酯化反应器的制作方法

专利名称：酯化反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种酯化反应器，可用于对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)等生产工艺中的酯化反应，属化工技术领域。
背景技术：
在聚酯生产中，采用乙二醇(EG)和对苯二甲酸(PTA)进行酯化反应生成对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)，然后通过缩聚反应合成聚对苯二甲酸乙二醇酯即聚酯(PET) ,BHEItA酯化反应装置往往采用两级设备，第一级主要是用于反应速率控制，第二级则主要用于酯化反应的完成，酯化率达到聚合工艺的需求，本发明的酯化反应器可同时用于两个酯化反
应装置。现有的酯化反应器有几种不同的类型，其中内循环酯化反应器是聚酯工艺中常用的一种酯化反应装置，这种反应器内设有搅拌器和用于内加热的盘管或列管束及导流筒，以形成物料的上下循环，增强传热系数，获得/保持反应温度，提高酯化反应的速率，满足酯化反应的需要，所述搅拌器可以采用上装式，搅拌器的驱动装置通常安装在反应器的顶部，与搅拌器主轴的上端驱动连接，带动搅拌器工作。随着聚酯工程的大型化，酯化反应器的容积越来越大，大的反应器不仅降低了反应器运行的成本，而且提供了非常稳定的反应过程，但也给反应器的制造和运输提出了新的问题:例如，反应器过大可能超出一般公路、铁路运输的尺寸限度；所容纳的反应物增力口，对反应所需热量的需求量大幅增加，如何制造加热量巨大的盘管或者说如何提供大量的热以满足反应要求；以及如何保证搅拌器的稳定运行，如何抑制因搅拌器线性尺寸变大可能导致的刚性变差和反应物剧烈反应引起的不平衡扰动等成为制约上述酯化反应器超大型化的一个技术瓶颈。在本发明以前，容积高达200 m3甚至300m3的酯化反应器尚属市场空白。

发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种酯化反应器，该酯化反应器适应于目前的大型设备加工技术，便于安装和维护，搅拌器运行稳定，从而为酯化反应器的超大型化提供了可能性。本发明实现上述目的所采用的技术方案是:
一种酯化反应器，包括反应器筒体和设置于所述反应器筒体内的加热装置和上装式搅拌器，所述上装式搅拌器设有主轴，所述主轴的上端连接搅拌器驱动装置，所述反应器筒体由上封头、中间筒体和下封头依次连接而成，所述上封头、中间筒体和下封头之间相互连接的方式为通过设有定位用制口结构的法兰连接。通常，所述反应器筒体的顶部安装有主轴轴承，并通过所述主轴轴承与所述主轴旋转连接。通常，所述中间筒体可以为一体的，也可以采用由若干筒体段相互连接而成的分体结构，所述若干筒体段相互连接的方式为通过设有定位用制口结构的法兰连接，将中间筒体设置成若干筒体段，由此可以根据运输等各方面的要求设置各筒体段的长度(高度)，以方便运输和现场安装，避免因设备体积过大带来的运输和安装困难。法兰被焊接在筒体段上以后采用大型立车加工出所述各制口结构，通过机械加工而不是传统的滚圆、铆焊方式保证了超大型化后各部分的加工精度，进一步保证了各筒体段以及其同上、下封头的同轴度，为反应器的大型化提供了现实可行的实现方法。所述上封头上设有用于安装所述搅拌器的搅拌器接口法兰，由此可以通过简便的法兰连接方式实现搅拌器主轴的安装，并且便于进行安装定位。所述搅拌器接口法兰作为所述酯化反应器的加工、装配的设计基准，同时也是所述搅拌器组装时对中的第一基准，采用同一基准有利于保证所需的同轴度，且便于安装和调试。所述上封头、中间筒体和下封头均可以带有热媒夹套，通过在所述热媒夹套中通入热媒或热媒流，可以方便地实现和保持所述反应器内所需的反应温度。所述加热装置优选采用若干竖向的加热筒，所述加热筒通过相应的进、出导管连接所述蒸发器，所述蒸发器位于所述反应器筒体的外侧、所述加热筒的侧下方，所述加热筒、导管和蒸发器构成无动力循环热媒真空系统。每个所述加热筒的水平截面呈近似扇环形，所述若干加热筒分为多个组，每个组内的加热筒均匀间隔分布于同一个圆周上，不同组的加热筒分布在同轴的不同圆周上，相邻两组加热筒之间沿径向留有间隔，用于反应物在其中流动，每个所述加热筒主要由加热筒内筒体、加热筒外筒体、上板和下板组成，所述加热筒内、外筒体同轴间隔设置并相互连接围成上下贯通的筒状，所述上、下板分别安装在所述加热筒内、外筒体的上端面和下端面，所述加热筒内、外筒体和上、下板所围成的独立空间构成热媒放热空间。所述加热筒的下端优选设有减震机构，所述减震机构优选包括减震用的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的上端与所述加热筒的下端连接，所述螺旋弹簧的下端安装在加热筒安装支架上，所述加热筒安装支架固定安装在所述反应器筒体内，由此通过螺旋弹簧的特性达到减震的目的。所述反应器筒体内优选安装有可调式底轴承装置，所述可调式底轴承装置可以包括球面轴承、轴套、轴承座以及多个连接于所述轴承座的沿所述球面轴承的径向不同方向延伸且共面的用于调整所述球面轴承水平位置的轴承对中支架，所述球面轴承的内圈固定套设在所述轴套上，外圈固定安装在所述轴承座的座孔中，所述轴套固定安装在所述主轴的下端。优选每个所述轴承对中支架包括锁具螺旋扣和立柱，所述锁具螺旋扣由多个连接件组成，设有用于调节长度的螺纹机构和用于调节方向的竖向转轴连接，所述竖向转轴连接的数量为一个或多个，并设有或不设有连接锁定装置，所述锁具螺旋扣的一端用于安装所述的轴承座，另一端固定连接在所述立柱上，所述立柱的下端固定安装在所述下封头上，所述立柱和所述下封头之间设有垫板或者不设有垫板，由此通过旋动螺母、调节所述螺纹机构中螺母在螺杆上的位置，就可以调节所述锁具螺旋扣的长度，进而调节主轴下端的径向位置。本发明的有益效果是:由于本发明将反应器筒体设置成若干单独加工的件，方便了反应器筒体的加工，降低了工艺难度和对加工设备的要求，适应了目前的加工技术和条件，消除了因受加工手段限制而无法实现酯化反应器超大型化的技术瓶颈，使酯化反应器的超大型化成为可能；由于组成反应器筒体的各件之间均通过法兰连接，并且在法兰上设置了用于定位的制口结构，以及通过机械加工方式保证制口的加工精度，由此在方便了反应器的现场安装和拆卸、确保它们之间的对中可靠性的同时，容易地保证了装配后的反应器整体符合设计要求；由于设计、加工和组装时均以所述搅拌器接口法兰为第一基准，保证了各部分的对中效果，有利于在反应器超大型化的情况下实现所需的精度；由于采用无动力循环热媒真空系统，热媒进行“液相一气相一液相“的反复循环，对酯化反应器内的物料进行加热，气相潜热的存在相比此前采用盘管时的液相传热，传热系数高，热效率显著提高，且传递相同热量所需的加热面积更小，不仅降低了运行成本，还显著减小了布置加热装置所需的空间；由于采用特定结构的加热筒及特定的排布方式，不仅减少了加热筒的数量，节省反应器内的径向空间，还使安装、检测和维护更加方便，特别在传质上可以强制反应物料在其中上下平稳地流动，可以避免因流速差异在局部区域形成的死角并及时将粘在加热筒外壁上的反应物带走。


图1是本发明涉及的酯化反应器的结构示意 图2是本发明涉及的无动力循环热媒真空系统的原理示意 图3是本发明涉及的加热筒及其减震机构的结构示意 图4是本发明涉及的可调式底轴承装置的结构示意 图5是本发明涉及的设有制口结构的法兰连接的示意图。
具体实施例方式参见图1-5，本发明的目的是提供一种适用于聚酯类装置中的超大型化酯化反应装置，属于内循环酯化反应器，包括反应器筒体和设置于所述反应器筒体内腔10的加热装置和上装式搅拌器3，所述上装式搅拌器设有主轴2，所述反应器筒体的顶部(上封头)上设有搅拌器法兰11，所述搅拌器通过所述搅拌器法兰安装在所述反应器筒体上，所述主轴的上端连接搅拌器驱动装置12，并通过相应的主轴轴承与实现同所述反应器筒体的旋转连接。 所述反应器筒体由上封头1、中间筒体9和下封头6依次连接而成，所述上封头、中间筒体和下封头之间相互连接的方式为通过设有制口结构的法兰7连接。组成所述反应器筒体的各部分均采用机加工接口高刚度结构，可在将反应器筒体分段加工(每一段称为一个筒体段)的情况下保证整个反应器所需的同轴度，由此可以制造成大直径的反应器，搅拌器的主轴下端设置可调的轴承，以调节主轴下端在水平面的位置，保证与搅拌器上口的同轴度。参见图1和图5所示的所述设有制口结构的法兰，安装时先利用上下两法兰7.1、
7.2的上的榫卯制口结构定位，上下扣合两法兰所在的件(例如上封头与中间筒体，或者上下相邻的两个筒体段)，利用螺纹联接件将上下两个件固定连接在一起，再通过在相互对接的法兰内外两侧的预留焊接坡口处施焊实现两个件之间的密封。其中外侧焊接坡口的角度al优选呈70度左右(例如65-75度)，其两条边与水平线的夹角相等，内侧焊接坡口的角度a2优选呈30度左右(例如27-33度)，其焊接坡口的下边为水平。经实践，针对容积高达200 m3甚至300m3的酯化反应器来说，采用这种坡口结构的焊接方式不仅便于焊接作业，焊接难度低，而且焊接强度、密封效果以及可靠性等明显优于一般焊接方式，焊接质量容易控制，检验和验收沿用已有的常规方法即可，不仅大幅度缩短制造周期同时也降低了制造成本。由于采用了法兰螺纹联接方式，在焊接之前实现各段的对中和定位，不会因焊接作业导致相关件的位移和形变，然后通过焊接起到密封作用和进一步保证连接强度，相比现有的酯化反应器所采用的依靠铆焊实现连接的方式而言，属于非强力焊接，焊接变形小。当所述筒体的各部分带有热媒夹套时，通常采用双层结构，内层18和外层19之间形成用于容纳热媒的空间或热媒的流动通道。在这种情况下，通常可以将法兰同时与相应的内层和外层连接，以提高相互连接的各部分之间的连接强度并封闭内、外层之间的间隙，实现夹套结构的密封。参见图1和图2，所述加热装置采用若干竖向的加热筒8，所述加热筒通过各自的相应进、出导管13、15连接到同一个蒸发器14，所述蒸发器位于所述反应器筒体的外侧、所述加热筒的侧下方，所述加热筒、导管和蒸发器构成无动力循环热媒真空系统。相比盘管，采用竖向加热筒可以非常方便地根据需要灵活布置，且节省空间。所述加热筒、导管和蒸发器组装后先进行系统抽真空，排除系统内的不凝气体，并在正常运行状态下保持该系统处于真空状态。热媒在蒸发器内被加热转变成干蒸气，沿导管向上进入位于反应器筒体内的各加热筒，与加热筒筒体外的反应物料换热后冷凝成液相，在重力作用下回流，由下面的导管引回蒸发器，这样热媒由液相一气相一液相反复循环，对酯化反应器内的物料进行加热。本发明采用上述无动力循环热媒真空系统取代传统的盘管或列管，带来以下多个方面的有意效果:1、首次在酯化反应器中采用气相传热手段，由于气相潜热的存在相比此前采用盘管时的液相传热，传热系数高，热效率显著提高，且传递相同热量所需的加热面积更小，不仅降低了运行成本，还显著减小了布置加热装置所需的空间；2、气相、液相依靠密度差自发的沿着各自的方向循环流动，两相之间互不干涉，传热阻力小，无需另外配备动力装置，降低运行成本；3、加热筒和蒸发器可根据各自需要自由配置，传热能力理论上无上限，为满足大型酯化反应器的反应温度要求提供了现实可行的基础条件；4、每个加热管相当于一个独立的加热单元，配置灵活，安装和更换非常方便。本实施例中，每个所述加热筒的水平截面呈近似扇环形，所述若干竖向的加热筒分为多个组(如4-6个)，每个组内的加热筒均匀间隔分布于同一个圆周上，不同组的加热筒分布在同轴的不同圆周上，相邻两组加热筒之间沿径向留有间隔，作为强制反应物竖向流动的通道。相比过去采用的盘管，在占用相同空间的情况下，本发明的加热筒的换热面积成倍提高。出于提高反应物料升温的均匀性需要，一个组内的各加热筒可以与相邻组内的各加热筒相对布置，也可以错开布置(即一个组内的加热筒与相邻组内加热筒之间的间隔相对)。并且，采用上述结构的加热筒，相比圆形截面的筒体，不仅可以减少加热筒的数量，节省反应器内的径向空间，还方便安装、检测和维护；采用这种结构的加热筒及其分布方式，可以强制反应物料在其中上下平稳地流动，由此相比采用圆形截面加热筒可以避免因流速差异在局部区域形成的死角，同时还能及时将粘在加热筒外壁上的反应物带走。可见，本发明所公开的上述加热筒及其排布方式为大型、超大型酯化反应器提供了优异的可替代加热技术手段。所述加热筒主要由加热筒内筒体、加热筒外筒体、上板、下板和加强环等组成，所述加热筒内、外筒体同轴间隔设置并相互连接围成上下贯通的筒状，所述上、下板分别安装在所述加热筒内、外筒体的上端面和下端面,所述加热筒内、外筒体和上、下板所围成的独立空间构成热媒放热空间。所述上板设有吊装用环首螺钉，以便于现场组装。所有的加热筒可以采用一种统一的规格，相互间可以互换，维护时更换方便。同一组内的上板和下板可以分别固定连接成一个整体，即分别用一个上端环和一个下端环代替一组的所有上板和所有下板，上、下板可以是与加热筒水平截面相同的扇形环，而上、下端环则可以是在对应加热筒之间位置上设有反应物料流动通道的外轮廓为整个圆环的一块整板，这种情况下，力口热筒也可以以组为单位进行安装与更换。所述加强环可以是与加热筒水平截面轮廓大体相同的近似扇环形的环，一个加热筒可以配一个或多个加强环，安装时加强环套在加热筒的外面，加强环则直接或间接固定连接在反应器罐体上。当加强环为一个时，设置在加热筒靠上端的位置，与加热筒的安装支架配合加固加热筒的安装，当加强环为多个时，则分开设置在加热筒上中下多个位置上。由于反应物料在反应过程中急剧升温，往往伴有沸腾现象，采用所述加强环可以为加热筒提供很好的支撑和加强，使其保持较高的刚性，避免因反应物料的扰动引起加热筒的振动，因此可以有效地保持加热筒稳定持久地处于初始的设置位置，从而保持相互间的设计间隙，保证传热的均匀性，进一步保证反应产物的品质。内、外筒体钢板两面可采用强化传热表面，以提高导热效果。加强环也可以采用现有技术下的任何其他可行的技术手段来实现。为保证各内件(导流筒、加热筒和搅拌器)之间三同轴度，本发明采用以下结构或工艺:
(I)分段制造反应器筒体，一般分为上封头、下封头和中间筒体(中间筒体只有一段，也可以再分为多个筒体段)，各段的高度应便于公路运输，每段均设有法兰式制口结构，作为各自加工和测量的基准。整个反应器筒体以搅拌器法兰的相应要素作为设计基准，通过设计计算将整个反应器筒体的形位误差分解为组成其的各个段的形位误差以及装配相接的两段时要保证的位置误差，其中各个段的形位误差通过机械加工(优选为立车精加工制口)保证，这样组装后便可以容易地达到整个反应器的设计要求，这里的设计要求主要是指组对时的对中性，即各个件上理论同轴的各要素之间的同轴度。采用上述分段筒体并通过机械加工保证各自设计要求的方式，有效地克服了传统制作筒体所采用的滚圆、铆焊方式所固有的筒体不圆、偏差大、组对困难等问题，解决了传统方式下因工艺所限几乎无法加工出大到一定规格的反应器筒体的问题。(2)导流筒和加热筒利用设置在下封头的定位圈保持与法兰制口的同轴度。(3)采用可调式底轴承装置4,该装置可以包括球面轴承4.5、轴套4.1、轴承座以及多个(本实施例中为3个)连接于所述轴承座的沿所述球面轴承的径向不同方向延伸且共面的用于调整所述球面轴承水平位置的轴承对中支架，所述球面轴承的内圈固定套设在所述轴套上，外圈固定安装在所述轴承座的座孔中，所述轴套固定安装在所述主轴上靠近下端处。
对于本实施例的大型酯化反应器来说，搅拌器的高度可高达八九米以上，即便主轴的一点点不对中，都可以导致搅拌器的大幅度振摆，影响传质的均匀性，进而影响产品品质。采用可调式底轴承装置可以使搅拌器的轴线位于理想轴线上，也可以说是使搅拌器的轴线与搅拌器接口法兰的中心轴线同轴，以减小搅拌器的径向摆动量，减小其旋转阻力，提高搅拌器的寿命。所述轴承对中支架包括锁具螺旋扣和立柱4.4，所述锁具螺旋扣由用于调节长度的螺纹机构和销轴4.6组成。所述螺纹机构包括螺旋套、相互旋接的U形左、右螺杆4.7和螺母，例如，可以设有两个相对的U形螺杆，所述两螺杆的旋向相反，设置一个两端面设有与相应螺杆配套的螺旋套4.2，将两螺杆上分别旋接上各自的锁紧螺母4.3。调节时，先松开锁紧螺母4.3，然后旋转螺旋套，通过使两螺杆相向移动或反向移动，调节两螺杆之间的距离，从而改变外球面轴承在水平面内的位置，当通过对各个方向上所述轴承对中支架的调节使轴套的径向摆动达到设计要求范围内时，即认为搅拌器处于了理想位置，即达到了对中的目的。所述锁具螺旋扣的一端与所述轴承座连接，另一端固定连接在所述立柱上，所述立柱的下端固定安装在所述下封头上，所述立柱和所述下封头之间设有垫板或者不设有垫板。利用所述锁具螺旋扣的螺纹机构，在安装搅拌器时可以将轴套的径向摆动控制在8级精度。采用轴套可以有效减少对主轴的磨损，需要时只需要更换外球面轴承和轴套即可，而无需更换主轴这样的大型零件，有效降低了成本。(4)加热筒设有减震装置5，可以减轻可能产生的轴向振动。所述减震装置包括具有减震作用的主螺旋弹簧16，所述主螺旋弹簧的上端与所述加热筒的下端8.1连接，所述主螺旋弹簧的下端安装在加热筒安装支架17上，所述加热筒安装支架固定安装在所述反应器筒体内。本发明可以充分利用立车加工的极限，反应器内径可以达到9米而不会产生困难，也不会产生运输的困难。反应器筒体各段之间采用法兰制口，所形成的焊接坡口为带垫板的对接焊，焊接难度小，可靠性高。反应器筒体的结构简单，制造容易，焊接难度低，质量好控制，检验和验收只需常规方法，不仅大幅度缩短制造周期同时也会降低制造成本。
权利要求
1.一种酯化反应器，包括反应器筒体和设置于所述反应器筒体内的加热装置和上装式搅拌器，所述上装式搅拌器设有主轴，所述主轴的上端连接搅拌器驱动装置，其特征在于所述反应器筒体由上封头、中间筒体和下封头依次连接而成，所述上封头、中间筒体和下封头之间相互连接的方式为通过设有制口结构的法兰连接。
2.如权利要求1所述的酯化反应器，其特征在于所述中间筒体为一体的或者采用由若干筒体段相互连接而成的分体结构，所述若干筒体段相互连接的方式为通过设有制口结构的法兰连接。
3.如权利要求2所述的酯化反应器，其特征在于所述各制口结构采用大型立车加工而成。
4.如权利要求1、2或3所述的酯化反应器，其特征在于所述上封头上设有用于安装所述搅拌器的搅拌器接口法兰。
5.如权利要求4所述的酯化反应器，其特征在于所述搅拌器接口法兰为所述搅拌器组装时对中的第一基准。
6.如权利要求5所述的酯化反应器，其特征在于所述上封头、中间筒体和下封头均带有热媒夹套。
7.如权利要求1、2或3所述的酯化反应器，其特征在于所述加热装置采用若干竖向的加热筒，所述加热筒通过相应的进、出导管连接蒸发器，所述蒸发器位于所述反应器筒体的外侧、所述加热筒的侧下方，所述加热筒、导管和蒸发器构成无动力循环热媒真空系统。
8.如权利要求7所述的酯化反应器，其特征在于每个所述加热筒的水平截面呈近似扇环形，所述若干加热筒分为多个组，每个组内的加热筒均匀间隔分布于同一个圆周上，不同组的加热筒分布在同轴的不同圆周上，相邻两组加热筒之间径向留有间隔，每个所述加热筒主要由加热筒内筒体、加热筒外筒体、上板和下板组成,所述加热筒内、外筒体同轴间隔设置并相互连接围成上下贯通的筒状，所述上、下板分别安装在所述加热筒内、外筒体的上端面和下端面，所述加热筒内、外筒体和上、下板所围成的独立空间构成热媒放热空间。
9.如权利要求8所述的酯化反应器，其特征在于所述加热筒的下端设有减震机构，所述减震装置包括具有减震作用的主螺旋弹簧，所述主螺旋弹簧的上端与所述加热筒的下端连接，所述主螺旋弹簧的下端安装在加热筒安装支架上，所述加热筒安装支架固定安装在所述反应器筒体内。
10.如权利要求9所述的酯化反应器，其特征在于所述反应器筒体内安装有可调式底轴承装置，所述可调式底轴承装置包括球面轴承、轴套、轴承座以及多个连接于所述轴承座的沿所述球面轴承的径向不同方向延伸且共面的用于调整所述球面轴承水平位置的轴承对中支架，所述球面轴承的内圈固定套设在所述轴套上，外圈固定安装在所述轴承座的座孔中，所述轴套固定安装在所述主轴的下端，优选地，每个所述轴承对中支架包括锁具螺旋扣和立柱，所述锁具螺旋扣由多个连接件组成，设有用于调节长度的螺纹机构和用于调节方向的竖向转轴连接，所述竖向转轴连接的数量为一个或多个，并设有或不设有连接锁定装置，所述锁具螺旋扣的一端用于安装所述的轴承座，另一端固定连接在所述立柱上，所述立柱的下端固定安装在所述下封头上，所述立柱和所述下封头之间设有垫板或者不设有垫板。
全文摘要
本发明涉及一种酯化反应器，包括反应器筒体和设置于所述反应器筒体内的加热装置和上装式搅拌器，所述上装式搅拌器设有主轴，所述主轴的上端连接搅拌器驱动装置，所述反应器筒体由上封头、中间筒体和下封头依次连接而成，所述上封头、中间筒体和下封头之间相互连接的方式为通过设有制口结构的法兰连接，所述各制口结构采用大型立车加工，所述加热装置采用若干竖向加热筒，所述加热筒通过相应的进、出导管连接蒸发器，所述加热筒、导管和蒸发器构成无动力循环热媒真空系统。本发明适应于目前的大型设备加工技术，内件同轴度高，结构简单合理，便于运输、安装和维护，为酯化反应器的超大型化提供了可能性。
文档编号C07C67/08GK103170298SQ201310093958
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者周华堂, 万网胜, 黄家琪, 赵国平, 左振京 申请人:中国昆仑工程公司, 中国纺织工业设计院