一种大容积丙烯聚合釜的制作方法

本发明涉及一种大容积丙烯聚合釜，具体的说是一种用于采用间歇式液相本体法的大容积丙烯聚合釜，属于化工机械设备领域。

背景技术：

丙烯聚合釜是制备聚丙烯的化工设备。在现有技术中，丙烯聚合釜大多为双螺带搅拌系统，其结构复杂、加工困难，消耗功率较大。而且丙烯聚合反应是一个放热反应，对于本体聚合，由于丙烯浓度高，反应激烈，因此撤热是控制好反应的关键。撤热效果与换热结构紧密相关，传统的换热结构一般是指形管，物料流动和换热能力一般，对进一步提高产品产量和质量形成制约。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种改进结构的大容积丙烯聚合釜，其通过强化搅拌和换热性能，加强了丙烯聚合釜的搅拌效果，强化了物料流动，提高了换热能力，从而使得单釜产量和产品质量均得到了提高。

按照本发明提供的技术方案：一种大容积丙烯聚合釜，包括电机、减速器、上封头、内筒、下封头和搅拌轴，所述内筒的上下端分别密封焊接上封头、下封头，内筒、上封头和下封头组成密封的釜体；所述上封头顶部设有上凸缘，机架固定在上凸缘上，机架上安装电机和减速器；所述搅拌轴竖直设置在釜体中心，搅拌轴与减速器的输出轴连接，搅拌轴上安装有搅拌器；其特征在于：所述内筒上半部分的外壁上焊接有上夹套，上夹套与内筒上半部分之间设有螺旋形上导流板，上夹套、内筒上半部分和螺旋形上导流板构成上螺旋形冷却水道，在上夹套下端外壁上设有上冷却进水口，在上夹套上端外壁上设有上冷却出水口，所述上冷却进水口和上冷却出水口与上螺旋形冷却水道连通；所述内筒下半部分和下封头的外壁上焊接有下夹套，所述下夹套与内筒下半部分和下封头之间螺旋形下导流板，下夹套、内筒下半部分、下封头和螺旋形下导流板构成下螺旋形冷却水道，在下夹套下端外壁上设有下冷却进水口，在下夹套上端外壁上设有下冷却出水口，所述下冷却进水口和下冷却出水口与下螺旋形冷却水道连通；所述上夹套与下夹套之间通过夹套隔圈密封连接。

作为本发明的进一步改进，所述内筒内部设有至少一组U形换热管，所述U形换热管通过支撑架固定在内筒内壁上，至少一组U形换热管在内筒内壁上周向均布；所述U形换热管包括内管和外管，内管与外管之间设置有螺旋导流板，内管、外管和螺旋导流板构成螺旋流道；所述U形换热管上连接有进水管和出水管，所述进水管与螺旋流道一端连通，螺旋流道另一端与内管一端连通，内管另一端与所述出水管连通，所述进水管和出水管贯穿设置在所述内筒和上夹套上。

作为本发明的进一步改进，所述下冷却进水口的进水方向为下螺旋形冷却水道的切线方向。

作为本发明的进一步改进，所述搅拌器包括双螺旋带搅拌桨叶、单螺带搅拌桨叶和直搅拌桨，所述双螺旋带搅拌桨叶固定在搅拌轴下端，所述单螺带搅拌桨叶固定在搅拌轴上部，所述直搅拌桨固定在搅拌轴下部且位于双螺旋带搅拌桨叶上方。

作为本发明的进一步改进，所述双螺旋带搅拌桨叶通过第一双横梁支架和第二双横梁支架固定安装在搅拌轴上，第一双横梁支架和第二双横梁支架一下一上地固定在搅拌轴下端且相互垂直，所述双螺旋带搅拌桨叶包括两个对称设置的具有上升螺旋面的底部螺带，所述底部螺带下端与第一双横梁支架的横梁外端固定连接，底部螺带上端与第二双横梁支架的横梁外端固定连接；所述单螺带搅拌桨叶通过单横梁支架和第三双横梁支架固定安装在搅拌轴上，若干个单横梁支架等间距固定在搅拌轴上部，所述第三双横梁支架设置最上方的单横梁支架的上方且固定在搅拌轴上，所述单螺带搅拌桨叶包括一根连续平滑的具有上升螺旋面的螺带，单螺带搅拌桨叶下端与第二双横梁支架的横梁端部固定连接，单螺带搅拌桨叶上端与第三双横梁支架的横梁端部固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一双横梁支架包括夹壳和两根横梁，所述夹壳箍抱固定在所述搅拌轴上，两根横梁固定在所述夹壳外壁上，两根横梁的长度方向位于同一直线上，所述横梁为截面自内端向外端逐渐变小的变截面梁；所述第二双横梁支架和第三双横梁支架的结构与第一双横梁支架相同，所述单横梁支架与第一双横梁支架的区别仅在于少了一根横梁。

作为本发明的进一步改进，所述横梁的底部的竖撑板，所述竖撑板的所述横梁底边自内端向外端逐渐向上倾斜，横梁底边与水平方向的夹角为12~20°。

作为本发明的进一步改进，所述螺带上升螺旋面的螺旋升角为13~19°。

作为本发明的进一步改进，所述底部螺带上升螺旋面的螺旋升角为10°。

作为本发明的进一步改进，所述下夹套底部与下凸缘连接处设计有挠性结构；所述内筒的测温口处设计有挠性结构。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明结构巧妙，设计合理，通过强化搅拌和换热性能，加强了丙烯聚合釜的搅拌效果，强化了物料流动，提高了换热能力，从而使得单釜产量和产品质量均得到了提高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1中搅拌器的结构放大示意图。

图3为第一双横梁支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示；实施例中的大容积丙烯聚合釜主要由电机1、减速器2、联轴器3、机架4、轴封5、上凸缘6、上封头7、内联轴器8、出水管9、进水管10、搅拌轴11、内筒12、上夹套13、螺旋形上导流板14、上冷却进水口15、下夹套16、螺旋形下导流板17、U形换热管18、支撑架19、下封头20、双螺旋带搅拌桨叶21、直搅拌桨22、下凸缘23、下冷却进水口24、测温口25、单螺带搅拌桨叶26、下冷却出水口27、夹套隔圈28、上冷却出水口29、第一双横梁支架30、第二双横梁支架31、单横梁支架32、第三双横梁支架33、夹壳34和横梁35等组成。

如图1所示，所述内筒12的上下端分别密封焊接上封头7、下封头20，内筒12、上封头7和下封头20组成密封的釜体；所述上封头7顶部设有上凸缘6，机架4固定在上凸缘6上，机架4上安装电机1和减速器2；所述搅拌轴11竖直设置在釜体中心，搅拌轴11与减速器2的输出轴连接，搅拌轴11上安装有搅拌器。

如图1所示，所述内筒12上半部分的外壁上焊接有上夹套13，上夹套13与内筒12上半部分之间设有螺旋形上导流板14，上夹套13、内筒12上半部分和螺旋形上导流板14构成上螺旋形冷却水道，在上夹套13下端外壁上设有上冷却进水口15，在上夹套13上端外壁上设有上冷却出水口29，所述上冷却进水口15和上冷却出水口29与上螺旋形冷却水道连通；所述内筒12下半部分和下封头20的外壁上焊接有下夹套16，所述下夹套16与内筒12下半部分和下封头20之间螺旋形下导流板17，下夹套16、内筒12下半部分、下封头20和螺旋形下导流板17构成下螺旋形冷却水道，在下夹套16下端外壁上设有下冷却进水口24，在下夹套16上端外壁上设有下冷却出水口27，所述下冷却进水口24和下冷却出水口27与下螺旋形冷却水道连通；所述上夹套13与下夹套16之间通过夹套隔圈28密封连接。

本发明中，所述内筒12内部设有六组U形换热管18，所述U形换热管18通过支撑架19固定在内筒12内壁上，六组U形换热管18在内筒12内壁上周向均布；所述U形换热管18包括内管和外管，内管与外管之间设置有螺旋导流板，内管、外管和螺旋导流板构成螺旋流道；所述U形换热管18上连接有进水管10和出水管9，所述进水管10与螺旋流道一端连通，螺旋流道另一端与内管一端连通，内管另一端与所述出水管9连通，所述进水管10和出水管9贯穿设置在所述内筒12和上夹套13上。工作时，冷却水从进水管10流入内管与外管间的螺旋流道的一端，然后流过整个螺旋流道后从内管流出，从而带走热量，降低釜内温度。

在撤热方面，本发明通过采用带导流板的夹套结构和内部的六组U形换热管18，换热面积较传统指形管大，并能起到一定的挡板作用，撤热效果较现有技术更为稳定，符合正常生产的需要和使用。

如图1所示，本实施例中，所述下冷却进水口24的进水方向为下螺旋形冷却水道的切线方向。这样可以降低冷却水流通时的阻力，使冷却水和内筒12物料产生逆流，提高了换热效果。

由于间歇式液相本体法聚丙烯装置的聚合釜内物料的相态是随时间而变化的，开始反应时釜内全部是是液相丙烯，随着反应时间的延长，液相丙烯中悬浮的聚丙烯固体颗粒逐渐增多，到“干锅”反应结束特别是丙烯回收后，釜内几乎全部是固体聚丙烯颗粒。因此要保证良好的搅拌效果，搅拌器是关键。为此，本发明设计一种如图1、图2所示的能够提供复合搅拌的搅拌器，该搅拌器主要由双螺旋带搅拌桨叶21、单螺带搅拌桨叶26和直搅拌桨22组成，所述双螺旋带搅拌桨叶21固定在搅拌轴11下端，所述单螺带搅拌桨叶26固定在搅拌轴11上部，所述直搅拌桨22固定在搅拌轴11下部且位于双螺旋带搅拌桨叶21上方。

如图1、图2所示，所述双螺旋带搅拌桨叶21通过第一双横梁支架30和第二双横梁支架31固定安装在搅拌轴11上，第一双横梁支架30和第二双横梁支架31一下一上地固定在搅拌轴11下端且相互垂直，所述双螺旋带搅拌桨叶21包括两个对称设置的具有上升螺旋面的底部螺带21.1，所述底部螺带21.1下端与第一双横梁支架30的横梁35外端固定连接，底部螺带21.1上端与第二双横梁支架31的横梁35外端固定连接。本发明中，所述底部螺带21.1上升螺旋面的螺旋升角优选设置为10°。

如图1、图2所示，所述单螺带搅拌桨叶26通过单横梁支架32和第三双横梁支架33固定安装在搅拌轴11上，若干个单横梁支架32等间距固定在搅拌轴11上部，所述第三双横梁支架33设置最上方的单横梁支架32的上方且固定在搅拌轴11上，所述单螺带搅拌桨叶26包括一根连续平滑的具有上升螺旋面的螺带26.1，单螺带搅拌桨叶26下端与第二双横梁支架31的横梁35端部固定连接，单螺带搅拌桨叶26上端与第三双横梁支架33的横梁35端部固定连接。本发明中，所述螺带26.1上升螺旋面的螺旋升角优选设置为13~19°。

本发明中，由于底部螺带21.1也具有一定的螺旋升角，并且底部螺带21.1的底部形状与下封头20内壁曲率吻合，从而可以使物料和催化剂向上翻，实现无死角的均匀搅拌。而且直搅拌桨22也能够上翻物料，减少物料在反应釜底部的聚集，确保物料无结块现象，稳定产品质量。由于螺带26.1具有连续平滑的上升螺旋面，从而能有效推动物料向上、向中间运动，将物料充分分散到釜体内的夹套与U形换热管18部位，与换热面反复接触使物料得到热量交换。同时可以将进入的物料迅速分散到整个釜体，这样，在釜体内任何点上的组分将趋于平均组成，因此在任何一点的反应速率近似相等。

如图1~图3所示，所述第一双横梁支架30主要由夹壳34和两根横梁35组成，所述夹壳34箍抱固定在所述搅拌轴11上，两根横梁35固定在所述夹壳34外壁上，两根横梁35的长度方向位于同一直线上，所述横梁35为截面自内端向外端逐渐变小的变截面梁。变截面设计降低了横梁35对物料的阻力，降低了功耗。所述第二双横梁支架31和第三双横梁支架33的结构与第一双横梁支架30相同，所述单横梁支架32与第一双横梁支架30的区别仅在于少了一根横梁35，故此处不再赘述。

如图1、图2所示，本实施例中，所述横梁35底边自内端向外端逐渐向上倾斜，横梁35底边与水平方向的夹角α为12~20°。

本发明设计的搅拌器不仅结构简单、便于加工，而且经过实际使用证明，在明显降低消耗功率的前提下，运行也比较稳定，重载下搅拌电流也没有明显的波动。对于反应釜底部易产生聚丙烯塑化块的现象能够有效应对。

如图1所示，本实施例中，所述下夹套16底部与下凸缘23连接处设计有挠性结构，所述内筒12的测温口25处设计有挠性结构。本发明的两处挠性结构是针对聚丙烯生产特点——夹套内冷、热水的交替使用而设计的，挠性结构能充分吸收由于夹套内冷热水交替产生的温差应力，提高设备的结构强度及使用寿命。

如图1所示，本实施例中，所述搅拌轴11包括搅拌轴上段11.1和搅拌轴下段11.2，搅拌轴上段11.1的上端通过联轴器3与减速机的输出轴连接，搅拌轴上段11.1穿装在轴封5内，轴封5固定在机架4上，搅拌轴下段11.2设置在釜体内的中心位置，搅拌轴下段11.2的上端与搅拌轴上段11.1的下端通过内联轴器8连接成整体。本发明中的轴封5可根据用户使用习惯选择填料密封或是机械密封。