专利名称：大规模制胶工艺及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制胶工艺，具体地说是一种可大规模制胶的工艺；本发明还涉及为该工艺设计的设备。
背景技术：
现有的主要以尿素和甲醛为主要原料的制胶工艺，是首先将甲醛与尿素按比例计量后投入反应釜中，待全部原料投放完毕、即待反应釜装满后，才开始加热使之反应。而且在上述工艺中，加热过程是利用反应釜中的盘管或反应釜外的夹套完成，当加热到反应所需温度后，保持温度直到反应完全，然后再利用盘管和夹套将产品冷却，最后放胶。上述工艺的加热和冷却过程都必须由反应釜自身来完成，而且必须待所有原料投满后，才能开始加热，而制好胶后又需等待整个反应釜内的胶都冷却到所需温度时，才能开始放胶。这种整体同时加热和整体同时冷却的工艺浪费了大量的时间，使整个工艺过程所需时间太长；而且由于反应釜的结构问题使其中的盘管和夹套面积有限，从而使反应釜的加热及冷却能力有限，因此，上述工艺所需加热和冷却时间较长，延长了整个制胶工艺的周期，并且当反应釜内的反应已达到要求，需要冷却时，由于所需冷却时间较长(大型制胶设备一般超过三个小时)，而在此时间内，釜内原料会继续反应，从而造成产品反应过度，影响产品的质量，如果提前冷却，又有可能使距离盘管或夹套较近的产品反应不完全，质量同样达不到要求。因此用上述工艺制出的胶质量不稳定，而且整个工艺过程很难控制。同时，设置于反应釜内的盘管既占据了大量空间，降低了反应釜的利用率，而且在制胶过程中盘管很容易挂胶，长时间的加热容易在盘管上造成很厚的结垢，长时间的夹套加热也易在反应釜壁上造成结垢，从而影响热交换速度和效率，更加延长了加热的时间。另一方面由于反应釜内盘管层叠，清理盘管和反应釜壁上的结垢非常困难，需消耗大量的人力、物力和时间，一般需要1～2天的时间才能完成。而层叠盘旋于反应釜内的盘管，加大了设备的维护难度，一但盘管出现故障，则可能导致整个反应釜报废。而且利用盘管和夹套加热，为了保证加热均匀，反应釜的直径不能太大，但现有的反应釜一般为短粗型，其高度与直径之比(即高径比)H/D均小于2，一般在1.5左右，这样，现有的反应釜的容积有限，一般都在25m3以内，最大的也不能超过30m3，限制了现有制胶企业的规模。在制胶过程中，为了调整反应釜内的PH值，还需向反应釜内加入酸或碱溶液，现有的工艺及设备是直接将酸或碱溶液从反应釜上端开口注入，酸或碱溶液落到原料表面，经过搅拌后逐渐混合到原料中达到均匀。由于酸、碱溶液混入原料中的时间过长(一般需要10～20分钟)，造成一些部分酸、碱过度，而另一些部分酸、碱不足，从而使反应不均匀，产品的质量不均匀。
发明内容
本发明将公开一种工艺周期短，易于控制产品质量的大规模制胶工艺，本发明还将公开为上述工艺而设计的制胶设备。
本大规模制胶工艺与传统的将称量好的甲醛和尿素，一起投入反应釜后，在反应釜内加热的工艺不同，是先将甲醛加热后，注入反应釜中，并投入尿素，使尿素与甲醛溶解混合，并发生反应。当反应完成后，将胶液从反应釜中泵出后，进入换热器使之冷却，得成品胶。在上述加热过程中，可以将甲醛加热到40～80度，但最好加热到60～70度。因为甲醛温度太高时会发生挥发，而温度太低，与尿素混合后温度则达不到要求。由于本工艺是在投料的同时，对原料进行加热，而在出胶的同时对胶体进行冷却，因此节省了大量的时间，不需停下来等待加热，或等待胶体冷却，使原来需要4～5个小时的生产周期降到仅需2～3小时即可。而且由于设于反应釜外的换热器的换热能力可以按需要调整，因此本工艺中加热和冷却时间均可很短，而将反应后的胶体在短时间冷却下来，则可避免反应过度，而且通过换热器加热、冷却，则很容易控制反应温度和反应时间，从而控制产品的质量。这种工艺也便于自动化或半自动化控制，减少人工操作，从而减少因人为因素造成的质量不定。
在上述工艺中，由于在尿素和甲醛混合时，原料的温度将有所下降，当混合后的温度正好是反应所需温度，则可以就此让原料反应制胶，而当混合后的原料温度达不到反应温度时，可以在反应釜外设一个夹套进行辅助加热，或将混合后的原料泵至换热器中进行二次加热，使原料达到反应温度。由于本工艺中夹套的辅助加热和换热器的二次加热时间很短，因此形成结垢的可能性较少，而由于反应釜内无盘管，经过处理的反应釜壁几乎不挂胶，因此反应釜壁上没有结垢或结垢很少，既使在反应釜壁上有结垢，其清理起来也很容易；而利用换热器进行二次加热时，若在加热器中有少量结垢，也会在下一次加热甲醛时，被甲醛冲洗干净，因此本工艺中的热交换速度及效率均很高。
由于尿素与甲醛比重不同，混合时有可能造成混合不均匀，若仅依靠反应釜中呈水平搅拌的搅拌器混合，则需要较长时间，而且有可能经过长时间搅拌仍不能使原料完全混合均匀，这样将极大地影响产品的质量。为了解决上述问题，本工艺采用由反应釜底泵出混合原料，再将其从反应釜上端开口注入的办法，使之在垂直方向发生循环，从而达到混合均匀的目的。
为实现上述工艺，本发明的制胶设备包括反应釜、换热器和连接管道。在本发明所述的设备中，换热器独立于反应釜外，由管道将其与反应釜连接。该设备的结构如下由管道和输入泵构成的甲醛输入管道的进口与甲醛贮藏罐连接，甲醛输入管道的出口与换热器的进口连接。甲醛从贮藏罐中被泵至换热器加热，加热到所需温度后输入反应釜中，甲醛可以从反应釜上端输入反应釜中，也可从下端输入反应釜中，因此，换热器的出口与反应釜的上端进口连接；或者换热器的出口与反应釜的下端进口连接；当然也可以是换热器的出口同时与反应釜上端进口和下端进口连接。
反应釜的底端也开有一个开口，该底端开口和贮胶槽由管道和循环泵连接。当反应完成且成品胶冷却到所需温度后，即可泵入贮胶槽中。换热器一般用饱和蒸汽和冷却水加热及冷却，冷却水管和蒸汽管与换热器中换热装置的进口连接。为了对反应釜中的混合原料进行辅助加热或二次加热，反应釜外可设有夹套，夹套的进口与冷水管和蒸汽管连接；或将反应釜底端开口和换热器的进口用管道和循环泵连接。而为了使反应釜内混合原料垂直方向上混合均匀，反应釜底端开口与反应釜上端进口之间也可以由管道和循环泵连接。而为了使放胶完全，换热器的进口还可与压缩空气管连接，以便在放胶时向内输入压缩空气，将残留胶液全部收回。
为了保证在将反应釜制得很大时，仍能搅拌均匀，本设备中反应釜的高度与直径之比H/D比现有反应釜的要大，它一般在2≤H/D≤6，最好在2.5≤H/D≤4，为使搅拌均匀，反应釜内在高度方向均匀分布有2个、3个、4个、5个或6个搅拌器，当然搅拌器的个数最好为3个、4个或5个。这样与现有反应釜直径相同的本反应釜的容积，可以比现有的反应釜的容积大很多，因此，本反应釜可以制成很大的容积，却依然保证能加热及搅拌均匀，如直径D为2.8m的现有反应釜的容积为25m3，而本反应釜的容积可达80m3甚至更大；而与现有反应釜容积相同的本反应釜的直径，这大大低于现有反应釜。这种直径比大的反应釜可以节省场地，减少投资，降低成本，还方便运输和安装。
而为了保证在调节PH值或添加其它辅料时，添入的辅剂可均匀加入反应釜中不同深度，本反应釜上还开设有添加剂注入口，添加剂注入口可以开设在反应釜上端，当然也可开设于其它位置，添加剂注入口上设有添加剂注入装置，该添加剂注入装置包括一个设置于反应釜上所开添加剂注入口中的计量桶，计量桶上设有一个用于充装添加剂的进料口，一个用于输入压缩空气以便将添加剂压入反应釜中的压缩空气输入口，和一个充装添加剂时排空计量桶中空气的排气口，计量桶上还设有2个或2个以上出料口，该出料口可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个，但一般为3个、4个或5个，各出料口上分别接有导流管，导流管依次增长，插入反应釜中不同深度，而且为便于调节各导流管中添加剂流出量，导流管上可设有流量阀或各导流管的直径随长度的增长而增大。
图1为本发明所述设备一种实施方式结构示意图；图2为反应釜结构示意图3为添加剂加入设备结构示意图。
具体实施例方式在如图所示的实施方式中，本制胶设备包括反应釜A，换热器B和各连接管道，其中，换热器B设置于反应釜A外，以管道将它们连接起来，本实施方式的具体结构是，由管道1和管道2及输入泵D构成的甲醛输入装置的进口与甲醛贮藏罐或甲醛计量罐E连接，甲醛输入装置的出口与换热器B的进口B1连接；换热器的出口B2与反应釜的上端进口A1由管道3和管道4连接；换热器的出口B2与反应釜的下端进口A’1由管道3和管道11连接；反应釜A外设有夹套A3。夹套A3的进口与冷却水管10和蒸汽管9连接；反应釜底端开口A2和换热器的进口B1之间由管道5、循环泵C和管道6连接。反应釜底端开口A2和反应釜上端进口A1由管道5、循环泵C、管道7、管道3和管道4连接；换热器的进口B1还与压缩空气管12连接；反应釜底端开口A2和贮胶槽由管道5、循环泵C、管道7、管道3和管道8连接；冷却水管10和蒸汽管9与换热器B中的换热装置的进口B3连接。上述各管道上均设有双向阀。在图中所述的实施方式中反应釜的容量为50m3，其直径D为2.6m，高为9m，高径比H/D为3.46。由于本反应釜较高，因此，其中可设有多个搅拌装置A4，搅拌装置A4为2个或2个以上，如3个，4个，5个甚至6个。在本实施方式中，反应釜A的上端还开设有添加剂注入口，添加剂注入口上配装有一个添加剂注入装置，该添加剂注入装置包括一个配装于添加剂注入口的计量桶F，计量桶F上设有一个用于注入添加剂的进料口F1，还设有一个用于压入压缩空气将计量桶F中的添加剂压入反应釜A中的混合原料里的压缩空气输入口F2，和一个进料时用于排空计量桶F的排气口F3。在本实施方式中，计量桶F下部还设有出口F4，各出口F4分别与反应釜导流管F5连接，导流管F5上设有压力调节阀，而且各导流管F5依次增长，分别插入反应釜A中不同深度，且导流管F5随管长的增加而直径增大，以方便在同样压力下，压入不同深度的添加剂剂量相同，为了防止搅拌装置A4碰到导流管，在本实施方式中，导流管F5设置于反应釜A内壁上。计量出尿素和甲醛，将甲醛经换热器B加热至60℃后，从反应釜A下端进口A2输入反应釜A，同时从反应釜A上端开口投入计量好的尿素。混合后的原料的温度在60℃，此时一边利用夹套对混合原料进行辅助加热，同时利用循环泵C将混合原料从反应釜下端开口A2中抽出，泵送至其上端进口A1。该循环泵采用大功率，大流量泵，15分钟即可完成一个循环。当混合原料达到80℃后，持续反应1～2小时，将反应后的胶液泵送至换热器B，将其温度降至40℃，仍后经管道3，管道8送至贮胶槽，泵送贮胶时，向压缩空气管12中输入压缩空气，将残留在换热器B及管道中的胶液压入反应釜下端进口A’1中，再从其底端开口A2泵送至贮胶槽中。这样可以使反应后的胶液全部收回，不造成浪费，也防止残留的胶液影响下一反应工艺中的胶液质量。
当然，本发明还可有多种实施方式，只要主换热设备设置于反应釜外即可。
权利要求
1.大规模制胶工艺，其步骤如下1)将尿素和甲醛分别计量，甲醛通过换热器加热到40℃～80℃后，进入反应釜，将计量后的尿素投入反应釜中，搅拌反应；2)将制成的胶液从反应釜中泵出，经过换热器冷却到所需温度得成品胶。
2.根据权利要求1所述的大规模制胶工艺，其特征在于在上述工艺中当原料投入反应釜后，利用夹套对混合的原料进行辅助加热；或将混合原料泵送至换热器进行二次加热。
3.根据权利要求1所述的大规模制胶工艺，其特征在于利用循环泵将混合后反应中的原料从反应釜下端开口泵送至其上端开口，实现混合原料的垂直方向循环混合。
4.大规模制胶设备，包括反应釜，换热器和连接管道，其特征在于换热器(B)设置于反应釜(A)外，以管道将它们连接，在本设备中由管道和输入泵(D)构成的甲醛输入装置的进口与甲醛贮藏罐或甲醛计量罐(E)连接，甲醛输入装置的出口与换热器(B)的进口(B1)连接；换热器的出口(B2)与反应釜的上端进口(A1)连接；和/或换热器的出口(B2)与反应釜的下端进口(A’1)连接；反应釜底端开口(A2)和贮胶槽由管道和循环泵(C)连接；冷却水管(10)和蒸汽管(9)与换热器(B)中换热装置的进口(B3)连接；上述各管道上均设有双向阀。
5.根据权利要求4所述的大规模制胶设备，其特征在于反应釜(A)外设有夹套(A3)，夹套(A3)的进口与冷水管(10)和蒸汽管(9)连接；和/或反应釜底端开口(A2)和换热器的进口(B1)由管道和循环泵连接；和/或反应釜底端开口(A2)和反应釜上端进口(A1)由管道和循环泵(C)连接。
6.根据权利要求4或5所述的大规模制胶设备，其特征在于换热器的进口(B1)还与压缩空气管(12)连接。
7.根据权利要求4或5所述的大规模制胶设备，其特征在于所述反应釜(A)的高度与直径之比2.5≤H/D≤5。
8.根据权利要求7所述的大规模制胶设备，其特征在于2≤H/D≤6。
9.根据权利要求4或5所述的大规模制胶设备，其特征在于反应釜(A)上还开设有添加剂注入口，添加剂注入口上装配有添加剂注入装置；该装置设有一个按添加剂注入的计量桶(F)，计量桶(F)上还设有一个进料口1(F1)，一个压缩空气输入口(F2)和一个排气口(F3)；计量桶(F)上还设有2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个出料口(F4)，各出料口(F4)上分别接有长度依次增长的导流管(F5)，导流管(F5)的管径随管长的增长而增大，或导流管(F5)上还设有流量控制阀。
10.根据权利要求9所述的大规模制胶设备，其特征在于所述出料口(F4)为3个、4个或5个。
全文摘要
本发明涉及一种可大规模制胶的工艺，其步骤如下1)将尿素和甲醛分别计量，甲醛能通过换热器加热到40℃～80℃后，进入反应釜，将计量后的尿素投入反应釜中，搅拌反应；2)将制成的胶液从反应釜中泵出，经过换热器冷却到所需温度得成品胶。本发明还涉及为上述工艺设计的设备。本工艺是在投料的同时，对原料进行加热，在出胶的同时对胶体进行冷却，因此节省了大量的时间，生产周期仅需2～3小时即可。而且本工艺中加热和冷却时间均可很短，可避免反应过度，而且很容易控制反应温度和反应时间，从而控制产品的质量。本工艺也便于自动化或半自动化控制，减少人工操作，从而减少因人为因素造成的质量不定。
文档编号C09J161/24GK1563240SQ200410022248
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月2日 优先权日2004年4月2日
发明者俸江林 申请人:俸江林