專利名稱：用于制備聚乙烯樹(shù)脂的攪拌裝置及使用其的淤漿聚合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物合成領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種用于制備聚乙烯樹(shù)
脂，特別是超高分子量聚乙烯(U麗W-PE)樹(shù)脂的攪拌裝置以及使用該攪 拌裝置的淤漿聚合方法。
背景技術(shù)：
U腿W-PE樹(shù)脂是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，其分子量平均 為常規(guī)高密度聚乙烯的幾十倍(至少150萬(wàn)以上)，超高的分子量賦予 UH麗-PE諸多其它聚合物材料所不具備的突出性能優(yōu)異的耐磨性(比鋼 鐵耐磨8-9倍)、優(yōu)異的耐沖擊性(是聚碳酸酯的2倍、ABS的5倍、聚曱 醛的15倍)、極低的摩擦系數(shù)(其動(dòng)摩擦系數(shù)為0. 10-0. 22)，并且具有良 好的自身潤(rùn)滑性、耐化學(xué)腐蝕、抗結(jié)垢、耐應(yīng)力開(kāi)裂、符合衛(wèi)生要求等 優(yōu)良的綜合特性。
卓越的綜合性能使得冊(cè)MW-PE樹(shù)脂在日用、工業(yè)、文體、交通運(yùn)輸、 國(guó)防、機(jī)械等眾多領(lǐng)域，作為抗沖、減振、防彈、抗疲勞、耐磨、減阻、 防粘材料得到了廣泛的應(yīng)用。
乙烯淤漿聚合為氣-固-液多相放熱反應(yīng)，隨著聚合反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行， 不斷產(chǎn)生大量的熱量，特別是生產(chǎn)U畫(huà)W-PE,能否及時(shí)地tt走反應(yīng)熱是生 產(chǎn)過(guò)程能否連續(xù)進(jìn)行的關(guān)鍵。聚合攪拌強(qiáng)度對(duì)能否有效、及時(shí)地撤走反 應(yīng)熱至關(guān)重要，特別是對(duì)采用聚合釜夾套傳導(dǎo)撤熱的工藝來(lái)說(shuō)更是如此。 攪拌作用主要有首先是促進(jìn)傳質(zhì)，沒(méi)有良好的攪拌，傳質(zhì)緩慢，造成 聚合速度慢，產(chǎn)量低；其次是促進(jìn)傳熱，攪拌可增強(qiáng)液體對(duì)流，使乙烯 及催化劑在介質(zhì)已烷中分散均勻，有利聚合反應(yīng)均衡進(jìn)行，防止反應(yīng)局 部過(guò)熱，造成聚合物粉料結(jié)塊，堵塞管線，迫使聚合反應(yīng)終止。此外， 攪拌槳葉的結(jié)構(gòu)形狀是影響攪拌效果的重要因素，目前傳統(tǒng)的聚合釜攪 拌形狀為上下二層槳葉，漿葉均為細(xì)長(zhǎng)橢圓形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。漿葉 豎直設(shè)置在攪拌軸上，攪拌軸旋轉(zhuǎn)，漿葉葉面攪動(dòng)聚合物進(jìn)行攪拌，現(xiàn) 有的結(jié)構(gòu)中上下兩層都設(shè)置有兩片漿葉，但這樣的結(jié)構(gòu)使攪動(dòng)強(qiáng)度不夠，尤其是聚合釜底層的聚合物來(lái)說(shuō)更顯不足，導(dǎo)致固相粉末無(wú)法良好懸浮 于溶劑中，造成4分末在釜底沉降堆積。
因此，有必要提供對(duì)上述攪拌裝置進(jìn)行改進(jìn)，從而克服上述技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供了一種攪拌裝置，該裝置通過(guò)對(duì)上下兩 層漿葉的形狀和數(shù)量重新進(jìn)行設(shè)置，有效地提高了聚合釜底層的攪拌強(qiáng) 度，能使固相粉末很好地懸浮于溶劑中，從而更好地加以分散。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種使用上述攪拌裝置進(jìn)行淤漿聚合反 應(yīng)的方法，通過(guò)上述攪拌，能夠使聚合反應(yīng)，特別是底層的聚合反應(yīng)充 分進(jìn)行，并有利于反應(yīng)熱的輸送，提高了反應(yīng)的效能。
本發(fā)明提供的攪拌裝置，包括上層槳葉、底層槳葉和攪拌軸，上層
槳葉為軸向流型的寬葉翼形槳(簡(jiǎn)稱WH )或細(xì)長(zhǎng)橢圓形槳葉，數(shù)目為2-4 個(gè)，優(yōu)選4個(gè)；底層槳葉為徑向流型的半橢圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳(簡(jiǎn) 稱HEDT)，數(shù)目為4-8個(gè)，優(yōu)選6-8個(gè)，更優(yōu)選6個(gè)；所述兩層槳葉優(yōu)選
可不通過(guò)軸套而直接連接在攪拌軸上。
上述攪拌裝置中，寬葉翼形槳的最大長(zhǎng)度與最大寬度之比優(yōu)選地， 不大于20: 1，更優(yōu)選為8: 1。
其中，上述攪拌裝置可由各種適用材料制備，例如由選自采用不銹 鋼材料或合金的材料制成，優(yōu)選不銹鋼材料，或者優(yōu)選槳葉采用不銹鋼 材料制成。
其中，上層槳葉或底層槳葉可通過(guò)合適地方式，例如焊接、鉚接、 壓合、螺絲連接，澆鑄成型等連接方法均勻地分布在軸套上。 其中，所述攪拌軸與所述軸套機(jī)械硬配合。
采用本發(fā)明攪拌裝置的淤漿聚合反應(yīng)方法，通過(guò)將反應(yīng)聚合原料加 入聚合釜中，然后采用軸向流型的寬葉翼形槳或細(xì)長(zhǎng)橢圓形槳葉的上層 槳葉和徑向流型的半橢圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳的底層槳葉進(jìn)行攪拌聚 合。
本發(fā)明的攪拌方法中，上層槳葉的數(shù)目為2-4個(gè)，優(yōu)選4個(gè)；底層
槳葉的的數(shù)目為4-8個(gè)，優(yōu)選6-8個(gè)。
采用上述攪拌的聚合反應(yīng)的方法是淤漿聚合聚乙烯樹(shù)脂的方法，優(yōu) 選是淤漿聚合超高分子量聚乙烯樹(shù)脂的方法。
本發(fā)明的攪拌裝置，可用于淤漿聚合聚合物，優(yōu)選用于淤漿聚合聚 乙烯樹(shù)脂，例如粘均分子量為10-1200萬(wàn)的聚乙烯樹(shù)脂，特別是淤漿聚 合超高分子量聚乙烯樹(shù)脂。
本發(fā)明的攪拌裝置，上層漿采用冊(cè)槳下壓操作，在相同功率下， 該型槳產(chǎn)生液體速度的軸向分量較大，從而可產(chǎn)生較大的循環(huán)流量，有 利于全釜上、下的循環(huán)流動(dòng)，縮短混合時(shí)間，可有效地縮小釜內(nèi)反應(yīng)物 料軸向的濃度差和溫度差，使得釜內(nèi)反應(yīng)物料的軸向濃度分布和溫度分 布更為均勻；并且，由于槳葉為寬葉型，除了產(chǎn)生軸向流動(dòng)外，還可產(chǎn) 生一定量的徑向流動(dòng)，可有效地將氣體分散到反應(yīng)液中，并縮小徑向的 溫度及濃度差，有利于反應(yīng)的順利進(jìn)行。底層槳采用HEDT槳，該槳型特 別適合于氣-液的分散，并且氣體流量對(duì)該槳型的臨界離底懸浮轉(zhuǎn)速影響 較小，特別適合于在高通氣流量下的固體懸浮。


圖1是傳統(tǒng)攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明提供的攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，(a)是上層槳葉的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)是下層槳葉以及整體的結(jié) 構(gòu)示意圖。l是攪拌軸；2是上層槳葉；3是底層槳葉；4是軸套。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖2,其中本發(fā)明提供的攪拌裝置，包括上層槳葉2、底層槳 葉3和攪拌軸1,上層槳葉2為軸向流型的寬葉翼形槳(筒稱冊(cè))或細(xì) 長(zhǎng)橢圓形槳葉，數(shù)目為2-4個(gè)，優(yōu)選4個(gè)；底層槳葉為徑向流型的半橢 圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳(筒稱HEDT)，數(shù)目為4-8個(gè)，優(yōu)選6-8個(gè)，更優(yōu) 選6個(gè)；所述兩層槳葉分別繞攪拌軸均勻地葉面豎直地固定在與攪拌軸 相配合的軸套4上。通常，寬葉翼形槳的最大長(zhǎng)度與最大寬度之比不大 于20: 1,優(yōu)選8: 1。上述攪拌裝置由選自采用不銹鋼材料、合金材料 制成，優(yōu)選不銹鋼材料，或者優(yōu)選槳葉采用不銹鋼材料制成；此外，上
層槳葉或底層槳葉可通過(guò)焊接、鉚接、壓合、螺絲連接澆鑄成型等連接
方法葉面豎直地均勻分布在軸套上；而且，攪拌軸與軸套機(jī)械硬配合。 本發(fā)明提供的攪拌裝置可用于生產(chǎn)超高分子量聚乙烯樹(shù)脂的工藝 例如，將高純度乙烯(體積含量高于99. 95%)、氫氣(體積含量高于99. 99%) 及按一定濃度配制好的AT-催化劑與鈦催化劑的稀釋液(濃度 0. 3-3. 5g-Cat/L )，通過(guò)計(jì)量泵送入聚合釜，在反應(yīng)壓力(0. 1 ~ 1. 5MPaG ),
溫度(60-9orc的條件下，在介質(zhì)己烷溶液中，進(jìn)行淤漿聚合。聚合淤漿
依靠本身的壓力進(jìn)入閃蒸釜，分離少量未反應(yīng)氣體，之后，聚合物淤漿 被送入高速離心機(jī)，分離成濕餅和母液。濾餅的濕含量為10 % ~ 50 % , 濕餅經(jīng)過(guò)干燥處理，經(jīng)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入振動(dòng)篩，經(jīng)篩分后通過(guò)粉料輸送風(fēng)機(jī) 送至料倉(cāng)，然后包裝成為產(chǎn)品。
上述工藝流程中，本發(fā)明提供的攪拌裝置應(yīng)用于聚合釜中。根據(jù)需 要，攪拌速度可設(shè)為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間可為2500-8000小時(shí)， 優(yōu)選攪拌速度為約300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間可為約7200小時(shí)。
以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)采用傳統(tǒng)的攪拌裝置與本發(fā)明的攪拌裝置在淤漿 聚合超高分子量聚乙烯樹(shù)脂方面進(jìn)行比較。
實(shí)施例1
將己烷、烷基鋁(濃度50-80mmol-Al/L)、配制好的催化劑懸浮液(濃 度0. 3-3. 5g-Cat/L)及乙烯(壓力0. lMPa )通過(guò)計(jì)量泵送至聚合釜。 乙烯在聚合釜中進(jìn)行聚合，聚合壓力0.1 MPa -2. 0MPa，聚合溫度60°C -90。C,聚合釜液位高度為聚合釜的50-70%，聚合漿液濃度為(120-500 ) g-PE/L,然后通過(guò)本發(fā)明攪拌裝置(如圖2)進(jìn)行淤漿聚合，并通過(guò)氣體 外循環(huán)方式撤除聚合反應(yīng)熱，控制反應(yīng)溫度。聚合漿液在聚合釜內(nèi)停留 約3-5小時(shí)后，漿液經(jīng)插底管被送到閃蒸釜，該釜在0. OlMPa-1. 0MPa壓 力、50°C-90。C溫度的條件下進(jìn)行閃蒸操作，以除去漿液中溶解的乙烯、 氫氣等少量不凝氣體。脫除不凝氣體后的漿液，經(jīng)淤漿泵輸送到離心機(jī) (操作壓力0.01 MPa -0. 5MPa,物料溫度40-80。C')，在此分離出近 80%的己烷(即母液)，分離出的濾餅經(jīng)過(guò)螺旋輸送器送至氮?dú)饣剞D(zhuǎn)干燥 機(jī)進(jìn)行干燥處理(氮?dú)獬隹诘臏囟燃s為40°C-80°C),除去聚乙烯粉料中 的己烷之后，聚乙烯粉料經(jīng)氮?dú)廨斔惋L(fēng)機(jī)輸送至混料、包裝工段。 比較實(shí)施例1
除了采用傳統(tǒng)的攪拌裝置(如圖l所示)進(jìn)行攪拌聚合以外，其余 同實(shí)施例l。
通過(guò)比較實(shí)施例1與比較實(shí)施例1,結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于本發(fā)明攪拌形 式提高了攪拌強(qiáng)度，特別是聚合釜底層的攪拌強(qiáng)度，使固相粉末能夠均 勻地懸浮于溶劑中，避免了粉末在釜底沉降堆積，造成結(jié)塊。因此，明
顯延長(zhǎng)了聚合釜的開(kāi)車周期，比用傳統(tǒng)攪拌平均延長(zhǎng)一倍左右；并提高 了生產(chǎn)負(fù)荷，比用傳統(tǒng)攪拌增加了負(fù)荷約10%。
值得注意的是，本發(fā)明中提及的術(shù)語(yǔ)"軸向流型"及"徑向流型" 都是根據(jù)攪拌槳在攪拌槽中旋轉(zhuǎn)時(shí)，在攪拌槽內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)方向不同而進(jìn) 行的分類。其中軸向流型攪拌槳意指該類型攪拌槳在旋轉(zhuǎn)時(shí)，將流體由
者液面處)，液流遇到槽底后向槽壁轉(zhuǎn)向，進(jìn)而形成一個(gè)完整的循環(huán)流 動(dòng)。而徑向流型攪拌槳意指該類攪拌槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體向槳葉半徑方向運(yùn) 動(dòng)，沿半徑方向碰到槽圓筒壁后分為向上及向下兩個(gè)循環(huán)流動(dòng)。
此外，本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)"寬葉翼形槳"指的是葉片寬度較寬，而 且在葉片成形過(guò)程中釆用的是仿飛機(jī)機(jī)翼形狀的平滑過(guò)度的曲面形式， 而不是采用直接折葉或者直板葉片的形式，這樣可以提高泵送效率，降 低能量消耗；而"半橢圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳"指的是帶圓盤(pán)的徑向流 型攪拌槳，但葉片形式不是采用直葉片形式，而是采用半圓管或者是半 橢圓管的形式。
盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說(shuō)明，但應(yīng) 該指明的是，我們可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和y畛改，但這些都 不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
權(quán)利要求
1、一種攪拌裝置，包括上層槳葉、底層槳葉和攪拌軸，上層槳葉為軸向流型的寬葉翼形槳或細(xì)長(zhǎng)橢圓形槳葉，數(shù)目為2-4個(gè)；底層槳葉為徑向流型的半橢圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳，數(shù)目為4-8個(gè)；所述兩層槳葉分別繞攪拌軸均勻地葉面豎直地固定在與攪拌軸相配合的軸套上。
2、 如權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征在于，所述寬葉翼形槳的最大 長(zhǎng)度與最大寬度之比不大于20: 1。
3、 如權(quán)利要求1所迷的攪拌裝置，其特征在于，上層槳葉的數(shù)目為4個(gè)， 底層槳葉的數(shù)目為6-8個(gè)。
4、 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的攪拌裝置，其特征在于，所述攪拌裝置 由選自不銹鋼材料或合金材料制成或者兩層槳葉采用不銹鋼材料制成。
5、 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的攪拌裝置，其特征在于，上層槳葉或底 層槳葉可通過(guò)選自焊接、鉚接、壓合、螺絲連接和澆鑄成型的連接方法 均勻地連接分布在軸套上。
6、 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的攪拌裝置，其特征在于，所述攪拌軸與 所述軸套^4成;更配合。
7、 一種淤漿聚合反應(yīng)的方法，通過(guò)將反應(yīng)聚合原料加入聚合釜中，然后 采用軸向流型的寬葉翼形槳或細(xì)長(zhǎng)橢圓形槳葉的上層槳葉和徑向流型的 半橢圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳的底層槳葉進(jìn)行淤漿聚合。
8、 如權(quán)利要求7所述的淤漿聚合反應(yīng)的方法，其采用權(quán)利要求1-6任一 項(xiàng)所述的攪拌裝置加以實(shí)施。
9、 如權(quán)利要求7所述的淤漿聚合反應(yīng)的方法，其中，所述淤漿聚合反應(yīng) 的方法是淤漿聚合超高分子量聚乙烯樹(shù)脂的方法。
10、 一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述攪拌裝置的用途，用于淤漿聚合聚乙 烯樹(shù)脂。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攪拌裝置，包括上層槳葉、底層槳葉和攪拌軸，上層槳葉為軸向流型的寬葉翼形槳或細(xì)長(zhǎng)橢圓形槳葉，數(shù)目為2-4個(gè)；底層槳葉為徑向流型的半橢圓或半圓管盤(pán)式渦輪槳，數(shù)目為4-8個(gè)；所述兩層槳葉分別繞攪拌軸均勻地葉面豎直地固定在與攪拌軸相配合的軸套上。本發(fā)明也提供了一種利用上述攪拌裝置進(jìn)行聚乙烯樹(shù)脂，特別是超高分子量聚乙烯樹(shù)脂(UHMW-PE)的淤漿聚合方法。該攪拌裝置適合于氣-液的分散，并且氣體流量對(duì)該槳型的臨界離底懸浮轉(zhuǎn)速影響較小，特別適合于在高通氣流量下的固體懸浮。
文檔編號(hào)B01F7/18GK101185864SQ20071012128
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者琪 劉, 英 劉, 萍 劉, 包雨云, 孔令宏, 安建民, 偉 李, 強(qiáng) 李, 肖建林, 謝文利, 儉 陶, 高 正明, 魯志剛 申請(qǐng)人:北京東方石油化工有限公司助劑二廠