高粘自清式脫泡機在高分子材料碳纖維工藝中應用

一、前言

在高粘流體脫泡高分子材料碳纖維工藝中，涉及到蒸發(fā)和混合等單元操作。為了滿足工藝對設備的要求，索孚公司開發(fā)和設計了特殊的WZD型自清潔攪拌脫泡機，以保證設備在處理高粘度物料時能具有最佳的傳熱、傳質(zhì)、混合的機械性能。

對脫泡過程，傳統(tǒng)的方法是在落條式設備及釜式設備中進行處理。隨著產(chǎn)品中揮發(fā)組分的揮發(fā)以及剩余單體量的減少，產(chǎn)品的粘度逐漸增加，脫泡越來越困難。因此，該設備整個過程是在高真空下進行的，以盡可能地降低揮發(fā)組份在氣相中的分壓。為了提高生產(chǎn)能力，增大熔體比表面積和提高表面更新速率，進而增加揮發(fā)組分在熔體中的擴散速率成為提高反應速率的關(guān)鍵。

WZD型自清潔脫泡器以其具備如下性能而成功應用于該工藝過程：

● 強力混合、捏合作用；

● 傳熱面積大；

●并具有自清潔能力，以阻止物料在傳熱面上粘結(jié)。

●有效容積大，物料停留時間長。

二、構(gòu)造

WZD型自清潔脫泡器結(jié)構(gòu)主要由電機、減速機、鏈輪、機架、密封、臥式筒體、一根帶刮板的傳動軸、與刮板相嚙合的勾爪、旋轉(zhuǎn)接頭、支座等組成。

WZD型自清潔脫泡機外形圖

三、工作原理

圖1. WZD型自清潔脫泡器的工作原理   1.軸  2.攪拌槳  3.刮板  4.勾爪

WZD型自清潔脫揮器為連續(xù)式操作，用于對混合(或嚙合)要求很高的高粘物料的反應、脫泡等工藝過程。其由一套傳動裝置、一個水平殼體和與其同軸心的水平軸組成。水平軸上安裝有與軸垂直的攪拌槳，攪拌槳上帶刮板，殼體上安裝有對應的勾爪。攪拌槳既清潔筒體兩個端面，又帶動刮板清潔筒體內(nèi)壁，勾爪是靜止的，它能清潔運轉(zhuǎn)的軸及攪拌槳。所有部件均可被用來進行熱傳遞。如圖1所示。

為了盡量增大單位設備容積的傳熱面積，WZD型自清潔脫泡器的殼體、攪拌軸和攪拌槳都通有導熱介質(zhì)。強勁的混合和捏合作用能有效地使物料更快地表面更新，該作用與具有自清潔功能的傳熱面相結(jié)合，從而確保熱、質(zhì)傳遞所需的高表面更新速率。

WZD型自清潔脫泡器的裝料系數(shù)通常范圍是50%左右，為氣－液分離和流動留出了足夠的自由空間。與螺桿擠壓類設備不同WZD型自清潔脫泡器內(nèi)物料的軸向輸送速度與攪拌軸轉(zhuǎn)速無關(guān)，使之對進料量和組成的變化都具有極好的適應性，并可減少設備的磨損。

為了適應在真空狀態(tài)下的操作，專門安裝了適用于高粘度物料的齒輪泵式出料器(客戶自配齒輪泵)。齒輪泵式出料器在稍微超負荷的條件下工作，以保證物料能連續(xù)地排出，并輸入下一工段。

安裝在反應器頂部的聚氣室用于氣體排放。由于聚氣室的口徑較大，汽體在聚氣室里的流速極低，即使在高真空的條件下，液滴的夾帶量仍極小。

表1. WZD型自清潔脫泡器的特性

強烈混合和捏合作用	強化傳熱和傳質(zhì)。能適應物料的各種狀態(tài)變化。
加熱、冷卻面積大	保證能量輸入、輸出與擴散速率。
具有自清潔功能	增加傳熱系數(shù)。
物料界面更新速率高	強化邊界層的熱、質(zhì)傳遞。
有效容積大	處理量高，并使物料的停留時間延長。
軸向返混小	接近平推流，停留時間分布極窄。
截面積大	允許輸入和分離氣體，并且閃蒸過熱液體。
封閉結(jié)構(gòu)	可在真空狀態(tài)下操作。

本項目設備技術(shù)參數(shù)，設備參數(shù)如下表：

設備名稱			設備主材料	變頻電機功率(Kw)		轉(zhuǎn)速(rpm)
WZD-4型自清潔脫泡機			SUS316L	15		≤xx
有效全容積 (m3)	工作壓力 (MPa)		工作溫度(°C)	傳熱面積 (m2)		設備自重 (Kg)
0.3	設備內(nèi)	夾套內(nèi)	1-150	設備內(nèi)	夾套內(nèi)	-3800
	-0.1	0.3		1.7	2.3
進料口尺寸 (mm)			出料口尺寸 (mm)	最大外形尺寸 (長X寬X高mm)
φ80			φ65	4200X1200X2200