专利名称：一种具有外循环设备的反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化学工程领域的反应装置，尤其涉及一种具有外循 环设备的反应装置。
背景技术：
化工生产或实验过程中的液相反应经常会伴随着较为剧烈的吸热或者 放热现象，并且随着反应的进行，反应体系的粘度会在很大范围内变化，这 样，为了保证反应的顺利进行，就需要对反应的温度进行控制并对物料进行 有效搅拌，而如何有效控制反应体系的温度及物料的搅拌效果，是化工生产 或实验必须考虑的问题。
对于反应伴随剧烈的吸热或放热现象的情况，为了对反应的温度进行控
制， 一般采用的方法为在釜外设置夹套，通过夹套内的冷或热介质的循环 来进行温度控制，或者通过釜顶冷凝回流及釜内构件热交换等进行反应温度 控制。对于换热量很大的化学反应，这些控温手段交换热量的能力有限，并 且限制了反应装置的放大，影响了生产规模。
当反应过程中体系粘度在较大范围内变化的情况下，为了使反应顺利进 行， 一般采用多釜流程，同时选择适合的搅拌装置分别对多釜进行控制。这 种多釜的装置虽然能够进行有效的物料搅拌，但生产装置的成本和维护费用 显著增加。
而对于具有上述两种情况的反应，即反应过程中伴随大的热量交换同时 反应体系粘度在较大范围内变化，只有采用小规模反应装置或多釜流程进行 生产。而多釜结构及控制反应过程的方法同样存在结构复杂，生产成本和维 护费用高的问题。
综上所述，现有技术中对反应过程中伴随剧烈的吸热或者放热现象的情况的反应设备及处理手段，其交换热量的能力有限，而对于反应过程中体系 粘度在较大范围内变化的情况所采用的多釜流程又具有装置成本增加的弊端。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有外循环设备的反应装 置，用于在反应过程中伴随剧烈的吸热或者放热现象的情况下，增加换热效 率，保障反应的顺利进行。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有外循环设备的反应
装置，包括反应釜，所述反应装置还包括流体输送设备和换热器，所述流 体输送设备一端通过管道与所述反应釜下部连接，另一端与通过管道与所述 换热器入口连接，所述换热器出口通过管道与所述反应釜的上部连接，构成 反应物的外循环通道。
优选的，所述反应釜还包括釜外夹套，所述釜外夹套内设有夹套内折流 挡板。
优选的，所述换热器出口与反应釜上部连接的管道上设有氮气入口 。
优选的，所述反应釜内设有搅拌桨，所述搅拌桨包括锚式、框式或螺 带式搅拌桨；和/或所述反应釜内设有釜内折流挡板。
优选的，所述流体输送设备包括离心泵、轴流泵或旋涡泵。
优选的，所述外循环通道的总容积不大于反应物总量的三分之一。 采用本实用新型的具有外循环设备的反应装置对液相反应进行控制，具
有反应过程换热率高、适用反应物体系粘度范围宽的特点，并且设备建设成
本和操作费用较低。
图1为本实用新型具有外循环设备的反应装置结构示意图。
具体实施方式
本实用新型通过在反应釜之外增加流体输送设备和换热器，使反应物与 冷或热介质在反应釜之外进行热量交换，增加了换热效率。
同时，本实用新型还在反应釜内设置搅拌装置，反应釜上设置釜外夹套， 在所述釜外夹套内设置夹套内折流挡板，这样的结构与流体输送设备和换热 器相结合，使本实用新型的装置既能适用于在反应过程中进行较高热量交换 的液相反应，又能在体系粘度有较大的变化范围的情况下有效地进行物料搅拌。
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。
参照图l所示，为本实用新型具有外循环设备的反应装置结构示意图。
本实用新型具有外循环设备的反应装置包括反应釜1、搅拌装置2、流体输 送设备3和换热器4。流体输送设备3的一端通过管道与反应釜1下部连接， 另一端通过管道与换热器4的入口连接。换热器4的出口通过管道与所述反 应釜1的上部连接，并在换热器出口与反应釜1上部连接的管道上开有氮气 入口 5。
本实施例是为了适应在反应过程中进行较高热量交换并且体系粘度有 较大的变化范围的液相反应，所以包括了搅拌装置2，当然，如果只是在反 应过程中伴随较高的热量交换，而反应体系粘度变换不大，则只采用反应釜 1、流体输送设备3和换热器4就可以达到较好的换热效果，使反应顺利进 行，这构成了本实用新型的又一实施例。
本实施例中搅拌装置2包括驱动装置、搅拌轴、搅拌桨2-3。驱动装置 包括电机2-1及与其连接的减速机2-2。搅拌桨2-3与搅拌轴连接，设置在 反应釜1内。在本实施例中搅拌桨2-3需要能在体系粘度较高时对物料进行 有效搅拌，因此一般采用锚式、框式或螺带式搅拌桨或其他任意一种适用于 高粘体系的搅拌桨。电机2-1和减速机2-2为搅拌装置提供动力和进行速度 调节。
反应釜1为液相反应场所的主体。反应釜1包括反应釜本体1-1、釜外夹套l-2、夹套内折流挡板l-3、釜内折流挡板l-4。夹套内折流挡板l-3的 个数为4 100个，可以增大冷或热介质的湍流程度，提高换热效率。釜内折 流挡板1-4的个数为4 20个，釜内折流挡板1-4增加了釜体换热面积同时 提高了搅拌效率。多个釜内折流挡板可以提高物料混和效果，并且随着反应 釜体积的增大釜内折流挡板1-4的个数逐渐增加。
流体输送设备3可以为离心泵、轴流泵或旋涡泵，或者其他任意一种适 用于中低粘度并且流量大的流体的输送设备。本实施例中流体输送设备3采 用了离心泵，离心泵在叶片的作用下对所输送的流体可进行强烈的搅拌，在 将流体输送到换热器4的同时，使输送流体高效混合。本实施例中换热器4 采用了列管换热器，在工作时，冷或热介质通过换热器4的冷或热介质入口 4-1进入换热器，从冷或热介质出口 4-2流出，与流经换热器4的反应物进 行热量交换。在流体输送过程中换热器4类似于大型的静态混合器，对流体 的混合也起到了辅助作用。这样，反应物通过流体输送设备3和换热器4在 釜外高速循环，提高了流体流动的湍流程度，使液相体系在釜外进行了有效 搅拌和换热。
当然本实用新型换热器4不限于列管换热器，任何能实现流体换热功效 的装置都在本实用新型的保护范围之内。
换热器4为流体的热量传递提供了较大的换热面积，增加了装置的换热 速率， 一般可以满足反应体系吸热或者放热高峰时的换热量要求。
流体输送设备3、换热器4及管道构成的反应物的外循环通道的总容积 不大于反应物总量的三分之一。这样，在操作过程中流体输送设备3、换热 器4及管道内持液量不大于反应物总量的三分之一，以避免反应釜内液位下 降过低而对反应造成不利影响。
反应物组分才殳入到反应釜本体1 -1进行液相反应，反应过程中釜外夹套 1-2内及换热器4的冷或热介质容置空间内通入冷或热介质对反应体系进行 冷却或加热，从而控制反应温度。
在反应初期换热量较大而反应体系粘度较低，换热主要通过换热器4进 行。流体输送设备3和换热器4联合作用构成低粘情况下搅拌和换热的控制 手段。流体输送设备3将反应物从反应釜1的底部输出到换热器4，被输出的反应物在换热器4内与冷或热介质进行热交换，从而调整了反应物的温
度，调整温度后的反应物利用流体输送设备3赋予的动力，从换热器4的出 口，经管道返回反应釜1上部的入口 ，经所述入口返回反应釜1内进行后续 反应。
在反应中后期体系粘度较大换热量较小，釜外夹套l-2内的冷或热介质 循环为主要控温手段。冷或热介质通过夹套内折流挡板l-3增加了湍流程度， 提高了对流换热系数，使传热效率增加。
利用本实施例具有外循环设备的反应装置进行反应控制的流程如下
反应物各组分投料完毕后，启动电机2-l带动搅拌桨2-3转动，对物料 进行搅拌，同时在釜外夹套1-2内和换热器4内通入冷或热介质，以便进行 循环换热。此时体系粘度较低并且反应吸热或放热量较大，开启流体输送设 备3对反应物进行混合搅拌的同时，将反应物输出到换热器4，反应物主要 通过换热器4与冷或热介质进行热量交换。反应物在进行热量交换后，利用 流体输送设备3赋予的动力，从换热器4的出口 ，经管道返回反应釜1上部 的入口，经所述入口返回反应釜l内进行后续反应。在反应过程中保持流体 输送设备3和换热器4及釜外管道内的反应物量不大于反应物总量的三分之
吸热或放热高峰之后，停止流体输送设备3的运转，同时关闭流体输送 设备3的进出口阀门和反应物回流阀门8,开启流体输送设备3的支管阀门 7，通过从氮气入口 5通入氮气6，将换热器4及其下部管道中残留的反应 组分压回反应釜l内，在反应釜l内完成后续反应。
此时体系粘度有所提高，电机2-l继续带动搅拌桨2-3转动，并可通过 减速机2-2对搅拌速度进行调节，由于体系粘度变大，减慢搅拌桨2-3的转 动速度。与此同时，通过釜外夹套1-2内的冷或热介质与反应物进行热量交 换。
当然，吸热或放热高峰之后，如果体系粘度不大，也可以不停止流体输 送设备3的运转，流体输送设备3运转到反应完毕。这构成了本实用新型的又一实施例。这样，反应物在反应初期及中后期都进行了有效的热量交换和搅拌。 按此流程对丙烯腈溶液聚合效果很好。体系粘度范围变化为0.005 ~200PaS。本实用新型在反应釜之外增加流体输送设备和换热器，在反应初期使反 应物与冷或热介质在换热器进行热量交换，本实用新型还在反应釜内设置搅 拌装置，反应釜上设置釜外夹套，在所述釜外夹套内设置夹套内折流挡板， 在反应中后期使反应物与夹套内的冷或热介质进行热量交换，同时利用反应 釜内的搅拌装置对物料进行有效搅拌，使本实用新型的装置既能适用于在反 应过程中进行较高热量交换的液相反应，又能在体系粘度有较大变化的情况 下有效地进行物料搅拌。当然，上述实施例不是对本实用新型技术方案的进一步限定，任何熟悉 本领域的技术人员对本实用新型的技术特征所做的等同替换或相应变形，仍 在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种具有外循环设备的反应装置，包括反应釜，其特征在于，所述反应装置还包括流体输送设备和换热器，所述流体输送设备一端通过管道与所述反应釜下部连接，另一端通过管道与所述换热器入口连接，所述换热器出口通过管道与所述反应釜的上部连接，构成反应物的外循环通道。
2、 如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应釜还包括釜 外夹套，所述釜外夹套内设有夹套内折流挡板。
3、 如权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述换热器出口 与反应釜上部连接的管道上设有氮气入口 。
4、 如权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述反应釜内设 有搅拌桨，所述搅拌桨包括锚式、框式或螺带式搅拌桨；和/或所述反应 釜内设有釜内折流挡板。
5、 如权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述流体输送设 备包括离心泵、轴流泵或旋涡泵。
6、 如权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述外循环通道的总 容积不大于反应物总量的三分之一。
专利摘要本实用新型公开了一种具有外循环设备的反应装置，所述反应装置包括反应釜，还包括流体输送设备和换热器，所述流体输送设备一端通过管道与所述反应釜下部连接，另一端与通过管道与所述换热器入口连接，所述换热器出口通过管道与所述反应釜的上部连接，构成反应物的外循环通道。通过所述外循环通道对反应物进行搅拌和热交换。采用本实用新型的具有外循环设备的反应装置对液相反应进行控制，具有反应过程换热率高、适用反应物体系粘度范围宽的特点，并且设备建设成本和操作费用较低。
文档编号B01J19/00GK201086013SQ20072017012
公开日2008年7月16日 申请日期2007年8月9日 优先权日2007年8月9日
发明者史佳林, 姚蔚明, 时文艺, 郑连仲 申请人:宏大化纤技术装备有限公司