一种叶片转子环型动态反应装置的制作方法

本发明涉及一种基于叶片转子环型动态反应装置，特别涉及一种以叶片转子环型反应管路代替传统釜式反应的改进装置，属于烯烃聚合领域。

背景技术：

烯烃聚合，主要是加成聚合，即链式聚合反应，是高分子反应中一类重要聚合反应。如乙烯的自由基聚合、苯乙烯的负离子聚合、异丁烯的正离子聚合及丙烯的配位聚合等均为烯烃聚合。在传统的反应中，一般采用反应釜来进行聚合反应，将丙烯储罐输送来的液态丙烯单体与催化剂分别输入反应釜中，然后利用搅拌叶进行搅拌混合反应，进行充分的搅拌反应后，打开反应釜出料口，输出所需物料。 同时，由于丙烯本体聚合是一个强放热反应，反应釜的换热较差，反应釜在体积比较小的时候换热问题不严重，在体积较大的情况下，必须采用内冷管、气相外循环、液相外循环等进行强化换热。而采用这些措施后装置的设计将会更加复杂，成本会大大上升。在聚合装置大型化以及反应釜撤热量大的情况下，这些强化换热的措施在传统反应釜上也经常不能达到要求。在另一方面，上述反应中，应用的是传统反应釜，因此在搅拌反应时存在死角，物料会粘附反应器壁，传热不均匀导致催化剂利用率低等弊端，同时，反应釜散热不及时，尤其在对于热量变化大的反应时，存在一定的危险性，或者存在反应率低等问题。专利CN1926159A描述了一种互联环管反应器的技术，该技术描述一种在环管聚乙烯的技术，通过该技术使物料在两个环管间循环，因此两个环管间循环的物料对两个环管的换热影响几乎可以忽略。但是该反应装置依然存在物料会粘附反应器壁，传热不均匀导致催化剂利用率低等弊端。

目前，国内有大量采用单环管聚丙烯装置需要扩能改造，而单纯地增加环管反应器的数量以提高生产能力，显然会追加巨额投资以及资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种新结构的丙烯聚合反应装置，该装置形状为环型，在环型管的直线反应器中，装入列管形成反应管程，列管与环型管之间形成壳程，在管程中安装叶片转子，该反应装置可以利用叶片转子对反应物与催化剂进行微分化、细化、充分混合，具有提高催化剂使用率、生产效率，解决物料粘接壁面的作用。

本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种叶片转子环型动态反应装置，由上下封头和反应器构成，两段直线反应器与上下封头连接形成闭合环型装置；在上封头圆弧过渡段一侧安装动力驱动装置，为反应物在反应装置内循环提供动力，动力驱动装置外部连接部分与环型反应器密封性能良好，在上封头另一侧圆弧过渡段有三个物料入口，分别可以向环型反应器中输入多种物料，包括催化剂；上封头与环型反应器由法兰进行连接；下封头在底部有物料出口，下封头与反应器由法兰进行连接；环型动态反应装置有两段直线反应器，在直线反应器中，装入列管形成反应管程，在管程中安装叶片转子，叶片转子通过固定件、限位件、中心轴固定在管程中，叶片转子的直径略小于管程直径。当反应物与催化剂按照一定配比注入反应器，容量应该没过动力驱动装置的桨叶，也不能注满，留有一定的空间，防止产生气体，造成反应器压力过大。动力驱动装置开始工作，驱动反应物与催化剂在装置中流动，当流动经过上封头时，反应物与催化剂进行一次汇合，然后被分散至直线反应器细小的列管中，驱动叶片转子转动，反应物和催化剂在叶片转子的转动下，被细化，并进一步微分化，物料间相互接触更加充分，同时转子转动，打破了反应物的流动状态，避免了反应物粘接在反应装置壁面；当反应物与催化剂经过下封头时，再进行一次汇合，然后经过另一段直线反应器时，再次被重新分配分散至直线反应器细小的列管中，再次混合反应，如此在反应装置内进行循环，直至混合均匀，反应完全。直线反应器内可以安装多组反应管程，具体可按照整体设备大小进行合理设计，管程与环型反应器之间留有空隙形成壳程，壳程与外部温度控制设备相连接，可以在设备中进行冷热水循环以及气相循环等来进行强化换热，用于控制反应温度。

本发明一种叶片转子环型动态反应装置，其所述的动力驱动装置可为轴流泵，所述的直线反应器中的转子，考虑到其应该具有耐热性、耐腐蚀性以及较好的机械性能，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用，其材料可为工程塑料，如聚苯硫醚（PPS）、聚苯醚（PPO）。

本发明一种叶片转子环型动态反应装置，其所述的物料输入口可为三个，也可为多个，输入口的位置在上封头右侧。

本发明一种叶片转子环型动态反应装置，其所述的反应器列管数量为2根、3根或者多根，为了转子在反应器有更好地作用，列管的直径不应该过大，其直径在22-35mm最优。列管直接过大，转子转动效果不好，以至于物料混合效果不好；列管直径过小，转子安装难度加大，同时加入容易堵塞管路，造成压力容器内压力过大。

本发明一种叶片转子环型动态反应装置，其插入列管反应器的叶片转子，是由中心轴支撑，两端由固定件固定在列管中，由于叶片转子在管内转动，会大大减少或者避免反应装置壁面产生物料残留，但其转子自身会暂留物料，应定期将转子拆出，用清水进行冲洗，再重新安装进入反应装置。叶片转子的结构和组合方式可有多种型式，结构一：可以将叶片转子组合形成闭合环形结构，使物料在环形装置内循环反应，提高物料利用率，结构二：将叶片转子组合形成串联结构，反应物料从反应器一端进入后，经过并联的叶片转子后，反应完成，从另一端出料。

本发明的有益效果是：1、所发明的一种叶片转子环型动态反应装置，可以将大型的反应微分化、离散化，这样反应更加完全，催化剂与反应物料利用率更高；2、该装置可将大型复杂的反应分解成小单元，便于控制反应的温度与压力，降低反应过程的危险性，同时降低设备投入；3、在其反应管路中，由于加入叶片转子，物料推动叶片转子转动，可以减少或者避免反应物在反应管路中粘接壁面的情况；4、转子在反应管内流体的推动下进行旋转，增加了流体的湍流作用，使得物料混合更加均匀。

附图说明

图1是本发明一种叶片转子环型动态反应装置结构示意图。

图2是本发明一种叶片转子环型动态反应装置串联结构示意图。

图中，1-轴流泵，2-上封头，3-挡流板一，4-反应管路一，5-叶片转子，6-冷却流体入口，7-下封头，8-生成物出口，9-反应管路二，10-挡流板二，11-冷却流体出口，12-物料入口一，13-物料入口二，14-物料入口三，15-预混合挡流板。

具体实施方式

本发明涉及的一种叶片转子环型动态反应装置中的一种实施方法，如图1所示，包括轴流泵1、反应管路4、反应管路9、上封头2、下封头7组成，其中，两段直线反应管路与上封头2、下封头7通过法兰连接形成闭合回路，轴流泵1为管路内反应物流动提供动力，叶片转子5通过中心轴、限位件、固定件安装在反应器列管中，反应列管与反应器壁面形成壳程，换热设备与壳程通过法兰型式相连接。冷却流体从冷却流体入口6进入，浸满壳程，然后从冷却出口11流出，在壳程与管程之间，设置挡流板10，以便冷流体与反应管充分接触。

本发明中一种叶片转子环型动态反应装置，从丙烯储罐输送来的液态丙烯单体通过物料入口一12进入环型反应器中，关闭物料入口一12，催化剂体系通过物料入口二13进入环型反应器，关闭物料入口二13，在轴流泵1的作用下，液态丙烯单体和催化剂在环型反应器内循环流动，为了使上封头2与直线反应器间物料平滑过渡，在上封头2处，设计一个挡流板3，避免物料残留在死角，物料经过直线反应器1的叶片转子5，反应物和催化剂被微分化，细化，进行充分反应，反应过程中，壳程与外部换热设备连接，对反应的温度进行控制，聚合后的物料包括聚丙烯和液态丙烯单体通过生成物出口8进入聚合物脱气和丙烯回收工段，在反应过程中，可以从物料入口三14中，加入以下稳压气体，稳定反应器内压力。

如图1所示，此叶片转子环型动态反应装置为环形，液态丙烯单体在环形反应器中循环反应，反应一定时间后，液态丙烯单体完全反应完成为聚丙烯，从生成物出口流出。

如图2所示，此叶片转子环型动态反应装置中，反应器以串联的形式连接，物料从一端进入反应后，通过预混合挡流板15，先进行预混合，然后经过数组直线反应工段后，液态丙烯单体完全反应完成为聚丙烯，从另一端生成物出口直接流出进入聚合物脱气和丙烯回收工段。

本发明提出将丙烯聚合生产微分化，可以扩大装置的生产能力，提高催化剂的使用效率，对于液态丙烯单体也可以进行充分反应。