CN205073999U - 兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，包括底座及卧式缸体，卧式缸体包括反应缸体及出料缸体，卧式缸体上设有操作口、循环进口及循环出口，卧式缸体的下端安装有支撑架；反应缸体的截面呈类椭圆形，反应缸体的内壁与外壁之间设有夹套和流道，夹套内流通有传热介质；反应缸体内部设有两个搅拌轴，搅拌轴上安装有搅拌桨，搅拌桨的截面均呈梭形；出料缸体为圆筒形，出料缸体内安装有与其相配合的出料螺杆；底座上设有提供动力的电机。本实用新型中搅拌桨起到搅拌、互刮及清洁缸体内壁的作用，缸体内循环流通有传热介质，提高了聚合反应效率，本实用新型安装便利，操作简便，节省了空间及人力物力。

Description

兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置

技术领域

本实用新型属于聚合生产领域，具体涉及一种兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置。

背景技术

聚乳酸是一种新型的生物质可降解材料，它具有环保、生物相容性等普通塑料无可比拟的优势，具有广阔的市场前景和需求。通常的聚乳酸生产方法为：以乳酸为原料，加入氧化锌等催化剂，在加温的情况下，使乳酸脱水缩聚，生成乳酸低聚物（线性低分子量乳酸聚合体），再裂解成环状分子结构的丙交酯，将丙交酯提纯后，加入催化剂即可聚合，最后生产聚乳酸。

在由丙交酯生产聚乳酸的过程中，由于是本体聚合，在聚合后期，聚合物粘度往往变得特别大（如28万分子量的聚乳酸，粘度会达到2500Pa.s），若利用普通的聚酯反应器生产聚乳酸类超高粘度聚合物，会存在以下几个方面的问题：第一，因聚合物粘度太大，在反应器内流动困难，物料易和搅拌桨产生粘连抱团现象，不能形成有效的热交换，反应热无法释放，使得反应物着色发黄，或局部热分解，影响聚合物的品质；第二，因普通反应釜的出料口太小，即使是和高粘度齿轮泵相结合的出料方式，也经常会断流，无法出料；第三，因聚合物粘度太大，反应结束后，在反应器内壁和搅拌桨表明上，会残留大量的物料，使聚合物不能完全排出、排尽，严重影响下一批次的聚合反应。

由于以上三个原因，普通的聚酯反应器设备已经不能适应该类超高粘度的聚合反应。必须开发出一种能够解决高粘度反应物的热交换问题、能够解决聚合物在搅拌桨和反应釜中的残料问题、能够解决高粘度聚合物的出料问题的新型聚合生产装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够解决超高粘度反应物的热交换、能够解决聚合物在搅拌桨和反应釜中的残料问题、能够解决高粘度聚合物的出料问题，由熔融状原料合成聚合物并出料的聚合装置，该装置能够合成高品质的聚合物。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，包括底座及卧式缸体，所述卧式缸体包括相互平行的反应缸体及出料缸体，卧式缸体的上端设有操作口，卧式缸体上设有循环进口及循环出口，卧式缸体的下端安装有支撑架，所述支撑架的下端固定于底座上；反应缸体为密封的，且反应缸体的截面呈类椭圆形，所述类椭圆形是指由两个圆心位于同一水平线且直径相同的圆相交后，两圆之间的上部通过共切线连接，两圆的下部通过共切圆弧连接而围成的封闭图形，所述反应缸体的内壁与外壁之间中空，并设有夹套和流道，所述夹套通过流道与循环进口及循环出口相连通，且夹套内流通有传热介质；反应缸体内部设有两个搅拌轴，所述搅拌轴分别位于所述类椭圆形的两个圆心处，所述类椭圆形的两个圆心是指构成该类椭圆形的两个相交的圆的圆心；所述搅拌轴上安装有搅拌桨，两个搅拌桨大小相同，且两个搅拌桨的截面均呈梭形，所述梭形的中心为搅拌轴截面的圆心，梭形中部的宽度大于搅拌轴的直径，两个搅拌桨的截面相互垂直靠接，且两个搅拌桨等速、同向旋转，旋转过程中，两个搅拌桨均有一端与反应缸体内壁靠接，其中一个搅拌桨不与反应缸体内壁靠接的一端与另一个搅拌桨靠接，所述搅拌桨的两端是指所述梭形的两端；所述出料缸体为圆筒形，出料缸体位于反应缸体的下端，且出料缸体轴向长度大于反应缸体的轴向长度，出料缸体与反应缸体之间设有可封口的进料口，出料缸体通过进料口与反应缸体相连通，出料缸体长出反应缸体的一端设有出料口，出料缸体内安装有与出料缸体相配合的出料螺杆；底座上设有第一电机及第二电机，所述第一电机通过同步带传动与出料螺杆的进料一端相连，第二电机通过同步带传动连接有减速器装置，减速器装置的输出端为两个，并分别连接有耦合器，减速器装置的输出端分别通过耦合器与搅拌轴相连接。

优选地，搅拌轴内部设有通道，搅拌桨内部设有空心的内腔，所述内腔与通道相连通，所述通道与循环进口及循环出口均相连通。

优选地，设有温度控制系统，传热介质的温度通过温度控制系统进行调节，所述传热介质为蒸汽、导热油、水或空气。

优选地，第一电机的输出端连接有第一主动齿轮，所述第一主动齿轮外侧啮合有第一齿轮带，出料螺杆靠近进料口的一端连接有第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与第一齿轮带的内侧啮合传动，且第一从动齿轮的直径大于第一主动齿轮的直径。

优选地，第二电机的输出端连接有第二主动齿轮，所述第二主动齿轮外侧啮合有第二齿轮带，减速器装置的输入端连接有第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与第二齿轮带的内侧啮合传动，且第二从动齿轮的直径大于第二主动齿轮的直径。

优选地，反应缸体通过法兰连接卧式缸体两端的侧板。

优选地，出料缸体的出料口安装有出料模头。

本实用新型通过两根截面相互垂直的搅拌桨同向旋转，在旋转过程中始终互相咬合，不仅起到搅拌作用，保证聚合反应的混合充分，而且起到互刮、清洁缸体内壁的作用，使物料难以在缸体内壁和搅拌桨表面长时间附着；缸体内的夹套及搅拌桨的内腔内循环流通有传热介质，在聚合反应过程中，传热介质可作为加热载体或冷却载体，增大了热传导的表面积，提高了聚合反应的效率；聚合反应结束后，可直接通过缸体底部的螺杆挤出，安装便利，操作简便，节省了空间及人力物力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是卧式缸体的结构示意图；

图5是搅拌轴及搅拌桨的结构示意图；

图6是图5的左视图。

具体实施方式

如图1~6所示，兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，包括底座20及卧式缸体5，所述卧式缸体5包括相互平行的反应缸体22及出料缸体1，卧式缸体5的上端设有操作口6，卧式缸体5下端设有循环进口19，卧式缸体5左、右两侧的上端设有循环出口4；反应缸体22通过法兰25连接卧式缸体5左、右两端的侧板，卧式缸体5及相关部件的重量完全由缸体两侧板承受，因此反应缸体22左、右两端的侧板上设置有适当的加强筋3支撑，以增加装置的机械强度；卧式缸体5的下端安装有支撑架21，所述支撑架21的上端与加强筋3固定连接，支撑架21的下端固定于底座20上。反应缸体22的截面呈类椭圆形，所述类椭圆形是指由两个圆心位于同一水平线且直径相同的圆相交后，两圆之间的上部通过共切线连接，两圆的下部通过共切圆弧连接而围成的封闭图形；所述反应缸体22的内壁与外壁之间中空，并设有夹套24和流道，所述夹套24通过流道与循环进口19及循环出口4相连通，且夹套24内流通有传热介质；设有温度控制系统，传热介质的温度通过温度控制系统进行调节，所述传热介质为导热油。反应缸体22内部设有两个搅拌轴2，搅拌轴2的左、右两端安装于卧式缸体5的侧板上，所述搅拌轴2分别位于所述类椭圆形的两个圆心处，所述类椭圆形的两个圆心是指构成该类椭圆形的两个相交的圆的圆心。搅拌轴2上安装有搅拌桨26，两个搅拌桨26大小相同，且两个搅拌桨26的截面均呈梭形，所述梭形是指由两条圆弧所围成的关于圆弧两交点连线对称的封闭图形，所述梭形中部的宽度大于搅拌轴2的直径；两个搅拌桨26的截面相互垂直靠接，两个搅拌桨26通过搅拌轴2实现等速、同向旋转，旋转过程中，两个搅拌桨26均有一端与反应缸体22内壁靠接，且其中一个搅拌桨26不与反应缸体22内壁靠接的一端会与另一个搅拌桨26靠接，所述搅拌桨26的两端是指所述梭形的两端沿搅拌轴轴向方向的端面。在搅拌轴2内部设有通道27，搅拌桨26内部设有空心的内腔28，所述内腔28中流通有传热介质，内腔28通过通道27与循环进口19及循环出口4相连通。所述出料缸体1为圆筒形，出料缸体1位于反应缸体22的下端，且出料缸体1轴向长度大于反应缸体22的轴向长度；出料缸体1与反应缸体22设有可封口的进料口，出料缸体1通过进料口与反应缸体22相连通，出料缸体1的左端设有出料口，出料缸体1内安装有与出料缸体1相配合的出料螺杆23。底座20上设有第一电机14及第二电机18，所述第一电机14的输出端连接有第一主动齿轮17，所述第一主动齿轮17外侧啮合有第一齿轮带16，出料螺杆23靠近进料口的一端连接有第一从动齿轮8，所述第一从动齿轮8与第一齿轮带16的内侧啮合传动，且第一从动齿轮8的直径大于第一主动齿轮17的直径；第二电机18的输出端连接有第二主动齿轮12，所述第二主动齿轮12外侧啮合有第二齿轮带11，底座20上设有第一减速器13及第二减速器15，第一减速器13的输出端与第二减速器15的输入端通过第一耦合器9相连接，第一减速器13的输入端安装有第二从动齿轮10，所述第二从动齿轮10与第二齿轮带11的内侧啮合传动，且第二从动齿轮10的直径大于第二主动齿轮12的直径，第二减速器15的输出端为两个，并分别连接有第二耦合器7，并通过第二耦合器7与搅拌轴2相连接。

其中，搅拌桨26在停止或旋转时两个搅拌桨26始终呈相切状态，此处的相切状态是指两个搅拌桨26的截面呈90°角相靠接，在旋转时能够始终相互咬合，达到刮壁的效果，从而能够清除粘连在搅拌桨26及反应缸体22内壁上的物料，具有清洁搅拌桨及反应缸体的作用。详细地说，如图6所示，两个搅拌桨26分别记为第一搅拌桨26a及第二搅拌桨26b，假设两个搅拌桨26静止时，第一搅拌桨26a处于水平位置，第二搅拌桨26b处于竖直位置，第一搅拌桨26a的右端与第二搅拌桨26b靠接，第一搅拌桨26a的左端、第二搅拌桨26b的上、下两端均与反应缸体22内壁靠接；搅拌过程中，第一搅拌桨26a和第二搅拌桨26b等速逆时针转动；在两个搅拌桨26逆时针转动45°过程中，第一搅拌桨26a的一端部始终与第二搅拌桨26b的弧面靠接；搅拌桨26继续逆时针从45°转动到90°过程中，第二搅拌桨26b的一端部始终与第一搅拌桨26a的弧面靠接；搅拌桨26继续逆时针从90°转动到135°过程中，第二搅拌桨26b的一端部始终与第一搅拌桨26a的弧面靠接；搅拌桨26继续逆时针从135°转动到180°过程中，第一搅拌桨26a的一端部始终与第二搅拌桨26b靠接；与此相同，搅拌桨26继续逆时针从180°转动到360°后，刚好可以完成第一搅拌桨26a与第二搅拌桨26b相互之间的一次完整刮壁。搅拌过程中，第一搅拌桨26a及第二搅拌桨26b均至少有一端与反应缸体22内壁靠接形成刮壁效果，而在反应缸体22上端及下端的中部，会存在一小部分搅拌桨26无法刮壁的情况，但在旋转搅拌的涡旋力的带动下，这小部分也不会产生反应物料的附着，从而实现自清洁的功能。

另外，操作口6可以是一个，也可以是多个，具体可以根据反应中的实际需要而进行配置，优选地，操作口6为多个，其作用可分别为物料进口、视镜观察口、抽真空及惰性气体入口、温度计及液位计等仪表安装口、人为对反应缸体22内部清理维修的进出口。传热介质除导热油外，也可为蒸汽、水及空气中的一种。搅拌轴2与地面平行，并不是必须严格的水平，在保证设备安装和使用安全的情况下，搅拌轴2也可以与水平面有一定的倾斜角度。反应缸体22下端的出料缸体1优选为与反应缸体22平行安装，也可设置为与反应缸体22垂直。反应缸体22底部与出料缸体1连通的进料口，可以使反应缸体22内的物料在重力和搅拌桨26推力的作用下进入出料缸体1，然后被出料螺杆23挤出。

利用上述兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置合成聚乳酸，首先将固体状纤维聚合级丙交酯及异丙醇铝加入到反应缸体22内，总加入量为反应缸体22容积的50%；通过操作口6将反应缸体22抽真空。根据反应物料的粘度计算两个搅拌桨26的扭矩，再结合反应过程中需要的搅拌桨26转速，根据这些参数计算出聚合装置所需要的减速器类型和电机动力，从而设定第一电机14、第一减速器13及第二减速器15；根据反应产物的粘度和需要的出料量计算得出第二电机18的动力，出料螺杆23与第二电机18之间可通过连接减速器来调节出料螺杆23的旋转速率；根据产品出料要求选择出料模头。将温度控制系统的温度设为120℃，利用夹套24及搅拌桨26的内腔28内流通的传热介质加热反应缸体22内的反应物料，待纤维聚合级丙交酯完全融化后，打开第一电机14，搅拌桨26将反应物料充分搅拌至均匀。逐步提高温度控制系统的温度，即提高传热介质的温度，反应物料和传热介质发生热交换，反应物料温度随着加热介质温度的提升而升高，在异丙醇铝的催化作用下发生聚合反应，分子量逐步提高。在反应缸体22内，保持反应物料的平均温度在170℃左右，保持9到18个小时后，观察粘度检测器的数据，当粘度达到2200Pa.s左右，加入一定比例的苯甲酸，并逐渐降低温度控制系统的温度，反应缸体22内聚合反应结束。打开反应缸体22和出料缸体1之间的进料口，并开动第二电机18和外部附加的切粒机等配套设备，聚乳酸被搅拌桨26推至出料缸体1内，经出料螺杆23挤出成型，即可得到聚合度在95%，重均分子量在25万的颗粒状的纤维级聚乳酸树脂。

其中，丙交酯包括L-丙交酯、D-丙交酯和内消旋丙交酯，所述纤维聚合级丙交酯是指丙交酯的含量≥99.5%，L-丙交酯占总丙交酯的含量≥97%，水分含量≤200ppm的丙交酯。异丙醇铝作为聚合反应的催化剂，能够促成丙交酯开环聚合反应，除了异丙醇铝外，催化剂还可选择辛酸亚锡或氯化亚锡等，催化剂加入的比例和方法属于本行业技术人员的公知技术。苯甲酸作为聚合反应的链增长终止剂，能与催化剂或增长链迅速起反应，从而有效地破坏其活性，使聚合反应终止；具有如下结构或可以形成如下结构的物质都可以用作链增长终止剂：醌、硝基、亚硝基、芳基羧酸基化合物以及许多含硫化合物；链增长终止剂为普通市售产品，其加入的比例和方法属于本行业技术人员的公知技术。所述聚合度是指当从丙交酯到聚乳酸的聚合反应结束后，丙交酯转变成聚乳酸的比例，即聚合度=残存丙交酯的含量/反应前丙交酯的含量。

在反应缸体22中，不特别限制反应物料的量，但是相对于反应缸体22的容量，通常放入反应物料量为反应缸体22容积的20%~80%，优选为50%~70%。本实用新型的聚合装置可以作为单独使用的间隙式反应器，也可作为连续式反应器的一个反应单元，串联2个或2个以上的聚合装置同时使用。一般出料缸体1的出口压力小于1.5兆帕，在出料口处安装各种不同形状的出料模头，以达到出料、造粒、挤片等各种需求，也可以安装高粘度齿轮泵等外加附件，进一步提高出料的压力，以适应喷丝等特殊要求。

上述实施例并非对本实用新型的结构、形状及用途等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，包括底座及卧式缸体，其特征在于：所述卧式缸体包括相互平行的反应缸体及出料缸体，卧式缸体的上端设有操作口，卧式缸体上设有循环进口及循环出口，卧式缸体的下端安装有支撑架，所述支撑架的下端固定于底座上；反应缸体为密封的，且反应缸体的截面呈类椭圆形，所述类椭圆形是指由两个圆心位于同一水平线且直径相同的圆相交后，两圆之间的上部通过共切线连接，两圆的下部通过共切圆弧连接而围成的封闭图形，所述反应缸体的内壁与外壁之间中空，并设有夹套和流道，所述夹套通过流道与循环进口及循环出口相连通，且夹套内流通有传热介质；反应缸体内部设有两个搅拌轴，所述搅拌轴分别位于所述类椭圆形的两个圆心处，所述类椭圆形的两个圆心是指构成该类椭圆形的两个相交的圆的圆心；所述搅拌轴上安装有搅拌桨，两个搅拌桨大小相同，且两个搅拌桨的截面均呈梭形，所述梭形的中心为搅拌轴截面的圆心，梭形中部的宽度大于搅拌轴的直径，两个搅拌桨的截面相互垂直靠接，且两个搅拌桨等速、同向旋转，旋转过程中，两个搅拌桨均有一端与反应缸体内壁靠接，其中一个搅拌桨不与反应缸体内壁靠接的一端与另一个搅拌桨靠接，所述搅拌桨的两端是指所述梭形的两端；所述出料缸体为圆筒形，出料缸体位于反应缸体的下端，且出料缸体轴向长度大于反应缸体的轴向长度，出料缸体与反应缸体之间设有可封口的进料口，出料缸体通过进料口与反应缸体相连通，出料缸体长出反应缸体的一端设有出料口，出料缸体内安装有与出料缸体相配合的出料螺杆；底座上设有第一电机及第二电机，所述第一电机通过同步带传动与出料螺杆的进料一端相连，第二电机通过同步带传动连接有减速器装置，减速器装置的输出端为两个，并分别连接有耦合器，减速器装置的输出端分别通过耦合器与搅拌轴相连接。

2.根据权利要求1所述的兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，其特征在于：搅拌轴内部设有通道，搅拌桨内部设有空心的内腔，所述内腔与通道相连通，所述通道与循环进口及循环出口均相连通。

3.根据权利要求1或2所述的兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，其特征在于：设有温度控制系统，传热介质的温度通过温度控制系统进行调节，所述传热介质为蒸汽、导热油、水或空气。

4.根据权利要求1所述的兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，其特征在于：第一电机的输出端连接有第一主动齿轮，所述第一主动齿轮外侧啮合有第一齿轮带，出料螺杆靠近进料口的一端连接有第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与第一齿轮带的内侧啮合传动，且第一从动齿轮的直径大于第一主动齿轮的直径。

5.根据权利要求1所述的兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，其特征在于：第二电机的输出端连接有第二主动齿轮，所述第二主动齿轮外侧啮合有第二齿轮带，减速器装置的输入端连接有第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与第二齿轮带的内侧啮合传动，且第二从动齿轮的直径大于第二主动齿轮的直径。

6.根据权利要求1所述的兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，其特征在于：反应缸体通过法兰连接卧式缸体两端的侧板。

7.根据权利要求1所述的兼具自清洁及出料功能的高粘度聚合装置，其特征在于：出料缸体的出料口安装有出料模头。