CN117899699A - 搅拌器及聚合釜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工设备技术领域，公开了一种搅拌器及聚合釜。所述搅拌器包括沿竖直方向延伸的框架轴(10)，所述框架轴(10)包括由内向外依次同心布置的第一轴组(11)以及第二轴组(12)，所述第一轴组(11)的外侧设置有螺旋延伸的第一螺带组(21)，所述第二轴组(12)的外侧设置有螺旋延伸的第二螺带组(22)，所述第一螺带组(21)与相应高度位置处的所述第二螺带组的旋向相反。通过上述技术方案，本发明中将第一螺带组和第二螺带组设置为相反的旋向，使得搅拌器在旋转工作时物料在螺带间沿相反的方向流动，形成竖向环流并在局部微混合，消除了反应死区，物料间形成的撞击能够击碎大胶团和大分子团，使长链破碎，进而提高产品质量。

Description

搅拌器及聚合釜

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，具体地涉及一种搅拌器。在此基础之上，还涉及一种聚合釜。

背景技术

聚合釜是生产低密度高压聚乙烯(LDPE)的关键设备，聚合釜中形成的复杂非理想流动与反应过程密切相关，该流动不仅决定自由基聚合反应的速率和转化率，而且对产物的分子量分布以及长短支链分布有着重大影响。搅拌器又是聚合釜中的关键部件，它直接影响反应结果、产品质量和产量。

由于聚合釜的高度与直径比通常为9：1～15:1左右，搅拌器也是细长形，基本都是采用两叶片桨、四叶或六叶涡轮等多层组合式桨。由于搅拌器是细长形的，这就给聚合釜的中间轴承座的安装增加了难度。另外，一根搅拌器上设置3～4个支撑点，很难保证支撑点之间的同轴度，这也是轴承损坏的原因之一，增加了轴承的维护成本。

此外，搅拌器桨叶的选择是影响聚合釜中引发剂、自由基、单体、聚合物等物料温度分布以及浓度分布的关键，温度以及浓度微观混合不均匀进一步影响了长短支链的形成。并且，搅拌器通常使用实心轴，使得聚合釜内产生物料爬杆现象并减少釜内的流通截面积。

因此，亟需一种搅拌器以解决上述至少部分问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的聚合釜内物料混合不均匀的问题，提供一种搅拌器，该搅拌器具有能够均匀混合物料的优点。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种搅拌器，所述搅拌器包括沿竖直方向延伸的框架轴，所述框架轴包括由内向外依次同心布置的第一轴组以及第二轴组，所述第一轴组的外侧设置有螺旋延伸的第一螺带组，所述第二轴组的外侧设置有螺旋延伸的第二螺带组，所述第一螺带组与相应高度位置处的所述第二螺带组的旋向相反。

可选地，所述第一轴组包括沿周向均匀布置的多个第一圆钢，所述第二轴组包括沿周向均匀布置的多个第二圆钢。

可选地，所述第一轴组包括沿周向均匀布置的四个所述第一圆钢，所述第二轴组包括沿周向均匀布置的四个所述第二圆钢，且所述第一圆钢与所述第二圆钢一一对应地同相位布置。

可选地，所述框架轴包括从上至下间隔布置的多个支撑装置，各个所述支撑装置包括分别在水平方向延伸且相互垂直设置并具有相同高度的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板连接于相对的两个所述第一圆钢之间。

可选地，所述框架轴包括从上至下间隔布置的多个连接板，所述连接板连接于相邻的所述第一圆钢和所述第二圆钢之间，所述连接板与所述支撑装置的高度相同，所述连接板与所述支撑装置的上表面平齐。

可选地，所述第一螺带组和/或所述第二螺带组在相邻的两个所述支撑装置之间的延伸高度为一个螺距。

可选地，所述框架轴包括水平延伸的节流板，所述节流板在径向上延伸至所述第二轴组的外侧，其中，所述第一轴组位于所述节流板上方的高度与所述第一轴组位于所述节流板下方的高度相同，并且/或者，所述第二轴组位于所述节流板上方的高度与所述第二轴组位于所述节流板下方的高度相同。

可选地，至少一组所述第二螺带组位于所述节流板上方并设置为单头螺带或双头螺带。

可选地，所述搅拌器包括设置于所述框架轴顶部的上轴以及设置于所述框架轴底部的下轴。

可选地，所述第一轴组的外侧设置有沿竖直方向间隔布置的多组所述第一螺带组，所述第二轴组的外侧设置有沿竖直方向间隔布置的多组所述第二螺带组，相邻的两组所述第一螺带组的旋向相反，相邻的两组所述第二螺带组的旋向相反。

可选地，由上至下的第一组所述第一螺带组和/或第一组所述第二螺带组的延伸高度为二分之一或四分之一螺距，并且/或者，由上至下的最后一组所述第一螺带组和/或最后一组所述第二螺带组的延伸高度为二分之一或四分之一螺距。

可选地，所述第一螺带组包括第一内螺带和第二内螺带，所述第一内螺带和所述第二内螺带的起点在同一水平面并相隔180°；所述第二螺带组包括第一外螺带和第二外螺带，所述第一外螺带和所述第二外螺带的起点在同一水平面并相隔180°，所述第一内螺带和所述第一外螺带的起点在同一水平面并相隔90°。

本发明另一方面提供一种聚合釜，所述聚合釜包括筒体以及根据上述的搅拌器，所述搅拌器同轴地设置于所述筒体内。

本发明再一方面提供一种聚合釜，所述聚合釜包括筒体、轴承座、圆锥帽、电机以及根据上述的搅拌器，所述轴承座、所述圆锥帽以及所述搅拌器分别同轴地设置于所述筒体内，所述电机连接于所述上轴，所述下轴通过套设于所述下轴外侧的轴承连接于所述轴承座，所述圆锥帽连接于所述下轴的底部。

通过上述技术方案，本发明中将第一螺带组和第二螺带组设置为相反的旋向，使得搅拌器在旋转工作时物料在螺带间沿相反的方向流动，形成竖向环流并在局部微混合，消除了反应死区，物料间形成的撞击能够击碎大胶团和大分子团，使长链破碎，进而提高产品质量。

附图说明

图1是本发明中聚合釜的一种实施方式的剖视图；

图2是图1中A-A处的剖视图。

附图标记说明

10-框架轴；11-第一轴组；111-第一圆钢；12-第二轴组；121-第二圆钢；13-支撑装置；131-第一支撑板；132-第二支撑板；14-连接板；15-节流板；21-第一螺带组；211-第一内螺带；212-第二内螺带；22-第二螺带组；221-第一外螺带；222-第二外螺带；31-上轴；32-下轴；4-筒体；5-轴承座；6-圆锥帽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参照附图所示的方位，“内、外”是指相对于各部件轮廓本身的内、外。

本发明一方面提供一种搅拌器，如图1所示，所述搅拌器包括沿竖直方向延伸的框架轴10，所述框架轴10包括由内向外依次同心布置的第一轴组11以及第二轴组12，所述第一轴组11的外侧设置有螺旋延伸的第一螺带组21，所述第二轴组12的外侧设置有螺旋延伸的第二螺带组22，所述第一螺带组21与相应高度位置处的所述第二螺带组22的旋向相反。本发明中将第一螺带组21和第二螺带组22设置为相反的旋向，使得搅拌器在旋转工作时物料在螺带间沿相反的方向流动，形成竖向环流并在局部微混合，消除了反应死区，物料间形成的撞击能够击碎大胶团和大分子团，使长链破碎，进而提高产品质量。

在本发明的一种实施方式中，所述第一轴组11包括沿周向均匀布置的多个第一圆钢111，所述第二轴组12包括沿周向均匀布置的多个第二圆钢121。进一步地，如图2所示，所述第一轴组11包括沿周向均匀布置的四个所述第一圆钢111，所述第二轴组12包括沿周向均匀布置的四个所述第二圆钢121，且所述第一圆钢111与所述第二圆钢121一一对应地同相位布置。该实施方式中，采用第一圆钢111和第二圆钢121组合成的框架轴10作为搅拌轴，该框架轴10的惯性矩相当于现有技术中实心轴的惯性矩的5倍多，大幅提高了轴的刚度，搅拌轴刚度提高后，可以取消现有技术中的中间轴承座，只需在搅拌轴的两端布置轴承作为搅拌器的两个支点，减少物料由于机械故障出现的分解反应，延长设备运转周期，满足生产需要。并且本发明中的框架轴10的截面积只有实心轴的76％，相当于增加了1.6％的釜内使用容积。此外，第一螺带组21和第二螺带组22推动物料运动，可以消除因反应物粘度大而出现的爬杆现象，防止物料全部包裹在搅拌器上与轴同步旋转的问题，并均衡了物料各处流动速度，消除了反应死区，缩短物料在釜壁的停留时间，从而减少釜壁的垢物。

在本发明的一种优选实施方式中，所述框架轴10包括从上至下间隔布置的多个支撑装置13，各个所述支撑装置13包括分别在水平方向延伸且相互垂直设置并具有相同高度的第一支撑板131和第二支撑板132，所述第一支撑板131和所述第二支撑板132连接于相对的两个所述第一圆钢111之间。其中优选地，所述框架轴10包括从上至下间隔布置的多个连接板14，所述连接板14连接于相邻的所述第一圆钢111和所述第二圆钢121之间，所述连接板14与所述支撑装置13的高度相同，所述连接板14与所述支撑装置13的上表面平齐。其中，支撑装置13既起到支撑作用，也起到搅拌桨的作用，搅拌器旋转时支撑装置13可以产生径向流。支撑装置13可以根据框架轴10的长度设置多个，从而在聚合釜内形成大的轴向环流，进一步均匀混合聚合釜内的物料，减少物料的死区。

为了避免螺带与筒体上插入的测温元件产生干涉，所述第二螺带组22不能选用连续形螺带，在一种实施方式中，所述第一螺带组21和/或所述第二螺带组22在相邻的两个所述支撑装置13之间的延伸高度为一个螺距。

进一步地，在一种实施方式中，所述框架轴10包括水平延伸的节流板15，为了便于节流板15与第一轴组11和第二轴组12的连接，所述节流板15在径向上延伸至所述第二轴组12的外侧。为了提高框架轴10的刚度，所述第一轴组11位于所述节流板15上方的高度与所述第一轴组11位于所述节流板15下方的高度相同。同样地，在另一种实施方式中，所述第二轴组12位于所述节流板15上方的高度与所述第二轴组12位于所述节流板15下方的高度相同。

此外，至少一组所述第二螺带组22位于所述节流板15上方并设置为单头螺带或双头螺带。其中，双头螺带为两个在竖直方向间隔设置的单头螺带。

在一种实施方式中，所述第一轴组11的外侧设置有沿竖直方向间隔布置的多组所述第一螺带组21，所述第二轴组12的外侧设置有沿竖直方向间隔布置的多组所述第二螺带组22，相邻的两组所述第一螺带组21的旋向相反，相邻的两组所述第二螺带组22的旋向相反。优选地，单数组的第一螺带组21为右旋螺带，第二螺带组22为左旋螺带，搅拌器顺时针旋转时第二螺带组22向下压物料，第一螺带组21向上提升物料；双数组的第一螺带组21为左旋螺带，第二螺带组22为右旋螺带，搅拌器顺时针旋转时，第二螺带组22向上提升物料，第一螺带组21向下压物料。本发明中第一螺带组21与第二螺带组22的旋向相反、相邻的两组第一螺带组21的旋向相反，相邻的所述第二螺带组22的旋向相反，使得搅拌器旋转时物料形成局部微混合，物料在螺带间按轴向流相反方向的流动，延长物料混合时间，进一步均匀混合聚合釜内的物料，增强物料混合效果，使物料形成竖向环流，物料间发生撞击，形成的撞击流可以击碎大胶团、大分子团、使长链破碎，减少物料混合死区，提高产品质量。

在一种实施方式中，由上至下的第一组所述第一螺带组21和/或第一组所述第二螺带组22的延伸高度为二分之一或四分之一螺距。在另一种实施方式中，由上至下的最后一组所述第一螺带组21和/或最后一组所述第二螺带组22的延伸高度为二分之一或四分之一螺距。

在本发明的一种优选实施方式中，为了进一步均匀混合物料，所述第一螺带组21包括第一内螺带211和第二内螺带212，所述第一内螺带211和所述第二内螺带212的起点在同一水平面并相隔180°；所述第二螺带组22包括第一外螺带221和第二外螺带222，所述第一外螺带221和所述第二外螺带222的起点在同一水平面并相隔180°，所述第一内螺带211和所述第一外螺带221的起点在同一水平面并相隔90°

如图1所示，所述搅拌器包括设置于所述框架轴10顶部的上轴31以及设置于所述框架轴10底部的下轴32。其中，框架轴10可以包括分别连接于第一轴组11和第二轴组12顶部的第一圆板，以及连接于第一轴组11和第二轴组12底部的第二圆板，上轴31连接于第一圆板的顶部，下轴32连接于第二圆板的底部。

本发明另一方面提供一种聚合釜，所述聚合釜包括筒体4以及根据上述的搅拌器，所述搅拌器同轴地设置于所述筒体4内。此外，所述聚合釜还可以包括轴承座5、圆锥帽6以及电机，所述轴承座5、所述圆锥帽6以及所述搅拌器分别同轴地设置于所述筒体4内，所述电机连接于所述上轴31，所述下轴32通过套设于所述下轴32外侧的轴承连接于所述轴承座5，所述圆锥帽6连接于所述下轴32的底部。其中，为了防止搅拌器的轴向窜动，所述轴承可以为轴向推力轴承和圆锥滚子轴承。此外，为了进一步降低安装难度，还可以使用电机的下轴承作为支点。优选地，圆锥帽6可以通过连接件锁紧轴承内环。在一种实施方式中，可以在圆锥帽6的外侧壁开设凹槽形成桨叶从而在搅拌器旋转时通过该桨叶清理筒体4底盖锥孔壁上的物料。进一步地，聚合釜上可以形成有多个乙烯注入点，在聚合釜的顶部注入点注入乙烯从而降低电机温度和轴承润滑，在聚合釜的中、下注入点注入乙烯从而控制釜内温度，防止物料分解。

本发明中的搅拌器以及聚合釜采用第一圆钢111和第二圆钢121组合成的框架轴10作为搅拌轴，提高了搅拌轴的刚度，从而可以取消中间轴承座，将轴承布置在搅拌器的两端，使原来搅拌轴的3点支撑改为2点支撑，解决了现有技术中中间轴承座安装复杂并且因为轴承座不同轴造成的轴承易损坏、设备运转周期短、容易发生的机械故障的问题。此外，通过上述技术方案，本发明中的搅拌器以及聚合釜解决了现有技术中物料容易抱团以及聚合物黏轴和黏釜壁的问题，并且可以消除因反应物粘度大而出现的爬杆现象，防止流体全部包裹在搅拌器上与搅拌轴同步旋转，减少物料发生黏轴和黏壁的现象，均衡釜内各处的速度差，温度差、粘度差。进一步地，本发明中的搅拌器不需要高转速，可以选用变频调速电机降低搅拌器的转速，以满足釜内层流、过渡流、湍流状态的流动。本发明中的聚合釜适用于粘度为0.1Pa·s—10Pa·s变化区间较大的混合或聚合反应，从而提高产品质量和生产能力，减少机械故障出现的分解反应，延长运转周期，满足生产需要。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种搅拌器，其特征在于，所述搅拌器包括沿竖直方向延伸的框架轴(10)，所述框架轴(10)包括由内向外依次同心布置的第一轴组(11)以及第二轴组(12)，所述第一轴组(11)的外侧设置有螺旋延伸的第一螺带组(21)，所述第二轴组(12)的外侧设置有螺旋延伸的第二螺带组(22)，所述第一螺带组(21)与相应高度位置处的所述第二螺带组(22)的旋向相反。

2.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述第一轴组(11)包括沿周向均匀布置的多个第一圆钢(111)，所述第二轴组(12)包括沿周向均匀布置的多个第二圆钢(121)。

3.根据权利要求2所述的搅拌器，其特征在于，所述第一轴组(11)包括沿周向均匀布置的四个所述第一圆钢(111)，所述第二轴组(12)包括沿周向均匀布置的四个所述第二圆钢(121)，且所述第一圆钢(111)与所述第二圆钢(121)一一对应地同相位布置。

4.根据权利要求3所述的搅拌器，其特征在于，所述框架轴(10)包括从上至下间隔布置的多个支撑装置(13)，各个所述支撑装置(13)包括分别在水平方向延伸且相互垂直设置并具有相同高度的第一支撑板(131)和第二支撑板(132)，所述第一支撑板(131)和所述第二支撑板(132)连接于相对的两个所述第一圆钢(111)之间。

5.根据权利要求4所述的搅拌器，其特征在于，所述框架轴(10)包括从上至下间隔布置的多个连接板(14)，所述连接板(14)连接于相邻的所述第一圆钢(111)和所述第二圆钢(121)之间，所述连接板(14)与所述支撑装置(13)的高度相同，所述连接板(14)与所述支撑装置(13)的上表面平齐，并且/或者，所述第一螺带组(21)和/或所述第二螺带组(22)在相邻的两个所述支撑装置(13)之间的延伸高度为一个螺距。

6.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述框架轴(10)包括水平延伸的节流板(15)，所述节流板(15)在径向上延伸至所述第二轴组(12)的外侧，其中，

所述第一轴组(11)位于所述节流板(15)上方的高度与所述第一轴组(11)位于所述节流板(15)下方的高度相同，并且/或者，所述第二轴组(12)位于所述节流板(15)上方的高度与所述第二轴组(12)位于所述节流板(15)下方的高度相同。

7.根据权利要求6所述的搅拌器，其特征在于，至少一组所述第二螺带组(22)位于所述节流板(15)上方并设置为单头螺带或双头螺带。

8.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述搅拌器包括设置于所述框架轴(10)顶部的上轴(31)以及设置于所述框架轴(10)底部的下轴(32)。

9.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述第一轴组(11)的外侧设置有沿竖直方向间隔布置的多组所述第一螺带组(21)，所述第二轴组(12)的外侧设置有沿竖直方向间隔布置的多组所述第二螺带组(22)，相邻的两组所述第一螺带组(21)的旋向相反，相邻的两组所述第二螺带组(22)的旋向相反。

10.根据权利要求9所述的搅拌器，其特征在于，由上至下的第一组所述第一螺带组(21)和/或第一组所述第二螺带组(22)的延伸高度为二分之一或四分之一螺距，并且/或者，由上至下的最后一组所述第一螺带组(21)和/或最后一组所述第二螺带组(22)的延伸高度为二分之一或四分之一螺距。

11.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述第一螺带组(21)包括第一内螺带(211)和第二内螺带(212)，所述第一内螺带(211)和所述第二内螺带(212)的起点在同一水平面并相隔180°；所述第二螺带组(22)包括第一外螺带(221)和第二外螺带(222)，所述第一外螺带(221)和所述第二外螺带(222)的起点在同一水平面并相隔180°，所述第一内螺带(211)和所述第一外螺带(221)的起点在同一水平面并相隔90°。

12.一种聚合釜，其特征在于，所述聚合釜包括筒体(4)以及根据权利要求1-11中任意一项所述的搅拌器，所述搅拌器同轴地设置于所述筒体(4)内。

13.一种聚合釜，其特征在于，所述聚合釜包括筒体(4)、轴承座(5)、圆锥帽(6)、电机以及根据权利要求8所述的搅拌器，所述轴承座(5)、所述圆锥帽(6)以及所述搅拌器分别同轴地设置于所述筒体(4)内，所述电机连接于所述上轴(31)，所述下轴(32)通过套设于所述下轴(32)外侧的轴承连接于所述轴承座(5)，所述圆锥帽(6)连接于所述下轴(32)的底部。