專(zhuān)利名稱(chēng)：攪拌裝置以及所述裝置的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攪拌裝置及其使用方法。
其中材料在容器內(nèi)進(jìn)行攪拌的處理工藝是已知的。特別是，大量的化學(xué)處理如化學(xué)反應(yīng)涉及到反應(yīng)劑在一起進(jìn)行攪拌以生產(chǎn)出產(chǎn)品，然后從容器(反應(yīng)器)中排出。對(duì)于固體、液體、漿狀物等而言，可以通過(guò)允許材料流經(jīng)合適的導(dǎo)管來(lái)實(shí)現(xiàn)材料從容器內(nèi)排出。此時(shí)，需要容器盡可能有效地完全騰空材料，導(dǎo)管優(yōu)選設(shè)在容器的最低點(diǎn)(底部)處。
為了防止材料在不需要時(shí)從容器中流出，導(dǎo)管通常包括閥或其它密封裝置。然而，閥設(shè)在導(dǎo)管上的靠近容器的位置處通常是不可行的或不合要求的。例如，容器例如可通過(guò)位于適當(dāng)加熱的外圍裝置如烘箱或爐子內(nèi)來(lái)進(jìn)行加熱。使閥處于該加熱區(qū)域之外，使得它可由操作者容易地接近和/或使得閥本身不會(huì)變得過(guò)熱，這也是合乎要求的。
在閥設(shè)置成離容器有一段距離之處，在閥和容器之間具有一段較大長(zhǎng)度的導(dǎo)管。容器中的材料可從容器進(jìn)入導(dǎo)管中。另外，導(dǎo)管越長(zhǎng)，導(dǎo)管就越有可能被阻塞，這在材料從裝置中排出時(shí)會(huì)造成問(wèn)題。當(dāng)固體或漿狀物例如作為反應(yīng)產(chǎn)品而處于容器中時(shí)，尤其會(huì)出現(xiàn)這種情況，這是因?yàn)檫@種產(chǎn)品通常難于從容器中取出。需要有這樣一種攪拌裝置，其可克服或至少減輕這些問(wèn)題。
美國(guó)專(zhuān)利4690804涉及到催化反應(yīng)。特別是，美國(guó)專(zhuān)利4690804涉及將被引入反應(yīng)器中的催化劑所用的混合槽?；旌喜劬哂形挥诓鄣撞康膱A柱形出口導(dǎo)管，以及位于槽內(nèi)的軸上的攪拌器，其終止于位于出口導(dǎo)管內(nèi)的螺旋形構(gòu)造。美國(guó)專(zhuān)利4690804的攪拌器提供了在導(dǎo)管內(nèi)的攪拌，從而在催化劑從混合槽經(jīng)過(guò)導(dǎo)管而進(jìn)入下面的接受(反應(yīng))容器時(shí)防止發(fā)生出口導(dǎo)管的堵塞。然而，并未公開(kāi)美國(guó)專(zhuān)利4690804的攪拌器適于將導(dǎo)管內(nèi)的材料傳送至混合槽外面。相比之下，在將催化劑從混合槽供給至接受容器的過(guò)程中，催化劑的流動(dòng)通過(guò)球形給料閥來(lái)控制，攪拌器僅僅是幫助防止阻塞。另外，并未公開(kāi)美國(guó)專(zhuān)利4690804的攪拌器適于將導(dǎo)管內(nèi)的材料傳送至上面的混合槽中。
本發(fā)明提供了一種具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，其具有位于其中的改進(jìn)的攪拌器，所述攪拌器適于在朝向容器的方向上和/或離開(kāi)容器的方向上來(lái)傳送導(dǎo)管內(nèi)的材料。
因此，在第一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，所述攪拌器的一段適于處于導(dǎo)管內(nèi)并且其一段適于處于容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于在使用中使包含在導(dǎo)管內(nèi)的材料在朝向容器的方向上傳送。
在本發(fā)明的這一方面，導(dǎo)管內(nèi)的材料通過(guò)攪拌器的作用而傳送至容器中因此，就可防止例如在容器內(nèi)攪拌的材料在導(dǎo)管內(nèi)沉積以及傳送回容器。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，所述攪拌器的一段適于處于導(dǎo)管內(nèi)并且其一段適于處于容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于在使用中使包含在導(dǎo)管內(nèi)的材料在離開(kāi)容器的方向上傳送。
在本發(fā)明的這一方面，導(dǎo)管內(nèi)的材料通過(guò)攪拌器的作用而在離開(kāi)容器的方向上傳送。因此，在這一方面，材料可傳送至裝置之外，從而有助于排出所述材料。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，裝置設(shè)置成使得導(dǎo)管內(nèi)的材料可通過(guò)同一攪拌器的作用而在朝向容器的方向上或離開(kāi)容器的方向上傳送。
因此，在第三優(yōu)選方面，本發(fā)明提供了一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，所述攪拌器的一段適于處于導(dǎo)管內(nèi)，并且其一段適于處于容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于當(dāng)在第一方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，包含在導(dǎo)管內(nèi)的材料在朝向容器的方向上傳送，以及當(dāng)在第二方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，包含在導(dǎo)管內(nèi)的材料通過(guò)導(dǎo)管在離開(kāi)容器的方向上傳送。
在這里，第一方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，第二方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，反之亦然?br> 導(dǎo)管優(yōu)選從容器的最低點(diǎn)(底部)伸出。這種構(gòu)造允許容器可最容易地完全騰空材料。
該裝置還可包括合適的攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置。該合適的攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置為能使攪拌器在所需方向上旋轉(zhuǎn)的任何裝置。在本發(fā)明的第三方面，攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置必須能夠使攪拌器在第一方向和相反的第二方向上都能夠旋轉(zhuǎn)，即任何合適的攪拌器雙向驅(qū)動(dòng)裝置。
攪拌器可通過(guò)合適的第一聯(lián)軸節(jié)(coupling)連接在攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置上。第一聯(lián)軸節(jié)可以為允許攪拌器連接在驅(qū)動(dòng)裝置上(并其驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn))的任何合適聯(lián)軸節(jié)，優(yōu)選為允許攪拌器可連接在驅(qū)動(dòng)裝置上和從其上脫離開(kāi)的聯(lián)軸節(jié)。
在攪拌器的遠(yuǎn)離攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置的一端，攪拌器優(yōu)選終止于合適的尖端，例如平面的、圓形的或尖頭的端部。
優(yōu)選的是，攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)在導(dǎo)管之上，攪拌器適于從所述攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置延伸經(jīng)過(guò)容器而進(jìn)入導(dǎo)管中。因此，攪拌器的尖端優(yōu)選設(shè)在攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段上。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，攪拌器可通過(guò)第一部分和第二部分來(lái)限定，第一部分適于連接在合適的攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置上并且包括攪拌器的適于處于容器內(nèi)的那一段，第二部分適于連接在所述第一部分上并且包括攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段，其中所述第二部分適于在使用中使導(dǎo)管內(nèi)的材料可在朝向或離開(kāi)本文所述容器的方向上傳送。
在使用中，第一部分和第二部分連接在一起以形成攪拌器。第一和第二部分的連接可以是固定的永久性連接。例如，攪拌器可形成為包括所述第一和第二部分的一體部件，或者攪拌器可由單獨(dú)地成形、然后焊接在一起的第一和第二部分來(lái)形成。第二部分和第一部分可選擇性地通過(guò)合適的第二聯(lián)軸節(jié)相連，第二聯(lián)軸節(jié)允許這些部分在相連時(shí)一起旋轉(zhuǎn)，并且還允許第二部分與第一部分分開(kāi)。
優(yōu)選的是，攪拌器的適于處于容器內(nèi)的那一段適于在攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)攪動(dòng)容器內(nèi)的材料。例如，攪拌器的適于處于容器內(nèi)的那一段可包括具有一個(gè)或多個(gè)攪拌器葉片的軸。
該軸可具有任何合適的細(xì)長(zhǎng)形狀或結(jié)構(gòu)，例如具有圓柱形、方形、六邊形的或類(lèi)似的截面，優(yōu)選為圓柱形。該軸可具有例如圓柱形的以及恒定直徑的恒定截面，或者該軸可具有沿其長(zhǎng)度而變化的截面，例如變化的直徑。
這一個(gè)或多個(gè)攪拌器葉片例如可包括一個(gè)或多個(gè)槳葉型攪拌器，其中每個(gè)攪拌器具有兩個(gè)或多個(gè)、例如2至6個(gè)葉片，或者一個(gè)或多個(gè)從軸上伸出的螺旋形突出部。例如，在這里設(shè)有一個(gè)以上的這種攪拌器或突出部，它們可設(shè)在軸上的不同位置處。
如這里所使用，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段指的是當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一部分裝置工作時(shí)攪拌器的處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段。
優(yōu)選的是，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段包括一個(gè)或多個(gè)凹槽，其描述了圍繞攪拌器的旋轉(zhuǎn)軸線的螺旋形路徑。
當(dāng)攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些凹槽使材料(在朝向容器的方向上或在離開(kāi)容器的方向上，這取決于凹槽的方向和旋轉(zhuǎn)方向)通過(guò)導(dǎo)管來(lái)傳送。
優(yōu)選的是，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段可包括具有一個(gè)或多個(gè)凹槽的細(xì)長(zhǎng)芯部。例如，該芯部可具有圓柱形、方形、六邊形或類(lèi)似的截面，優(yōu)選為圓柱形。該芯部可具有恒定的截面，或者該芯部可具有沿其長(zhǎng)度而變化的截面，例如變化的直徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段可包括與螺釘或螺栓上所見(jiàn)的相類(lèi)似的螺紋結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段可包括類(lèi)似于鉆頭或螺旋擠壓機(jī)的結(jié)構(gòu)。
如上所述，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)凹槽，其描述了圍繞攪拌器的旋轉(zhuǎn)軸線的螺旋形路徑。在一個(gè)或多個(gè)凹槽描述了圍繞攪拌器的旋轉(zhuǎn)軸線的螺旋形路徑之處，這限定了攪拌器的“帶凹槽段”。在一個(gè)實(shí)施例中，帶凹槽段可僅僅形成適于處在導(dǎo)管內(nèi)的那一段的一部分，但優(yōu)選的是，適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段整個(gè)都帶有凹槽。另外，帶凹槽段并不限于適于處在導(dǎo)管內(nèi)的那一段，而是例如可從該段開(kāi)始在攪拌器的未適于處在導(dǎo)管內(nèi)的那些段上延伸。
帶凹槽段可由以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)限定(i)一個(gè)或多個(gè)凹槽的方向這一個(gè)或多個(gè)凹槽可以為一個(gè)或多個(gè)順時(shí)針?lè)较虻陌疾?，或者為一個(gè)或多個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻陌疾邸Ｈ绫疚闹兴?，順時(shí)針?lè)较虻陌疾壑傅氖牵?dāng)從尖端看去時(shí)，凹槽的路徑在順時(shí)針?lè)较蛏蠌募舛讼蚧刂赶?。相反，?dāng)從尖端看去時(shí)，逆時(shí)針?lè)较虻陌疾鄣穆窂皆谀鏁r(shí)針?lè)较蛏蠌募舛讼蚧刂赶颉．?dāng)沿著從尖端看去的逆時(shí)針?lè)较蚨D(zhuǎn)時(shí)，順時(shí)針?lè)较虻陌疾蹖⑹共牧涎刂疾墼陔x開(kāi)尖端的方向上運(yùn)動(dòng)。
(ii)凹槽的數(shù)量?jī)?yōu)選的是，圍繞芯部的凹槽的數(shù)量為一至四個(gè)，優(yōu)選為一個(gè)或兩個(gè)，最優(yōu)選為兩個(gè)。通常，對(duì)于固定直徑的帶凹槽段而言，凹槽的數(shù)量越大，各凹槽的寬度就越小(見(jiàn)以下的點(diǎn)(v))。這一個(gè)或多個(gè)凹槽將由一個(gè)或多個(gè)槽脊(相鄰凹槽之間的實(shí)心部分)而分開(kāi)。例如，在一個(gè)凹槽的相鄰圈之間設(shè)有一個(gè)槽脊，或者在兩個(gè)或多個(gè)凹槽之間設(shè)有兩個(gè)或多個(gè)槽脊。
(iii)凹槽的螺旋角這里所定義的凹槽的螺旋角是凹槽的切線與包含帶凹槽段軸線的平面之間的角度。這些凹槽可具有任何合適的螺旋角。典型的螺旋角在20和70°之間，優(yōu)選在30和60°之間，更優(yōu)選在40和50°之間。
(iv)凹槽的圈數(shù)凹槽所形成的圈數(shù)將取決于凹槽的螺旋角和帶凹槽段的長(zhǎng)度。凹槽可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線形成完整的一圈，或者超過(guò)完整的一圖。
(v)凹槽和槽脊寬度，以及凹槽深度和截面形狀這里所用的凹槽或槽脊的寬度指的是垂直于其邊緣測(cè)得的凹槽或槽脊所跨過(guò)的距離。對(duì)于包括有較大顆粒的那些材料而言，優(yōu)選凹槽更寬和更深?；蛘撸?dāng)攪拌器在第二方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果凹槽允許增大對(duì)從容器中排出材料的控制，那么優(yōu)選更小的凹槽。最優(yōu)選的是，凹槽和槽脊具有類(lèi)似的寬度。凹槽可具有任何合適的截面形狀，例如半圓形。
(vi)帶凹槽段的有效直徑帶凹槽段的有效直徑是在帶凹槽段圍繞其線性中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶凹槽段所描述的最大尺寸的圓的直徑。這在下文中進(jìn)一步介紹。
(vii)尖端(或點(diǎn))角度在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，攪拌器的尖端位于攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段上。最優(yōu)選的是，尖端形成了帶凹槽段的一部分。帶凹槽段因此可由尖端(或點(diǎn))角度來(lái)進(jìn)一步限定，該角度為尖端處所形成的角度，如

圖1所示。該尖端角度并非本發(fā)明的關(guān)鍵，但通常在60°和180°之間。
在攪拌器由如上所述的第一部分和第二部分來(lái)確定時(shí)，攪拌器的第二部分優(yōu)選包括帶凹槽段，其至少用在適于處在導(dǎo)管內(nèi)的那一段上。更優(yōu)選的是，帶凹槽段形成了第二部分長(zhǎng)度的至少80％，最優(yōu)選為其長(zhǎng)度的至少90％。如果可能的話，第二部分的余下部分優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)無(wú)凹槽段，例如柄部或聯(lián)軸節(jié)。
最優(yōu)選的是，第二部分包括單個(gè)帶凹槽段，該帶凹槽段始于攪拌器的尖端處，并且形成了第二部分長(zhǎng)度的至少90％。如果可能的話，第二部分的無(wú)凹槽段優(yōu)選包括柄部部分，并且還可選擇性地包括用于連接在第一部分的軸上的聯(lián)軸節(jié)。
攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段具有有效直徑D(1)，其處在沿著該段的特定距離(1)處。如這里所使用，在沿著該段的特定距離處，該段的有效直徑指的是，當(dāng)攪拌器圍繞其線性中心軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，距離1處的段所描述的最大尺寸圓的直徑。除了尖端(當(dāng)作為該段的一部分時(shí))之外，該段可具有沿其長(zhǎng)度的恒定有效直徑(即D(1)是恒定的)，或者有效直徑可沿其長(zhǎng)度而變化。例如，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段可以為階形的或者沿其長(zhǎng)度呈錐形，使得有效直徑可沿著該段的長(zhǎng)度而變小。
攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段必須具有有效直徑，其小于導(dǎo)管的相應(yīng)部分中的最小內(nèi)截面。這里所采用的導(dǎo)管的“相應(yīng)部分”指的是導(dǎo)管的在使用時(shí)攪拌器的特定部分處于其中的那一部分。導(dǎo)管優(yōu)選為圓柱形，因此在這種情況下，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段必須具有小于導(dǎo)管的相應(yīng)部分直徑的有效直徑。
圓柱形導(dǎo)管可具有沿著其長(zhǎng)度為恒定的內(nèi)徑，或者該內(nèi)徑可沿著其長(zhǎng)度變化。例如，導(dǎo)管內(nèi)徑可以為階形的或者呈錐形，使得內(nèi)徑在離開(kāi)容器的長(zhǎng)度上變小。優(yōu)選的是，圓柱形導(dǎo)管具有沿著其長(zhǎng)度為恒定的內(nèi)徑。
在導(dǎo)管具有恒定的內(nèi)徑之處，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段的有效直徑優(yōu)選也為恒定直徑。在導(dǎo)管具有沿著其長(zhǎng)度而變化的內(nèi)徑之處，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段的有效直徑可相應(yīng)地變化，例如，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段可呈錐形，以便配合在錐形導(dǎo)管內(nèi)。
優(yōu)選的是，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段設(shè)置成使得在用于導(dǎo)管內(nèi)時(shí)，處于導(dǎo)管內(nèi)某位置處的那一部分的有效直徑為導(dǎo)管內(nèi)的該位置處的導(dǎo)管內(nèi)徑的至少50％，更優(yōu)選為至少60％，最優(yōu)選為處于70-90％的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可具有任何合適的尺寸。
然而，盡管將參考優(yōu)選尺寸來(lái)介紹根據(jù)本發(fā)明的裝置，但根據(jù)本發(fā)明的裝置可在尺寸上容易地設(shè)置成可用于更大和更小的容器。
該裝置優(yōu)選包括較小的容器，例如較小的反應(yīng)容器。較小的合適反應(yīng)容器的示例包括分批處理反應(yīng)器，其容積從1毫升至5升，優(yōu)選具有至少10毫升的容積和/或達(dá)500毫升的容積。
導(dǎo)管優(yōu)選為出口導(dǎo)管，例如用于從容器中取出材料如反應(yīng)產(chǎn)品的出口導(dǎo)管。
攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段的特定長(zhǎng)度處的有效直徑D(1)必須在尺寸上設(shè)置成例如可允許攪拌器配合在導(dǎo)管內(nèi)。對(duì)于如上所述的容器尺寸而言，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段的有效直徑優(yōu)選為0.5至100毫米，優(yōu)選為至少2.5毫米和/或達(dá)20毫米。本發(fā)明尤其可用于具有較小導(dǎo)管直徑的容器，由于這類(lèi)導(dǎo)管最易于阻塞，因此有效直徑尤其小于15毫米，更優(yōu)選小于10毫米。
相應(yīng)地，導(dǎo)管本身可優(yōu)選具有大于1毫米至101毫米的直徑(如果不是恒定直徑的話，則為最小直徑)，優(yōu)選為至少3毫米和/或達(dá)21毫米。本發(fā)明尤其可用于具有較小導(dǎo)管直徑的容器，尤其是小于16毫米，更優(yōu)選小于11毫米，這是由于這類(lèi)導(dǎo)管最易于阻塞。攪拌器的優(yōu)選總長(zhǎng)度取決于容器尺寸和導(dǎo)管長(zhǎng)度。例如，攪拌器的總長(zhǎng)度為20至300毫米之間，優(yōu)選為至少50毫米和/或達(dá)200毫米，尤其在用于較小容器如上述分批處理反應(yīng)器時(shí)。
優(yōu)選的是，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段包括一個(gè)或多個(gè)凹槽，其描述了圍繞攪拌器的旋轉(zhuǎn)軸線的螺旋形路徑，如上所述。這一個(gè)或多個(gè)凹槽可具有任何合適的寬度。凹槽的優(yōu)選寬度由攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段的尺寸、特別是寬度來(lái)限定。例如，攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段的凹槽可具有0.2和15毫米之間的寬度，優(yōu)選為至少2毫米和/或達(dá)10毫米，尤其在用于較小容器如上述分批處理反應(yīng)器時(shí)。這一個(gè)或多個(gè)凹槽的螺旋角優(yōu)選在20和70°之間，更優(yōu)選在40和50°之間。帶凹槽段優(yōu)選包括兩段凹槽(由兩個(gè)槽脊分開(kāi))。
攪拌器優(yōu)選包括如上所述的第一和第二部分。該第一部分和第二部分可各自具有任何合適的單獨(dú)長(zhǎng)度。第一部分的優(yōu)選長(zhǎng)度由容器的尺寸來(lái)限定，而第二部分的優(yōu)選長(zhǎng)度至少部分地由導(dǎo)管的長(zhǎng)度來(lái)限定。例如，攪拌器的第一和第二部分可各自單獨(dú)具有10至200毫米之間的長(zhǎng)度，優(yōu)選各自為至少25毫米和/或達(dá)120毫米，尤其在用于較小容器如上述分批處理反應(yīng)器時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的攪拌裝置可用于攪拌容器內(nèi)的一種或多種材料。
因此，在第四方面，本發(fā)明還提供了一種用于在裝置內(nèi)攪拌一種或多種材料的方法，該方法包括使用如上所述的裝置。
優(yōu)選的是，用于在裝置內(nèi)攪拌一種或多種材料的這種方法包括(a)提供裝置，其包括容器、導(dǎo)管和攪拌器，如上所述，(b)在容器內(nèi)提供一種或多種材料，和(c)利用攪拌器攪拌所述一種或多種材料。
最優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的方法可用于攪拌容器內(nèi)的一種或多種材料，其中導(dǎo)管具有恒定的內(nèi)徑。因此，攪拌器還可具有適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段，其具有沿著其長(zhǎng)度為恒定的有效直徑。該導(dǎo)管優(yōu)選為具有圓柱形內(nèi)徑的管，在其底部底部設(shè)有導(dǎo)管閥，該閥允許導(dǎo)管的底部密封。
該容器可用于攪拌任何合適的材料，例如固體、液體、漿狀物和懸浮液。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的這種方法在用于攪拌固體或包括固體的混合物時(shí)具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，但也可有利地用于會(huì)引起問(wèn)題的其它材料，例如在導(dǎo)管沉積和/或?qū)е聦?dǎo)管阻塞的材料。
在根據(jù)本發(fā)明第四方面的方法中，為了攪拌容器內(nèi)的材料，在導(dǎo)管閥關(guān)閉時(shí)，攪拌器設(shè)置成在合適的方向上旋轉(zhuǎn)，使得攪拌器攪動(dòng)容器內(nèi)的材料，而攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段旋轉(zhuǎn)，使得會(huì)掉落到導(dǎo)管內(nèi)的材料被傳送回到容器中。這就具有其中材料不會(huì)在導(dǎo)管內(nèi)沉積的優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)于需要一直攪拌以保證其不會(huì)固化或分離的材料而言，攪拌器可通過(guò)連續(xù)地將其傳送回容器的攪動(dòng)區(qū)域內(nèi)，從而防止材料在導(dǎo)管內(nèi)積聚。特別是，在其中容器包括攪拌反應(yīng)區(qū)時(shí)，對(duì)于采用了固體催化劑的化學(xué)反應(yīng)而言，攪拌器可防止催化劑在導(dǎo)管內(nèi)沉積，并因此使更多催化劑保持在攪拌反應(yīng)區(qū)中。
當(dāng)需要從容器中取出材料，例如從反應(yīng)容器中取出包含催化劑和/或固體產(chǎn)品的材料時(shí)，可使攪拌器的攪拌方向反向，并且使導(dǎo)管閥打開(kāi)。攪拌器的適于處于導(dǎo)管內(nèi)的那一段此時(shí)用于將材料經(jīng)由導(dǎo)管傳送至容器外。導(dǎo)管優(yōu)選從容器的最低點(diǎn)(底部)伸出。攪拌器具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可從裝置中取出材料，同時(shí)不會(huì)阻塞導(dǎo)管。
另外，通過(guò)選擇合適相對(duì)尺寸的攪拌器和導(dǎo)管以防止材料旁通繞過(guò)導(dǎo)管內(nèi)的攪拌器，還可以通過(guò)改變攪拌器的轉(zhuǎn)速而在受控速率下取出某些材料，例如稠的或粘性的漿狀物或“粘性”固體。合適的材料包括僅在攪拌器的轉(zhuǎn)速下方可離開(kāi)導(dǎo)管的任何材料。這就允許取出規(guī)定量的材料，而無(wú)需使用其它的速度調(diào)節(jié)裝置，例如球形給料閥。
本發(fā)明尤其適用于聚合反應(yīng)，例如乙烯或丙烯的流化床聚合，或者乙烯或丙烯相互之間的或者與其它合適單體之間的共聚作用。攪拌器可防止不可流化的材料在反應(yīng)器導(dǎo)管內(nèi)沉積。
當(dāng)用于會(huì)生成固體的反應(yīng)如聚合反應(yīng)時(shí)，攪拌器的帶凹槽段的凹槽寬度優(yōu)先選擇成使得固體材料可傳送出容器外面和通過(guò)反應(yīng)器導(dǎo)管，而不會(huì)發(fā)生較大程度的研磨。特別是，對(duì)于聚合物產(chǎn)品而言，凹槽寬度選擇成使得聚合物在從容器中排出時(shí)可保持其形貌。因此，對(duì)于特定尺寸達(dá)2.5毫米的聚合物產(chǎn)品而言，凹槽寬度優(yōu)選為至少5毫米，例如5至10毫米。
本發(fā)明也特別適用于高處理量的實(shí)驗(yàn)中。高處理量化學(xué)技術(shù)的引入，特別是機(jī)器人和計(jì)算機(jī)用于催化劑和材料的自動(dòng)制備和試驗(yàn)的應(yīng)用越來(lái)越多，這使得允許研究者可測(cè)試比以前所能達(dá)到的要多數(shù)十、數(shù)百至數(shù)千種或甚至更多的催化劑和材料。已經(jīng)進(jìn)行了大量的努力以研制出用于許多種材料和材料性能的制備和測(cè)試裝置(例如美國(guó)專(zhuān)利5776359)，特別是用于所關(guān)注的化學(xué)反應(yīng)(例如見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5959297、美國(guó)專(zhuān)利6063633和美國(guó)專(zhuān)利6306658)。然而，由于它可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)量已經(jīng)增加，因此催化劑測(cè)試中的瓶頸就已改變。例如，在研究者以前在一天或甚至在一周內(nèi)只能制造、裝填和測(cè)試較少催化劑的場(chǎng)合中，研究者現(xiàn)在必須制出數(shù)量多很多的催化劑來(lái)進(jìn)行測(cè)試。另外，高處理量實(shí)驗(yàn)中所能進(jìn)行的規(guī)模(即所測(cè)試的催化劑的量)，這與平行實(shí)驗(yàn)的數(shù)量增加相反。另外，盡管“傳統(tǒng)的”催化劑測(cè)試通常涉及長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，例如若干小時(shí)或更長(zhǎng)，但如果能更快速地識(shí)別出可能的催化劑候選對(duì)象則是比較理想的。因此，許多高處理量技術(shù)試圖通過(guò)更快速的實(shí)驗(yàn)來(lái)快速地“篩選”潛在催化劑的活性，以確定值得去更詳細(xì)分析的那些催化劑。通過(guò)使用各種機(jī)器人技術(shù)和/或其它自動(dòng)化技術(shù)來(lái)制備和裝填催化劑以及操作催化劑試驗(yàn)裝置，就能夠一定程度地解決這些問(wèn)題。
如上所述，本發(fā)明尤其可用于高處理量實(shí)驗(yàn)。特別是，當(dāng)實(shí)驗(yàn)規(guī)模減小時(shí)，所使用的催化劑量下降。由于所使用的催化劑總量較低，因此，如果使用根據(jù)本發(fā)明的例如可防止容器內(nèi)催化劑在導(dǎo)管內(nèi)沉積的裝置，就可在所測(cè)活性上以及可能在高處理量試驗(yàn)的再現(xiàn)性上顯出顯著的區(qū)別。
另外，例如根據(jù)本發(fā)明的有助于反應(yīng)產(chǎn)品從裝置內(nèi)排出的裝置的使用允許包括排出在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程易于自動(dòng)化?？煽康呐懦鲞€意味著不要求操作者在不同次的實(shí)驗(yàn)之間檢查各反應(yīng)器容器，例如，不要求操作者檢查各容器是否阻塞。這就允許進(jìn)一步增大處理量。這在固體或漿狀物出現(xiàn)在反應(yīng)中時(shí)尤其成立，因?yàn)檫@類(lèi)產(chǎn)品通常難于從反應(yīng)器容器中取出。
因此，本發(fā)明在用于一系列平行容器時(shí)是特別有用的，例如用于包括4個(gè)或更多個(gè)容器、尤其是反應(yīng)容器的高處理量系統(tǒng)時(shí)，這是因?yàn)樗兄诟倪M(jìn)從各容器中取出材料，從而允許裝置的自動(dòng)化程度增加。
因此，在本發(fā)明的另一方面，提供了包括4個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置的高處理量系統(tǒng)。
該高處理量系統(tǒng)優(yōu)選包括8個(gè)或更多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的裝置。高處理量系統(tǒng)中每一個(gè)容器的體積通常為至少1毫升，優(yōu)選為至少10毫升，和/或達(dá)500毫升。
在另一方面，本發(fā)明還提供了包括本文所述的第一和第二部分的攪拌器。
現(xiàn)在僅通過(guò)示例并參考附圖1至圖3來(lái)闡述本發(fā)明。
圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的工藝的攪拌器的尖端，顯示了尖端角度1、槽脊2和凹槽3。
圖2示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面的攪拌器。圖2的攪拌器顯示了槽脊2、凹槽3、芯部4和柄部5，柄部5形成了攪拌器的第二部分6。第二部分6具有如圖所示的螺旋角7，以及在沿著第二部分(由9表示)的距離1處的有效直徑(D(1))8。第二部分通過(guò)可選的第二聯(lián)軸節(jié)10而連接在第一部分11上，該第一部分包括軸12、攪拌葉片13和第一聯(lián)軸節(jié)14，第一聯(lián)軸節(jié)14允許攪拌器連接在攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置上。在使用中，攪拌器圍繞旋轉(zhuǎn)軸線15旋轉(zhuǎn)。
圖3表示一種優(yōu)選的攪拌器，并且包括優(yōu)選尺寸(以毫米為單位)，這種攪拌器可用于高處理量實(shí)驗(yàn)、尤其是高壓釜內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)如分批處理聚合反應(yīng)中。
示例示例1圖3所示攪拌器用于分批處理聚丙烯實(shí)驗(yàn)中。將60克的晶種床(氯化鈉)用作采用了圖2所示攪拌器的270毫升高壓釜容器中的流化介質(zhì)。該高壓釜具有大約100毫米長(zhǎng)的圓柱形出口導(dǎo)管，在其底部設(shè)有閥。該出口導(dǎo)管在其頂部具有大約10毫米的內(nèi)徑，在閥處內(nèi)徑減小為大約8毫米。凹槽的寬度為大約9毫米。在注入催化劑和加入丙烯氣體之后，就形成了聚合物。在80分鐘的試驗(yàn)過(guò)程中，制出了40克的顆粒狀聚丙烯。在這段時(shí)間內(nèi)，攪拌器以400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速在順時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)。
在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將反應(yīng)器的氣體內(nèi)容物排出，使反應(yīng)器冷卻至45℃，并將100毫升的庚烷添加到高壓釜中。利用氮?dú)鈱⒎磻?yīng)器充壓至0.3巴，然后使攪拌器以400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速在逆時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)10秒鐘后，在攪拌器仍在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將高壓釜的底部閥打開(kāi)。
從反應(yīng)器中取出所有的顆粒物質(zhì)。這分兩步來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。首先，進(jìn)一步清洗，以便在未顯示有附加聚合物或晶種床的高壓釜中除去留下的任何附加聚合物或晶種床。取下高壓釜，并進(jìn)行目視檢查來(lái)確認(rèn)在高壓釜中沒(méi)有聚合物或晶種床。所產(chǎn)生的聚合物包括直徑達(dá)2.5毫米的顆粒?？梢杂^察到這些顆粒具有良好的形貌，沒(méi)有觀察到在排出過(guò)程中聚合物顆粒與晶種床材料之間發(fā)生了研磨的跡象。
對(duì)比示例A將60克的晶種床(氯化鈉)用作如示例1所述270毫升高壓釜容器中的流化介質(zhì)，但該容器采用了并非根據(jù)本發(fā)明的裝置/攪拌器。該攪拌器包括與示例1相同的第一部分，但沒(méi)有第二部分。在注入催化劑和加入丙烯氣體之后，就形成了聚合物。在80分鐘的試驗(yàn)過(guò)程中，制出了28克的顆粒狀聚丙烯。在這段時(shí)間內(nèi)，攪拌器以400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速在順時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)。
在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將反應(yīng)器的氣體內(nèi)容物排出，使反應(yīng)器冷卻至45℃，并將100毫升的庚烷添加到高壓釜中。利用氮?dú)鈱⒎磻?yīng)器充壓至0.3巴，然后使攪拌器以400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速在逆時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)10秒鐘后，在攪拌器仍在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將高壓釜的底部閥打開(kāi)。
只有2克晶種床從反應(yīng)器中掉出。取下高壓釜證實(shí)，大部分晶種床和聚合物仍留在反應(yīng)器中。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，所述攪拌器的一段適于處于所述導(dǎo)管內(nèi)并且其一段適于處于所述容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于在使用中使包含在所述導(dǎo)管內(nèi)的材料在朝向所述容器的方向上傳送。
2.一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，所述攪拌器的一段適于處于所述導(dǎo)管內(nèi)并且其一段適于處于所述容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于在使用中使包含在所述導(dǎo)管內(nèi)的材料在離開(kāi)所述容器的方向上傳送。
3.一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，所述攪拌器的一段適于處于所述導(dǎo)管內(nèi)并且其一段適于處于所述容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于當(dāng)在第一方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，使包含在所述導(dǎo)管內(nèi)的材料在朝向所述容器的方向上傳送，以及當(dāng)在第二方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，使包含在所述導(dǎo)管內(nèi)的材料通過(guò)所述導(dǎo)管在離開(kāi)所述容器的方向上傳送。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述攪拌器包括第一部分和第二部分，所述第一部分適于連接在合適的攪拌器驅(qū)動(dòng)裝置上，并且包括所述攪拌器的適于處于所述容器內(nèi)的那一段，所述第一部分在所述攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)還適于攪拌所述容器內(nèi)的材料，所述第二部分適于連接在所述第一部分上，并且包括所述攪拌器的適于處于所述導(dǎo)管內(nèi)的那一段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一部分包括軸，圍繞所述軸設(shè)有一個(gè)或多個(gè)攪拌器葉片。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述攪拌器的適于處于所述導(dǎo)管內(nèi)的那一段包括一個(gè)或多個(gè)凹槽，其描述了圍繞所述攪拌器的旋轉(zhuǎn)軸線的螺旋形路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)凹槽具有20°至70°之間的螺旋角。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述攪拌器的適于處于所述導(dǎo)管內(nèi)的那一段設(shè)置成使得在用于所述導(dǎo)管內(nèi)時(shí)，處于所述導(dǎo)管內(nèi)的某一位置處的那部分的有效直徑為所述導(dǎo)管內(nèi)的該位置處的導(dǎo)管內(nèi)徑的至少50％，優(yōu)選為處于70至90％的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述容器為具有10毫升至500毫升容積的反應(yīng)容器。
10.一種高處理量反應(yīng)系統(tǒng)，其包括4個(gè)或更多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置。
11.一種在裝置內(nèi)攪拌一種或多種材料的方法，所述方法包括使用根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置或者根據(jù)權(quán)利要求10所述的高處理量反應(yīng)系統(tǒng)。
12.一種攪拌器，所述攪拌器適用于根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種裝置，其包括具有從中伸出的導(dǎo)管的容器，以及攪拌器，該攪拌器的一段適于處于導(dǎo)管內(nèi)并且其一段適于處于容器內(nèi)，其中所述攪拌器適于在使用中使包含在導(dǎo)管內(nèi)的材料在朝向容器和/或離開(kāi)容器的方向上傳送。
文檔編號(hào)B01F7/24GK1780683SQ200480011713
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者S·R·帕廷頓 申請(qǐng)人:英諾文尼歐洲有限公司