CN205146057U - 一种用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置，其结构特征是：搅拌装置为立式结构，包括搅拌单元、传动单元、密封单元及换热单元；搅拌单元是由伸入容器内部的中空的搅拌轴带动容器内部的搅拌器转动；传动单元由电机、减速机、联轴器、机架构成，传动单元通过联轴器驱动搅拌单元；密封单元是在搅拌轴与所搅拌的容器连接处设置有釜用机械密封的轴封型式；换热单元通过旋转接头、连接管路和阀门，通热媒循环，给转动的中空搅拌轴加热。本实用新型装置针对高聚合度聚乙烯醇(PVA)树脂原料，在高温、高压工况下，实现高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液的溶解搅拌；并保证搅拌溶解后，高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液浓度的均匀性。

Description

一种用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于聚乙烯醇(PVA)树脂溶解的搅拌装置，尤其是在高温高压工况下，完成高浓度、高粘度聚乙烯醇(PVA)树脂溶解的搅拌装置。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是一种用途广泛的水溶性高分子材料。用它做原料，可以生产聚乙烯醇(PVA)薄膜、聚乙烯醇(PVA)纤维、PVB树脂等新材料产品。上述产品的原料制备，是将聚乙烯醇(PVA)树脂溶解于水，制成聚乙烯醇(PVA)溶液。

过去，生产上述新材料产品的常规品种，制备的聚乙烯醇(PVA)溶液，浓度大多在15％以下，溶液粘度在3000-6000CPS。

而目前，由于一些特殊品种规格的需要，要求制备的聚乙烯醇(PVA)溶液浓度在20％以上，粘度高达5000-150000CPS，同时选用的聚乙烯醇(PVA)树脂的聚合度在2600以上。

用这种高聚合度聚乙烯醇(PVA)树脂，制备的这种高浓度聚乙烯醇(PVA)溶液，必须是在高温高压工况下进行的，溶解后溶液粘度最高达150,000CPS。

聚乙烯醇(PVA)溶液是非牛顿流体，在溶解搅拌过程中，溶胀的聚乙烯醇(PVA)树脂在玻璃化状态下，由于高分子的粘弹性，粘度变化也非常大，波动范围达10,000-200,000CPS。这种宽粘度域的溶液搅拌，给搅拌装置搅拌器的选型设计，带来很高的要求。

且作为非牛顿流体，聚乙烯醇(PVA)溶液在溶解搅拌过程中产生魏森伯格(Weissenbery)效应，溶液与搅拌器有明显的“包轴”现象，此时搅拌器所受的扭矩非常大。这种宽扭矩域的溶液搅拌，加大了搅拌装置搅拌器的强度、刚度设计要求。

过去，溶解聚乙烯醇(PVA)的搅拌装置是一种立式搅拌釜，搅拌釜与容器偏心安装，采用桨式搅拌桨叶，桨径与容器直径比为0.3。

这种搅拌装置只满足用于当前聚乙烯醇(PVA)溶液浓度在15％左右，溶液粘度波动范围只2500-5000CPS。

而对于粘度高达5000-150000CPS的聚乙烯醇(PVA)树脂溶解搅拌，选用这种搅拌装置结构，会出现搅拌轴和搅拌桨叶的强度和刚度不足，搅拌的扭矩不足，造成溶液搅拌混合的强度不够，溶解时间长，溶液浓度不均匀。当“包轴”现象严重时，会出现搅拌桨叶或搅拌轴断裂现象，造成生产无法连续稳定。

实用新型内容

本实用新型为解决现有聚乙烯醇(PVA)树脂溶解搅拌装置不能满足高粘度PVA树脂溶解现状，提供一种用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置，以解决高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液的溶解搅拌过程中搅拌结构强度和扭矩不足、易出现“包轴”和浓度不均匀的难题，实现高浓度、高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液的生产连续化。

本实用新型为解决技术问题，采用如下技术方案：

本实用新型用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置，其结构特点是：所述搅拌装置为立式结构，包括搅拌单元、传动单元、密封单元及换热单元；所述搅拌装置通过安装底板固定在所搅拌的容器上；

所述搅拌单元是由固定成整体的搅拌轴和搅拌器组成；所述搅拌轴是中空结构，伸入到所搅拌的容器内部，带动搅拌器转动；所述搅拌器为桨式和锚框式组合的搅拌器，所述搅拌器的搅拌叶轮的直径与容器直径比在0.7以上；

所述传动单元由电机、减速机、上联轴器、下联轴器和机架构成；所述传动单元通过上联轴器和下联轴器联结、驱动所述搅拌单元；所述机架固定在安装底板上，用以支撑整个搅拌装置；

所述密封单元是在搅拌轴与所搅拌的容器连接处设置有釜用机械密封的轴封型式；所述釜用机械密封配有平衡罐循环系统；

所述换热单元是由旋转接头、连接管路和阀门组成，所述旋转接头布置在搅拌轴上端；所述搅拌轴内部设置有一根通入热媒介质的热媒管道和另一根排出热媒介质的热媒管道，分别通过阀门连通与不同的连接管路，组成热媒循环回路。

所述搅拌单元的搅拌轴和搅拌器表面均抛光加工，表面粗糙度Ra0.8以下。高抛光表面可以减少高粘度溶液的粘附，有利于溶液搅拌混合，提高溶液浓度均匀性；同时搅拌器减少溶液粘附，也可减少搅拌单元承受的扭矩。

所述电机为变频电机，在所述电机上设有独立的轴流风扇电机冷却。变频电机可以在0-50Hz范围内，通过改变工作频率，无极调节搅拌转速，适应搅拌转矩的变化，满足搅拌混合均匀的要求；独立的轴流风扇电机可避免变频电机因工作频率过低，散热差而造成的烧毁。

所述减速机为齿轮减速机；所述减速机的输出轴是空心轴结构；在所述减速机齿轮轴上设置有自冷式风扇结构。变频电机在工频以下，为恒扭矩工作输出。齿轮减速机具有较大的减速比，可以保证在低速下，搅拌单元提供给搅拌器扭矩最大。增大搅拌单元过载能力，提高搅拌效果，保证溶液浓度均匀性。减速机输出轴是空心轴结构，能够让循环的热媒流体通过，进入中空的搅拌轴加热；循环的热媒使减速机箱体温度升高。减速机上带有自冷式风扇结构，冷却热媒传导的温度，保持减速机箱体温度，稳定在正常工作温度。

所述上联轴器和所述下联轴器是一对刚性凸缘式联轴器，采用密封面配合结构，密封面用金属石墨垫片密封。上联轴器和下联轴器采用密封面配合结构，是让循环的热媒流体通过，进入中空的搅拌轴加热。

所述釜用机械密封带有废液收集结构。釜用机械密封可靠密封中空搅拌轴和所搅拌的容器，保证所搅拌的容器高温高压工况条件；特殊结构设计的废液收集结构，防止密封液渗漏到所搅拌的容器内，保持溶液洁净；

换热单元通过旋转接头，能够给转动状况下的中空搅拌轴，通热媒循环，使中空的搅拌轴保持一定的高温状态。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型一种用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置，可以解决高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液溶解搅拌过程中易出现的“包轴”和浓度不均匀的难题，实现高浓度、高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液的生产连续化；

2、本实用新型的搅拌轴采用中空结构，通过外接的换热单元，实现热媒循环，使搅拌轴保持一定的高温；高温的搅拌轴可以减少搅拌过程中高粘度溶液的魏森伯尔(Weissenbery)效应，防止“包轴”现象，减少搅拌单元所受的扭矩；同时也能增加溶液加热效果，保证所搅拌的容器内部和容器内壁，溶液温度均匀；

3、本实用新型的搅拌器为桨式和锚框式组合的搅拌器，特殊设计的大直径比锚框式搅拌叶轮，搅拌叶轮的直径与容器直径比在0.7以上，低速旋转时，能得到很大搅拌推力，搅拌器对溶液产生的剪切力也很大，能够满足很宽的粘度域的溶液搅拌；同时大直径的搅拌叶轮，叶轮的纵剖面的投影面积占容器纵剖面的面积很大，可得到较大的循环流，具有很高的混合效率和混合效果，从而最终保证所搅拌的容器内溶液浓度均匀一致；同时这种结构设置也解决了搅拌结构强度不足的问题；

4、本实用新型采用变频电机和大减速比齿轮减速机，保证在低速下，提供给搅拌器扭矩最大。变频电机可以在0-50Hz范围内，无极调节搅拌速度，适应搅拌转矩的变化；同时搅拌过载能力强，能够提高搅拌效果和搅拌混合均匀，提高溶液浓度均匀性；

5、本实用新型采用旋转接头，联轴器密封面配合的结构设计，实现给转动的中空搅拌轴通热媒循环，使搅拌轴保持一定的高温状态，防止“包轴”，同时增加溶液加热效果；

6、本实用新型密封单元是釜用机械密封的轴封型式，保证所搅拌的容器高温高压工况条件；特殊结构设计的废液收集结构，防止密封液渗漏到所搅拌的容器内，保持溶液洁净。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图中标号：1容器；2搅拌器；3搅拌轴；4安装底板；5支架；6釜用机械密封；7下联轴器；8金属石墨垫片；9上联轴器；10减速机；11电机；12轴流风扇电机；13旋转接头；14阀门；15连接管路；16平衡罐循环系统；

具体实施方式

如图1所示，本实施例用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解搅拌装置的结构形式是：搅拌装置为立式结构，包括搅拌单元、传动单元、密封单元及换热单元；搅拌装置通过安装底板4，固定在所搅拌的容器1上。

搅拌单元是由固定成整体的搅拌轴3和搅拌器2组成。搅拌轴3是中空结构，伸入到所搅拌的容器1内部，带动搅拌器2转动，中空的搅拌轴3通过外接的换热单元，实现热媒循环，防止“包轴”现象，减少搅拌单元所受的扭矩，增加溶液加热效果。搅拌器2为桨式和锚框式组合的搅拌器，搅拌器2的搅拌叶轮的直径与容器1直径比在0.7以上，大直径比锚框式搅拌叶轮，对溶液产生很大的剪切力，满足这种高粘度聚乙烯醇(PVA)溶液在很宽粘度域的搅拌，增大混合效率和混合效果，保证溶液浓度均匀一致。搅拌单元的搅拌轴3和搅拌器2表面均抛光加工，表面粗糙度Ra0.8以下，减少高粘度溶液的粘附，有利于溶液搅拌混合，提高溶液浓度均匀。

传动单元由电机11、减速机10、上联轴器9、下联轴器7和机架5构成；传动单元通过上联轴器9和下联轴器7联结、驱动搅拌单元；机架5固定在安装底板4上，用以支撑整个搅拌装置。电机11为变频电机，在0-50Hz范围内，无极调节搅拌转速，适应搅拌转矩的变化，在电机11上设有独立的轴流风扇电机12冷却。减速机10为齿轮减速机，具有较大的减速比，可以保证在低速下，提供给搅拌器扭矩最大，提高搅拌效果。减速机10的输出轴是空心轴结构，能够让循环的热媒流体通过；在减速机10齿轮轴上设置有自冷式风扇结构，冷却热媒传导的温度。上联轴器9和下联轴器7是一对刚性凸缘式联轴器，采用密封面配合结构，密封面用金属石墨垫片8密封。

密封单元是在搅拌轴3与所搅拌的容器1连接处设置有釜用机械密封6的轴封型式；釜用机械密封6配有平衡罐循环系统16；釜用机械密封6带有废液收集结构。

换热单元是由旋转接头13、连接管路15和阀门14组成，旋转接头13布置在搅拌轴3上端；搅拌轴3内部设置有一根通入热媒介质的热媒管道和另一根排出热媒介质的热媒管道，分别通过阀门14连通与不同的连接管路15，组成热媒循环回路。

具体实施中：

搅拌单元的搅拌轴3和搅拌器2采用不锈钢材质制造。换热单元热媒循环管路的设计压力1.6Mpa，设计温度为300℃；通入高温的热媒介质；釜用机械密封6的平衡罐循环系统16加入密封液循环。

向所搅拌的容器1加入定量的聚乙烯醇(PVA)树脂和溶液介质；向所搅拌的容器1通入一定压力气体，达到高压溶解条件；向所搅拌的容器1加温，达到高温溶解条件。

启动变频电机11，通过对变频电机11的频率调节，可以实现搅拌器2的转速从0-150rpm的速度调节；通过对变频电机11的电流的检测，可以判断搅拌器所受到的搅拌阻力扭矩。

启动搅拌装置后，根据变频电机11初始电流大小，确定一个合适的初始工作频率；

随着搅拌溶解的进行，随时观察变频电机11的电流大小，推算出搅拌转矩的变化，从而判断所搅拌的容器1中溶解搅拌程度；

如果变频电机11的电流突然波动很大，说明出现“抱轴”，打开热媒循环的阀门14，通热媒介质给中空的搅拌轴3，消除溶液“抱轴”。

随着聚乙烯醇(PVA)树脂的逐步溶解，溶液浓度逐步均匀，聚乙烯醇(PVA)溶液的粘度逐步稳定，此时调节变频电机11的频率，在一个稳定的赫兹数，使变频电机11电流和搅拌器2的搅拌状态在一个较合适的状态，继续搅拌；

搅拌过程中，随时监测变频电机11、减速机10箱体的振动和温度，检查釜用机械密封6平衡罐循环系统16是否有泄露；

聚乙烯醇(PVA)树脂，经过一定时间的高温高压搅拌，完全溶解，经浓度检测达到工艺要求的浓度范围，即可完成溶液的搅拌过程。

Claims (6)

1.一种用于高粘度聚乙烯醇树脂溶解的搅拌装置，其特征是：所述搅拌装置为立式结构，包括搅拌单元、传动单元、密封单元及换热单元；所述搅拌装置通过安装底板(4)固定在所搅拌的容器(1)上；

所述搅拌单元是由固定成整体的搅拌轴(3)和搅拌器(2)组成；所述搅拌轴(3)是中空结构，伸入到所搅拌的容器(1)内部，带动搅拌器(2)转动；所述搅拌器(2)为桨式和锚框式组合的搅拌器，所述搅拌器(2)的搅拌叶轮的直径与容器(1)直径比在0.7以上；

所述传动单元由电机(11)、减速机(10)、上联轴器(9)、下联轴器(7)和机架(5)构成；所述传动单元通过上联轴器(9)和下联轴器(7)联结、驱动所述搅拌单元；所述机架(5)固定在安装底板(4)上，用以支撑整个搅拌装置；

所述密封单元是在搅拌轴(3)与所搅拌的容器(1)连接处设置有釜用机械密封(6)的轴封型式；所述釜用机械密封(6)配有平衡罐循环系统(16)；

所述换热单元是由旋转接头(13)、连接管路(15)和阀门(14)组成，所述旋转接头(13)布置在搅拌轴(3)上端；所述搅拌轴(3)内部设置有一根通入热媒介质的热媒管道和另一根排出热媒介质的热媒管道，分别通过阀门(14)连通于不同的连接管路(15)，组成热媒循环回路。

2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征是：

所述搅拌单元的搅拌轴(3)和搅拌器(2)表面均抛光加工，表面粗糙度Ra0.8以下。

3.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征是：

所述电机(11)为变频电机，在所述电机(11)上设有独立的轴流风扇电机(12)冷却。

4.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征是：

所述减速机(10)为齿轮减速机；所述减速机(10)的输出轴是空心轴结构；在所述减速机(10)齿轮轴上设置有自冷式风扇结构。

5.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征是：

所述上联轴器(9)和所述下联轴器(7)是一对刚性凸缘式联轴器，采用密封面配合结构，密封面用金属石墨垫片(8)密封。

6.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征是：所述釜用机械密封(6)带有废液收集结构。