專利名稱：一種聚合釜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種聚合釜，涉及一種聚異丁烯聚合釜，尤其涉及一種連續(xù)法液相異丁烯聚合反應的氨直冷式聚合釜。
背景技術：
目前，我國在聚異丁烯工業(yè)生產(chǎn)領域使用的聚合釜，大多數(shù)都是采用夾套式聚合釜，其中有的內(nèi)置冷卻蛇管或指形管。所用攪拌器也只適用于液相混合體系。冷卻介質通常采用低溫鹽水或乙二醇水溶液間接撤熱方式，冷量利用率低。隨著我國聚異丁烯，特別是高活性聚異丁烯的迅速發(fā)展，對反應器的傳熱效率，耐壓等級以及攪拌的多適用性提出了更加苛刻的要求，因此，現(xiàn)有傳統(tǒng)型的反應器結構形式制約了反應器的效率和產(chǎn)品質量的提高以及大型化的趨勢。
在傳熱方面，普通夾套由于冷卻介質流速較慢，傳熱效率低，加上所能承受的壓力較小，一般只能適用于低壓冷卻系統(tǒng)。釜內(nèi)蛇管雖然能承受較高壓力，但冷卻流體流動阻力較大，換熱面積相對較小，同時也不利于氣液分散反應體系的物料流型。而指形管不僅換熱面積有限，且耐壓等級更低。
在攪拌器設計方面，目前采用的攪拌器只能適用于液體混合體系，對于生產(chǎn)多品種聚異丁烯所需要的，特別是不互溶液相催化劑和氣體催化劑的分散、混合以及溫度梯度的控制，現(xiàn)有的攪拌型式尚難以滿足要求。
在冷卻介質方面，通常采用的低溫鹽水或乙二醇水溶液間接撤熱形式，不僅冷量使用效率低，能耗高，而且設備腐蝕嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種連續(xù)法液相異丁烯聚合反應的氨直冷式聚合釜，以滿足聚合釜大型化時所需要傳熱面積、冷卻系統(tǒng)承受較高壓力，使互溶液相催化劑、不互溶液相催化劑以及氣體催化劑的分散、混合更好，從而提高了反應器的生產(chǎn)效率，改善了產(chǎn)品質量。
本發(fā)明的技術方案是通過下面的技術方案來實現(xiàn)的一種聚合釜，主要有釜體，其特征在于A)釜體內(nèi)設有多層的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器，所述的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器底部設有內(nèi)置液氨環(huán)形總管，并與供液氨管和平衡管相連通；其上部設有氣氨匯集環(huán)形總管，該氣氨匯集環(huán)形總管設有2～4個氣氨出口管；所述的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器的單元管均與上述兩個環(huán)形總管上下連通；B)在釜內(nèi)安裝有三層組合式攪拌器；C)釜體外側壁設有半圓形夾套式冷卻豎管氨蒸發(fā)器；
D)釜體外部設有外循環(huán)氨冷卻系統(tǒng)；E)在釜頂封頭設有反應循環(huán)液入口管，在釜體的側上部設有反應液出口管；在聚合釜的一側下部第二層攪拌器與第三層攪拌器之間，且靠近第二層攪拌器處設有氣相催化劑入口管；在釜的另一側于第三層攪拌器與第二層攪拌器之間，并靠近第三層攪拌器處設有物料進口管；在循環(huán)液入口管口和外循環(huán)氨蒸發(fā)器之間，設有液相催化劑入口管。
上述的聚合釜，其所述的鼠籠式冷卻豎管發(fā)器的層數(shù)為1～5層；以上所述的聚合釜，其所述的內(nèi)置液氨環(huán)形總管上的供液氨管和平衡管路與聚合釜底封頭間均設有填料靜密封裝置。
上述的聚合釜，其所述的同軸三層組合式攪拌器，第一層攪拌器和第三層攪拌器為六折葉開啟渦輪攪拌器，第二層攪拌器為直葉圓盤渦輪攪拌器。
上述的聚合釜，其所述的外循環(huán)氨冷卻系統(tǒng)是指在循環(huán)液出口管口與釜頂?shù)难h(huán)液入口管口之間，設有外循環(huán)氨蒸發(fā)器，該外循環(huán)氨蒸發(fā)器與所述的循環(huán)液出口管口和釜頂部循環(huán)液入口管之間用管線連接，位于循環(huán)液出口管口與外循環(huán)液氨蒸發(fā)器之間設有泵；以上所述的聚合釜，其特征在于所述的聚合釜的高徑比為1.5-3.0之間，其容積為2m2～30m2。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比，具有顯著的技術進步和明顯的積極效果(1)在釜內(nèi)設有多層鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器，根據(jù)聚合釜大小可以在1～5層范圍內(nèi)進行選擇，可以在很大的范圍內(nèi)提供所需要的傳達室熱面積。因此，在設計不同規(guī)模的聚合釜時，具有很強的適應性，同時耐壓程度高，并可起到全擋板作用，無需用另設檔板。與釜內(nèi)設置的蛇形管或固定列管形的冷卻方式相比，能夠保證反應液在軸向和徑向的充分混合及分散，流型更合理，尤其適合于液液不互溶以及氣液反應體系的混合分散，因而可以更好地滿足溫度梯度和產(chǎn)品質量的要求。
(2)在釜外設有半圓夾套式冷卻豎管氨蒸發(fā)器，不僅耐壓程度高，同時聚合釜的釜壁厚相對減小，從而提高了聚合釜的傳熱效率。
(3)所述的環(huán)形總管上的供液氨管和平衡管路與聚合釜底封頭間設有填料靜密封裝置，在檢修鼠籠構件時，可將聚合釜上封頭和與之相連的鼠籠冷卻豎管一同從上部下抽出，特別適用于不便于在其內(nèi)部進行安裝和檢修的中小型反應釜。
(4)采用同軸多層組合式攪拌器，第一層攪拌和第三層攪拌為六折葉開啟渦輪攪拌器，具有較強的軸向循環(huán)能力和一定的剪切分散能力，可以保證反應器內(nèi)物料的均勻混合及形成較小的溫度梯度，改善產(chǎn)品的分子量分布；第二層攪拌為六直葉圓盤渦輪攪拌器，具有很強的剪切分散能力，主要作用使催化劑的分散和混合更好，特別適用于互溶和不互溶液相催化劑以及氣體催化劑的分散和混合過程。因此這一組合攪拌器的結構形式，可以滿足多種催化劑的分散和混合要求，為在同一聚合釜中生產(chǎn)多品種聚異丁烯產(chǎn)品創(chuàng)造了有利條件。
(5)在釜外部設有外循環(huán)冷卻系統(tǒng)。外循環(huán)冷卻采用氨直冷的立式蒸發(fā)器，反應液自聚合釜底部導出，通過循環(huán)泵送入立式蒸發(fā)器，然后再返回到釜內(nèi)循環(huán)冷卻。采用這種循環(huán)形式，不僅可以進一步增加反應器的傳熱面積，提高撤熱能力，同時反應器內(nèi)物料的湍流程度也得到顯著增強，有利于催化劑的分散和混合過程。在聚合釜大型化設計過程中，通過外循環(huán)冷卻的方式，可以很好地解決傳熱面積不足的問題，同時由于循環(huán)湍流混合作用，也可以適當降低攪拌轉速。
(6)為了有效減小聚合釜反應液的停留時間分布，原料進口、反應液出口、氣相催化劑入口、內(nèi)置液氨入口以及循環(huán)液進口、循環(huán)液出口設在釜體(如圖1所示的位置)，從而保證最大限度減少反應液的短路現(xiàn)象，進一步改善產(chǎn)品的分子量分布。
綜合上述，本發(fā)明通過采用以上新型結構，可以有效提高聚合釜的單位體積傳熱面積和撤熱能力，冷卻系統(tǒng)的耐壓程度高，解決了聚合釜大型化時撤熱能力不足的問題。同時采用液氨直冷形式，冷量利用效率高，制冷能耗降低。采用的多功能三層組合攪拌器，可適用于各種催化劑的分散和混合要求，分子量分布得到改善，為生產(chǎn)多品種聚異丁烯產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。


圖1為本發(fā)明結構示意圖；圖2為本發(fā)明外置半圓夾套冷卻豎管氨蒸發(fā)器俯視結構示意圖；圖3為本發(fā)明內(nèi)置鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器結構示意圖；圖4為本發(fā)明內(nèi)置鼠籠式冷卻豎管的上部氣氨匯集環(huán)形總管側視結構示意圖；圖5為本發(fā)明內(nèi)置鼠籠式冷卻豎管的上部氣氨匯集環(huán)形總管俯視結構示意圖；圖6為本發(fā)明內(nèi)置鼠籠式冷卻豎管的底部供液氨環(huán)形管側視結構示意圖；圖7為本發(fā)明內(nèi)置鼠籠式冷卻豎管的上部氣氨匯集環(huán)形總管俯視結構示意圖；圖8為本發(fā)明填料靜密封裝置(13)結構示意圖；圖9為本發(fā)明多層組合攪拌器的第一層和第三層攪拌器俯視結構示意圖；圖10為本發(fā)明多層組合攪拌器的第一層和第三層攪拌器側視結構示意圖；
圖11為本發(fā)明多層組合攪拌器的第二層攪拌器俯視結構示意圖；圖12為本發(fā)明多層組合攪拌器的第二層攪拌器側視結構示意圖；圖中1—釜體，2—外置氣氨出口管口，3—內(nèi)置氣氨匯集環(huán)形總管，4—內(nèi)置氣氨出口管，5—循環(huán)液進口管，6—液相催化劑入口管，7—外循環(huán)氨蒸發(fā)器，8—反應液出口管口，9—外置氣氨匯集環(huán)形總管，10—氣相催化劑入口管口，11—外置液氨環(huán)形總管，12—外置平衡管口，13—填料靜密封裝置，14—內(nèi)置平衡管，15—循環(huán)液出口管，16—內(nèi)置液氨入口管，17—內(nèi)置液氨環(huán)形總管，18—外置液氨入口管口，19—物料進口管口，20—鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器，21—第三層攪拌器，22—第二層攪拌器，23—外置半圓形夾套冷卻豎管氨蒸發(fā)器，24—第一層攪拌器。
具體實施方案下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明如下實施例如圖1所示，本發(fā)明包括釜體1、在釜內(nèi)設有多層鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器20、釜外設置半圓形夾套冷卻豎管氨蒸發(fā)器23、填料靜密封裝置13，同軸多層組合式攪拌器21、22和24；在釜體1外部設有外循環(huán)冷卻的外循環(huán)氨蒸發(fā)器7。
如圖3，4，5，6，7所示，內(nèi)置多層鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器20，根據(jù)聚合釜規(guī)模，其層數(shù)可在1～5層范圍進行選擇。鼠籠式冷卻豎管底部設有內(nèi)置液氨環(huán)形總管17，上部設有內(nèi)置氣氨匯集環(huán)形總管3，鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器20的每個單元部分均與這兩個環(huán)行總管上下相連通。上部環(huán)形總管設有2～4個內(nèi)置氣氨出口管4，并與聚合釜的上封頭相連。底部環(huán)形總管上設有內(nèi)置液氨入口管16和內(nèi)置平衡管14，并分別與釜底封頭間通過填料靜密封裝置13實現(xiàn)靜密封(見圖8)。所述的多層鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器20，根據(jù)聚合釜的大小，通過合理選擇層數(shù)，可在很大范圍提供所需要的傳熱面積，因此在設計不同規(guī)模的聚合釜時，具有很強的適用性。內(nèi)置新型多層鼠籠式冷卻豎管蒸發(fā)器，不僅耐壓程度高，而且可起到全擋板作用，無需另設擋板，另外與蛇形冷卻管相比，釜內(nèi)物料的混合和分散更充分，流型更合理，可良好地滿足溫度梯度和產(chǎn)品質量的要求。
如圖1，2所示，外置半圓形冷卻豎管氨蒸發(fā)器23與釜體1外壁以焊接方式連接固定，所述的外置半圓形冷卻豎管氨蒸發(fā)器23底部設有外置液氨環(huán)形總管11及外置液氨入口管口18和外置平衡管口12；上部設有外置氣氨匯集環(huán)形總管9及2～4個外置氣氨出口管2。采取這一結構形式，使夾套的耐壓程度得到大幅提高，同時聚合釜的筒體壁厚相對減小，從而提高了反應器的傳熱效率。
如圖8所示，鼠籠式冷卻豎管底部的內(nèi)置液氨環(huán)形總管17上的內(nèi)置液氨入口管16和內(nèi)置平衡管14與聚合釜底封頭間設有填料靜密封裝置13，該填料靜密封裝置13與聚合釜底以焊接方式固定，密封填料采用雙頭螺栓緊固連接，內(nèi)置平衡管14與外管線法蘭采用螺紋連接。采用這一結構的優(yōu)點是，在需要檢修鼠籠構件時，可將聚合釜上封頭和與之相連的鼠籠冷卻豎管一同從上部抽出。這對于不便于在內(nèi)部安裝和檢修的中小型聚合釜尤為適用。
如圖1，9，10，11，12所示，攪拌器采用三層組合式攪拌器，第一層攪拌器24和第三層攪拌器21為六折葉開啟渦輪攪拌器(見圖9、10，葉輪成一定角度均勻分布在攪拌軸上)，具有較強的軸向循環(huán)能力和一定的剪切分散能力，可以保證反應器內(nèi)物料的均勻混合及形成較小的溫度梯度，改善產(chǎn)品的分子量分布；第二層攪拌器22為六直葉圓盤渦輪攪拌器(見圖11、12，圓盤固定在攪拌軸上，葉輪均勻分布在所述的圓盤上)，具有很強的剪切分散能力，主要作用是催化劑的分散和混合，特別適用于不互溶的液相催化劑以及氣體催化劑的分散和混合過程。因此這一組合攪拌器的結構形式，可以滿足多種催化劑的分散和混合要求，為在同一聚合釜中生產(chǎn)多品種聚異丁烯創(chuàng)造了條件。
如圖1所示，外循環(huán)冷卻系統(tǒng)采用外循環(huán)氨蒸發(fā)器7，反應液自聚合釜底部導出，通過循環(huán)泵經(jīng)管路送入氨直冷立式蒸發(fā)器，然后再通過管路返回釜內(nèi)的循環(huán)冷卻工藝。采用這種循環(huán)形式，不僅可以進一步增加反應器的傳熱面積，提高撤熱能力，同時反應器內(nèi)物料的湍流程度也得到顯著增強，有利于催化劑的分散和混合過程。在聚合釜大型化設計過程中，通過外循環(huán)冷卻的方式，可以很好地解決傳熱面積不足的問題，同時由于循環(huán)湍流混合作用，也可以適當降低攪拌轉速。
為有效減小聚合釜反應液的停留時間分布，物料進口管口19、反應液出口管口8、氣相催化劑入口管口10、液相催化劑入口管6以及循環(huán)液進口管5、循環(huán)液出口管15分別設在釜體1上(如圖1所示的位置)，從而保證最大限度減小反應液的短路現(xiàn)象，進一步改善產(chǎn)品的分子量分布。
通過采用以上新型結構和技術，可以有效提高聚合釜的單位體積傳熱面積和撤熱能力，冷卻系統(tǒng)的耐壓程度高，解決了聚合釜大型化時撤熱能力不足的問題。同時采用氨直冷形式，冷量利用效率高，制冷能耗降低。采用的多功能三層組合攪拌器，可適用于各種催化劑的分散和混合要求，分子量分布得到改善，為生產(chǎn)多品種聚異丁烯產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。
權利要求
1.一種連續(xù)法液相異丁烯聚合反應的氨直冷式聚合釜，主要有釜體(1)，其特征在于A)釜體(1)內(nèi)設有至少一層的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器(20)，所述的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器(20)底部設有內(nèi)置液氨環(huán)形總管(17)，并與內(nèi)置液氨入口管(16)和內(nèi)置平衡管(14)相連通；其上部設有內(nèi)置氣氨匯集環(huán)形總管(3)，該內(nèi)置氣氨匯集環(huán)形總管(3)設有2～4個內(nèi)置氣氨出口管(4)；所述的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器(20)的單元管均與上述兩個環(huán)形總管上下連通；B)在釜內(nèi)安裝有三層組合式攪拌器(21)、(22)、(24)；C)釜體(1)外側壁設有外置半圓形夾套式冷卻豎管氨蒸發(fā)器(23)；D)釜體(1)外部設有外循環(huán)氨冷卻系統(tǒng)；E)在釜頂封頭設有循環(huán)液進口管(5)，在釜體(1)的側上部設有反應液出口管口(8)；在聚合釜的一側下部第二層攪拌器(22)與第三層攪拌器(21)之間，且靠近第二層攪拌器處設有氣相催化劑入口管口(10)；在釜的另一側于第三層攪拌器(21)與第二攪層拌器(22)之間，并靠近第三層攪拌器(21)處設有物料進口管口(19)；在循環(huán)液進口管(5)和外循環(huán)氨蒸發(fā)器(7)之間，設有液相催化劑入口管(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚合釜，其特征在于所述的鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器(20)的層數(shù)為1～5層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的聚合釜，其特征在于所述的內(nèi)置液氨環(huán)形總管(17)上的內(nèi)置液氨入口管(16)和內(nèi)置平衡管(14)與聚合釜底封頭間均設有填料靜密封裝置(13)。
4.根據(jù)權利要求1所述的聚合釜，其特征在于所述的同軸三層組合式攪拌器，第一層攪拌器(24)和第三層攪拌器(21)為六折葉開啟渦輪攪拌器，第二層攪拌器(22)為直葉圓盤渦輪攪拌器。
5.根據(jù)權利要求1所述的聚合釜，其特征在于所述的外循環(huán)氨冷卻系統(tǒng)是指在循環(huán)液出口管(15)與釜頂?shù)难h(huán)液進口管(5)口之間，設有外循環(huán)氨蒸發(fā)器(7)，該外循環(huán)氨蒸發(fā)器(7)與所述的循環(huán)液出口管(15)和釜頂部循環(huán)液進口管(5)之間用管線連接，位于循環(huán)液出口管(15)與外循環(huán)液氨蒸發(fā)器(7)之間設有泵。
6.根據(jù)權利要求1、2、4或5所述的聚合釜，其特征在于所述的聚合釜的高徑比為1.5-3.0之間，其容積為2m2～30m2。
7.根據(jù)權利要求3所述的聚合釜，其特征在于所述的聚合釜的高徑比為1.5-3.0之間，其容積為2m2～30m2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合釜，特別涉及一種連續(xù)法液相聚異丁烯反應的液氨直冷式聚合釜。其特征是釜內(nèi)采用新型多層鼠籠式冷卻豎管氨蒸發(fā)器和在釜外設半圓管式夾套冷卻豎管氨蒸發(fā)器，用液氨直冷。采用多功能三層組合式攪拌器，可滿足各種催化劑的分散、混合的要求。釜的外部設有外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用釜內(nèi)反應液通過泵送進釜外立式氨蒸發(fā)器，然后再進入釜內(nèi)的循環(huán)冷卻系統(tǒng)。該聚合釜撤熱能力強，分散混合均勻，解決了聚合釜大型化時傳熱面積不足和冷卻系統(tǒng)耐高壓等問題，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量均得到有效提高。
文檔編號C08F2/01GK1861642SQ20061001693
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權日2006年6月13日
發(fā)明者李鶴春, 南春模, 王桂英, 史春巖, 李坤, 楊艷文 申請人:吉化集團公司