一種熔融縮聚反應(yīng)器和管外降膜元件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種熔融縮聚反應(yīng)器和管外降膜元件，包括立式殼體、上端的封頭、下端的底殼、管外降膜元件、傳熱系統(tǒng)、布膜器、螺帶攪拌器等。管外降膜元件為U型管，U型降膜管采用圓管，或者波節(jié)管，或者波紋管；或者U型降膜管的上段為波節(jié)管或者波紋管，下段為圓管。本反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱交換充分、成膜面積大、反應(yīng)溫度均勻、縮聚效率高、過程滿足平推流等優(yōu)點(diǎn)，可用于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚碳酸酯等的熔融縮聚反應(yīng)。
【專利說明】一種熔融縮聚反應(yīng)器和管外降膜元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種熔融縮聚反應(yīng)設(shè)備和管外降膜元件。
【背景技術(shù)】
[0002]縮聚反應(yīng)實(shí)施方法有熔融縮聚、溶液縮聚、固相縮聚以及界面縮聚等，其中熔融縮聚不論從產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及工業(yè)化實(shí)施來(lái)看都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此絕大部分聚酯和聚酰胺等都采用熔融縮聚法生產(chǎn)，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰胺、聚碳酸酯等。熔融縮聚過程的實(shí)施關(guān)鍵在于反應(yīng)器，理想的縮聚反應(yīng)器要求物料流動(dòng)和混合狀態(tài)好，傳熱傳質(zhì)效率高，過程滿足平推流，以便獲得品質(zhì)均一的聚合產(chǎn)品，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的縮聚效率。
[0003]目前，工業(yè)上終縮聚反應(yīng)器常用臥式攪拌反應(yīng)器，主要有圓盤式和籠式。這類反應(yīng)器受熔體網(wǎng)架橋限制，圓盤或網(wǎng)片必須保持較大距離，致使單位體積熔體擁有的表面積有限；受反應(yīng)器結(jié)構(gòu)限制，反應(yīng)溫度不夠均勻；熔池內(nèi)的熔體停留時(shí)間長(zhǎng)且受靜壓頭影響，對(duì)縮聚過程不利；反應(yīng)器內(nèi)部依靠熔池液位差流動(dòng)，釜壁處流動(dòng)狀況不佳，存在較多死區(qū)；且受大量熔體粘附，攪拌軸產(chǎn)生相當(dāng)繞度，進(jìn)一步增黏的設(shè)備改進(jìn)空間不大。特別是對(duì)于制備高黏熔體的場(chǎng)合，其過多的死區(qū)、夾帶、有限的成膜與表面更新以及過長(zhǎng)停留時(shí)間造成的嚴(yán)重降解限制了這類反應(yīng)器的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的第一個(gè)目的是提供一種熔融縮聚反應(yīng)器，通過合理設(shè)計(jì)傳熱系統(tǒng)、布膜器和降膜元件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，提高成膜效率，精確控制反應(yīng)溫度，強(qiáng)化熔體的分散和混合，最終提高縮聚效率和產(chǎn)品品質(zhì)。為此，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種熔融縮聚反應(yīng)器，包括立式殼體，連接于立式殼體上端的封頭和下端的底殼，封頭頂部設(shè)有進(jìn)料口，立式殼體上部設(shè)有真空抽氣口，底殼底部設(shè)有出料口，其特征在于:所述反應(yīng)器內(nèi)垂直安裝有一根或多根管外降膜元件，管外降膜元件為U型降膜管，管內(nèi)為傳熱介質(zhì)通路。
[0006]在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案:
[0007]U型降膜管下方底殼內(nèi)安裝有攪拌器。
[0008]熔融縮聚反應(yīng)器設(shè)有傳熱系統(tǒng)，傳熱系統(tǒng)包括:上箱體、U型降膜管、下箱體依次連通形成傳熱介質(zhì)的流通路徑，傳熱介質(zhì)進(jìn)口和出口分別連在上箱體和下箱體上，U型降膜管的一端連接在上箱體底板上與上箱體相通，U型降膜管的另一端連接在下箱體底板上與下箱體相通。
[0009]U型降膜管上設(shè)置有布膜器，布膜器為上下雙層結(jié)構(gòu)的貯料盤，上層底板為布料板，下層底板為布膜板，布料板和布膜板都開有孔，孔的孔壁與降膜管之間留有環(huán)形間隙。
[0010]作為優(yōu)選，所述攪拌器為螺帶攪拌器，攪拌器的動(dòng)力從底殼底部傳入。[0011]U型降膜管采用圓管；或者U型降膜管的筆直部分采用波節(jié)管或者波紋管；或者U型降膜管的筆直部分的上段為波節(jié)管或者波紋管，下段為圓管。
[0012]波節(jié)管由弧形段和直管段交替構(gòu)成，波峰直徑和直管直徑之差與弧形段長(zhǎng)(L1)之比為0.05?1.0 ;波紋管選擇圓弧型波紋管或者縮放型波紋管或者圓弧切線型波紋管或者正弦型波紋管，波峰直徑和波谷直徑之差與節(jié)距(L)之比為0.05?1.0。
[0013]U型降膜管的最大外徑為5?100mm, U型降膜管的高為0.5?30m。
[0014]立式殼體的外圍有夾套，夾套的下部和上部分別設(shè)有夾套保溫介質(zhì)進(jìn)口和夾套保溫介質(zhì)出口 ；底殼的外圍有底殼夾套，底殼夾套的下部和上部分別設(shè)有底殼保溫介質(zhì)進(jìn)口和底殼保溫介質(zhì)出口。
[0015]封頭與立式殼體由封頭連接法蘭、連接螺栓連接，立式殼體與底殼由底殼連接法蘭、底殼連接螺栓連接，便于拆卸檢修、安裝。
[0016]立式殼體內(nèi)壁設(shè)有支架環(huán)用于支撐裝有降膜管、貯料盤的箱體。
[0017]本實(shí)用新型的第二個(gè)目的是提供一種管外降膜元件，能提高成膜效率，精確控制反應(yīng)溫度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為此，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0018]管外降膜元件為U型降膜管，管內(nèi)為傳熱介質(zhì)通路;U型降膜管采用圓管；或者U型降膜管的筆直部分采用波節(jié)管或者波紋管；或者U型降膜管的筆直部分的上段為波節(jié)管或者波紋管，下段為圓管；
[0019]波峰直徑和直管直徑之差與弧形段長(zhǎng)(L1)之比為0.05?1.0 ;波紋管選擇圓弧型波紋管或者縮放型波紋管或者圓弧切線型波紋管或者正弦型波紋管，波峰直徑和波谷直徑之差與節(jié)距(L)之比為0.05?1.0。
[0020]本實(shí)用新型可以用于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰胺、聚碳酸酯等的熔融縮聚反應(yīng)。
[0021]本實(shí)用新型采用U型管作為熔融縮聚反應(yīng)的管外降膜元件，并且U型管內(nèi)有傳熱介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，這種反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成膜面積較大、熱交換充分、反應(yīng)溫度均勻。
[0022]本實(shí)用新型在對(duì)縮聚反應(yīng)過程特性和聚合物系的流變特性充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提供了不同的U型降膜管。選擇圓管作為降膜管，對(duì)于高黏熔體有利于流動(dòng)，避免產(chǎn)生流動(dòng)“死區(qū)”，防止出現(xiàn)結(jié)焦和色澤變黃；選擇波節(jié)管或者波紋管作為降膜管，可增加熔體成膜面積，控制熔體流速，強(qiáng)化熔體的分散與混合，提高成膜效率和表面更新頻率，提高縮聚效率；選擇波節(jié)管或者波紋管與圓管組合作為降膜管，可以適應(yīng)反應(yīng)過程中熔體黏度不斷增加的變化，上段采用波節(jié)管或者波紋管適應(yīng)較低黏度的熔體，下段采用圓管適應(yīng)高黏熔體。
[0023]本實(shí)用新型通過布料板和布膜板與降膜管之間的雙層環(huán)形間隙設(shè)計(jì)，目的是為了使貯料盤下層的熔體液位高度盡量均勻一致，這樣可以保證每根降膜管上的熔體流量相同，減少管與管之間的熔體品質(zhì)差異。
[0024]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型在U型降膜管下方底殼內(nèi)安裝有攪拌器，使得同一降膜管以及不同降膜管之間有可能存在性質(zhì)差異的熔體進(jìn)行充分混合和分散，并在攪拌條件下進(jìn)行進(jìn)一步反應(yīng)，提高熔體的質(zhì)量穩(wěn)定性和均勻性。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]圖1為本實(shí)用新型所提供的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本實(shí)用新型所提供的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本實(shí)用新型所提供的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為波節(jié)管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5a為圓弧型波紋管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5b為縮放型波紋管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖5c為圓弧切線型波紋管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖5d為正弦型波紋管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中零部件、部位及編號(hào):封頭1、進(jìn)料管2、上箱體底板3、箱體4、上箱體41、下箱體42、下箱體底板5、貯料盤6、布料板61、孔611、布膜板62、孔621、立式殼體7、夾套8、夾套保溫介質(zhì)進(jìn)口 9、底殼連接法蘭10、底殼夾套11、底殼保溫介質(zhì)進(jìn)口 12、出料口 13、底殼14、底殼保溫介質(zhì)出口 15、底殼連接螺栓16、U型降膜管17、夾套保溫介質(zhì)出口 18、真空抽氣口 19、支架環(huán)20、傳熱介質(zhì)出口或進(jìn)口 21、傳熱介質(zhì)進(jìn)口或出口 22、封頭連接法蘭23、封頭連接螺栓24、隔套25、進(jìn)料口 26、螺帶攪拌器27。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1，參照附圖1。
[0035]在本實(shí)施例中，U型降膜管采用圓管。
[0036]本實(shí)施例所提供的一種熔融縮聚反應(yīng)器，如圖1所示，它包括:立式殼體7，連接于立式殼體7上端的封頭I和下端的底殼14，封頭I頂部設(shè)有進(jìn)料口 26，立式殼體7上部設(shè)有真空抽氣口 19，底殼14底部設(shè)有出料口 13，立式殼體7內(nèi)有多根垂直安裝的U型降膜管17，U型降膜管17下方底殼內(nèi)安裝有攪拌器27 ;熔融縮聚反應(yīng)器有傳熱系統(tǒng)，包括:傳熱介質(zhì)進(jìn)口或出口 22、上箱體41、U型降膜管17、下箱體42、傳熱介質(zhì)出口或進(jìn)口 21，上箱體、U型降膜管、下箱體依次連通形成傳熱介質(zhì)的流通路徑，即傳熱介質(zhì)進(jìn)口或出口 22與上箱體41相通，U型降膜管17的一端連接在上箱體底板3上與上箱體41相通，U型降膜管17的另一端連接在下箱體底板5上與下箱體42相通，下箱體42與傳熱介質(zhì)出口或進(jìn)口 21相通；U型降膜管17上設(shè)置有布膜器，布膜器為上下雙層結(jié)構(gòu)的貯料盤6，貯料盤6上層底板為布料板61,下層底板為布膜板62,布料板61和布膜板62分別開有孔611和621,孔611、621的孔壁與降膜管17之間留有環(huán)形間隙。底殼的外形可以是錐形等各種適于處于反應(yīng)器下端的殼體。
[0037]進(jìn)料口 26處于封頭I外面，進(jìn)料管2穿過箱體中的隔套25進(jìn)入到貯料盤6的上方。
[0038]立式殼體7的外圍有夾套8，夾套8的下部和上部分別設(shè)有夾套保溫介質(zhì)進(jìn)口 9和夾套保溫介質(zhì)出口 18。
[0039]底殼14的外圍有底殼夾套11，底殼夾套11的下部和上部分別設(shè)有底殼保溫介質(zhì)進(jìn)口 12和底殼保溫介質(zhì)出口 15。
[0040]封頭I與立式殼體7由封頭連接法蘭23、封頭連接螺栓24連接，立式殼體7與底殼14由底殼連接法蘭10、底殼連接螺栓16連接，便于拆卸檢修、安裝。
[0041]立式殼體7內(nèi)壁設(shè)有支架環(huán)20用于支撐裝有降膜管17、貯料盤6的箱體4，既方便安裝，又確保降膜管的垂直度，提高布膜均勻性。
[0042]作為優(yōu)選，攪拌器27為螺帶攪拌器，動(dòng)力從底殼底部傳入。
[0043]作為優(yōu)選，U型降膜管17的外徑為5?100mm，長(zhǎng)度為0.5?30m。
[0044]實(shí)施例2，參照附圖 2、4、5a、5b、5c、5d。
[0045]在本實(shí)施例中，U型降膜管17的筆直部分為波節(jié)管或波紋管。
[0046]如圖4所示，波節(jié)管由弧形段和直管段交替構(gòu)成，波峰直徑D2和直管直徑D1之差與圓弧段長(zhǎng)L1之比(D2-D1VL1=0.05?1.0。
[0047]U型降膜管17的波峰直徑D2為5?100mm，長(zhǎng)度為0.5?30m。
[0048]如圖5a所示，波紋管可選擇圓弧型波紋管，也即波紋管的縱切輪廓線為大小圓弧相切的連續(xù)波。
[0049]如圖5b所示，波紋管可選擇縮放型波紋管，也即波紋管由擴(kuò)張段和收縮段交替構(gòu)成。
[0050]如圖5c所示，波紋管可選擇圓弧切線型波紋管，也即波紋管的縱切輪廓線為圓弧和切線交替的連續(xù)波。
[0051]如圖5d所示，波紋管可選擇正弦型波紋管，也即波紋管的縱切輪廓線為正弦波。
[0052]波紋管中，波峰直徑D2和波谷直徑D1之差與節(jié)距L之比(D2-D1VL=0.05?1.0 ;所述節(jié)距為相鄰波峰之間的距離。
[0053]本實(shí)施例的其它部分和實(shí)施方法與實(shí)施例1相同，在圖2中，附圖標(biāo)號(hào)和圖1相同的代表相同的含義。
[0054]實(shí)施例3，參照附圖 3、4、5a、5b、5c、5d。
[0055]在本實(shí)施例中，U型降膜管17的筆直部分的上段為波節(jié)管或者波紋管172，下段為圓管171，上段和下段同軸，上段的長(zhǎng)度根據(jù)進(jìn)料熔體的黏度高低決定，黏度高則長(zhǎng)度短，反之則長(zhǎng)，下段的長(zhǎng)度根據(jù)出料熔體的黏度高低決定，黏度高則長(zhǎng)度長(zhǎng)，反之則短；波節(jié)管、波紋管的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2的相同。
[0056]U型降膜管17的波峰直徑D2為5?100mm，長(zhǎng)度為0.5?30m。
[0057]本實(shí)施例的其它部分和實(shí)施方法與實(shí)施例1相同，在圖3中，附圖標(biāo)號(hào)和圖1相同的代表相同的含義。
[0058]本實(shí)施例中，根據(jù)縮聚反應(yīng)進(jìn)程中熔體的黏度變化特點(diǎn)，降膜管對(duì)應(yīng)縮聚反應(yīng)的前期和后期的部位具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，上段采用波節(jié)管或者波紋管適應(yīng)較低黏度的熔體，下段采用圓管適應(yīng)高黏熔體。
【權(quán)利要求】
1.一種熔融縮聚反應(yīng)器，包括立式殼體(7)，連接于立式殼體(7)上端的封頭(I)和下端的底殼(14)，封頭(I)頂部設(shè)有進(jìn)料口(26)，立式殼體(7)上部設(shè)有真空抽氣口( 19)，底殼(14)底部設(shè)有出料口(13)，其特征在于:所述反應(yīng)器內(nèi)垂直安裝有一根或多根管外降膜元件，管外降膜元件為U型降膜管(17)，管內(nèi)為傳熱介質(zhì)通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:U型降膜管(17)下方底殼(14)內(nèi)安裝有攪拌器(27)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:熔融縮聚反應(yīng)器設(shè)有傳熱系統(tǒng)，傳熱系統(tǒng)包括:上箱體(41)、U型降膜管(17)、下箱體(42)依次連通形成傳熱介質(zhì)的流通路徑，傳熱介質(zhì)進(jìn)口和出口分別連在上箱體(41)和下箱體(42)上，U型降膜管(17)的一端連接在上箱體底板(3)上與上箱體(41)相通，U型降膜管(17)的另一端連接在下箱體底板(5)上與下箱體(42)相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:U型降膜管上設(shè)置有布膜器，布膜器為上下雙層結(jié)構(gòu)的貯料盤(6)，上層底板為布料板(61)，下層底板為布膜板(62)，布料板(61)和布膜板(62)都開有孔(611、621)，孔(611、621)的孔壁與降膜管(17)之間留有環(huán)形間隙。
5.如權(quán)利要求2所述的熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:所述攪拌器(27)為螺帶攪拌器，攪拌器(27)的動(dòng)力從底殼底部傳入。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:U型降膜管(17)采用圓管；或者U型降膜管(17)的筆直部分采用波節(jié)管或者波紋管；或者U型降膜管(17)的筆直部分的上段為波節(jié)管或者波紋管(172)，下段為圓管(171 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的 一種熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:波節(jié)管由弧形段和直管段交替構(gòu)成，波峰直徑和直管直徑 之差與弧形段長(zhǎng)之比為0.05^1.0 ;波紋管選擇圓弧型波紋管或者縮放型波紋管或者圓弧切線型波紋管或者正弦型波紋管，波峰直徑和波谷直徑之差與節(jié)距之比為0.05~1.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:U型降膜管(17)的最大外徑為5~100mm，U型降膜管(17)的高為0.5~30m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融縮聚反應(yīng)器，其特征在于:立式殼體(7)的外圍有夾套(8)，夾套的下部和上部分別設(shè)有夾套保溫介質(zhì)進(jìn)口(9)和夾套保溫介質(zhì)出口(18); 底殼(14)的外圍有底殼夾套(11)，底殼夾套的下部和上部分別設(shè)有底殼保溫介質(zhì)進(jìn)口( 12)和底殼保溫介質(zhì)出口( 15)。
10.用于權(quán)利要求1所述反應(yīng)器的管外降膜元件，其特征在于:管外降膜元件為U型降膜管(17)，管內(nèi)為傳熱介質(zhì)通路；U型降膜管(17)采用圓管；或者U型降膜管(17)的筆直部分采用波節(jié)管或者波紋管；或者U型降膜管(17)的筆直部分的上段為波節(jié)管或者波紋管(172)，下段為圓管(171)； 波節(jié)管由弧形段和直管段交替構(gòu)成，波峰直徑和直管直徑之差與弧形段長(zhǎng)之比為0.05^1.0 ;波紋管選擇圓弧型波紋管或者縮放型波紋管或者圓弧切線型波紋管或者正弦型波紋管，波峰直徑和波谷直徑之差與節(jié)距之比為0.05^1.0。
【文檔編號(hào)】B01J19/00GK203400699SQ201320350989
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】陳文興 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)