高粘自清式脱泡机在高分子材料碳纤维工艺中应用

一、前言

在高粘流体脱泡高分子材料碳纤维工艺中，涉及到蒸发和混合等单元操作。为了满足工艺对设备的要求，索孚公司开发和设计了特殊的WZD型自清洁搅拌脱泡机，以保证设备在处理高粘度物料时能具有最佳的传热、传质、混合的机械性能。

对脱泡过程，传统的方法是在落条式设备及釜式设备中进行处理。随着产品中挥发组分的挥发以及剩余单体量的减少，产品的粘度逐渐增加，脱泡越来越困难。因此，该设备整个过程是在高真空下进行的，以尽可能地降低挥发组份在气相中的分压。为了提高生产能力，增大熔体比表面积和提高表面更新速率，进而增加挥发组分在熔体中的扩散速率成为提高反应速率的关键。

WZD型自清洁脱泡器以其具备如下性能而成功应用于该工艺过程：

● 强力混合、捏合作用；

● 传热面积大；

●并具有自清洁能力，以阻止物料在传热面上粘结。

●有效容积大，物料停留时间长。

二、构造

WZD型自清洁脱泡器结构主要由电机、减速机、链轮、机架、密封、卧式筒体、一根带刮板的传动轴、与刮板相啮合的勾爪、旋转接头、支座等组成。

WZD型自清洁脱泡机外形图

三、工作原理

图1. WZD型自清洁脱泡器的工作原理   1.轴  2.搅拌桨  3.刮板  4.勾爪

WZD型自清洁脱挥器为连续式操作，用于对混合(或啮合)要求很高的高粘物料的反应、脱泡等工艺过程。其由一套传动装置、一个水平壳体和与其同轴心的水平轴组成。水平轴上安装有与轴垂直的搅拌桨，搅拌桨上带刮板，壳体上安装有对应的勾爪。搅拌桨既清洁筒体两个端面，又带动刮板清洁筒体内壁，勾爪是静止的，它能清洁运转的轴及搅拌桨。所有部件均可被用来进行热传递。如图1所示。

为了尽量增大单位设备容积的传热面积，WZD型自清洁脱泡器的壳体、搅拌轴和搅拌桨都通有导热介质。强劲的混合和捏合作用能有效地使物料更快地表面更新，该作用与具有自清洁功能的传热面相结合，从而确保热、质传递所需的高表面更新速率。

WZD型自清洁脱泡器的装料系数通常范围是50%左右，为气－液分离和流动留出了足够的自由空间。与螺杆挤压类设备不同WZD型自清洁脱泡器内物料的轴向输送速度与搅拌轴转速无关，使之对进料量和组成的变化都具有极好的适应性，并可减少设备的磨损。

为了适应在真空状态下的操作，专门安装了适用于高粘度物料的齿轮泵式出料器(客户自配齿轮泵)。齿轮泵式出料器在稍微超负荷的条件下工作，以保证物料能连续地排出，并输入下一工段。

安装在反应器顶部的聚气室用于气体排放。由于聚气室的口径较大，汽体在聚气室里的流速极低，即使在高真空的条件下，液滴的夹带量仍极小。

表1. WZD型自清洁脱泡器的特性

强烈混合和捏合作用	强化传热和传质。能适应物料的各种状态变化。
加热、冷却面积大	保证能量输入、输出与扩散速率。
具有自清洁功能	增加传热系数。
物料界面更新速率高	强化边界层的热、质传递。
有效容积大	处理量高，并使物料的停留时间延长。
轴向返混小	接近平推流，停留时间分布极窄。
截面积大	允许输入和分离气体，并且闪蒸过热液体。
封闭结构	可在真空状态下操作。

本项目设备技术参数，设备参数如下表：

设备名称			设备主材料	变频电机功率(Kw)		转速(rpm)
WZD-4型自清洁脱泡机			SUS316L	15		≤xx
有效全容积 (m3)	工作压力 (MPa)		工作温度(°C)	传热面积 (m2)		设备自重 (Kg)
0.3	设备内	夹套内	1-150	设备内	夹套内	-3800
	-0.1	0.3		1.7	2.3
进料口尺寸 (mm)			出料口尺寸 (mm)	最大外形尺寸 (长X宽X高mm)
φ80			φ65	4200X1200X2200