专利名称：多层固定床管壳式反应器的制作方法
发明的领域本发明涉及一种具有优良的热媒闭路循环系统的多层固定床管壳式反应器。更具体地说，本发明涉及一种带有简洁高效的热媒闭路循环系统用于制备(甲基)丙烯酸的多层固定床管壳式反应器。
背景技术：
丙烯酸作为一种重要的化工原料广泛用于各种领域。例如丙烯酸聚合物可作为添加剂用于制备各种高档涂料。目前制备丙烯酸时通常采用多层固定床管壳式反应器。
1991年9月17日提交的授予Yamaguchi的美国专利5,048,601公开了一种多层固定床管壳式反应器，它包括一块将反应器分隔成两个不同温度的反应段的中间管板，从而有效地制备例如丙烯酸和甲基丙烯酸。由该专利的附图可见，两个不同温度的反应段分别具有不同的体积，一般来说两个反应段分别占反应器体积的约5/6和1/6。
许多化学反应是放热反应或者是吸热反应。因此需要在反应器中循环热媒以便吸收或提供热量，使化学反应更快地完成。
现有技术一般在该多层固定床管壳式反应器周围附加安装由管道连接的热媒循环装置，所述循环装置包括分立的热媒输送泵、熔盐储槽、加热器、热交换器等。由于这些分立装置是用管道通过接口相连的，因此其占地面积大。由于作为熔盐的热媒具有一定的渗透性和腐蚀性，因此对管道接口的密封具有相当高的要求。另外，长的连接管道造成热媒输送阻力上升，需要提高输送泵的功率才能维持正常的热媒输送流程。所有这些均不同程度地提高了最终产品的成本。
此外，为了在中间管板上下达到压力平衡，热媒流程需增设气相平衡管等附加管线。增加管线会使热媒流程烦琐复杂，提高现场装置运行维护成本。
本发明的目的就是要解决现有技术的这种缺陷。
发明的概述鉴于现有的多层管壳式反应器的缺陷，本发明提供一种多层管壳式反应器，它包括反应室1、将该反应室分成两个不同温度的反应段的中间管板2，以及分别与两个反应段相连的两个热媒循环段，其特征在于所述热媒循环段作为反应器的一部分与反应室整体相连。
本发明另一方面涉及一种多层管壳式反应器，它包括反应室1、将该反应室分成两个不同温度的反应段的中间管板2，以及与上反应段相连的热媒循环段，其特征在于所述热媒循环段作为反应器的一部分与反应室整体相连。
附图简述下面结合附图进一步说明本发明，附图中
图1是现有的多层固定床管壳式反应器及其附加的热媒循环装置的示意图；图2是本发明一个较好实例的多层固定床管壳式反应器的剖面示意图；图3是本发明一个较好实例的多层固定床管壳式反应器的俯视图。
较好实例的详细描述图1是现有的多层固定床管壳式反应器及其附加的热媒循环装置的示意简图。所述反应器包括反应器1，中间管板2将该反应器分成两个不同温度的反应段。两个反应段各自连接有热媒循环系统，这种热媒循环系统分别包括用管道通过相连的热媒输送泵6、热交换器4以及热媒储槽、加热器等(图中未表示)。
使用时加热器先加热热媒使之液化，随后输送泵6将热媒送至反应器使之发生热交换，接着再将经热交换的热媒泵送至熔盐储槽，再将其送往热交换器，发生热交换后再循环至反应器内与反应管中的反应物进行热交换，再将经热交换的热媒泵送至熔盐储槽，如此循环往复。当反应器需要从热媒中吸收热量时，则热媒从熔盐储槽中出来后还需要经过一个加热装置以便对其进行加热。由反应器和热媒循环装置组成的反应系统虽然具有良好的热交换效率，但是通过管道相连的分立的输送泵和热交换器等装置占地面积大，对接口的要求高，并且需要高功率的输送泵来克服长熔盐管道产生的输送阻力，从而增加了设备投资。
图2是本发明一个较好实例的剖面示意图。由图可见，本发明反应器包括反应室1，中间管板2将该反应室分成两个不同温度的反应段。两个反应段各自与其热媒循环段相连。所述热媒循环段分别包括轴流泵3和3’、热交换器4和4’、电加热器5和5’和调节阀组7和7’。
如图3所示，在本发明的一个较好的实例中，热媒循环系统中的轴流泵3、电加热器5、热交换器4、调节阀组7等均挂附于反应器周边，使该系统属于基本无管道连接，从而减少系统阻力，使系统泄漏减到最低。
中间管板2将反应室1分成两个不同的反应段。一般来说，上反应段作为主要的反应段占有较大的空间。在本发明一个较好的实例中，上反应段占整个反应室的5/6，而下反应段仅占1/6。鉴于两个反应段的空间分布，本发明两个热媒循环段具有不同的结构。
如图2所示，对于上反应段，在带有加热器5的情况下，其热媒循环系统所属设备分挂在反应室1的180°两侧。在所述反应室的一侧，热媒循环段包括通过短管11和10与反应室1相连的轴流泵3、通过短管17和16与轴流泵3相连的热交换器4、及短管17中的调节阀组7，而在另一侧包括通过短管12和13与反应室相连的电加热器5。
使用时，轴流泵3通过短管10将热媒送入反应器，使之与反应室1内的反应管发生热交换(在有加热器5加热的情况下，通过短管12和13流经加热器5)以后，由短管11输出，输出的热媒与通过短管16来自热交换器4经冷却的热媒混合。经泵混合加压后的热媒一部分经短管10泵入反应室1，而另一部分则由短管17进入热交换器4进行热交换。为调节反应器温度，在管道17中设置调节阀组7以便控制通过短管17进入热交换器4的热媒的量，从而达到控制反应室内部温度的目的。
为了在反应器启动阶段使热媒(通常是熔盐)升温达起始反应温度及停车时保持恒温，在反应室的另一侧设置加热器5。加热器5通过短管12和13与反应室1相连。启始升温后，当温度达到一定程度，加入反应物料进行反应。由于反应放出的热量使热媒的温度上升，为保持盐温恒定必须开启调节阀组7以便通过热交换器4对热媒进行冷却。本领域的普通技术人员不难理解反应热的移出与设置加热器5和调节阀门7的重要性。
本发明反应器的热媒循环段中，各装置(如轴流泵、加热器、热交换器)与反应器之间基本是无管道连接的。它与现有技术通过管道等的“软”连接方法不同，所述短管是通过焊接等“硬”连接方法相连的。同样本发明反应器中热媒循环段与反应室也是通过“硬”连接方法相连的。本发明连接方法可避免类似热媒泄漏这种缺陷。
在本发明中，术语“软连接”是指通过接口用较长管道相连接；术语“硬连接”是指装置之间基本无管道而是直接焊接在一起。
因此，在本文中，术语“整体相连”是指热媒循环段通过“硬”连接方式与反应室相连。
本领域的普通技术人员可以理解，“软连接”需要接口密封技术，并且由于管道两端需要有接口从而需要更长的管道长度。相反本发明硬连接方法可使反应装置更紧凑，从而减少了占地面积，降低成本，消除泄漏。
但是在某些情况下，例如在(甲基)丙烯酸的制备中，下反应段具有热媒循环段。下反应段的热媒压力必须与上反应段相同，以免上下反应段的热媒借助压力差严重相混。本发明经过进一步研究，提出了一种使所有装置处于反应室一边的热媒循环装置分布。
也就是说，下反应段的热媒循环段位于与上反应段的热媒循环段相反的一侧，它包括在反应室1同一侧的轴流泵3’、热交换器4’、调节阀组7’和电加热器5’。加热器5’通过短管14与反应室1相连，通过短管18与轴流泵3’相连；轴流泵3’通过短管15与反应室1相连，当该热媒循环段不使用加热器时，轴流泵的另一端通过短管18与反应室直接相连；热交换器4’通过短管19和20与轴流泵3’相连。
使用时，轴流泵3’通过短管15将热媒送入反应室1，使之与反应管发生热交换后由短管14输出，输出的热媒由加热器5’的下部进入而从其上部通过短管18进入轴流泵3’。来自短管18的温度较高的热媒与来自短管19的较冷的热媒混合。混合后的热媒一部分经短管15泵入反应室1，而另一部分则通过短管20进入热交换器进行热交换降温。
在短管20中设置调节阀组7’以便控制进入反应室和冷却器的热媒的比例，从而达到控制反应室内部温度的目的。
同样为了在反应器启动阶段使热媒(通常是熔盐)升温及停车时保持盐温，下反应段的热媒循环段还可设置加热器5’，它亦作为热媒从反应器下腔返回轴流泵3’的通道。
下反应段的热媒循环段中的轴流泵与上反应段的热媒循环段中的轴流泵具有相同的扬程但具有不同的流量。采用这种轴流泵可使上反应段的热媒与下反应段的热媒具有平衡的压力，从而避免了压力差造成的热媒渗透现象。
本发明反应器具有如下优点1.本发明反应器中热媒循环段中和热媒循环段与反应室之间采用焊接等“硬”连接，从而避免现有反应器通常发生的热媒泄漏问题；2.本发明在设计思想上将热媒循环作为反应器的一个段，从而使反应器更紧凑。与现有的反应器加热媒循环系统的设计相比，占地面积小，投资省。同样产量的反应器，本发明反应器比现有反应器系统占地约少50％，设备投资少约25-30％；3.本发明利用不同流量相同扬程的轴流泵达到使中间管板受力平衡的目的。现有技术为了达到这种平衡，需要在热媒流程中增设气相平衡管等管线，造成热媒流程复杂，难以维护等缺陷。
在阅读了上面描述以后，在不偏离本发明精神和范围的情况下本领域的普通技术人员不难对本发明进行各种变化和改进。本发明包括在所附权利要求范围的所有各种变化和改进。
权利要求
1.一种多层管壳式反应器，它包括反应室(1)、将该反应室分成两个不同温度的反应段的中间管板(2)，以及分别与两个反应段相连的两个热媒循环段，其特征在于所述热媒循环段作为反应器的一部分与反应室整体相连。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于对于上反应段，其热媒循环段包括通过短管(10)和短管(11)与反应室(1)相连的轴流泵(3)，通过短管(17)和短管(16)与轴流泵(3)相连的热交换器(4)。
3.如权利要求2所述的反应器，其特征在于在短管(17)中还包括调节阀组(7)。
4.如权利要求2所述的反应器，其特征在于在反应室另一侧还包括通过短管(12)和短管(13)与反应室(1)相连的电加热器(5)。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的反应器，其特征在于对于下反应段，其热媒循环段包括通过短管(15)及电加热器(5’)与反应室(1)相连的轴流泵(3’)，通过短管(19)和短管(20)与轴流泵(3’)相连的热交换器(4’)。
6.如权利要求5所述的反应器，其特征在于所述下反应段热媒循环段还包括在管道(20)中的调节阀组(7’)。
7.一种多层管壳式反应器，它包括反应室(1)、将该反应室分成两个不同温度的反应段的中间管板(2)，以及与上反应段相连的热媒循环段，其特征在于所述热媒循环段作为反应器的一部分与反应室整体相连。
8.如权利要求7所述的反应器，其特征在于所述热媒循环段包括通过短管(11)、短管(10)与反应室(1)相连的轴流泵(3)，通过短管(17)和短管(16)与轴流泵(3)相连的热交换器(4)。
9.如权利要求7或8所述的反应器，其特征在于在短管(17)中还包括调节阀组(7)，在反应室另一侧还包括通过短管(12)和短管(13)与反应室(1)相连的电加热器(5)。
全文摘要
一种多层管壳式反应器,它包括反应室(1)、中间管板(2)和两个热媒循环段,所述热媒循环段与反应室整体相连。上反应段的热媒循环段包括通过短管(11)和短管(10)与反应室(1)相连的轴流泵(3),通过短管(17)和短管(16)与轴流泵(3)相连的热交换器(4),调节阀组(7)和在反应室另一侧通过短管(12)和短管(13)与反应室(1)相连的电加热器(5)。下反应段的热媒循环段包括通过短管(18)和短管(15)与反应室(1)相连轴流泵(3’),通过短管(19)和(20)与轴流泵(3’)相连的热交换器(4’),通过短管(14)与反应室(1)相连并通过短管(18)与轴流泵(3’)相连的加热器(5’),和调节阀组(7’)。
文档编号B01J8/04GK1342514SQ0112652
公开日2002年4月3日 申请日期2001年8月22日 优先权日2001年8月22日
发明者裴德余, 邵敬铭, 袁青, 金伟忠, 赵伟彪, 安岁民 申请人:中国华陆工程公司, 上海高桥石化丙烯酸厂