一种甲醇和异丁烯配比可控的MTBE反应塔的制作方法

一种甲醇和异丁烯配比可控的mtbe反应塔
技术领域
1.本发明涉及mtbe生产相关领域，具体是涉及一种甲醇和异丁烯配比可控的mtbe反应塔。


背景技术：

2.甲基叔丁基醚（简称mtbe），是一种有机化合物，为无色透明液体，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚，是一种优良的高辛烷值汽油添加剂和抗爆剂。异丁烯是一种有机化合物，常温常压下为无色气体，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂，主要用于生产聚异丁烯、异戊橡胶、异丁烯橡胶、丁基橡胶，也用于制备催化剂、防老剂、农药、医药、香料、汽油添加剂及润滑油等。生产mtbe的装置主要由醚化反应、反应精馏部分和甲醇回收部分组成。在生产中通过适当的化学反应，最终生产出mtbe。其中，主化学反应为通过c4馏分中的异丁烯和工业甲醇，以大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂，在特定温度和压力条件下合成甲基叔丁基醚。
3.在该反应中主反应为异丁烯和甲醇之间的反应，但c4馏分中的其他物质仍可能发生其他的副反应，如异丁烯和异丁烯之间、正丁烯和甲醇之间、异丁烯和水之间以及甲醇与甲醇之间均可能发生反应，这些副反应的发生便可能影响到mtbe的产品质量。
4.但是反应中同样存在以下问题，其一，导致这些副反应发生的中重要因素之一便是反应物中的醇烯比，醇烯比过多或不足均可能诱发副反应，从而影响到产品质量，异丁烯作为气态反应物，其特性之一便在于，在不同的温度区间下，密度会随之发生变化，而异丁烯的密度变化后，在相同的输送速率下，单位时间内异丁烯的输送量会随之改变，即可能改变反应物中的醇烯比；其二，反应物中异丁烯和甲醇的混合程度和温度同样是影响反应的重要因素，异丁烯和甲醇的混合不均可能会降低产量，诱发副反应，温度不适宜同样会影响到反应，传统的生产装置难以解决此类问题，因此有必要设计一种新型反应装置以解决此类问题。
5.

技术实现要素：

6.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种甲醇和异丁烯配比可控的mtbe反应塔。
7.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：一种甲醇和异丁烯配比可控的mtbe反应塔，包括塔体进料组件、送料机构、混合组件和反应组件，塔体由上而下分为混合腔和反应腔，反应腔底部设有出料口，进料组件包括用于向混合腔内输送异丁烯的第一送料机构和用于向混合腔内输送甲醇的第二送料机构，所述第一送料机构包括用于保持异丁烯温度恒定的控温双层管；混合组件设置于混合腔上，所述混合组件包括两个同轴反转且位于混合腔内的搅拌桨，两个搅拌桨用于迫使混合腔内的异丁烯和甲醇相向运动后充分混合；反应组件设置于反应腔内，反应组件包括由上
而下等间距分布的若干个催化反应层，其中顶部的催化反应层与混合腔相连，每个所述催化反应层均包括控温外腔、上下两个设置于控温外腔内的筛板和位于两个筛板之间的催化剂。
8.优选的，所述混合组件还包括：圆盘顶盖，呈水平状态固定设置于混合腔顶部；电机，竖直朝下固定设置于圆盘顶盖上；行星轮机构，设置于圆盘顶盖上，行星轮机构分别传动连接电机输出轴和两个搅拌桨。
9.优选的，所述行星轮机构包括：三个行星轮，所述圆盘顶盖底部成型有三个沿圆周方向均匀分布的固定轴，三个所述行星轮一一对应的轴接设置于三个固定轴上；与混合腔呈同轴状态的太阳轮，所述电机的输出轴竖直朝下伸出圆盘顶盖，太阳轮同轴固连于圆盘顶盖上且三个行星轮均与太阳轮啮合；外齿盘，同轴设置于混合腔顶部且三个所述行星轮均与外齿盘的内齿圈啮合，所述外齿盘的底部成型有竖直向下穿入混合腔的空心圆柱，电机的输出轴底端还同轴固连有位于空心圆柱内的中心转轴，中心转轴的下端竖直朝下伸出空心圆柱并伸入混合腔内，上下两个所述搅拌桨分别同轴固连于空心圆柱和中心转轴下端，所述中心转轴与空心圆柱之间以及空心圆柱与混合腔之间均动密封连接。
10.优选的，所述控温双层管包括送液内管和保温外管，所述送液内管的对应端与混合腔密封相连，保温外管密封设置于送液内管外且保温外管上下端分别设置有出水口和进水口。
11.优选的，所述控温外腔包括：内固定环，其内圈底部成型有用于承接下方筛板的第一凸檐，所述内固定环上还开设有环形沉槽，环形沉槽内嵌设有螺旋式加热管；圆环顶板，其底部成型有若干个弧形凸块，内固定环顶部开设有若干个一一对应于弧形凸块的弧形嵌槽，所述弧形凸块与弧形嵌槽旋转卡接配合，圆环顶板的内圈压紧上方筛板；外固定环，同轴固连在反应腔内壁上，外固定环的内壁上成型有若干个内限位槽，所述内固定环和圆环顶板的外壁上分别成型有若干个一一对应于若干个内限位槽的第一凸条和第二凸条，外固定环的内圈底部成型有用于承接内固定环的第二凸檐。
12.优选的，所述混合腔的底部还设置有呈圆柱状结构的引流腔，引流腔的顶部与混合腔底部同轴固连且引流腔的底部呈开口结构，引流腔的顶部开设有用于供反应物通过的通孔，引流腔内还设置有锥形引流板，所述锥形引流板上开设有若干个均匀分布的落料孔，引流腔的底部与最上方圆环顶板密封相连。
13.优选的，所述混合腔的底部还设置有用于使反应物向出料口聚集的聚料底板。
14.优选的，所述第二送料机构包括送液管且送液管的对应端连通混合腔。
15.本发明与现有技术相比具有的有益效果是：其一，本发明通过控温双层管能够控制进料时异丁烯的温度，进而通过控制异丁烯的进料量确保醇烯比稳定，能够减少副反应的发生；
其二，本发明通过同轴反转的两个搅拌桨带动上下方的异丁烯和甲醇均匀混合，独特结构的混合腔能够确保异丁烯和甲醇充分混合后再反应；其三，本发明独特设计的催化反应层方便拆卸，便于对筛板和催化剂等进行检查和更换。
附图说明
16.图1是实施例的立体结构示意图。
17.图2是实施例的塔体、控温双层管、混合组件和反应组件的俯视图。
18.图3是图2沿a-a线的剖视图。
19.图4是实施例的混合腔、引流腔和混合组件的剖视图。
20.图5是图4中b处的局部结构放大图。
21.图6是实施例的控温双层管的俯视图。
22.图7是图6沿c-c线的剖视图。
23.图8是实施例的催化反应层和筛板的立体结构分解图。
24.图9是图8中d处的局部结构放大图。
25.图10是实施例的圆环顶板的立体结构示意图。
26.图中标号为：1、塔体；2、混合腔；3、反应腔；4、出料口；5、控温双层管；6、混合组件；7、搅拌桨；8、催化反应层；9、筛板；10、催化剂；11、圆盘顶盖；12、电机；13、内凸部；14、行星轮；15、太阳轮；16、外齿盘；17、空心圆柱；18、中心转轴；19、平面轴承；20、送液内管；21、保温外管；22、出水口；23、进水口；24、内固定环；25、第一凸檐；26、螺旋式加热管；27、圆环顶板；28、弧形凸块；29、弧形嵌槽；30、外固定环；31、第一凸条；32、第二凸条；33、引流腔；34、锥形引流板；35、落料孔；36、聚料底板；37、送液管。
具体实施方式
27.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
28.参考图1至图10所示的一种甲醇和异丁烯配比可控的mtbe反应塔，包括塔体1进料组件、送料机构、混合组件和反应组件，塔体1由上而下分为混合腔2和反应腔3，反应腔3底部设有出料口4，进料组件包括用于向混合腔2内输送异丁烯的第一送料机构和用于向混合腔2内输送甲醇的第二送料机构，所述第一送料机构包括用于保持异丁烯温度恒定的控温双层管5；混合组件6设置于混合腔2上，所述混合组件6包括两个同轴反转且位于混合腔2内的搅拌桨7，两个搅拌桨7用于迫使混合腔2内的异丁烯和甲醇相向运动后充分混合；反应组件设置于反应腔3内，反应组件包括由上而下等间距分布的若干个催化反应层8，其中顶部的催化反应层8与混合腔2相连，每个所述催化反应层8均包括控温外腔、上下两个设置于控温外腔内的筛板9和位于两个筛板9之间的催化剂10。
29.所述第一送料机构和第二送料件机构远离塔体1的一端分别设有用于输送物料的气泵和水泵，异丁烯和甲醇被预先加热至特定温度后送入混合腔2，随后被混合组件6进行预混后由上而下依次流经若干个催化反应层8，异丁烯和甲醇在催化反应层8内进一步混合
并被二次加热至适宜的反应温度，从而反应生成mtbe，经过多层催化反应层8完成反应后的反应物再最后从反应腔3底部的出料口4流出并收集，所述混合腔2呈空心圆柱17状结构，混合腔2的圆柱壁上成型有连通内腔的第一进料口和第二进料口，第一进料口和第二进料口分别连通控温双层管5和第二送料机构，混合腔2的上下端均呈圆环状结构，且混合腔2的圆柱状外壁与上端圆环状结构分体相连，混合腔2的底部成型有连通对应催化反应层8的底出液口。
30.所述混合组件6还包括：圆盘顶盖11，呈水平状态固定设置于混合腔2顶部；电机12，竖直朝下固定设置于圆盘顶盖11上；行星轮机构，设置于圆盘顶盖11上，行星轮机构分别传动连接电机12输出轴和两个搅拌桨7。
31.电机12驱动其输出轴旋转后，通过行星轮机构带动两个搅拌桨7同轴反转，两个所述搅拌桨7旋转方向相反，由于异丁烯呈气态输入混合腔2内，而甲醇呈液态输入混合腔2内，故异丁烯输入混合腔2内后会自然向上流动，而甲醇则自然向下流动，而异丁烯和甲醇进入混合腔2后，上方搅拌桨7旋转后则会带动上方的异丁烯向下搅动，甲醇刚进入混合腔2后也会被下方的搅拌桨7带动向上流动，并运动至一定程度向下洒落至混合腔2底部，而底出液口略小于下方搅拌桨7的底端外径，混合腔2的底出液口处还成型有向上凸出的内凸部13，下方搅拌桨7的外端向下贴近混合腔2的底部（图中未示出），从而搅动混合腔2底部位于内凸部13外圈的甲醇并将甲醇带起，内凸部13的剖面结构如图4中所示，其上表面呈圆弧面结构，刚进入混合腔2并流至混合腔2底部的甲醇会被内凸部13阻挡，不会第一时间由底出液口流出，甲醇被下方搅拌桨7带起后，与异丁烯混合后再下落，内凸部13能够防止甲醇在刚进入混合腔2，未被下方搅拌桨7带起的情况下，直接由底出液口流出，从而有效防止甲醇在未混合完全异丁烯的情况下，便直接由底出液口进入对应催化反应层8，由于内凸部13的存在，在上下两个搅拌桨7旋转后，便能够很快带动混合腔2内的甲醇和异丁烯相向运动，又由于甲醇和异丁烯被预先加热至合适温度，故甲醇和异丁烯相向运动的过程中便能够快速充分混合，并最终顺着底出液口流出，通过控制甲醇和异丁烯的流速，可以实现将定量的甲醇和异丁烯进入混合腔2内，并被上下两个搅拌桨7带动混合，而随着后续甲醇和异丁烯的流入，混入足量异丁烯的甲醇逐渐聚集至混合腔2底部，并满溢至内凸部13处由底出液口流向催化反应层8，定量控制甲醇和异丁烯的输入也能最大程度上减少副反应的发生。
32.所述行星轮机构包括：三个行星轮14，所述圆盘顶盖11底部成型有三个沿圆周方向均匀分布的固定轴，三个所述行星轮14一一对应的轴接设置于三个固定轴上；与混合腔2呈同轴状态的太阳轮15，所述电机12的输出轴竖直朝下伸出圆盘顶盖11，太阳轮15同轴固连于圆盘顶盖11上且三个行星轮14均与太阳轮15啮合；外齿盘16，同轴设置于混合腔2顶部且三个所述行星轮14均与外齿盘16的内齿圈啮合，所述外齿盘16的底部成型有竖直向下穿入混合腔2的空心圆柱17，电机12的输出轴底端还同轴固连有位于空心圆柱17内的中心转轴18，中心转轴18的下端竖直朝下伸出空心圆柱17并伸入混合腔2内，上下两个所述搅拌桨7分别同轴固连于空心圆柱17和中心转轴18下端，所述中心转轴18与空心圆柱17之间以及空心圆柱17与混合腔2之间均动密封连接。
33.中心转轴18的顶部还成型有圆盘部，圆盘部与外齿盘16之间以及外齿盘16与混合腔2之间均设置有平面轴承19，如此空心圆柱17和中心转轴18顺畅旋转的同时，混合腔2能够起到对外齿盘16、中心转轴18和两个搅拌桨7承重的作用，以减轻电机12和圆盘顶盖11承重的负担，当电机12的输出轴旋转后，电机12的输出轴同时带动太阳轮15和中心转轴18旋转，从而带动中心转轴18上位于下方的搅拌桨7旋转，由于圆盘顶盖11固定且圆盘顶盖11底部成型有三个用于与三个行星轮14轴接的固定轴（图中未示出），外齿盘16和太阳轮15又均与三个行星轮14啮合，故太阳轮15旋转后便能够通过三个行星轮14带动外齿盘16旋转，且外齿盘16转速小于太阳轮15转速，外齿盘16再通过空心圆柱17带动位于上方的搅拌桨7旋转，且上方搅拌桨7转速小于下方搅拌桨7转速，由于此时异丁烯呈气态而甲醇为液态，且甲醇被带动向上运动而异丁烯被带动向下运动，故较重且向上运动的甲醇通过下方转速更快的搅拌桨7来带动，而较轻向下运动的异丁烯通过上方搅拌桨7带动，如此也能更加均匀的混合异丁烯和甲醇。
34.所述控温双层管5包括送液内管20和保温外管21，所述送液内管20的对应端与混合腔2密封相连，保温外管21密封设置于送液内管20外且保温外管21上下端分别设置有出水口22和进水口23。
35.异丁烯和甲醇分别被加热至指定温度（温度控制在4
°
到25
°
之间，该温度范围下异丁烯的密度保持对应大小不变，且该温度范围并未达到反应温度）和压力后送至混合腔2内，所述送液内管20采用导热材质制成而保温外管21外附隔热层（图中未示出），反应塔外还设置有内含加热器的水箱（图中未示出），参照图1、图3和图7所示，水箱内加热至对应温度的水（温度控制在4
°
到25
°
之间）通过水泵（图中未示出）由进水口23流入保温外管21和送液内管20之间，再通过出水口22流回水箱内，如此整个送液内管20内的异丁烯便能始终保持在该温度范围内，异丁烯的密度也保持不变，通过控制气泵输入的速度即可控制异丁烯的输入量，防止后续因醇烯比过大或过小而发生副反应。
36.所述控温外腔包括：内固定环24，其内圈底部成型有用于承接下方筛板9的第一凸檐25，所述内固定环24上还开设有环形沉槽，环形沉槽内嵌设有螺旋式加热管26；圆环顶板27，其底部成型有若干个弧形凸块28，内固定环24顶部开设有若干个一一对应于弧形凸块28的弧形嵌槽29，所述弧形凸块28与弧形嵌槽29旋转卡接配合，圆环顶板27的内圈压紧上方筛板9；外固定环30，同轴固连在反应腔3内壁上，外固定环30的内壁上成型有若干个内限位槽，所述内固定环24和圆环顶板27的外壁上分别成型有若干个一一对应于若干个内限位槽的第一凸条31和第二凸条32，外固定环30的内圈底部成型有用于承接内固定环24的第二凸檐。
37.参照图8至图10所示，内固定环24呈两端开口的空心圆柱17状结构，螺旋式加热管26设置于环形沉槽内用于保持催化剂10部分的温度稳定在35～75℃（此为生成mtbe的适宜温度区间）之间，筛板9上成型有若干个均匀分布且用于供反应物通过的筛孔，催化剂10为大孔强酸性阳离子交换树脂且其无法通过筛孔，上下两个筛板9将催化剂10压紧在中间并平放于内固定环24内，安装圆环顶板27时将若干个弧形凸块28对准若干个弧形嵌槽29，随后旋转下压圆环顶板27直至若干个第一凸条31和若干个第二凸条32对齐（此时圆环顶板27
的底部压紧于上方筛板9），如此若干个弧形凸块28位于弧形嵌槽29内能够对圆环顶板27进行限位，在圆环顶板27不旋转的情况下无法离开内固定环24，再将内固定环24和圆环顶板27连同两个筛板9和催化剂10放置于外固定环30内，使得若干个第一凸条31和第二凸条32一一对应的滑入若干个内限位槽中，如此内固定环24、圆环顶板27、催化剂10和两个筛板9依靠自身重力放置于外固定环30上，且由于内限位槽对第一凸条31和第二凸条32的限位作用，使得内固定环24、圆环顶板27、催化剂10和两个筛板9保持稳定不动，通过此种方式设置，当需要检查螺旋式加热管26或催化剂10状态或更换零件时，能够方便快速的进行拆除、检查和更换，上方混合异丁烯的甲醇落下后，通过上方筛板9的筛孔流入催化剂10内，被加热后发生反应，反应物流经催化剂10内的内孔由下方筛板9的筛孔落下，再进入下一催化反应层8进行反应，由于混合腔2内混合异丁烯的甲醇温度并未到达反应所需温度，落入最上方催化剂10内的甲醇仍需加热后才能反应，且异丁烯和甲醇需持续加入混合腔2，为确保反应进行的彻底和加快反应速度，设置多个上下间隔设置的催化反应层8，能够大大提高反应速度和确保甲醇与异丁烯反应彻底。
38.所述混合腔2的底部还设置有呈圆柱状结构的引流腔33，引流腔33的顶部与混合腔2底部同轴固连且引流腔33的底部呈开口结构，引流腔33的顶部开设有用于供反应物通过的通孔，引流腔33内还设置有锥形引流板34，所述锥形引流板34上开设有若干个均匀分布的落料孔35，引流腔33的底部与最上方圆环顶板27密封相连。
39.为了保证混合腔2内异丁烯和甲醇的混合均匀，故混合腔2的底出液口直径较小，为了落下的混有异丁烯的甲醇能够均匀落至下方催化反应层8上，故设置锥形引流板34进行引流，参照图3和图4所示，锥形引流板34的锥形结构能够确保落下的反应物顺着锥面向四周滑落，并顺着若干个落料孔35下落至下方催化反应层8内，如此实现混合异丁烯的甲醇均匀的落至催化反应层8上，防止其聚集在催化反应层8的中部而扩散缓慢，从而减缓反应速度。
40.所述混合腔2的底部还设置有用于使反应物向出料口4聚集的聚料底板36。
41.所述聚料底板36的上表面呈斜面结构，用于使得落下的反应物向着出料口4方向滑动，最终又出料口4落出并被收集。
42.所述第二送料机构包括送液管37且送液管37的对应端连通混合腔2。
43.送液管37的上下端分别与第二进料口和对应水泵密封连接，甲醇经水泵和送液管37送入混合腔2内。
44.工作原理：反应时首先将加热指定温度和压力的异丁烯与甲醇分别通过保温双层管和送液管37送入混合腔2内，同时启动电机12，电机12通过中心转轴18带动下方搅拌桨7旋转，同时通过太阳轮15和三个行星轮14带动外齿盘16减速旋转，外齿盘16底部的空心圆柱17再带动上方搅拌桨7进行旋转，如此带动混合腔2内自然状态下位于上方的异丁烯气体和位于下方的甲醇液体相互运动，从而使得异丁烯和甲醇充分混合，混合后的液体聚集至混合腔2底部并通过底出液口流向引流腔33，液体经过锥形引流板34的引流后均匀落入最上方催化反应层8，液体在催化反应层8内先后经过上方筛板9、催化剂10和下方筛板9，从而落入下方催化反应层8，在催化反应层8内的螺旋式加热管26作用下，反应物被加热至反应温度发生反应，从而生成mtbe，经过多层催化反应层8的反应物被充分加热和催化并生成mtbe，最终流出最下方催化反应层8并落至聚料底板36上，从而沿着聚料底板36上表面的斜
面流向出料口4并被收集。
45.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。