一种用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器的制作方法与工艺

本发明属于煤化工生产设备技术领域，特别设计一种用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器。

背景技术：
目前，国内外以中温煤沥青为原料，制备中间相炭微球过程中，均采用间歇式生产工艺；生产过程中的关键设备——聚合反应釜采用的是外部高温废气间接加热，将聚合反应釜内的物料升温到450℃的反应温度时需要6小时，加之聚合反应釜内的物料反应时间5小时、物料降温4小时，每一釜生产周期在17~19小时左右。该种加热方式，釜内物料受热均匀性较差，生产过程中釜内壁极易发生结焦挂壁现象。同时，搅拌装置为普通的单一搅拌器，物料向同一方向运动，对物料形成不了剪切，在聚合反应过程中无法快速更新反应界面，导致使聚合成球反应速度慢，中间相炭微球的粒度尺寸不均匀。此种聚合反应釜由于无法长时间连续运转，导致装置生产效率低、造成产品成本高、质量不稳定等诸多问题。

技术实现要素：
本发明提供一种用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器，通过设置搅拌器的结构，实现中间相炭微球的聚合反应长时间连续运转，进而实现降低能耗、提高产品收率及稳定产品质量。本发明的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器包括壳体及设置在壳体顶部的快速提温器、双搅拌传动装置；壳体顶部设有氮气口，底部设有放料口，外部设置夹套，壳体内部设有框式搅拌器和分流式主搅拌器与所述的双搅拌传动装置装配在一起；所述的快速提温器为列管式换热器，底部设有物料进口和物料出口，物料出口与壳体内部连通；所述的框式搅拌器的外侧固定有刮板组与壳体内壁接触，内侧固定有多层水平挡板；框式搅拌器内部的分流式主搅拌器的桨叶组位于相邻两层水平挡板之间，每层水平挡板位于相邻两层桨叶之间。上述装置中，双搅拌传动装置与其上方的减速机和电动机装配在一起。上述装置中，框式搅拌器有A框、B框和C框三个框，各框之间的水平夹角为120º，分流式主搅拌器的每层桨叶组有四个桨叶，各桨叶之间的水平夹角为90º。上述装置中，分流式主搅拌器上半部的桨叶为斜桨叶，其宽度方向与水平面有25°夹角，下半部的桨叶为平桨叶，水平设置，各桨叶的长度为壳体内径的1/4。上述装置中，框式搅拌器底部设有套筒，套筒与外搅拌支撑座通过滑动轴承连接，外搅拌支撑座通过外搅拌支撑架固定在外壳内壁上；分流式主搅拌器底端穿过套筒与内搅拌支撑座通过滑动轴承连接，内搅拌支撑座通过内搅拌支撑架固定在外壳内壁上。上述的水平挡板的长度为壳体内径的1/3。上述的列管式换热器的列管外径为19mm，列管数量为30~80根。上述装置中，框式搅拌器的各框上固定的刮板组由位于同一立面的多个刮板构成，各刮板规格为150mm×50mm，纵向安装，每个框上的从上到下相邻的两个刮板的间距为240mm；其中A框上固定的最高处的刮板与A框顶部位于同一高度，B框上固定的最高处的刮板低于B框的顶部130mm，C框上固定的最高处的刮板低于B框的顶部260mm。上述装置中，壳体的顶部为椭圆式封头，中部为筒式结构，底部为锥形结构。本发明的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器的使用方法为：1、通过氮气口向壳体内部通入氮气，将壳体内及快速提温器的列管内部的空气排出；然后封闭氮气口；2、将温度为350~380℃的待聚合物料通入快速提温器的物料进口，从快速提温器底部进入列管，与进入快速提温器中的熔盐换热，在1~5秒钟的时间内将待聚合物料预热至420~460℃，再从物料出口进入壳体内；所述的待聚合物料为中温煤沥青；3、开启双搅拌传动装置，使框式搅拌器和分流式主搅拌器逆向旋转，旋转速度分别为分流式主搅拌器50~70r/min，框式搅拌器10r/min使待聚合物料进行聚合反应；同时向夹套内通入熔盐介质进行保温，或采用红外电加热进行保温；4、反应稳定后，通过放料口连续放料，并且物料进口连续进料，聚合反应过程中新生成的中间相炭微球与中温沥青之间的界面不断更新，经充分反应后生成的中间相炭微球被排出。上述的待聚合物料为中温煤沥青与稳定剂的混合物料。本发明的原理是：用熔盐与沥青进行间接换热，沥青加热速度快，避免沥青结焦；通过逆向旋转的框式搅拌器和分流式主搅拌器，使桨叶与水平挡板对物料进行剪切，并使部分物料向壳体上部运动，反应聚合效果随反应时间的延长而更加均匀，使中间相炭微球均匀快速长大，其中上方的桨叶带有25°角，能够充分保证上部的物料向上运动，达到最佳回流效果；刮板将壳体侧壁的物料刮削，避免物料挂壁、结焦；沥青在反应器上部不断向上运动的同时，又受到不同方向的三框式搅拌器的剪切，聚合反应过程中新生成的中间相炭微球与沥青之间的界面不断更新，进一步促进了中间相炭微球均匀快速长大，达到高效、节能、低成本、连续生产中间相炭微球的目的。附图说明图1为本发明实施例中的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器结构示意图；图2为本发明实施例中的结构用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器的各框刮板结构示意图；其中（a）为A框的刮板，（b）为B框的刮板，（c）为C框的刮板；图3为图1的F-F面剖视图；图4为图1的D-D面剖视图；图中，1、快速提温器，2、壳体，3、夹套，4、内搅拌支撑架，5、外搅拌支撑架，6、平桨叶，7、斜桨叶，8、框式搅拌器，9、机械密封冷却水套，10、内搅拌密封，11、外搅拌密封，12、双搅拌传动装置，13、减速机，14、电动机，15、刮板，16、水平挡板，17、分流式主搅拌器，18、列管，19、快速提温器外壳，a、夹套进口，b、放料口，c、夹套出口，d、氮气口，e、冷却水进口，f、冷却水出口，g、物料出口，h、物料进口，i、快速提温器外壳热媒进口，j、快速提温器外壳热媒出口，A、A框，B、B框，C、C框。具体实施方式本发明实施例中采用的双搅拌传动装置为齿轮减速机。实施例1用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器结构如图1、2和4所示，包括壳体2及设置在壳体顶部的快速提温器1、双搅拌传动装置12；壳体2顶部设有氮气口d，底部设有放料口b，外部设置夹套3，壳体2内部设有框式搅拌器8和分流式主搅拌器与所述的双搅拌传动装置12装配在一起；所述的快速提温器1为列管式换热器，底部设有物料进口h和物料出口g，物料出口g与壳体1内部连通；所述的框式搅拌器8的外侧固定有刮板组与壳体2内壁接触，内侧固定有多层水平挡板16；框式搅拌器8内部的分流式主搅拌器的桨叶组位于相邻两层水平挡板16之间，每层水平挡板16位于相邻两层桨叶之间；双搅拌传动装置12与其上方的减速机13和电动机14装配在一起；框式搅拌器8有A框、B框和C框三个框，各框之间的水平夹角为120º，分流式主搅拌器的每层桨叶组有四个桨叶，各桨叶之间的水平夹角为90º；分流式主搅拌器上半部的桨叶为斜桨叶7，其宽度方向与水平面有25°夹角，下半部的桨叶为平桨叶6，水平设置，各桨叶的长度为壳体2内径的1/4；框式搅拌器8底部设有套筒，套筒与外搅拌支撑座通过滑动轴承连接，外搅拌支撑座通过外搅拌支撑架5固定在外壳2内壁上；分流式主搅拌器底端穿过套筒与内搅拌支撑座通过滑动轴承连接，内搅拌支撑座通过内搅拌支撑架4固定在外壳2内壁上；水平挡板16的长度为壳体2内径的1/3；列管式换热器的列管外径为19mm，列管数量为50根；框式搅拌器8的各框上固定的刮板组由位于同一立面的多个刮板15构成，结构如图2所示，各刮板规格为150mm×50mm，纵向安装，每个框上的从上到下相邻的两个刮板15的间距为240mm；其中A框上固定的最高处的刮板15与A框顶部位于同一高度，B框上固定的最高处的刮板15低于B框的顶部130mm，C框上固定的最高处的刮板15低于B框的顶部260mm；壳体2的顶部为椭圆式封头，中部为筒式结构，底部为锥形结构；使用方法为：通过氮气口向壳体内部通入氮气，将壳体内及快速提温器的列管内部的空气排出；然后封闭氮气口；将温度为360℃的待聚合物料通入快速提温器的物料进口，从快速提温器底部进入列管，与进入快速提温器中的熔盐换热，在3秒钟的时间内将待聚合物料预热至440℃，再从物料出口进入壳体内；所述的待聚合物料为中温煤沥青；开启双搅拌传动装置，使框式搅拌器和分流式主搅拌器逆向旋转，旋转速度分别为分流式主搅拌器60r/min，框式搅拌器10r/min使待聚合物料进行聚合反应；同时向夹套内通入熔盐介质进行保温，或采用红外电加热进行保温；控制壳体内温度在420~460℃；反应稳定后，通过放料口连续放料，并且物料进口连续进料，聚合反应过程中新生成的中间相炭微球与中温沥青之间的界面不断更新，经充分反应后生成的中间相炭微球被排出。实施例2用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器结构同实施例1，不同点在于：列管式换热器的列管外径为19mm，列管数量为30根；方法同实施例1，不同点在于：将温度为350℃的待聚合物料通入快速提温器的物料进口，从快速提温器底部进入列管，与进入快速提温器中的熔盐换热，在5秒钟的时间内将待聚合物料预热至420℃，再从物料出口进入壳体内；所述的待聚合物料为中温煤沥青；开启双搅拌传动装置，使框式搅拌器和分流式主搅拌器逆向旋转，旋转速度分别为分流式主搅拌器50r/min。实施例3用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器结构同实施例1，不同点在于：列管式换热器的列管外径为19mm，列管数量为80根；方法同实施例1，不同点在于：将温度为380℃的待聚合物料通入快速提温器的物料进口，从快速提温器底部进入列管，与进入快速提温器中的熔盐换热，在1秒钟的时间内将待聚合物料预热至460℃，再从物料出口进入壳体内；所述的待聚合物料为中温煤沥青；开启双搅拌传动装置，使框式搅拌器和分流式主搅拌器逆向旋转，旋转速度分别为分流式主搅拌器70r/min。