CN208912053U - 内胆式聚合釜 - Google Patents

Abstract

一种内胆式聚合釜，包括由外壳体和内壳体构成的封闭的壳体组件，壳体组件内侧的底部设有搅拌桨，其技术要点是：外壳体与内壳体之间设有若干水平的加强圈，相邻的加强圈之间构成冷却水道。其具有结构简单紧凑、传热效率高、制造工艺相对简单、制造成本低等优点。

Description

内胆式聚合釜

技术领域

本实用新型涉及化工匀质设备，具体说是一种内胆式聚合釜，其主要适用于聚氯乙烯的制备。

背景技术

现有聚合釜的筒体部分大都采用内壳体和外夹套的结构形式，在使用过程中，搅拌桨持续旋转粘度较高的反应物时，会对夹套内壁施加较大的外张力，进而使反应釜内外存在较高的压差。由于反应釜完全依靠釜体内壳承受该压差，因此为保证设备的顺利稳定运行，通常采用的技术手段为，增加内壳体壁的厚度的方式，以增强内壳体的刚度。但不可避免的，壁厚一方面限制了夹套的冷量向釜体内部传递，另一方面限制了釜体内的热量向夹套传递，进而导致釜体的传热效率降低。此外，根据本领域公知常识，在PVC生产中，如果搅拌效果、传热效率过低，会导致聚合热量集中，易产生局部爆聚、甚至爆停，造成树脂质量低劣、甚至废品。可见，有效控制搅拌和传热过程是影响PVC产品质量的关键因素。

为解决由于壳体内壁过厚引起的一系列问题，国内有制造厂曾对现有釜体进行了改进设计，以期提高树脂产量和质量。例如，将数十个约120mm宽的窄环圈焊接成型制成内夹套，釜体内部多达50余道环缝，冷卷筒成型和焊接应力集中，复合板又无法进行有效热处理消除应力，再加上生产使用过程中随着冷热交替、物料流体冲击等多种因素的交互作用下应力逐步释放，极大增加了内漏几率，最终影响设备使用性能、树脂产量和质量。

由于上述改进釜型的内夹套焊接在外壳体内侧，致使夹套最底部在搅拌器上方形成了截面为直角的挡环，该挡环改变了流场内部结构，导致釜体内产生死区，导致粘釜严重，缩短了清釜周期，对产品整体质量（生产稳定性和颗粒均匀度）以及产量产生了不同程度的影响。此外，该结构在焊接后需要对釜内进行打磨和抛光，增加了制造工序，导致制造复杂度与制造成本偏高。此外，显然上述结构未考虑搅拌器的匹配放大，因此无法达到釜体的最佳使用效果。

为避免挡环引起的上述技术问题，一种解决方案是在挡环内侧与外壳体之间设置了导向环结构，另一种解决方案是将该内夹套结构外置在外壳体与下封头之间，且与下封头内径平齐。但无论上述何种反应釜结构均不能有效解决釜体内部环缝过多及其内应力导致的内漏几率过高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种内胆式聚合釜，从根本上解决了上述问题，其具有结构简单紧凑、传热效率高、制造工艺相对简单、制造成本低等优点，因此更有利于市场推广应用。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：该内胆式聚合釜包括由外壳体和内壳体构成的封闭的壳体组件，壳体组件内侧的底部设有搅拌桨，其技术要点是：外壳体与内壳体之间设有若干水平的加强圈，相邻的加强圈之间构成冷却水道。

为方便加强圈的制造与焊接，加强圈的截面为矩形，加强圈两端分别垂直焊接在内壳体的外壁和外壳体的内壁上。

为降低制造成本并方便内壳体内部的打磨，内壳体为两段式筒体。

为进一步提高反应釜的换热效率，上封头或下封头上设有若干冷却水道。

为提高搅拌效果，搅拌桨为相对设置的偶数个直叶平桨，搅拌桨相对轴心垂直均布。

为进一步提高搅拌效果，依据搅拌试验数据，将搅拌桨的宽度设置为内壳体内径的8.0%~9.5%。

本实用新型的有益效果：

本实用新型相较于现有技术（将数十个约120mm宽的环圈焊接成型制成内夹套的釜体结构），外壳体（夹套）采用焊透结构，而内壳体采用只由两节筒体焊接而成整体结构，更有利于机械抛光和最终电解抛光精度的实现，焊接产生的变形造成釜体内表面起伏状变形，需要在机械抛光工序加大磨削量，保证爆破复合、机械抛光减薄后的复层厚度，加上封头环缝，仅有三道环缝，极大降低了内漏几率。

外壳体与内壳体之间通过加强圈(加强圈之间还可形成冷却水流道)焊接成为封闭腔一体结构（将夹套和釜体制成一体式结构，与上下封头组焊后，再逐条组焊外夹套），使内胆、导流板、外夹套成为封闭的结构，从而保证了设备整体刚度和运转稳定性。采用一体结构后，使外壳体与内壳体共同承受釜体内外的压力差，因此可将内壳体设计的更薄，在保证强度的前提下，更有利于提高传热效率。并且，为尽可能减小焊接和残余应力对内壳体的影响，加强圈和外壳体组焊前进行消除应力热处理。

综上所述，通过上述改进结构，本实用新型的釜体不但在通过有限元应力分析计算，强度完全满足技术要求的前提下，可将内壳体的壁厚减薄50%以上，有效保证了设备运行的稳定性和使用寿命。而且该结构有效避免了国内现有釜型的几十条环缝或焊接区产生裂纹后导致的釜体内漏几率增加的问题。

为更好地匹配因该型釜内壳体大幅减薄后，搅拌传热过程产生的放大效应，根据试验数据，将搅拌器桨叶的宽度在原有基础上增加了8.0%~9.5%，使流场循环次数和混匀度有所提升，更有利于缩短反应时间，进一步改善了搅拌过程中单位体积物料传热速率。达到了最佳的搅拌效果，为增产和提质的实现提供进一步保证。而现有技术中鲜有通过增加桨叶宽度改善搅拌效果的技术方案。此外，将桨叶制成斜边相互平行的直角梯形，有利于在物料内形成转速不同的“内外圈”，更有利于釜体内物料之间的热量的传递。

此外，釜体制作完成时，利用机械抛光设施对釜体内表面进行整体机械抛光，达到Ra≤0.05~0.08μm后，对其内表面进行整体一次性电解抛光，有效降低生产过程中的粘釜现象和缩短每次清釜时间。正常生产情况下，保证年清釜次数≤两次，可将产量提高约25%。进一步的，还可根据用户需要配备高压水自动清洗装置，360°全方位无死角，并可全面缩短清釜时间至30min以内。相较于现有单釜产能最高达40 kt/年的106 m³PVC聚合釜的所有釜型，本实用新型的单釜产能再提高25%以上，可达50kt/年，显著高于同类的其他聚合釜。

附图说明

图1为本实用新型的剖视结构示意图；

图2为图1中A部分的放大结构示意图；

图3为内壳体、外壳体与下封头的焊接结构示意图；

图4为图3的应力分析图；

附图标记说明：1冷却装置、2搅拌桨、3加强圈、4驱动电机、5减速机、6进水管或出水管、7内壳体、8外壳体、9冷却水道、10下封头、11上封头。

具体实施方式

以下结合图1~4，通过具体实施例详细说明本实用新型的内容。该内胆式聚合釜包括由外壳体和内壳体构成的封闭的壳体组件，壳体组件内侧的底部设有搅拌桨，以及设置在釜体顶部的冷却装置1（该结构采用现有装置，不再详细描述）。

为提供足够的输出扭矩，同时保证运行的稳定性，驱动部分优选采用卧式驱动电机4，以及设置在驱动电机4输出端的用于将水平扭矩转化为竖直扭矩的减速机5。搅拌轴设置在减速机的输出端，搅拌桨成对设置在搅拌轴上（优选为相对设置的两对四个直叶平桨相对轴心垂直均布），并位于釜体底部。搅拌叶的宽度优选为内壳体内径的8.5％~9.5％。

根据本领域公知常识，搅拌叶的宽度是指沿搅拌轴方向上，搅拌叶的上边缘至下边缘之间的距离。即本实施例中直角梯形的直角边长度。

外壳体8与内壳体7之间设有若干水平的加强圈3。在加强圈3两侧焊接将加强圈3固定在内壳体7外壁上，外壳体8与加强圈相对应的位置上环切若干凹槽，将凹槽作为焊接点将加强圈3与外壳体8固定。内壳体7和外壳体8的端部分别与上封头11或下封头10焊接。（图3为下封头的焊接结构示意图，上封头焊接结构与其相似，图略）相邻的加强圈3之间形成冷却水道9，若干冷却水道9呈环形排布在内壳体与外壳体之间，最末端的加强圈、外壳体、内壳体以及上封头或下封头之间构成最末端的冷却水道，外壳体8上设有与冷却水道9相连通的进水管或出水管6。为提高换热效率，在上封头和下封头的外壁上也设置了冷却水道（图中未标记）。

对于上述冷却水道结构，本领域技术人员能够知晓的，进水管和出水管可分别设置在冷却水道的两侧（轴线呈90°~270°）。为保证热量的均匀传递，应避免采用自下而上的给水方式，该方式会导致由下自上的水温逐渐升高，水温的不同会引起釜体内热传递效率的不同，进而影响最终产品的质量。

为保证各冷却水道内运行通畅，将两个以上的冷却水道作为一个冷却单元，从而使整个冷却水道系统由若干个冷却单元构成，在每个冷却单元上设置一个进水管和一个出水管。从而在保证水流运行通畅的前提下，尽可能地减少进水管和出水管的数量，进而降低制造难度，并最终提高制造效率，降低制造成本。

而对于上述加强圈结构，本领域技术人员能够知晓的，本实用新型的相邻加强圈之间并不相互连接构成螺旋状，螺旋状会增加应力与本实用新型的设计初衷相背。因此，为构成冷却单元，加强圈上设有一定数量的通孔，以保证相邻的冷却水道9相互连通。

图4为本实用新型夹套的应力分析图。

Claims (6)

1.一种内胆式聚合釜，包括由外壳体和内壳体构成的封闭的壳体组件，壳体组件内侧的底部设有搅拌桨，外壳体与内壳体之间设有若干水平的加强圈，相邻的加强圈之间构成冷却水道，其特征在于：外壳体与加强圈相对应的位置上环切若干凹槽，将凹槽作为焊接点将加强圈与外壳体固定。

2.根据权利要求1所述的内胆式聚合釜，其特征在于：加强圈的截面为矩形，加强圈两端分别垂直焊接在内壳体的外壁和外壳体的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的内胆式聚合釜，其特征在于：内壳体为两段式筒体。

4.根据权利要求3所述的内胆式聚合釜，其特征在于：上封头或下封头上设有若干冷却水道。

5.根据权利要求4所述的内胆式聚合釜，其特征在于：搅拌桨为相对设置的偶数个直叶平桨，搅拌桨相对轴心垂直均布。

6.根据权利要求4所述的内胆式聚合釜，其特征在于：搅拌叶的宽度为内壳体内径的8.0％~9.5％。