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常见问题

搅拌捏合机设备的现状及未来发展方向怎么样?

作者: 来源: 日期:2019-06-20 08:44:08 人气:3

 搅拌捏合机设备的现状及未来发展方向

 

近年来随着工业生产的不断发展,尤其是化学工业中的飞速发展,生产中用到的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体,许多高粘度流体也常常遇到,尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流体等非牛顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的流动特性,所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题[5]。对于高粘度流体,特别是非牛顿型流体的搅拌传热的研究,也是近年来的一个方向。另一方面,许多高黏度物料在搅拌过程中不仅发生粘度的变化,而且有时还会伴随着相变的过程,因而对搅拌设备的要求也越来越高。

与此同时,国内外对高粘度物料的搅拌捏合设备做了大量的开发研究,研制出了多种高效率的搅拌捏合设备,并形成了较为成熟的技术[19-22]

1-1 为日本三菱重工的产品,主要用作气相聚合搅拌床反应器[15-16]。这种搅拌器的任何构件表面以及搅拌桨叶端与壁之间构成小间隙的自清洁面,使得搅拌叶片之间以及叶片与罐壁之间达到彻底的自清洁,很好解决了气相聚合过程中聚合物颗粒易粘结的问题,但由于自清洁面的间隙很小,限制了其使用范围,一般仅用于粉体物料的混合中。


 

 

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1-1 日本三菱重工卧式双轴自清洁搅拌设备

Fig.1-1 The horizontal double shaft self-cleaning mixer designed by mitsubishi heavy industry

 





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1-2 瑞士 LIST 公司全相型卧式双轴自清洁式搅拌机

Fig.1-2 All Phase horizontal self-cleaning double shaft mixer designed by Switzerland list company

1-2 为瑞士 LIST 公司两种全相型卧式双轴自清洁式搅拌捏合设备[23]。它

们既能混合高黏度、面团状的产品,如树脂熔体;又能混合固体粉料。图中设备的两根轴中,左边一根是主搅拌轴,上面有许多与捏合杆连在一起的盘片,捏合杆稍有倾斜,物料被搅拌轴进行径向混合的同时,能受到一个轴向的输送力;另一根轴称作清洁轴,该轴上装有一排倾斜的捏合框,该轴起到自清洁作用。正常工况下,清洁轴以四倍于主搅拌轴的转速进行旋转,通过二支轴上的捏合框及叶片等元件相互捏合,使搅拌器具有自清洁功能。搅拌轴和盘片的中间是空的,能


 

 

通入传热介质,加上夹套的传热面积,使该搅拌设备具备比较高的传热能力,装料系数为 65%-70%,所能提供的捏合能量为 0.010.2KW·h/kg。物料在设备内的流动基本上属于平推流,物料的停留时间可以从几分钟到 2 小时不等。该设备的标准操作压力在 0.5×105105Pa 之间,操作温度小于 300°C,系列产品的最大容积达 5m3,最大驱动功率达 200KW。对于能自由流动的物料,可以通过罐底或在罐侧面开孔的办法来出料。当采用侧面出料时,可以安装一个可调节高度的堰板。对于高粘性物的出料则可装置 LIST 公司专门设计的双螺杆出料器来完成。转轴的密封可用填料密封也可用机械密封。该设备可用作反应器,如用来生产氢氟酸、聚酯、聚氨酯、氨基塑料、合成橡胶、染料叫司体、纤维素衍生物等;也可用来蒸发或干燥高黏性物料,回收溶剂;当然更可用来捏合物料[24]。这种设备在搅拌过程中容易造成物料在捏合框附近粘结,造成搅拌效率的降低,从而限制了其应用。





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1-3 日本住友重机公司开发的全相型自清洁卧式双轴搅拌设备

Fig.1-3 All phase self-cleaning horizontal double shaft mixer designed by sumitomo

1-3  20 世纪 90 年代中期日本住友重机公司开发的全相型自清洁卧式双

轴搅拌设备[25],它的商品名为“BIVOLAK”。它的两支轴上的叶轮数相差 1 倍,两

支轴的转速也相差 1 倍,因此对物料的剪切强度高,有很好的搅拌效果。据测定,

高粘度液体在该设备中停留时间分布曲线相当于 12 个串联的全混槽的曲线,也就是说,液体的流动行为相当于平推流。另外,由于叶片的特殊设计,使被搅液体获得极好的表面更新。该搅拌设备可在高分子工业中用作本体聚合反应器、缩聚反应器和脱挥发分设备等。

但由于这种搅拌设备的叶轮叶数较多,使得加工制造的难度加大,成本增高, 而且这种搅拌设备只适合于高粘度的液体,对于固体或固体加湿的搅拌操作就显


 

 

得效果欠佳。

 

 





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1-4 三菱重工的三种新型卧式双轴搅拌设备

Fig.1-4 Three type of new horizontal double shaft mixer designed by mitsubishi heavy industry

1-4 是三菱重工的另外三种新型卧式搅拌设备。图 a 和图 b 都属卧式双轴

高粘反应器,商品名为 HVRHorizontal High Viscosity Reactor,物料在反应器中都是半釜操作,可进行本体聚合、溶液聚合、缩聚、脱挥发分、溶剂回收以及粉体与气体的接触和干燥。图 c 是自清洁式反应器,商品名为 SCRSelf-Cleaning Reactor。该反应器在半釜操作时,可进行缩聚、高粘液的脱挥发分、高粘液和气体的接触和混合;在满釜操作时,可进行本体聚合、溶液聚合以及高粘液与低粘液或粉体的混合。这几种设备的功率及容积都不是很大,仅应用于低功率场合。

随着科学技术的发展,设备有大型化发展的趋势,也要求搅拌设备大型化。如国外聚合釜的容积已由最初的8~40m3 扩大到60~100 m3,最大的已达到200 m3

当今,搅拌设备与自控技术的结合成为一个新的课题[5]。如国内引进的 70m3 氯乙烯悬浮聚合反应器带有一个不断地对进、出夹套的冷却水进行量热的软件, 通过热衡算能实时的了解反应器中氯乙烯的转化率和夹套的总传热系数。由于总传热系数的变化反映了釜壁上粘附物的厚度,因此量热软件对生产过程的控制带来了很大的便利。对于很多化学反应,如对溶液聚合和均相体本体聚合来说,体系的粘度还与产品的质量指标,如平均相对分子量等有密切联系。仅凭能实时地获得反应器的散热量、传热系数和物料粘度这三个信息,就可用来开发许多搅拌槽式反应器的监控软件。若能进一步在线获得反应物的密度和 PH 值,则在搅拌槽式反应器的智能化方面更是大有作为。在国内,浙江大学开发的搅拌槽式反应器的计算机量热技术已通过中国石化总公司的鉴定,并正在向一些工业装置上推广。

搅拌设备与自控技术的结合为搅拌设备的发展提供了崭新的方向。对于精细


 

 

化工、医药以及涂料等行业来说,搅拌设备往往被用做分批式反应器使用,其产品的种类和牌号经常改变,因而各原料组分的分量、反应温控曲线和搅拌强度也须经常改变。若用人工操作,不仅提高了工人的劳动强度,还增加了操作周期中的辅助时间,降低了设备的生产强度,而且还可能因为人为的误差使产品质量波动。若在这些反应器上安置可编程的自控系统,必定会大幅度提高劳动生产率和产品质量的稳定性[3]。因此,搅拌设备的机电一体化和智能化无疑是一个重要的发展方向。


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