反应器和用于该反应器的搅拌器

摘要

本公开提供了一种反应器和用于该反应器的搅拌器。在一个实施例中，一种反应器包括容器和搅拌器，搅拌器设置在容器内并且包括呈现螺带形式的桨叶。根据本公开，桨叶具有梯形形状的横截面，梯形形状由上水平部分、下倾斜部分、内竖直部分和外竖直部分共同限定而形成，其中，内竖直部分和外竖直部分均垂直于上水平部分，内竖直部分的长度大于外竖直部分的长度，内竖直部分的上端和外竖直部分的上端分别连接至上水平部分的两端，内竖直部分的下端和外竖直部分的下端分别连接至下倾斜部分的两端。

说明书

技术领域

本公开涉及反应器技术领域，具体地涉及例如一种用于聚合的反应器以及用于该反应器的搅拌器。

背景技术

用于聚烯烃聚合的反应器在工作过程中会持续形成新聚合物颗粒的粉末床(powder bed)。粉末颗粒的形成过程是放热反应过程，需要通过液体单体(liquidmonomer)的蒸发来冷却。液体单体分别从反应器容器的顶部和底部加入容器内部。这种反应器中通常采用螺带式搅拌器，螺带式搅拌器的功能是在容器的顶部和底部这两个冷却区之间输送粉末颗粒。粉末颗粒的理想流动模式是使粉末颗粒沿着容器的侧壁从容器的底部侧垂直向上输送到容器的顶部侧，随后允许粉末颗粒通过螺带式桨叶内部的开放区域从容器的顶部侧垂直下降至容器的底部侧。

相关技术中用于混合粉末床的螺带式搅拌器具有以下特性和设计特点：

-采用螺旋分配结构以将轮毂连接到螺旋桨叶并且避免在轮毂区域形成不流动区域；

-轮毂顶部采用不对称结构以避免结垢；

-搅拌器的底部区域被设计成便于气体分配(螺旋分配结构-轮毂和叶片之间的连接)；

-螺带式桨叶通过轮毂安装在搅拌器旋转轴上，在轮毂的下端设置了上导向环以及下导向环，上导向环和下导向环之间通过斜面支撑，而下导向环的斜面最低处与下导向环的底面之间的高度具有4mm、5mm和6mm三种尺寸，通过选择安装其中一种尺寸的下导向环，能够使安装状态下螺带式叶片的底部轮廓线与反应容器底封头中心处的加工平面之间的间隙处于[2.5mm+/-0.5mm]的范围内；

-螺旋桨叶的三角形空心轮廓在旋转方向上逐渐变细。

相关技术中，基于传统的构造和设计，螺带式桨叶的旋转运动会给流动中的粉末颗粒带来切向动量，致使粉末颗粒沿着切向旋转运动，而不是所期望地垂直向上运动。粉末颗粒的这种切向旋转运动是不利的，因为会延长粉末颗粒从反应器的底部移动至顶部的时间。

实用新型内容

本公开的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和/或缺陷的至少一个方面。

本公开的至少一个目的在于提供一种反应器和/或一种用于该反应器的搅拌器。

根据本公开的一个方面，提供一种反应器，包括：

容器；和

搅拌器，所述搅拌器设置在所述容器内，并且包括呈现螺带形式的桨叶，

其中，所述桨叶具有梯形形状的横截面，所述梯形形状由上水平部分、下倾斜部分、内竖直部分和外竖直部分共同限定而形成，其中，所述内竖直部分和所述外竖直部分均垂直于所述上水平部分，所述内竖直部分的长度大于所述外竖直部分的长度，所述内竖直部分的上端和所述外竖直部分的上端分别连接至所述上水平部分的两端，所述内竖直部分的下端和所述外竖直部分的下端分别连接至所述下倾斜部分的两端。

根据本公开的一个示例性实施例，所述桨叶的横截面高度由所述梯形形状的内竖直部分的长度所限定，所述桨叶的横截面宽度由所述梯形形状的上水平部分的长度所限定；其中，所述桨叶的横截面宽度与横截面高度之间的比例在约1.0-约1.65之间。优选地，所述桨叶的横截面宽度与横截面高度之间的所述比例为约1.28。

根据本公开的一个示例性实施例，所述梯形形状的下倾斜部分相对于所述梯形形状的内竖直部分的倾斜角度在约24°-约40°之间。优选地，所述梯形形状的下倾斜部分相对于所述梯形形状的内竖直部分的倾斜角度为约32°。

根据本公开的一个示例性实施例，所述桨叶的外表面的表面粗糙度Ra小于约0.8微米。

根据本公开的一个示例性实施例，所述桨叶的卷绕高度与所述容器的内径之间的比例大于约0.36。

根据本公开的一个示例性实施例，所述桨叶的最大外径与所述容器的内径之间的间隙距离相对于所述容器的内径的比例小于约0.032。

根据本公开的一个示例性实施例，从所述反应器的横向截面观察，所述容器的由所述桨叶所覆盖的部分的横向截面面积占所述容器的整个横向截面面积的比例在约0.35-约0.5之间。优选地，从所述反应器的横向截面观察，所述容器的由所述桨叶所覆盖的部分的横向截面面积占所述容器的整个横向截面面积的比例为约0.4。

根据本公开的另一个方面，提供一种搅拌器，用于设置在反应器的容器内，所述搅拌器包括：呈现螺带形式的桨叶，其中，所述桨叶具有梯形形状的横截面，所述梯形形状由上水平部分、下倾斜部分、内竖直部分和外竖直部分共同限定而形成，其中，所述内竖直部分和所述外竖直部分均垂直于所述上水平部分，所述内竖直部分的长度大于所述外竖直部分的长度，所述内竖直部分的上端和所述外竖直部分的上端分别连接至所述上水平部分的两端，所述内竖直部分的下端和所述外竖直部分的下端分别连接至所述下倾斜部分的两端。

根据本公开的一个示例性实施例，所述桨叶的横截面高度由所述梯形形状的内竖直部分的长度所限定，所述桨叶的横截面宽度由所述梯形形状的上水平部分的长度所限定；其中，所述桨叶的横截面宽度与横截面高度之间的比例在约1.0-约1.65之间。优选地，所述桨叶的横截面宽度与横截面高度之间的所述比例为约1.28。

根据本公开的一个示例性实施例，所述梯形形状的下倾斜部分相对于所述梯形形状的内竖直部分的倾斜角度在约24°-约40°之间。优选地，所述梯形形状的下倾斜部分相对于所述梯形形状的内竖直部分的倾斜角度为约32°。

根据本公开的一个示例性实施例，所述桨叶的外表面的表面粗糙度Ra小于约0.8微米。

本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器，通过优化搅拌器的螺带形式桨叶的结构和尺寸，使得其所实现的混合模式的特点是由桨叶所引起的粉末床的向上运动发生在容器的侧壁处而粉末床的向下运动发生在容器的中心处。

本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器，通过选择适当的桨叶结构和尺寸以及对桨叶进行适当的表面处理，实现了垂直圆形混合特征的混合模式，使得粉末床在向上运动过程中的切向旋转运动非常有限，这是实现最小循环时间的关键，从而避免粉末床在其上下移动的过程中过热的现象。根据本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器所实现的混合模式最大限度地减少了向上运动的粉末和向下运动的粉末之间的分界面处的返混现象以及不流动区域。

本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器可以用于混合PP(Polypropylene)粉末床，无论粒度分布和颗粒形状如何。根据本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器可以增加PP的产量。根据本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器不限于用来混合PP产品，也可以用来混合其它聚烯烃产品。

本公开实施例提供的搅拌器还可以应用到各种反应器，例如用于固态颗粒的反应器。

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

附图说明

图1是根据本公开的示例性实施例提供的反应器的纵向剖面结构示意图；

图2是显示根据本公开的示例性实施例提供的反应器中的容器内部的粉末床流动模式的示意图；

图3是根据本公开的示例性实施例提供的反应器中的搅拌器的整体结构示意图；

图4是显示图3所示的搅拌器中的桨叶的放大的横截面示意图；和

图5是显示根据本公开的示例性实施例提供的反应器中的桨叶与容器内壁的放大的纵向剖面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本公开的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本公开实施方式的说明旨在对本公开的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本公开的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

用于聚合的反应器中，粉末颗粒(粉末床)的流动模式主要是由搅拌器螺带式桨叶的卷绕高度(winding height)、反应器容器的由螺带式桨叶所覆盖的部分的横向截面面积占容器的整个横向截面面积的比例、以及螺带式桨叶的旋转速度等因素决定的。

本公开实施例提供了一种反应器和一种用于该反应器的搅拌器。图1至图5显示了根据本公开的示例性实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器。图1是根据本公开的示例性实施例提供的反应器的纵向剖面结构示意图。图2是显示根据本公开的示例性实施例提供的反应器中的容器内部的粉末床流动模式的示意图。图3是根据本公开的示例性实施例提供的反应器中的搅拌器的整体结构示意图。图4是显示图3所示的搅拌器中的桨叶的放大的横截面示意图。图5是显示根据本公开的示例性实施例提供的反应器中的桨叶与容器内壁的放大的纵向剖面示意图。

参见图1，反应器100包括容器10和设置在容器10内的搅拌器20。容器10为立式结构。搅拌器20包括呈现螺带形式的桨叶30，桨叶30通过轮毂40安装在外接的搅拌器驱动轴(未图示)上，因而使得桨叶30通过轮毂40在搅拌器驱动轴的驱动下能够在容器10内进行旋转。

根据本公开示例性实施例，如图3所示，桨叶30呈现螺带形式。参见图4，桨叶30具有大致梯形形状的横截面，该梯形形状由上水平部分31、下倾斜部分32、内竖直部分33和外竖直部分34共同限定而形成。如图4所示，内竖直部分33和外竖直部分34均垂直于上水平部分31，内竖直部分33的长度大于外竖直部分34的长度，内竖直部分33的上端和外竖直部分34的上端分别连接至上水平部分31的两端，内竖直部分33的下端和外竖直部分34的下端分别连接至下倾斜部分32的两端。这里，内竖直部分33是指桨叶30被安装在容器10内部时基本朝向容器10中心的部分，外竖直部分34是指桨叶30被安装在容器10内部时基本朝向容器10外缘(或朝向容器10的容器内壁)的部分；相应地，上水平部分31是指桨叶30被安装在容器10内部时基本朝向容器10顶部的部分，而下倾斜部分32是指桨叶30被安装在容器10内部时基本朝向容器10底部的部分。其中，内竖直部分33和外竖直部分34基本平行于桨叶30的旋转轴线、同时基本平行于容器10的中心轴线。例如，这些上水平部分31、下倾斜部分32、内竖直部分33和外竖直部分34可以采用板状构件，并且共同形成桨叶30的中空的大致梯形形状的横截面结构。

根据本公开，通过优化搅拌器的螺带形式桨叶的结构和尺寸，使得其所实现的混合模式的特点是由桨叶所引起的粉末床的向上运动发生在容器的侧壁处而粉末床的向下运动发生在容器的中心处。表1显示了反应器100中的桨叶30等部件的若干尺寸系数(比值)的示例值和取值范围。

表1

根据本公开实施例，如图4所示，桨叶30具有大致梯形形状的横截面，桨叶30的横截面高度a由梯形形状的内竖直部分33的长度所限定，桨叶30的横截面宽度b由梯形形状的上水平部分31的长度所限定。此外，梯形形状的外竖直部分33的长度为c，c小于a。根据本公开，参见表1，桨叶30的横截面宽度b与横截面高度a之间的比例b/a的取值范围在约1.0-约1.65之间。在一个示例性实施例中，桨叶30的横截面宽度b与横截面高度a之间的比例b/a可以为约1.28。

根据本公开实施例，如图4所示，桨叶30具有大致梯形形状的横截面，参见表1，梯形形状的下倾斜部分32相对于梯形形状的内竖直部分33的倾斜角度β的取值范围在约24°-约40°之间。在一个示例性实施例中，梯形形状的下倾斜部分32相对于梯形形状的内竖直部分33的倾斜角度β为约32°。

由上可知，本公开提供的反应器中，桨叶30采用没有外部支撑结构的螺带形式。如前所述，参见图4，桨叶30具有大致梯形形状的横截面，该梯形形状由上水平部分31、下倾斜部分32、内竖直部分33和外竖直部分34共同限定形成，其中梯形形状的下倾斜部分32相对于梯形形状的内竖直部分33的倾斜角度β。通过上述构造，由于没有设置外部支撑结构，不会引入障碍物，从而避免不必要的粉末流动(例如粉末在不需要的环形方向上的运动)。此外，桨叶30采用大致梯形形状的横截面，使得在工作状态下桨叶30的下方形成气体流道，通过该气体流道能够将一部分气体流有效地导向至位于反应器顶部处的气体出口，而不使这一部分气体流通过粉末床并引起流化，从而扰乱混合模式。这样，桨叶30形成的气体流道通过在不干扰混合模式的情况下允许更高的冷却剂输送到反应器底部区域，从而实现更高的生产量。通过适当设计上述倾斜角度β，使气体将在桨叶30下方流动而不逃逸。也就是说，与相关技术中需要避免和克服气体流道的形成相反地，本公开实施例提供的反应器，通过对桨叶的结构和尺寸进行优化设计，通过促进气体流道的形成，以避免粉末床和气流的完全混合。

为了进一步最小化桨叶30旋转时施加在粉末颗粒上的切向动量从而改善流动模式，根据本公开实施例，具体地，桨叶30的外表面经抛光工艺处理，以使得桨叶30的外表面的表面粗糙度Ra可以小于约0.8微米(例如采用表面粗糙度测量仪器对长度为0.8mm的桨叶片段测量所得)。更具体地，通过抛光桨叶30的上表面，可以将粉末颗粒和桨叶30之间的摩擦减小到使得围绕桨叶30轴线的旋转次数可以减小到小于3的程度，如图2所示(图中，带有箭头的虚实线表示围绕桨叶30轴线的旋转路径)。本公开实施例提供的反应器，通过这种受控的流动模式，实现了对聚合的显着更好的控制。

如上所述，反应器中粉末颗粒(粉末床)的流动模式的决定因素之一是搅拌器螺带式桨叶的卷绕高度(winding height)。也就是说，桨叶30的卷绕高度也是设计螺带式桨叶的倾斜角度(例如倾斜角度β)时需要衡量的标准，而桨叶的倾斜角度(例如倾斜角度β)又是影响桨叶的旋转过程中是否会对粉末颗粒产生切向动量的主要影响因素。为了尽可能减少这种切向动量从而减少粉末颗粒的环形旋转运动，根据本公开实施例，如图1所示，桨叶30的卷绕高度H与容器10的内径Dr之间的比例大于约0.36，参见表1。

根据本公开实施例，如图3所示，在反应器的工作过程中，尽管会受到其结构刚性的制约，处于旋转状态的桨叶30在沿着标号1所示的箭头所代表的旋转轴方向上会被适当压缩(即桨叶30的高度会适当变小)，并且桨叶30在由标号2所示的箭头所代表的其径向方向上会被适当扩展(如图3中的标号2所示的箭头所示，桨叶30的直径会适当变大)。根据本公开实施例，如图4所示，通过采用大致梯形形状的横截面，桨叶30自身所具有的这种内部支撑结构，以使当桨叶30以最高负载进行旋转时桨叶30处于被压缩状态下的直径能够达到受控的最大值。因此，在桨叶30的设计时需要考虑到桨叶30在旋转状态下的被压缩性，避免桨叶30在旋转过程中与容器10的内壁产生干涉，如图1和图5所示，桨叶30在未工作状态下(即未被压缩状态)的最大外径略微小于容器10的内径Dr。根据本公开实施例，参见表1，桨叶30的最大外径与容器10的内径Dr之间的间隙距离Dc相对于容器10的内径Dr的比例Dc/Dr小于约0.032。通过上述尺寸比值设计，既可以实现安装时将桨叶30从容器10的上方以垂直方式放置到容器内，又能避免桨叶30在旋转过程中与容器10的内壁产生干涉。

根据本公开实施例，如图1所示，参见表1，从反应器100的横向截面观察，容器10的由桨叶30所覆盖的部分的横向截面面积占容器10的整个横向截面面积的比例的取值范围在约0.35-约0.5之间。在一个示例性实施例中，从反应器100的横向截面观察，容器10的由桨叶30所覆盖的部分的横向截面面积占容器10的整个横向截面面积的比例为约0.4。通过上述构造，由于桨叶30具有大致梯形形状的横截面，在搅拌器20在反应器10的底部处被安装至驱动轴的情况下，桨叶30能够搅动位于反应器10的底部的粉末颗粒，从而避免粉末颗粒在反应器10底部的堆积。此外，搅拌器20的轮毂40可以采用偏心设计结构，有利于带动来自反应器10底部的粉末颗粒。

与此同时，本公开实施例还提供了一种用于前述反应器10的搅拌器20。参见图1、图3至图4，该搅拌器20，用于设置在反应器100的容器10内。关于搅拌器的描述和介绍可以参见前面所描述的相关技术内容，在此不再累述。

综上所述，本公开实施例提供的反应器以及用于该反应器的搅拌器，通过改进搅拌器的螺带形式桨叶的结构和尺寸，优化了搅拌器的结构设计，进而优化了搅拌器引起的流动模式，从而提高了反应器的生产量。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本公开的范围。