[发明专利]超空泡高速搅拌反应器

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料先进制造领域，涉及到一种搅拌器领域，特别是基于超空泡技术的高速搅拌反应器。

背景技术

高分子聚合物反应器，特别是反应过程中添加纤维或无机粉体的原位复合材料制备的复杂反应工艺装备，要求对气、液、固多相体系在分子尺度进行高效传热传质的均匀混合。以聚氯乙烯(PVC)悬浮聚合反应为例，聚合体系主要由氯乙烯单体、引发剂、水和分散剂四组分组成，通过强力搅拌并在分散剂的作用下，把单体分散成无数的小液珠悬浮于水中由油溶性引发剂引发而进行聚合。传统的螺旋桨高速搅拌器使得聚合热易扩散，聚合反应温度易控制，聚合产物分子量分布窄，但存在着自动加速作用，稳定性不足、能耗高、寿命短；反应需用分散剂来提高分散性，但分散剂在聚合完成后很难从聚合产物中除去，并且聚合产物颗粒会残留少量单体，不易彻底清除，整个过程效率低、容易影响产物的性能。

发明内容

针对现有高速搅拌器的不足，提高高分子聚合反应中气、液、固多相体系混合的均匀性、稳定性，降低机器能耗并延长寿命。

本发明的技术方案是将超空泡技术应用在高速搅拌器中，具体方案如下：

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，包括转子、主轴、高速电机和箱体。转子以主轴为轴。箱体含有进气孔、加料孔以及减速箱，其中减速箱配合高速电机驱动主轴。该装置预先注入反应所需液体及固体助剂。转子、主轴均有气流孔道，通过箱体中进气孔进气，通过主轴以及转子，可以将需要搅拌的气体通入于转子处与液体进行搅拌，气液混合均匀性好。以PVC聚合为例，通入氯乙烯气体，与水等悬浮液混合更加均匀，聚合反应效率大大提高。

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，转子包括进气通道、内腔和空化器。空化器可以是圆锥形、圆盘形、椭圆盘型等，其表面均匀分布气孔，可以生成气泡流场，还可以充当水平舵，在转动时能平衡一部分重力并产生相应的力矩。进气通道连接主轴的气孔通道，将主轴中传输的气体传送到内腔中。内腔除了将进气通道中的气体导入到空化器中外，还装有传感器来检测通气速度及通气量，以一定的供气规律向空化器供气，保证气泡的稳定性。

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，转子采用3D打印等先进制造技术，实现中空复杂结构及低成本加工。转子与水平方向成一定角度、中心对称分布，转动时会将气体以一定角度往斜上及斜下方向传输，成螺旋形分布，并根据搅拌需要确定转子的数量及距离，进一步提高气液混合均匀性。转子断面为圆锥形结构，运动过程中形成包覆气流，螺旋形运动及圆锥结构使得锥面气流与固体撞击，气流得以分散，并由于快速充气又重新连续，整个搅拌过程气流为分散-连续循环进行，使得气液固分散反应均匀。

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，其优点在于：(1)气体混合均匀，稳定性提高，混合效果大大提升；(2)运动阻力小，能够节能降耗；(3)气体覆盖转子后能够降低转子磨损，延长机器寿命。

附图说明

图1是本发明一种超空泡高速搅拌反应器的结构示意图。

图2是本发明一种超空泡高速搅拌反应器的转子局剖示意图。

图3是本发明一种图2的A-A断面示意图。

图中，1-转子，2-主轴，3-高速电机，4-箱体，5-进气通道，6-内腔，7-空化器。

具体实施方式

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，如图1所示，包括转子1、主轴2、高速电机3和箱体4。转子1以主轴2为轴。箱体4含有进气孔、加料孔以及减速箱，其中减速箱配合高速电机3驱动主轴2。如图2所示，该装置预先注入反应所需液体及固体助剂。转子1、主轴2均有气流孔道，通过箱体4中进气孔进气，通过主轴2以及转子1，可以将需要搅拌的气体通入于转子处与液体进行搅拌，气液混合均匀性好。以PVC聚合为例，通入氯乙烯气体，与水等悬浮液混合更加均匀，聚合反应效率大大提高。

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，如图3所示，转子1包括进气通道5、内腔6和空化器7。空化器7可以是圆锥形、圆盘形、椭圆盘型等，其表面均匀分布气孔，可以生成气泡流场，还可以充当水平舵，在转动时能平衡一部分重力并产生相应的力矩。进气通道5连接主轴2的气孔通道，将主轴2中传输的气体传送到内腔6中。内腔6除了将进气通道5中的气体导入到空化器7中外，还装有传感器来检测通气速度及通气量，以一定的供气规律向空化器7供气，保证气泡的稳定性。

本发明一种超空泡高速搅拌反应器，转子采用3D打印等先进制造技术，实现中空复杂结构及低成本加工。如图1所示，转子1与水平方向成一定角度、中心对称分布，转动时会将气体以一定角度往斜上及斜下方向传输，成螺旋形分布，并根据搅拌需要确定转子1的数量及距离，进一步提高气液混合均匀性。如图3所示，转子断面为圆锥形结构，运动过程中形成包覆气流，螺旋形运动及圆锥结构使得锥面气流与固体撞击，气流得以分散，并由于快速充气又重新连续，整个搅拌过程气流为分散-连续循环进行，使得气液固分散反应均匀。