[发明专利]一种多螺杆混合器及其在聚对苯二甲酰对苯二胺连续聚合反应中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合装置，具体涉及一种螺杆型混合器，本发明还特别涉及该螺杆混合器在聚对苯二甲酰对苯二胺连续聚合反应中的应用。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）树脂是制备高强度、高模量、耐高温的特种纤维对位芳纶和具有高耐摩性、高度分散性的芳纶浆粕的原料，用它可制得比强度是钢丝的5-6倍、比模量是钢丝的2-3倍、耐350℃高温的对位芳纶纤维以及获得可作为石棉的理想代用品芳纶浆粕来制成耐高温、耐摩擦的绝缘纸。现有技术中，由对苯二胺（PPDA）和对苯二甲酰氯（TPC）发生聚合反应制备。在聚合反应过程中两种单体的缩聚反应速度极快，对单体的等克分子比要求极高，瞬间周向混合两种温差较大、体积流量相差较大的单体物料成为高产量生产线稳定地工业化生产的技术难点之一，对于混合器的要求很高。

现有技术中的混合装置在用于聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合反应时均存在不足，例如美国专利US 3884881中公开了一种活塞式的喷射混合器。该混合器有两个垂直连接的腔体，两种单体分别喷射到腔体中以后，腔体末端的活塞同时向前推动混合并进入主反应器。该混料器可以保证活塞每个冲程内两种单体的等克分子比，但混合效果相对较差，而且自清洁效果差喷射混合器容易堵塞，影响缩聚反应顺利进行。中国专利ZL90105870.X中公开了一种自清式双轴混合器，该专利是将对苯二胺先与部分对苯二甲酰氯在N--甲基吡咯烷酮-氯化钙溶剂体系中进行预缩聚，再加入剩余的熔融对苯二甲酰氯在自清式双轴混合器中混合后进入排气双螺杆挤出机中缩聚。该混料器自清效果好，同时具有一定的混合作用，但直径放大后由于双螺杆导程较大混合效果会明显下降，无法配合大型双螺杆聚合反应。中国专利公开CN101195681A中公开了一种用于高温差物料的混合器，其特点是混合仓内有搅拌杆，搅拌杆的顶端连接搅拌头，搅拌杆与搅拌头以螺纹形式相连接起混合输送作用。该混合器具有一定的混合输送作用，但搅拌杆为单螺杆结构自清效果差，很容易造成搅拌杆粘料现象从而影响混合效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种多螺杆混合器，其能够实现瞬间周向混合两种温差较大、体积流量相差较大的物料。

本发明同时还涉及上述多螺杆混合器在聚对苯二甲酰对苯二胺连续聚合反应中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种多螺杆混合器，包括在相对两侧具有物料进口和物料出口的筒体，所述多螺杆混合器还包括能够绕自身轴心线转动地设置在筒体内的主螺杆、用于驱动主螺杆转动的驱动机构、设置在筒体内与主螺杆相啮合的多根副螺杆，多根副螺杆沿着主螺杆的周向均匀分布。

根据本发明，4～8根副螺杆是优选的，其中以6根为最优。

根据本发明的一个具体方面，多螺杆混合器中的主螺杆和副螺杆均沿着筒体的长度方向延伸，且主螺杆和副螺杆之间同向啮合。主螺杆包括在驱动机构的作用下绕自身轴心线能够转动的主芯轴和固定设置在主芯轴外周的主螺纹块，副螺杆包括绕自身轴心线能够转动的副芯轴和固定设置在副芯轴外周的副螺纹块。主螺纹块和副螺纹块的形式可以为正向或反向螺纹、带沟槽的正向或反向螺纹、齿形元件、带沟槽的齿形元件以及密炼元件中的一种或多种的组合。正向或反向螺纹可以为单头，双头或三头。优选地，主螺纹块、副螺纹块采用正向或反向螺纹、带沟槽的正向或反向螺纹、齿形元件、带沟槽的齿形元件以及密炼元件的组合形式以获得更好的混合效果。

本发明中提及的“正向或反向螺纹”是指螺纹沿着螺杆芯轴长度方向顺时针或逆时针缠绕；“带沟槽的正向螺纹或反向螺纹”是指带着沟槽的螺纹沿着螺杆芯轴长度方向顺时针或逆时针缠绕；“齿形元件”是指可围绕在螺杆芯轴外周的呈齿形状的部件；“带沟槽的齿形元件”是指可围绕在螺杆芯轴外周的呈齿形状的部件，且在该部件上设有沟槽。

在根据本发明的一个具体实施例中，所述的筒体的长径比为5～20 :1，主螺纹块的外径在100～300mm之间，副螺纹块的外径在65～200mm之间，主螺纹块与副螺纹块之间、副螺纹块与筒体的内壁之间均具有0.2～2mm的间隙，主螺纹块、副螺纹块的导程范围为40～160mm。所述间隙的存在可以保证混合器的自清效果。

根据本发明，物料进口包括设置在筒体上的至少两个原料通道以及形成在每个原料通道的内端部的喷射孔，如此，可以通过不同原料来设计原料通道和喷射孔以使不同物料进入混合器的速度接近。

根据本发明的一个优选方案，多螺杆混合器还包括设置在筒体外周用于通加热或冷却介质的夹套，如此，可以方便地对混合器内的物料的温度进行调控。