CN210252231U - 一种防爬杆效应的反应釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防爬杆效应的反应釜，包括反应釜和用于溶液搅拌的搅拌器，搅拌器包括主搅拌轴、固定于主搅拌轴底部的搅拌桨、自上而下套设于主搅拌轴上且悬设于主搅拌轴中段的副搅拌管、设置于副搅拌管的下段表面上的螺纹副桨、安装主搅拌轴顶部的第一驱动电机、独立设置的且与副搅拌管之间通过齿轮传动的第二驱动电机；第二驱动电机为无级变速电机。通过在主搅拌轴外部设置副搅拌管，利用聚合物溶液剪切变稀的特点，彻底破坏了爬杆效应形成的粘度条件，从而大幅减弱了反应溶液在螺纹副桨上的黏附能力，并实现了螺纹副桨的下输能力的显著提升，真正消除了反应溶液的爬杆现象，还同时增强了向下输送的反应溶液在原溶液中重新混合的均匀程度。

Description

一种防爬杆效应的反应釜

技术领域

本实用新型涉及反应釜及搅拌设备领域，具体涉及一种防爬杆效应的反应釜。

背景技术

爬杆效应，是聚合物聚合搅拌过程中常见的一种现象，其主要表现为，随着反应的进行，被搅拌反应液会沿着搅拌轴表面上爬。一般而言，这种现象取决于聚合物反应的聚合程度，聚合程度越大，聚合物分子量越大，反应溶液粘度越大，爬杆现象越明显。聚合反应过程中，爬杆效应的出现会降低反应溶液中各反应分散的均匀程度，进而使得聚合反应不充分，所得产物的聚合度、收率不及预期。

为了消除上述效应对反应的影响，工业上有采取在搅拌轴与溶液液面接触的部位上下设置螺纹副桨，以通过螺纹副桨随搅拌轴的转动使得附着于螺纹副桨上的溶液向下运动并重新混入到反应溶液中。由于上述螺纹副桨固定于搅拌轴的表面，所以螺纹副桨只能与搅拌轴同转速。但是随着聚合反应的进行，溶液粘度会逐步上升，溶液在螺纹副桨上的附着爬升速度极易突破后者向下输送的能力，从而使得部分范颖溶液依然仅在螺纹副桨周围搅动；因此，该结构并不能彻底解决爬杆效应所带来的反应溶液混合不均匀的问题，同时，还存在溶液突破螺纹副桨能力极限，继续向上攀爬的风险。

实用新型内容

本实用新型提供了一种防爬杆效应的反应釜，以解决现有螺纹副桨式搅拌轴不能在反应溶液粘度快速增长有效防止爬杆效应发生的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种防爬杆效应的反应釜，包括反应釜和竖直设置于反应釜中央中央部位且用于溶液搅拌的搅拌器，所述搅拌器包括主搅拌轴、固定于主搅拌轴底部的搅拌桨、自上而下套设于主搅拌轴上且悬设于主搅拌轴中段的副搅拌管、设置于副搅拌管的下段表面上的螺纹副桨、安装主搅拌轴顶部的第一驱动电机、独立设置的且与副搅拌管之间通过齿轮传动的第二驱动电机；所述第二驱动电机为无级变速电机。

进一步的，所述副搅拌管位于所述螺纹副桨上方10～15cm处的管体壁上开设有若干个水平通孔。

进一步的，所述主搅拌轴材质为不锈钢，所述副搅拌管和所述螺纹副桨的材质均为聚四氟乙烯。

更进一步的，所述主搅拌轴的外壁上设置有聚四氟乙烯涂层。

进一步的，所述搅拌桨可拆卸地固定连接于所述主搅拌轴的底端。

进一步的，所述副搅拌管的转速至少为所述主搅拌轴的5倍。

进一步的，所述反应釜的顶部开设有安装孔，所述安装孔孔上方同轴设置有第一滚珠轴承；所述第一滚珠轴承的外环与所述反应釜之间固定连接，所述第一滚珠轴承的内环壁上竖直开设有若干第一键槽，每一所述第一键槽上端开口且下端封闭；所述副搅拌管的外壁上与每一所述第一键槽位置对应的部位均设置有与相应第一键槽相适配的第一固定键，以使副搅拌管贯穿悬挂于所述反应釜的顶部。

更进一步的，所述副搅拌管分为上管和下管两部分，所述上管和下管通过内外螺纹旋紧固定连接；所述螺纹副桨设置于下管上。

更进一步的，所述传动齿盘的通孔的上方设置有第二滚珠轴承；所述第二滚珠轴承的外环与所述传动齿盘的上表面固定连接，所述第二滚珠轴承的内环壁上竖直开设有若干第二键槽，每一所述第二键槽上端开口且下端封闭；所述主搅拌轴的外壁上与每一所述第二键槽位置对应的部位均设置有与相应第二键槽相适配的第二固定键，以使主搅拌轴贯穿悬挂于所述副搅拌管的管体内。

综上所述，本实用新型相较于现有技术的有益效果是：

(1)通过在主搅拌轴外部设置副搅拌管，利用聚合物溶液剪切变稀的特点，彻底破坏了爬杆效应形成的初始条件之一——粘度，从而大幅减弱了反应溶液在螺纹副桨上的黏附能力，并显著提升了螺纹副桨的下输能力，真正消除了反应溶液的爬杆现象，还同时增强了向下输送的反应溶液在原反应溶液中重新混合的均匀程度；

(2)副搅拌管转速可变，随之螺纹副桨的转速可变，具有更好的向下输送能力，显著提升了螺纹副桨防爬杆效果的处理量阈值上限，更适用于在反应中后期具有高粘度或超高粘度的聚合物反应体系；

(3)副搅拌管结构简单，无复杂连接驱动件，性能可靠，对设备陈本不会造成过多增加，同时还能够用于现有带中心轴的搅拌器的改进，具有较强的应用潜力；

(4)主搅拌轴与副搅拌管之间的相对转速可调，能够适应具有不同反应特性的聚合物反应工艺的搅拌需求。

附图说明

图1是本实用新型中所述防爬杆效应的反应釜的结构示意图

图2是图1中部位A的局部放大示意图

图中标记：1-第一驱动电机，2-主搅拌轴，3-传动齿盘，4-副搅拌管，41-上管，42-下管，5-水平通孔，6-螺纹副桨，7-搅拌桨，8-反应釜，9-驱动齿盘，10-第二驱动电机，11-第一滚珠轴承，12-第二滚珠轴承。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例

一种防爬杆效应的反应釜8，包括反应釜8和竖直设置于反应釜8中央中央部位且用于溶液搅拌的搅拌器，所述搅拌器包括主搅拌轴2、固定于主搅拌轴2底部的搅拌桨7、自上而下套设于主搅拌轴2上且悬设于主搅拌轴2中段的副搅拌管4、设置于副搅拌管4的下段表面上的螺纹副桨6、安装主搅拌轴2顶部的第一驱动电机1、独立设置的且与副搅拌管4之间通过齿轮传动的第二驱动电机10；所述第二驱动电机10为无级变速电机；所述第一驱动电机1通过支架(附图未视出)支撑固定于反应釜8的顶部，所述第二气动电机通过副支架(附图未视出)支撑固定于反应釜8的顶部。

其中，所述副搅拌管4为直管结构，且由聚四氟乙烯材料制成；其内径等于或微大于所述主搅拌轴2的外径，同时在公差范围内两者之间呈转动配合。

所述副搅拌管4与所述反应釜8之间的连接结构为，所述反应釜8的顶部开设有安装孔，所述安装孔孔上方同轴设置有第一滚珠轴承11；所述第一滚珠轴承11的外环与所述反应釜8之间固定连接，所述第一滚珠轴承11的内环壁上竖直开设有若干第一键槽，每一所述第一键槽上端开口且下端封闭；所述副搅拌管4的外壁上与每一所述第一键槽位置对应的部位均设置有与相应第一键槽相适配的第一固定键，以使副搅拌管4贯穿悬挂于所述反应釜8的顶部。如此，即实现了副搅拌管4与反应釜8之间的可转动固定连接。

同时，为便于直接将副搅拌管4自反应釜8内抽出进行清洗和维护，所述副搅拌管4分为上管41和下管42两部分，所述上管41和下管42通过内外螺纹旋紧固定连接；所述螺纹副桨6设置于下管42上。在取出副搅拌管4的时候，首先将下管42拧下，然后将上管41自反应釜8顶部上方抽出即可。

副搅拌管4的顶部固定有用于外部转动输入的传动齿盘3，传动齿盘3与副搅拌管4之间通过螺纹配合旋紧固定，具体的，副搅拌管4上顶部外壁上设置一段长度等于或略小于传动齿盘3口度的螺纹外丝口，传动齿盘3中央开设通孔，通孔的设置有与该螺纹外丝口相匹配的螺纹内丝口，并通过螺纹之间的配合拧紧固定于副搅拌管4的顶部。这样设置的好处在于，传动齿盘3可更换，允许通过传动齿盘3的齿数和盘径的调整来实现副搅拌管4的不同转速。

所述主搅拌管贯穿设置于所述副搅拌管4的管体内，上端漏出于副搅拌管4以上，下端延伸出副搅拌管4以下，底部通过螺栓或螺纹连接方式固定连接有用于溶液搅拌的搅拌桨7。为保证主搅拌轴2的刚性，其材质通常选用不锈钢，同时为了减少反应物的附着，同时减低主搅拌轴2外壁与副搅拌管4内壁之间的摩擦，主搅拌轴2的外壁上涂覆固化有聚四氟乙烯层。与副搅拌管4与反应釜8之间的连接结构相似，首先在所述传动齿盘3的通孔的上方设置有第二滚珠轴承12；所述第二滚珠轴承12的外环与所述传动齿盘3的上表面固定连接，所述第二滚珠轴承12的内环壁上竖直开设有若干第二键槽，每一所述第二键槽上端开口且下端封闭；所述主搅拌轴2的外壁上与每一所述第二键槽位置对应的部位均设置有与相应第二键槽相适配的第二固定键，以使主搅拌轴2贯穿悬挂于所述副搅拌管4的管体内。同样，上述连接结构下，即实现了主搅拌轴2的悬挂固定及与副搅拌管4之间的可转动配合，同时，在也便于直接将主搅拌轴2自副搅拌管4内抽出进行清洗和维护，此外，上述结构中，主搅拌轴2的固定不依赖于第一驱动电机1，能够减少第一驱动电机1的负担，延长第一驱动电机1的使用寿命。

同时，副搅拌管4的长度满足以下条件，所述副搅拌管4的底面位于所述搅拌桨7的上方，同时位于所述反应釜8内的溶液液面的下方，并使得溶液液面位于其上固定的螺纹副桨6的可触及方位内。

所述副搅拌管4通过第二驱动电机10进行驱动。该驱动电机为无级可调变速电机，其输出的转动速率可以根据输入电压电流大小而改变。第二驱动电机10的转动输出轴上通过螺纹或销接的方式固定有驱动齿盘9，该齿盘与副搅拌管4顶部的传动齿盘3啮合，以实现对副搅拌管4的转动驱动。本实施例中，因为传动齿盘3与驱动齿盘9均采用可拆卸的方式固定连接，故具有可更换特性，因此，允许对第二驱动电机10与副搅拌管4之间的传动比进行更大范围内的调节，以实现主搅拌轴2与副搅拌轴之间的转速差异更为精确的控制，进而适应不同反应溶液体系的防爬杆效应的需求。

基于上述结构，本实施例在反应进行过程中防止韦森堡效应发生的原理和过程如下：

首先，聚合物反应溶液的粘度特性与一般小分子反应溶液具有较大不同，具体的，聚合物分子分子链较长，且随着反应的进行分子链的长度会进一步增加，这就使得反应溶液的粘度增加的同时，各聚合物分子链之间的纠缠进一步加强，反应溶液各部分之间的拖拽现象增强。这种情况下，即使初始时只有一小部分聚合物附着于主搅拌轴2上，在溶液内聚合物分子相互纠缠的状态下，后续聚合物分子也会陆续受到拖拽而向主搅拌轴2的中心富集；富集的过程中，溶液向内流动而形成推力，使得已经附着于主搅拌轴2上的聚合物溶液上涌，如此循环，便出现了聚合物溶液爬杆的韦森堡效应。

在本实施例中，通过在主搅拌轴2的外围设置转速始终大于主搅拌轴2的副搅拌管4，来避免爬杆现象的发生。其主要利用聚合物剪切变稀的非牛顿流体特性，具体的，当反应溶液粘度达到一定值，溶液发生爬杆趋势时，通过高速转动的副搅拌管4与溶液之间接触时所产生的强剪切力，使得反应溶液在副搅拌管4周围出现明显的粘度降低，进而破坏聚合物黏附于副搅拌管4表面的初始条件之一——粘度。在溶液粘度不足的情况下，聚合物不能有效附着于副搅拌管4的表面上，并在剪切力的作用下被进一步离心甩出，从而彻底避免了爬杆效应的发生。同时，用于副转动管驱动的第二驱动电机10的转速可调，相对于将螺纹副桨6直接固定于主搅拌轴2上而言，其转动速度可控，当反应溶液粘度进一步上升时，允许副搅拌管4以更高的转速来增强其反应溶液下述能力，克服反应溶液的上爬，从而有效保证防爬杆效果的实现；此外，由于使用更高的转速，其为反应溶液所带来的剪切变稀效果更为显著，这使得向下输送的反应溶液更容易分散到反应溶液的各处，从而避免了该部分溶液仅在副搅拌管4附近转动，进而提高了反应溶液混合的均匀程度。

作为进一步优选方案的，由于主搅拌轴2与副搅拌管4之间具有转速差，因此，反应溶液中的小分子原料(注意，聚合物由于分子链较长，很难进入主搅拌轴2与副搅拌管4之间的间隙)会少量进入到前两者之间的间隙中，因此，作为改进，所述副搅拌管4位于所述反应釜8内溶液液面上方的10～15cm处的管体壁上开设有若干个水平通孔5。在此改进下，由于当含小分子溶液随间隙上升至水平通孔5处时，由于其受剪切离心力的作用，会自水平通孔5甩出，进而返回到反应溶液中继续反应，而不会沿间隙进一步爬升。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种防爬杆效应的反应釜，包括反应釜(8)和竖直设置于反应釜(8)中央部位且用于溶液搅拌的搅拌器，其特征在于：所述搅拌器包括主搅拌轴(2)、固定于主搅拌轴(2)底部的搅拌桨(7)、自上而下套设于主搅拌轴(2)上且悬设于主搅拌轴(2)中段的副搅拌管(4)、设置于副搅拌管(4)的下段表面上的螺纹副桨(6)、安装主搅拌轴(2)顶部的第一驱动电机(1)、独立设置的且与副搅拌管(4)之间通过齿轮传动的第二驱动电机(10)；所述第二驱动电机(10)为无级变速电机。

2.根据权利要求1所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述副搅拌管(4)位于所述螺纹副桨上方10～15cm处的管体壁上开设有若干个水平通孔(5)。

3.根据权利要求1所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述主搅拌轴(2)材质为不锈钢，所述副搅拌管(4)和所述螺纹副桨(6)的材质均为聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述主搅拌轴(2)的外壁上设置有聚四氟乙烯涂层。

5.根据权利要求1所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述搅拌桨(7)可拆卸地固定连接于所述主搅拌轴(2)的底端。

6.根据权利要求1所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述副搅拌管(4)的转速至少为所述主搅拌轴(2)的5倍。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述反应釜(8)的顶部开设有安装孔，所述安装孔孔上方同轴设置有第一滚珠轴承(11)；所述第一滚珠轴承(11)的外环与所述反应釜(8)之间固定连接，所述第一滚珠轴承(11)的内环壁上竖直开设有若干第一键槽，每一所述第一键槽上端开口且下端封闭；所述副搅拌管(4)的外壁上与每一所述第一键槽位置对应的部位均设置有与相应第一键槽相适配的第一固定键，以使副搅拌管(4)贯穿悬挂于所述反应釜(8)的顶部。

8.根据权利要求7所述的一种防爬杆效应的反应釜，其特征在于：所述副搅拌管(4)分为上管(41)和下管(42)两部分，所述上管(41)和下管(42)通过内外螺纹旋紧固定连接；所述螺纹副桨(6)设置于下管上。

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