专利名称：搅拌器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种搅拌器，更具体地涉及一种用于制备稀土异戊橡胶的搅拌
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背景技术：
稀土异戊橡胶是异戊二烯单体在稀土催化剂作用下溶液聚合生成的以顺_1，4结构单元为主的聚合物。由于其物理性能和机械性能均与天然橡胶(NR)相似，稀土异戊橡胶也被称为“合成天然橡胶”。具体地，稀土异戊橡胶具有优良的弹性、密封性、耐蠕变性、耐磨性、耐热性和抗撕裂性，并且抗张强度和伸长率也接近天然橡胶，因此在一些情况下可用作天然橡胶的替代物，也可以与天然橡胶(NR)或其它合成橡胶组合使用。因此，稀土异戊橡胶广泛应用于轮胎、胶带、胶管等橡胶加工领域。在稀土异戊橡胶生产过程中，原料经预混后，其主聚合反应通常在多个串联的全混釜反应器(CSTI )中进行，其中反应物料在每个反应釜内接近全混流，且在各反应釜间不存在返混。所述反应釜由釜体和搅拌器组成，釜内反应物料虽然接近全混流，但仍可能有短路、死区现象存在。另外，在制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程中，聚合反应物料(包括异戊二烯单体、溶剂和催化剂)在釜内的混合状态将直接影响聚合反应的速率、催化剂用量， 以及所得橡胶产品的顺式构型含量、分子量和分子量分布。因此，选择合适的搅拌器对整个聚合过程来说是很重要的。在现有技术中，合成稀土异戊橡胶大多采用与合成稀土顺丁橡胶相同的聚合搅拌器。例如，在稀土顺丁橡胶生产工艺中使用典型的适合于高粘体系的双螺带式搅拌器，俄罗斯的Kauchuk公司在进行稀土异戊橡胶合成的聚合釜中同样采用了双螺带式搅拌器，且采用等体积的三釜串联连续聚合工艺，得到的稀土异戊橡胶的顺式-1，4-构型含量可以达到 96wt%，分子量可以达到42万，分子量分布系数可以达到3. M。在采用多釜串联工艺的稀土异戊橡胶合成过程中，物料在聚合釜中的走向多为下进上出，单体异戊二烯经聚合后形成粘度较大的聚合物溶液，且随着聚合釜次序的递增，所得聚合物溶液的粘度逐渐增大，因此从聚合釜底进入聚合釜内的物料粘度均比聚合釜内的物料粘度低，因而必会出现从釜底处刚进入的低粘度物料与聚合釜内的高粘度物料难以混合的问题。在现有技术中所采用的典型双螺带式搅拌桨，其桨径较大，一般为聚合釜内径的 95%左右。该结构特点强化了釜壁处物料之间的混合，但是沿搅拌轴方向的釜中间区域物料的混合强度则相对较弱。而釜底的物料进口往往处于上述混合强度相对较弱的区域，因此不利于刚进入聚合釜内粘度较低的物料与釜内粘度较高的反应物料之间的混合，进而影响单体的转化率以及最终的产品质量。特别地，此种情况会出现在以下场合按工艺要求在釜底直接加入定量的、用于特殊目的的物料，由于该股物料通常为粘度很低的类似水的液体，导致其与釜内高粘度聚合物溶液之间混合困难。[0008]因此，对于制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程来说，需要进一步改进聚合釜内搅拌器的型式，使其有利于刚进入聚合釜内的粘度较低的物料与釜内粘度较高的反应物料之间的混合，进而提高单体的转化率以及最终产品的质量。
实用新型内容针对上述的问题，本实用新型提出了一种用于生产稀土异戊橡胶的搅拌器，其可有效地强化聚合釜釜底处刚进入的低粘度物料与釜内高粘度物料之间的混合，更有利于聚合反应的进行，进而提高单体的转化率以及最终产品的质量。根据本实用新型，提供了一种用在制备稀土异戊橡胶的聚合反应釜中的搅拌器， 包括搅拌轴和安装在该搅拌轴上的双螺带式搅拌桨。其中，在搅拌轴上还安装了四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨。根据本实用新型的一个实施例，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径与聚合釜的直径之比为1/5-1/2，优选为1/4-2/5，更优选为1/3。所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片宽度与四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为1/5-1/4，优选为1/4。所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片高度与所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为3/20-1/4，优选为 1/5。根据本实用新型的一个实施例，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片以45°角安装到一个设于搅拌轴上的圆盘上。所述叶片在其高度的中部嵌入所述圆盘中，嵌入的宽度为其整个叶片宽度的1/3-2/3，优选为1/2。并且，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨以其中心处距双螺带式搅拌桨的底部距离为其螺距的1/5-1/3，优选为1/4的方式安装于搅拌轴上。 在一个实施例中，圆盘的直径与四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为3/5-4/5，优选为 3/4。根据本实用新型的一个实施例，所述双螺带式搅拌桨的直径与聚合釜的直径之比为90% -98%，优选为95%。螺带宽度为螺带直径的5% -15%，优选为10%。螺距与螺带直径的比值为0. 5-1. 5，优选为1. 0。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是所述双螺带式搅拌桨使聚合物料在聚合釜内形成整体的大循环，同时所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨则用于使刚进入聚合釜内的低粘度物料分散，从而达到充分混合釜内物料的目的，以利于后续溶液聚合反应的进行。
在下文中将基于不同的实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中图1是根据本实用新型的搅拌器的示意图；图2是使用了根据图1的搅拌器的聚合釜的异戊二烯单体溶液聚合反应流程的示意图。在各幅图中，相同的构件由相似的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
以下通过实施例进一步详细描述本实用新型，但这些实施例不应认为是对本实用新型范围的限制。另外需要说明的是，在本实用新型中凡涉及到数值的范围之处，均包含了该范围的两个端点值。图1显示了根据本实用新型的搅拌器10。该搅拌器10包括由电机M驱动的搅拌轴11。在搅拌轴11上安装了双螺旋带式搅拌桨12和四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13，其中四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13通过圆盘14与搅拌轴11相连。图2是使用了根据本实用新型搅拌器10的聚合反应釜的异戊二烯单体溶液聚合反应流程的示意图。其中，带有换热器M的异戊二烯管线21、带有换热器25的溶剂管线 23以及催化剂管线22均通到预混器沈中。在预混器沈之后布置了三个聚合反应釜27、 观、29。这三个聚合反应釜27- 均使用了根据本实用新型的搅拌器10。在工艺过程中，催化剂与冷却后的异戊二烯、冷却后溶剂首先在预混器沈中混合，然后通入聚合釜中进行反应。优选地，催化剂与溶剂共用一个位于预混器沈上的进料口，而异戊二烯单独使用一个进料口，同时如图2所示，可通过另外的通道在第二聚合釜观的底部给其补加冷却后的溶剂，最后产品可由出口 20排出。实施例1 所使用的聚合反应釜的体积为120L，直径为450mm，高为750mm。在该实施例中，双螺带式搅拌桨12的直径为聚合反应釜直径的95%，螺带宽度为其搅拌桨直径的10%，螺距与螺带直径的比值为1，整个螺带的高度与聚合釜内液体物料高度相等。在该实施例中，四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13的直径为聚合反应釜直径的1/3。其叶片宽度为所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨直径的1/4，叶片高度为所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨直径的1/5。另外，叶片通过圆盘14安装到搅拌轴11上，其嵌入圆盘14的宽度为整个叶片宽度的1/2，其安装角度为45°。圆盘14的直径为四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨直径的3/4，四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13的中心处距双螺带式搅拌桨12的底部距离为其螺距的 1/4。在实际工艺中，首先将处于常温常压下的用于制备稀土异戊橡胶的聚合反应物料中的异戊二烯单体(14. Wcg/h，聚合级)、溶剂(73. 75kg/h，此处所使用的溶剂为环己烷)在换热器M、25中进行预冷，预冷至-22°C。在此，所使用的冷却介质为液氨。将预冷后的聚合反应物料分别引入到预混器26中进行预混。将钕系催化剂(2. 9kg/h，浓度为6X 10_6molNd/ ml，溶剂为环己烷，此处所使用的钕系催化剂的具体组成按各组分的摩尔比计为异戊二烯新癸酸钕三异丁基铝一氯二乙基铝=50 1 10 3)引入到预混器沈中，与上述异戊二烯单体、溶剂进行充分地预混操作。其中，溶剂和催化剂共用一个进料口引入到预混器沈，而异戊二烯单体则单独经过一个进料口弓丨入到预混器沈中。同时在第二聚合反应釜观的底部通过单独的进料口补加冷却后的定量溶剂(21.(^kg/h，此处所使用的溶剂为环己烷)。接下来，按照所述流程进行聚合阶段的操作。使预冷、预混后形成的聚合反应物料依次进入各聚合反应釜中进行反应，并且在各聚合反应釜中的平均停留时间分别为第一聚合反应釜为55min，第二、第三聚合反应釜均为45min。其中各聚合反应釜内部的反应温度依次为35°C、42°C和50°C。在工艺过程中，搅拌器的转速为50rpm。根据本实施例，异戊二烯单体在第一聚合反应釜的出口处的转化率为68wt%，并且在第三聚合反应釜的出口处的最终转化率为98. 5wt%。分析确定本实施例中所得到的稀土异戊橡胶产品的顺式-1，4-构型含量、数均分子量和分子量分布系数，其结果列于表1 中。实施例2 所述搅拌器中的四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13的直径为聚合反应釜直径的1/4，其他部分与实施例1相同。根据本实施例，异戊二烯单体在第一反应釜出口处的转化率为67wt%，在末釜出口处的最终转化率为96wt%。反应完成后所获得的稀土异戊橡胶产品的质量分析结果列下表1中。实施例3 所述搅拌器中的四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13的直径为聚合反应釜直径的2/5，其他部分与实施例1相同。按照该实施例，异戊二烯单体在第一反应釜出口处的转化率为68wt%，在末釜出口处的最终转化率为98wt%。反应完成后所获得的稀土异戊橡胶产品的质量分析结果列于表1中。实施例4 所述搅拌器中的四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13的中心处距双螺带式搅拌桨12的底部距离为其螺距的1/5，其他部分与实施例1相同。根据本该实施例，异戊二烯单体在第一反应釜出口处的转化率为66wt%，在末釜出口处的最终转化率为96wt %。反应完成后所获得的稀土异戊橡胶产品的质量分析结果列于表1中。实施例5 所述搅拌器中的四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13的中心处距双螺带式搅拌桨12的底部距离为其螺距的1/3，其他部分与实施例1相同。根据本实施例，异戊二烯单体在第一反应釜出口处的转化率为65wt%，在末釜出口处的最终转化率为95wt%。反应完成后所获得的稀土异戊橡胶产品的质量分析结果列于下1中。对比例1 聚合反应釜中的搅拌器只保留其中的双螺带式搅拌桨12，拆除底部的四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨13，其他部分与实施例1相同。根据本对比例，异戊二烯单体在第一反应釜出口处的转化率为63wt%，在末釜出口处的最终转化率为90wt%。反应完成后所获得的稀土异戊橡胶产品的质量分析结果列于下1中。对比例2:将所使用的催化剂的用量提高为原来的2倍，其他部分与对比例1相同。根据本对比例，异戊二烯单体在第一反应釜出口处的转化率为67wt%，在末釜出口处的最终转化率为95wt%。反应完成后所获得的稀土异戊橡胶产品的质量分析结果列于下1中。表 1[0048]
权利要求1.一种用在制备稀土异戊橡胶的聚合反应釜中的搅拌器，包括搅拌轴和安装在所述搅拌轴上的双螺带式搅拌桨，其中，在所述搅拌轴上还安装了四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨。
2.根据权利要求1所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径与聚合反应釜的直径之比为1/5-1/2。
3.根据权利要求2所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径与聚合反应釜的直径之比为1/4-2/5。
4.根据权利要求3所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径与聚合反应釜的直径之比为1/3。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片宽度与所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为1/5-1/4。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片高度与所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为3/20-1/4。
7.根据权利要求6所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片高度与所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为1/5。
8.根据权利要求1到4中任一项所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的叶片以45°角安装到位于所述搅拌轴上的圆盘处。
9.根据权利要求8所述的搅拌器，其特征在于，所述叶片在其高度的中间处嵌入到所述圆盘中，嵌入的宽度为其整个叶片宽度的1/3-2/3。
10.根据权利要求9所述的搅拌器，其特征在于，所述嵌入的宽度为其整个叶片宽度的1/2。
11.根据权利要求8所述的搅拌器，其特征在于，所述圆盘的直径与所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为3/5-4/5。
12.根据权利要求11所述的搅拌器，其特征在于，所述圆盘的直径与所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨的直径之比为3/4。
13.根据权利要求1到4中任一项所述的搅拌器，其特征在于，所述双螺带式搅拌桨的直径与聚合釜的直径之比为90% -98%。
14.根据权利要求13所述的搅拌器，其特征在于，所述双螺带式搅拌桨的直径与聚合釜的直径之比为95%。
15.根据权利要求13所述的搅拌器，其特征在于，所述双螺带式搅拌桨的螺带宽度为螺带直径的5% -15%。
16.根据权利要求15所述的搅拌器，其特征在于，所述双螺带式搅拌桨的螺带宽度为螺带直径的10%。
17.根据权利要求15所述的搅拌器，其特征在于，所述双螺带式搅拌桨的螺距与螺带直径的比值为0. 5-1.5。
18.根据权利要求17所述的搅拌器，其特征在于，所述双螺带式搅拌桨的螺距与螺带直径的比值为1.0。
19.根据权利要求1到4中任一项所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨以其中心处距双螺带式搅拌桨的底部距离为螺距的1/5-1/3的方式安装于搅拌轴上。
20.根据权利要求19所述的搅拌器，其特征在于，所述四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨以其中心处距双螺带式搅拌桨的底部距离为螺距的1/4的方式安装于搅拌轴上。
专利摘要本实用新型涉及一种搅拌器，可用在制备稀土异戊橡胶的聚合反应釜中。所述搅拌器包括搅拌轴、安装在搅拌轴上的双螺带式搅拌桨以及四斜叶圆盘涡轮式搅拌桨。通过本实用新型的搅拌器，强化了聚合反应釜内的传质和传热过程，使聚合反应釜内的高粘度物料达到很好的混合效果，提高稀土异戊橡胶产品的顺式-1，4-构型含量、数均分子量以及分子量分布系数，并且可有效提高反应中催化剂的效率，降低生产成本。
文档编号C08F136/08GK202124586SQ20112007436
公开日2012年1月25日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者张国娟, 张 杰, 李传清 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院