专利名称：混合动力外循环式聚酯酯化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化纤工业用反应器，更具体地说，涉及一种在生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，俗称聚酯)工艺过程中使用的混合动力外循环式聚酯酯化反应器。
背景技术：
聚酯的生产工艺过程是先将原料乙二醇(EG)和对苯二甲酸(PTA)按一定摩尔比混合成浆料，再在一定的温度和压力下对浆料作酯化反应处理，生成对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)，并进一步对生成的苯二甲酸乙二醇酯作缩聚处理，生成聚对苯二甲酸乙二醇酯。在此生产工艺过程中，其中酯化反应处理的工艺目前是在一个带搅拌器的全混反应器中完成，但这种带搅拌器的全酯化反应器结构复杂，尤其在装置大型化后出现了制造、运输非常困难等问题。
针对此问题，目前也有将酯化反应处理的工艺在依靠热动力循环的全混反应器中完成，而这种反应器需要大量的乙二醇参与循环，让更多的乙二醇气化，才能得到足够的密度差，通过试验可知，普通的热动力循环流程中，酯化反应只有在摩尔比(EG/PTA)大于2.0、反应温度≥290℃才能够顺利进行，如此大量的乙二醇在系统中循环、气化、冷却，使能量白白消耗，同时使得反应器系统的容积过大，存在运输困难，试制更大规模的设备受到限制等问题。
为此本实用新型中的创作人凭借其多年从事相关行业的经验与实践，并经潜心研究与开发，终于创造出一种结合了热动力循环和外力推动循环，并可减少乙二醇物质循环量，使装置能在既节省能源，又减少设备体积、降低成本下达到聚酯装置大型化目的的混合动力外循环式聚酯酯化反应器。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种混合动力外循环式聚酯酯化反应器，利用该酯化反应器可以有效改善目前分别独立使用带搅拌器的全混反应器与依靠热动力循环的全混反应器所存在的结构复杂、成本高或乙二醇量过大、循环能耗高及酯化率低等问题。
本实用新型中的混合动力外循环式聚酯酯化反应器包括有非均相反应装置、蒸发反应装置和动力驱动装置，其特征在于所述非均相反应装置包括有一内设立式列管换热装置的反应器，该反应器的出口与所述蒸发反应装置相连通，入口与反应物料的进料口及蒸发反应装置的底部相连通；所述蒸发反应装置包括有一密闭的壳体，在壳体内部的上部为蒸发区，而下部为反应区，在其顶部设有气相出口，底部延伸有一导流段，在该导流段内设有至少一块导流板，该蒸发反应装置与所述反应器构成一封闭的回路；所述动力驱动装置包括有设在所述蒸发反应装置外部的驱动机构、枢设在所述导流段内部的轴流式搅拌器，该轴流式搅拌器通过轴与所述驱动机构联接。
所述非均相反应装置的出口通过导流顶盖、非均相反应物出口管与所述蒸发反应装置上部的蒸发区相连通。
所述非均相反应装置的底部入口为一用于均化分布物料的导流锥体。
所述蒸发反应装置的底部通过一U型管与所述反应器的底部连通，并在该U形管靠近反应器的一端设有物料进口，而在远离该反应器的一端设有一物料出口。
所述非均相反应物出口管、蒸发反应装置、反应器及U形管外均套设有具有保温功能的热媒夹套。
所述驱动机构设在所述蒸发反应装置的顶部。
所述导流段内通过焊接固定有呈正五角形分布的五块导流挡板，并且在每块导流板中间被截断而留有用于置放所述轴流式搅拌器的空间。
本实用新型中的混合动力外循环式聚酯酯化反应器结合了热动力循环和外力推动循环，有效减少乙二醇的循环量，使整个反应器具有节省能源，减少设备体积、降低造价，并能达到聚酯装置大型化目的和功能。
图1是本实用新型中混合动力外循环式聚酯酯化反应器的结构示意图；图2是本实用新型中轴流式搅拌器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型中的具体实施例作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型中的混合动力外循环式聚酯酯化反应器包括有非均相反应装置1、蒸发反应装置2和动力驱动装置3，其中蒸发反应装置2包括有一密闭的壳体20，在壳体20外设有一具有保温功能的液相热媒夹套26，由于液相热夹套26采用的是现有技术，因此不再详细说明。该壳体20内部在反应过程中可分为上部的蒸发区21和下部的反应区22，在其顶部设有气相出口23，底部以一体成形的方式延伸有一导流段24，该导流段24的内壁上通过焊接或其它固定连接方式设置有五片呈正五角形分布的挡板25，且每一挡板25均被截断而形成用于置放轴流式搅拌器30的空间，利用该挡板25可以破坏液体在轴流式搅拌器30作用下所形成的漩涡，从而确保液体往下流动。
非均相反应装置1包括有一内部设有立式列管换热装置16的反应器10，该反应器10的出口通过导流顶盖11、非均相反应物出口管12与蒸发反应装置2上部的蒸发区21相连通，入口17为一倒立的导流锥体，具有均匀混合物料的功能。该入口17通过一U形管14与蒸发反应装置2底部的导流段24相连通，从而非均相反应装置1与蒸发反应装置2构成一封闭的回路，在U形管14靠近反应器10入口17的一端设有一物料进口13，在靠近蒸发反应装置2的一端设置有一物料出口15。立式列管换热装置16的出、入口18、19与外界液相热媒加热管(图中未示出)相连通，利用液相热媒可对进入反应器10内部的物料进行加热。为了防止热量的损失，在反应器10、U形管14、顶盖11与非均相反应物出口管12的外侧也套设有具有保温功能的液相热媒夹套。
动力驱动装置3包括有设在蒸发反应装置2顶部的驱动机构31、平行枢设在蒸发反应装置导流段24内部由同一轴32驱动的两个轴流式搅拌器30(该轴流式搅拌器的数量可以根据整个反应器的产量及热循环动力与机械动力的比值来确定)，该轴流式搅拌器30通过轴32与驱动机构31联接，并且在轴32与壳体20的连接处为密封连接，由于轴32与壳体20的密封连接技术为现有技术，不再详细说明。
如图2所示，轴流式搅拌器30采用中国专利第92242172.2号中公开的产品，其包括有由五片叶片33组成的叶轮(其中叶片的数量也可以根据不同需求自行设定)，该叶轮自中心至叶片端部不同半径处的螺距相等，且叶片自端部至根部沿叶宽呈弧面，其任意横截面的中心线为弧线，该弧线的弦高与弦长比为0.04-0.08，整个叶片的前缘修圆，半径为呈片厚度的一半，叶片的后缘也修成圆弧。该轴流式搅拌器30的叶片宽度略小于挡板间的宽度，即该轴流式搅拌器30可以从各挡板25之间的间隙来完成安装，具有组装方便、轴向速度均匀、混合效能高等优点。
本实用新型中混合动力外循环式聚酯酯化反应器的工作过程如下首先将原料乙二醇(EG)和对苯二甲酸(PTA)按一定的摩尔比配制成新鲜的浆料，将该浆料从物料进口13输入，在反应器10底部的导流锥体17内与循环物料以一定比例混合，并进入反应器10内部，该浆料在该反应器10内由立式列管换热装置16迅速加热，温度升高，发生反应，在酯化反应的同时部分乙二醇和水发生气化，因此在反应器10上部形成密度较低的气液混合相，从而由低密度气液混合物与较高密度的液相物料形成密度差，此部分密度差转化成的热虹吸动力称为热循环动力，在该热循环动力的推动下，物料经由反应器10上部的导流顶盖11、非均相反应物出口管12进入蒸发反应装置2的蒸发区21，并发生气液分离，浆料和未气化的乙二醇发生酯化反应，生成酯化物和水。水和多余的乙二醇在高温下部分气化，乙二醇和水的气相由反应器顶部的气相出口23排出，而液相进入蒸发反应装置2下部的蒸发区22，在停留的时间里，继续进行反应和气液分离。底部的物料通过轴流式搅拌器30的挡板25被吸入导流段24内，并进一步推动物料向下进入U型管14内，此时部分已完成酯化的物料从物料出口15导入下一反应器，而大部分物料再与新鲜浆料混合后进入下一次循环。第二部分是由特殊高效下排式搅拌器提供的机械循环动力，较好地结合了热循环动力与机械动力，具有缩小设备体积、降低乙二醇用量等问题。
综上所述，本实用新型中的混合动力外循环式聚酯酯化反应器具有下述优点1.结合了热动力循环和外力推动循环，从而可减少乙二醇物质的循环量，使整个反应器在既节省能源，又减少设备体积、降低成本下达到聚酯装置大型化的目的。
2.由于采用轴流搅拌器，而该轴流式搅拌器的叶片为新型高效强排式叶片，具有安装方便，减少内部高温、高压乙二醇物料外漏的几率，且因在导流段内挡板的防反混设计，充分保证蒸发反应装置底部和U形管中流体呈单向流动，无反混现象，提高了循环效率。
3.由于采用了导流顶盖与导流锥体，使得物料在循环过程中较为顺畅，并且使新鲜浆料与循环浆料充分混合。
4.由于采用了液相热媒加热的热虹吸式立式列管换热装置，有效节省了热能。
权利要求1.一种混合动力外循环式聚酯酯化反应器，包括有非均相反应装置、蒸发反应装置和动力驱动装置，其特征在于所述非均相反应装置包括有一内设立式列管换热装置的反应器，该反应器的出口与所述蒸发反应装置相连通，入口与反应物料的进料口及蒸发反应装置的底部相连通；所述蒸发反应装置包括有一密闭的壳体，在壳体内部的上部为蒸发区，而下部为反应区，在其顶部设有气相出口，底部延伸有一导流段，在该导流段内设有至少一块导流板，该蒸发反应装置与所述反应器构成一封闭的回路；所述动力驱动装置包括有设在所述蒸发反应装置外部的驱动机构、枢设在所述导流段内部的轴流式搅拌器，该轴流式搅拌器通过轴与所述驱动机构联接。
2.根据权利要求1中所述的混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其特征在于所述非均相反应装置的出口通过导流顶盖、非均相反应物出口管与所述蒸发反应装置上部的蒸发区相连通。
3.根据权利要求1或2中所述的混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其特征在于所述非均相反应装置的底部入口为一用于均化分布物料的导流锥体。
4.根据权利要求1或2中所述的混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其特征在于所述蒸发反应装置的底部通过一U型管与所述反应器的底部连通，并在该U形管靠近反应器的一端设有物料进口，而在远离该反应器的一端设有一物料出口。
5.根据权利要求4中所述的混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其特征在于所述非均相反应物出口管、蒸发反应装置、反应器及U形管外均套设有具有保温功能的热媒夹套。
6.根据权利要求1或2中所述的混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其特征在于所述驱动机构设在所述蒸发反应装置的顶部。
7.根据权利要求1中所述的混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其特征在于所述导流段内通过焊接固定有呈正五角形分布的五块导流挡板，并且在每块导流板中间被截断而留有用于置放所述轴流式搅拌器的空间。
专利摘要本实用新型公开了一种混合动力外循环式聚酯酯化反应器，其包括有非均相反应装置、蒸发反应装置和动力驱动装置。非均相反应装置包括有一内设立式列管换热装置的反应器，该反应器的出口与蒸发反应装置相连通，入口与反应物料的进料口及蒸发反应装置的底部相连通。蒸发反应装置包括有一密闭的壳体，在壳体内部的上部为蒸发区，而下部为反应区，在其顶部设有气相出口，底部延伸有一导流段，在该导流段内设有至少一块导流板，该蒸发反应装置与反应器构成一封闭的回路；动力驱动装置包括有设在蒸发反应装置外部的驱动机构、枢设在导流段内部的轴流式搅拌器，该轴流式搅拌器通过轴与驱动机构联接。
文档编号C08G63/00GK2707758SQ20042006471
公开日2005年7月6日 申请日期2004年6月2日 优先权日2004年6月2日
发明者罗文德, 张莼, 周琪圭, 黄雄斌, 张慧书, 周秀姮, 贾志刚, 万网胜 申请人:中国纺织工业设计院