CN219849606U - 一种用于生产氟碳树脂的聚合釜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于生产氟碳树脂的聚合釜，属于氟树脂反应设备领域。所述聚合釜包括位于釜体内部的上搅拌装置和下搅拌装置，所述上搅拌装置包括由上电机带动的上搅拌轴和框式搅拌器，所述下搅拌装置包括由下电机带动的下搅拌轴和双层桨叶式搅拌器，所述釜体侧壁的内侧设有内夹套。本实用新型的聚合釜包括两套独立传动的搅拌系统，桨叶式搅拌系统提供强轴向流和部分径向流，使气相单体均匀分散于液相溶剂体系内，增强传质传热效果。克服了氟碳树脂聚合反应时反应热导出困难，易导致局部温度过高导致爆聚的不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于生产氟碳树脂的聚合釜，属于氟树脂反应设备技术领域。
背景技术
溶液聚合法是氟碳树脂的聚合生产方法之一，氟碳树脂聚合反应是一种放热反应，反应时反应体系放出大量热量，氟碳树脂粘度较高流动性较差，导致反应系统传热困难。
氟碳树脂聚合反应特点为体系放热快且热累积大，同时反应体系粘度较大，反应体系易达到反应失控状态。目前在用的氟碳树脂聚合釜存在传热传质不良的问题，反应放出的热量存在导出不及时现象，导致反应失控影响产品质量甚至引发安全事故。
中国专利文献CN205886889U公开一种用于生产氟树脂的聚合釜，包括聚合釜体、喷洗管、控制器、搅拌器和加热器，所述聚合釜体的顶端设有顶盖、进料口和喷淋口，在所述喷淋口上方安装有一个所述加热器，所述加热器上连接着所述控制器，在所述应釜体内设有搅拌器，所述搅拌器的上方安装有所述喷洗管，所述喷洗管的进水管经过喷淋口连接着所述加热器的出水口，在所述聚合釜体的底部还设有出水口，所述出水口处设有离子检测装置，所述离子检测装置通过导线与所述控制器连接。该聚合釜可自动清洗，能够有效降低釜体内的残留物。但是，该聚合釜桨叶尺寸小、桨叶无刮壁效果，未考虑氟碳树脂在不同温度下粘度变化大，靠近反应釜内壁处物料由于体系粘度大，易造成流动缓慢反应放热不易导出，易发生爆聚的问题。
可见，在设计氟碳树脂聚合聚合釜时，如何增强传质传热效果，将反应产生的热量快速导出成为主要改进方向。
发明内容
本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种用于生产氟碳树脂的聚合釜。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于生产氟碳树脂的聚合釜，包括位于釜体内部的上搅拌装置和下搅拌装置，
所述上搅拌装置包括由上电机带动的上搅拌轴和框式搅拌器，所述下搅拌装置包括由下电机带动的下搅拌轴和双层桨叶式搅拌器；
所述釜体侧壁设有内夹套。
釜体内径与釜体的竖直直边段高度比为1:1~1.25。
本实用新型聚合釜的上搅拌装置采用框式搅拌器，能够增强聚合釜壁面附近的混合效果，增加热量导出速度。框式搅拌器包括一与上搅拌轴底部连接的横杆，和与横杆连接的两个竖杆。优选的，框式搅拌器的下端距离聚合釜釜底的距离为0.25D~0.33D，框式搅拌器的竖杆距离内夹套的距离（即距离内夹套内壁的距离）为0.02D~0.03D，D为釜体的内径。这样设置的优势在于增加聚合釜釜壁内测和釜底的径向流水平，实现物料体系和内夹套的快速换热。
优选的，所述双层桨叶式搅拌器的上层为涡轮搅拌桨，下层为板式搅拌桨。上层的涡轮搅拌桨将气相含氟单体吸入釜内并将气体充分分散在液相内部，下层的板式桨搅拌桨将上层涡轮桨叶吸入的气体再次吸入搅拌范围并向釜下方排出，两层搅拌使釜内气液相充分接触，能够增加气相和液相的传质效果，加快反应速度和热量导出速度，实现优良的传质效果。
进一步优选的，双层桨叶式搅拌器的两层桨叶水平中心线之间的距离为0.4D~0.5D，下搅拌装置顶部与框式搅拌器上端的距离为0.25D~0.35D，板式搅拌桨的水平中心线与框式搅拌器的下缘平齐，这样设置的优势在于上层涡轮搅拌桨器可以将气体快速吸入液相体系并打散气泡，下层的板式搅拌桨将上层桨叶排出的气液混合相体系吸入向径向和轴向排出，提供大的冲击力，将釜底的固液相或液相物质悬浮在整个釜内。
进一步优选的，下层板式搅拌桨的直径小于上层涡轮搅拌桨的直径，下层板式搅拌桨的直径为上层涡轮搅拌桨直径的0.9~0.95倍，上层涡轮搅拌桨的直径为0.4D~0.5D。
优选的，上电机依次通过上减速机、磁力密封传动装置和上搅拌轴连接，上搅拌轴通过轴套与框式搅拌器连接。上电机的动力经上减速机传递给磁力密封传动装置，磁力密封传动装置将动力传递给上搅拌轴。下电机依次连接下减速机、机械密封装置与下搅拌轴，下电机动力经下减速机传递给机械密封装置，机械密封装置将动力传递给下搅拌轴，下搅拌轴通过轴套与双层桨叶式搅拌器连接。
优选的，所述下搅拌轴内设有进回水通道，用于注入冷却介质，加快聚合釜中心点传热。进一步优选地，下搅拌轴为内、外轴组合结构，内、外轴之间的空隙构成冷却介质进回水通道。该设置可以完成聚合釜中心点换热，避免反应中心点热量导出不及时出现爆聚现象。
优选的，所述内夹套由釜体内壁和外壁组成，内壁和外壁通过上接板和下接板连接。所述内夹套内设有多个筋板，筋板两端分别连接筒体和聚合釜侧壁，起到支撑作用，同时还兼做内夹套内导流板，减少内夹套内流道截面积，增加冷却介质流速，提高传热效率。内夹套的内壁厚度为S1，外壁厚度为S2，0.08≤S1/S2≤0.6。本实用新型的聚合反应釜将夹套设置到釜体侧壁的内侧，且内壁厚度小于釜体侧壁的厚度；可实现夹套的内壁直接与反应体系接触，减少外壁厚度增加带来的热阻，增大由釜壁导出热量的能力。内壁和外壁间焊接筋板，反应体系压力作用到内壁，内壁通过筋板传递给外壁，可减少内壁的承压。
优选地，聚合釜上设置多个测温点，来实时监控聚合釜内温度。
本实用新型的有益效果：
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型的氟碳树脂聚合釜具有上下两套独立传动的搅拌系统，两套搅拌系统分别由两台电机独立传动互不干涉影响。本实用新型的下搅拌装置采用双层桨叶式搅拌器，能够增加气相和液相的传质效果，加快反应速度和热量导出速度。下搅拌装置采用圆盘涡轮搅拌桨和板式搅拌桨组合结构，上层圆盘涡轮桨叶将气相含氟单体吸入釜内并将气体充分分散在液相内部，下层板式桨将上层涡轮桨叶吸入的气体再次吸入搅拌范围并向釜下方排出，两层搅拌使釜内气液相充分接触，实现优良的传质效果。
本实用新型的上搅拌装置为框式搅拌，增强聚合釜壁面附近的混合效果，增加热量导出速度，由于是独立搅拌系统，可控制框式搅拌速度远低于桨叶式搅拌，框式搅拌桨兼顾起到挡板作用，避免搅拌出现“打漩区”，增强流体剪切强度。
本实用新型为减少易燃易爆气相单体泄漏的可行性，上搅拌装置密封形式为磁力密封传动形式。反应体系为溶剂体系，下搅拌装置的密封形式为机械密封，减少溶剂进入密封腔室概率，从而提高密封装置寿命。
本实用新型下部装置的搅拌轴内开冷却介质孔，使搅拌轴也可作为降温，将反应体系中心点反应热量及时导出，避免反应体系在中心点温度过高发生自聚。
附图说明
图1为本实用新型其中一具体实施方式的聚合釜结构示意图；
图2为本实用新型其中一具体实施方式的聚合釜内夹套结构示意图；
图中：1-釜体，2-上封头，3-下封头，4-上搅拌轴，5-横杆，6-竖杆，7-上电机，8-上减速机，9-磁力密封传动装置，10-下搅拌轴，11-四斜叶开式涡轮搅拌桨，12-四宽叶桨式搅拌桨，13-下电机，14-下减速机，15-机械密封装置，16-下封头夹套，17-放料口，18-冷却介质出口，19-冷却介质进口，20-进料口，21-内夹套，22-筋板，23-上接板，24-下接板，25-外壁，26-内壁。
具体实施方式
下面将结合本实用新型具体实施例及附图，对本实用新型的技术方案作进一步清楚、完整地描述。
氟碳树脂反应是以四氟乙烯或三氟氯乙烯为主要反应单体，在助剂存在下，在有机溶剂中发生溶液聚合，反应压力范围为0.1-2.0MPa，反应温度范围为30-100℃，反应完毕后，得到粘稠状氟碳树脂溶液，反应前原料混合物粘度范围为0.5-1.0mpa.s，反应后树脂液在反应温度下粘度范围为2.0-10.0mpa.s，反应后树脂液一旦降温至20-25℃的常温下，粘度范围可提高至500-2000mpa.s。
表1氟碳树脂粘度变化对比
一种氟碳树脂粘度数值如表1所示，物料体系在反应过程中粘度逐渐增大，该反应成品分解温度284℃，分解热=230J/g，反应过程的反应热ΔH=-90.9KJ/mol，反应失控最大反应速率到达时间1h＜TMRad＜8h。因此，氟碳树脂反应过程中应及时导出放出的热量，避免安全事故的发生。
实施例1
如图1所示，本实用新型提供一种应用于氟碳树脂反应的聚合釜，包括位于釜体1内部的上搅拌装置和下搅拌装置，所述釜体1侧壁设有内夹套21。所述上搅拌装置包括由上电机7带动的上搅拌轴4和框式搅拌器，上搅拌装置采用框式搅拌器，能够增强聚合釜壁面附近的混合效果，增加热量导出速度。框式搅拌器包括一与上搅拌轴4底部连接的横杆5，和与横杆5末端连接的两个竖杆6，框式搅拌器的下端距离聚合釜釜底的距离为0.25D，框式搅拌器距离内夹套21的距离（即竖杆6距离内壁26的最短距离）为0.02D，D为釜体1的内径。这样设置的优势在于增加内壁26处和釜底的径向流水平，实现和内夹套21的快速换热。所述“上”、“下”、“横”、“竖”仅用于表示相对位置关系。
所述下搅拌装置包括由下电机13带动的下搅拌轴10和双层桨叶式搅拌器；所述双层桨叶式搅拌器的上层为四斜叶开式涡轮搅拌桨11，下层为四宽叶桨式搅拌桨12。上层的涡轮搅拌桨将气相含氟单体吸入釜内并将气体充分分散在液相内部，下层的板式桨搅拌桨将上层涡轮桨叶吸入的气体再次吸入搅拌范围并向釜下方排出，两层搅拌使釜内气液相充分接触，能够增加气相和液相的传质效果，加快反应速度和热量导出速度，实现优良的传质效果。
双层桨叶式搅拌器的上层桨叶和下层桨叶之间的距离为0.4D，下搅拌器顶部距离上搅拌器横杆5的距离为0.25D，板式搅拌桨的中心线与框式搅拌器竖杆6下缘平齐，这样设置的优势在于上层涡轮搅拌桨器可以将气体快速吸入液相体系并打散气泡，下层的板式搅拌桨将上层桨叶排出的气液混合相体系吸入向径向和轴向排出，提供大的冲击力，将釜底的固液相或液相物质悬浮在整个釜内，框式搅拌的横杆5在液面以上不影响釜内搅拌流场分布。上层涡轮搅拌桨的直径为0.4D，下层板式搅拌桨的直径为上层涡轮搅拌桨直径的0.9倍。
实施例2
如图1所示，本实用实施例提供的一种应用于氟碳树脂反应的聚合釜，包括位于釜体1内部的上搅拌装置和下搅拌装置，所述釜体1侧壁设有内夹套21。釜体1由侧壁和上封头2、下封头3组成。上封头2上设有进料口20，下封头3上设有放料口17。下封头3外侧设有下封头夹套16，下封头夹套16内通冷却介质。下封头夹套16上设有冷却介质进口19和冷却介质出口18。所述内夹套21由内壁26和外壁25组成，内壁26和外壁25通过上接板23与下接板24连接。所述内夹套21内设有多个筋板22，筋板22两端分别连接内壁26和外壁25，起到支撑作用，还兼做内夹套21内导流板，减少内夹套21内流道截面积，增加冷却介质流速，提高传热效率。
所述上搅拌装置包括由上电机7带动的上搅拌轴4和框式搅拌器，上电机7依次通过上减速机8、磁力密封传动装置9和上搅拌轴4连接，上搅拌轴4通过轴套与框式搅拌器连接。上电机7的动力经上减速机8传递给磁力密封传动装置9，磁力密封传动装置9将动力传递给上搅拌轴4。上搅拌装置采用框式搅拌器，能够增强聚合釜壁面附近的混合效果，增加热量导出速度。框式搅拌器的具体结构为，包括一与上搅拌轴4底部连接的横杆5，和与横杆5连接的两个竖杆6，框式搅拌器的下端距离聚合釜釜底的距离为0.33D，框式搅拌器的竖杆6距离内夹套21的距离为0.03D，D为釜体1的内径。这样设置的优势在于增加夹套内壁处和釜底的径向流水平，实现和内夹套21的快速换热。
所述下搅拌装置包括由下电机13带动的下搅拌轴10和双层桨叶式搅拌器；下电机13依次连接下减速机14、机械密封装置15与下搅拌轴10，下电机13动力经下减速机14传递给机械密封装置15，机械密封装置15将动力传递给下搅拌轴10，下搅拌轴10通过轴套与双层桨叶式搅拌器连接。所述双层桨叶式搅拌器的上层为四斜叶开式涡轮搅拌桨11，下层为四宽叶桨式搅拌桨12。
双层桨叶式搅拌器的两层桨叶之间的距离为0.5D，下搅拌器顶部距离上搅拌器横杆5的距离为0.35D，板式搅拌桨的中心线与框式搅拌器竖杆6下缘平齐。上层涡轮搅拌桨的直径为0.5D，下层板式搅拌桨的直径为上层涡轮搅拌桨直径的0.95倍。
所述下搅拌轴10内设有进回水通道，用于注入冷却介质，加快聚合釜中心点传热。进一步优选地，下搅拌轴10为内、外轴组合结构，内、外轴之间的空隙构成冷却介质进回水通道。下搅拌轴10的下端连接旋转接头，由旋转接头通入冷却介质，使冷却介质在搅拌轴通道内流动。该设置可以完成聚合釜中心点换热，避免反应中心点热量导出不及时出现爆聚现象。冷却介质经冷却介质进口19进入内夹套21并由冷却介质出口18流出，降低内夹套21温度完成内夹套21换热，通过向封头夹套通入冷却介质降低釜体1下封头3的温度。聚合釜上设置多个测温点，来实时监控聚合釜内温度。
本实用新型所述聚合釜，反应前将液相溶剂首先由液相加料口加入到聚合釜内，气相四氟乙烯或三氟氯乙烯经气体进料口20进入聚合釜内，上搅拌装置和下搅拌装置在釜内旋转搅拌液相溶剂，使气相含氟烯烃单体溶解到液相溶剂体系内。向釜内加入引发剂引发反应，氟碳聚合反应开始。四斜叶开式涡轮搅拌桨11吸入气相并将含氟烯烃单体分散成更小的气泡，增强气相含氟烯烃单体在液相溶剂体系内的传质、传热效果。四宽叶桨式搅拌桨12与四斜叶开式涡轮搅拌桨11排出的气液混合，增强混合相在釜内的轴向流和径向流动。
框式搅拌器接收四斜叶开式涡轮搅拌桨11和四宽叶桨式搅拌桨12排出的物料，提供径向流流动作用力，持续推进物料体系向内夹套21的方向运动，完成物料与内夹套21间的传热换热工作。可通过控制框式搅拌桨的线速度V1小于四斜叶开式涡轮搅拌器和四宽叶桨式搅拌器的线速度V2，V2和V1之间形成线速度差，框式搅拌桨兼做挡板，避免搅拌体系出现漩涡，增加气液传质效果。
Claims (10)
1.一种用于生产氟碳树脂的聚合釜，其特征在于，包括位于釜体（1）内部的上搅拌装置和下搅拌装置，
所述上搅拌装置包括由上电机（7）带动的上搅拌轴（4）和框式搅拌器，所述下搅拌装置包括由下电机（13）带动的下搅拌轴（10）和双层桨叶式搅拌器；
所述釜体（1）的侧壁设有内夹套（21）。
2.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，框式搅拌器的下端与聚合釜釜底的距离为0.25D~0.33D，框式搅拌器距离内夹套（21）的距离为0.02D~0.03D，D为釜体（1）的内径。
3.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，所述双层桨叶式搅拌器的上层为涡轮搅拌桨，下层为板式搅拌桨。
4.根据权利要求3所述的聚合釜，其特征在于，双层桨叶式搅拌器的两层桨叶水平中心线之间的距离为0.4D~0.5D，下搅拌装置顶部与框式搅拌器上端的距离为0.25D~0.35D。
5.根据权利要求3所述的聚合釜，其特征在于，板式搅拌桨的水平中心线与框式搅拌器下缘平齐。
6.根据权利要求3所述的聚合釜，其特征在于，涡轮搅拌桨的直径为0.4D~0.5D，板式搅拌桨的直径小于涡轮搅拌桨的直径。
7.根据权利要求6所述的聚合釜，其特征在于，板式搅拌桨的直径为涡轮搅拌桨直径的0.9~0.95倍。
8.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，上电机（7）依次通过上减速机（8）、磁力密封传动装置（9）和上搅拌轴（4）连接，上搅拌轴（4）通过轴套与框式搅拌器连接；
下电机（13）依次连接下减速机（14）、机械密封装置（15）与下搅拌轴（10），下搅拌轴（10）通过轴套与双层桨叶式搅拌器连接。
9.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，所述下搅拌轴（10）内设有进回水通道。
10.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，内夹套（21）内设有多个筋板（22）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |