涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法与流程

本发明涉及一种涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法。

背景技术：

在化工生产中，有相当一部分事故是由于反应失控而引起，导致反应失控事故的原因很多，如物料配比不当、冷却失效、操作失误等等。为了防止反应失控，反应器设计有多种防护措施，如报警、安全联锁、紧急泄放、紧急卸料及紧急终止等等。讨论前四种措施的论文较多，提供了丰富的解决方案，然而讨论紧急终止的论文相对较少。

现有技术聚焦于紧急终止剂的选择，对紧急终止剂的加入量、加入方式深入分析较少。谢家敏(石油化工自动化，全密度聚乙烯装置反应终止系统，2016,1:18)等讨论了全密度聚乙烯装置的反应终止系统，讨论了全密度聚乙烯装置的4种终止形式，该反应器为流动床形式，终止剂注入在管道中就可随流动混合均匀，注入方式较为简单。张培平等(浙江化工，浅议反应终止剂技术的应用)讨论了反应终止技术在重油催化裂化装置的应用，着重讨论了终止剂注入量对反应产物分布的影响。这些研究均不涉及对终止剂注入量及注入位置的考量。

目前，采用涡轮搅拌桨的反应釜在化工生产中仍然应用较多，尤其在聚合反应中较为多见。大部分研究人员没有意识到终止剂混合不均导致的终止效果不佳及局部热点问题，没有采用严格的流场模型来进行模拟与计算，终止剂的注入位置与注入量较为随意，没有经过严格论证，从而也必然无法保证终止效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中带涡轮搅拌桨的反应器终止剂注入位置与量不确定，导致注入后终止剂在反应釜内分布不佳，终止效果得不到保障的问题，提供一种新的涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法，具有带涡轮搅拌桨的反应器终止剂注入位置与量确定，终止剂在反应釜内分布佳，终止效果好的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法，在带有涡轮搅拌桨的反应器上设置终止剂注入管线，管线至少分两路进入反应器，一路通至反应器顶部，另一路通至反应器底部搅拌叶轮外侧处；终止剂注入管线上设置远程切断阀，与反应温度建立联锁关系，当反应温度超过设定温度后，通过自动控制打开远程切断阀，向反应器内注入所需量的终止剂。

上述技术方案中，优选地，自动控制采用集散式控制系统dcs或可编程逻辑控制器plc进行控制。

上述技术方案中，优选地，动控制采用可编程逻辑控制器plc进行控制。

上述技术方案中，优选地，终止剂的注入通过压差或泵驱动。

上述技术方案中，优选地，终止剂加入量应为最低用量的2倍以上，但不应过量导致反应器物料满釜。

上述技术方案中，优选地，通至反应器顶部与通至反应器底部搅拌叶轮外侧处的终止剂质量流量之比为1:1-1:4。

上述技术方案中，优选地，为了确保终止剂注入的质量流量比，应综合考虑管道阻力，流体的流动特性，设计合适的管径。

上述技术方案中，优选地，涡轮搅拌桨为rushton涡轮搅拌桨或斜叶式涡轮搅拌桨。

上述技术方案中，优选地，所述反应器为反应釜，包括反应釜主体、搅拌电机、涡轮搅拌桨、夹套、挡板、终止剂注入口。

本专利可以使终止剂快速并完全在反应釜内混合，避免其他注入方式导致终止剂在反应釜中混合不均，从而存在局部热点，无法有效中止反应等问题，全面避免反应釜的飞温，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为涡轮搅拌桨反应釜的紧急终止剂注入示意图；

图1中，1、终止剂进料；2、夹套；3、挡板；4、搅拌桨；5、出料；6、搅拌电机；

图2为终止剂在反应釜上部添加时的温度场图；

图3为终止剂在反应釜底部添加时的温度场图；

图4为终止剂在反应釜上部及底部同时添加时的温度场图；

图5为带斜叶式涡轮搅拌桨的反应釜的温度场图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法，在正常运行时，反应釜内的流场如图1所示，涡轮搅拌桨将反应釜分为上下两个区域，上区域流体自搅拌桨叶沿釜壁向上流动，后流向搅拌桨轴；下区流体自搅拌桨叶沿釜壁向下流动，后流向搅拌桨轴。

在反应釜中进行放热反应时，若出现异常情况，可能导致反应失控，此时部分反应需要加入紧急终止剂，中止反应进行，从而达到避免严重超温超压的目的。为了有效中止反应，终止剂的加入时间、加入量及加入位置(影响终止剂在反应釜中的分散效果)是关键因素。

本发明在反应釜上设置终止剂注入管线，管线分两路进入反应釜，一路通至反应釜顶部，一路通至反应釜底部搅拌叶轮外侧处。终止剂的注入通过压差驱动。终止剂注入管线上设置远程切断阀，与反应釜温度建立联锁关系，当反应釜温度达到设定温度后，通过自动控制打开位于终止剂总管的切断阀，向反应釜内注入定量的终止剂。自动控制采用集散式控制系统(dcs)。

终止剂的选择及最低用量应由专门的测试而确定，终止剂加入量应为最低用量的2倍以上，但不应过量导致反应釜物料满釜。

加入顶部与加入底部终止剂物料的流量比控制为1:1。为了确保流量比，应综合考虑管道阻力，流体的流动特性，从而设计合适的管径。

对于采用rushton涡轮搅拌桨的反应釜，采用顶部与底部同时加料的方式，底部加料多于顶部加料，同时总加料控制高于终止剂最低用量(理论用量)2倍以上，模拟结果见图4。可见，采用该种进料方式，终止剂在反应釜内混合良好，反应釜内温度较为均匀，高温区得到有效抑制，可以保障反应釜的安全。

【实施例2】

一种涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法，在正常运行时，反应釜内的流场如图1所示，涡轮搅拌桨将反应釜分为上下两个区域，上区域流体自搅拌桨叶沿釜壁向上流动，后流向搅拌桨轴；下区流体自搅拌桨叶沿釜壁向下流动，后流向搅拌桨轴。

在反应釜中进行放热反应时，若出现异常情况，可能导致反应失控，此时部分反应需要加入紧急终止剂，中止反应进行，从而达到避免严重超温超压的目的。为了有效中止反应，终止剂的加入时间、加入量及加入位置(影响终止剂在反应釜中的分散效果)是关键因素。

本发明在反应釜上设置终止剂注入管线，管线分两路进入反应釜，一路通至反应釜顶部，一路通至反应釜底部搅拌叶轮外侧处。终止剂的注入通过压差驱动。终止剂注入管线上设置远程切断阀，与反应釜温度建立联锁关系，当反应釜温度达到设定温度后，通过自动控制打开位于终止剂总管的切断阀，向反应釜内注入定量的终止剂。自动控制为可编程逻辑控制器(plc)。

终止剂的选择及最低用量应由专门的测试而确定，终止剂加入量应为最低用量的2倍以上，但不应过量导致反应釜物料满釜。

加入顶部与加入底部终止剂物料的流量比控制为1:4。为了确保流量比，应综合考虑管道阻力，流体的流动特性，从而设计合适的管径。

对于采用斜叶式涡轮搅拌桨的反应釜，从上部添加、底部添加和上部底部同时添加的温度场如图5所示。可见，对于斜叶式涡轮搅拌桨，同时从上部和底部加入终止剂混合效果最好，可以对温度进行有效控制。

【实施例3】

一种涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法，在正常运行时，反应釜内的流场如图1所示，涡轮搅拌桨将反应釜分为上下两个区域，上区域流体自搅拌桨叶沿釜壁向上流动，后流向搅拌桨轴；下区流体自搅拌桨叶沿釜壁向下流动，后流向搅拌桨轴。

在反应釜中进行放热反应时，若出现异常情况，可能导致反应失控，此时部分反应需要加入紧急终止剂，中止反应进行，从而达到避免严重超温超压的目的。为了有效中止反应，终止剂的加入时间、加入量及加入位置(影响终止剂在反应釜中的分散效果)是关键因素。

本发明在反应釜上设置终止剂注入管线，管线分两路进入反应釜，一路通至反应釜顶部，一路通至反应釜底部搅拌叶轮外侧处。终止剂的注入通过泵驱动。终止剂注入管线上设置远程切断阀，与反应釜温度建立联锁关系，当反应釜温度达到设定温度后，通过自动控制打开位于终止剂总管的切断阀，向反应釜内注入定量的终止剂。自动控制为可编程逻辑控制器(plc)。

终止剂的选择及最低用量应由专门的测试而确定，终止剂加入量应为最低用量的2倍以上，但不应过量导致反应釜物料满釜。

加入顶部与加入底部终止剂物料的流量比控制为1:2。为了确保流量比，应综合考虑管道阻力，流体的流动特性，从而设计合适的管径。

对于采用斜叶式涡轮搅拌桨的反应釜，从上部添加、底部添加和上部底部同时添加的温度场如图5所示。可见，对于斜叶式涡轮搅拌桨，同时从上部和底部加入终止剂混合效果最好，可以对温度进行有效控制。

【实施例4】

一种涡轮搅拌桨反应器的紧急终止剂注入方法，在正常运行时，反应釜内的流场如图1所示，涡轮搅拌桨将反应釜分为上下两个区域，上区域流体自搅拌桨叶沿釜壁向上流动，后流向搅拌桨轴；下区流体自搅拌桨叶沿釜壁向下流动，后流向搅拌桨轴。

在反应釜中进行放热反应时，若出现异常情况，可能导致反应失控，此时部分反应需要加入紧急终止剂，中止反应进行，从而达到避免严重超温超压的目的。为了有效中止反应，终止剂的加入时间、加入量及加入位置(影响终止剂在反应釜中的分散效果)是关键因素。

本发明在反应釜上设置终止剂注入管线，管线分两路进入反应釜，一路通至反应釜顶部，一路通至反应釜底部搅拌叶轮外侧处。终止剂的注入通过泵驱动。终止剂注入管线上设置远程切断阀，与反应釜温度建立联锁关系，当反应釜温度达到设定温度后，通过自动控制打开位于终止剂总管的切断阀，向反应釜内注入定量的终止剂。自动控制为可编程逻辑控制器(plc)。

终止剂的选择及最低用量应由专门的测试而确定，终止剂加入量应为最低用量的2倍以上，但不应过量导致反应釜物料满釜。

加入顶部与加入底部终止剂物料的流量比控制为1:3。为了确保流量比，应综合考虑管道阻力，流体的流动特性，从而设计合适的管径。

对于采用斜叶式涡轮搅拌桨的反应釜，从上部添加、底部添加和上部底部同时添加的温度场如图5所示。可见，对于斜叶式涡轮搅拌桨，同时从上部和底部加入终止剂混合效果最好，可以对温度进行有效控制。

【比较例1】

在实施例1所述的反应釜上，对于采用rushton涡轮搅拌桨的反应釜，若出现反应失控导致飞温的情况，当终止剂在上部添加时，流场如图2所示。可以看出，在反应釜上部和下部分别出现高温区，表明终止剂不能良好分散至反应釜的上部和底部。

【比较例2】

在实施例1所述的反应釜上，对于采用rushton涡轮搅拌桨的反应釜，若出现反应失控导致飞温的情况，当终止剂在底部添加时，流场如图3所示。可见，在反应釜底部进终止剂时，反应釜的顶部及搅拌轴附近存在高温区，表明终止剂不能良好的分散至顶部和搅拌轴附近。