【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳纤维生产设备，具体是涉及一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备及生产方法。
技术介绍
1、碳纤维即是含碳量在90％以上的纤维状石墨材料，具有轴向强度和模量高、密度低、耐疲劳性好、耐腐蚀性好等优点。要制备高性能的碳纤维，原丝质量是关键，纺丝原液质量的好坏直接决定了原丝的质量，因此得到性能优异的pan原液成为影响后续工艺的源头。
2、传统生产工艺采用间歇聚合，具有生产周期长、能耗高、固投大、生产能力低、批次间存在差异的不足等问题。
技术实现思路
1、本专利技术主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备及生产方法。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，包括配制罐，其特征在于：所述配制罐的输出管道上分别连接有第一聚合釜和第二聚合釜，所述第一聚合釜和第二聚合釜输出端管道的两个输出端连接有聚合物收集罐。
3、作为优选，所述聚合物收集罐的输出端上聚合物出料泵，所述聚合物出料泵输出端的管道上连接静态混合器，所述静态混合器输出端的管道上连接有脱单塔，所述脱单塔液体的输出管上连接有脱单塔出料泵，所述脱单塔出料泵输出端的管道上设置有原液过滤器，所述原液过滤器输出端的管道上连接有脱泡塔，所述脱泡塔液体的输出管上连接有聚合物成品罐，所述脱泡塔和聚合物成品罐之间的管道上设置有脱泡塔出料泵，所述聚合物成品罐的输出管上连接
4、作为优选，所述脱单塔气体的输出管上连接脱单喷射器，所述脱单喷射器的输出管上连接一级脱单抽真空冷凝器，所述一级脱单抽真空冷凝器输出端的管道上连接两个分管道，且两个所述分管道上分别对应设置有第一脱单液环真空泵和第二脱单液环真空泵，所述第一脱单液环真空泵和第二脱单液环真空泵输出端的管道连接有脱单气液分离器，所述脱单气液分离器冷凝的液体通过管道连接有二级脱单抽真空冷凝器内部，二级脱单抽真空冷凝器产生的冷凝液再次通过管道连接至一级脱单抽真空冷凝器输出端的管道上进出再次循环，所述脱单气液分离器中的气体通过外接的去尾气装置排出。
5、作为优选，所述脱泡塔气体的输出管上连接脱泡喷射器，所述脱泡喷射器的输出管上连接一级脱泡抽真空冷凝器，所述一级脱泡抽真空冷凝器输出端的管道上连接两个分管道，且两个所述分管道上分别对应设置有第一脱泡真空泵和第二脱泡真空泵，所述第一脱泡真空泵和第二脱泡真空泵输出端的管道连接有脱泡气液分离器，所述脱泡气液分离器冷凝的液体通过管道连接有二级脱泡抽真空冷凝器内部，所述二级脱泡抽真空冷凝器产生的冷凝液再次通过管道连接至一级脱泡抽真空冷凝器输出端的管道上进出再次循环，所述脱泡气液分离器中的气体通过外接的去尾气装置排出。
6、一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相的生产方法：
7、步骤1：按份量比投入，将第一单体丙烯腈21.88％、第二单体甲叉丁二酸0.22％、第三单体丙烯酸甲酯0.27％以及溶剂二甲基亚砜77.37％投入配制罐内进行搅拌。
8、步骤2：原料聚合反应的时间需要14-16h，上述原料在搅拌后通过管道注入下方的第一聚合釜中进行聚合7-8h后，在配制罐内充入新的原料搅拌后投入第二聚合釜中进行聚合反应7-8h，第一聚合釜和第二聚合釜相互间隔连续反应，在第一聚合釜和第二聚合釜反应时，需要填充引发剂偶氮二异丁腈0.15％以及分子量调节剂β-羟基乙硫醇0.11％。
9、步骤3：当第一聚合釜经过14-16h的反应后，聚合物通过管道送入聚合物收集罐中进行存储，同时第二聚合釜内的聚合物在经过14-16h反应后也送入聚合物收集罐中存储。
10、步骤4：聚合物通过管道送入脱单塔中进行脱单处理后，再次送入脱泡塔内部进行脱泡处理后，排入聚合物成品罐内部存储，最后通过纺丝液输送泵排出。
11、作为优选，在60℃条件下保持6h后开始聚合，8-10h后通过在第一聚合釜和第二聚合釜内部分别通过管道注入低温冷冻水控制内部的温度在70℃，双键打开，并彼此连接为线性pan大分子链，释放出反应热，最终生成pan。
12、作为优选，所述引发剂需要在55-65℃范围内进行聚合，同时在进行聚合反应时，通过管道分别向第一聚合釜和第二聚合釜内部填充的低温冷却水温度控制在：供水温度在5℃±5，回水温度控制在15℃±5。
13、作为优选，所述脱单塔的顶部温度设置为75±5℃，底部温度设置为165±5℃，且内部保持压力在-150kpa(g)，同时将0.5mpa(g)饱和蒸汽按240kg/h流量由脱单塔7底部送入，饱和蒸汽自下而上将未反应单体脱除，脱单塔塔顶得到未反应单体和二甲基亚砜蒸汽组成的混合气体，气体通过管道送入一侧的脱单塔真空系统中，聚合物通过脱单塔出料泵以及原液过滤器送入脱泡塔内部。
14、作为优选，所述脱泡塔内通过管道注入流量为1nm3/h的氨气，其产生的气体通过管道送入一侧的脱泡塔真空系统中，其产生的聚合物通过脱泡塔出料泵送入聚合物成品罐，最终通过纺丝液输送泵得到分子量为25-35万的聚合物浆料，即pan碳纤维原丝用聚丙烯腈聚合物，输送至纺丝单元。
15、作为优选，所述脱泡塔与脱泡塔出料泵之间管道中连接注入氮气的管道，所述脱泡塔和脱单塔内均采用二级抽真空工艺，所述配制罐、第一聚合釜、第二聚合釜和聚合物收集罐内均填充氮气。
16、本专利技术具有的有益效果：本专利技术通过设置第一聚合釜和第二聚合釜进行不间断聚合反应，使得在需要超长聚合反应的聚合物，能够进行通过控制第一聚合釜生产后再次通过第二聚合釜进行快速生产，使得两者的时间被隔开，从而在更短的时间内，产生更多的聚合物，从而使得整个后续的过程能够不间断的进行操作，减少停工等待时的时间，同时降低设备二次开启预热所需要的能耗，同时脱单塔和脱泡塔均采用二级抽真空工艺，有效地保证真空度，脱单脱泡效果佳。
17、采用偶氮类自由基引发的溶液聚合机理，生产危险性小，聚合产物分子量高，支化程度低，不易产生凝胶及副反应，二甲基亚砜溶解性好，不易水解且副反应少，适于多种引发体系，偶氮二异丁腈引发过程效率高，速度可控。聚合反应温度在60～70℃之间，生产安全可控，同时二甲基亚砜稀溶液可重复回收利用，毒性低，不易挥发，操作人员劳保措施简单，安全环保投入低。
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1.一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，包括配制罐(1)，其特征在于：所述配制罐(1)的输出管道上分别连接有第一聚合釜(2)和第二聚合釜(3)，所述第一聚合釜(2)和第二聚合釜(3)输出端管道的两个输出端连接有聚合物收集罐(4)。
2.根据权利要求1所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，其特征在于：所述聚合物收集罐(4)的输出端上聚合物出料泵(5)，所述聚合物出料泵(5)输出端的管道上连接静态混合器(6)，所述静态混合器(6)输出端的管道上连接有脱单塔(7)，所述脱单塔(7)液体的输出管上连接有脱单塔出料泵(8)，所述脱单塔出料泵(8)输出端的管道上设置有原液过滤器(9)，所述原液过滤器(9)输出端的管道上连接有脱泡塔(10)，所述脱泡塔(10)液体的输出管上连接有聚合物成品罐(12)，所述脱泡塔(10)和聚合物成品罐(12)之间的管道上设置有脱泡塔出料泵(11)，所述聚合物成品罐(12)的输出管上连接有纺丝液输送泵(13)，所述纺丝液输送泵(13)连接外部的纺丝单元。
3.根据权利要求2所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯
4.根据权利要求2所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，其特征在于：所述脱泡塔(10)气体的输出管上连接脱泡喷射器(20)，所述脱泡喷射器(20)的输出管上连接一级脱泡抽真空冷凝器(21)，所述一级脱泡抽真空冷凝器(21)输出端的管道上连接两个分管道，且两个所述分管道上分别对应设置有第一脱泡真空泵(22)和第二脱泡真空泵(23)，所述第一脱泡真空泵(22)和第二脱泡真空泵(23)输出端的管道连接有脱泡气液分离器(24)，所述脱泡气液分离器(24)冷凝的液体通过管道连接有二级脱泡抽真空冷凝器(25)内部，所述二级脱泡抽真空冷凝器(25)产生的冷凝液再次通过管道连接至一级脱泡抽真空冷凝器(21)输出端的管道上进出再次循环，所述脱泡气液分离器(24)中的气体通过外接的去尾气装置排出。
5.一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相的生产方法，其步骤包括：
6.根据权利要求5所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相的生产方法，其中步骤2包括：在60℃条件下保持6h后开始聚合，8-10h后通过在第一聚合釜(2)和第二聚合釜(3)内部分别通过管道注入低温冷冻水控制内部的温度在70℃，双键打开，并彼此连接为线性PAN大分子链，释放出反应热，最终生成PAN。
7.根据权利要求6所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相的生产方法，其中步骤2包括：所述引发剂需要在55-65℃范围内进行聚合，同时在进行聚合反应时，通过管道分别向第一聚合釜(2)和第二聚合釜(3)内部填充的低温冷却水温度控制在：供水温度在5℃±5，回水温度控制在15℃±5。
8.根据权利要求5所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相的生产方法，其中步骤4包括：所述脱单塔(7)的顶部温度设置为75±5℃，底部温度设置为165±5℃，且内部保持压力在-150KPa(G)，同时将0.5MPa(G)饱和蒸汽按240kg/h流量由脱单塔(7)底部送入，饱和蒸汽自下而上将未反应单体脱除，脱单塔(7)塔顶得到未反应单体和二甲基亚砜蒸汽组成的混合气体，气体通过管道送入一侧的脱单塔(7)真空系统中，聚合物通过脱单塔出料泵(8)以及原液过滤器(9)送入脱泡塔(10)内部。
9.根据权利要求5所述的一种PAN碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相的生产方法，其中步骤4包括：所述脱泡塔(10)内通过管道注入流量为1Nm3/h的氨气，其产生的气体通过管道送入一侧的脱泡塔(10)真空系统中，其产生的聚合物通过脱泡塔出料泵(11)送入聚合物成品罐(12)，最终通过纺丝液输送泵(13)得到分子量为25～35万的聚合物浆料，即PAN碳纤维原丝用聚丙烯腈聚合物，输送至纺丝单元...
【技术特征摘要】
1.一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，包括配制罐(1)，其特征在于：所述配制罐(1)的输出管道上分别连接有第一聚合釜(2)和第二聚合釜(3)，所述第一聚合釜(2)和第二聚合釜(3)输出端管道的两个输出端连接有聚合物收集罐(4)。
2.根据权利要求1所述的一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，其特征在于：所述聚合物收集罐(4)的输出端上聚合物出料泵(5)，所述聚合物出料泵(5)输出端的管道上连接静态混合器(6)，所述静态混合器(6)输出端的管道上连接有脱单塔(7)，所述脱单塔(7)液体的输出管上连接有脱单塔出料泵(8)，所述脱单塔出料泵(8)输出端的管道上设置有原液过滤器(9)，所述原液过滤器(9)输出端的管道上连接有脱泡塔(10)，所述脱泡塔(10)液体的输出管上连接有聚合物成品罐(12)，所述脱泡塔(10)和聚合物成品罐(12)之间的管道上设置有脱泡塔出料泵(11)，所述聚合物成品罐(12)的输出管上连接有纺丝液输送泵(13)，所述纺丝液输送泵(13)连接外部的纺丝单元。
3.根据权利要求2所述的一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，其特征在于：所述脱单塔(7)气体的输出管上连接脱单喷射器(14)，所述脱单喷射器(14)的输出管上连接一级脱单抽真空冷凝器(15)，所述一级脱单抽真空冷凝器(15)输出端的管道上连接两个分管道，且两个所述分管道上分别对应设置有第一脱单液环真空泵(16)和第二脱单液环真空泵(17)，所述第一脱单液环真空泵(16)和第二脱单液环真空泵(17)输出端的管道连接有脱单气液分离器(18)，所述脱单气液分离器(18)冷凝的液体通过管道连接有二级脱单抽真空冷凝器(19)，所述二级脱单抽真空冷凝器(19)产生的冷凝液再次通过管道连接至一级脱单抽真空冷凝器(15)输出端的管道上进出再次循环，所述脱单气液分离器(18)中的气体通过外接的去尾气装置排出。
4.根据权利要求2所述的一种pan碳纤维原丝用丙烯腈聚合物连续均相生产设备，其特征在于：所述脱泡塔(10)气体的输出管上连接脱泡喷射器(20)，所述脱泡喷射器(20)的输出管上连接一级脱泡抽真空冷凝器(21)，所述一级脱泡抽真空冷凝器(21)输出端的管道上连接两个分管道，且两个所述分管道上分别对应设置有第一脱泡真空泵(22)和第二脱泡真空泵(23)，所述第一脱泡真空泵(22)和第二脱泡真空泵(23)输出端的管道连接有脱泡气液分离器(24)，所述脱泡气液分离器(24)冷凝的液体通过管...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，李俊辉，于飞，傅建根，朱晓东，马文勇，吴华强，
申请(专利权)人：浙江精工集成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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