一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备及聚烯烃卤化方法技术

本发明专利技术提供了一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备及聚烯烃卤化方法，属于化工设备领域。该多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备包括串联的N阶挤出机，相邻两个挤出机之间通过单螺杆或螺杆泵封闭式连接；所述单螺杆或螺杆泵的机筒的入口端与上一阶挤出机的机头连接，出口端与下一阶挤出机的机尾连接；N阶挤出机的各螺杆均采用积木式组合结构串联而成；在第一阶挤出机上设有进料口，在其它阶挤出机上设有进气口和出气口。

A multistage screw extruding polyolefin halogenation equipment and polyolefin halogenation method

The invention provides a multi - order screw extrusion polyolefin halogenation equipment and polyolefin halogenation method, which belongs to the field of chemical equipment. Polyolefin halide devices including N order series extruder the multi - screw extrusion between two adjacent extruder closed connected by single screw or screw pump; entrance end cylinder of the single screw or screw pump is connected with the first order of the extruder head, outlet and an extruder the tail is connected; the screw extruder adopts N order combination structure in series; in the first order extrusion machine is provided with a feed inlet, in order to other extruder is provided with an air inlet and an air outlet.

【技术实现步骤摘要】
一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备及聚烯烃卤化方法
本专利技术属于化工装备领域，具体涉及一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备及聚烯烃卤化方法，是一种环保、耐腐蚀、零排放、低能耗的多阶挤出机串联组合，可广泛应用于聚烯烃的氟化、氯化、溴化等领域。
技术介绍
近年来，随着国家对环境保护的重视及化工产业环保排放标准的逐步提高，国内聚烯烃卤化生产企业面临着技术升级和成本提高的双重挑战。以氯化聚乙烯(CPE)为例，全球70～80％的产量集中在我国大陆区域，主要应用于聚烯烃的改性及聚氯乙烯的增韧。CPE的生产工艺从最先的溶剂法氯化发展至今的水相悬浮法氯化或酸相悬浮法氯化，其中酸相悬浮氯化工艺是目前最成熟也是被采用最多的氯化生产工艺。尽管酸相悬浮法是目前市场中最成熟的氯化技术，但每生产一吨的CPE其工艺水耗量仍达到14吨、循环水130吨，耗电量更高达1200kWh，其能耗成本占产品总成本15～30％。因此，固相卤化工艺就成为了制备卤化聚烯烃最理想的方法。美国Exxon公司在专利EP0124278及EP0124279中提出一种单阶式螺杆反应挤出卤化聚合物的生产工艺，其实施案例中包含的双螺杆氯化反应挤出所生产的氯化聚合物的氯化度偏低，如氯化高密度聚乙烯为0.38～0.72％，氯化三元乙丙橡胶为2.46～3.55％。这远未实现目前企业的氯化CPE的35±2％的含氯量要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备及聚烯烃卤化方法，满足卤化聚烯烃生产过程中的环保、节能需求，适用于目前氯化聚乙烯、氯化聚丙烯及氯化橡胶等卤化聚合物的生产要求。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，包括串联的N阶挤出机，相邻两个挤出机之间通过单螺杆或螺杆泵封闭式连接；所述单螺杆或螺杆泵的机筒的入口端与上一阶挤出机的机头连接，出口端与下一阶挤出机的机尾连接；N阶挤出机的各螺杆均采用积木式组合结构串联而成；在第一阶挤出机上设有进料口，在其它阶挤出机上均设有进气口和出气口。所述N等于3。所述第一阶挤出机采用双螺杆挤出机，其螺杆的直径为D，长径比L/D为25～35D；螺杆及机筒采用常规螺杆挤出用合金制作而成，表面为渗氮处理；螺杆与机筒间间隙为20～30微米，采用异向非啮合型挤出形式；螺杆混合段采用螺纹与啮合块组合结构，混合段长度为5～10D；所述第一阶挤出机的螺杆顶端设有止逆螺纹元件；所述第一阶挤出机的机头前端直接与单螺杆或螺杆泵封闭式连接。所述第一阶挤出机长径比L/D为30D。所述第二阶挤出机为平行双螺杆或三螺杆挤出机，且只包含混合均化段；其螺杆直径为1～2D，长径比20～50D；在螺杆上3～5D处设有反向螺纹，6～8D处设有深螺槽螺纹结构，在6～8D处设有进气口，所述进气口沿机筒周向均布，在机头端设有出气口；在距螺杆末端5～8D处设置深螺槽螺纹结构；所述混合均化段采用陶瓷啮合块积木式组合结构串联在螺杆上，啮合块之间的轴向间隙为10～20微米；机筒内表面涂有陶瓷镀层。第二阶挤出机的螺杆直径均为1.5D，长径比40～45D，啮合块之间的轴向间隙为10微米。第三阶挤出机至第N阶挤出机均为平行双螺杆或三螺杆挤出机，且只包含混合均化段；其螺杆直径为1～2D，长径比20～50D；在螺杆上3～5D处设有反向螺纹，6～8D处设有深螺槽螺纹结构；在6～8D处设有进气口，所述进气口在机筒上周向均布；在机头端设有出气口；所述混合均化段采用陶瓷啮合块积木式组合结构串联在螺杆上，啮合块之间的轴向间隙为1～20微米；机筒内表面涂有陶瓷镀层；在距螺杆末端8～10D处设有深螺槽螺纹结构。第三阶挤出机至第N阶挤出机的螺杆直径为1.5D，长径比40～45D；啮合块之间的轴向间隙为10微米。在第N阶挤出机的螺杆上距熔体流动的终端8～10D处串联有消泡脱气结构，所述消泡脱气结构包括陶瓷啮合块组合结构与深螺纹元件；所述消泡脱气结构段与第N阶挤出机中的卤化反应段采用反向螺纹元件隔离；采用正压将稀释气体从进气口注入，采用真空或负压系统从出气口抽出冷凝或溶液中和吸收，洗涤后的卤化聚烯烃经第N阶挤出机的机头挤出造粒，或再进一步冷冻粉碎。或者在第N阶挤出机后面安装脱气挤出机，其通过单螺杆或螺杆泵与第N阶挤出机封闭式连接；所述脱气挤出机为平行双螺杆或三螺杆挤出机，直径为D，长径比L/D为20～35，且螺纹元件只包括混合均化段，由螺纹单元与啮合块串联而成；沿熔体流动方向在螺杆轴向每隔10D布置反向螺纹，紧跟反向螺纹布置1～2D深螺槽螺纹单元；在所述脱气挤出机上设有进气口和出气口。第一阶挤出机采用常规螺杆或机筒合金钢，其余阶挤出机均采用高镍基合金基材或镀层与陶瓷啮合块组合结构件；螺杆混合元件、螺纹元件均采用全陶瓷组件，防腐镀层进行陶瓷、聚醚醚酮或聚四氟乙烯表面处理。利用所述多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备实现的聚烯烃卤化方法，包括：在高速搅拌机内将颗粒或粉末状待卤化聚烯烃与助剂共混形成原料，将该原料通过进料口输入到第一阶挤出机，在第一阶挤出机内进行熔融塑化和均匀混合后，经过单螺杆或螺杆泵密封输入到第二阶挤出机，在第二阶挤出机内进行均匀混合后，如果N等于2，则从第二阶挤出机输出，如果N大于2，则经过单螺杆或螺杆泵密封输入到下一阶挤出机，以此类推，直到经过第N阶挤出机的均匀混合后输出或者经过脱气挤出机输出。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：无工艺废水，环保；连续挤出卤化，节能；不同于酸相悬浮卤化法的“由表及里”的卤化过程，熔体与卤化介质直接混合发生卤化反应，产物卤素原子分布均匀；反应过程中无水参与，设备耐腐蚀性要求降低。附图说明图1是一种包含结构II的三阶螺杆挤出式卤化装备示意图；附图标记说明：1-第一阶塑化挤出机；2-一阶螺杆式强制熔体输送机；3-第二阶卤化挤出机；4-二阶螺杆式强制熔体输送机；5-第三阶卤化挤出机；6-三阶螺杆式强制熔体输送机；7-消泡脱气挤出机。排气口：T1、T3正压注入卤化介质，T2、T4真空抽出尾气，T5注入清洗用稀释气体，T6尾气吸收。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术涉及一种多阶式分段固相卤化聚烯烃的生产工艺及装备，能实现零工艺废水废气排放、低耗节能的绿色环保生产过程，适用于目前氯化聚乙烯、氯化聚丙烯及氯化橡胶等含高卤化度的卤化聚合物的生产要求。采用多阶螺杆挤出式组合设备实现塑化状态下聚烯烃的卤化反应式挤出(如氯化、氟化、溴化等)，是一种高效、节能、环保、零排放的新型生产工艺，其本质是一种固相卤化生产工艺。本专利技术装备要求所需卤化的物料在高速旋转的螺杆混合部件中以熔体状态与卤化介质实现固-液-气多相黏流混合，剪切速率在10～104s-1范围内。该聚烯烃卤化设备采用多阶连续挤出方式，其中聚烯烃包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚异丁烯(PIB)、三元乙丙橡胶(EPDM)等饱和或不饱和聚烯烃或其相关复合材料体系；卤化介质包括但不限于氯气(Cl2)、溴蒸汽(Br2)等卤素单质或其与惰性稀释气体(如氮气N2，氩气Ar，二氧化碳CO2)的混合气体。引发剂包括但不限于偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰等。该聚烯烃卤化设备采用多阶连续挤出方式，可采用同向或异向多螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：所述多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备包括串联的N阶挤出机，相邻两个挤出机之间通过单螺杆或螺杆泵封闭式连接；所述单螺杆或螺杆泵的机筒的入口端与上一阶挤出机的机头连接，出口端与下一阶挤出机的机尾连接；N阶挤出机的各螺杆均采用积木式组合结构串联而成；在第一阶挤出机上设有进料口，在其它阶挤出机上均设有进气口和出气口。

【技术特征摘要】
1.一种多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：所述多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备包括串联的N阶挤出机，相邻两个挤出机之间通过单螺杆或螺杆泵封闭式连接；所述单螺杆或螺杆泵的机筒的入口端与上一阶挤出机的机头连接，出口端与下一阶挤出机的机尾连接；N阶挤出机的各螺杆均采用积木式组合结构串联而成；在第一阶挤出机上设有进料口，在其它阶挤出机上均设有进气口和出气口。2.根据权利要求1所述的多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：所述N等于3。3.根据权利要求1或2所述的多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：所述第一阶挤出机采用双螺杆挤出机，其螺杆的直径为D，长径比L/D为25～35D；螺杆及机筒采用常规螺杆挤出用合金制作而成，表面为渗氮处理；螺杆与机筒间间隙为20～30微米，采用异向非啮合型挤出形式；螺杆混合段采用螺纹与啮合块组合结构，混合段长度为5～10D；所述第一阶挤出机的螺杆顶端设有止逆螺纹元件；所述第一阶挤出机的机头前端直接与单螺杆或螺杆泵封闭式连接。4.根据权利要求3所述的多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：所述第一阶挤出机长径比L/D为30D。5.根据权利要求4所述的多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：所述第二阶挤出机为平行双螺杆或三螺杆挤出机，且只包含混合均化段；其螺杆直径为1～2D，长径比20～50D；在螺杆上3～5D处设有反向螺纹，6～8D处设有深螺槽螺纹结构，在6～8D处设有进气口，所述进气口沿机筒周向均布，在机头端设有出气口；在距螺杆末端5～8D处设置深螺槽螺纹结构；所述混合均化段采用陶瓷啮合块积木式组合结构串联在螺杆上，啮合块之间的轴向间隙为10～20微米；机筒内表面涂有陶瓷镀层。6.根据权利要求5所述的多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：第二阶挤出机的螺杆直径均为1.5D，长径比40～45D，啮合块之间的轴向间隙为10微米。7.根据权利要求6所述的多阶螺杆挤出式聚烯烃卤化设备，其特征在于：第三阶挤出机至第N阶挤出机均为平行双螺杆或三螺杆挤出机，且只包含混合均化段；其螺杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，林祥，任冬云，张保发，王兴为，
申请(专利权)人：北京化工大学，河北泰纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11