反应装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种反应装置，包括用于物料反应的至少一个子反应器、与至少一个子反应器连接的用于产物混合的主反应器、以及用于产物和物料在主反应器和子反应器之间循环的第一强制循环装置，其中，子反应器的体积小于主反应器的体积。本发明的反应装置是通过多个小型的反应器与一个主反应器相结合而有效的加快质量和热量的传导，提高了反应效率。
【专利说明】反应装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及化工行业中使用的反应装置。
【背景技术】
[0002]化工行业的规模效益导致化工企业规模日愈庞大，单机产量日愈增加。以化工企业中最常用的反应釜为例，从过去的Im3?5m3发展到1m3?100m3，反应器的不断增大，出现了一个必须解决的问题，那就是反应器内的质量和热量传递不均衡所引起的反应质量下降。例如对于大容量反应器而言，尤其需要对粘稠物料加温，传统的反应器壁外加温方式，例如电加温或蒸汽加温，很容易造成大型反应器内形成温度分布不均匀，从而造成反应效率下降。即便在大型反应釜中加装搅拌，仍然难以达到温度和质量的均匀分布，容易出现死角。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种反应装置，以满足大型反应器内质量和温度均匀分布的要求。
[0004]为此，本发明提供了一种反应装置，包括用于物料反应的至少一个子反应器、与至少一个子反应器连接的用于产物混合的主反应器、以及用于产物和物料在主反应器和子反应器之间循环的第一强制循环装置，其中，子反应器的体积小于主反应器的体积。
[0005]进一步地，上述至少一个子反应器的数量为两个或两个以上，并且环绕主反应器呈卫星式排列。
[0006]进一步地，上述在主反应器和至少一个子反应器中，至少一个子反应器设有对物料进行选择性加热、散热和/或搅拌的装置，主反应器为装有保温材料的反应器或者具有散热功能的反应器。
[0007]进一步地，上述反应装置还包括与主反应器顶部连接的气相产物处理装置。气相产物可按沸点的不同而得到分离。
[0008]进一步地，上述第一强制循环装置为物料泵和/或在子反应器中设置的搅拌桨。
[0009]进一步地，上述主反应器包括容器本体、位于容器本体下部的出料管、以及位于容器本体上部的进料管，其中，子反应器的物料进口与出料管连接，子反应器的物料出口与进料管连接。
[0010]进一步地，上述主反应器的上部和/或子反应器的底部具有供原料加入的原料入口，主反应器的底部具有最终产物出口。
[0011]进一步地，上述子反应器和主反应器二者的主轴线平行布置或者二者的主轴线具有一个小于或等于45°的夹角。
[0012]进一步地，上述至少一个子反应器为一级子反应器，一级子反应器还包括至少一个二级子反应器和用于物料在一级子反应器和二级子反应器之间循环的第二强制循环装置。
[0013]进一步地，上述子反应器的物料进口位于主反应器的中心部分并且子反应器的物料出口以切线方式与主反应器连接；或者子反应器的物料进口以切线方式与主反应器连接并且子反应器的物料出口位于主反应器的中心部分。
[0014]本发明的反应装置是通过多个小型的反应器与一个主反应器相结合而有效的加快质量和热量的传导，从而提高反应效率。本发明的该反应器可用于一些大型的塑料工业、石油化工、生物化工的特定反应过程。
[0015]除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中:
[0017]图1是根据本发明的反应装置的第一实施例的结构示意图；
[0018]图2是根据本发明的反应装置的主反应器的结构示意图；
[0019]图3a是根据本发明的反应装置的子反应器的第一种布局方式的示意图；
[0020]图3b是根据本发明的反应装置的子反应器的第二种布局方式的示意图；
[0021]图4a是根据本发明的反应装置的子反应器为常压反应器的示意图；
[0022]图4b是根据本发明的反应装置的子反应器为耐压反应器的结构示意图；
[0023]图5是根据本发明的反应装置的子反应器的第三种布局方式的示意图；
[0024]图6是根据本发明的反应装置的第二实施例的结构示意图；
[0025]图7a是根据本发明的反应装置的子反应器的物料进出口的第一种布置方式的示意图；
[0026]图7b是根据本发明的反应装置的子反应器的物料进出口的第二种布置方式的示意图，
[0027]图8a是根据本发明的反应装置的主反应器与蒸馏塔相连接的示意图；以及
[0028]图Sb是根据本发明的反应装置的主反应器与冷凝塔相连接的示意图。
[0029]附图标记说明
[0030]10、主反应器；20、子反应器；
[0031]11、进料管；12、出料管；
[0032]26、物料出口；24、泵；
[0033]21、电动机；23、搅拌桨；
[0034]26、物料入口；25、物料出口；
[0035]24、物料泵；26、物料进口；
[0036]30、精馏塔40、二级子反应器；
[0037]10a、主反应器的主轴线；20a、子反应器的主轴线。
【具体实施方式】
[0038]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0039]本发明适用的工业过程条件:A、适用于体积大于5m3的大型或超大型反应系统，以1m3?10m3为佳；B、反应物料为粘稠液体或含有固体微粒的粘稠液体，其粘度最低应当在常温下高于20000厘斯(Centistokes-Cst)，物料粘度大多的集中在50000?300000Cst ；C、反应的温度范围:常温?400。C ;反应的压力范围为:常压?1MPa ;D、反应可以是液_液，液_固两项反应或气_液-固、液-液-气二项反应。
[0040]本发明的反应装置的示意性结构如图1所示，图中，主反应器10的四周为多个子反应器20，主反应器10的顶部为精馏塔30。原料和催化剂加入方式有三个选择，第一、由子反应器20底部加入；第二、由主反应器10的上部加入；第三、同时从子反应器20底部和主反应器10的上部加入。物料从主反应器的下部进入子反应器，在子反应器中反应后由子反应器的顶部推入主反应器，而形成循环。物料在子反应器中的停留时间可根据不同的反应要求而定。在优选实施例中，本发明的反应装置也称为卫星式多功能反应装置。
[0041]子反应器与一般的反应器一样，能够完成单个反应器具有的所有功能，例如反应、搅拌、加压、加热或散热功能等。气体产物在主反应器中分离进入精馏塔。主反应器的功能为产物的均匀混合和产物中气相的迅速分离和释放。产物和物料在主反应器和子反应器之间反复运行。气体产物在与主反应器连接的精馏塔内按沸点范围分离。终产物将由主反应器的底部取出。
[0042]主反应器的示意性结构如图2所示，主反应器10中部为圆柱形，底部为圆弧形且有出料口 13，顶部为倒扣的漏斗形结构，以便连接精馏塔30。主反应器10的圆柱形部分的侧面有两个连接子反应器的管道11、12。位于圆柱形上部的管道11为进料管而圆柱形下部的管道12为出料管。主反应器的功能为固液或液液物料均匀混合的空间以及使物料中气相的迅速分离和释放。主反应由于容积巨大，故不设置搅拌加热等功能，但对于有加热或散热有要求的反应，主反应器应当有良好的保温或冷却设置。
[0043]优选地，主反应器的径高比为:径高比=D/H=0.6?1.0，其中，D为反应器直径，H
为反应器有效高度。
[0044]子反应器围绕着主反应器呈卫星式排列。子反应器的数量为2?10个甚至更多，如图3a所示，子反应器的数量为三个，如图3b所示，子反应器的数量为5个。子反应器的数量和体积取决于主反应器的体积、物料和反应性质，例如反应激烈，需要快速加温、散热或搅拌，则子反应器的数量多一些，主反应器对子反应器的体积比应当大一些。这样可使物料在子反应器中停留的时间少一些。一般而言，子反应器体积/主反应器体积=5%?20%。
[0045]在一实施例中，子反应器体积/主反应器体积=8%，子反应器的数量为5个，在另一实施例中，子反应器体积/主反应器体积=15%，子反应器的数量为3个，在又一实施例中，子反应器体积/主反应器体积=15%，子反应器的数量为6个。
[0046]结合参照图1、图2、图3a和图3b，物料连续的从主反应器的下部的管道12流入子反应器，经搅拌桨叶搅拌并推入上部的管道11而释放物料，形成循环。此物料的循环是被搅拌桨或单独的泵强制完成的，这种强制循环促使主反应器中物料混合均匀和加热均匀。子反应器底部设有新鲜原料加入口(如图1所示)，尤其是当需要加入不同成分的物料且需要不断调整各种物料比例时，从子反应器加入物料的方式，就显得更加便利。例如在多种颜色混炼且需要不断调色时，可以从每个子反应器输入不同的塑料粒子，调整各个子反应器加入物料的多少，即可调整总体颜色。
[0047]子反应器有两种设计选择。第一种选择，子反应器为常压(表压〈lbar，如图4a所示)，具有加热、(或保温或冷却)、搅拌和输送的功能。子反应器的物料出口 25应设在略高于或持平于主反应器内的反应物的上表面。第二种选择，子反应器为耐压设备(表压〈lObar，如图4b所示)。压力可由反应产生或由物料泵24在加压输送物料时产生压力。物料对于具有压力的子反应器而言，子反应器物料出口 25应当以切线方向进入主反应器并高出主反应器的液面至少20cm，从而起到闪蒸的作用。对于有压力的子反应器(如图4b所示)，物料从子反应器进入主反应器时，压力释放，完成循环和闪蒸双重过程。闪蒸可以使气体迅速分离，避免产生不需要的副反应。
[0048]子反应器与主反应器的连接关系在图4中示出，如图4所示，子反应器20与主反应器10圆柱形部分的侧面连接。每个子反应器都有一个立式的搅拌装置包括电动机21和搅拌桨23。22是保温材料或加热器或冷却装置，根据实际的反应和要求而定。子反应器的物料入口 26 —般设置在主反应器的下部而子反应器的物料出口 25设在子反应器的顶部。物料在两个反应器间的循环主要依靠具有推力的搅拌桨23或搅拌桨23和物料泵24的组合而实现的，这种强制循环促使主反应器中物料和热量分布均匀。
[0049]若物料在子反应器内需要较长的停留时间，调节子反应器的容量、长度和搅拌桨或泵的转速，可以满足反应对停留时间的要求。例如，在图4b中的子反应器，推进和搅拌独立控制，因而能够满足不同物料对反应条件的要求。
[0050]子反应器与主反应器亦有两种安装方式。第一种选择是子反应器与主反应器平行，如图4a和图4b所示。若主反应器的高度限制了子反应器的长度时，可采用第二种选择，即子反应器以一定的角度倾斜安装，如图5所示，其主轴线20a与主反应器1a主轴线呈一个不大于450的角度。
[0051]当主反应器具有10m3以上的超大型容量时，子反应器会过大，甚至影响反应效率，因此，可以布置成二级卫星式反应装置，其平面布置优选如图6所示。
[0052]对于较为粘稠的物料而言，为了使主反应器中不出现物料死区，子反应器的物料入口 26可以有多种形式的布置。图7a和图7b示出了两种布置方式的举例。在图7a中，子反应器物料入口 26位于主反应器的中心部分，而物料出口 25则以切线方式与主反应器连接。运行时，主反应器中物料液面呈中间低四周高的漩涡状，液面面积的增大和中心部分的凹陷，有利于物料中气体的逸出。在图7b中，其物料进出口布置与图7a所示的相反，物料出口 25位于反应器的中心部分而物料入口 26以切线方式与主反应器连接。此种布置有利于物料中的固体颗粒或重组分沉留在主反应器的底部中心。
[0053]主反应器的顶端直接连接一个处理反应中产生气体的冷凝器或精馏塔。当反应中的气相也是目的产物时，这种直接连接的方式将获得最高的效率和收率。冷凝器和精馏器的高度在2m?20m之间，如果反应的气相产物中，通过冷凝能够获得的仅为I?2种组分，只需要用I?2级冷凝器串联即可达到目标。如果反应气相物为多组分产物，则需要进行蒸馏或精馏。例如气相反应物为石油气，则主反应器顶部可以直接连接一个只有精馏段的塔板式或填料式精馏塔。精馏、蒸馏塔或冷凝器都有成熟的设计和运行经验，将其直接安装在主反应器上，以达到反应特殊的要求，其中，图8a示意性地示出了主反应器上方与蒸馏塔连接，和图8b示意性地示出了主反应器上方与冷凝塔的连接。
[0054]实施例
[0055]设计一个年产1000吨生物油的反应器。为满足要求，主反应器的体积要求为15m3，主反应器的圆柱形部分的直径为2500mm高度为3000mm ；5个子反应器与主反应器连接，每个子反应器的直径为1200mm，高度为2000mm。子反应器的体积为2.26m3。物料在单台子反应器内的停留时间为0.15小时，5台子反应同时工作时，主反应器中物料的循环次数为6.25次/小时。计算模拟结果表明，反应器在加热到320°C时，温度在主反应器和子反应器中的分布均匀。
[0056]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种反应装置，其特征在于，包括用于物料反应的至少一个子反应器、与所述至少一个子反应器连接的用于产物混合的主反应器、以及用于产物和物料在所述主反应器和所述子反应器之间循环的第一强制循环装置，其中，所述子反应器的体积小于所述主反应器的体积。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述至少一个子反应器的数量为两个或两个以上，并且环绕所述主反应器呈卫星式排列。
3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，在所述主反应器和所述至少一个子反应器中，仅所述至少一个子反应器设有对物料进行选择性加热和/或搅拌的装置，所述主反应器为装有保温材料的反应器或者具有散热功能的反应器。
4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，还包括与所述主反应器顶部连接的气相产物处理装置。
5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述第一强制循环装置为物料泵和/或在所述子反应器中设置的搅拌桨。
6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述主反应器包括容器本体、位于所述容器本体下部的出料管、以及位于所述容器本体上部的进料管，其中，所述子反应器的物料进口与所述出料管连接，所述子反应器的物料出口与所述进料管连接。
7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述主反应器的上部和/或子反应器的底部具有供原料加入的原料入口，所述主反应器的底部具有最终产物出口。
8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述子反应器和所述主反应器二者的主轴线平行布置或者二者的主轴线具有一个小于或等于45°的夹角。
9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述至少一个子反应器为一级子反应器，所述一级子反应器还包括至少一个二级子反应器和用于物料在所述一级子反应器和所述二级子反应器之间循环的第二强制循环装置。
10.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述子反应器的物料进口位于所述主反应器的中心部分并且所述子反应器的物料出口以切线方式与主反应器连接；或者所述子反应器的物料进口以切线方式与主反应器连接并且所述子反应器的物料出口位于所述主反应器的中心部分。
【文档编号】B01J19/18GK104437287SQ201310430805
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】郑莹, 张凯, 林宏飞 申请人:郑莹