CN211216620U - 一种抗韦森堡效应的反应釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种抗韦森堡效应的反应釜，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、用于驱动主搅拌轴和副搅拌管转动的驱动机构；所述副搅拌管贯穿悬挂于所述反应釜顶部且与反应釜之间转动配合；所述主搅拌轴与副搅拌管之间转动配合，且所述副搅拌管的转速远大于所述主搅拌轴。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，彻底破坏了韦森堡效应形成的初始条件之一——粘度，从而消除了反应溶液的爬杆现象。

Description

一种抗韦森堡效应的反应釜

技术领域

本实用新型涉及反应釜及搅拌设备领域，具体涉及一种抗韦森堡效应的反应釜。

背景技术

韦森堡效应，又称爬杆效应，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，韦森堡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，实验室内一般采用磁力搅拌，这种情况下，溶液搅拌的过程中，溶液无依附攀爬的物理基础。但是，磁力搅拌的搅拌能力有限，能量传递效率较低，并不适用于在工业上大型反应釜中使用。因此，工业上，依然采用带中心轴的搅拌器进行搅拌操作；作为补充，仅能降低搅拌速率来减弱爬杆效应，但并不能消除该效应对反应的影响。

实用新型内容

本实用新型提供了一种抗韦森堡效应的反应釜，以解决工业用聚合物反应釜搅拌器不能有效消除爬杆效应的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种抗韦森堡效应的反应釜，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、用于驱动主搅拌轴和副搅拌管转动的驱动机构；所述副搅拌管贯穿悬挂于所述反应釜顶部且与反应釜之间转动配合；所述主搅拌轴与副搅拌管之间转动配合，且所述副搅拌管的转速远大于所述主搅拌轴。

进一步的，所述副搅拌管的底面位于所述搅拌桨的上方，同时位于所述反应釜内的溶液液面的下方。

进一步的，所述副搅拌管位于所述反应釜内溶液液面上方的10～15cm处的管体壁上开设有若干个水平通孔。

进一步的，所述主搅拌轴材质为不锈钢，所述副搅拌管的材质为聚四氟乙烯。

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与所述主搅拌轴的底端。

进一步的，所述驱动机构包括固定于所述主搅拌轴顶部的第一传动齿盘、固定于所述副搅拌管顶部且中部留有通孔供主搅拌轴穿过的第二传动齿盘、通过外部支架固定的驱动电机、同轴套设固定于驱动电机动力输出轴上的且分别与第一传动齿盘和第二传动齿盘啮合的第一驱动齿盘和第二驱动齿盘；所述第二驱动齿盘与第二传动齿盘之间的传动比至少为所述第一驱动齿盘与第一传动齿盘之间的传动比的5倍。

更进一步的，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，所述第二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第二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，彻底破坏了韦森堡效应形成的初始条件之一——粘度，从而消除了反应溶液的爬杆现象；

(2)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；

(3)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抗韦森堡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-驱动机构，11-驱动电机，12-第一驱动齿盘，13-第一传动齿盘，14-第二驱动齿盘，15-第二传动齿盘，2-副搅拌管，3-水平通孔，4-主搅拌轴，5-反应釜，6-搅拌桨，7-第二滚珠轴承，8-第一滚珠轴承。

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

一种抗韦森堡效应的反应釜5，包括反应釜5和竖直设置于反应釜5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4、固定于主搅拌轴4底部的搅拌桨6、自上而下套设于主搅拌轴4上且悬设于主搅拌轴4中段的副搅拌管2、用于驱动主搅拌轴4和副搅拌管2转动的驱动机构1；所述副搅拌管2贯穿悬挂于所述反应釜5顶部且与反应釜5之间转动配合；所述主搅拌轴4与副搅拌管2之间转动配合，且所述副搅拌管2的转速远大于所述主搅拌轴4。

其中，所述副搅拌管2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4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2与所述反应釜5之间的连接结构为，所述反应釜5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8；所述第一滚珠轴承8的外环与所述反应釜5之间固定连接，所述第一滚珠轴承8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2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2贯穿悬挂于所述反应釜5的顶部。如此，即实现了副搅拌管2与反应釜5之间的可转动固定连接，同时，在也便于直接将副搅拌管2自反应釜5内抽出进行清洗和维护。

副搅拌管2的顶部固定有用于外部转动输入的第二传动齿盘15，第二传动齿盘15与副搅拌管2之间通过螺纹配合旋紧固定，具体的，副搅拌管2上顶部外壁上设置一段长度等于或略小于第二传动齿盘15口度的螺纹外丝口，第二传动齿盘15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2的顶部。这样设置的好处在于，第二传动齿盘15可更换，允许通过第二传动齿盘15的齿数和盘径的调整来实现副搅拌管2的不同转速。

所述主搅拌管贯穿设置于所述副搅拌管2的管体内，上端漏出于副搅拌管2以上，下端延伸出副搅拌管2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6。为保证主搅拌轴4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4外壁与副搅拌管2内壁之间的摩擦，主搅拌轴4的外壁上涂覆固化有聚四氟乙烯层。与副搅拌管2与反应釜5之间的连接结构相似，首先在所述第二传动齿盘15的通孔的上方设置有第二滚珠轴承7；所述第二滚珠轴承7的外环与所述第二传动齿盘15的上表面固定连接，所述第二滚珠轴承7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4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4贯穿悬挂于所述副搅拌管2的管体内。同样，上述连接结构下，即实现了主搅拌轴4的悬挂固定及与副搅拌管2之间的可转动配合，同时，在也便于直接将主搅拌轴4自副搅拌管2内抽出进行清洗和维护。

同时，副搅拌管2的长度满足以下条件，所述副搅拌管2的底面位于所述搅拌桨6的上方，同时位于所述反应釜5内的溶液液面的下方。其中，所述副搅拌管2的底面以尽量靠近主搅拌轴4与搅拌桨6连接处为最宜。

上述主搅拌轴4和副搅拌管2均通过同一驱动机构1进行驱动。该驱动机构1包括固定于所述主搅拌轴4顶部的第一传动齿盘13、固定于所述副搅拌管2顶部且中部留有通孔供主搅拌轴4穿过的第二传动齿盘15、通过外部支架(附图中未视出)固定的驱动电机11、同轴套设固定于驱动电机11动力输出轴上的且分别与第一传动齿盘13和第二传动齿盘15啮合的第一驱动齿盘12和第二驱动齿盘14；所述第二驱动齿盘14与第二传动齿盘15之间的传动比至少为所述第一驱动齿盘12与第一传动齿盘13之间的传动比的5倍。上述中，第一传动齿盘13同样采用用可拆卸连接的方式固定连接于主搅拌轴4的顶部，具体连接方式可参照第而传动齿盘与副搅拌管2之间的连接设置；通过该方式，实现了第一传动齿盘13的可更换，允许通过第一传动齿盘13的齿数和盘径的调整来实现副搅拌管2的不同转速。因为本实施例中，第一传动齿盘13和第二传动齿盘15均可更换以实现齿数和盘径的调整，所以，作为对应的，第一驱动齿盘12和第二驱动齿盘14与所述驱动电机11的转动输出轴之间采用销接的方式实现可拆卸固定连接，以匹配第一传动齿盘13和第二传动齿盘15的更换，进而满足传动过程中传动比可变的要求。而通过可变传动比，可以更为精确地控制主搅拌轴4与副搅拌轴之间的转速差异，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4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4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4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4的外围设置转速始终大于主搅拌轴4的副搅拌管2，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2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2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2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2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。

作为进一步优选方案的，由于主搅拌轴4与副搅拌管2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4与副搅拌管2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2位于所述反应釜5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3。在此改进下，由于当含小分子溶液随间隙上升至水平通孔3处时，由于其受剪切离心力的作用，会自水平通孔3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 (9)

1.一种抗韦森堡效应的反应釜，包括反应釜(5)和竖直设置于反应釜(5)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(4)、固定于主搅拌轴(4)底部的搅拌桨(6)、自上而下套设于主搅拌轴(4)上且悬设于主搅拌轴(4)中段的副搅拌管(2)、用于驱动主搅拌轴(4)和副搅拌管(2)转动的驱动机构(1)；所述副搅拌管(2)贯穿悬挂于所述反应釜(5)顶部且与反应釜(5)之间转动配合；所述主搅拌轴(4)与副搅拌管(2)之间转动配合，且所述副搅拌管(2)的转速远大于所述主搅拌轴(4)。

2.根据权利要求1所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述副搅拌管(2)的底面位于所述搅拌桨(6)的上方，同时位于所述反应釜(5)内的溶液液面的下方。

3.根据权利要求1所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述副搅拌管(2)位于所述反应釜(5)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(3)。

4.根据权利要求1所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述主搅拌轴(4)材质为不锈钢，所述副搅拌管(2)的材质为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求4所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述主搅拌轴(4)的外壁上设置有聚四氟乙烯涂层。

6.根据权利要求1所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述搅拌桨(6)可拆卸地固定连接与所述主搅拌轴(4)的底端。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述驱动机构(1)包括固定于所述主搅拌轴(4)顶部的第一传动齿盘(13)、固定于所述副搅拌管(2)顶部且中部留有通孔供主搅拌轴(4)穿过的第二传动齿盘(15)、通过外部支架固定的驱动电机(11)、同轴套设固定于驱动电机(11)动力输出轴上的且分别与第一传动齿盘(13)和第二传动齿盘(15)啮合的第一驱动齿盘(12)和第二驱动齿盘(14)；所述第二驱动齿盘(14)与第二传动齿盘(15)之间的传动比至少为所述第一驱动齿盘(12)与第一传动齿盘(13)之间的传动比的5倍。

8.根据权利要求7所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述反应釜(5)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(8)；所述第一滚珠轴承(8)的外环与所述反应釜(5)之间固定连接，所述第一滚珠轴承(8)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(2)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(2)贯穿悬挂于所述反应釜(5)的顶部。

9.根据权利要求7所述的一种抗韦森堡效应的反应釜，其特征在于：所述第二传动齿盘(15)的通孔的上方设置有第二滚珠轴承(7)；所述第二滚珠轴承(7)的外环与所述第二传动齿盘(15)的上表面固定连接，所述第二滚珠轴承(7)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(4)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(4)贯穿悬挂于所述副搅拌管(2)的管体内。

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