專(zhuān)利名稱(chēng)：攪拌構(gòu)件和裝有該攪拌構(gòu)件的混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌構(gòu)件(或攪動(dòng)件)和一種裝有該攪拌構(gòu)件的混合裝置，例如反應(yīng)裝置。本發(fā)明尤其是涉及一種包括有多個(gè)桿的攪拌構(gòu)件和一種包括有這種攪拌構(gòu)件的、諸如聚合裝置之類(lèi)的混合裝置，然而本發(fā)明并不僅限于此。
本發(fā)明的攪拌構(gòu)件和混合裝置的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，其攪拌效果不會(huì)受容器中液位的變化影響。另外，該混合裝置在用于聚合作用時(shí)，基本上不會(huì)形成塊狀物質(zhì)。因而，本發(fā)明的攪拌構(gòu)件和混合裝置是多用途的，它們可以廣泛地用于各種領(lǐng)域，例如用于各種批量和連續(xù)的聚合過(guò)程。因此，本發(fā)明的攪拌構(gòu)件和混合裝置將主要參照一種可用于聚合工藝的攪拌構(gòu)件和混合容器來(lái)進(jìn)行描述，但應(yīng)予理解，本發(fā)明并不僅限于用于此類(lèi)過(guò)程的裝置。
到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種不同的聚合裝置，尤其是各種用于此類(lèi)裝置中的攪拌構(gòu)件已得到改進(jìn)。這種攪拌構(gòu)件通常被分為下面兩種類(lèi)型一種是徑流式的，諸如槳式攪拌器和汽輪式攪拌器，另一種是軸流式的，諸如螺旋槳式攪拌器(例如見(jiàn)化學(xué)工業(yè)社的《攪拌裝置的設(shè)計(jì)和操作》(1970)第14卷7號(hào)4-11頁(yè))。
將徑流式攪拌構(gòu)件用于混合容器中時(shí)，由于攪拌構(gòu)件回轉(zhuǎn)的離心效果，沿?cái)嚢铇?gòu)件的回轉(zhuǎn)方向形成一強(qiáng)液流。該強(qiáng)流產(chǎn)生一個(gè)水平旋渦，它使容器中液位降低，并將空氣卷入液體內(nèi)部。由于旋渦的中心部分呈棒狀回轉(zhuǎn)，因而這一部分的混合作用不充分。為改善混合效果，在混合容器中安裝了折流板。折流板可促進(jìn)攪拌構(gòu)件軸向方向的混合作用，改善混合效果，這相當(dāng)于增加了攪拌構(gòu)件所消耗的動(dòng)力。然而，折流板對(duì)于粘度較低的液體來(lái)說(shuō)是有效的，而在用于粘度較高的液體時(shí)就存在折流板的后側(cè)形成滯流的問(wèn)題。這樣看，折流板就未必有效。
另一方面，將軸流式攪拌構(gòu)件用于混合容器中時(shí)，沿?cái)嚢铇?gòu)件轉(zhuǎn)軸方向有形成強(qiáng)液流的傾向。尤其是，當(dāng)使用折流板時(shí)，這種傾向更為顯著，容器內(nèi)的液體以明顯的循環(huán)流的形式流動(dòng)。與徑流式攪拌構(gòu)件相比，軸流式攪拌構(gòu)件在容器中所產(chǎn)生的流體的范圍要大得多，這使得相對(duì)較小的攪拌構(gòu)件用于大容積的容器中而成為可能。不過(guò)，這種攪拌構(gòu)件只能在液體粘度比較小的情況下才能提供這種可能性。
以上大致描述的攪拌構(gòu)件是相對(duì)于豎直方向而在容器中某一位置固定于轉(zhuǎn)軸上的。這意味著攪拌構(gòu)件相對(duì)于容器內(nèi)液面高度而所處的位置顯著影響混合效果。因此，當(dāng)這樣一種攪拌構(gòu)件被用于聚合過(guò)程時(shí)，拿聚合產(chǎn)品的質(zhì)量來(lái)說(shuō)，就大大取決于攪拌構(gòu)件所處的位置。
另外，上述攪拌構(gòu)件需要折流板來(lái)提高混合效果。當(dāng)把折流板裝入混合容器時(shí)，混合效果得到改善，但是在折流板的后側(cè)卻形成了滯留部分。例如，當(dāng)同時(shí)使用這種攪拌構(gòu)件和折流板的聚合工藝持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)期時(shí)，聚合物塊很可能形成在滯留部分，并擴(kuò)展，這種塊狀物質(zhì)將阻礙聚合作用。
一種螺旋攪拌器或一種螺旋帶攪拌器可用于混合高粘度液體。例如，日本專(zhuān)利公報(bào)No.14853/1986揭示了一種一端不受支承的螺旋攪拌器；日本專(zhuān)利公報(bào)No.34444/1989揭示了一種攪拌器，它在一根轉(zhuǎn)軸上具有多個(gè)雙螺旋葉片；日本專(zhuān)利公報(bào)No.51962/1983采用固定于一根轉(zhuǎn)軸上的攪拌葉片，這些葉片具有刮板。日本專(zhuān)利公報(bào)No.55269/1994揭示了一種攪拌器，它包括一對(duì)互相嚙合的螺桿。然而，這些攪拌構(gòu)件的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，通常需要較大的攪拌動(dòng)力，它們的應(yīng)用只限制在它們所適用的液體粘度。
由上述各攪拌構(gòu)件所產(chǎn)生的流動(dòng)大部分是豎直循環(huán)流(即沿轉(zhuǎn)軸方向)。當(dāng)這種攪拌構(gòu)件用于批量作業(yè)型的混合容器中時(shí)，容器內(nèi)的任何液體部分具有大致相同的駐留時(shí)間。然而，當(dāng)這種攪拌構(gòu)件用于連續(xù)作業(yè)(即連續(xù)供給和連續(xù)排出)時(shí)，容器中不同的液體部分其駐留時(shí)間也不同(即駐留時(shí)間分布狀態(tài)較廣)。例如，當(dāng)采用該攪拌構(gòu)件的反應(yīng)作用是連續(xù)進(jìn)行時(shí)，從微觀角度看，不同的液體部分具有不同的反應(yīng)轉(zhuǎn)化。因此，采用這種攪拌構(gòu)件的聚合過(guò)程，其連續(xù)操作所產(chǎn)生的聚合物產(chǎn)品的聚合程度也不同。
日本專(zhuān)利公報(bào)No.3481/1983揭示了一種聚合裝置，目的在于提供一種所謂活塞流式裝置，它可以用于粘度很高的液體而不會(huì)形成滯留部分。在該裝置中，容器的中軸偏離于攪拌構(gòu)件的轉(zhuǎn)軸，并裝有多孔的板和葉片，后者作為刮去附于容器壁上的聚合物的刮板。
雖然以上描述的聚合裝置于某種程度上可能實(shí)現(xiàn)其目的(即提供活塞流型裝置)，但該裝置的結(jié)構(gòu)依然很復(fù)雜，因而很難在工業(yè)規(guī)模中使用這種裝置。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可用于批量作業(yè)或連續(xù)作業(yè)的攪拌構(gòu)件和一種混合裝置(諸如聚合裝置)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只形成很少的塊狀物質(zhì)，較好情況下能不形成塊狀物質(zhì)，較大范圍地適用于各種不同粘度的液體。
本發(fā)明的創(chuàng)作者經(jīng)研究而提供了一種可實(shí)現(xiàn)上述目的攪拌構(gòu)件和混合裝置，并發(fā)現(xiàn)在以下各方面非常有效。
第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種攪拌構(gòu)件，它包括至少兩根桿和至少一個(gè)將這些桿互相連接在一起以形成攪拌構(gòu)件的連接件，當(dāng)這些桿在基本呈圓柱形的混合容器中繞其中軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上不互相重合。該軌跡就是桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所遵循的途徑。
換句話(huà)說(shuō)，本發(fā)明提供一種基本構(gòu)件，它包括至少兩根桿和至少一個(gè)在橫穿過(guò)這些桿、最好是與它們垂直的方向上將這些桿連接起來(lái)的連接件，這些連接件中至少有一個(gè)具有一連接機(jī)構(gòu)(諸如連接器)，連接件通過(guò)該連接機(jī)構(gòu)而固定于一轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸相當(dāng)于是基本呈圓柱形的混合容器的軸線(xiàn)，這種固定形式為該連接機(jī)構(gòu)與該軸線(xiàn)對(duì)齊，使得當(dāng)轉(zhuǎn)軸及桿繞著混合容器的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些桿的運(yùn)動(dòng)軌跡彼此不同。這種固定方式意味著該攪拌構(gòu)件不是沿混合容器的轉(zhuǎn)軸而對(duì)稱(chēng)的。
第二方面，本發(fā)明提供一種混合裝置，它包括一大致呈圓柱形的混合容器和在本發(fā)明第一方面中所描述的攪拌構(gòu)件，在該裝置中，攪拌構(gòu)件通過(guò)連接機(jī)構(gòu)安裝在混合容器上，使得當(dāng)軸繞著混合容器的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各桿的運(yùn)動(dòng)軌跡不互相重合。
在一較佳實(shí)施例中，本發(fā)明的攪拌構(gòu)件包括兩根桿，它們基本平行于混合容器的軸線(xiàn)，并且于任何兩個(gè)相對(duì)的位置，最好位于或鄰接于它們的兩端處，利用兩個(gè)連接件互相連接。


圖1是本發(fā)明混合裝置一實(shí)施例的立體示意圖，該裝置的一部分被除去以露出本發(fā)明的攪拌構(gòu)件；圖2是圖1所示的裝有本發(fā)明攪拌構(gòu)件的混合裝置的正面示意圖，其中容器被剖開(kāi)以露出攪拌構(gòu)件；圖3是圖1所示的混合裝置沿圖2中的A-A′線(xiàn)剖開(kāi)的剖面示意圖；圖4是裝有本發(fā)明攪拌構(gòu)件的混合裝置的另一實(shí)施例的正面示意圖，其中容器和圖2一樣被剖開(kāi)；圖5是一個(gè)在說(shuō)明書(shū)最后的比較例中所描述的傳統(tǒng)混合裝置的正面示意圖。
本發(fā)明的特征之一在于使用至少兩根桿。對(duì)這種桿沒(méi)有特殊限制，只要它具有一長(zhǎng)度(或高度)和寬度(或厚度)。也就是說(shuō)，它們基本上至少是二維的，因而它們?cè)谘匾欢ǖ姆较蜻\(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)液體時(shí)能帶動(dòng)液體。在一較佳實(shí)施例中，該桿可具有相對(duì)混合容器的直徑較長(zhǎng)的長(zhǎng)度。上述桿可以是任何形式的，較好的是柱體或棱柱體的形式，最好是正柱體或正棱柱體的形式。該桿垂直于其軸線(xiàn)的橫截面可以是任何形狀的。例如，其橫截面可以是圓形、橢圓形、多邊形，如三角形、矩形和六邊形等。該桿可以是中空的，也可以是實(shí)心的。當(dāng)桿為圓柱體形式時(shí)，其直徑的范圍可以是安裝該攪拌構(gòu)件的容器內(nèi)徑的15％-20％，更好是17％-18％。當(dāng)桿的橫截面不是圓形時(shí)，可以用等價(jià)直徑來(lái)代替圓的直徑。桿的直徑同它的長(zhǎng)度的比可以在1/5-1/20的范圍之間，更好是在1/9-1/18的范圍之間。該桿可以由任何材料制成，只要它具有足夠的強(qiáng)度用來(lái)實(shí)現(xiàn)有效混合，并對(duì)被混合液體具有足夠的阻力。例如，該桿可以由金屬材料1制成。通常每根桿具有相同的長(zhǎng)度。桿的數(shù)量通常為兩根，但也可以是三根或更多。當(dāng)使用兩根以上桿時(shí)，它們這樣連接，使桿的端部成一直線(xiàn)。在一較佳實(shí)施例中，所有的桿都用兩個(gè)連接件互相平行地連接在一起，這些桿的端部成一直線(xiàn)地排列在各連接件上。
這些桿與至少一個(gè)連接件彼此垂直地相連。只要不產(chǎn)生任何不利的影響，該連接件的形式是沒(méi)有特殊限制的，并且以上所述的關(guān)于桿的特征基本是適用的。連接件與這些桿的連接位置沒(méi)有限制。原則上，連接件在連接各桿時(shí)必須使每一處連接都具有最佳的強(qiáng)度。例如，當(dāng)僅使用一個(gè)連接件時(shí)，最好在桿的中點(diǎn)將它們連接。當(dāng)如大多數(shù)情況下常用的那樣使用兩個(gè)連接件時(shí)，最好在桿的兩相對(duì)端將它們連接(即桿的頂端和底端)。在這個(gè)攪拌構(gòu)件中，最好也用每個(gè)連接件的兩端來(lái)連接桿。連接件的數(shù)量可以是一個(gè)，但為了保證攪拌構(gòu)件中沒(méi)有特別薄弱的部分，通常使用兩個(gè)連接件。當(dāng)連接件的數(shù)量多于兩個(gè)時(shí)，其中的兩個(gè)在桿的兩端將它們連接，其余的在這兩個(gè)連接件之間將桿連接，使得所有的連接件將桿分成數(shù)個(gè)長(zhǎng)度相同的部分。尤其是，當(dāng)桿相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)，連接件的數(shù)量可以是三個(gè)或四個(gè)或是更多。連接件中至少有一個(gè)具有連接機(jī)構(gòu)，它使該攪拌構(gòu)件可能不對(duì)稱(chēng)于混合容器的軸線(xiàn)。當(dāng)使用單個(gè)連接件并在其兩端連接桿時(shí)，該連接機(jī)構(gòu)的位置設(shè)置成偏離連接件的中心。當(dāng)使用兩個(gè)以上連接件并在它們的兩端連接桿時(shí)，其中至少有一個(gè)連接件(通常是最上面的一個(gè))具有偏離連接件中心的的連接機(jī)構(gòu)。
因此，本發(fā)明的攪拌構(gòu)件由至少兩根彼此隔開(kāi)的桿和至少一個(gè)橫向連接這些桿并最好與它們垂直的連接件構(gòu)成，連接件中至少有一個(gè)構(gòu)成具有連接機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可使該攪拌構(gòu)件固定在位于混合容器的圓形橫截面的中心處旋轉(zhuǎn)的軸上，并使各桿的運(yùn)動(dòng)軌跡不互相重合。
這些桿中至少有一根可以不平行于混合容器的軸線(xiàn)，條件是不平行的桿不干擾該攪拌構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，至少最外側(cè)的桿(即離混合容器的軸線(xiàn)最遠(yuǎn)的桿，或旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱形軌跡最大的桿)最好與該軸線(xiàn)平行，例如在用于聚合作用的情況下，這些桿就可起到防止聚合產(chǎn)品粘附在容器壁上的作用和/或在容器內(nèi)壁與這些桿的最外側(cè)之間所形成的間隙足夠小時(shí)可用作刮板，刮去可能粘附于容器壁上的聚合產(chǎn)品。換句話(huà)說(shuō)，本發(fā)明的該混合裝置具有自清潔機(jī)構(gòu)。
上述間隙的寬度取決于需要混合用的各個(gè)裝置，但較好是在混合容器內(nèi)徑的0.1-0.5％的范圍內(nèi)，更好是在0.2-0.4％的范圍內(nèi)。該間隙越小，自清潔效果(即防止聚合物塊粘附和/或聚合物塊變大)也就越好。但是，較小的間隙會(huì)導(dǎo)致間隙中的剪切應(yīng)力上升，這將增大攪拌構(gòu)件的動(dòng)力消耗。相反，當(dāng)該間隙較大時(shí)，動(dòng)力消耗減小，但自清潔效果下降。上述該間隙的情況，同樣也適用于當(dāng)連接件設(shè)置于桿的底端并且容器的底面平坦時(shí)的連接件與容器內(nèi)底面之間的間隙。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，為了使攪拌構(gòu)件繞著容器軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)桿的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上不互相重合，即這些軌跡的形狀、尺寸和位置彼此不同，在將攪拌構(gòu)件安裝于容器上時(shí)使得兩側(cè)的桿的中心線(xiàn)偏心(或偏離)于容器的軸線(xiàn)，并將該攪拌構(gòu)件固定于相當(dāng)于容器軸線(xiàn)的、且由例如可包括一電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)參照如圖2所示的包括有兩根桿的攪拌構(gòu)件來(lái)進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，容器中心與最外側(cè)桿的中心之間的距離a不等于容器中心與最內(nèi)側(cè)桿的中心之間的距離b。
為了充分達(dá)到本發(fā)明的效果，容器軸線(xiàn)到最內(nèi)側(cè)桿和最外側(cè)桿的中心的距離，相當(dāng)于(a-b)/2的長(zhǎng)度，較好是在容器內(nèi)徑的6％-12％的范圍內(nèi)，更好是在8％-10％的范圍內(nèi)，這樣可以有效地使攪拌構(gòu)件的中心偏離于容器的軸線(xiàn)。上述這種偏心形式，再加上桿的外徑在容器內(nèi)徑的15-20％的范圍內(nèi)，因而，由桿旋轉(zhuǎn)所形成的、垂直于容器軸線(xiàn)的軌跡面積加起來(lái)約超過(guò)垂直于容器軸線(xiàn)的橫截面積的90％，因此可確保液體的充分混合。
在一較佳實(shí)施例中，該混合容器還包括一個(gè)設(shè)于混合容器頂部周邊上的頂蓋，它具有一個(gè)管嘴，例如供容器內(nèi)液體的揮發(fā)氣體通過(guò)并進(jìn)入冷凝器的管嘴，或在反應(yīng)不正常的情況下提供阻聚劑的管嘴等。為了使本發(fā)明該攪拌構(gòu)件的頂部在因某些緊急情況而停轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)干擾這一管嘴的工作(例如，為了避免攪拌構(gòu)件的頂部堵住該管嘴)，該攪拌構(gòu)件的頂部較好是低于混合容器的頂部周邊100mm-1000mm，更好是300-600mm。
該混合裝置基本由混合容器和攪拌構(gòu)件構(gòu)成，容器高度H(即容器的底部到頂部周邊的長(zhǎng)度)與容器內(nèi)徑D的比(H/D)可以實(shí)際地為0.5≤H/D≤5.0，更好是1.0≤H/D≤3.5。該裝置可以在這樣的條件下工作，即容器的液面高度L(也就是當(dāng)把一經(jīng)計(jì)算過(guò)的數(shù)量的液體加入容器時(shí)容器的底部到液面的距離)與容器內(nèi)徑D的比(L/D)實(shí)際地為0.2≤L/D≤4.0，更好為0.5≤L/D≤2.0。通常，該混合容器具有一外套，以使容器中的液體可以用任何適當(dāng)?shù)募訜峄蚶鋮s介質(zhì)來(lái)加熱或冷卻。為了安全或加入阻聚劑用，可以在該混合容器上設(shè)置一安全膜。為了抑制在連接件頂面上方的區(qū)域內(nèi)形成產(chǎn)生于單體反應(yīng)的塊狀物質(zhì)，可在攪拌構(gòu)件頂面以下較好是10-50mm、更好是20-30mm的高度處設(shè)置一個(gè)液體如單體溶液的入口。通常在容器的底壁上設(shè)置一個(gè)液體如包含有容器的聚合產(chǎn)品的溶液的出口。為了盡可能長(zhǎng)時(shí)間地開(kāi)放該出口，應(yīng)將其設(shè)置成盡可能地偏離于容器的中心。為了防止容器中形成未充分混合液體部分，該容器可以在這樣的條件下工作，即容器的液面高度L與桿的長(zhǎng)度I(包括連接件的厚度S)的比(L/I)較好為0.10-0.95的范圍，更好為0.70-0.90的范圍。桿長(zhǎng)度I與容器高度H的比(I/H)較好可以是0.70-0.95的范圍，更好是0.80-0.90的范圍。
本發(fā)明的該混合裝置通?？捎糜谌魏握吵淼囊后w(包括高粘度液體)，對(duì)混合聚合反應(yīng)用的單體溶液乃至對(duì)溶液的聚合尤為有效?；旧希狙b置可使用任何單體?？梢杂帽景l(fā)明的混合裝置進(jìn)行有效聚合的合適的單體例子包括諸如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、叔碳酸(vinyl versate)、新戊酸乙烯酯之類(lèi)的乙烯基酯。對(duì)用來(lái)溶解單體配制單體溶液的溶劑沒(méi)有特殊的限制。例如，這種溶劑可包括醇類(lèi)(如甲醇、乙醇和丙醇)、酯類(lèi)(如乙酸乙酯和乙酸甲酯)、有機(jī)酸(如乙酸)、丙酮、苯和甲苯。對(duì)需要混合的液體如單體溶液的粘度沒(méi)有特殊的限制，但是該液體的粘度較好而實(shí)際地是在50-5000泊的范圍內(nèi)，更好是在100-3000泊的范圍內(nèi)。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，本發(fā)明的該攪拌構(gòu)件在容器軸線(xiàn)方向上任何高度處的水平橫截面最好基本相同，除了在連接件處的(見(jiàn)圖3，其中連接件和連接機(jī)構(gòu)用虛線(xiàn)表示)。這意味著不管容器中哪個(gè)高度的液體部分，其混合效果是基本相同的，因而，只要混合效果保持相同，就可選擇任何生產(chǎn)量和/或作用周期如反應(yīng)周期。另外，由于即使液位較低時(shí)，如在作業(yè)開(kāi)始階段，也可保持恒定的混合效果，因此在液位上升階段可實(shí)現(xiàn)相同的混合狀態(tài)直到液位達(dá)到一預(yù)定高度，這樣就能更容易地使作業(yè)在一較短的周期內(nèi)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。
由于本發(fā)明的該混合裝置沒(méi)有使用折流板，因而容器內(nèi)基本不會(huì)形成滯留部分，因此基本上也就不會(huì)產(chǎn)生塊狀物質(zhì)。另外，當(dāng)容器壁和最外側(cè)桿之間的間隙足夠小而可以獲得自清潔效果時(shí)，塊狀物質(zhì)就更不易形成。
在本發(fā)明的該混合裝置中，桿的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生混合效果，進(jìn)而形成一水平方向的旋轉(zhuǎn)液流，因而不會(huì)形成太多的垂直流，在較佳的情況下基本不形成垂直流，或者說(shuō)垂直方向的混合至少得以減少。這樣，動(dòng)力消耗就較小。當(dāng)液體被連續(xù)地送入和排出容器時(shí)，液體基本上以一種所謂“活塞流”的方式在容器內(nèi)流動(dòng)。這意味著液體在容器內(nèi)的駐留時(shí)間分布非常準(zhǔn)確(或精確)，因而在進(jìn)行反應(yīng)作業(yè)時(shí)，就可獲得特性基本均勻的轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。
由于本發(fā)明的該混合裝置具有上述各種優(yōu)點(diǎn)，因而可很容易地在相似原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行裝置的按比例放大。另外，其混合效果與容器中的液體高度無(wú)關(guān)，因此可選擇任何液體深度來(lái)進(jìn)行混合作業(yè)。這樣，該混合裝置不僅對(duì)批量生產(chǎn)模式非常有用，而且對(duì)如聚合作用作業(yè)中的連續(xù)生產(chǎn)模式也非常有用。此外，本混合裝置可以長(zhǎng)時(shí)期地穩(wěn)定作業(yè)，基本不會(huì)形成塊狀物質(zhì)，這從工業(yè)角度上看是非常重要的。尤其是，本混合裝置可在工業(yè)上確保穩(wěn)定的聚合作用作業(yè)。
下面將參照附圖利用實(shí)例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明混合裝置10的一個(gè)較佳實(shí)施例的立體圖，圖2是圖1所示混合裝置的正面圖。如圖2所示，混合裝置10包括一攪拌構(gòu)件12和一圓柱體形的混合容器14。該攪拌構(gòu)件12具有兩根彼此平行的桿16和17，它們的頂端和底端由垂直于它們的連接件18和19連接于這些連接件的兩端。該連接件18和19在它們的兩端連接該16和17，但連接件18和19也可以略微伸出桿16的頂端和底端一點(diǎn)，如圖1或圖2所示，因?yàn)樽顑?nèi)側(cè)桿的伸出不會(huì)不利地影響到自清潔效果。該容器14具有一穿過(guò)其頂蓋22中心的轉(zhuǎn)軸20，該轉(zhuǎn)軸20可與一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)相連，使該轉(zhuǎn)軸20沿容器14的軸線(xiàn)42轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)軸20利用一連接機(jī)構(gòu)28連接于上連接件18。這樣，上連接件18偏離于其中心地連接于轉(zhuǎn)軸20，如圖1或圖2所示。下連接件19通過(guò)一與轉(zhuǎn)軸20相對(duì)的機(jī)構(gòu)26而可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于底部壁24的中心處。如果上面的連接機(jī)構(gòu)28足夠支承攪拌構(gòu)件，則該連接機(jī)構(gòu)26就不一定需要。利用上述這些連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸20轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，桿16和17各自繞著轉(zhuǎn)軸20即容器的軸線(xiàn)42轉(zhuǎn)動(dòng)，因而桿17形成一個(gè)較大的圓柱形軌跡44，而桿16形成一個(gè)較小的圓柱形軌跡46，如圖3所示，也就是說(shuō)，這兩個(gè)軌跡不互相重合。必須注意的是，桿16和17平行于容器14的軸線(xiàn)，使得容器內(nèi)壁與桿17最外側(cè)表面之間的間隙34(由于尺寸太小而只能表示成一直線(xiàn))沿桿17的長(zhǎng)度方向基本保持恒定。混合容器14還可以包括一管嘴48，該管嘴可供容器內(nèi)的液體蒸氣通過(guò)而進(jìn)入一冷凝器(未示出)，或用于將阻聚劑加入容器內(nèi)的液體。
圖3是圖1或圖2所示的混合裝置的橫截面圖。為便于理解，兩條軌跡44和46用虛線(xiàn)表示，分別由旋轉(zhuǎn)的桿16和17的中心形成。當(dāng)然，這些桿所形成的軌跡是環(huán)形的。
圖4表示本發(fā)明混合裝置的另一實(shí)施例。該實(shí)施例除了桿的數(shù)量為三個(gè)外基本與圖2所示的相同，也就是說(shuō)，該攪拌軌跡在最內(nèi)側(cè)桿16和最外側(cè)桿17之間具有另外一根桿16′。
下面將利用實(shí)例中的聚合過(guò)程來(lái)描述本發(fā)明混合裝置的使用。
首先，混合裝置10的內(nèi)側(cè)用氮元素來(lái)置換，從入口30將主要包含有需要進(jìn)行聚合的單體的單體溶液和一預(yù)定量的溶劑加入混合容器14并達(dá)到一預(yù)定高度，然后隨著攪拌的進(jìn)行，將該溶液加熱到一預(yù)定溫度，同時(shí)觀察該溶液的狀態(tài)(尤其是粘度)。這種加熱可以利用一圍繞容器周?chē)耐馓?6通過(guò)將蒸汽或熱水從入口30送入和從出口38排出來(lái)進(jìn)行。該攪拌構(gòu)件的轉(zhuǎn)速取決于溶液的狀態(tài)(尤其是粘度)。一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速太小時(shí)，溶液的混合會(huì)不夠充分。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速太大時(shí)，混合所需的動(dòng)力消耗會(huì)迅速上升。通常，該轉(zhuǎn)速在2-20r.p.m.的范圍內(nèi)，更好是在5-15r.p.m.的范圍內(nèi)。當(dāng)聚合作用作業(yè)連續(xù)進(jìn)行時(shí)，單體溶液是連續(xù)地再供給，同時(shí)，容器內(nèi)的溶液在達(dá)到一預(yù)定的聚合程度后便開(kāi)始排出。溶液可通過(guò)例如齒輪泵(未示出)從出口32排出。如果需要的話(huà)，可使用一排放用的流量表，如橢圓形的那種。容器中的液位可以通過(guò)調(diào)節(jié)排放量來(lái)控制。至少一部分排出溶液可以再回到容器中，以保持容器內(nèi)的液位恒定。為了緊急停止聚合作用作業(yè)，該混合裝置可設(shè)置一個(gè)用來(lái)向液體中加入阻聚劑的裝置。為了在緊急時(shí)使用，可以設(shè)置任何諸如安全膜之類(lèi)的安全裝置。
具有本發(fā)明的部件的該攪拌構(gòu)件或混合裝置在結(jié)構(gòu)上非常簡(jiǎn)單，不管容器中的液體高度如何，都可以實(shí)現(xiàn)充分的混合。例如在聚合作用進(jìn)行時(shí)，本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的混合既不會(huì)產(chǎn)生粘附于容器壁上的聚合物，也不會(huì)形成塊狀物質(zhì)，因而對(duì)于延長(zhǎng)周期來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定的聚合是可能實(shí)現(xiàn)的。另外，容器內(nèi)的液流基本為活塞流，它所形成的聚合物產(chǎn)品具有均勻的特性，并且該混合裝置很容易按比例放大而用于批量生產(chǎn)模式或連續(xù)生產(chǎn)模式。
實(shí)例1利用圖1所示的本發(fā)明的混合裝置10來(lái)進(jìn)行乙酸乙烯酯的聚合，該混合裝置10包括一攪拌構(gòu)件12和一圓柱形混合容器14。該混合容器的內(nèi)徑為2300mm，高(相當(dāng)于容器底面到頂部周邊的長(zhǎng)度)6000mm。該攪拌構(gòu)件包括兩根橫截面呈圓柱形、外徑400mm的垂直的桿16和17。這些桿在它們的兩端用連接件18和19連接，使得每根桿的總長(zhǎng)為5500mm，包括位于它們兩端的連接件18和19的厚度(每根厚300mm)。該攪拌構(gòu)件在安裝于容器上時(shí)，使得容器中心到最外側(cè)桿17中心的長(zhǎng)度a為943mm，而容器中心到最內(nèi)側(cè)桿16中心的長(zhǎng)度b為510mm。
容器的內(nèi)部用氮元素置換，將一種含83％重量的乙酸乙烯酯和17％重量的甲醇的單體溶液及微量阻聚劑加入該混合容器。該單體溶液可用一換熱器(若安裝了的話(huà))和一內(nèi)部循環(huán)有熱水的、圍繞在混合容器周?chē)募訜嵬馓讱?6來(lái)進(jìn)行加熱。該聚合作業(yè)在65℃的溫度下連續(xù)進(jìn)行，其液位到容器底部的長(zhǎng)度為4.2m(因而液面高度與容器內(nèi)徑的比為1.8/1)。轉(zhuǎn)速設(shè)置為10r.p.m.。聚合轉(zhuǎn)化過(guò)程由加入適量的聚合催化劑來(lái)控制，加入催化劑的量根據(jù)單體溶液的組分和單體溶液在容器中的平均駐留時(shí)間等來(lái)計(jì)算。該聚合作業(yè)可持續(xù)一年，同時(shí)保持64％的聚合率，并且不會(huì)形成塊狀物質(zhì)，可生產(chǎn)出聚合程度為1700的聚乙酸乙烯酯樹(shù)脂。
實(shí)例2基本與實(shí)例1相同，只是液面高度與容器內(nèi)徑的比為1.3/1。該聚合作業(yè)可以64％的聚合率持續(xù)一年，同時(shí)不會(huì)形成塊狀物質(zhì)，可生產(chǎn)出聚合程度為1700的聚乙酸乙烯酯樹(shù)脂。
實(shí)例3基本與實(shí)例1相同，只是液面高度與容器內(nèi)徑的比為0.75/1，單體溶液含16％重量的甲醇。該聚合作業(yè)可以62％的聚合率持續(xù)一年，同時(shí)不會(huì)形成塊狀物質(zhì)，可生產(chǎn)出聚合程度為2000的聚乙酸乙烯酯樹(shù)脂。
比較例使用一種如圖5所示的混合裝置，該裝置包括一個(gè)槳式攪拌器型的攪拌構(gòu)件12和一個(gè)內(nèi)徑為2400mm、高度為3600mm的混合容器14，該混合容器上具有折流板50。其工作條件與實(shí)例1的相同。
該聚合作業(yè)可持續(xù)10天，許多塊狀物質(zhì)會(huì)形成并變大，因而用于攪拌的動(dòng)力消耗增大。另外，由于其混合效果取決于液體部分相對(duì)于攪拌構(gòu)件的位置，因此很難保持穩(wěn)定而連續(xù)的作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種攪拌構(gòu)件，它包括至少兩根桿和至少一個(gè)將所述桿以這樣的方式彼此連接起來(lái)而形成攪拌構(gòu)件的連接件，即，使得所述桿在繞基本呈圓柱形的混合容器的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡不互相重合。
2.如權(quán)利要求1所述的攪拌構(gòu)件，它包括至少兩根桿和至少一個(gè)垂直連接所述桿的連接件，最上面的連接件具有一連接機(jī)構(gòu)，該連接件通過(guò)所述連接機(jī)構(gòu)固定于相當(dāng)于是混合容器軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)軸上，這種固定方式為，所述連接機(jī)構(gòu)與所述軸線(xiàn)彼此對(duì)直。
3.一種混合裝置，它包括一基本呈圓柱形的混合容器和一攪拌構(gòu)件，所述攪拌構(gòu)件包括至少兩根桿和至少一個(gè)將所述桿以這樣的方式彼此連接起來(lái)而形成攪拌構(gòu)件的連接件，即，使得所述桿在繞混合容器的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡不互相重合。
4.如權(quán)利要求3所述的混合裝置，其中，所述混合容器內(nèi)壁與最靠近該內(nèi)壁的最外側(cè)桿之間的間隙寬度為所述混合容器內(nèi)徑的0.2-0.4％。
5.如權(quán)利要求3所述的混合裝置，它用于溶液聚合。
6.如權(quán)利要求5所述的混合裝置，其中，所述溶液聚合是一種從包括有乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、叔碳酸(vinyl versate)和新戊酸乙烯酯的族中選出的乙烯酯單體的聚合。
全文摘要
一種混合裝置,它具有一基本呈圓柱形的混合容器和一攪拌構(gòu)件,該攪拌構(gòu)件包括至少兩根桿和至少一個(gè)將這些桿以這樣的方式彼此連接起來(lái)而形成攪拌構(gòu)件的連接件,即,使得這些桿在繞混合容器的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它們的運(yùn)動(dòng)軌跡不互相重合。
文檔編號(hào)B01F7/16GK1170728SQ9710994
公開(kāi)日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月28日
發(fā)明者緒方敏夫, 巖田升 申請(qǐng)人:可樂(lè)麗股份有限公司