[发明专利]用于含有层流的管道的静流重新分布装置

说明书

本发明涉及一种缩短层流介质在管道中滞留时间谱的方法和该方法所用的一种静流偏移装置，该装置借助于一个布置在内部的、不可移动的固定嵌入件产生壁流和中心流之间的交换，而并不混合层流介质。借助用于这种方法的装置还可缩短管道中所有滞留时间比平均滞留时间长的介质部分的最大滞留时间。

高粘度介质例如聚合物熔体在管道中的流动总是层流，例如在挤压成形机内，像合成纤维精纺机。层流的特点是沿流动断面呈抛物线或准抛物线的速度分布，不存在横向的混合。因此，高粘度介质在管道中心区的滞留时间远在平均值以下，而近壁区介质滞留时间相当长。

为可泵性和可流动性，以聚合物为例，聚合物熔体应在一定的温度时输送，在该温度时会产生化学反应如聚合物的聚合或分解，反应过程随时间增强，聚合物熔体流内部的滞留时间差造成在一根管子或一段管子的终端非均质的熔体特性。例如，中心区的熔体和近壁区熔体在粘度、颜色、通常的聚合物可加工性以及成品性能呈有缺陷的差别，熔体的消耗性发热会加剧这一后果，在急剧弯曲部分的消耗性发热可引起在近壁区可测得到的温度时高，在此过程中，两种离散的介质微粒或熔体微粒间的差异程度与它们各自的滞留时间差有关，并随近壁区温度升高而加剧。

由于没有横向混合，径向热传送以及因此在近壁区流动熔体和中心附近的流动熔体之间的温度均衡仅靠热传导进行。因为聚合物熔体导热率低，在如不锈钢Cr/Ni中，在热流速度的1.2％以下时才发生这种情况。

在滞留时间内发生的变化过程通常是不可逆的。诸离散性介质微粒的各种滞留时间可绘成一滞留时间谱，它是它们位置的函数。

随滞留时间谱宽度的增宽，介质的非均质性增大，由此，产生不能认可的非均质最终产品，尤其伴有聚合物的熔化。

从已有技术可知，对高粘度介质，尤其是聚合物熔体，可用静态混合装置使到达管道端部的具有非均质分布特性或一定程度的各层流层横向混合并使之均质化。

在这种情况下，被损坏的，例如在管壁上的熔体仍然细微地分布于母体中，因为这样，总的说来就降低了聚合物的质量。作为例子，在于德国已公布和经审查的第DEAS1901281号专利申请中介绍了一种混合管道中层流介质的装置，它是一个占据管道自由断面的圆筒形嵌入件以将层流印质分成诸分支流并通过其上的孔使这些分支流交换，这些孔中有一部分由入口侧中心区通向出口侧壁区有一部分由入口侧壁区通向出口侧中心区。

在这种情况下，通过使混合和均质化是不能缩短滞留时间的。

按已有技术也曾提出：在聚合物熔体管路中，隔一定距离安装多个静态混合器。但是，其缺点是沿壁流动的和沿中心流动的熔体之间没有充分的交换，这样，混合的结果是这些熔体呈统计分布，在这当中，总是有部分的原先壁流仍留在(原)壁区，而相应部分的原先的中心流保留在管道的中心区并继续流动。

这种措施另一缺点是，嵌入件明显增大了流动阻力，而且必须要靠加大泵输出功率才能克服此流动阻力。因而使介质温度升高因而破坏反应的速度被加快。

因此，本发明的目的是：用合适的方法和装置消除因被在管道中被输送介质，尤其是聚合物熔体的滞留时间差异所引起的非均质性和克服已有技术由这种非均质性所产生技术缺点。

上述目的是通过具有权利要求1特点的用于缩短层流介质在管道中滞留的时间谱的方法和按权利要求8的用于层流管路的静流重部分布装置来实现的。

在此最好以作为层流高粘性介质的具体例子的聚合物熔体来具体予以说明。

该目的特别是采用下面的方法来实现：用一个静流重新分布装置将介质层流分成相同容积的壁区流和中心区流，但不将它们混合，而是以将原先较慢的壁流全部引入中心区并使之较快地流动以及将原先较快的中心流全部引入延伸管道的壁区并使之较慢地流动的这样一种方式使它们重新分布。介质的全部分支流在管道端部非混合性汇集并且具有一个平均的滞留时间。为此目的，不论是壁流还是中心流，在重新分布前都进一步有利地分成支流，并在这些支流径向交叉后以一种新的中心流或新的壁流重新汇合。该方法也同时缩短了最大滞留时间。

在用于缩短层流介质滞留时间谱及减少介质滞留时间尤其是减少流动最慢的介质部分的滞留时间的方法的较佳实施例中，是将静流重新分布装置安装在一总管或一管段长度的中心区域上，或特别理想是，刚好在一管路系统的中心区域上，该管路系统中是一个用于聚合物熔体的管路系统并且最好由直线段，曲线段和分叉段组成。一管段的终端可被看成是支管的交接处或管道本身的端部。