CN115245803A - 用于聚酯终缩聚的卧式单轴搅拌设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卧式单轴搅拌设备。包括置于搅拌槽内的一个搅拌轴和多个搅拌桨，搅拌桨固定连接于搅拌轴，其特征在于：沿着搅拌轴轴向依次划分为三个区域，分别为第一区域、第二区域和第三区域，流体流动的方向依次为第一区域、第二区域和第三区域；第一区域的搅拌桨为开窗圆盘，第二区域和第三区域的搅拌桨均由一个开窗圆盘和多个山字型的捏合元件组成，第三区域所在的搅拌槽的内壁面在沿着轴向和周向的方向上固定设有山字型的静态捏合元件。本发明的搅拌设备具备更优异的成膜性能和表面更新性能，适用于聚酯的终缩聚过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种搅拌设备，尤其涉及一种用于聚酯终缩聚的卧式单轴搅拌设备。
背景技术
对于聚酯、聚酰胺等缩聚反应体系而言，小分子挥发性单体从较低分子量的预聚物中蒸发，进而促进缩聚反应体系的平衡向着正方向移动，低分子量的预聚物得以进一步聚合形成高分子量和高性能的聚合物。这些产品的生产过程通常可以分为预缩聚和终缩聚，其中预缩聚体系的黏度较低，小分子挥发性单体容易从聚合体系中进行脱除，而终缩聚体系的黏度很高，小分子挥发性单体从聚合体系中进行脱除的难度和时间明显增大，且体系的黏度也随着聚合过程的进行而增加，因而终缩聚反应器具有较高的技术难度。
卧式旋转圆盘反应器和笼式反应器广泛应用于聚酯的终缩聚反应器，其中卧式旋转圆盘反应器可以分为卧式单轴圆盘反应器和卧式双轴圆盘反应器，卧式单轴圆盘反应器中只有一个搅拌轴，卧式单轴圆盘反应器中有两个搅拌轴，笼式反应器具有网笼式的搅拌单元，聚合物熔体借助于自身的重力、黏性力、表面张力等共同作用下在旋转的圆盘和网笼单元上形成流动的液膜，液膜在运动过程中发生形变，同时液膜和釜内的流体中进行混合与表面更新，但随着缩聚反应的进行，聚合物熔体的粘度进一步增大，这些设备的成膜性能和表面更新性能受到极大限制，难以制备更高性能的聚酯等材料。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有优异的成膜性能和表面更新性能，可用于聚酯终缩聚的卧式单轴搅拌设备。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明包括置于搅拌槽内的一个搅拌轴和多个搅拌桨，搅拌桨固定连接于搅拌轴，沿着搅拌轴轴向依次划分为三个区域，按照流体流动的方向依次分为第一区域、第二区域和第三区域；第一区域的搅拌桨为开窗圆盘，第二区域和第三区域的搅拌桨均由一个开窗圆盘和多个山字型的捏合元件组成，第三区域所在的搅拌槽的内壁面在沿着轴向和周向的方向上固定设有山字型的静态捏合元件。
所述的第二区域和第三区域的搅拌桨中，开窗圆盘的外周沿周向间隔固定连接多个山字型的捏合元件，每个捏合元件山字型的顶端沿开窗圆盘径向布置并固定连接到开窗圆盘外侧边缘，每个捏合元件山字型所在表面沿垂直于开窗圆盘所在表面布置。
在第三区域中相邻两个搅拌桨之间的搅拌槽内壁面设有一圈周向布置的多个静态捏合元件，多个静态捏合元件沿同一圆周周向间隔均布，且径向上位于搅拌桨的捏合元件和搅拌轴之间。
所述的开窗圆盘中心开设用于搅拌轴同轴穿设过的通孔，通孔周围的开窗圆盘表面沿圆周间隔开设多个通槽作为窗口。
第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨的开窗圆盘中的窗口形状尺寸不同。
窗口形状为四边形、圆形、椭圆形以及扇形，优选为扇形。
单个开窗圆盘中的窗口数目为2～8个，优选3～6个。
三个区域的搅拌桨的开窗圆盘中的窗口数目可以相同或者不同。
第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨的开窗圆盘中的窗口面积逐渐减小，且逐渐向搅拌轴靠拢设置。
第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨均至少有一个。
所述第一区域内的相邻两个搅拌桨之间的间距均小于第二区域和第三区域内的相邻两个搅拌桨之间的间距。
所述第二区域内的相邻两个搅拌桨之间的间距和第三区域内的相邻两个搅拌桨之间的间距相同或者不同。
所述搅拌设备的第二区域搅拌桨的捏合元件和第三区域搅拌桨的捏合元件形状为山字型，单个搅拌桨中的捏合元件的数目为2～10个，优选3～8个。
所述第二区域搅拌桨的捏合元件和第三区域搅拌桨的山字型捏合元件的尺寸可以相同或者不同。所述第二区域搅拌桨的捏合元件和第三区域搅拌桨的山字型捏合元件的数目可以相同或者不同。
所述第三区域的搅拌槽的壁面沿着周向方向上的静态捏合元件的数目为2～10个，优选2～8个。
所述第三区域搅拌桨的捏合元件和搅拌槽的内壁沿着同一周向方向上的静态捏合元件数目可以相同或者不同。
本发明的有益效果在于：
本发明通过三个区域的搅拌桨和捏合元件，使得搅拌桨中开窗的圆盘和捏合元件以及静态捏合元件上均可以形成液膜，搅拌桨的捏合元件与搅拌槽壁面上的捏合元件之间存在周期性的捏合作用，可以减小液膜厚度和强化液膜的表面更新作用。
相比于传统的圆盘反应器和笼式反应器，本发明的搅拌设备具备更优异的成膜性能和表面更新性能，适用于聚酯的终缩聚过程。
附图说明
图1为本发明一种用于聚酯终缩聚的卧式单轴拌设备的主视图；
图2表示卧式单轴搅拌设备的左视图；
图3表示卧式单轴搅拌设备的俯视图；
图4表示卧式单轴搅拌设备的第一区域搅拌桨的开窗圆盘。
图5表示卧式单轴搅拌设备的第二区域搅拌桨的开窗圆盘。
图6表示卧式单轴搅拌设备的第三区域搅拌桨的开窗圆盘。
图中，1为搅拌槽，2为搅拌轴，3、4.2和5.2为开窗圆盘，4.1和5.1为山字型的捏合元件，6为山字形的静态捏合元件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1-图3所示，设备包括置于搅拌槽内的一个搅拌轴2和多个搅拌桨，搅拌桨固定连接于搅拌轴2，其特征在于：沿着搅拌轴2轴向依次划分为三个区域，分别为第一区域、第二区域和第三区域，流体流动的方向依次为第一区域、第二区域和第三区域；第一区域的搅拌桨3为开窗圆盘，第二区域和第三区域的搅拌桨3均由一个开窗圆盘4.2/5.2和多个山字型的捏合元件4.1/5.1组成，第三区域所在的搅拌槽的内壁面在沿着轴向和周向的方向上固定设有山字型的静态捏合元件6。
第二区域和第三区域的搅拌桨3中，开窗圆盘4.2/5.2的外周沿周向间隔固定连接多个山字型的捏合元件4.1/5.1，每个捏合元件4.1/5.1山字型的顶端沿开窗圆盘4.2/5.2径向布置并固定连接到开窗圆盘4.2/5.2外侧边缘，每个捏合元件4.1/5.1山字型所在表面沿垂直于开窗圆盘4.2/5.2所在表面布置，且搅拌轴2中心轴线经过捏合元件4.1/5.1山字型所在表面。
在第三区域中相邻两个搅拌桨3之间以及第三区域最后一个搅拌桨3和第二区域的第一个搅拌桨3之间的搅拌槽内壁面设有一圈周向布置的多个静态捏合元件6，多个静态捏合元件6沿同一圆周周向间隔均布，且径向上位于搅拌桨3的捏合元件4.1/5.1和搅拌轴2之间。
静态捏合元件6山字型的两侧分支分别位于两侧的搅拌桨3中捏合元件4.1/5.1山字型的一个分支和开窗圆盘之间，且之间保持小间隙。
开窗圆盘中心开设用于搅拌轴2同轴穿设过的通孔，如图4-图6所示，通孔周围的开窗圆盘表面沿圆周间隔开设多个通槽作为窗口。
第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨3的开窗圆盘中的窗口形状尺寸不同。如图4-图6所示，第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨3的开窗圆盘中的窗口面积逐渐减小，且逐渐向搅拌轴2靠拢设置。
第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨3均至少有一个，具体实施中每个区域设置多个搅拌桨3。
第一区域内的相邻两个搅拌桨3之间的间距均小于第二区域和第三区域内的相邻两个搅拌桨3之间的间距。第二区域内的相邻两个搅拌桨3之间的间距和第三区域内的相邻两个搅拌桨3之间的间距相同或者不同。
具体实施中，第二区域的搅拌桨由一个开窗圆盘4.2和多个山字型的捏合元件4.1组成，第三区域的搅拌桨由一个开窗圆盘5.2和多个山字型的捏合元件5.1组成。开窗圆盘4.2的窗口面积小于开窗圆盘5.2的窗口面积，且圆周排布更靠近中心。
流体经搅拌槽的一端流入，搅拌轴2受外力驱动不断旋转带动三个区域的搅拌桨同步转动，进而对流体进行搅拌运动，依次经第一区域、第二区域和第三区域的顺序搅拌后，从搅拌槽的另一端被搅拌处理后流出。
实施例：
反应器的结构和原理如上所述，部分反应器结构参数如下：搅拌槽的直径为140mm，搅拌桨的直径为130mm，第一区域搅拌桨之间的间距为40mm，第二区域搅拌桨之间的间距为60mm，第三区域搅拌桨之间的间距为60mm，第三区域搅拌槽的壁面沿着周向上均布两个山字型的静态捏合元件，第三区域搅拌槽的壁面沿着轴向上均布山字型的静态捏合元件，轴向方向上相邻两个山字型的静态捏合元件之间的间距为60mm。
Claims (10)
1.一种卧式单轴搅拌设备，包括置于搅拌槽内的一个搅拌轴(2)和多个搅拌桨，搅拌桨固定连接于搅拌轴(2)，其特征在于：沿着搅拌轴(2)轴向依次划分为三个区域，按照流体流动的方向依次分为第一区域、第二区域和第三区域；第一区域的搅拌桨(3)为开窗圆盘，第二区域和第三区域的搅拌桨(3)均由一个开窗圆盘(4.2/5.2)和多个山字型的捏合元件(4.1/5.1)组成，第三区域所在的搅拌槽的内壁面在沿着轴向和周向的方向上固定设有山字型的静态捏合元件(6)。
2.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：所述的第二区域和第三区域的搅拌桨(3)中，开窗圆盘(4.2/5.2)的外周沿周向间隔固定连接多个山字型的捏合元件(4.1/5.1)，每个捏合元件(4.1/5.1)山字型的顶端沿开窗圆盘(4.2/5.2)径向布置并固定连接到开窗圆盘(4.2/5.2)外侧边缘，每个捏合元件(4.1/5.1)山字型所在表面沿垂直于开窗圆盘(4.2/5.2)所在表面布置。
3.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：在第三区域中相邻两个搅拌桨(3)之间的搅拌槽内壁面设有一圈周向布置的多个静态捏合元件(6)，多个静态捏合元件(6)沿同一圆周周向间隔均布，且径向上位于搅拌桨(3)的捏合元件(4.1/5.1)和搅拌轴(2)之间。
4.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：所述的开窗圆盘中心开设用于搅拌轴(2)同轴穿设过的通孔，通孔周围的开窗圆盘表面沿圆周间隔开设多个通槽作为窗口。
5.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨(3)的开窗圆盘中的窗口形状尺寸不同。
6.根据权利要求1或5所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨(3)的开窗圆盘中的窗口面积逐渐减小，且逐渐向搅拌轴(2)靠拢设置。
7.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：第一区域、第二区域和第三区域的搅拌桨(3)均至少有一个。
8.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：所述第一区域内的相邻两个搅拌桨(3)之间的间距均小于第二区域和第三区域内的相邻两个搅拌桨(3)之间的间距。
9.根据权利要求1所述的一种卧式单轴搅拌设备，其特征在于：所述第二区域内的相邻两个搅拌桨(3)之间的间距和第三区域内的相邻两个搅拌桨(3)之间的间距相同或者不同。
10.权利要求1-9任一所述的一种卧式单轴搅拌设备的应用，其特征在于：在聚酯终缩聚中的应用。
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