，透平桨所在平面与搅拌轴一2垂直，通过变桨机构3改变桨叶4的角度，使三个桨叶4组成可变斜叶透平桨，具体的，准备状态时，每个桨叶4与透平桨所在平面垂直放置(90°)，根据聚合釜1内物料的粘度情况，需要转动角度时，变桨机构3内的液压缸驱动每个桨叶4旋转，使每个桨叶4与透平桨所在平面的夹角由90°逐渐变为135°，并通过搅拌轴一2顺时针旋转，向上推动物料流动，透平桨的直径与聚合釜1的釜径之比为0.4～0.5，桨叶4的桨宽与透平桨的直径之比为0.15～0.25，保证搅拌效果。搅拌轴二9具体为置于聚合釜1中心旋转的上伸式外桨搅拌轴，搅拌轴二9与框式中空管传热外桨10连接。
框式中空管传热外桨10采用中空结构的锚式桨叶，具体的，框式中空管传热外桨10由中空管焊接构成，框式中空管传热外桨10的直径与釜径之比为0.94～0.96、桨宽与桨径之比为0.045～0.048。
聚合釜1设置有换热夹套15，换热夹套15设置有工质入口和工质出口，通过通入不同工质，实现对聚合釜1内物料的加热或者降温。
搅拌轴一2伸入聚合釜1处设置有轴封一5，搅拌轴二9伸入聚合釜1处设置有轴封二11。
驱动电机一6和驱动电机二14均采用永磁直驱电机，驱动电机一6驱动搅拌轴一2顺时针旋转，驱动电机二14驱动搅拌轴二9逆时针旋转，驱动电机一6和驱动电机二14均与转速测控仪16相连，转速测控仪16用于控制驱动电机一6和驱动电机二14的转速。搅拌轴一2和搅拌轴二9均由永磁直驱电机驱动，透平桨的旋转方向与框式中空管传热外桨10的旋转方向相反，转速不同。
本发明的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统还包括控制系统，控制系统包括单片机(图中未示出)以及设置于聚合釜1内的温度传感器和在线粘度计，温度传感器和在线粘度计的探头通过连接管17设置在聚合釜1内部，温度传感器采集釜1内物料温度，在线粘度计采集釜1内物料粘度，均发送给单片机；单片机通过转速测控仪16与驱动电机一6和驱动电机二14相连，用于控制驱动电机一6和驱动电机二14的转速，单片机还与变桨机构3内的液压油泵相连，用于控制液压油泵工作，进而控制变桨机构3液压缸工作，驱动透平桨的桨叶4变换角度，实现桨叶4与透平桨所在平面的夹角角度调节。
本实施例一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统的工作过程：
(1)向聚合釜1里加入水、氯乙烯、分散剂和引发剂；
(2)驱动电机一6工作驱动透平桨顺时针转动，驱动电机二14驱动框式中空管传热外桨10逆时针转动，将氯乙烯分散在水中；同时，向聚合釜1的换热夹套15以及框式中空管传热外桨10的工质流道内通入水蒸汽，对聚合釜1里的物料加热；
(3)温度传感器和在线粘度计采集聚合釜1内物料的温度和粘度，釜内的温度逐渐增高，比如达到70℃时，聚合釜1的换热夹套15以及框式中空管传热外桨10的工质流道内切换通入冷却水，进行撤热，将温度维持在70℃，使釜内反应平稳；
(4)根据釜内物料的粘度，调整驱动电机一6和驱动电机二14的转速，直到搅拌到设定时间，完成反应，停止搅拌。
具体实施时，氯乙烯间歇悬浮聚合体系的粘度呈现逐渐增加达到最大值，而后又逐渐减小至反应终止；三个桨叶4组成透平桨的转速随着粘度的增加而减小，但桨叶4角度逐渐增大；框式中空管传热外桨10的转速随着粘度的增加而增大。
本发明在实际使用时，可根据需求实现自动控制，利用温度传感器和在线粘度计测量聚合釜1内物料温度、粘度，将釜内物料的温度、粘度发送给单片机，单片机内可设置智能全数字开环同步矢量控制软件(现有技术)，根据釜内物料温度、粘度情况，单片机通过转速测控仪16控制驱动电机一6和驱动电机二14的转速，代替传统的根据釜内物料的温度、粘度最大负荷配置搅拌系统电机转速的方式，实现智能控制、噪音低、无人值守、远程控制、在线监控，节能效果好，有效减少碳排放。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，包括聚合釜以及设置于所述聚合釜的组合搅拌器，所述组合搅拌器包括内桨组件和外桨组件；
所述内桨组件包括搅拌轴一、与搅拌轴一底端相连的变桨机构以及与搅拌轴一顶端相连的驱动电机一，所述变桨机构连接透平桨；
所述外桨组件包括搅拌轴二、与搅拌轴二顶端相连的框式中空管传热外桨以及与搅拌轴二底端相连的驱动电机二，所述框式中空管传热外桨内设置有工质流道。
2.根据权利要求1所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述搅拌轴一内部设置有液压油通道，用于为变桨机构内的液压缸提供液压油，所述液压油通道设置有进油口和出油口。
3.根据权利要求2所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述搅拌轴二内部设置有与工质流道连通的工质通道，所述工质通道设置有入口和出口。
4.根据权利要求3所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述搅拌轴一位于进油口和出油口的位置设置有旋转连接器一，所述搅拌轴二位于入口和出口的位置设置有旋转连接器二。
5.根据权利要求1所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述透平桨包括若干个桨叶，所述桨叶与透平桨所在平面的夹角为90°～135°。
6.根据权利要求1所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述框式中空管传热外桨采用中空结构的锚式桨叶。
7.根据权利要求1所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述搅拌轴一伸入聚合釜处设置有轴封一，所述搅拌轴二伸入聚合釜处设置有轴封二。
8.根据权利要求1所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述驱动电机一和驱动电机二均采用永磁直驱电机，所述驱动电机一驱动搅拌轴一顺时针旋转，所述驱动电机二驱动搅拌轴二逆时针旋转。
9.根据权利要求1所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，所述聚合釜设置有换热夹套，换热夹套设置有工质入口和工质出口。
10.根据权利要求2所述的氯乙烯间歇悬浮聚合釜组合搅拌系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括单片机以及设置于聚合釜内的温度传感器和在线粘度计，所述温度传感器采集釜内物料温度，所述在线粘度计采集釜内物料粘度，均发送给单片机；所述单片机通过转速测控仪与驱动电机一和驱动电机二相连，用于控制驱动电机一和驱动电机二的转速；所述单片机还与变桨机构内的液压油泵相连，用于控制液压油泵工作，进而控制液压缸工作，驱动透平桨的桨叶变换角度。
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