專利名稱:一種多層環(huán)管反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種多層環(huán)管反應(yīng)器。
本發(fā)明提供的多層環(huán)管反應(yīng)器包括反應(yīng)環(huán)管1及換熱室2;所述反應(yīng)環(huán)管有m層,m為二至數(shù)百,諸環(huán)管在軸線方向同心疊排,反應(yīng)環(huán)管的環(huán)徑和管徑可相同或不同;每層反應(yīng)環(huán)管的頂部和底部都均勻開設(shè)n個孔,n為一至數(shù)十,頂部孔和底部孔錯開180°/n;上層環(huán)管底部孔和下層環(huán)管頂部孔角坐標(biāo)相同,并用n根和環(huán)管同徑的短管7連接上層環(huán)管底部孔和對應(yīng)的下層環(huán)管頂部孔;首層環(huán)管頂部諸短管合并成一總管,最下層環(huán)管底部諸短管合并成一總管,分別與進(jìn)、出口3、4相連;多層反應(yīng)環(huán)管1整體置于換熱室2中,所述換熱室為圓筒或雙圓筒結(jié)構(gòu),設(shè)上下封頭,頂部及底部設(shè)熱或冷媒進(jìn)、出口5、6。
在本發(fā)明的多層環(huán)管反應(yīng)器中,為降低反應(yīng)器高度并提高反應(yīng)環(huán)管外表面的給熱系數(shù),可將反應(yīng)環(huán)做成雙圈結(jié)構(gòu),即單層環(huán)和雙層環(huán)的環(huán)徑不同,諸單層環(huán)和諸雙層環(huán)各自按其環(huán)徑在軸線方向同心重疊排列,諸短管傾斜位,外圈在上內(nèi)圈在下時,短管自上往下向環(huán)心傾斜,內(nèi)圈在上外圈在下時,短管自上往下向外側(cè)傾斜。相鄰兩層內(nèi)外圈管環(huán)中心線距離為環(huán)管直徑的1.2—4倍,優(yōu)選1.4-2倍。
新型多層環(huán)管反應(yīng)器用作聚合反應(yīng)器時,因聚合前期單體濃度高,反應(yīng)速率快,傳熱負(fù)擔(dān)重,但體系粘度低,流動阻力小;聚合后期單體濃度低,反應(yīng)速率慢,傳熱負(fù)擔(dān)輕,但體系粘度高,流動阻力大。為此,可從上至下階梯式放大環(huán)管管徑,既滿足傳熱要求,亦降低壓力損失。某些粘度變化特別大的場合,可將某層環(huán)管底部短管接三通使流道一分為二,將其下層環(huán)管短管數(shù)增加一倍。
在本發(fā)明的多層環(huán)管反應(yīng)器中,反應(yīng)物由上總管或下總管分送至頂層或底層環(huán)管的諸短管,進(jìn)入環(huán)管后分為順時針和逆時針兩股物流,相鄰兩短管分得的順時針和逆時針流動的兩股物料在環(huán)管底部孔匯合后,經(jīng)短管流進(jìn)第二層環(huán)管,再分成順時針和逆時針兩股物流,相鄰兩短管的順時針和逆時針流動的兩股物料在該層環(huán)管底部孔匯合后,經(jīng)短管流進(jìn)第三層環(huán)管,……。最后物料從最下層環(huán)管底部或最上層環(huán)管頂部諸短管流出,匯合于下總管或上總管,流出反應(yīng)器。通常,上總管為進(jìn)料管,下總管為出料管。根據(jù)工藝要求,亦可將下總管為進(jìn)料管,上總管為出料管。
根據(jù)工藝對物料混合的要求,諸短管內(nèi)還可以設(shè)置靜態(tài)混合元件,以進(jìn)一步提高混合效率。
在本發(fā)明的多層環(huán)管反應(yīng)器中,如采用液相熱(冷)媒時,熱(冷)媒進(jìn)口在下出口在上,如采用汽相熱(冷)媒則熱(冷)媒進(jìn)口在上出口在下。為提高熱(冷)媒流速從而增大環(huán)管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),換熱室可取雙圓筒結(jié)構(gòu),反應(yīng)環(huán)管整體置于換熱室雙圓筒體內(nèi)。
本發(fā)明提供的多層環(huán)管反應(yīng)器的另一個方案,對于某些放熱量大的化學(xué)反應(yīng),可將雙圓筒換熱室設(shè)置為蒸發(fā)器,憑借冷媒蒸發(fā)帶走反應(yīng)放出的熱量,控制傳熱環(huán)內(nèi)壓力,保證穩(wěn)定的反應(yīng)溫度。
本發(fā)明的新型多層環(huán)管反應(yīng)器可廣泛用作聚合反應(yīng)器及熱交換器。
本發(fā)明的新型多層環(huán)管反應(yīng)器具有以下優(yōu)點1、物料順次流經(jīng)各層環(huán)管和短管,及時破壞界膜層,提高傳熱系數(shù)k。n根短管將環(huán)管分成了2n個并聯(lián)通道,在滿足設(shè)定的體積流量及管內(nèi)流速的要求下可選用較小管徑來提高單位容積的傳熱面積系數(shù)R,滿足傳熱要求。
2、物料在各層環(huán)管內(nèi)流動時不斷分割、匯合,混合充分。m層環(huán)管相當(dāng)m個反應(yīng)器串聯(lián),物料平推流程度高,停留時間分布均勻。
3、從上至下環(huán)管管徑階梯式放大或?qū)⒛硨迎h(huán)管下部短管連接三通使流道一分為二,即下層環(huán)管的并聯(lián)通道數(shù)增加一倍,則既能滿足前期傳熱要求,又能適應(yīng)后期粘度增大的變化。
4、反應(yīng)環(huán)管整體置于換熱室中,無需制作套管,結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,易于大型化。
5、采用直徑較小的環(huán)管,承壓能力強(qiáng),適應(yīng)范圍寬。
6、物料既可充分混合,也能將壓力損失控制在適當(dāng)范圍。
7、高效、節(jié)能。
圖2為多層環(huán)管反應(yīng)器物料進(jìn)口至環(huán)管的分配管示意圖。
圖3為多層環(huán)管反應(yīng)器反應(yīng)環(huán)管周向展開示意圖。1-1至1-m為各層環(huán)管,7為短管(或設(shè)有靜態(tài)混合元件)。
圖4為同徑反應(yīng)環(huán)管局部立體示意圖。
圖5為雙圈結(jié)構(gòu)反應(yīng)環(huán)管局部立體示意圖。
實施例1本發(fā)明的多層環(huán)管反應(yīng)器用作尼龍6陰離子聚合反應(yīng)器該反應(yīng)器為雙圈結(jié)構(gòu),外圈環(huán)徑2m,內(nèi)圈環(huán)徑1.9m,共80層,每層20孔,第1~20層環(huán)管內(nèi)徑25mm;第21~40層環(huán)管內(nèi)徑30mm,層高50mm;第41~60層環(huán)管內(nèi)徑35mm;第61~80層環(huán)管內(nèi)徑40mm;上總管內(nèi)徑70mm,下總管內(nèi)徑125mm。換熱室外筒直徑2.15m,換熱室內(nèi)筒直徑1.75m。
含0.1%(重量)NaOH和0.1%(重量)甲苯二異氰酸酯己內(nèi)酰胺從上總管進(jìn)入反應(yīng)器,溫度200℃,流量4500Kg/小時。導(dǎo)熱油從下部進(jìn)入換熱室,溫度238~242℃,流量6000 Kg/小時,從上部離開換熱室。尼龍6熔體從下總管離開反應(yīng)器,相對粘度可達(dá)3.4~4.1。
實施例2本發(fā)明的多層環(huán)管反應(yīng)器用作聚對苯二甲酸乙二酯(PET)冷卻器該反應(yīng)器為雙圈結(jié)構(gòu),外圈環(huán)徑808mm,內(nèi)圈環(huán)徑700mm,共40層;各層環(huán)管內(nèi)徑均為40mm,短管數(shù)16,上、下總管內(nèi)徑150mm。換熱室外筒直徑950mm,內(nèi)筒直徑550mm。
待冷卻的PET熔體溫度為293℃從上總管進(jìn)入冷卻器,流量6000Kg/小時。導(dǎo)熱油從底部進(jìn)入換熱室,流量30000~45000Kg/小時,溫度263~268℃,從上部離開冷卻器,溫度265~270℃,PET熔體從下總管離開冷卻器,溫度降至282℃。
與傳統(tǒng)的設(shè)有靜態(tài)混合元件的列管式換熱器比較,本發(fā)明的多層環(huán)管反應(yīng)器用作PET冷卻器避免了列管式換熱器管板承受高壓的難題,徹底消除了流動死角,可顯著提高熔體質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于包括反應(yīng)環(huán)管(1)及換熱室(2);所述反應(yīng)環(huán)管有m層,m為二至數(shù)百,諸環(huán)管在軸線方向同心疊排,反應(yīng)環(huán)管的環(huán)徑和管徑可相同或不同;每層反應(yīng)環(huán)管的頂部和底部都均勻開設(shè)n個孔,n為一至數(shù)十,頂部孔和底部孔錯開180°/n;上層環(huán)管底部孔和下層環(huán)管頂部孔角坐標(biāo)相同,并用n根和環(huán)管同徑的短管(7)連接上層環(huán)管底部孔和對應(yīng)的下層環(huán)管頂部孔;首層環(huán)管頂部諸短管合并成一總管,最下層環(huán)管底部諸短管合并成一總管,分別與進(jìn)、出口(3)、(4)相連;多層反應(yīng)環(huán)管(1)整體置于換熱室(2)中,所述換熱室為圓筒或雙圓筒結(jié)構(gòu),設(shè)上下封頭,頂部及底部設(shè)熱或冷媒進(jìn)、出口(5)、(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于所述反應(yīng)環(huán)管為雙圈結(jié)構(gòu),單層環(huán)和雙層環(huán)的環(huán)徑不同,諸單層環(huán)和諸雙層環(huán)各自按其環(huán)徑在軸線方向同心重疊排列,諸短管呈傾斜位,外圈在上內(nèi)圈在下時,短管自上往下向環(huán)心傾斜,內(nèi)圈在上外圈在下時,短管自上往下向外側(cè)傾斜,相鄰兩層內(nèi)外圈環(huán)管中心線距離為環(huán)管直徑的1.2—4倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于所述反應(yīng)環(huán)管的相鄰兩層內(nèi)外圈環(huán)管中心線距離為環(huán)管直徑的1.4-2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于所述環(huán)管管徑從上至下階梯式放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于所述短管內(nèi)設(shè)靜態(tài)混合元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于所述底部短管連接三通,使流道一分為二,將其下層環(huán)管短管數(shù)量增加一倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征在于所述換熱室設(shè)置為蒸發(fā)室。
全文摘要
一種多層環(huán)管反應(yīng)器,其特征包括反應(yīng)環(huán)管1及換熱室2;所述反應(yīng)環(huán)管有m層,m為二至數(shù)百,諸環(huán)管在軸線方向同心疊排,每層反應(yīng)環(huán)管的頂部和底部都均勻開設(shè)n個孔,n為一至數(shù)十,頂部孔和底部孔錯開180°/n;上層環(huán)管底部孔和下層環(huán)管頂部孔角坐標(biāo)相同,并用n根和環(huán)管同徑的短管7連接上層環(huán)管底部孔和對應(yīng)的下層環(huán)管頂部孔;首層環(huán)管頂部諸短管合并成一總管,最下層環(huán)管底部諸短管合并成一總管,分別與進(jìn)、出口3、4相連;多層反應(yīng)環(huán)管1整體置于換熱室2中,所述換熱室為圓筒或雙圓筒結(jié)構(gòu),設(shè)上下封頭,頂部及底部設(shè)熱或冷媒進(jìn)、出口5、6。該多層環(huán)管反應(yīng)器兼?zhèn)涔苁椒磻?yīng)器和雙螺桿反應(yīng)器的特點,結(jié)構(gòu)簡單獨特,成本低的高效新型多層環(huán)管反應(yīng)器,被廣泛用作于化學(xué)反應(yīng)工程設(shè)備,特別是聚合反應(yīng)器領(lǐng)域中,以及用作熱交換器。
文檔編號B01J19/00GK1445018SQ0312305
公開日2003年10月1日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者劉兆彥, 施景云 申請人:劉兆彥