釜式组合搅拌反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种釜式组合搅拌反应器，具体地说是一种适用于丙烯腈溶液聚合的釜式组合搅拌反应器。
【背景技术】
[0002]聚丙烯腈(PAN)纺丝原液的制备是PAN基碳纤维制备过程中的首要工序，也是决定最终碳纤维力学性能的关键步骤。溶液聚合是目前制备PAN纺丝液最常用的方法，该方法具有体系粘度变化范围大、放热剧烈、反应时间长等特点。其中粘度增长造成的聚合釜内物料循环流量及传热系数的降低将导致釜内温度和浓度严重离析。常见现象是物料温度从传热面到釜中心显著递增，且随反应进行这种非离理想趋势愈加明显，直至放热速率降低至较低水平才得以缓解。最终PAN的分子结构难以得到有效控制，也无法得出明确的聚合工艺条件。为解决此类传热传质问题，专利中提出了各种较为新颖的方法。
[0003]现有技术中的反应器多采用搅拌器带刮刀设计，是提高传热系数的重要方法，但刮刀势必与传热面接触，无法避免磨损而污染物料。另外，由于丙烯腈溶液聚合对温度敏感，采用釜外循环对部分物料降温再与主体物料混合达到温控目的并不合适。为降低这种釜内外温差而提高外部循环量却很难实现，因为没有流量足够大的高粘流体输送设备。单轴复合搅拌器则缺乏稳定性和灵活性，因为不同搅拌器结构形式适用的操作转速相差较大。若双螺带搅拌器在高粘流体中高速旋转将产生大量搅拌热，反而增加反应器的热负荷。采用双轴或多轴复合搅拌器，反应器的放大空间仍然很有限并不适用于大规模丙烯腈溶液共聚。因此，本实用新型认为可采用一种内设传热构件的双轴或多轴复合搅拌反应器来解决丙烯腈溶液聚合反应器撤热困难、难于大型化的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的是现有丙烯腈溶液聚合反应器中存在的反应体积与传热面积小、传热效率低及物料混合不均等问题，提供一种新的釜式组合搅拌反应器。该反应器对粘度变化范围大的均相聚合体系有较好适用性，能维持较高的釜内循环量，实现高效混合，且易于大型化。
[0005]为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案:一种丙烯腈溶液聚合用釜式组合搅拌反应器，主要包括带夹套釜体、釜盖、同心中空导流筒组、同心异速搅拌器、釜底封头及底轴承座；所述釜盖可拆卸地盖合在釜体上，并固定密封连接，所述釜底封头固定于釜体底部，底轴承座位于釜底封头内；其中，所述同心异速搅拌器组包括内搅拌轴、外搅拌轴、内搅拌器和外搅拌器，外搅拌轴为空心，由釜盖伸入釜体内，外搅拌轴内同心设置内搅拌轴，内搅拌轴上设置有限位轴承；所述同心中空导流筒组至少包括内层中空导流筒，同心中空导流筒组下部固定于釜体底部的釜底封头上，上部固定于限位轴承上；内搅拌器安装在内搅拌轴上，位于内层中空导流筒内；外搅拌器安装在外搅拌轴上，且位于内层导流筒外侧；所述内搅拌器和外搅拌器可以独立控制。
[0006]上述技术方案中，所述同心中空导流筒组优选还包括至少一个外层中空导流筒，同心套装于内层中空导流筒外；所述外搅拌器优选位于相邻内层中空导流筒和外层中空导流筒之间、相邻外层中空导流筒之间和/或外层中空导流筒和釜体内壁之间；所述外搅拌器优选为单层锚式搅拌器、多层锚式搅拌器、双螺带式搅拌器中的一种；所述内搅拌器优选为螺杆搅拌器；所述釜底封头的纵截面优选为W形，所述内搅拌轴被限位于该W形封头内部的轴承座内，所述内搅拌器与W形釜底封头内凸平台相接处优选设置迷宫密封。所述的内层中空导流筒和外层中空导流筒内部优选安装有双螺旋导流板，并通过可拆卸管道与夹套水循环系统连接；内层中空导流筒和外层中空导流筒通过底部加强板连接成空间整体结构。所述的双螺带搅拌器的螺带叶优选焊接于支撑杆的细杆上，螺带叶与支撑杆不直接接触，细杆前后的带叶上设计有通孔；支撑杆沿圆周均布，优选设计4根以上。所述的螺杆搅拌器的下端优选加设涡轮等高剪切桨式桨及针对W形凸台的刮扫结构。所述的相邻两支撑杆之间的双螺带叶间隔开有长孔，孔的宽度优选为30?80mm ;螺带桨叶与釜内壁或导流筒壁的间隙优选在I?10mm。所述内层导流筒上部优选设计加固板，加固板与安装在外搅拌轴和内搅拌轴之间的限位组件连接。所述位于最外侧的双螺带搅拌器的支撑杆上部优选向釜中心收缩，物料管设计在最外层支撑杆上部与釜内壁之间。
[0007]釜内壁与最外层导流筒间，以及相邻导流筒间的环隙内均设计开有圆角长孔的锚式或螺带式搅拌器。最内层导流筒中安装有螺杆搅拌器，其搅拌轴穿过外搅拌器的中空轴与电力驱动等装置连接。外层搅拌器不同直径的桨叶可在导流筒上部空间内通过加强椭圆杆巩固强度，使之构成空间网络结构提高运行稳定性。桨叶上设计圆角长孔在提供一定流通空间的同时强化壁面物料与环隙中心物料之间的交换混合。
[0008]螺杆搅拌器提供物料全釜循环混合所需能量。外层搅拌器在低粘情况下以起挡板作用为主，高粘情况下则以减少粘壁层物料量为主。若外层搅拌器为螺带式，其在高粘情况下还能补偿螺杆搅拌器因粘度升高和转速降低导致的排出流量下降，实现在高粘下保持有效的全釜循环。
[0009]不同于普通椭圆封头和内置式底轴承，采用W形截面封头可减少釜底中心的混合不良区。同时，釜底的最低点不在中心，可在不影响安装放料阀的情况下安装外置式底轴承。
[0010]导流筒采用中空结构，内设双螺旋导流板，换热介质进出口均设计在导流筒的下端面。由于搅拌器的非对称性结构以及釜内流场的复杂性，导流筒受力不均，若限位固定不足将产生振动，甚至共振损毁。对此，本实用新型对导流筒底部进行特别加固，使多层导流筒在底部构成整体。
[0011]采用本实用新型的釜式组合搅拌反应器，该反应器对粘度变化范围大的均相聚合体系有较好适用性，具有反应体积和传热面积大、传热效率高、物料混合均匀，能维持较高的釜内循环量，实现高效混合，且易于大型化优点，取得了较好的技术效果。
【附图说明】
[0012]图1为采用双螺带作为外层搅拌器的结构示意图。
[0013]其中，I为底轴承座，2、2’为导流筒换热介质进出口管，3、3’为填料密封压盖，4、4’为填料函，5、5’为O型圈，6为夹套进口，7为双螺带搅拌器，8为带夹套釜体，9为换热导流筒，10为螺杆搅拌器，11为内轴连轴器，12为导流筒限位轴承，13为中空外搅拌轴，14为进料管，15为夹套出口，16为外搅拌器支撑杆，17为导流筒上部限位