[发明专利]聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈基碳纤维连续溶液聚合的反应装置。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术解决方案是：

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。