专利名称：轴流式聚合釜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种聚合釜，尤其涉及一种轴流式聚合釜。
背景技术：
轴流式聚合釜具有构造简单、运行稳定、效率高等优点，因而广泛应用于实际生产 制造中。但是，现有的轴流式聚合釜大多适用于搅拌中低粘度的物质，在物质粘度较高的 情况下，特别是搅拌过程中放热也较大的情况下，物质常常会粘附到搅拌釜壁及釜中的各 部件上(以下简称为“粘壁效应”)，使聚合釜无法正常进行工作。例如，碳纤维的聚合反应 中，反应前期物质粘度很小，仅为水的粘度(0.001Pa s)的一半，而反应后期物质粘度达 IOOPa · s以上，整个反应过程中物质粘度变化非常大，反应中后期物质粘度变大时极易出 现粘壁效应。另一方面，碳纤维聚合反应是强放热反应，搅拌过程中温度会非常高。过高的温度 会加剧物质的粘壁效应，使物质更容易粘附到搅拌釜壁及釜中的各部件上，因而，需要在搅 拌的同时及时进行冷却，带走反应产生的热量，以确保反应的顺利进行。若仅从冷却效果的 角度考虑，在搅拌釜中设置冷却机构可以得到良好的冷却效果，但是，这样会使搅拌釜中的 构成变得复杂，从而更容易出现粘壁效应。而且，会使搅拌釜中温度分布不均勻，例如，搅拌 釜中靠近冷却机构的地方温度会相对较低，从而导致搅拌釜中物质分布不均勻，进而影响 例如聚合反应等反应的效果，造成产品无法达到要求。
实用新型内容本实用新型提供一种轴流式聚合釜，该聚合釜既能够实现在搅拌釜内部设置冷却 机构，得到较好的冷却效果，又能够在物质粘度较大的情况下避免粘壁效应的发生，使物质 分布均勻，得到较好的搅拌效果。为解决上述问题，本实用新型提供一种轴流式聚合釜，其包括搅拌釜；驱动机 构；搅拌轴、插设在所述搅拌釜中并与所述驱动机构连接；搅拌机构，一体设置在所述搅拌 轴的位于所述搅拌釜中的一段上，具有至少一个叶片组；外冷却机构，设置在所述搅拌釜的 外壁上；以及内冷却机构，设置在所述搅拌釜的内壁侧。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述叶片组包括轮毂，具有贯通的通孔，并通过该 通孔套装到所述搅拌轴上；叶片柄，连接在所述轮毂上；叶片，连接在所述叶片柄上。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述叶片的与所述叶片柄相连的一边沿为根部，所 述叶片所述根部的与垂直于所述搅拌轴轴向的平面所成的角度范围为5° 90°。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述叶片的与所述叶片柄相连的一边沿为根部， 与所述根部相对的一边沿为端部，所述叶片的所述根部与所述端部所成的角度小于等于 30°。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述叶片的与所述叶片柄相连的一边沿为根部，与 所述根部相对的一边沿为端部，所述叶片中连接所述根部和所述端部的边沿的长度为所述搅拌釜直径的30% 70%。 可选地，所述轴流式聚合釜中，还包括用于改变搅拌釜中物质的流动方向的挡板。 可选地，所述轴流式聚合釜中，所述挡板为兼具冷却作用的板式换热器。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述外冷却机构为盘管。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述内冷却机构为盘管。可选地，所述轴流式聚合釜中，所述搅拌釜内的内壁和设置在所述搅拌釜内的部 件和/或机构的表面粗糙度在0. 1 μ m以下。与现有技术相比，本实用新型的优点在于通过在搅拌釜内设置冷却机构，可以得到非常好的冷却效果，及时带走反应中产 生的热量，降低搅拌釜中的温度，为例如聚合反应等的反应提供良好的工作温度，同时避免 因温度过高而发生粘壁效应。另一方面，本实用新型的轴流式聚合釜的搅拌能力强，快速地搅拌也可以防止粘 壁反应的发生，促使物质充分、均勻地混合在一起，以得到较好的搅拌效果。
图1为本实用新型一实施方式中的轴流式聚合釜的结构示意图；图2为本实用新型一实施方式中轴流式聚合釜的叶片组的结构示意图；图3为本实用新型一实施方式中轴流式聚合釜的叶片组的分解示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。下述实施例仅为举 例说明，本实用新型的并不仅限于实施例中的方案，除此之外，本领域技术人员可以在现有 技术范围内进行的简单变换而得到的技术方案都在本实用新型的保护范围内。实际生产中，轴流式聚合釜会在温度较高的条件下搅拌粘度较大的物质，例如碳 纤维聚合反应中放热较多，物质温度会比较高；且聚合反应的中后期，物质粘度非常大。在 高温、高粘度的情况下顺利地进行搅拌，使物质均勻地混合在一起，是确保反应效果的关键 所在。为此，本实用新型提供一种轴流式聚合釜(以下简称“聚合釜”)，图1为本实用新 型一实施方式中的轴流式聚合釜的结构示意图，图2为本实用新型一实施方式中轴流式聚 合釜的叶片组的结构示意图，图3为本实用新型一实施方式中轴流式聚合釜的叶片组的分 解示意图。如图1所示，在本实施方式的聚合釜中，搅拌釜100中插设有搅拌轴200，所述搅拌 轴200从搅拌釜100中伸出并连接到驱动机构500上；在所述搅拌轴200的插设在所述搅 拌釜100中的一段上一体连接有搅拌机构；所述搅拌釜100的外壁上设有外冷却机构410 ； 所述搅拌釜100的内壁上设有内冷却机构420。此外，所述搅拌釜100的内壁上还设有兼具 挡板作用和冷却作用的换热挡板430。下面，结合附图，对本实施方式中的轴流式聚合釜进行详细地说明。搅拌釜100，呈筒形，具有供插设所述搅拌轴200的釜口(图中未标识)、以及物料 入口 101和物料出口 102。[0027]此外，在实际应用中，根据具体情况及需要，还可以在搅拌釜100上开设用于控制 釜内压力的压力调节口、用于安装温度计的温度计口、用于安装压力计的压力计口等各附 件安装口。搅拌轴200，一段从所述搅拌釜100的釜口插设在搅拌釜100中，另一段位于所述 搅拌釜100外部并与所述驱动机构500相连，驱动机构500驱动所述搅拌轴200转动，由此 将驱动机构500的驱动力传递到搅拌釜100中进行搅拌作业。在本实施方式中，所述搅拌轴200为一体形成的一整根轴，但是，这并不构成对实 用新型的限制，在实际应用中，也可以通过例如联轴器等将分别形成的几段轴连接在一起 构成搅拌轴，在例如搅拌轴的长度较长的情况下，这样可以降低搅拌轴的制造难度，降低搅 拌轴的成本。搅拌机构，包括三个叶片组，分别套装在所述搅拌轴200上并能够与其呈一体转 动，如图3所示，所述叶片组包括轮毂310、叶片柄320、以及叶片330，其中，所述轮毂310呈筒形，具有沿其轴向贯通的通孔，通过该通孔套装到所述搅拌轴 200上并与其呈一体地卡接在一起进行转动等运动。此外，所述轮毂310上还开设有与所述 叶片柄320相适应的安装槽，用于安装所述叶片柄320。在本实施方式中，所述轮毂310卡套在搅拌轴200上，但是，根据具体情况，也可以 使轮毂310通过例如螺纹连接等方式连接到搅拌轴200上。所述叶片柄320的一个边沿焊接在轮毂310上，能够与所述轮毂310呈一体地进 行转动等运动。这里，将所述叶片330的与所述叶片柄320相连的一个边沿称为“根部”，将 与所述根部相对的一个边沿称为“端部”。在本实施方式中，所述叶片柄320焊接在轮毂310上，但是，在实际应用中，根据具 体情况，也可以使叶片柄320通过例如卡接等方式连接到轮毂310上。所述叶片330铆接在叶片柄320上，能够与所述叶片柄320 —体地进行转动等运动。这里，将所述叶片330的根部与端部所构成的角度称为扭转角，所述扭转角的大 小与叶片330的扭转程度存在对应关系，应根据搅拌强度等实际需求进行选择，扭转角越 大则扭转程度越大，叶片搅拌能力越强。然而，在搅拌过程中，叶片330的扭转角较大，所受 到的流体阻力越大，对叶片330的强度等性能要求更高，因而会导致制造难度变大，成本变 高。因此，优选所述扭转角角度小于等于30°，例如5°、10°、15°、20°、25°、30°。此外，所述叶片330根部与垂直于所述搅拌轴200轴向的平面所成的角度也与所 述叶片330的搅拌能力相关，该角度越大则叶片330搅拌能力越强，尤其适于搅拌粘度较 高的物质。因此，优选所述叶片330根部与垂直于所述搅拌轴200轴向的平面所成的角度 为 5° 90°，例如 5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、 65° 、70° 、75° 、80° 、85° 、90° 。这里，将叶片中连接根部和端部的两个边沿之间的宽度称为“叶片宽度”，参考图 2，所述叶片330的宽度为B，该宽度B越大，则所述叶片330的面积越大，相应地搅拌能力就 会越强，然而，叶片宽度B过大，也会阻碍被搅拌物质的翻滚运动，因此，在能够使被搅拌物 质充分翻滚的情况下，应当尽量将叶片330的宽度B设置得较大。本实用新型的发明人发 现，叶片330的宽度B也可以根据搅拌釜100的直径进行选择，优选叶片330的宽度B为所
5述搅拌釜100直径的30% 70%，例如为所述搅拌釜100直径的30%、35%、40%、45%、 50%、55%、60%、65%、70%。此外，在本实施方式中，所述叶片330铆接在叶片柄320上，但是，根据具体情况， 也可以使叶片330通过例如焊接、卡接等方式连接到叶片柄320上。在本实施方式中，每个叶片组具有三个叶片330，但是，在实际应用中可以根据实 际需要改变每个叶片组所包含的叶片的数量，例如，可以设置为每个叶片组具有两个叶片。特别地，在实际应用中，也可以将所述叶片柄320与所述叶片330形成为一体，即 在叶片330上一体形成用于与所述轮毂310连接的叶片柄320。此外，在本实施方式中，所述叶片组直接卡接在所述搅拌轴200上，但是这并不构 成对本实用新型的限制，在实际应用中，还可以在所述叶片组与搅拌轴200之间设置用于 保护搅拌轴200、以减轻磨损等损耗的轴套，即使所述叶片组通过轴套一体安装到所述搅拌 轴200上并与其一起进行转动等运动。另外，在实际应用中，在聚合釜的搅拌轴上的叶片组的数量至少为一个，其可以根 据搅拌釜的大小、要求的搅拌能力等实际需要进行设置，例如，通常为2个 5个，因为叶片 组过少则搅拌能力不足；叶片组过多，则搅拌轴所承受的扭矩等较大，磨损较大，寿命较短。在本实施方式中，所述外冷却机构410为盘管结构，焊接在所述搅拌釜100的外壁 上，通过在盘管中流通的冷却水进行冷却，以带走搅拌釜100中的热量。但是，这仅是外冷却机构410的一种实施方式，并不构成对本实用新型的限制，在 实际应用中，所述外冷却机构410还可以构成为例如板式换热结构等其他结构；其与所述 搅拌釜100的连接方式也可以为焊接之外的其他连接方式，例如还可以连接为分别在所述 外冷却机构410、搅拌釜100上设置连接件、通过所述连接件的配合进行连接。此外，所述外 冷却机构410的冷却方式也不限冷却水冷却，也可以根据实际情况选择其他冷却方式。在本实施方式中，所述内冷却机构420，焊接在所述搅拌釜100的内壁上，并具有 穿过搅拌釜100壁面伸出到所述搅拌釜100外部的冷却入口及冷却出口(图中未标识)，所 述内冷却机构420通过在盘管中流通的冷却水进行冷却，以带走搅拌釜100中的热量。而且，在本实施方式中，叶片330是根据搅拌釜100的直径等进行设置的，其所具 有的搅拌能力非常大，且内冷却机构420为盘管结构，故本实施方式的聚合釜中虽然设有 内冷却机构420，但是搅拌过程中的搅拌死区非常小，故对搅拌效果的影响也比较小。但是，这仅是内冷却机构420的一种实施方式，并不构成对本实用新型的限制，在 实际应用中，所述内冷却机构420还可以构成为例如板式换热结构等其他结构；其与所述 搅拌釜100的连接方式也可以为焊接之外的其他连接方式，例如还可以连接为分别在所述 内冷却机构420、搅拌釜100上设置连接件、通过所述连接件的配合进行连接。此外，所述内 冷却机构420的冷却方式也不限于冷却水冷却，也可以根据实际情况选择其他冷却方式。此外，所述聚合釜还具有兼具挡板和冷却作用的换热挡板430，其设置在搅拌釜 100的内壁上。所述换热挡板430既具有作为挡板，使搅拌釜100内流体的流动方向从圆周 运动变成翻滚运动，以加强搅拌效果的作用；又具有作为冷却机构对因搅拌产生的热量进 行冷却的作用。在本实施方式中，所述换热挡板430为板式换热器，其具有穿过搅拌釜100 壁面伸出到所述搅拌釜100外部的冷却入口及冷却出口(图中未标识)。然而，在实际应用 中，还可以在所述聚合釜中设置其他兼具挡板和冷却作用的结构，例如冷却水管等。
6[0050]而且，在本实施方式中，根据搅拌釜100的直径等设置叶片330，其所具有的搅拌 能力非常大，因而在本实施方式的聚合釜中虽然设有挡板，但是搅拌过程中的搅拌死区非 常小，故对搅拌效果的影响也比较小。另外，在本实施方式中，所述换热挡板430为板式换热器，兼具挡板和冷却机构的 作用，但是，根据具体情况，例如为抑制搅拌死去的产生而尽量减小挡板体积的情况下，也 可以将其设置为例如平板、角钢等仅具有挡板作用的结构。此外，如果釜内壁和/或设置在搅拌釜内部的机构表面不光滑，例如带有凹坑、麻 点等，则极易发生粘壁效应。粘壁效应一方面会造成搅拌不均勻，在进行例如聚合反应时使 反应质量下降；另一方面也会影响其他机构的正常工作，例如物质粘结在内冷却机构上，会 使换热效率下降，冷却能力变低，从而无法及时带走反应釜中因搅拌或发生反应所产生的 热量而造成釜内过热，进而加剧粘壁效应，且在进行例如聚合反应时温度过高也会使反应 质量下降。为使搅拌釜100中的物质不粘结在搅拌釜100的内壁、及设置在所述搅拌釜100 内的部件和/或机构上，所述部件和/或机构包括例如搅拌轴200、搅拌机构、内冷却机构 420、挡板(例如换热挡板430)等，应该使用例如化学抛光、机械抛光等进行抛光，使釜内壁 及设置在所述搅拌釜100内的其他机构的表面粗糙度达到一定程度，优选所述搅拌釜100 的釜内壁及设置在该搅拌釜100内的各部件和/或机构(例如搅拌轴200、搅拌机构、内冷 却机构420、挡板)的表面粗糙度在0. 1 μ m以下，例如0. 1 μ m、0. 08 μ m。驱动机构500主要包括电机和减速机，其构成和作用与其他聚合釜、搅拌装置中 的相似，已为本领域技术人员所熟知，故在此不做赘述。综上所述，轴流式聚合釜的叶片可以根据搅拌釜100的直径等进行设置，故搅拌 能力很强，虽然在轴流式聚合釜中设置了内冷却机构、挡板等机构，但是搅拌过程中搅拌釜 100内的搅拌死区非常小，故对搅拌效果的影响也比较小；且能够抑制粘壁效应的发生。另一方面，通过在搅拌釜内设置冷却机构，可以得到非常好的冷却效果，及时带走 反应中产生的热量，降低搅拌釜中的温度，为例如聚合反应等的反应提供良好的工作温度； 而且，由此可以避免因釜内温度过高而发生粘壁效应，防止因物质粘附在例如釜内壁、内冷 却机构上而使冷却效果下降，影响搅拌效果及利用搅拌进行的反应的质量。虽然本实用新型已以较佳实施方式披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何 本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实 用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求一种轴流式聚合釜，其特征在于，包括搅拌釜；驱动机构；搅拌轴、插设在所述搅拌釜中并与所述驱动机构连接；搅拌机构，一体设置在所述搅拌轴的位于所述搅拌釜中的一段上，具有至少一个叶片组；外冷却机构，设置在所述搅拌釜的外壁上；以及内冷却机构，设置在所述搅拌釜的内壁侧。
2.根据权利要求1所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述叶片组包括 轮毂，具有贯通的通孔，并通过该通孔套装到所述搅拌轴上；叶片柄，连接在所述轮毂上； 叶片，连接在所述叶片柄上。
3.根据权利要求2所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述叶片的与所述叶片柄相 连的一边沿为根部，所述叶片的根部与垂直于所述搅拌轴轴向的平面所成的角度范围为5° 90°。
4.根据权利要求2所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述叶片的与所述叶片柄相连 的一边沿为根部，与所述根部相对的一边沿为端部，所述叶片的所述根部与所述端部所成 的角度小于等于30°。
5.根据权利要求2所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述叶片的与所述叶片柄相连 的一边沿为根部，与所述根部相对的一边沿为端部，所述叶片中连接所述根部和所述端部 的边沿的长度为所述搅拌釜直径的30% 70%。
6.根据权利要求1所述的轴流式聚合釜，其特征在于，还包括用于改变搅拌釜中物质 的流动方向的挡板。
7.根据权利要求6所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述挡板为兼具冷却作用的板 式换热器。
8.根据权利要求1所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述外冷却机构为盘管。
9.根据权利要求1所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述内冷却机构为盘管。
10.根据权利要求1至9中任一所述的轴流式聚合釜，其特征在于，所述搅拌釜内的内 壁和设置在所述搅拌釜内的部件和/或机构的表面粗糙度在0. 1 μ m以下。
专利摘要一种轴流式聚合釜，其包括搅拌釜；驱动机构；搅拌轴、插设在所述搅拌釜中并与所述驱动机构连接；搅拌机构，一体设置在所述搅拌轴的位于所述搅拌釜中的一段上，具有至少一个叶片组；外冷却机构，设置在所述搅拌釜的外壁上；以及内冷却机构，设置在所述搅拌釜的内壁侧。所述叶片组包括轮毂，具有贯通的通孔，并通过该通孔套装到所述搅拌轴上；叶片柄，一体连接在所述轮毂上；叶片，一体连接在所述叶片柄上。通过在搅拌釜内设置冷却机构，可以得到非常好的冷却效果，为搅拌作业及通过搅拌进行的反应提供良好的温度条件，并抑制粘壁效应的发生，促使物质充分、均匀地混合在一起。
文档编号B01J19/18GK201760281SQ20102025644
公开日2011年3月16日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者张文峰, 赵建明, 邵洪根, 黄宣东 申请人:杭州原正化学工程技术装备有限公司