聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，包括聚合釜和搅拌器，搅拌组件和聚合釜的内室内壁设有特氟龙涂层，还包括均质混合泵、第一冷却水进水管、第二冷却水进水管、釜外换热器和釜外循环泵，釜外换热器的物料进口通过釜外循环泵连通聚合釜底部的物料循环出口，釜外换热器的物料出口通过均质混合泵连通聚合釜中部的物料循环进口。该反应装置能够实现新加入物料与釜内物料快速实现均一化，能够及时地移除反应热，实现反应温度的稳定控制，能够有效地改善聚丙烯腈PAN基碳纤维连续溶液聚合首釜凝胶严重的问题，延长连续聚合稳定运转的周期，改善聚合原液品质，进而提高碳纤维品质。

Reaction device for continuous solution polymerization of polyacrylonitrile based carbon fiber

The invention provides a polyacrylonitrile based carbon fiber continuous solution polymerization reaction device, including polymerization kettle and mixer, mixing chamber components and polymerization kettle wall has a Teflon coating, including homogeneous mixing pump, a first cooling water inlet pipe second, a cooling water inlet pipe, heat exchanger and the outer kettle kettle external circulation pump, material the imported heat exchanger reactor through the external circulation pump is connected with the kettle material circulation outlet at the bottom of the outer kettle polymerization, heat exchanger material outlet through homogeneous mixing pump connected polymerization material circulation central import kettle. The reaction device can realize the fast implementation of new materials and homogeneous reactor, to remove the reaction heat, realize the stable control of reaction temperature, can effectively improve the continuous solution of polyacrylonitrile based carbon fiber PAN polymerization kettle gel first serious problem, prolong the continuous polymerization cycle stable operation, improve the quality of solution polymerization. So as to improve the quality of carbon fiber.

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置
本专利技术涉及一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置。
技术介绍
碳纤维具有耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、高比强度、高比模量等特点，是一种理想的功能材料和结构材料，广泛应用于航空航天、能源、交通、电子、土木工程及体育休闲等领域。目前世界上生产和销售的碳纤维绝大部分都是聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。聚丙烯腈基（PAN）碳纤维是丙烯腈（AN）与共聚单体进行自由基聚合，而后经纺丝、预氧化、碳化制备而成。以DMSO为溶剂的聚丙烯腈（PAN）合成装置分为连续聚合和间歇聚合两种形式。连续聚合操作简单、反应缓和、稳定、波动小、容易控制、制得聚合物分子量分布较窄，较容易实现规模化生产，但是一般首釜凝胶现象比较严重，会严重制约连续运转的周期。供纺原液容易引入凝胶杂质，影响原丝和碳丝品质；间歇聚合最大的优势是釜内基本无凝胶产生，但是聚合反应前快后慢差异大，自动加速现象明显，导致聚合物分子量分布较大，操作流程复杂，导致重合性差，批次间波动大。连续聚合首釜凝胶问题是无法避免的，倘若能很好的改善，使连续聚合无明显凝胶状态稳定运转6个月以上，那么连续聚合的优势将远大于间歇聚合，成为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维首选的聚合形式。上述问题是在聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置设计过程中应当予以考虑并解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置解决现有技术中存在的首釜凝胶现象比较严重，会严重制约连续运转的周期的问题。本专利技术的技术解决方案是：一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，包括聚合釜和搅拌器，聚合釜的顶部设有出料口，搅拌器包括电机、减速箱和搅拌组件，电机和减速箱设于聚合釜的顶部，搅拌组件设于聚合釜的内室内，搅拌组件和聚合釜的内室内壁设有特氟龙涂层，还包括均质混合泵、第一冷却水进水管、第二冷却水进水管、釜外换热器、釜外循环管路和釜外循环泵，聚合釜外设有用于冷却水穿过的冷却夹套，冷却夹套的一侧连通第一冷却水进水管，冷却夹套的另一侧连通第一冷却水出水管，第二冷却水进水管连通釜外换热器的冷却水进口，釜外换热器的冷却水出口连通第二冷却水出水管，釜外循环管路的内壁设有特氟龙涂层，釜外循环管路包括第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，釜外换热器的物料进口依次通过第二管路、釜外循环泵第一管路、连通聚合釜底部的物料循环出口，釜外换热器的物料出口依次通过第三管路、均质混合泵、第四管路连通聚合釜中部的物料循环进口，均质混合泵还设有液体进口。进一步地，特氟龙涂层采用PFA涂层或PTFE涂层，特氟龙涂层的喷涂厚度为100~250um。进一步地，搅拌器采用无轴框式双螺带搅拌器。进一步地，釜外换热器采用宽流道板式换热器。进一步地，聚合釜设有测温变送器和测压变送器。进一步地，该聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置的使用过程具体为：需配制好的混合单体溶液，通过液态进口连续加入到均质混合泵中，与釜外循环泵输送来的物料在均质混合泵内快速混合均匀，然后再通过物料循环进口进入聚合釜，聚合釜内的物料从釜顶出料口连续排出；其中，聚合釜聚合反应放出的热量及搅拌器搅拌产生的热量通过聚合釜的冷却夹套和釜外换热器的冷却水换热带走。本专利技术的有益效果是：该种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，通过解决进聚合釜物料浓度和温度不均一的问题，有效地改善了微反应环境的差异，并通过设置特氟龙涂层，从而能够保证聚合釜内凝胶很少，能够改善现有的连续聚合装置首釜凝胶严重，连续稳定运转周期短约40天左右的问题，解决不锈钢聚合釜结疤后无法彻底清洗干净的问题。最终实现聚丙烯腈PAN连续溶液聚合无凝胶状态连续稳定运转6个月以上，为生产高品质、高性能的聚丙烯腈基碳纤维提供保障。附图说明图1是本专利技术实施例聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置的结构示意图；其中：1-聚合釜，2-搅拌器，3-釜外循环泵，4-釜外换热器，5-均质混合泵，6-特氟龙涂层，7-液体进口，8-出料口，9-测温变送器，10-冷却夹套，11-第一冷却水进水管，12-第二冷却水进水管，13-第一冷却水出水管，14-第二冷却水出水管，15-测压变送器，16-第一管路，17-第二管路，18-第三管路，19-第四管路。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。实施例一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，包括聚合釜1和搅拌器2，聚合釜1的顶部设有出料口8，搅拌器2包括电机、减速箱和搅拌组件，电机和减速箱设于聚合釜1的顶部，搅拌组件设于聚合釜1的内室内，搅拌组件和聚合釜1的内室内壁设有特氟龙涂层6，还包括均质混合泵5、第一冷却水进水管11、第二冷却水进水管12、釜外换热器4、釜外循环管路和釜外循环泵3，聚合釜1外设有用于冷却水穿过的冷却夹套10，冷却夹套10的一侧连通第一冷却水进水管11，冷却夹套10的另一侧连通第一冷却水出水管13，第二冷却水进水管12连通釜外换热器4的冷却水进口，釜外换热器4的冷却水出口连通第二冷却水出水管14，釜外循环管路的内壁设有特氟龙涂层6，釜外循环管路包括第一管路16、第二管路17、第三管路18和第四管路19，釜外换热器4的物料进口依次通过第二管路17、釜外循环泵3第一管路16、连通聚合釜1底部的物料循环出口，釜外换热器4的物料出口依次通过第三管路18、均质混合泵5、第四管路19连通聚合釜1中部的物料循环进口，均质混合泵5还设有液体进口7。该种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，通过解决进聚合釜1物料浓度和温度不均一的问题，有效地改善了微反应环境的差异，并通过设置特氟龙涂层6，从而能够保证聚合釜1内凝胶很少，能够改善现有的连续聚合装置首釜凝胶严重，连续稳定运转周期短约40天左右的问题，解决不锈钢聚合釜1结疤后无法彻底清洗干净的问题。最终实现聚丙烯腈PAN连续溶液聚合无凝胶状态连续稳定运转6个月以上，为生产高品质、高性能的聚丙烯腈基碳纤维提供保障。实施例解决新加入物料与釜内物料快速实现均一化的方案在于：均质混合泵5有A、B两种物料进料口，即液体进口7与连通釜外换热器4的进口，进料均质混合泵5能实现粘度和流量相差较的两股物料快速实现均一化，有效地解决了进聚合釜1物料浓度和温度不均一的问题，有效地改善了微反应环境的差异，对改善聚合釜1首釜凝胶问题有很大的帮助。实施例可选用可变频调速的多齿轮均质混合泵5，均质混合泵5转速在100~500rpm之间，新加入的物料与釜外循环打过来的物料分别从均质混合泵5两个入口进入泵腔，在泵腔内通过双齿轮或多齿轮啮合，可以在零点几秒实现物料浓度和温度的均一，能够有效的改善了因为浓度和温度差异导致釜内和加料口凝胶严重的问题。实施例中，聚合釜1接触物料的内表面都进行了特氟龙涂层6喷涂处理，特氟龙涂层6材质为PFA或PTFE，喷涂厚度为100~250um，用于防止釜内物料粘附后形成凝胶。搅拌器2接触物料的外表面都进行了特氟龙涂层6喷涂处理，特氟龙涂层6材质为PFA或PTFE，喷涂厚度为100~250um，用于防止釜内物料粘附后形成凝胶。实施例解决聚合釜1结疤及清洗不干净具体为：釜内所有与物料接触的表面在原来不锈钢的基础上进行了喷涂特氟龙涂层6不粘处理。其原因一是特氟龙涂层6本身本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，包括聚合釜和搅拌器，聚合釜的顶部设有出料口，搅拌器包括电机、减速箱和搅拌组件，电机和减速箱设于聚合釜的顶部，搅拌组件设于聚合釜的内室内，其特征在于：搅拌组件和聚合釜的内室内壁设有特氟龙涂层，还包括均质混合泵、第一冷却水进水管、第二冷却水进水管、釜外换热器、釜外循环管路和釜外循环泵，聚合釜外设有用于冷却水穿过的冷却夹套，冷却夹套的一侧连通第一冷却水进水管，冷却夹套的另一侧连通第一冷却水出水管，第二冷却水进水管连通釜外换热器的冷却水进口，釜外换热器的冷却水出口连通第二冷却水出水管，釜外循环管路的内壁设有特氟龙涂层，釜外循环管路包括第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，釜外换热器的物料进口依次通过第二管路、釜外循环泵第一管路、连通聚合釜底部的物料循环出口，釜外换热器的物料出口依次通过第三管路、均质混合泵、第四管路连通聚合釜中部的物料循环进口，均质混合泵还设有液体进口。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置，包括聚合釜和搅拌器，聚合釜的顶部设有出料口，搅拌器包括电机、减速箱和搅拌组件，电机和减速箱设于聚合釜的顶部，搅拌组件设于聚合釜的内室内，其特征在于：搅拌组件和聚合釜的内室内壁设有特氟龙涂层，还包括均质混合泵、第一冷却水进水管、第二冷却水进水管、釜外换热器、釜外循环管路和釜外循环泵，聚合釜外设有用于冷却水穿过的冷却夹套，冷却夹套的一侧连通第一冷却水进水管，冷却夹套的另一侧连通第一冷却水出水管，第二冷却水进水管连通釜外换热器的冷却水进口，釜外换热器的冷却水出口连通第二冷却水出水管，釜外循环管路的内壁设有特氟龙涂层，釜外循环管路包括第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，釜外换热器的物料进口依次通过第二管路、釜外循环泵第一管路、连通聚合釜底部的物料循环出口，釜外换热器的物料出口依次通过第三管路、均质混合泵、第四管路连通聚合釜中部的物料循环进口，均质混合泵还设有液体进口。2.如权利要求1所述的聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：程世锋，刘贯通，钱鸿川，何小松，刘晓，
申请(专利权)人：江苏恒神股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32