專利名稱：一種用于高溫差快速反應的物料混合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高溫差快速反應的物料混合器，特別適用于以NMP-CaCl2為溶 劑連續(xù)生產聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂初始混合反應時的混合器。
背景技術：
1935年，美國杜邦公司科學家Carothers發(fā)明了脂肪族聚酰胺纖維(即聚己二 酰己二胺〈尼龍66〉纖維)，從此，為聚酰胺纖維應用到工業(yè)領域開辟了新天地，其 中以杜邦公司1966年發(fā)表令人注目的高性能聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，其正式的 商品名為Kevlar (我國簡稱對位芳綸，芳綸1414和芳綸I1)。因其具有高強度、 高模量和耐高溫的等特性，目前廣泛用于輪胎簾子線、高強度索具、高壓容器外殼、 汽車磨擦片、建筑土工材料、代替鋼鐵的各種增強復合材料、輸送帶、特種帆布等。 在軍事方面如制作防彈衣、頭盔、導彈外殼、裝甲板、雷達裝置外罩等。由于它的 用途十分廣泛，曾被稱為"全能纖維"，目前已有170多種用途。自1971年杜邦公司完成試生產設備(100 200 t/a)生產以來，經過多次擴產 和合資，目前杜邦公司的Kevlar⑩生產能力己超過3萬t/a。日本帝人公司在松山 工廠剛開始生產高強度的共聚對位芳綸纖維，在收購荷蘭阿克蘇公司的Twaron纖維 和多次擴產后，目前已達到2.5萬t/a。這兩家公司占據了世界上對位芳綸纖維生 產量的98%。同期研究開發(fā)對位芳香族聚酰胺的還有其它一些纖維公司，大多因為連續(xù)生產 高分子的相對分子量做不高、溶解方面選不出合格的溶劑等困難而終止了研究。要獲得高特性粘度、高分子量的樹脂，就要求生產對位芳綸樹脂的兩個單體在 低溫下瞬時間以精確化學計量系數為配比混合均勻，而要解決這個問題就涉及到混 合兩個單體的混合器。我國雖然從20世紀80年代也開始了對位芳綸纖維的研究， 當時在樹脂聚合方面已取得了一定的進展，但是就因為一直沒有找到合適的混合設 備使反應的兩個單體在溶劑和助溶劑中以精確化學計量系數為配比連續(xù)穩(wěn)定的混合 好后進入到聚合反應器中，從而導致生產的樹脂特性粘度不均勻，使纖維的斷裂強 度離散系數很大，不能達到使用要求。設計結構合理的混合器比較困難，主要有以下原因。 一是要使兩個單體以化學 計量系數為配比進行混合，就要求兩個單體均為液體或者一個為液體另一個為熔融 態(tài)以便計量準確以保證化學計量系數的平衡，這樣才利于在短時間內混合均勻。目 前因為聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂以麗P-CaCl2對溶劑，但是研究發(fā)現對苯二甲酰氯與NMP-CaCl2溶劑在一定溫度下能發(fā)生反應，這樣的反應雖然微量也會導致最終 樹脂分子量不高，因此只能是對苯二胺溶解在陋P-CaCl2體系中以液體形式存在， 而對苯二甲酰氯以熔融態(tài)形式存在；二是兩個單體反應速度特別快而且反應過程中 發(fā)生相變(即從液態(tài)很快變成凝膠態(tài)，再反應一段時間后變成固態(tài))，所以要求兩 個單體在較短時間內混合均勻并及時移走，否則停留時間過長聚合物就會以凝膠形式存在難以流動，還有物料在混合器內雖然停留時間較短但樹脂仍可能有少量聚合 物以小凝膠形式存在，這樣就很容易粘在混合器壁上，要使反應能夠連續(xù)穩(wěn)定地進 行就需要及時將粘貼在混合器壁上的物料刮走并送進反應器進行進一步的反應；三 是為獲得高分子量的樹脂以及控制初始混合反應的速度要求兩個單體初始混合反應 時在低溫下進行，所以不但要求NMP-CaCl2對苯二胺等預聚物體系以很低的溫度進 入混合器中，而且混合器內最好維持低溫狀態(tài)，但是對苯二甲酰氯是以熔融態(tài)而且 進入流量相對預聚物體系小很多的方式進入到混合器中的，所以對苯二甲酰氯的進 料口可能受混合器內低溫體系的影響而使對苯二甲酰氯凝固出來而被堵塞掉，使連 續(xù)混合不能順利進行?？傊蚧旌掀鞯膯栴}而使聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂生產不能連續(xù)穩(wěn)定地產 業(yè)化，但因為聚對苯二甲酰對苯二胺纖維用途廣泛，在我國潛在需求量非常大，而 目前我國使用的對位芳綸纖維全部靠進口，進口價格近幾年也瘋漲(8年內漲了15 倍)。所以實現我國對位芳綸纖維產生產工業(yè)化就顯得尤為重要。發(fā)明內容本發(fā)明旨在針對由于上述原因目前沒有合適的混合設備使反應的兩個單體在溶 劑和助溶劑中以精確化學計量系數為配比連續(xù)穩(wěn)定的混合好后進入到聚合反應器 中，以致不能連續(xù)穩(wěn)定地生產高分子量的樹脂的現狀，提供一種用于高溫差快速反 應的物料混合器，使混合反應順利進行。并將本發(fā)明應用到芳綸生產中，實現聚對 苯二甲酰對苯二胺樹脂連續(xù)穩(wěn)定化地工業(yè)生產。一種用于高溫差快速反應的物料混合器，適用于高溫差的快速反應的組分在混 合器內的連續(xù)混合，包括殼體、殼體內的混合倉、通向混合倉的兩流體通道及進料口、混合倉下端的出料口，其特征在于混合倉位于進料口的下端，在混合倉的上 端有一個與其等徑的活塞倉，其內設一中空活塞，活塞的兩側壁有豎向的導槽；在 進料口的上端有一根橫插的固定插銷，穿過活塞兩側的導槽；活塞內腔安置一擦刮 器，與固定插銷連為一體；所述兩進料口在活塞向下運動時與活塞導槽的位置對應。所述活塞倉可以更換。所述兩進料口至少其一處設置有針型閥。所述兩流體通道至少其一的外部設置有冷卻或加熱物料的夾套。 所述混合倉的外部設置有冷卻或加熱物料的夾套。 所述兩進料口在混合倉內壁上正向相對布置。下面對本發(fā)明的構造和各部件的工作原理進行闡述本專利是用于高溫差的快速反應組分在混合器內連續(xù)的混合，而且在混合器軸 向的每一個橫切面組分組成都是均一的，出料口就是上面所說的混合器末端。在混 合器內壁上正向相對的地方開有兩個進料口 ，兩股物料分別從進料口噴射進入到混 合倉中并且在混合倉內中間位置碰撞混合，同時還避免了流體直接流向混合倉的底 部。在進料口上方裝有一個中空活塞，當活塞向下運動時，其作用是用來刮掉混合 倉壁上的物料并將該物料推倒后面的反應器中，而活塞上相對進料口的方向上開的 兩個導槽的作用是當活塞向下運動時從噴射口進來組分流體可以該導槽連續(xù)穩(wěn)定地 進入到混合倉中。本專利中上述提到的中空活塞內裝有一個刮擦器，該刮擦器通過一個插銷穿過 活塞導槽固定在混合器上，當活塞運動時刮擦器和混合倉是靜止不動的，刮擦器的 作用是用來刮掉從導槽進入到混合倉中的物料。本發(fā)明中該混合器的進料管道和噴射口附近帶有夾套，夾套里通加熱或冷卻介 質以確保物料在進入混合倉前不會凝固或沉淀析出從而堵塞管道。本專利中混合倉也是帶有夾套，可以根據工藝條件需要進行加熱或冷卻以確保 混合組分在合適的溫度下混合。采用本發(fā)明的聚合過程是該設備可用于生產聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂連續(xù)聚合的過程。即是指含 4. 5% 8%的對苯二胺、剛P-CaCl2和部分對苯二甲酰氯制備的預聚物溶液和另一部分剩下的熔融態(tài)的對苯二甲酰氯兩種反應組分連續(xù)進入到混合器并且以高速碰撞后生 成一種以化學計量系數為準的二胺和酰氯混合溶液。在混合器內停留l秒鐘后進入 到第一級聚合反應器并在此進行猛烈的攪拌以使組分分散開來，同時冷卻該混合物， 在此停留一段時間之后將混合物推進到第二級聚合反應器中，第二級聚合反應器必須提供一個足夠的剪切力以使凝膠液化(剪切速率不低于100sec-l)，同時還控制 混合物溫度不高于8(TC ，反應5 30min后成面包屑狀產品進入后續(xù)純化處理工段。 本發(fā)明有益效果表現在用于混合的物料溫差可以相差很大，物料因此就可以以液態(tài)或熔融態(tài)的利于計 量的液態(tài)形式進入混合器中，可以滿足以化學計量系數為配比的組分間的連續(xù)混合； 混合后的物料溫度可控范圍很大，因混合器本身帶夾套可根據實際需要對混合物進 行冷卻或加熱；可滿足混合后物料混合后變得粘稠甚至成固體沉淀出來的物料混合， 粘稠或者是固體沉淀出來黏附在混合器壁上的物料可通過活塞的運動刮進后續(xù)的工 段中，從而避免混合器的堵塞。


圖l包括本發(fā)明混合器在內的聚合過程簡易示意圖。 圖2本發(fā)明混合器的主視剖面結構示意3上述圖2中活塞的左視4上述圖3中5-5位置處的橫切面視圖具體實施方式
圖l是一個聚合過程中的簡要描述。在這個過程中兩個溶液(一個是預聚物溶 液A，另一個是熔融態(tài)物料B)進入到混合器l中快速混合。之后混合物快速地進 入到第一級聚合反應器2中。第一級聚合反應器2提供混合物在反應變成凝膠前地 猛烈混合，并且冷卻該混合物，使混合物控制在我們所需要的溫度。從第一級聚合 反應器出來的混合物進入到第二級反應器3，第二級反應器對混合物提供高剪切作 用力并冷卻反應物料以控制反應溫度。如果需要的話，第一級聚合反應器2和第二 級反應器3可以合并在一個聚合反應器。圖2是圖1中混合器1的詳細結構示意圖。它有一個可移動的針型閥20，用來 調節(jié)后面通過通道18進入到通道19再進入到噴射孔11的液體的壓力。夾套17、 21根據實際需要提供一種加熱或者冷卻液體的方式。第二種流體通過通道13后再 進入到噴射孔12中，通道13也可以根據實際情況需要安裝夾套進行冷卻或加熱。 插銷8穿過活塞4上的兩個導槽固定在混合器外殼上?；旌蟼}14的橫切面最好是 圓形的，其它形狀也是可用。噴射孔11和12的尺寸大小最好是以提供一個合適操 作的流體速度為基礎，即兩股物料的質量速度(等于流體密度X線性速度)是大致 相等的，這樣才便以在混合倉中間的碰撞(在兩個噴射孔相距的中間位置)。閥門 控制20可能用來調節(jié)物料在進入每個孔之前的壓降(和能耗損失)時使用。混合倉14也帶有夾套15，可以根據實際情況進行冷卻加熱物料，混合倉14的 長度應該是混合倉直徑的6 12倍(最佳倍數是8 10倍)。圖3和4描述的是帶導槽6的中空活塞4能夠在固定插銷8上下滑動?？筛鼡Q 的殼體5提供一個類似密封活塞4的作用。當活塞向下運動到出口位置16處時(參 看圖2，目的是為了刮掉混合倉壁上殘留的物料)，兩股物料繼續(xù)通過活塞上兩個 導槽6向下流動到中心位置9處。與插銷8相聯接的察刮器10是用來當活塞提起 的時候清理掉9處的聚合物和凝膠，而插銷8是用來當活塞提起的刮掉導槽里的聚 合物和凝膠。刮察器10可能是一個棒狀的形狀并與中空活塞緊密相貼，并固定在 混合倉內流體進料口的上游位置。該混合器最好垂直使用，出口位置16直接與第一級聚合反應器2相連接。實施例1本實例是指在溶劑NMP-CaCl2中生產聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂的過程，同時 本過程的兩臺聚合反應器均為雙螺桿反應器。溶解在醒P-CaCl2中含4.5。/。 8。/6對苯二胺，冷卻到需要的溫度，加入部分對苯 二甲酰氯(占總量的20% 50%)反應生成的預聚物A溶液，將該預聚物冷卻到到O 'C 15'C待用，同時加熱熔融B物料對苯二甲酰氯，溫度控制在85'C 12(TC，待準備工作后好將兩股物料以化學計量系數為配比噴射進入到混合器內，在混合倉中 間位置進行猛烈地碰撞混合，生成較稀(粘度在100cp以內)的混合物在混合器內 大約停留1秒鐘后進入到第一個聚合反應器中(混合器活塞以2 5次/min的運動 頻率刮料)。進入到第一級聚合反應器的物料在那里被猛烈混合，同時被冷卻(溫 度控制在不高于60'C)，在第一級聚合反應器里面物料停留4 60秒鐘后(此時已 部分聚合的物料的粘度大概為10 100p)，混合物被送入到第二級聚合反應器中繼 續(xù)被高剪切率(不低于100Ssec-1)混合，同時溫度控制在不高于7(TC，反應l 15min后出料，最終產品是一種面包屑干粉固態(tài)物質，取樣分析。分析測試結果如下表測試結果均滿足要求，表明這種類型的混合器非常適用 芳綸II的連續(xù)穩(wěn)定聚合。表1樹脂測試結果取樣時間/h 樹脂特性粘度16.326.546. 786.5246.4366.8486.權利要求
1、一種用于高溫差快速反應的物料混合器，適用于高溫差的快速反應的組分在混合器內的連續(xù)混合，包括殼體、殼體內的混合倉、通向混合倉的兩流體通道及進料口、混合倉下端的出料口，其特征在于混合倉位于進料口的下端，在混合倉的上端有一個與其等徑的活塞倉，其內設一中空活塞，活塞的兩側壁有豎向的導槽；在進料口的上端有一根橫插的固定插銷，穿過活塞兩側的導槽；活塞內腔安置一擦刮器，與固定插銷連為一體；所述兩進料口在活塞向下運動時與活塞導槽的位置對應。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高溫差快速反應的物料混合器，使混合反應順利進行。并將本發(fā)明應用到芳綸生產中，實現聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂連續(xù)穩(wěn)定化地工業(yè)生產。該混合器包括殼體、殼體內的混合倉、通向混合倉的兩流體通道及進料口，混合倉的上端設活塞倉，活塞的兩側壁有豎向的導槽，進料口的上端有一插銷穿過活塞兩側的導槽。采用本發(fā)明能使反應的兩個單體在溶劑和助溶劑中以精確化學計量系數為配比連續(xù)穩(wěn)定的混合好后進入到聚合反應器中，連續(xù)穩(wěn)定地生產高分子量的樹脂。
文檔編號C08G69/00GK101215376SQ20071005105
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月29日
發(fā)明者崔曉靜, 濤 彭, 李蘭英, 王鳳德, 鋒 邱 申請人:中藍晨光化工研究院有限公司