CN203316118U - Y型转子聚合反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种Y型转子聚合反应器，其包括一个卧式的筒体和两个主轴，所述筒体的内腔横截面呈双圆形，所述两主轴分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述主轴上设有若干Y型转子，所述Y型转子由盘体和设置在盘体中央的轮毂组成，所述盘体由3个辐条和3个刮刀组成，所述筒体两端的端盖上均设有用于分别安装所述两主轴的两个轴承装置，所述轴承装置包括轴承和位于所述轴承内侧的轴封，所述轴封包括轴套和嵌装在所述轴套内的若干轴封密封圈。本实用新型在正常的工作过程中，可以自动清洁在筒体内壁和主轴表面上的滞留层，并且轴端的密封效果好，装配简易可靠，故障率低，使用寿命长，主要用于乳酸的聚合反应。

Description

Y型转子聚合反应器

技术领域

本实用新型涉及一种主要可用于聚乳酸聚合以及聚酯类的聚合反应器，属化工反应装置。 

背景技术

采用丙交酯（LA）开环聚合获得高分子量的PLA，作为可降解的纤维或工程塑料是第四代新材料，目前在世界一些发达国家进行了开发，但尚末完成大规模的工业生产装置。由于PLA特殊结构和不依赖石油作为原料，使得它的前途甚为远大，具有战略意义。 

目前，PLA终缩聚反应器是采用LA开环聚合的关键设备，要保证PLA的高分子量和较窄的分子量分布，反应器的流型显得十分重要，由于PLA产品黏度非常高（高于PET，PBT），因此除了无返混要求外，较高的混合效率也是努力的目标之一。从结构看，国外已有的反应器有单轴和双轴之分，从流型主要是径向全混轴向平推流型，反应器的搅拌机构有圆盘式、眼镜式，双螺杆式等等。 

一般PLA聚合并非可逆反应，无小分子脱逸现象，因此反应器以充满状态流动为好。但聚合度较小时，黏度低，物料流动性好，混合容易，采用单轴的圆盘式进行搅拌就足以满足工艺要求。随着聚合度增高，黏度增大，流动性变差，物料在附壁的滞留层加厚，同时在主轴表面也会有聚合物滞留，时间一长就会产生降解，落入后就会影响产品的质量，现有聚合反应器均没有很好地解决这些问题。 

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种Y型转子聚合反应器，该聚合反应器在正常的工作过程中，可以自动清洁在筒体内壁和主轴表面上的滞留层，并且轴端的密封效果好，装配简易可靠，故障率低，使用寿命长。 

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种Y型转子聚合反应器，包括一个卧式的筒体和两个平行轴系，所述筒体的内腔横截面呈双圆形，所述筒体的两端均设有端盖，所述两个平行轴系的轴线分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述主轴上设有若干Y型转子，所述Y型转子由盘体和设置在盘体中央的轮毂组成，所述盘体由3个辐条和3个刮刀组成，所述轮毂固定套接在所述轴系的主轴上，所述轴系的两端均套接有各自的轴套，所述筒体两端的端盖上均设有用于分别安装所述两个主轴的两个轴承装置，所述轴承装置包括轴承和位于所述轴承内的轴封，所述轴封包括轴套和装在所述轴套内的若干轴封密封圈，所述轴套与用于安装所述轴承的轴承座组装在一起，所述轴承和所述轴封均套装在所述轴套上，所述轴封密封圈的环形密封面与所述轴套的外圆面密封接触。 

优选地，所述轴系的动力输入端位于所述筒体的出料侧，并从相应端盖上的轴承装置中延伸出来，采用齿形联轴节与用于驱动所述两主轴同步且反向转动的驱动装置上的相应动力输出轴相连接，以适应于筒体内物料在不同部位的聚合程度及粘度，所述主轴的末端位于所述筒体的进料端，从相应端盖上的轴承装置中延伸出来，所述筒体进料端端盖上的轴承装置上设有封闭的末端套筒，所述主轴的末端从相应轴承装置中延伸出来的部分位于所述末端套筒内，由此不仅对主轴末端启动了良好的防护作用，避免外部污染物侵入并保护劳动者，同时还起到了良好的密封作用。 

所述轴系的主轴的两端为实心轴，中部为空心轴。 

所述轴系的主轴的末端外圆与轴套以允许主轴自由滑动的方式相互配合，并在其配合面上设有密封圈，由此允许主轴相对于轴套之间的伸缩或滑动，避免因设备不同部位胀缩程度不同而产生的损害。 

同一轴系上相邻Y型转子优选轴向以位相角差为30°的方式交错分布，同一截面相邻两轴系上的Y型转子优选径向以相角180°排列，优选地，在同一截面位置上，一个轴系上的Y型转子的辐条恰好与另一主轴上的Y型转子的辐条间隙相对应。这种排布方式在保证反应器整体上形成活塞流的同时有效地破坏和刮除主轴表面和筒壁上的滞留层的物料。所称一个轴系上的转子的辐条恰好与另一轴系上的转子的辐条间隙相对应，是指当一个主轴的转子的一个辐条水平指向另一个主轴时，恰好位于另一个主轴的对应转子的两个辐条轴向投影位置的中间。 

根据制造工艺和使用条件的限制，所述辐条的前端通常应接近或尽量接近筒体的内壁以及另一个主轴的表面，以有效地破坏和刮除滞留层。通过合理设置筒体的结构，可以使一个主轴的外侧恰好位于或尽可能接近于另一个圆，由此使得一个主轴上的辐条前端距其所在圆的筒体内壁的距离与距另一个主轴表面的距离相同或基本相同。 

同一Y型转子上相邻辐条的边缘优选连接成一个平滑的弧形，由此既便于加工，又杜绝了旋转中相邻的转子发生干涉的可能性。 

所述刮刀可以为直刮刀和/或带螺旋角的刮刀，所述带螺旋角的刮刀的螺旋角α优选为5°左右，例如4°、5°、6°等，由此可以推动物料做适宜程度的轴向流动，实现物流轴向无返回。 

通常，所述筒体近进料端（进料侧端盖）的上部设有进料口，近出口端（出料侧端盖）的下部设有出料口，以实现进出料并有利于合理组织所述筒体内的物料流。 

可以使所述轴系上的相邻Y型转子之间的间距不同，进料端方向上的相邻Y型转子之间的间距通常可小于出料端方向上的相邻Y型转子之间的间距，以适宜适应反应物料的粘度，实现良好的搅拌和推动。 

所述筒体外可以设有加热夹套，所述加热夹套内可以设有螺旋流道，以便通过通入液相热媒等方式进行加热和保温。 

所述加热夹套的内壁为所述筒体，外壁为位于所述筒体外面的夹套外壳，所述螺旋流道可以由焊接在所述筒体和所述夹套外壳之间的螺旋状流道隔板在加热夹套内分割而成。 

所述主轴的两端可以为实心轴，中部为空心轴，以在保证强度和刚性的同时节省材料用量，减轻重量。 

所述驱动装置可以设有两个输出转速相同且旋向相反的输出轴，分别通过各自的联轴器与所述两轴系联接，由此实现所述轴系同所述驱动装置的连接，通过采用这种特性的驱动装置，可以保证两轴系在严格同步的条件下运转。 

所述轴系的主轴的动力输入端还可以接有位于相应轴承装置外侧的锁紧螺母和防松螺母，所述锁紧螺母的内侧设有组合圆环，其与主轴和轴套间设有密封O型环，组合圆环内用螺栓与轴套联结，紧固螺栓使O形环获得密封效果。所述组合内环内设有键，带动轴套随同主轴一起旋转。锁紧螺母紧压在所述组合圆环的外侧，不同主轴上旋接的所述锁紧螺母的旋向相反，不同主轴上螺纹和锁紧螺母的旋向相反，以保证正常运转中密封的可靠性。 

    本实用新型的有益效果是：由于采用了双圆形筒体截面，并且在双圆的两个圆心处均设置了相应的轴系，同时还在轴系的主轴上设置了Y型转子，通过控制Y型转子上的辐条长度，使其上的刮板前端接近于筒体内壁以及另一个主轴的表面，由此在轴系旋转过程中，Y型转子及其所带刮刀不仅对物料起到搅拌作用，保证聚合反应过程中的混合效果，而且还会不断破坏和刮除附着在筒体内壁和主轴表面的滞留层，使物料难以在筒体内壁和主轴表面上长时间附着，由此起到了削弱和消除滞留层的效果，避免了因滞留层导致的产品质量下降；由于设置了特定结构的轴封，能够获得良好的密封效果，提高密封的可靠性；由于在轴系主轴的两端均设置了轴套，有利于提供主轴相应部位的耐磨性，延长主轴的使用寿命，同时结构简单，便于维护；由于在主轴末端采用了允许主轴相对于轴套自由滑动的配合方式，并设有了末端套筒，在保证密封效果的前提下，有效地解决了因温升和不同材料线膨胀系数引起的位移问题，同时还满足了密封要求。 

附图说明

图1是本实用新型俯视方向的剖视结构示意图； 

图2是本实用新型侧视方向上涉及Y型转子的剖视结构示意图；

图3是本实用新型涉及出料端盖、出料端轴承装置和主轴末端相互连接关系的示意图；

图4是本实用新型涉及进料端盖、进料端轴承装置和主轴动力输入端相互连接关系的示意图；

图5是本实用新型涉及筒体和夹套外壳截面形状的示意图；

图6是本实用新型涉及螺旋流道的结构示意图。

具体实施方式

参见图1、图2及图3-6，本实用新型提供了一种主要适用于PLA终缩聚的Y型转子反应器，包括一个密封的筒体10和两个轴系20，所述筒体呈卧式，其内腔横截面呈双圆形，所述两个轴系分别位于所述双圆形的两个圆心处，其延伸方向分别于所述双圆形中各自对应的圆柱轴线重叠，所述轴系的主轴上固定连接有若干Y型转子30，所述Y型转子由盘体32和设置在盘体中央的轮毂31组成，所述盘体设有3个辐条33，由此形成了近似的Y形，所述轮毂套接在所述轴系的主轴上，所述主轴的两端均套接有各自的轴套14.1、12.1，所述筒体两端的端盖11、13上均设有分别用于安装所述两主轴的两个轴承装置12、14，所述轴承装置包括轴承61和位于所述轴承里侧的轴封，所述轴封包括轴封套管62.1和嵌装在所述轴封套管内侧的若干轴封密封圈62.2，所述轴封套管与用于安装所述轴承的轴承座连接在一起，通常可以设有同一个支架（底座）或者相互固定连接，所述轴承和所述轴封均套装在所述轴套上，由此实现各自与相应主轴的连接，所述轴封密封圈的环形密封面与所述轴套的外侧面密封接触，由此实现各自对相应轴承的轴封。 

通常，所述筒体近进料端的上部设有进料口16，近出口端的下部设有出料口15，以实现进出料并适应于组织筒体内的物料流。 

这种聚合反应器为双平行轴式，每根轴系的主轴上安装有一组Y型转子，轴的结构为15-5PH制造的实心轴和采用18－8系不锈钢制造的空心轴组合而成。通常，所述两主轴的动力输入端21延伸到所述筒体的出料端的外侧，且分别连接用于驱动两主轴同步且反向转动的驱动装置50，所述驱动装置50包括用作动力源的电机51以及相应的传动机构。所述两轴系的主轴的末端从筒体进料端端盖上的轴承装置中延伸出来，在该轴承装置上设置一个密封的末端套筒将延伸出来的主轴末端封闭住，由于主轴的末端可以在其轴套内自由滑动，因此通过设置末端套筒，可以有效地实现筒体在进料端的密封。 

这种聚合反应器可以设有一个有带有热媒夹套的密闭的筒体，所述筒体为卧式设置，其内腔的截面为由所述筒体形成的双圆形或其他适宜形状，设置夹套后的外形通常可以呈长圆形，筒体两端为平盖或椭圆封头（统称为端盖）11、12，筒体的一端附近设有进料管口，称为进料端，相应的端盖13可称为进料端端盖，筒体的另一端附近设有出料管口，且在其端盖外设有检查人孔，该端可以被称为进料端，该端的端盖11可以被称为出料端盖，所述筒体在靠近出料端盖处的下部设有出料口,上部设有尾气排出口。 

如图2所示，所述Y型转子优选由轮毂、盘体（带有3个均布的辐条）和刮刀组焊成形，并进行电解抛光，其表面粗糙度可以达到0.8μ，必要时表面镀镍。刮刀有直型刮刀和带螺旋角刮刀（螺旋角可视物料的黏度和流动性调整）两种，通常，所述带螺旋角的刮刀的螺旋角α优选为5°左右，例如4°、5°、6°等。螺旋角刮刀旋转式对物料产生轴向力，使高黏度的PLA能维持轴向流动，避免返混。 

采用上述带刮刀的Y型转子适应了PLA物料的粘度、反应特点及传质的要求，在对物料进行搅拌混合的同时，刮刀将滞留在筒体内壁上和主轴上的物料及时清除，达到自清洁效果，这种Y型转子的主要特点包括： 

（1）Y型转子由轮毂、盘体和刮刀组成，所述盘体设有三个辐条，在圆周上均布，辐条的尺寸在满足工艺传质所需的面积的基础上，按物料黏度有所调整（通过改变流道截面积），以保证物料在筒体流动畅顺，避免物流出现堵塞。

（2）Y型转子安装在两个平行主轴上，同一轴上的两相邻的转子辐条以30°的相位角差排列，两轴之间径向截面位置的转子相位角差是180°，两轴以逆向同一速度旋转，将反应物料携带盘上，同时旋转的刮刀起到混合作用，因此它的转速应由达到满足的工艺传质效果来确定；同时在双轴旋转时，处于两轴上的Y型转子不会发生干涉现象。 

（3）Y型转子的轴向尺寸及排列间距随黏度变化经计算确定，以获得混合或者脱挥效果。 

如图3和图4所示，这种聚合反应器的轴封采用组合式骨架旋转轴油封，其骨架为特殊的能耐0.8MPa的氟橡胶骨架，具有耐高温，耐腐蚀的性能。在进料端，设计为主轴可以在其轴套14.1内滑动，从而可以避免由于不锈钢与碳钢之间的线膨胀系数不同引起伸长量可能造成的应力。进料端的轴封可以采用所述轴系的主轴与轴套滑动配合的结构，出料端的轴封可以采用所述轴系的主轴与轴套外装式键联接的结构。 

所述轴系的主轴的动力输入端还可以旋接有位于相应轴承装置外侧的锁紧螺母和防松螺母，所述锁紧螺母的内侧设有O型环，所述锁紧螺母紧压在所述O型环的外侧，所述防松螺母紧压在所述锁紧螺母的外侧，不同主轴上旋接的所述锁紧螺母和防松螺母的旋向相反。具体地，所述出料端的轴套12.1套在所述主轴的动力输入端上，其外侧可以设有用于密封的O型环12.4，所述O型环套在所述主轴的动力输入端上，并通过沿圆周均匀分布的多个紧固螺钉的圆环12.5紧固在所述出料端轴封的轴套上。所述主轴的动力输入端旋接有防松螺母12.3和锁紧螺母12.2，所述锁紧螺母紧压在所述圆环12.5的外侧，所述防松螺母在所述两个锁紧螺母之间，不同主轴上旋接的锁紧螺母和防松螺母的旋向相反，以保证正常运转中密封的可靠性。本实用新型将安装在出料端的轴封结构上将带动相应轴套12.1旋转的键位置由内部移至外边，使装配简易可靠，并采用8个螺钉将圆环紧固在该轴套上，确保“O”型密封圈获得均匀的密封比压，进一步增强轴封的密封可靠性，轴上锁紧圆螺母利用旋转方向，可以自紧。 

参见图5和图6，可以将筒体设置成加热夹套结构，夹套内设置热媒沿螺旋流道41，以便采用液相热媒等方式进行加热和保温，获得较高的传热系数，所述加热夹套的内壁为所述筒体的侧壁，外壁为位于所述筒体外面的夹套外壳40，所述螺旋流道可以由焊接在所述筒体和所述夹套外壳之间的螺旋状流道隔板42在加热夹套内分割而成。 

本实用新型所称双圆形是指由两个圆相互交叉（两圆的部分面积重叠）后，由两圆的外露圆弧组成的封闭图形，所称双圆形的两个圆心是指构成该双圆形的两个相互交叉的圆的圆心。 

Claims (10)

1.一种Y型转子聚合反应器，其特征在于包括一个卧式的筒体和两个平行轴系，所述筒体的内腔横截面呈双圆形，所述筒体的两端均设有端盖，所述两个平行轴系的轴线分别位于所述双圆形的两个圆心处，所述主轴上设有若干Y型转子，所述Y型转子由盘体和设置在盘体中央的轮毂组成，所述盘体由3个辐条和3个刮刀组成，所述轮毂固定套接在所述轴系的主轴上，所述轴系的两端均套接有各自的轴套，所述筒体两端的端盖上均设有用于分别安装所述两个主轴的两个轴承装置，所述轴承装置包括轴承和位于所述轴承内侧的轴封，所述轴封包括轴套和装在所述轴套内的若干轴封密封圈，所述轴套与用于安装所述轴承的轴承座组装在一起，所述轴承和所述轴封均套装在所述轴套上，所述轴封密封圈的环形密封面与所述轴套的外圆面密封接触。

2.如权利要求1所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于所述轴系的动力输入端位于所述筒体的出料侧，并从相应端盖上的轴承装置中延伸出来，采用齿形联轴节与用于驱动所述两个轴系同步且反向转动的驱动装置上的相应动力输出轴相连接。

3.如权利要求2所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于所述轴系的主轴的两端为实心轴，中部为空心轴。

4.如权利要求1、2或3所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于同一轴系上相邻Y型转子以位相角差为30°的方式交错分布，同一截面相邻两个轴系上的所述Y型转子径向以相角180°排列，在同一截面位置上，一个轴系上的Y型转子的辐条恰好与另一轴系上的Y型转子的辐条间隙相对应。

5.如权利要求2所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于同一Y型转子上相邻辐条的边缘为一个平滑的弧形，所述刮刀为直刮刀和/或带螺旋角的刮刀。

6.如权利要求5所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于所述筒体近进料端的端盖上设有进料口，近出口端的筒体下部设有出料口，所述轴系的轴向不同位置上的相邻Y型转子之间的间距不同，进料端方向上的相邻Y型转子之间的间距小于出料端方向上的相邻Y型转子之间的间距，以适应反应物料的粘度变化。

7.如权利要求6所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于进料端的轴封采用所述轴系的主轴与轴套滑动配合的结构，出料端的轴封采用所述轴系的主轴与轴套外装式键联接的结构。

8.如权利要求1、2或3所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于所述筒体外设有加热夹套，所述加热夹套内设有螺旋流道。

9.如权利要求8所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于所述加热夹套的内壁为所述筒体，外壁为位于所述筒体外面的夹套外壳，所述螺旋流道由焊接在所述筒体和所述夹套外壳之间的螺旋状流道隔板在加热夹套内分割而成。

10.如权利要求1、2或3 所述的Y型转子聚合反应器，其特征在于所述轴系的主轴的动力输入端还旋接有位于相应轴承装置外侧的锁紧螺母和防松螺母，所述锁紧螺母的内侧设有O型环，所述锁紧螺母紧压在所述O型环的外侧，所述防松螺母紧压在所述锁紧螺母的外侧，不同主轴上旋接的所述锁紧螺母和防松螺母的旋向相反。

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