将用于制造聚氨酯的化学组分混合的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201180020888.X | 申请日 | 2011-06-08 | 公开(公告)号 | CN103038042B | 公开(公告)日 | 2016-03-23 |
| 申请人 | 润英聚合工业有限公司; | 发明人 | 阮文正; 洪俊民; 李添财; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的 实施例 描述用于在制造聚 氨 酯 泡沫 物时将化学组分混合的方法和设备。所述化学组分包括多元醇和不同的发泡剂。发泡剂根据其沸点在不同高度 水 平处被直接喷射到混合室中。混合室允许将混合物连续排出而进入静态混合器中进行进一步混合，然后再储存到储存罐中。发泡剂是从包括以下化合物的组中选出的化学化合物：含 碳 氢的化合物，或含氢氟碳的化合物，或含氢氟烯的化合物。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种混合设备，用于由多元醇和发泡剂制备用于制造聚氨酯泡沫物的混合物，所述混合设备包括： |
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| 说明书全文 | 将用于制造聚氨酯的化学组分混合的方法和设备技术领域背景技术[0002] 聚氨酯泡沫物广泛用于热隔离应用中，例如冰箱，户外板热隔离，和各种汽车零件。聚氨酯泡沫物的制造典型方式涉及：将诸如多元醇（polyol）和异氰酸酯（isocyanate）之类的化学组分混合，其中可添加发泡剂和其它添加物。 [0003] 一种常用的制造方法是：首先将发泡剂与多元醇化合物混合，然后允许该混合物与异氰酸酯反应以形成聚氨酯泡沫物。氯氟碳（chlorofluorocarbon，CFC），例如Freon 11和Freon 12，在过去的十年中作为主要发泡剂被工业界广泛使用。它们被认为是第一代发泡剂，并由于其高臭氧破坏潜能值（ODP）而在联合国蒙特利尔协议下已被逐步淘汰。氢氯氟碳（hydrochlorofluorocarbon，HCFC），例如HCFC 141b，被认为是第二代发泡剂，其由于ODP值不为零而在联合国蒙特利尔协议下也计划将被逐步淘汰。 [0004] 用于取代CFC和HCFC的第三代发泡剂例如包括以下的化合物：氢氟碳（hydrofluorocarbon，HFC）（例如HFC-245fa、365mfc、134a），碳氢（例如环戊烷），和氢氟烯（hydrofluoroolefin，HFO）（例如HFO-1234ZE）。这些发泡剂主要用于制造实现热隔离应用的刚性聚氨酯泡沫物。目前，HFC化合物被工业界认可作为CFC和HCFC的可替代物，但其并非直接的替代品，不得不对化学配方和混合系统进行调适以实现所需要的聚氨酯泡沫物性能。 发明内容[0005] 根据本发明的一个实施例，一种混合设备，用于制造聚氨酯泡沫物，所述混合设备包括混合室，所述混合室具有多个喷嘴以将多元醇和发泡剂喷射到所述室中。各喷嘴位于混合室的不同区部（例如高度）处，不同发泡剂根据其沸点被喷射到混合室中。发泡剂是经选择的化学化合物，其具有低值或零值的臭氧破坏潜能值（ODP）和/或小于1500的温室效应潜能值（GWP）。 [0006] 根据本发明的另一实施例，所述混合设备包括静态混合器，用于将从所述混合室中排出的混合物成分进行进一步混合。通过静态混合器进行进一步混合提高了混合物成分均匀性，以提供更高质量的产品。附图说明 [0007] 通过以下结合附图的详细描述，本发明的实施例将易于理解。 [0008] 图1例示出根据本发明的一个实施例的用于制造聚氨酯泡沫物的混合设备的结构图。 [0009] 图2例示出根据本发明的一个实施例的混合室的侧视图。 [0010] 图3例示出图2所示混合室的另一侧视图。 [0011] 图4例示出混合室沿图2的线A-A所取的截面图。 [0012] 图5例示出混合室沿图3的线B-B所取的截面图。 具体实施方式[0013] 在以下描述中，阐明多种具体细节以提供对本发明各种例示性实施例的充分理解。不过，应理解，对于本领域技术人员而言，本发明的实施例可在没有一些或所有这些具体细节的情况下付诸实施。在其它情况下，并未详细描述公知的聚氨酯处理方法和装置，以避免不必要地混淆正在描述的实施例的相关特征。 [0014] 在本发明的实施例中，用于制造聚氨酯泡沫物的混合设备包括混合室，混合室具有多个喷嘴，用于将多元醇和发泡剂喷射到所述室中。在特定的实施例中，多个喷嘴在混合室上的不同高度水平处定位，各发泡剂根据其沸点 经各喷嘴喷射。发泡剂是从包含以下化合物的组中选出的化学化合物：含碳氢的化合物，含氢氟碳（hydrofluorocarbon）的化合物，或含氢氟烯（hydrofluoroolefin）的化合物。而且，发泡剂具有零臭氧破坏潜能值（ODP）和/或低的小于1500的温室效应潜能值（GWP）。一物质的ODP被定义为：由于该物质所致的相对于类似质量CFC-11的对臭氧产生影响的比率，其中CFC-11的ODP被定义为1.0。一物质的GWP被定义为：由于该物质所致的相对于类似质量二氧化碳的暖化的比率，其中CO2的GWP被定义为1.0。在一个实施例中，来自混合室的混合物被传输到静态混合器，以提高混合物成分均匀性。 [0015] 图1例示出用于制造聚氨酯的混合设备的结构图。在一个实施例中，混合设备包括多个容器模块210、220、230、240、250，所述容器模块将化学组分传输到混合室100进行撞击混合（impingement mixing）。撞击混合是指一种将化学组分混合的方法，其中这些组分的流以高速压向彼此，结果形成的流的高动能用于混合。在本发明的一实施例中，所述化学组分至少包括多元醇和四种发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4。 [0016] 图2至5例示出混合室100的侧视图和截面图。在本发明的一实施例中，混合室100包括多个喷嘴110、120、130、140、150，以允许将多元醇（polyol）和四种不同的发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4喷射到混合室100中。在一个实施例中，混合室100具有柱形形状。混合室100可由诸如金属或金属合金之类的材料制成。 [0017] 在一个实施例中，第一喷嘴110（图2）允许将多元醇喷射到混合室100中，其中多元醇具有约200至250摄氏度（°C）的沸点。例如，多元醇可为聚醚多元醇（polyether polyol），例如但不限于聚丙二醇（polypropyleneglycol，PPG）。 [0018] 第二喷嘴120在混合室100上低于第一喷嘴110的高度水平处定位（图2），其中第二喷嘴120允许将第一发泡剂BA1喷射到混合室100中。在 一个实施例中，第一发泡剂BA1是具有约40至60摄氏度（°C）沸点的含碳氢的化合物。例如，第一发泡剂BA1可为环戊烷（C5H10）。 [0019] 第三喷嘴130在混合室100上低于第二喷嘴120的高度水平处定位，其中第三喷嘴130允许将第二发泡剂BA2喷射到混合室100中。在一个实施例中，第二发泡剂BA2是具有约20至40摄氏度沸点的含氢氟碳(hydrofluorocarbon)的化合物。例如，第二发泡剂BA2可为HFC365mfc(CF3CH2CF2CH3)、或365mfc/227ea(即，365mfc和227ea的混合物)。 [0020] 第四喷嘴140在混合室100上低于第三喷嘴130的高度水平处定位(图3)，其中第四喷嘴140允许将第三发泡剂BA3喷射到混合室100中。在一个实施例中，第三发泡剂BA3是具有约0至20摄氏度沸点的含氢氟碳的化合物。例如，第三发泡剂BA3可为HFC245fa(CF3CH2CHF2)。 [0021] 第五喷嘴150在低于第四喷嘴140的高度水平处定位，其中第五喷嘴150允许将第四发泡剂BA4喷射到混合室100中。在一个实施例中，第四发泡剂BA4是具有约－30至0摄氏度沸点的含碳氢的化合物、或含氢氟碳的化合物、或含氢氟烯(hydrofluoroolefin)的化合物。例如，第四发泡剂BA4可为R600a(C4H10)、HFC134a(CH2F-CF3)、或HFO1234ZE(反-CHF＝CHCF3)。 [0022] 在一个实施例中，多个喷嘴110、120、130、140、150在混合室100的侧壁101的不同高度处定位，如在图2和3中所示。在一个实施例中，多个喷嘴110、120、130、140、150相互以大致沿径向的等距离R定位(图4)。 [0023] 参见图5，第四喷嘴140包括用于将第三发泡剂BA3喷射到混合室中的开孔141。类似地，其它喷嘴110、120、130、150中的每个具有用于喷射相应化学化合物的开孔。可以认识到，喷嘴110、120、130、140、150的开孔可被设计为具有不同直径，以利于喷射不同类型的化学化合物（即，多元醇和发泡剂）。在一个实施例中，喷嘴110、120、130、140、150安插到室100的侧壁101中的预成形孔，并通过粘接剂、密封剂或O形环紧固就位。在一个实 施例中，喷嘴110、120、130、140、150的轴线朝向混合室100的竖直中心轴线Y-Y定向。在一个特定实施例中，喷嘴110、120、130、140、150的轴线大致垂直于竖直中心轴线Y-Y。 [0024] 混合室100包括出口190，出口190具有通道191，以允许将由于撞击反应/混合而形成的多元醇和发泡剂的混合物排出。在一个实施例中，出口190位于混合室100的顶部。在本发明的一实施例中，所述混合物通过高压被连续地排出，而不使用任何控制阀。 [0025] 多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4在被喷射到混合室100中之前分别储存在多个容器模块210、220、230、240、250中（图1）。在一个实施例中，在多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4释放到混合室100之前，容器模块210、220、230、240、250使多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4保持处于所希望的温度和压力。可根据混合处理需要而调节多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4中的每种的温度。在本发明的实施例中，容器模块210、220、230、240、250使用公知的温度或压力控制机制，使多元醇和发泡剂保持处于其液相状态，以利于撞击混合，特别是对于第四发泡剂BA4而言，例如HFC 134a，其具有约－26°C的低沸点和高的气化压力。 [0026] 容器模块210、220、230、240、250通过相应的管道310、320、330、340、350和计量泵311、321、331、341、351而联接到混合室100，以将多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4传输到混合室100。管道310、320、330、340、350分别联接到多个喷嘴110、120、130、140、150。喷射到混合室100中的多元醇和每种发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的输入压力和料量（volume）受控于相应的计量泵311、321、331、341、351。计量泵311、321、331、341、351将要采用的多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4按所希望的比率从容器模块210、220、230、240、250传输到混合室100。而且，计量泵311、321、331、341、351确保该适合比率是可重复的和准确的，以实现一致稳定的高质量混合。计量泵311、321、331、341、351联接到开关阀（未示 出），开关阀使进入混合室100中的多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的流开通或关断。 [0027] 在一个实施例中，计量泵311使用具有约250巴（BAR）最大压力的轴向活塞泵，以计量多元醇。在一个实施例中，计量泵321、331、341、351使用公知的具有约140巴最大压力的活塞泵或缸泵（cylinder pump），用于计量发泡剂。 [0028] 在本发明的实施例中，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4在足以使多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4保持处于液相状态的温度和压力下通过管道310、320、330、340、350被进给。在一个实施例中，流量计和温度传感器（未示出）联接到管道310、320、330、340、350以监控多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的流速和温度。流量计和温度传感器是闭环系统的部件，该闭环系统监控和调节多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的输入压力、料量和温度，以确保混合处理的一致稳定。换言之，该闭环系统能够根据多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的特性对流量、压力和温度精确控制以实现高质量混合。 [0029] 在本发明的实施例中，静态混合器400联接到混合室100的出口190。静态混合器400用作进一步混合机构，以提高所排出的混合物的均匀性。静态混合器使用公知的装置，所述公知的装置包括在管状壳体中封装的一系列螺旋元件。 [0030] 在一个实施例中，压力控制模块500联接到静态混合器400的出口。压力控制模块500包括：压力调节器，用于控制从静态混合器400排出到储存罐600的混合物的流动。此外，压力控制模块500可包括：压力计，以测量从静态混合器400排出的混合物的压力。储存罐600储存该混合物，直到随后与异氰酸酯（isocyanate）混合以形成聚氨酯泡沫物。 [0031] 现在描述用于混合多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的方法。多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4首先分别储存在容器模块210、220、 230、240、250中。在一个实施例中，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4在容器模块210、220、230、240、250中保持处于其液相状态。 [0032] 下一步，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4通过相应的管道310、320、330、340、350和计量泵311、321、331、341、351从容器模块210、220、230、240、250传输到混合室100。 在混合室100中，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的每种喷射流的一部分与其它流混合以形成混合物。在一个实施例中，计量泵311、321、331、341、351控制输入压力和料量，使多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的液态流通过相应的喷嘴110、120、130、140、150被喷射到混合室100中用于撞击混合。在一个实施例中，多元醇的最小流速约为200克/秒（g/s），而发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的最小流速约为2克/秒（g/s）。在一个实施例中，混合的比率为：约1－15份的每种所述发泡剂BA1/BA2/BA3/BA4对应于100份的多元醇。在这种情况下，四种发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4的总和的混合比率为：约13－35份的组合的发泡剂对应于100份的多元醇。 [0033] 在其它实施例中，制造者可通过使用不同组合的发泡剂制造出具有不同隔离或绝缘（insulation）性能的聚氨酯泡沫物。例如，仅三种发泡剂BA1、BA2、BA3与多元醇混合。在这种情况下，每种发泡剂BA1/BA2/BA3的混合比率为：约1－15份的发泡剂对应于100份的多元醇。总和的发泡剂BA1、BA2、BA3的比率为：约13－35份的总和的发泡剂对应于 100份的多元醇。 [0034] 在一个实施例中，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4被同时喷射到混合室100中。换句话说，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4在大致相同的时间被喷射到混合室100中。 在一个实施例中，多元醇和发泡剂BA1、BA2、BA3、BA4被连续地喷射到混合室100中，这样允许混合设备在每次混合流程时形成高的混合物输出。 [0035] 当在混合室100中进行撞击混合之后，结果形成的混合物从混合室100的通道191排出。在一个实施例中，被排出的混合物被传输到静态混合器 400用于进一步混合以提高其成分的均匀性。然后，混合物从静态混合器400传输到储存罐600。随后，储存在储存罐600中的混合物与异氰酸酯混合以形成聚氨酯泡沫物。 [0036] 如从以上描述和附图中显见，本发明的各实施例提供了混合设备和方法，使用不同特性的化学组分（即，多元醇和发泡剂）提供良好的混合质量。一些沸点低于室温的发泡剂不得不保持处于液相状态，以利于撞击混合。混合设备能够处理各种化学组分的任意组合和显著不同的混合比率。还在控制混合过程和参数（例如输入压力和料量）方面提供了稳定性和一致性。制造者能够得益于这样的优点：所用于混合的不仅是一种发泡剂，而是不同的发泡剂。 [0037] 而且，所述混合设备和方法为制造者提供灵活性以开发他们自己的混合配方，使其乐见最终混合物中各种化学组分带来的益处。例如，制造者在其配方中可使用更少量的高挥发性发泡剂，例如环戊烷或HFC 365mfc，这样有助于减少使用聚氨酯的安全风险并且满足零ODP要求。此外，制造者能够受益于各种发泡剂的组合和实现良好的聚氨酯泡沫物隔离/绝缘性能。制造者可尝试各种组合以减少总操作成本。 |
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