STC型臥式雙軸自清潔攪拌機(jī)
l 工作原理
STC型臥式雙軸自清潔攪拌機(jī)是一種大容量雙軸自清潔攪拌設(shè)備，用于高粘度、糊狀或結(jié)殼物料的傳熱與傳質(zhì)過程，可連續(xù)操作（長徑比L/D約等于6時(shí)），也可間歇操作（長徑比L/D小于3時(shí)）。該系統(tǒng)特別適用于壓實(shí)后容易結(jié)塊的物料處理。
設(shè)備主要由一個(gè)臥式“8"字形截面的筒體（圖1）和兩根空心攪拌軸組成（圖3），其中一根攪拌軸上焊接有多組五邊形空心盤片，另一根攪拌軸焊接有多組四邊形空心盤片，兩組盤片錯(cuò)位布置，盤片的每一個(gè)頂端焊接有“E"字型鉤爪相互嚙合，兩根攪拌軸同向旋轉(zhuǎn)，速比為4:5。工作時(shí)一根攪拌軸上的E型鉤爪既可對筒體內(nèi)壁進(jìn)行刮壁清潔，又同時(shí)清潔另一根攪拌軸上的空心盤片的側(cè)面及E型鉤爪內(nèi)側(cè)，雙軸旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)輪廓線確保了設(shè)備內(nèi)無盲區(qū)，即自清潔作用（圖2）。
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圖1：“8"字型筒體 | |
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圖2：葉片的動(dòng)態(tài)自清潔軌跡 | 圖3：帶空心盤片及E字型鉤爪的攪拌軸 |
連續(xù)操作時(shí)，設(shè)備采用比較大的長徑比（L/D），為了在提供強(qiáng)力混合的同時(shí)又推動(dòng)物料（包括高粘度物料）慢速前移，攪拌軸上的盤片及E型鉤爪按螺旋狀排列，這種排列方式為高粘度物料的軸向輸送提供了一定的推動(dòng)力，14-21個(gè)混合單元的串聯(lián)減少了物料的返混，使物料在設(shè)備中的流動(dòng)接近平推流，可獲得窄的停留時(shí)間分布。
間歇操作時(shí)，設(shè)備具有較小的長徑比（L/D），可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的橫向和軸向混合，以確保批次的均勻性。圖4為一臺(tái)STC型臥式雙軸自清潔實(shí)驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，容積為2.5L，操作方式為間歇。
為解決高粘物料的出料問題，設(shè)備筒體底部可增加出料螺桿，此出料螺桿在操作過程中可反向運(yùn)行，將物料拉回到混合區(qū)，增加軸向返混，有利于批次的均勻性，圖5是一臺(tái)帶螺桿的雙軸自清潔實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
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圖4：STC型臥式雙軸清潔實(shí)驗(yàn)設(shè)備（2.5L） | 圖5：帶螺桿的雙軸清潔實(shí)驗(yàn)設(shè)備 |
設(shè)備的裝料系數(shù)為40%—75%之間，可通過調(diào)節(jié)堰板的高度來實(shí)現(xiàn)。合適的氣相空間使大量氣體或蒸汽可以輕易地脫除。
STC型臥式雙軸自清潔攪拌機(jī)典型應(yīng)用是高粘度聚酯的縮聚反應(yīng)（圖6），當(dāng)聚酯的動(dòng)力粘度增加到一定值時(shí)，常規(guī)的單軸圓盤或鼠籠式攪拌依靠物料的重力無法形成液膜，界面更新困難，小分子去除速度下降，分子鏈增長緩慢。而STC型雙軸自清潔攪拌依靠相互嚙合的鉤爪與盤片拉伸液膜，2—7毫米的嚙合間隙加速了界面的更新和小分子的脫除。
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圖6：某生物降解塑料縮聚工藝流程簡圖 |
l 一般特征
1. 在物料所有階段（液體、糊狀、高粘性、結(jié)殼和自由流動(dòng)粉體）進(jìn)行高強(qiáng)度的混合/捏合；
2. 與螺桿擠出機(jī)相比，剪切速率低很多；
3. 快速更新相邊界層，增強(qiáng)傳熱和傳質(zhì)；
4. “E"字型捏合元件可產(chǎn)生很好的自潔性，大幅度提高了傳熱系數(shù)，同時(shí)，空心攪拌軸及盤片外具有大量的傳熱表面，可實(shí)現(xiàn)溫度精準(zhǔn)控制，特別適合受傳熱控制的工藝；
5. 工作體積大，裝料系數(shù)高達(dá)75%，即使停留時(shí)間長，也可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能；
6. 減少的返混再加上強(qiáng)烈的橫向混合，使停留時(shí)間分布很窄。也可以調(diào)整攪拌器的幾何形狀，以在較大范圍內(nèi)改變停留時(shí)間分布；
7. 大量氣相空間有助于氣體和蒸汽的分離，這對于過熱溶液的閃蒸或容易起泡的物料尤為重要；
8. 密閉設(shè)計(jì)允許在真空或壓力下操作，可處理有毒或易燃易爆介質(zhì)。
l 設(shè)備型號(hào)
設(shè)備型號(hào)有五個(gè)單元組成：
S T X XXX X
一單元：S表示雙軸；
第二單元：T表示同向；
第三單元：C表示雙軸的速比為4：5；D表示雙軸的速比為6：6；
第四單元：500表示攪拌器直徑為500mm；
第五單元：D表示短機(jī)型（間歇）；Z表示標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型（連續(xù)）；C表示加長機(jī)型（連續(xù)）。
l 外形尺寸
1. 雙軸同向自清潔攪拌，速比4：5，短機(jī)型（間歇操作）
設(shè)備型號(hào) | 公稱 容積 L | 有 效 全容積 L | 重量 Kg | 傳熱 面積 m2 | 功率 kW | 設(shè) 備 總長A mm | 筒 身 長度B mm | 攪拌器 直徑C mm | 設(shè) 備 總寬D mm | 設(shè) 備 總高E mm |
STC100D | 2.5 | 3 | 300 | 0.13 | 3 | 1400 | 250 | 102 | 430 | 920 |
STC160D | 10 | 14 | 800 | 0.74 | 11 | 3000 | 450 | 160 | 720 | 1600 |
STC200D | 25 | 35 | 1500 | 1.6 | 11 | 5200 | 740 | 200 | 1030 | 1650 |
STC320D | 63 | 80 | 3300 | 2.5 | 7.5 | 2610 | 790 | 320 | 950 | 1650 |
STC360D | 100 | 130 | 4400 | 4 | 11 | 2930 | 980 | 360 | 1000 | 2000 |
STC500D | 250 | 350 | 7500 | 7.5 | 18.5 | 3600 | 1350 | 500 | 1400 | 2300 |
STC600D | 400 | 530 | 9400 | 9.5 | 22 | 3950 | 1420 | 600 | 1460 | 2400 |
STC700D | 630 | 840 | 12000 | 13 | 30 | 4360 | 1630 | 700 | 1700 | 2500 |
STC780D | 1000 | 1240 | 18800 | 18 | 45 | 4960 | 2030 | 780 | 2000 | 2600 |
STC900D | 1600 | 1980 | 27400 | 26 | 55 | 5570 | 2470 | 900 | 2200 | 2700 |
STC1050D | 2500 | 3100 | 35500 | 35 | 90 | 6350 | 2750 | 1050 | 2400 | 2250 |
STC1220D | 4000 | 4900 | 47400 | 47 | 110 | 7110 | 3230 | 1220 | 2700 | 2400 |
2. 雙軸同向自清潔攪拌，速比4：5，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型（連續(xù)操作）
設(shè)備型號(hào) | 公稱 容積 L | 有 效 全容積 L | 重量 Kg | 傳熱 面積 m2 | 功率 kW | 設(shè) 備 總長A mm | 筒 身 長度B mm | 攪拌器 直徑C mm | 設(shè) 備 總寬D mm | 設(shè) 備 總高E mm |
STC160Z | 25 | 30 | 1800 | 1.45 | 11 | 3500 | 1000 | 160 | 720 | 1600 |
STC200Z | 63 | 80 | 2500 | 3.8 | 18.5 | 6000 | 1600 | 200 | 1030 | 1650 |
STC260Z | 100 | 140 | 4500 | 4.3 | 11 | 3800 | 1750 | 260 | 800 | 1300 |
STC320Z | 160 | 210 | 5500 | 7 | 18.5 | 4700 | 2110 | 320 | 950 | 1650 |
STC360Z | 250 | 300 | 7000 | 9 | 30 | 5000 | 2280 | 360 | 1000 | 2000 |
STC430Z | 400 | 480 | 9000 | 12.5 | 45 | 5400 | 2640 | 430 | 1060 | 2200 |
STC500Z | 630 | 790 | 12000 | 17 | 55 | 6400 | 3150 | 500 | 1400 | 2300 |
STC600Z | 1000 | 1300 | 15500 | 24 | 75 | 7000 | 3510 | 600 | 1460 | 2400 |
STC700Z | 1600 | 2050 | 20000 | 32 | 110 | 7700 | 4050 | 700 | 1700 | 2500 |
STC780Z | 2500 | 2800 | 30000 | 42 | 160 | 8600 | 4670 | 780 | 2000 | 2600 |
STC900Z | 4000 | 4200 | 43000 | 56 | 200 | 9600 | 5330 | 900 | 2300 | 2700 |
3. 雙軸同向自清潔攪拌，速比4：5，加長機(jī)型（連續(xù)操作）
設(shè)備型號(hào) | 公稱 容積 L | 有 效 全容積 L | 重量 Kg | 傳熱 面積 m2 | 功率 kW | 設(shè) 備 總長A mm | 筒 身 長度B mm | 攪拌器 直徑C mm | 設(shè) 備 總寬D mm | 設(shè) 備 總高E mm |
STC320C | 250 | 290 | 7700 | 9.5 | 18.5 | 5490 | 2900 | 320 | 950 | 1650 |
STC360C | 400 | 430 | 9600 | 13 | 30 | 5980 | 3260 | 360 | 1000 | 2000 |
STC430C | 630 | 690 | 12400 | 18 | 45 | 6540 | 3780 | 430 | 1060 | 2200 |
STC500C | 1000 | 1140 | 16500 | 24.5 | 55 | 7750 | 4500 | 500 | 1400 | 2300 |
STC600C | 1600 | 1830 | 21600 | 33.5 | 75 | 8420 | 4930 | 600 | 1460 | 2400 |
STC700C | 2500 | 2890 | 28000 | 45 | 110 | 9330 | 5680 | 700 | 1700 | 2500 |
STC780C | 4000 | 4040 | 41200 | 60 | 160 | 10630 | 6700 | 780 | 2000 | 2600 |
STC900C | 6300 | 6180 | 58600 | 82 | 200 | 12070 | 7800 | 900 | 2300 | 2700 |
l 設(shè)計(jì)參數(shù)
1. 容器
橫截面為8字形的臥式容器，可以在真空或壓力下操作。容器外帶夾套，可采用導(dǎo)熱油、熔鹽、蒸汽、熱水等介質(zhì)加熱，或采用冷凍鹽水、循環(huán)水進(jìn)行冷卻。
2. 攪拌器
攪拌器由空心軸、空心盤片和鉤爪焊接組成，冷熱介質(zhì)可以通過旋轉(zhuǎn)接頭輸送至空心軸和空心盤片內(nèi)。
3. 出料
自由流動(dòng)的粉體或液體產(chǎn)品，可通過底部或側(cè)面的出料口排出，料位的高低由可調(diào)的堰板控制；高粘度糊狀產(chǎn)品采用螺桿出料。
4. 密封
可使用填料密封或是機(jī)械密封。
5. 材質(zhì)
各類不銹鋼、碳鋼、哈氏合金、鈦、鎳等可以焊接的材料。
l 典型應(yīng)用
工藝過程 | 產(chǎn)品 |
縮聚 | 聚丁二酸丁二醇酯（PBS） 聚己二酸/對苯二甲酸丁二酯（PBAT） 高分子量聚酯（PET） |
聚合 | 氟硅彈性體、聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、石油樹脂、反式異戊橡膠（TPI）、聚酰亞胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS） |
高粘產(chǎn)品的脫揮、脫溶 | PAN基碳纖維、纖維素膜、纖維素纖維、彈性體、工程塑料 |
濃縮和干燥 特別適用于粘性物質(zhì)的連續(xù)真空蒸發(fā) | 工業(yè)殘?jiān)奶幚砼c回收、合成橡膠、鹽溶液、聚合物、有機(jī)產(chǎn)品等 |
DC型臥式單軸自清潔攪拌反應(yīng)器
DC型設(shè)備的空心攪拌軸上裝有多組空心盤片（或圓盤），用于傳熱，盤片呈螺旋布置，所有盤片的頂端安裝有T型葉片，葉片頂端與圓形筒體內(nèi)壁之間的間隙很小，這種刮壁式結(jié)構(gòu)防止粘稠物料粘接在筒體內(nèi)表面，提高傳熱能力。同時(shí)，筒體內(nèi)壁裝有許多鉤爪，與T型葉片互穿，呈嚙合結(jié)構(gòu)，可阻止物料在T型葉片上粘接，并有效破碎結(jié)塊成團(tuán)的物料。
DC型設(shè)備的裝料系數(shù)為60%~80%，ZUI大扭矩可達(dá)200000Nm，運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在5~40rpm范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速與設(shè)備容積、物性、操作方式、操作階段等有關(guān)。間歇操作時(shí)，DC型設(shè)備的容積從100L至8000L，對應(yīng)的總傳熱面積為2.2 m2~50 m2；連續(xù)操作時(shí)，DC型設(shè)備的容積也從100L至8000L，由于設(shè)備更瘦長，對應(yīng)的總傳熱面積增加到3.5 m2~80 m2。
螺桿型設(shè)備的軸向輸送能力與轉(zhuǎn)速相關(guān)，與之相反，DC型設(shè)備的軸向輸送能力與轉(zhuǎn)速無關(guān), 圓盤與T型葉片呈螺旋形排列，僅僅是為了使葉片依次克服ZUI大阻力，降低ZUI大扭矩。此特點(diǎn)可使平均裝料系數(shù)用溢流板調(diào)節(jié)，同時(shí)可增加轉(zhuǎn)速以達(dá)到更好的質(zhì)量與熱量傳遞，圓盤部件限制了返混，因而即使平均停留時(shí)間達(dá)數(shù)小時(shí)仍可獲得窄的停留時(shí)間分布。
DC型設(shè)備操作的靈活性使它在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成從液體進(jìn)料到粉體產(chǎn)品的過程。一個(gè)典型的應(yīng)用見圖1，是一個(gè)在DC型反應(yīng)器中進(jìn)行的兩步工藝過程：第1步是在真空條件下將溶解醫(yī)藥中間體的溶劑蒸干，使中間體變成粉體；第2步是加入另一種溶劑溶解后出料。在嘗試過多種設(shè)備后，用DC型設(shè)備得到了ZUI有效的解決。
DC型設(shè)備適當(dāng)改變?nèi)~片結(jié)構(gòu)，還用于聚合物的脫泡過程，典型的應(yīng)用有PAN基碳纖維原液脫泡。
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