CN116139808B - 一种连续聚合反应釜及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚合反应器技术领域，具体涉及一种连续聚合反应釜及工作方法，通过釜体内设有内筒，内筒侧端与釜体之间、内筒底端与釜体之间留有空隙，空隙内设有活动板，内筒侧端排列开设有多个孔洞，内筒底端设有吸水叶轮，搅拌轴转动搅拌的同时，传动吸水叶轮转动，从而通过吸水叶轮产生向下的吸水压力，抵推活动板下移，内筒内的物料部分被抽吸向下，并依次沿内筒底端的空隙、内筒侧端的空隙、孔洞循环流入内筒内，沿孔洞流出形成的水柱冲击内筒内壁附近的物料，避免粘壁，水柱一端被振子单元遮挡形成反射，且振子单元随釜内流场及搅拌的扰动而产生振动，进一步对附近的液体流场产生扰动，最大程度的改善粘壁。

Description

一种连续聚合反应釜及工作方法

技术领域

本发明涉及聚合反应器技术领域，尤其涉及一种连续聚合反应釜及工作方法。

背景技术

聚合反应是把低分子量的单体转化成高分子量的聚合物的过程，聚合分为间歇聚合，即将所有组分一次全部加入聚合反应器内，在规定的条件下完成聚合，生产效率低，产品质量不稳定，但操作容易，较易控制，连续聚合，即在聚合过程中连续添加单体及其配合物，产品质量稳定，装置小，造价低，便于实现生产过程的自动化，聚合通常是在大量的水介质中进行，但存在产物容易粘壁，影响聚合釜传热和生产周期的问题。

对此，现有技术中，例如中国专利文献CN203400710U公开的一种聚合反应釜，包括反应釜本体，反应釜本体内安装有搅拌轴，所述反应釜本体上设有若干凸起，相邻的凸起之间形成凹槽，搅拌轴上安装有与凹槽形状与数量相对应的若干层搅拌叶片。搅拌桨叶与凹槽相嵌合，搅拌时能充分搅动反应釜本体内的聚合物，搅拌桨叶与凹槽之间的切割作用，提高反应效率，然而产物粘壁问题改善有限，而若将搅拌桨叶末端贴壁，虽能直接刮料，但需搅拌桨叶与釜体内壁精密配合，易带来振动噪声过大，且势必给搅拌轴带来较大的转动阻力和载荷，实际使用效率不高，稳定性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种连续聚合反应釜及工作方法，以解决聚合中的物料容易粘壁，影响聚合釜传热和生产周期的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种连续聚合反应釜，包括釜体，釜体上设有搅拌系统，搅拌系统包括设于釜体顶端的传动装置，传动装置底端机械连接有搅拌轴，搅拌轴一端穿设入釜体内，并连接有搅拌叶，搅拌轴带动搅拌叶转动，用于搅拌釜内物料，釜体侧端外周设有夹套，夹套内通入导热介质，用于热传导釜内物料：

釜体内设有内筒，内筒侧端与釜体之间、内筒底端与釜体之间留有空隙，空隙内设有活动板，内筒侧端排列开设有多个孔洞，内筒底端设有吸水叶轮，吸水叶轮与搅拌轴传动连接，搅拌轴转动搅拌的同时，传动吸水叶轮转动，通过吸水叶轮产生向下的吸水压力，用于抵推活动板下移，内筒底端的空隙增大，物料沿内筒底端的空隙、内筒侧端的空隙、孔洞循环流动；

活动板上布设有多个振子单元，振子单元一端沿孔洞穿设入内筒内，且穿入内筒内一端的外径尺寸大于孔洞的内径尺寸，内筒侧端位于最顶端的孔洞上方开设有与空隙相贯通的通料孔。

优选地，振子单元包括连接于活动板内侧端的弹性连接部，弹性连接部一端沿孔洞穿设入内筒内，并连接有振球，初始状态下，搅拌轴停止转动，活动板上移，弹性连接部向上张紧，以使振球紧贴封闭对应的孔洞，搅拌轴转动时，传动吸水叶轮转动，活动板下移，振球穿出孔洞外。

优选地，搅拌叶外侧设有磁吸部，搅拌叶转动经由各孔洞时，通过磁吸部吸引振球靠近。

优选地，搅拌轴内部穿设有加料管，加料管的底端穿入内筒底端的空隙内，通过加料管向下加料时，抵推活动板进一步下移，内筒底端的空隙进一步增大，弹性连接部向下张紧，以使振球紧贴封闭对应的孔洞，加入的物料沿通料孔流入内筒内。

优选地，加料管的底端为扩口设计。

优选地，活动板底端与釜体内底端之间连接有弹性伸缩柱。

优选地，活动板侧端紧贴釜体内侧。

优选地，内筒底端转动连接有内齿环，搅拌轴底端固定连接于内齿环上，内齿环的内圈啮合连接有多个外齿叶轮，用于传动各外齿叶轮转动。

优选地，内筒侧端的空隙顶端设有隔离密封台，活动板顶端活动插接于隔离密封台内。

本发明还提供了一种连续聚合反应釜的工作方法，包括以下步骤：

初始状态下，搅拌轴停止转动，活动板上移，弹性连接部向上张紧，以使振球紧贴封闭对应的孔洞；

搅拌轴转动时，传动吸水叶轮转动，活动板下移，内筒内的部分物料被向下抽吸，并依次沿内筒底端的空隙、内筒侧端的空隙、孔洞循环流入内筒内，沿孔洞流出形成的水柱冲击内筒内壁附近的物料，弹性连接部处于放松状态，振球横向穿出孔洞外，并自由振动；

加料管向下加料时，进料抵推活动板进一步下移，弹性连接部向下张紧，以使振球紧贴封闭对应的孔洞，加入的物料沿内筒侧端的空隙向上流动，直至沿通料孔流入内筒内。

本发明的有益效果：通过釜体内设有内筒，内筒侧端与釜体之间、内筒底端与釜体之间留有空隙，空隙内设有活动板，内筒侧端排列开设有多个孔洞，内筒底端设有吸水叶轮，吸水叶轮与搅拌轴传动连接，搅拌轴转动搅拌的同时，传动吸水叶轮转动，从而通过吸水叶轮产生向下的吸水压力，抵推活动板下移，内筒底端的空隙增大，内筒内的物料部分被抽吸向下，并依次沿内筒底端的空隙、内筒侧端的空隙、孔洞循环流入内筒内，产生了上下循环流动的效果，同时活动板上布设有多个振子单元，振子单元一端沿孔洞穿设入内筒内，从而沿孔洞流出形成的水柱冲击内筒内壁附近的物料，即对附近的液体流场产生扰动，避免粘壁，水柱一端被振子单元遮挡形成反射，冲击粘壁的物料，以及进一步对附近的液体流场产生扰动，避免粘壁，且振子单元随釜内流场及搅拌的扰动而产生振动，进一步对附近的液体流场产生扰动，最大程度的改善粘壁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中搅拌轴转动时的结构示意图；

图2为本发明中加料管向下加料时的结构示意图；

图3为本发明的图2中A处的放大示意图；

图4为本发明中搅拌轴停止转动时的结构示意图；

图5为本发明的图4中B处的放大示意图；

图6为本发明的吸水叶轮的结构示意图；

图7为本发明的镂空转槽的结构示意图；

图8为本发明的传动装置的结构示意图。

图中标记为：

1、釜体；2、搅拌系统；21、搅拌轴；22、搅拌叶；3、传动装置；31、驱动电机；32、主动锥齿轮；33、从动锥齿轮；34、旋转接头；4、夹套；5、内筒；51、空隙；52、孔洞；53、通料孔；6、活动板；7、吸水叶轮；71、内齿环；72、外齿叶轮；8、振子单元；81、弹性连接部；82、振球；9、磁吸部；10、加料管；11、弹性伸缩柱；12、镂空转槽；13、连杆；14、隔离密封台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1、图2、图3所示，一种连续聚合反应釜，包括釜体1，釜体1上设有搅拌系统2，搅拌系统2包括设于釜体1顶端的传动装置3，传动装置3底端机械连接有搅拌轴21，搅拌轴21一端穿设入釜体1内，并连接有搅拌叶22，搅拌轴21带动搅拌叶22转动，用于搅拌釜内物料，釜体1侧端外周设有夹套4，夹套4内通入导热介质，用于热传导釜内物料，釜体1内设有内筒5，内筒5侧端与釜体1之间、内筒5底端与釜体1之间留有空隙51，空隙51内设有活动板6，内筒5侧端排列开设有多个孔洞52，内筒5底端设有吸水叶轮7，吸水叶轮7与搅拌轴21传动连接，搅拌轴21转动搅拌的同时，传动吸水叶轮7转动，通过吸水叶轮7产生向下的吸水压力，用于抵推活动板6下移，内筒5底端的空隙51增大，物料沿内筒5底端的空隙51、内筒5侧端的空隙51、孔洞52循环流动，活动板6上布设有多个振子单元8，振子单元8一端沿孔洞52穿设入内筒5内，且穿入内筒5内一端的外径尺寸大于孔洞52的内径尺寸，内筒5侧端位于最顶端的孔洞52上方开设有与空隙51相贯通的通料孔53。

本发明基于现有的聚合反应釜结构，包括釜体1，釜体1上设有搅拌系统2，搅拌系统2包括设于釜体1顶端的传动装置3，传动装置3底端机械连接有搅拌轴21，用于带动搅拌轴21轴向转动，搅拌轴21一端穿设入釜体1内，并连接有搅拌叶22，搅拌轴21带动搅拌叶22转动，用于搅拌釜内物料，同时釜体1侧端外周设有夹套4，夹套4内通入导热介质，如水蒸气或导热液体，用于热传导釜内物料，提供反应温度及冷却温度，特别的是，釜体1内设有内筒5，内筒5侧端与釜体1之间、内筒5底端与釜体1之间留有空隙51，空隙51内设有活动板6，具体的，活动板6包括一体成型的侧端板和底端板，呈包覆于内筒5侧端和底端设置，内筒5侧端排列开设有多个孔洞52，孔洞52排列密布于内筒5上，内筒5底端设有吸水叶轮7，吸水叶轮7与搅拌轴21传动连接，搅拌轴21转动搅拌的同时，传动吸水叶轮7转动，从而通过吸水叶轮7产生向下的吸水压力，抵推活动板6下移，内筒5底端的空隙51增大，内筒5内的物料部分被抽吸向下，并依次沿内筒5底端的空隙51、内筒5侧端的空隙51、孔洞52循环流入内筒5内，不同于传统聚合反应釜搅拌结构的是，产生了上下循环流动的效果，利于物料充分混合反应，同时活动板6上布设有多个振子单元8，振子单元8一端沿孔洞52穿设入内筒5内，从而沿孔洞52流出形成的水柱冲击内筒5内壁附近的物料，即对附近的液体流场产生扰动，避免粘壁，且由于振子单元8穿入内筒5内一端的外径尺寸大于孔洞52的内径尺寸，水柱一端被振子单元8遮挡形成反射，冲击粘壁的物料，以及进一步对附近的液体流场产生扰动，避免粘壁，且振子单元8随釜内流场及搅拌的扰动而产生振动，进一步对附近的液体流场产生扰动，最大程度的改善粘壁，内筒5侧端位于最顶端的孔洞52上方开设有与空隙51相贯通的通料孔53，通料孔53处不设置振子单元8。

在本发明的实施例中，如图3所示，振子单元8包括连接于活动板6内侧端的弹性连接部81，具体的，弹性连接部81可采用弹性绳，弹性连接部81一端沿孔洞52穿设入内筒5内，并连接有振球82；

初始状态下，如图4、图5所示，搅拌轴21为停止转动状态，活动板6上移，内筒5底端的空隙51减到最小，弹性连接部81向上张紧，以使振球82紧贴封闭对应的孔洞52，釜内呈反应停滞状态或常规的无需搅拌物料的聚合反应状态，顶部的通料孔53使部分物料留至内筒5侧端的空隙51内，并和夹套4接触进行热传导或冷却，搅拌轴21转动时，如图1所示，釜内开始搅拌反应物料，同时传动吸水叶轮7转动，活动板6下移，弹性连接部81处于放松状态，振球82横向穿出孔洞52外，并自由振动。

优选的，搅拌叶22外侧设有磁吸部9，从而搅拌叶22转动经由各孔洞52时，通过磁吸部9吸引振球82靠近，振球82被吸引运动以及复位的往复过程中，对内筒5内壁附近的液体流场产生有效扰动，改善粘壁。

优选的，搅拌轴21内部穿设有加料管10，加料管10的底端穿入内筒5底端的空隙51内，由于连续聚合在聚合过程中连续添加单体及其配合物，由此除了开始反应的初始物料，通过加料管10向下加料时，如图2、图3所示，高压的进料抵推活动板6进一步下移，内筒5底端的空隙51进一步增大到最大程度，弹性连接部81向下张紧，以使振球82紧贴封闭对应的孔洞52，从而加入的物料不会直接由孔洞52进入内筒5内，而是沿内筒5侧端的空隙51向上，直至沿通料孔53流入内筒5内，即加料沿侧端夹套4由下至上逐渐预热，再与釜内物料混合，达到高效反应的效果，避免产生大量不需要的反应副产物。

其中，如图8所示，传动装置3可采用现有的驱动电机31连接主动锥齿轮32，搅拌轴21上连接有从动锥齿轮33，主动锥齿轮32与从动锥齿轮33啮合连接，且加料管10顶端通过现有的旋转接头34连接于料管，从而驱动电机31依次传动主动锥齿轮32、从动锥齿轮33，带动搅拌轴21转动搅拌，且不影响加料管10的加料。

优选的，加料管10的底端为扩口设计。

在本发明的实施例中，如图5所示，活动板6底端与釜体1内底端之间连接有弹性伸缩柱11，其中，弹性伸缩柱11可采用现有的多节伸缩杆结构，并在伸缩杆内部设有弹簧件，初始状态下通过弹性伸缩柱11抵推活动板6上移。

在本发明的实施例中，活动板6侧端紧贴釜体1内侧，一方面利于活动板6侧端贴合釜体1内侧壁稳定上下滑移，另一方面利于贴近夹套4进行高效的热传导。

在本发明的实施例中，如图6、图7所示，内筒5底端转动连接有内齿环71，搅拌轴21底端固定连接于内齿环71上，具体的，内筒5底端设有镂空转槽12，内齿环71转动连接于镂空转槽12内，搅拌轴21底端穿设于镂空转槽12内，并通过横向的连杆13固定连接于内齿环71外侧端上，内齿环71的内圈啮合连接有多个外齿叶轮72，外齿叶轮72也转动连接于镂空转槽12内，通过镂空转槽12起到支撑连接内齿环71、外齿叶轮72的作用，从而搅拌轴21转动时，带动内齿环71同步转动，并啮合传动各外齿叶轮72转动，且各外齿叶轮72的转速相对于搅拌转速得到进一步提高，形成向下的吸力。

其中，内筒5侧端的空隙51顶端设有隔离密封台14，活动板6顶端活动插接于隔离密封台14内，起到密封导向作用。

本发明还提供了一种连续聚合反应釜的工作方法，包括以下步骤：

通过釜体1内设有内筒5，内筒5侧端与夹套4之间、内筒5底端与釜体1之间留有空隙51，空隙51内设有活动板6，内筒5侧端排列开设有多个孔洞52，内筒5底端设有吸水叶轮7，活动板6上布设有多个振子单元8，振子单元8一端沿孔洞52穿设入内筒5内；

初始状态下，搅拌轴21停止转动，活动板6上移，内筒5底端的空隙51减到最小，弹性连接部81向上张紧，以使振球82紧贴封闭对应的孔洞52；

搅拌轴21转动时，传动吸水叶轮7转动，活动板6下移，内筒5内的物料部分被抽吸向下，并依次沿内筒5底端的空隙51、内筒5侧端的空隙51、孔洞52循环流入内筒5内，沿孔洞52流出形成的水柱冲击内筒5内壁附近的物料，弹性连接部81处于放松状态，振球82横向穿出孔洞52外，并自由振动；

加料管10向下加料时，进料抵推活动板6进一步下移，弹性连接部81向下张紧，以使振球82紧贴封闭对应的孔洞52，加入的物料沿内筒5侧端的空隙51向上流动，直至沿通料孔53流入内筒5内。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连续聚合反应釜，包括釜体(1)，所述釜体(1)上设有搅拌系统(2)，所述搅拌系统(2)包括设于所述釜体(1)顶端的传动装置(3)，所述传动装置(3)底端机械连接有搅拌轴(21)，所述搅拌轴(21)一端穿设入所述釜体(1)内，并连接有搅拌叶(22)，所述搅拌轴(21)带动所述搅拌叶(22)转动，用于搅拌釜内物料，所述釜体(1)侧端外周设有夹套(4)，所述夹套(4)内通入导热介质，用于热传导釜内物料，其特征在于：

所述釜体(1)内设有内筒(5)，所述内筒(5)侧端与所述釜体(1)之间、所述内筒(5)底端与所述釜体(1)之间留有空隙(51)，所述空隙(51)内设有活动板(6)，所述内筒(5)侧端排列开设有多个孔洞(52)，所述内筒(5)底端设有吸水叶轮(7)，所述吸水叶轮(7)与所述搅拌轴(21)传动连接，所述搅拌轴(21)转动搅拌的同时，传动所述吸水叶轮(7)转动，通过所述吸水叶轮(7)产生向下的吸水压力，用于抵推所述活动板(6)下移，所述内筒(5)底端的空隙(51)增大，物料沿所述内筒(5)底端的空隙(51)、所述内筒(5)侧端的空隙(51)、所述孔洞(52)循环流动；

所述活动板(6)上布设有多个振子单元(8)，所述振子单元(8)一端沿所述孔洞(52)穿设入所述内筒(5)内，且穿入所述内筒(5)内一端的外径尺寸大于所述孔洞(52)的内径尺寸，所述内筒(5)侧端位于最顶端的孔洞(52)上方开设有与所述空隙(51)相贯通的通料孔(53)；

所述振子单元(8)包括连接于所述活动板(6)内侧端的弹性连接部(81)，所述弹性连接部(81)一端沿所述孔洞(52)穿设入所述内筒(5)内，并连接有振球(82)，初始状态下，所述搅拌轴(21)停止转动，所述活动板(6)上移，所述弹性连接部(81)向上张紧，以使所述振球(82)紧贴封闭对应的所述孔洞(52)，所述搅拌轴(21)转动时，传动所述吸水叶轮(7)转动，所述活动板(6)下移，所述振球(82)穿出所述孔洞(52)外；

所述搅拌叶(22)外侧设有磁吸部(9)，所述搅拌叶(22)转动经由各所述孔洞(52)时，通过所述磁吸部(9)吸引所述振球(82)靠近；

所述搅拌轴(21)内部穿设有加料管(10)，所述加料管(10)的底端穿入所述内筒(5)底端的空隙(51)内，通过所述加料管(10)向下加料时，抵推所述活动板(6)进一步下移，所述内筒(5)底端的空隙(51)进一步增大，所述弹性连接部(81)向下张紧，以使所述振球(82)紧贴封闭对应的所述孔洞(52)，加入的物料沿所述通料孔(53)流入所述内筒(5)内。

2.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应釜，其特征在于，所述加料管(10)的底端为扩口设计。

3.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应釜，其特征在于，所述活动板(6)底端与所述釜体(1)内底端之间连接有弹性伸缩柱(11)。

4.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应釜，其特征在于，所述活动板(6)侧端紧贴所述釜体(1)内侧。

5.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应釜，其特征在于，所述内筒(5)底端转动连接有内齿环(71)，所述搅拌轴(21)底端固定连接于所述内齿环(71)上，所述内齿环(71)的内圈啮合连接有多个外齿叶轮(72)，用于传动各所述外齿叶轮(72)转动。

6.根据权利要求1所述的一种连续聚合反应釜，其特征在于，所述内筒(5)侧端的空隙(51)顶端设有隔离密封台(14)，所述活动板(6)顶端活动插接于隔离密封台(14)内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种连续聚合反应釜的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

初始状态下，搅拌轴(21)停止转动，活动板(6)上移，弹性连接部(81)向上张紧，以使振球(82)紧贴封闭对应的孔洞(52)；

搅拌轴(21)转动时，传动吸水叶轮(7)转动，活动板(6)下移，内筒(5)内的部分物料被向下抽吸，并依次沿内筒(5)底端的空隙(51)、内筒(5)侧端的空隙(51)、孔洞(52)循环流入内筒(5)内，沿孔洞(52)流出形成的水柱冲击内筒(5)内壁附近的物料，弹性连接部(81)处于放松状态，振球(82)横向穿出孔洞(52)外，并自由振动；

加料管(10)向下加料时，进料抵推活动板(6)进一步下移，弹性连接部(81)向下张紧，以使振球(82)紧贴封闭对应的孔洞(52)，加入的物料沿内筒(5)侧端的空隙(51)向上流动，直至沿通料孔(53)流入内筒(5)内。