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常見問題

攪拌捏合機設備的現狀及未來發展方向怎么樣?

作者: 來源: 日期:2019-06-20 08:44:08 人氣:3

 攪拌捏合機設備的現狀及未來發展方向

 

近年來隨著工業生產的不斷發展,尤其是化學工業中的飛速發展,生產中用到的物料不再只是一些低粘度的牛頓型流體,許多高粘度流體也常常遇到,尤其是各種各樣的高分子溶液以及混有催化劑粒子的漿狀流體等非牛頓型流體的應用日益廣泛。它們與通常的牛頓型流體具有不同的流動特性,所以對于非牛頓型液體的研究是當今的一個重要課題[5]。對于高粘度流體,特別是非牛頓型流體的攪拌傳熱的研究,也是近年來的一個方向。另一方面,許多高黏度物料在攪拌過程中不僅發生粘度的變化,而且有時還會伴隨著相變的過程,因而對攪拌設備的要求也越來越高。

與此同時,國內外對高粘度物料的攪拌捏合設備做了大量的開發研究,研制出了多種高效率的攪拌捏合設備,并形成了較為成熟的技術[19-22]。

1-1 為日本三菱重工的產品,主要用作氣相聚合攪拌床反應器[15-16]。這種攪拌器的任何構件表面以及攪拌槳葉端與壁之間構成小間隙的自清潔面,使得攪拌葉片之間以及葉片與罐壁之間達到徹底的自清潔,很好解決了氣相聚合過程中聚合物顆粒易粘結的問題,但由于自清潔面的間隙很小,限制了其使用范圍,一般僅用于粉體物料的混合中。


 

 

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1-1 日本三菱重工臥式雙軸自清潔攪拌設備

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

 





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1-2 瑞士 LIST 公司全相型臥式雙軸自清潔式攪拌機

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

1-2 為瑞士 LIST 公司兩種全相型臥式雙軸自清潔式攪拌捏合設備[23]。它

們既能混合高黏度、面團狀的產品,如樹脂熔體;又能混合固體粉料。圖中設備的兩根軸中,左邊一根是主攪拌軸,上面有許多與捏合桿連在一起的盤片,捏合桿稍有傾斜,物料被攪拌軸進行徑向混合的同時,能受到一個軸向的輸送力;另一根軸稱作清潔軸,該軸上裝有一排傾斜的捏合框,該軸起到自清潔作用。正常工況下,清潔軸以四倍于主攪拌軸的轉速進行旋轉,通過二支軸上的捏合框及葉片等元件相互捏合,使攪拌器具有自清潔功能。攪拌軸和盤片的中間是空的,能


 

 

通入傳熱介質,加上夾套的傳熱面積,使該攪拌設備具備比較高的傳熱能力,裝料系數為 65%-70%,所能提供的捏合能量為 0.010.2KW·h/kg。物料在設備內的流動基本上屬于平推流,物料的停留時間可以從幾分鐘到 2 小時不等。該設備的標準操作壓力在 0.5×105105Pa 之間,操作溫度小于 300°C,系列產品的最大容積達 5m3,最大驅動功率達 200KW。對于能自由流動的物料,可以通過罐底或在罐側面開孔的辦法來出料。當采用側面出料時,可以安裝一個可調節高度的堰板。對于高粘性物的出料則可裝置 LIST 公司專門設計的雙螺桿出料器來完成。轉軸的密封可用填料密封也可用機械密封。該設備可用作反應器,如用來生產氫氟酸、聚酯、聚氨酯、氨基塑料、合成橡膠、染料叫司體、纖維素衍生物等;也可用來蒸發或干燥高黏性物料,回收溶劑;當然更可用來捏合物料[24]。這種設備在攪拌過程中容易造成物料在捏合框附近粘結,造成攪拌效率的降低,從而限制了其應用。





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1-3 日本住友重機公司開發的全相型自清潔臥式雙軸攪拌設備

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

1-3  20 世紀 90 年代中期日本住友重機公司開發的全相型自清潔臥式雙

軸攪拌設備[25],它的商品名為“BIVOLAK”。它的兩支軸上的葉輪數相差 1 倍,兩

支軸的轉速也相差 1 倍,因此對物料的剪切強度高,有很好的攪拌效果。據測定,

高粘度液體在該設備中停留時間分布曲線相當于 12 個串聯的全混槽的曲線,也就是說,液體的流動行為相當于平推流。另外,由于葉片的特殊設計,使被攪液體獲得極好的表面更新。該攪拌設備可在高分子工業中用作本體聚合反應器、縮聚反應器和脫揮發分設備等。

但由于這種攪拌設備的葉輪葉數較多,使得加工制造的難度加大,成本增高, 而且這種攪拌設備只適合于高粘度的液體,對于固體或固體加濕的攪拌操作就顯


 

 

得效果欠佳。

 

 





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1-4 三菱重工的三種新型臥式雙軸攪拌設備

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種新型臥式攪拌設備。圖 a 和圖 b 都屬臥式雙軸

高粘反應器,商品名為 HVRHorizontal High Viscosity Reactor,物料在反應器中都是半釜操作,可進行本體聚合、溶液聚合、縮聚、脫揮發分、溶劑回收以及粉體與氣體的接觸和干燥。圖 c 是自清潔式反應器,商品名為 SCRSelf-Cleaning Reactor。該反應器在半釜操作時,可進行縮聚、高粘液的脫揮發分、高粘液和氣體的接觸和混合;在滿釜操作時,可進行本體聚合、溶液聚合以及高粘液與低粘液或粉體的混合。這幾種設備的功率及容積都不是很大,僅應用于低功率場合。

隨著科學技術的發展,設備有大型化發展的趨勢,也要求攪拌設備大型化。如國外聚合釜的容積已由最初的8~40m3 擴大到60~100 m3,最大的已達到200 m3。

當今,攪拌設備與自控技術的結合成為一個新的課題[5]。如國內引進的 70m3 氯乙烯懸浮聚合反應器帶有一個不斷地對進、出夾套的冷卻水進行量熱的軟件, 通過熱衡算能實時的了解反應器中氯乙烯的轉化率和夾套的總傳熱系數。由于總傳熱系數的變化反映了釜壁上粘附物的厚度,因此量熱軟件對生產過程的控制帶來了很大的便利。對于很多化學反應,如對溶液聚合和均相體本體聚合來說,體系的粘度還與產品的質量指標,如平均相對分子量等有密切聯系。僅憑能實時地獲得反應器的散熱量、傳熱系數和物料粘度這三個信息,就可用來開發許多攪拌槽式反應器的監控軟件。若能進一步在線獲得反應物的密度和 PH 值,則在攪拌槽式反應器的智能化方面更是大有作為。在國內,浙江大學開發的攪拌槽式反應器的計算機量熱技術已通過中國石化總公司的鑒定,并正在向一些工業裝置上推廣。

攪拌設備與自控技術的結合為攪拌設備的發展提供了嶄新的方向。對于精細


 

 

化工、醫藥以及涂料等行業來說,攪拌設備往往被用做分批式反應器使用,其產品的種類和牌號經常改變,因而各原料組分的分量、反應溫控曲線和攪拌強度也須經常改變。若用人工操作,不僅提高了工人的勞動強度,還增加了操作周期中的輔助時間,降低了設備的生產強度,而且還可能因為人為的誤差使產品質量波動。若在這些反應器上安置可編程的自控系統,必定會大幅度提高勞動生產率和產品質量的穩定性[3]。因此,攪拌設備的機電一體化和智能化無疑是一個重要的發展方向。


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