用於製備聚乙烯樹脂的攪拌裝置及使用其的淤漿聚合方法
2023-05-23 01:46:36 1
專利名稱：用於製備聚乙烯樹脂的攪拌裝置及使用其的淤漿聚合方法
技術領域：
本發明涉及聚合物合成領域，具體來說涉及一種用於製備聚乙烯樹
脂，特別是超高分子量聚乙烯(U麗W-PE)樹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：
U腿W-PE樹脂是一種綜合性能優異的熱塑性工程塑料，其分子量平均 為常規高密度聚乙烯的幾十倍(至少150萬以上)，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異的耐磨性(比鋼 鐵耐磨8-9倍)、優異的耐衝擊性(是聚碳酸酯的2倍、ABS的5倍、聚曱 醛的15倍)、極低的摩擦係數(其動摩擦係數為0. 10-0. 22)，並且具有良 好的自身潤滑性、耐化學腐蝕、抗結垢、耐應力開裂、符合衛生要求等 優良的綜合特性。
卓越的綜合性能使得冊MW-PE樹脂在日用、工業、文體、交通運輸、 國防、機械等眾多領域，作為抗衝、減振、防彈、抗疲勞、耐磨、減阻、 防粘材料得到了廣泛的應用。
乙烯淤漿聚合為氣-固-液多相放熱反應，隨著聚合反應的持續進行， 不斷產生大量的熱量，特別是生產U畫W-PE,能否及時地tt走反應熱是生 產過程能否連續進行的關鍵。聚合攪拌強度對能否有效、及時地撤走反 應熱至關重要，特別是對採用聚合釜夾套傳導撤熱的工藝來說更是如此。 攪拌作用主要有首先是促進傳質，沒有良好的攪拌，傳質緩慢，造成 聚合速度慢，產量低；其次是促進傳熱，攪拌可增強液體對流，使乙烯 及催化劑在介質已烷中分散均勻，有利聚合反應均衡進行，防止反應局 部過熱，造成聚合物粉料結塊，堵塞管線，迫使聚合反應終止。此外， 攪拌槳葉的結構形狀是影響攪拌效果的重要因素，目前傳統的聚合釜攪 拌形狀為上下二層槳葉，漿葉均為細長橢圓形結構，如圖1所示。漿葉 豎直設置在攪拌軸上，攪拌軸旋轉，漿葉葉面攪動聚合物進行攪拌，現 有的結構中上下兩層都設置有兩片漿葉，但這樣的結構使攪動強度不夠，尤其是聚合釜底層的聚合物來說更顯不足，導致固相粉末無法良好懸浮 於溶劑中，造成4分末在釜底沉降堆積。
因此，有必要提供對上述攪拌裝置進行改進，從而克服上述技術問題。
發明內容
本發明的目的之一在於提供了一種攪拌裝置，該裝置通過對上下兩 層漿葉的形狀和數量重新進行設置，有效地提高了聚合釜底層的攪拌強 度，能使固相粉末很好地懸浮於溶劑中，從而更好地加以分散。
本發明的另 一 目的在於提供一種使用上述攪拌裝置進行淤漿聚合反 應的方法，通過上述攪拌，能夠使聚合反應，特別是底層的聚合反應充 分進行，並有利於反應熱的輸送，提高了反應的效能。
本發明提供的攪拌裝置，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(簡稱WH )或細長橢圓形槳葉，數目為2-4 個，優選4個；底層槳葉為徑向流型的半橢圓或半圓管盤式渦輪槳(簡 稱HEDT)，數目為4-8個，優選6-8個，更優選6個；所述兩層槳葉優選
可不通過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度與最大寬度之比優選地， 不大於20: 1，更優選為8: 1。
其中，上述攪拌裝置可由各種適用材料製備，例如由選自採用不鏽 鋼材料或合金的材料製成，優選不鏽鋼材料，或者優選槳葉採用不鏽鋼 材料製成。
其中，上層槳葉或底層槳葉可通過合適地方式，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械硬配合。
採用本發明攪拌裝置的淤漿聚合反應方法，通過將反應聚合原料加 入聚合釜中，然後採用軸向流型的寬葉翼形槳或細長橢圓形槳葉的上層 槳葉和徑向流型的半橢圓或半圓管盤式渦輪槳的底層槳葉進行攪拌聚 合。
本發明的攪拌方法中，上層槳葉的數目為2-4個，優選4個；底層
槳葉的的數目為4-8個，優選6-8個。
採用上述攪拌的聚合反應的方法是淤漿聚合聚乙烯樹脂的方法，優 選是淤漿聚合超高分子量聚乙烯樹脂的方法。
本發明的攪拌裝置，可用於淤漿聚合聚合物，優選用於淤漿聚合聚 乙烯樹脂，例如粘均分子量為10-1200萬的聚乙烯樹脂，特別是淤漿聚 合超高分子量聚乙烯樹脂。
本發明的攪拌裝置，上層漿採用冊槳下壓操作，在相同功率下， 該型槳產生液體速度的軸向分量較大，從而可產生較大的循環流量，有 利於全釜上、下的循環流動，縮短混合時間，可有效地縮小釜內反應物 料軸向的濃度差和溫度差，使得釜內反應物料的軸向濃度分布和溫度分 布更為均勻；並且，由於槳葉為寬葉型，除了產生軸向流動外，還可產 生一定量的徑向流動，可有效地將氣體分散到反應液中，並縮小徑向的 溫度及濃度差，有利於反應的順利進行。底層槳採用HEDT槳，該槳型特 別適合於氣-液的分散，並且氣體流量對該槳型的臨界離底懸浮轉速影響 較小，特別適合於在高通氣流量下的固體懸浮。
圖1是傳統攪拌裝置的結構示意圖。
圖2是本發明提供的攪拌裝置的結構示意圖。
其中，(a)是上層槳葉的結構示意圖；(b)是下層槳葉以及整體的結 構示意圖。l是攪拌軸；2是上層槳葉；3是底層槳葉；4是軸套。
具體實施例方式
參見圖2,其中本發明提供的攪拌裝置，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)或細 長橢圓形槳葉，數目為2-4個，優選4個；底層槳葉為徑向流型的半橢 圓或半圓管盤式渦輪槳(筒稱HEDT)，數目為4-8個，優選6-8個，更優 選6個；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度與最大寬度之比不大 於20: 1,優選8: 1。上述攪拌裝置由選自採用不鏽鋼材料、合金材料 製成，優選不鏽鋼材料，或者優選槳葉採用不鏽鋼材料製成；此外，上
層槳葉或底層槳葉可通過焊接、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，攪拌軸與軸套機械硬配合。 本發明提供的攪拌裝置可用於生產超高分子量聚乙烯樹脂的工藝 例如，將高純度乙烯(體積含量高於99. 95%)、氫氣(體積含量高於99. 99%) 及按一定濃度配製好的AT-催化劑與鈦催化劑的稀釋液(濃度 0. 3-3. 5g-Cat/L )，通過計量泵送入聚合釜，在反應壓力(0. 1 ~ 1. 5MPaG ),
溫度(60-9orc的條件下，在介質己烷溶液中，進行淤漿聚合。聚合淤漿
依靠本身的壓力進入閃蒸釜，分離少量未反應氣體，之後，聚合物淤漿 被送入高速離心機，分離成溼餅和母液。濾餅的溼含量為10 % ~ 50 % , 溼餅經過乾燥處理，經旋轉閥進入振動篩，經篩分後通過粉料輸送風機 送至料倉，然後包裝成為產品。
上述工藝流程中，本發明提供的攪拌裝置應用於聚合釜中。根據需 要，攪拌速度可設為100-500轉/分鐘，攪拌時間可為2500-8000小時， 優選攪拌速度為約300轉/分鐘，攪拌時間可為約7200小時。
以下通過實施例對採用傳統的攪拌裝置與本發明的攪拌裝置在淤漿 聚合超高分子量聚乙烯樹脂方面進行比較。
實施例1
將己烷、烷基鋁(濃度50-80mmol-Al/L)、配製好的催化劑懸浮液(濃 度0. 3-3. 5g-Cat/L)及乙烯(壓力0. lMPa )通過計量泵送至聚合釜。 乙烯在聚合釜中進行聚合，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,然後通過本發明攪拌裝置(如圖2)進行淤漿聚合，並通過氣體 外循環方式撤除聚合反應熱，控制反應溫度。聚合漿液在聚合釜內停留 約3-5小時後，漿液經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。脫除不凝氣體後的漿液，經淤漿泵輸送到離心機 (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)，分離出的濾餅經過螺旋輸送器送至氮氣迴轉乾燥 機進行乾燥處理(氮氣出口的溫度約為40°C-80°C),除去聚乙烯粉料中 的己烷之後，聚乙烯粉料經氮氣輸送風機輸送至混料、包裝工段。 比較實施例1
除了採用傳統的攪拌裝置(如圖l所示)進行攪拌聚合以外，其餘 同實施例l。
通過比較實施例1與比較實施例1,結果發現，由於本發明攪拌形 式提高了攪拌強度，特別是聚合釜底層的攪拌強度，使固相粉末能夠均 勻地懸浮於溶劑中，避免了粉末在釜底沉降堆積，造成結塊。因此，明
顯延長了聚合釜的開車周期，比用傳統攪拌平均延長一倍左右；並提高 了生產負荷，比用傳統攪拌增加了負荷約10%。
值得注意的是，本發明中提及的術語"軸向流型"及"徑向流型" 都是根據攪拌槳在攪拌槽中旋轉時，在攪拌槽內流體運動方向不同而進 行的分類。其中軸向流型攪拌槳意指該類型攪拌槳在旋轉時，將流體由
者液面處)，液流遇到槽底後向槽壁轉向，進而形成一個完整的循環流 動。而徑向流型攪拌槳意指該類攪拌槳旋轉時，流體向槳葉半徑方向運 動，沿半徑方向碰到槽圓筒壁後分為向上及向下兩個循環流動。
此外，本說明書中的術語"寬葉翼形槳"指的是葉片寬度較寬，而 且在葉片成形過程中釆用的是仿飛機機翼形狀的平滑過度的曲面形式， 而不是採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"半橢圓或半圓管盤式渦輪槳"指的是帶圓盤的徑向流 型攪拌槳，但葉片形式不是採用直葉片形式，而是採用半圓管或者是半 橢圓管的形式。
儘管上文對本發明的具體實施方式
進行了詳細的描述和說明，但應 該指明的是，我們可以對上述實施方式進行各種改變和y畛改，但這些都 不脫離本發明的精神和所附的權利要求所記載的範圍。
權利要求
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長橢圓形槳葉，數目為2-4個；底層槳葉為徑向流型的半橢圓或半圓管盤式渦輪槳，數目為4-8個；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、 如權利要求1所述的攪拌裝置，其特徵在於，所述寬葉翼形槳的最大 長度與最大寬度之比不大於20: 1。
3、 如權利要求1所迷的攪拌裝置，其特徵在於，上層槳葉的數目為4個， 底層槳葉的數目為6-8個。
4、 如權利要求1-3任一項所述的攪拌裝置，其特徵在於，所述攪拌裝置 由選自不鏽鋼材料或合金材料製成或者兩層槳葉採用不鏽鋼材料製成。
5、 如權利要求1-3任一項所述的攪拌裝置，其特徵在於，上層槳葉或底 層槳葉可通過選自焊接、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、 如權利要求1-3任一項所述的攪拌裝置，其特徵在於，所述攪拌軸與 所述軸套^4成;更配合。
7、 一種淤漿聚合反應的方法，通過將反應聚合原料加入聚合釜中，然後 採用軸向流型的寬葉翼形槳或細長橢圓形槳葉的上層槳葉和徑向流型的 半橢圓或半圓管盤式渦輪槳的底層槳葉進行淤漿聚合。
8、 如權利要求7所述的淤漿聚合反應的方法，其採用權利要求1-6任一 項所述的攪拌裝置加以實施。
9、 如權利要求7所述的淤漿聚合反應的方法，其中，所述淤漿聚合反應 的方法是淤漿聚合超高分子量聚乙烯樹脂的方法。
10、 一種權利要求1-6任一項所述攪拌裝置的用途，用於淤漿聚合聚乙 烯樹脂。
全文摘要
本發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長橢圓形槳葉，數目為2-4個；底層槳葉為徑向流型的半橢圓或半圓管盤式渦輪槳，數目為4-8個；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。本發明也提供了一種利用上述攪拌裝置進行聚乙烯樹脂，特別是超高分子量聚乙烯樹脂(UHMW-PE)的淤漿聚合方法。該攪拌裝置適合於氣-液的分散，並且氣體流量對該槳型的臨界離底懸浮轉速影響較小，特別適合於在高通氣流量下的固體懸浮。
文檔編號B01F7/18GK101185864SQ20071012128
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月3日 優先權日2007年9月3日
發明者琪 劉, 英 劉, 萍 劉, 包雨雲, 孔令宏, 安建民, 偉 李, 強 李, 肖建林, 謝文利, 儉 陶, 高 正明, 魯志剛 申請人:北京東方石油化工有限公司助劑二廠