屬化工機械領(lǐng)域，是涉及高分子材料生產(chǎn)設(shè)備。確切地說是涉及一種采用微通道反應(yīng)器連續(xù)制備間位芳綸樹脂溶液的裝置。

背景技術(shù)：

間位芳綸學(xué)名為聚間苯二甲酰間苯二胺，國內(nèi)也稱芳綸1313，間位芳綸是當今高性能纖維中發(fā)展最快的品種之一，是一種綜合性能優(yōu)良的高科技纖維，在防護服裝、蜂窩結(jié)構(gòu)材料、電絕緣紙和高溫過濾材料等方面有著廣泛的用途，是航空航天、電子、通訊、環(huán)保、石油化工、海洋開發(fā)和特種服裝等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料。

高質(zhì)量的間位芳綸樹脂是制備高質(zhì)量間位芳綸纖維和高質(zhì)量間位芳綸沉析纖維的重要前提，本發(fā)明所說的間位芳綸樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu)如下。

目前連續(xù)聚合制備間位芳綸樹脂溶液的裝置情況如下。

中國專利CN102797048A公開了一種連續(xù)制備聚間苯二甲酰間二胺紡絲原液的裝置和制備方法，其特征在于：極性溶劑、間苯二胺熔體和間苯二甲酰氯熔體按特定配比同時連續(xù)加入到二臺串聯(lián)雙螺桿聚合反應(yīng)器中，連續(xù)制備聚間苯二甲酰間二胺紡絲原液。采用該方法可以滿足聚合不同階段的混合要求和解決散熱難問題，連續(xù)生產(chǎn)方式制備出來的聚間苯二甲酰間苯二胺聚合體分子量分布窄，比濃對數(shù)粘度穩(wěn)定，且在2.0dl/g以上，能滿足聚間苯二甲酰間苯二胺纖維的連續(xù)穩(wěn)定紡絲要求；雙螺桿聚合反應(yīng)器與傳統(tǒng)釜式攪拌反應(yīng)器相比在混合效果和散熱速度上有了改善，但混合仍是宏觀層面上借用機械旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力，另外雙螺桿聚合反應(yīng)器也無法做到恒溫反應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無需機械攪拌，且能在微觀層面上能進行高效混合的反應(yīng)裝置，即采用微通道反應(yīng)器連續(xù)制備間位芳綸樹脂溶液的裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種采用微通道反應(yīng)器連續(xù)制備間位芳綸樹脂溶液的裝置，包含間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)、間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)、間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)和至少一臺微通道反應(yīng)器。

上述技術(shù)方案中：所述微通道反應(yīng)器包含通道板、上板與下板，所述上板與所述下板分別采用焊接或螺栓聯(lián)結(jié)緊密固定在所述通道板的上下部；所述通道板設(shè)置有間苯二甲酰氯熔體進料通道、間苯二胺溶液進料通道、混合微通道、反應(yīng)微通道、出料通道、間苯二甲酰氯熔體進料口、間苯二胺溶液進料口和出料口；所述間苯二胺溶液進料通道的當量直徑為所述間苯二甲酰氯熔體進料通道當量直徑的5～10倍；所述混合微通道的當量直徑為反應(yīng)微通道當量直徑的15～300倍；所述間苯二甲酰氯熔體進料通道與所述間苯二胺溶液進料通道之間形成的夾角為30°～180°；所述上板包含上保溫模塊和上冷卻模塊，上保溫模塊和上冷卻模塊內(nèi)均設(shè)有空腔，兩模塊內(nèi)的空腔互不相通，上保溫模塊內(nèi)的空腔與上保溫?zé)崴M口和上保溫?zé)崴隹谙噙B接，上冷卻模塊內(nèi)的空腔與上冷卻水進口和上冷卻水出口相連接；上保溫模塊在上板與通道板固定后能全部覆蓋間苯二甲酰氯熔體進料通道的上表面，上冷卻模塊在上板與通道板固定后能全部覆蓋反應(yīng)微通道的上表面；所述下板包含下保溫模塊和下冷卻模塊，下保溫模塊和下冷卻模塊內(nèi)均設(shè)有空腔，兩模塊內(nèi)的空腔互不相通，下保溫模塊內(nèi)的空腔與下保溫?zé)崴M口和下保溫?zé)崴隹谙噙B接，下冷卻模塊內(nèi)的空腔與下冷卻水進口和下冷卻水出口相連接；下保溫模塊在下板與通道板固定后能全部覆蓋間苯二甲酰氯熔體進料通道的下表面，下冷卻模塊在下板與通道板固定后能全部覆蓋反應(yīng)微通道的下表面。

上述技術(shù)方案中：所述間苯二甲酰氯熔體進料口通過管路與間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)的輸出口相連接；所述間苯二胺溶液進料口通過管路與間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)的輸出口相連接；所述出料口通過管路與間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)的輸入口相連接。

上述技術(shù)方案中：所述混合微通道中設(shè)有擾流塊。

上述技術(shù)方案中：所述反應(yīng)微通道采用“S”型微通道或“弓”型微通道，反應(yīng)微通道橫截面為圓形或矩形。

上述技術(shù)方案中：所述間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)包含溶劑儲存罐、間苯二胺儲存罐、溶劑輸送泵、間苯二胺輸送泵、溶劑流量計、間苯二胺流量計、混合器和換熱器；它們的連接關(guān)系是：溶劑儲存罐的輸出口與溶劑輸送泵的輸入口相連接，溶劑輸送泵的輸出口與溶劑流量計的輸入口相連接，溶劑流量計的輸出口與混合器的一個輸入口相連接；間苯二胺儲存罐的輸出口與間苯二胺輸送泵的輸入口相連接，間苯二胺輸送泵的輸出口與間苯二胺流量計的輸入口相連接，間苯二胺流量計的輸出口與混合器的另一個輸入口相連接；混合器的輸出口與換熱器的輸入口相連接；換熱器的輸出口是間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)的輸出口。

上述技術(shù)方案中：所述混合器是靜態(tài)混合器或微通道混合器。

上述技術(shù)方案中：所述換熱器是板式換熱器或微通道換熱器。

上述技術(shù)方案中：所述間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)也可以采用這種方案，包含溶劑儲存罐、溶劑輸送泵、溶劑流量計、間苯二胺粉末儲存罐、間苯二胺計量秤、間苯二胺溶解釜、間苯二胺溶液輸送泵和間苯二胺溶液流量計；它們的連接關(guān)系：溶劑儲存罐的輸出口與溶劑輸送泵的輸入口相連接，溶劑輸送泵的輸出口與溶劑流量計的輸入口相連接，溶劑流量計的輸出口與間苯二胺溶解釜的一個輸入口相連接；間苯二胺粉末儲存罐的輸出口與間苯二胺計量秤的輸入口相連接，間苯二胺計量秤的輸出口與間苯二胺溶解釜的另一個輸入口相連接；間苯二胺溶解釜的輸出口與間苯二胺溶液輸送泵的輸入口相連接，間苯二胺溶液輸送泵的輸出口與間苯二胺溶液流量計的輸入口相連接；間苯二胺溶液流量計的輸出口是間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)的輸出口。

上述技術(shù)方案中，所述間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)包含間苯二甲酰氯儲存罐、間苯二甲酰氯輸送泵和間苯二甲酰氯流量計；它們的連接關(guān)系是：間苯二甲酰氯儲存罐的輸出口與間苯二甲酰氯輸送泵的輸入口相連接，間苯二甲酰氯輸送泵的輸出口與間苯二甲酰氯流量計的輸入口相連接，間苯二甲酰氯流量計的輸出口是間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)的輸出口。

上述技術(shù)方案中，所述間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)包含樹脂溶液混合釜和樹脂溶液接收罐；它們的連接關(guān)系是：樹脂溶液混合釜的輸出口與樹脂溶液接收罐的輸入口相連接；樹脂溶液混合釜的輸入口是間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)的輸入口。

上述技術(shù)方案中：樹脂溶液混合釜外圍設(shè)置換熱夾套或換熱盤管。

上述技術(shù)方案中：樹脂溶液混合釜采用組合型攪拌器，攪拌器外圍是雙螺帶式攪拌葉，中心是螺桿式攪拌葉。

上述技術(shù)方案中：樹脂溶液混合釜的輸入口位于底部，輸出口位于上側(cè)部。

本發(fā)明的積極效果是。

（1）微通道反應(yīng)器作為本裝置的聚合反應(yīng)器，無需機械攪拌，節(jié)省了配置機械攪拌部分所需的成本和空間。

（2）本裝置中的微通道反應(yīng)器中配置有換熱模塊，換熱效果比常規(guī)換熱器高2～3個數(shù)量級，可真正實現(xiàn)恒溫聚合。

（3）本裝置中的微通道反應(yīng)器特征通道尺寸在微米級別，可以實現(xiàn)微觀層面上的混合效果，大幅度縮短了反應(yīng)時間，提高了反應(yīng)效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。

圖2是本發(fā)明裝置中微通道反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明裝置第1種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明裝置第2種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。裝置包括間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)、間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)、間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)和至少一臺微通道反應(yīng)器。

本發(fā)明裝置中的微通道反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。微通道反應(yīng)器包含通道板b、上板a與下板c，上板a與下板c分別采用焊接或螺栓聯(lián)結(jié)緊密固定在通道板b的上下部；通道板b上設(shè)有間苯二甲酰氯熔體進料通道b-1、間苯二胺溶液進料通道b-2、混合微通道b-3、反應(yīng)微通道b-4、出料通道b-5、間苯二甲酰氯熔體進料口b-6、間苯二胺溶液進料口b-7和出料口b-8；間苯二胺溶液進料通道b-2的當量直徑為間苯二甲酰氯熔體進料通道b-1當量直徑的5～10倍；混合微通道b-3的當量直徑為反應(yīng)微通道b-4當量直徑的15～300倍；間苯二甲酰氯熔體進料通道b-1與間苯二胺溶液進料通道b-2之間形成的夾角θ為30°～180°；上板a包含上保溫模塊A1和上冷卻模塊A2，上保溫模塊A1和上冷卻模塊A2內(nèi)均設(shè)有空腔，兩模塊內(nèi)的空腔互不相通，上保溫模塊A1內(nèi)的空腔與上保溫?zé)崴M口a-1和上保溫?zé)崴隹赼-2相連接，上冷卻模塊A2內(nèi)的空腔與上冷卻水進口a-3和上冷卻水出口a-4相連接；上保溫模塊A1在上板a與通道板b固定后能全部覆蓋間苯二甲酰氯熔體進料通道b-1的上表面，上冷卻模塊A2在上板a與通道板b固定后能全部覆蓋反應(yīng)微通道b-4的上表面；下板c包含下保溫模塊C1和下冷卻模塊C2，下保溫模塊C1和下冷卻模塊C2內(nèi)均設(shè)有空腔，兩模塊內(nèi)的空腔互不相通，下保溫模塊C1內(nèi)的空腔與下保溫?zé)崴M口c-1和下保溫?zé)崴隹赾-2相連接，下冷卻模塊C2內(nèi)的空腔與下冷卻水進口c-3和下冷卻水出口c-4相連接；下保溫模塊C1在下板c與通道板b固定后能全部覆蓋間苯二甲酰氯熔體進料通道b-1的下表面，下冷卻模塊C2在下板c與通道板b固定后能全部覆蓋反應(yīng)微通道b-4的下表面。

間苯二甲酰氯熔體進料口b-6通過管路與間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)的輸出口相連接；間苯二胺溶液進料口b-7通過管路與間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)的輸出口相連接；出料口b-8通過管路與間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)的輸入口相連接。

為了增加混合微通道的混合效果，可以在混合微通道b-3中設(shè)有擾流塊。

反應(yīng)微通道b-4采用“S”型微通道或“弓”型微通道，反應(yīng)微通道橫截面為圓形或矩形；

因為微通道反應(yīng)器無放大效應(yīng)，如果要增加生產(chǎn)能力時，可以采用多臺微通道反應(yīng)器并聯(lián)安裝來實現(xiàn)。

如果要增加混合效果或延長反應(yīng)時間，可以通過采用多臺微通道反應(yīng)器串聯(lián)安裝來實現(xiàn)。

上述技術(shù)方案中，間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)（如圖3、圖4所示）包含：間苯二甲酰氯儲存罐9、間苯二甲酰氯輸送泵10，間苯二甲酰氯流量計11等；它們的連接關(guān)系是：間苯二甲酰氯儲存罐9的輸出口與間苯二甲酰氯輸送泵10的輸入口相連接，間苯二甲酰氯輸送泵10的輸出口與間苯二甲酰氯流量計11的輸入口相連接，間苯二甲酰氯流量計11的輸出口是間苯二甲酰氯熔體計量輸送系統(tǒng)的輸出口。

上述技術(shù)方案中，間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)（如圖3、圖4所示）包含：樹脂溶液混合釜13和樹脂溶液接收罐14等；它們的連接關(guān)系是：樹脂溶液混合釜13的輸出口與樹脂溶液接收罐14的輸入口相連接；樹脂溶液混合釜13的輸入口是間位芳綸樹脂溶液接收系統(tǒng)的輸入口。樹脂溶液混合釜13外圍設(shè)置換熱夾套或換熱盤管；樹脂溶液混合釜13的輸入口位于底部，輸出口位于上側(cè)部。

本發(fā)明裝置中的間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)可以采用如圖3所示的實施方式，間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)包含：溶劑儲存罐1、溶劑輸送泵3、溶劑流量計5、間苯二胺儲存罐2、間苯二胺輸送泵4、間苯二胺流量計6、混合器7、換熱器8等。它們的連接關(guān)系是：溶劑儲存罐1的輸出口與溶劑輸送泵3的輸入口相連接，溶劑輸送泵3的輸出口與溶劑流量計5的輸入口相連接，溶劑流量計5的輸出口與混合器7的一個輸入口相連接；間苯二胺儲存罐2的輸出口與間苯二胺輸送泵4的輸入口相連接，間苯二胺輸送泵4的輸出口與間苯二胺流量計6的輸入口相連接，間苯二胺流量計6的輸出口與混合器7的另一個輸入口相連接；混合器7的輸出口與換熱器8的輸入口相連接；換熱器8的輸出口是間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)的輸出口。

上述技術(shù)方案中：所述混合器7是靜態(tài)混合器或微通道混合器。

上述技術(shù)方案中：所述換熱器8是板式換熱器或微通道換熱器。

本發(fā)明裝置中的間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)也可以采用如圖4所示的實施方式，間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)包含：溶劑儲存罐1、溶劑輸送泵3、溶劑流量計5、間苯二胺粉末儲存罐15、間苯二胺計量秤16、間苯二胺溶解釜17、間苯二胺溶液輸送泵18和間苯二胺溶液流量計19等；它們的連接關(guān)系是：溶劑儲存罐1的輸出口與溶劑輸送泵3的輸入口相連接，溶劑輸送泵3的輸出口與溶劑流量計5的輸入口相連接，溶劑流量計5的輸出口與間苯二胺溶解釜17的一個輸入口相連接；間苯二胺粉末儲存罐15的輸出口與間苯二胺計量秤16的輸入口相連接，間苯二胺計量秤16的輸出口與間苯二胺溶解釜17的另一個輸入口相連接；間苯二胺溶解釜17的輸出口與間苯二胺溶液輸送泵18的輸入口相連接，間苯二胺溶液輸送泵18的輸出口與間苯二胺溶液流量計19的輸入口相連接；間苯二胺溶液流量計19的輸出口是間苯二胺溶液計量輸送系統(tǒng)的輸出口。

本發(fā)明裝置的第1種實施方式（如圖3）和第2種實施方式（如圖4）所得數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

數(shù)據(jù)表中術(shù)語說明如下。

“特征尺寸”是指微通道反應(yīng)器12中反應(yīng)微通道b-4的當量直徑。

“質(zhì)量分數(shù)”是指間苯二胺溶液中間苯二胺的質(zhì)量分數(shù)。

“二胺溶液”是指間苯二胺溶液進入微通道反應(yīng)器12前的溫度。

“二胺：酰氯（摩爾比）”是指進入微通道反應(yīng)器12中的間苯二胺摩爾數(shù)與間苯二甲酰氯摩爾數(shù)之比。

“停留時間”是指間苯二胺溶液與間苯二甲酰氯從微通道反應(yīng)器12中入口進入開始到出口出來結(jié)束時的時間。

“反應(yīng)溫度”是指微通道反應(yīng)器12中心位置處的溫度。

“攪拌時間”是指從微通道反應(yīng)器中出來的物料在樹脂溶液混合釜13中的攪拌停留時間。

“粘度”是指樹脂溶液混合釜13中的間位芳綸樹脂的比濃對數(shù)粘度。

表1 在裝置1上實施的實驗數(shù)據(jù)表如下。

表2 在裝置2上實施的實驗數(shù)據(jù)表如下。

由表1和表2可以看出，采用裝置1連續(xù)生產(chǎn)間位芳綸樹脂溶液與采用裝置2沒有實質(zhì)性的區(qū)別，均可得到比濃對數(shù)粘度在1.8～2.0dl/g之間的間位芳綸樹脂。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。