連續攪拌裝置和聚合物樹脂的連續縮聚方法
2023-06-09 04:50:46
專利名稱：連續攪拌裝置和聚合物樹脂的連續縮聚方法
技術領域：
本發明涉及一種高粘度物質的攪拌裝置和方法，特別是聚對苯二甲酸乙二脂和聚碳酸脂等縮聚系列聚合物(聚合物樹脂)的連續縮聚或攪拌、混合、脫氣的連續攪拌裝置和聚合物聚脂的連續縮聚方法。
美國專利No.4,776,703公開了一種連續處理高粘度物質的方法，其包括一個水平方向細長的圓筒形容器和兩個迴轉葉片組件，每個迴轉葉片組件包括設置在容器的兩個端壁的支撐轉子和數個棒狀矩形框架元件，各棒狀矩形框架元件相互連接並且橫跨在支撐轉子之間，其中，相鄰的棒狀矩形框架元件沿容器的縱向以預定相位差相互連接，使兩個迴轉葉片組件以相互嚙合狀態轉動，在各迴轉葉片組件的支撐轉子之間沒有實際的迴轉中心軸。
美國專利No.3,964,874公開了一種連續攪拌粘性物質的裝置，其包括一個圓筒形容器、相互平行地設置在容器上的兩個迴轉軸、作為攪拌葉片固定在迴轉軸上的數個橢圓形板元件、和固定在各橢圓形板元件最外端的刮元件，其中，刮板與容器的整個內側壁呈刮接觸，從而使內壁表面上的死空間最小化。
在美國專利No.4,776,703中，兩個迴轉葉片組件都由棒狀矩形框架元件組成，相鄰的棒狀矩形框架元件以預定相位差相互連接，橫跨在轉子軸之間，因此，適合於攪拌和混合具有高粘度的進給液體，例如阻力小、粘度約1000Pas或更高的物質，但在粘度小於約1000Pas的進給液體的情況下，棒狀矩形框架元件僅能夠使進給液體自由通過，不能有效地把進給液體刮向上方，因此，不能促進揮發物的蒸發，滯留時間也由此延長。
美國專利No.3,964,874適合於攪拌和混合具有低粘度的進給液體，但在粘度大於幾百Pas的進給液體的情況下，附著在迴轉軸表面上的滯留的高粘度進給液體容易與迴轉軸一同轉動，這樣，滯留的高粘度進給液體容易受到熱惡化等的影響，從而導致所得液體產品質量的降低。
為了達到本發明的上述目的，本發明提供了一種連續攪拌裝置，其包括一個圓筒形容器和兩個迴轉葉片組件，這兩個迴轉葉片組件可以相反方向轉動，沿容器的水平方向相互平行地設置，其中，從容器一端的入口提供的進給液體可在容器內得到攪拌和混合，同時，通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動，進給液體從容器的一端移動至另外一端，這兩個迴轉葉片組件包括在實質的迴轉軸中心區域以預定半徑設置並且具有間隙(空間)的數個棒狀連接元件和沿實質的迴轉軸中心方向相互平行設置、固定在棒狀連接元件上的數個板形攪拌葉片。
在本發明中，具有低度聚合反應的聚合物樹脂作為進給液體連續地從入口被提供給連續攪拌裝置的容器，並且通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動進行攪拌，同時，使進給液體向出口移動，從而進行良好的表面更新，以使揮發物蒸發和提高聚合反應程度。
下面結合附圖對本發明的實施例進行說明，通過這樣的說明，本發明的其它目的、特徵和優點可變得一目了然。
對附圖的簡要說明
圖1是根據本發明的一個實施例的連續攪拌裝置的局部剖俯視圖；圖2是沿圖1中II-II線的局部剖主視圖；圖3是沿圖2中III-III線的垂直橫截面圖4是根據本發明的板形攪拌葉片的放大圖。
在附圖1至4中，附圖標記具有下列含義1表示水平方向細長的圓筒形容器；2表示加熱介質套；3a和3c表示第一迴轉軸；3b和3d表示第二迴轉軸；4表示第一和第二支撐元件；5表示棒狀連接元件；6表示板形攪拌葉片；6a和6b表示板形元件；7表示刮元件；8表示軸承；10表示攪拌裝置本體；11表示入口嘴；12表示出口嘴；13表示加熱介質入口嘴；14表示加熱介質出口嘴；15表示揮發物的出口嘴；20表示孔(開口)；21表示間隙(空間)。
對推薦實施例的詳細說明下面結合附圖1-4對本發明的實施例進行說明。
如圖1和2所示，攪拌裝置10包括水平方向細長的圓筒形容器1，該圓筒形容器1具有如圖3所示的橫截面。攪拌裝置10沿水平方向設置，其圓筒形容器1的外周由加熱套(加熱器)2覆蓋，加熱介質提供給加熱套2，從而加熱容器1。水平方向細長的圓筒形容器1的兩端都設有兩套第一迴轉軸3a-第二迴轉軸3b和第一迴轉軸3c-第二迴轉軸3d，各迴轉軸都以可迴轉的方式由軸承8支撐，第一迴轉軸3a和第一迴轉軸3c都與設置在容器1外側的轉動驅動器相連接，可被驅動從而以相反方向進行同步轉動。第一和第二盤形支撐元件4分別固定在第一迴轉軸3a和3c以及第二迴轉軸3b和3d上，固定位置在鄰近容器內部的縱向的兩個端部處，第一盤形支撐元件4和第二盤形支撐元件4都通過棒狀連接元件5相連接，連接元件5作為加強元件，在該實施例中具有四個連接元件5，其中，根據跨度位置，棒狀連接元件5在局部可具有不同的半徑，但在總體上應該呈棒狀。棒狀連接元件5在中間位置沿徑向遠離實質的迴轉軸中心。即，棒狀連接元件5設置在這樣的位置，其遠離實質的迴轉軸中心的距離大約是實質的迴轉軸中心和刮板7的頂端之間距離的一半，刮板7位於最外周處並且處於不幹擾板形元件6a和6b的位置，板形元件6a和6b構成了板形攪拌葉片，相鄰迴轉葉片組件的刮元件7沿容器1的水平方向平行設置。
在四個棒狀連接元件5中，成對的、相位差分別呈180°的板形元件6a和6b由兩個對置的棒狀連接元件5支撐，類似地，在實質的迴轉軸中心處，相鄰成對的板形元件6a和6b也由兩個對置的棒狀連接元件5支撐，這對板形元件6a和6b與前面提及的成對的板形元件6a和6b的相位差呈90°。各刮板7設置在板形元件6a和6b的頂端。
棒狀連接元件5橫跨第一和第二盤形支撐元件的優選的中間位置必須這樣定位，即，從實質的迴轉軸中心至各棒狀連接元件5的中心的半徑可以從約0.3R至約0.7R的範圍選擇，其中，R是從實質的迴轉軸中心至刮元件7的最外周處的半徑。在形成板形攪拌葉片的成對的擾板形元件6a和6b的尺寸關係方面，當棒狀連接元件5大於4時，作為加強元件的棒狀連接元件5的直徑可以製得小一些，不必擔心所需強度的惡化。在上述實施例中，各板形支撐元件由兩個棒狀連接元件5支撐，因此，各對板形元件由全部的四個棒狀連接元件5支撐，但是，如上所述，棒狀連接元件5的數目取決於形成板形攪拌葉片的成對的擾板形元件6a和6b的尺寸。支撐板形元件6a和6b的成對的兩個板形元件6a和6b相對於實質的迴轉軸中心對稱設置。沿實質的迴轉軸中心方向，數對大致呈三角形的板形元件6a和6b設置和固定在棒狀連接元件5上。從圖3和4中可清楚地看出，在設置於中間位置的棒狀連接元件5之間的位置，具有較窄尖端的大致呈三角形的板形元件6a和6b可有效地相互嚙合。當棒狀連接元件5設置在較鄰近刮元件7最外周例如在約0.7R處時，板形元件6a和6b的外輪廓可近似於橢圓形，該橢圓形沿半徑方向的中心膨起。
如JP-A-3-239727所述，平行設置的成對的板形元件6a和6b沿實質的迴轉軸中心方向的間隔從容器1的入口側向出口側可以變大。在每對板形元件6a和6b的最外周處設有刮元件7(刮板或刮棒)，各刮元件7與板形元件6a和6b垂直，從而形成板形攪拌葉片(相對於實質的迴轉軸中心對稱)，如圖4所示，每對形成的板形元件之間在實質的迴轉軸中心的區域具有間隙21，從而允許進給液體沿垂直方向和軸向流動通過該間隙。當然，作為刮元件7的刮板具有較強的刮能力。如圖3和4所示，每個形成板形攪拌葉片6的形元件6a和6b具有橢圓形孔20，該孔20具有足夠大的面積，當由刮元件7刮向上方的一部分進給液體落下時，該部分進給液體可形成薄膜狀態。
如圖3所示，從軸向看，由成對的板形元件6a和6b構成的板形攪拌葉片多級地依次以90°的相位差固定在棒狀連接元件5上。當迴轉軸3a和3c以相反方向同步轉動時，板形元件6a和6b其中之一的頂端接近板形元件6a和6b中另外一個的棒狀連接元件5之間的空間，沿容器水平方向平行設置，以使對應於迴轉軸3a和3c的板形攪拌葉片之間保持90°的相位差。迴轉軸3a-3b和3c-3d以相反方向轉動，這樣，兩組成對的板形攪拌葉片可在攪拌裝置10的水平方向細長的圓筒形容器1的內部把進給液體帶向上方。
如上所述，棒狀連接元件5沿徑向設置在中間位置，各棒狀連接元件5的中間周向速度小於刮元件7的最外端的周向速度，如圖3和4所示，由棒狀連接元件5包圍的內部區域內的元件可以被去除，從而完全清除使進給液體經歷停滯轉動的部分，即基本處於滯留狀態的部分。所有的棒狀連接元件5可以中間周向速度轉動，從而降低對進給液體的阻力，使安裝了具有刮元件的板形攪拌葉片6的迴轉葉片組件的迴轉速度可以在0.5至20rpm的較大範圍內變化。
進給液體的入口11設置在攪拌裝置10的水平方向細長的圓筒形容器1的一端的底部或側壁上，而液體產品的出口12設置在另外一端的底部。揮發物的出口15設置在容器1的頂部。附圖標記13和14分別表示加熱介質套2的加熱介質的入口和出口。
迴轉葉片組件包括第一迴轉軸3a-第二迴轉軸3b和第一迴轉軸3c-第二迴轉軸3d；第一和第二支撐元件4，其固定在第一和第二迴轉軸的對應端；數個作為加強元件的棒狀連接元件5，其沿徑向處於中間位置，遠離實質的迴轉軸中心，處於第一和第二支撐元件4之間的刮元件7的最外周；和數個板形攪拌葉片6，其結構如上所述，相互平行地固定在棒狀連接元件5上。通過兩套該迴轉葉片組件以相反方向的同步轉動，進給液體從入口11提供給攪拌裝置10的容器1，通過該容器1向出口12的方向移動，同時，經歷了攪拌和混合作用。在預定的縮聚反應之後，生成的液體產品連續地從出口12排出至攪拌裝置10的外側，在攪拌裝置10內，進給液體由固定在攪拌葉片6的頂端的刮元件7刮向上方，並以薄膜狀態沿板形元件6a和6b的表面落下，從而使揮發物從進給液體上蒸發。當然，棒狀連接元件5以上述預定的半徑轉動，從而進給液體也以薄膜狀態從棒狀連接元件5的表面落下，以使揮發物從進給液體上蒸發。刮元件7刮攪拌裝置10的容器1的內表面。
如上所述，兩套迴轉葉片組件都沒有實際的迴轉軸心，僅有實質的迴轉軸中心，即假想的迴轉軸中心。在實際的迴轉軸心的空間，既沒有棒狀連接元件5，也沒有構成攪拌葉片的板形元件6a和6b的部分。因此，可以抑制進給液體的附著和迂迴轉動，而可以保持進給液體的必要條件，以進行攪拌、混合、脫氣和移動。
根據本發明的一個推薦實施例，如圖4所示，大致呈三角形的板形元件6a和6b都具有橢圓形孔20。有了該大致呈三角形的板形元件6a和6b，一部分刮在刮元件7上的進給液體就以薄膜狀態在大致呈三角形的板形元件6a和6b的橢圓形孔20的區域落下或滴下，從而更有效地改善揮發物的蒸發。如果進給液體在板形元件6a和6b的表面上附著很厚，揮發物的蒸發就不能改善，但進給液體在所述孔20的區域形成薄膜狀態並且滴下，因此，揮發物的蒸發可以改善。
當聚對苯二甲酸乙二脂等的連續縮聚作用在本發明的攪拌裝置中進行時，入口粘度為幾Pas至幾十Pas的中間聚合物作為進給液體從入口11提供給攪拌裝置10的容器1，該攪拌裝置10的容器1被引入加熱介質套(加熱器)2的加熱介質加熱至260℃-300℃，並且通過一真空裝置把壓力保持在0.01-10kPa，該真空裝置與揮發物的出口15連通。在容器1內設有沿水平方向相互平行的攪拌葉片6的兩套迴轉葉片組件在0.5至20rpm的範圍內以相反方向轉動，對進給的中間聚合物進行攪拌和表面更新，並且從中間聚合物去除1，2-亞乙基二醇等揮發物。進給液體的液面高度是從容器1的底部至實質的迴轉軸中心的高度H的1/5至1。進給液體在從入口至出口的流動過程中經歷了由攪拌葉片6進行的反覆攪拌和表面更新，以進行進給液體的縮聚作用，最終可以得到較高粘度即幾百至幾千Pas的聚合物。具有較高程度聚合反應和較高粘度的所得液體產品從出口12排出至攪拌裝置10的外側，並且進行後處理工序，如薄片切刀(chip cutter)等。在縮聚作用過程中分離的1，2-亞乙基二醇等揮發物通過出口15排出至攪拌裝置10的外側。
類似地，除了聚對苯二甲酸乙二脂等聚脂基物質外，本發明也可用於生產聚合物樹脂，如聚縮醛、聚醯胺、聚碳酸脂等。
到此為至，對從幾十Pas的入口粘度至約1000Pas較高出口粘度的進給液體的處理，或對從約1000Pas的入口粘度至約10000Pas較高出口粘度的進給液體的處理，都是以分步方式進行的說明。但是，本發明可進行對幾Pas的低入口粘度的進給液體進行處理，以得到幾萬Pas較高出口粘度的聚合物產品，不會有質量惡化。在本發明中，推薦的情況是，可以對從約100Pas的入口粘度至約2000Pas較高出口粘度的進給液體進行處理。
根據本發明，可以消除在傳統的攪拌裝置中由於進給液體附著在迴轉軸表面上而導致的滯留和高粘度的聚合物在實際迴轉軸上的迂迴轉動。另外，通過減小攪拌裝置中的死空間，還可以防止由於scaling等導致的質量惡化。因此，本發明可以高質量地、有效和連續地處理高粘度物質。
根據本發明，可以在一個攪拌裝置中從低粘度至高粘度的大範圍內有效地攪拌和混合進給液體。
在本發明的上述實施例中，四個棒狀連接元件用於一個迴轉葉片組件，但迴轉葉片組件可採用三個棒狀連接元件，其中，板形元件連續固定在相位差呈120°的三個棒狀連接元件的其中兩個上。即，至少三個棒狀連接元件可以構成一個迴轉葉片組件的結構，棒狀連接元件的數目可以根據需要進行適當的選擇。
本領域的技術人員應該理解，儘管上文已經對本發明的實施例進行了說明，但本發明並不局限於此，可以對本發明進行各種改變和修改，而不超出本發明的精神和所附權利要求書的範圍。
權利要求
1.一種連續攪拌裝置，其包括一個容器和兩個迴轉葉片組件，這兩個迴轉葉片組件可以相反方向轉動，在容器中沿水平方向相互平行地設置，從入口提供給容器的進給液體通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動從容器的一端移動至另外一端，同時，攪拌和混合該進給液體，兩個迴轉葉片組件各自包括第一迴轉軸，其以可迴轉的方式由設置在容器一端的軸承支撐；第二迴轉軸，其以可迴轉的方式由設置在容器另外一端的另外一個軸承支撐；第一支撐元件，其固定在第一迴轉軸上，固定位置在鄰近容器的一端部處；第二支撐元件，其固定在第二迴轉軸上，固定位置在鄰近容器的另外一個端部處；連接元件，其橫跨在第一支撐元件和第二支撐元件之間，同時在實質的迴轉軸中心區域形成一間隙；和數個板形攪拌葉片，其沿實質的迴轉軸中心的縱向方向相互平行地設置，並且固定在連接元件上。
2.一種連續攪拌裝置，其包括一個水平方向細長的圓筒形容器，其具有沿容器縱向的一端提供進給液體的入口、在容器的另外一端排出經過攪拌和混合的液體產品的出口、和在容器頂端的揮發物出口；和兩個迴轉葉片組件，這兩個迴轉葉片組件可以相反方向轉動，在容器中沿水平方向相互平行地設置，從入口提供給容器的進給液體通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動從容器的一端移動至另外一端，同時，攪拌和混合該進給液體，兩個迴轉葉片組件各自包括第一迴轉軸，其以可迴轉的方式由設置在容器一端的軸承支撐；第二迴轉軸，其以可迴轉的方式由設置在容器另外一端的另外一個軸承支撐；第一支撐元件，其固定在第一迴轉軸上，固定位置在鄰近容器的一端部處；第二支撐元件，其固定在第二迴轉軸上，固定位置在鄰近容器的另外一個端部處；數個連接元件，其橫跨在第一支撐元件和第二支撐元件之間，設置在沿徑向遠離實質的迴轉軸中心的一預定距離處；和數個板形攪拌葉片，其沿實質的迴轉軸中心的縱向方向相互平行地設置，並且固定在數個連接元件上，從而在實質的迴轉軸中心區域形成一間隙。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，板形攪拌葉片多級地依次以90°的相位差沿實質的迴轉軸中心的縱向方向固定在棒狀連接元件上。
4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，板形攪拌葉片是成對的板形元件，各成對的板形元件相對於實質的迴轉軸中心對稱。
5.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，各板形攪拌葉片在最外周設有刮元件。
6.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，各板形攪拌葉片具有一個孔，當進給液體滴下時，該孔使進給液體形成薄膜狀態。
7.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，各板形攪拌葉片由大致呈三角形的板形元件構成。
8.一種在連續攪拌裝置中聚合物樹脂的連續縮聚方法，該連續攪拌裝置包括一個容器和兩個迴轉葉片組件，這兩個迴轉葉片組件可以相反方向轉動，在容器中沿水平方向相互平行地設置，從入口提供給容器的進給液體通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動從容器的一端移動至另外一端，同時，攪拌和混合該進給液體，兩個迴轉葉片組件各自包括第一迴轉軸，其以可迴轉的方式由設置在容器一端的軸承支撐；第二迴轉軸，其以可迴轉的方式由設置在容器另外一端的另外一個軸承支撐；第一支撐元件，其固定在第一迴轉軸上，固定位置在鄰近容器的一端部處；第二支撐元件，其固定在第二迴轉軸上，固定位置在鄰近容器的另外一個端部處；連接元件，其橫跨在第一支撐元件和第二支撐元件之間，同時在實質的迴轉軸中心區域形成一間隙；和數個板形攪拌葉片，其沿實質的迴轉軸中心的縱向方向相互平行地設置，並且固定在連接元件上，其特徵在於，具有低度聚合反應的聚合物樹脂作為進給液體連續地從入口被提供給容器，通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動進行攪拌，從而進行良好的表面更新和揮發物蒸發，同時使進給液體向出口移動，以提高聚合反應程度。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，提供給入口的進給液體的粘度為幾Pas或更高，從出口排出的液體產品的粘度為幾千Pas或更低。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，板形迴轉葉片在0.5至20rpm的範圍內轉動。
全文摘要
一種連續攪拌裝置，其包括一個圓筒形容器和兩個迴轉葉片組件，這兩個迴轉葉片組件可以相反方向轉動，沿容器的水平方向相互平行地設置，其中，從容器一端的入口提供的進給液體可在容器內得到攪拌和混合，同時，通過兩個迴轉葉片組件以相反方向的轉動，進給液體從容器的一端移動至另外一端，這兩個迴轉葉片組件包括在實質的迴轉軸中心區域以預定半徑設置並且具有間隙的數個棒狀連接元件和沿實質的迴轉軸中心方向相互平行設置、固定在棒狀連接元件上的數個板形攪拌葉片。在本發明中，進給液體連續地從入口被提供給連續攪拌裝置的容器，並且進行攪拌，同時使進給液體向出口移動，以使揮發物蒸發和提高聚合反應程度。
文檔編號C08G63/78GK1465430SQ0214143
公開日2004年1月7日 申請日期2002年8月30日 優先權日2002年6月7日
發明者岡本成恭, 本廣誠二, 伊藤幸香, 原田進, 二, 香 申請人:株式會社日立製作所