專利名稱：預縮聚反應器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工反應裝置，尤其涉及一種生產(chǎn)聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)預聚物熔體的預縮聚反應器。
背景技術(shù)：
聚酯生產(chǎn)的四釜流程，包括第一酯化反應器、第二酯化反應器、預縮聚反應器和終縮聚反應器，其中預縮聚反應器通常作為酯化反應向縮聚反應的過渡設備，不僅要保證物料的酯化反應率，更需要達到一定的聚合率要求，因此，物料在預縮聚反應器中的反應時間和反應效率顯得尤為重要。通常的預縮聚反應器包括上腔室和下腔室，對應于聚酯反應區(qū)和聚合反應區(qū)，分別用于酯化反應和預縮聚反應的進行，該種結(jié)構(gòu)的設置的不足之處在于物料在聚合反應區(qū) 的流道過短，物料在聚合反應區(qū)的穿流時間較短，且存在較嚴重的物料返混問題，往往不能滿足聚合反應的要求，尤其是對于大型化設備而言更是如此，為了保證需要的聚合率，通常需要延長總反應時間或者增大聚合反應區(qū)的面積，即使如此也往往無法滿足要求，還容易因面積過大導致加熱困難，且不利于物料的均勻，攪拌難度較大，不利于進一步擴大預縮聚反應器的規(guī)模。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種預縮聚反應器，通過結(jié)構(gòu)的改進，將聚合空間分成不同的區(qū)域，并在不同的區(qū)域內(nèi)采用不同的加熱和新型攪拌，達到最佳的反應效果。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種預縮聚反應器，包括殼體，所述殼體內(nèi)設有上下兩層隔板，所述上下兩層隔板將所述殼體分隔為上腔室、中腔室和下腔室，所述下腔室通過同心設置的若干個環(huán)形隔板分隔成多個環(huán)形分區(qū)，同心設置的若干個所述環(huán)形隔板的中心線與所述殼體的中心線重合，所述環(huán)形隔板上設有連通其兩側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的通道孔，每個環(huán)形分區(qū)內(nèi)均設有加熱盤管。所述上層隔板的中部可以為向上延伸的隔離筒體，所述隔離筒體的上部優(yōu)選設有連通所述上腔室和中腔室的引導閥門，所述上腔室上部的氣體通過所述引導閥門進入所述中腔室，所述隔離筒體的下部或所述上層隔板的主體上優(yōu)選設有連通所述上腔室和中腔室的管道，所述管道上可以設有節(jié)流閥，所述上腔室下部的液體通過所述管道進入所述中腔室。所述下層隔板上優(yōu)選設有連通所述中腔室和下腔室的溢流孔，軸向位置可以位于所述下腔室的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的上方，徑向位置可以位于所述管道與所述中腔室連通的進料口的對面。所述下腔室內(nèi)的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板的通道孔的徑向位置優(yōu)選位于所述溢流孔的對面，其余的所述環(huán)形隔板的通道孔的徑向位置優(yōu)選均位于其內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板的通道孔的對面。所述引導閥門可以包括設置在所述隔離筒體側(cè)壁上的豎向狹縫和可用于調(diào)節(jié)所述狹縫大小的調(diào)節(jié)閥，所述狹縫處可以設有向所述中腔室內(nèi)部延伸的導流板，所述導流板優(yōu)選呈彎弧形，所述彎弧形導流板與所述隔離筒體使連通所述上腔室與中腔室的通道呈彎曲旋流通道。所述下腔室內(nèi)可以設有由外力驅(qū)動的攪拌裝置，所述攪拌裝置優(yōu)選為耙式攪拌器，可以通過驅(qū)動軸和設置在所述殼體頂部的驅(qū)動裝置驅(qū)動，優(yōu)選地，所述驅(qū)動軸與所述殼體的中心線重合，所述耙式攪拌器的耙齒插入所述環(huán)形分區(qū)，每個所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)至少包括一個所述耙齒。所述上腔室的側(cè)壁上可以設有物料進口，所述中腔室的上部可以設有延伸出所述殼體外的排氣通道，所述下腔室的最外側(cè)環(huán)形分區(qū)的底部可以設有物料出口。優(yōu)選地，所述上腔室和中腔室內(nèi)均設有加熱盤管。 所述殼體的側(cè)壁上可以開設有若干熱媒介質(zhì)輸入管道的進口和熱媒介質(zhì)輸出管道的出口，若干所述熱媒介質(zhì)輸入管道與熱媒介質(zhì)輸出管道分別連接所述上腔室、中腔室和下腔室內(nèi)的加熱盤管，所有所述熱媒介質(zhì)輸入管道可以在所述殼體外通過組件相連匯成一條管道后或各自與熱媒源相連，所有所述熱媒介質(zhì)輸出管道可以在所述殼體外通過組件相連匯成一條管道后或各自與熱媒源相連。所述殼體的外側(cè)可以包覆有具有保溫功能的夾套。本發(fā)明的有益效果為由于本發(fā)明的預縮聚反應器的聚合反應區(qū)采用了多分區(qū)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使得聚合反應區(qū)被狹長化，有效延長了聚合反應區(qū)的流道長度，尤其是狹長的反應槽的設置更有助于流道長度的延長，在同等流速條件下，物料在聚合反應區(qū)的流動時間延長，在不增加生產(chǎn)的時間成本和預縮聚反應器直徑的情況下，有效延長了聚合反應的總反應時間，顯著提高了最終產(chǎn)物的聚合度；
同時，由于各區(qū)的流道變得狹長，使得對介質(zhì)的加熱和攪拌變得容易，有效降低了能耗，另外，各分區(qū)之間的物料幾乎無返混，相對于各處物料特性一致的單一反應區(qū)域而言，聚合反應的進行使得各分區(qū)內(nèi)的物料的聚合度逐漸提高，并且，隨著聚合度的提高，各分區(qū)內(nèi)的物料的粘度逐漸提高，可以根據(jù)反應的需要設置相應的加熱裝置和攪拌裝置，以提供最佳的反應條件，提高了最終產(chǎn)物的聚合度，同時也在一定程度上降低了能耗，并且，物料流動時間的延長和攪拌效果的優(yōu)化，不僅有利于聚合反應的進行，還有利于物料中雜質(zhì)的脫除，即使物料的有效液位較高時，其中的反應副產(chǎn)物也有較高的脫除效率；
另外，將整個聚合反應區(qū)劃分為多個分區(qū)使得預縮聚反應器的內(nèi)部空間得到了更充分的利用，在不增大預縮聚反應器直徑的情況下，提高了反應效率和產(chǎn)品質(zhì)量，即相當于減小了預縮聚反應器的體積，同時，上、中、下三個腔室的設計還有利于反應器規(guī)模的擴大。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的上腔室的剖面 圖3為本發(fā)明的中腔室的剖面 圖4為本發(fā)明的下腔室的剖面圖。
具體實施例方式參見圖I、圖2、圖3和圖4,本發(fā)明提供了一種預縮聚反應器,包括殼體I,所述殼體內(nèi)設有上下兩層隔板，所述上下兩層隔板將所述殼體分隔為上腔室2、中腔室3和下腔室4，所述下腔室通過同心設置的若干個環(huán)形隔板5分隔成多個環(huán)形分區(qū)，同心設置的若干個所述環(huán)形隔板的中心線與所述殼體的中心線重合，所述環(huán)形隔板上設有連通其兩側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的通道孔6，每個環(huán)形分區(qū)內(nèi)均設有加熱盤管7。所述上腔室的側(cè)壁上可以設 有物料進口 8，通過管道與聚酯酯化反應器連通，所述中腔室的上部可以設有延伸出所述殼體外的排氣通道9，所述上腔室、中腔室和下腔室中反應產(chǎn)生的氣體通過所述排氣通道輸入到尾氣處理裝置中，所述下腔室的最外側(cè)環(huán)形分區(qū)的底部可以設有物料出口 10，通過管道與終縮聚反應器相連通。優(yōu)選所述環(huán)形隔板的數(shù)量為2個，將所述下腔室分隔為3個所述環(huán)形分區(qū)。所述下腔室采用此結(jié)構(gòu)設計，相當于將物料聚合空間進行了分區(qū)劃分處理，物料在多個串聯(lián)的狹長流道內(nèi)流動的過程中完成聚合反應，物料的粘度逐漸增加，利用此多分區(qū)串聯(lián)的反應空間可以使物料在分區(qū)間產(chǎn)生粘度梯度。所述上層隔板11的中部可以為向上延伸的隔離筒體12，所述隔離筒體的上部優(yōu)選設有連通所述上腔室和中腔室的引導閥門，所述上腔室上部的氣體通過所述引導閥門進入所述中腔室，所述引導閥門可以包括設置在所述隔離筒體側(cè)壁上的豎向狹縫13和可用于調(diào)節(jié)所述狹縫大小的調(diào)節(jié)閥14，所述狹縫處可以設有向所述中腔室內(nèi)部延伸的導流板15，所述導流板優(yōu)選呈彎弧形，所述彎弧形導流板與所述隔離筒體使連通所述上腔室與中腔室的通道呈彎曲旋流通道，利用所述導流板可以使上腔室內(nèi)部的氣體沿給定方向流動，并進入彎曲旋流通道內(nèi)逐步進入中腔室，氣相物料在空間突然擴大、流速減小的情況下進行氣液分離，利用該導流板與彎曲旋流通道的設置，可以有效增強氣相與液相的分離，使氣相通過排氣通道排入尾氣處理裝置，而液相則落入中腔室中進行縮聚反應。所述隔離筒體的下部或所述上層隔板的主體上優(yōu)選設有連通所述上腔室和中腔室的管道16，所述上腔室連接所述管道的出口的徑向位置優(yōu)選設置在所述物料進口的對面，所述上腔室下部的液體通過所述管道進入所述中腔室，所述管道上可以設有節(jié)流閥17，用于控制從所述上腔室流入所述中腔室的物料的流量，從而控制所述上腔室和中腔室中的液位差，使反應器生產(chǎn)平穩(wěn)。所述下層隔板18上優(yōu)選設有連通所述中腔室和下腔室的溢流孔19，所述溢流孔的軸向位置可以位于所述下腔室的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的上方，徑向位置可以位于所述管道與所述中腔室連通的進料口的對面，所述軸向位置和徑向位置是指在所述殼體的軸向方向上的位置和所述殼體的徑向方向上的位置。所述溢流孔的具體位置的設計，使從所述中腔室流入所述下腔室的物料均能首先進入所述下腔室的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)，且物料在進入所述下腔室前在所述中腔室內(nèi)可以流動形成對稱環(huán)流。所述下腔室內(nèi)的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板的通道孔的徑向位置優(yōu)選位于所述溢流孔的對面，其余的所述環(huán)形隔板的通道孔的徑向位置優(yōu)選均位于其內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板的通道孔的對面，優(yōu)選地，所述下腔室的物料出口設置在其內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板上的通道孔的對面。所述通道孔的位置的設計，使得物料從最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)向外側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)流動時，在各環(huán)形分區(qū)內(nèi)均可以流動形成對稱環(huán)流，由此可以增加物料在所述下腔室內(nèi)的流動長度，有利于聚合反應的完成。所述下腔室內(nèi)可以設有由外力驅(qū)動的攪拌裝置，所述攪拌裝置的設置可以增加反應速度、提高聚合度，所述攪拌裝置優(yōu)選為耙式攪拌器，可以通過驅(qū)動軸20和設置在所述殼體頂部的驅(qū)動裝置21驅(qū)動，所述驅(qū)動軸與所述殼體的連接處為密封連接，優(yōu)選地，所述驅(qū)動軸與所述殼體的中心線重合，所述耙式攪拌器的耙齒22插入所述環(huán)形分區(qū)，每個所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)至少包括一個所述耙齒，優(yōu)選地，所述耙齒的數(shù)量為所述環(huán)形分區(qū)的倍數(shù)，每個所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)對稱插入四個所述耙齒。由于所述耙式攪拌器的各耙齒距離驅(qū)動軸的距離不一樣，因此各耙齒在攪拌時的線速度也不同，距離所述驅(qū)動軸較遠的耙齒的線速度相對于距離所述驅(qū)動軸較近的耙齒的線速度要大，恰好符合物料由所述下腔室最內(nèi)側(cè)的環(huán)形分區(qū)向外側(cè)的環(huán)形分區(qū)流動時粘度越來越大的特性，實現(xiàn)隨著聚合反應的進行，物料粘度不斷增大，攪拌速度不斷增加的目的。優(yōu)選地，所述上腔室和中腔室內(nèi)均設有加熱盤管，由于物料在所述中腔室內(nèi)是聚 合反應的開始，粘度不大，有很好的流動性，有利于熱傳導和反應的進行，因此，優(yōu)選所述中腔室的加熱盤管的數(shù)量少于所述下腔室內(nèi)的加熱盤管的數(shù)量，由于物料在所述下腔室內(nèi)的各環(huán)形分區(qū)中的狀態(tài)是位于外側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)的物料的粘度大于位于內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)的物料的粘度，因此，優(yōu)選所述下腔室內(nèi)的位于外側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的加熱盤管的數(shù)量多于位于內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的加熱盤管的數(shù)量，以此來實現(xiàn)隨著聚合反應的進行，物料粘度不斷增大，加熱面積逐漸增加的目的。所述殼體的側(cè)壁上可以開設有若干熱媒介質(zhì)輸入管道23的進口和熱媒介質(zhì)輸出管道24的出口，若干所述熱媒介質(zhì)輸入管道與熱媒介質(zhì)輸出管道分別連接所述上腔室、中腔室和下腔室內(nèi)的加熱盤管，所有所述熱媒介質(zhì)輸入管道可以在所述殼體外通過組件相連匯成一條管道后或各自與熱媒源相連，所有所述熱媒介質(zhì)輸出管道可以在所述殼體外通過組件相連匯成一條管道后或各自與熱媒源相連。所述殼體的外側(cè)可以包覆有具有保溫功能的夾套。本發(fā)明中所述預縮聚反應器的具體工作流程如下
首先將來自酯化反應器的酯化產(chǎn)物憑借壓力差通過所述物料進口送入所述上腔室，物料在所述上腔室內(nèi)由所述上腔室內(nèi)的加熱盤管加熱，并且由于反應器逐漸減壓的條件下設計，使物料進入所述上腔室內(nèi)后呈沸騰狀態(tài)，靠物料自身沸騰進行混合，此時酯化產(chǎn)物中的乙二醇被氣化，產(chǎn)生液相物料與氣相物料，其中液相物料通過所述管道流入所述中腔室，而氣化后的氣相物料借助于所述上腔室與中腔室之間的壓力差的作用以極高的速度經(jīng)所述引導閥門的狹縫進入所述中腔室，所述狹縫的大小可以根據(jù)實際生產(chǎn)的需要進行調(diào)節(jié)，氣相物料部分變?yōu)橐后w滴入所述中腔室內(nèi)的液相物料中，一起經(jīng)所述中腔室內(nèi)的加熱盤管加熱并在所述中腔室內(nèi)流動形成對稱環(huán)流后，通過所述溢流孔流入所述下腔室的最內(nèi)側(cè)的環(huán)形分區(qū)內(nèi)，物料在所述下腔室的最內(nèi)側(cè)的環(huán)形分區(qū)內(nèi)流動形成對稱環(huán)流后通過環(huán)形隔板上的通道孔流入外側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)，并在該環(huán)形分區(qū)內(nèi)流動形成對稱環(huán)流后流入該環(huán)形分區(qū)外側(cè)的環(huán)形分區(qū)內(nèi)，直至在最外側(cè)的環(huán)形分區(qū)內(nèi)流動形成對稱環(huán)流后通過所述物料出口排出所述反應器，反應中，所述上腔室、中腔室和下腔室內(nèi)縮聚反應產(chǎn)生的乙二醇蒸汽和水蒸氣及其他氣體從所述中腔室的排氣通道一同排入尾氣處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種預縮聚反應器，包括殼體，其特征在于所述殼體內(nèi)設有上下兩層隔板，所述上下兩層隔板將所述殼體分隔為上腔室、中腔室和下腔室，所述下腔室通過同心設置的若干個環(huán)形隔板分隔成多個環(huán)形分區(qū)，同心設置的若干個所述環(huán)形隔板的中心線與所述殼體的中心線重合，所述環(huán)形隔板上設有連通其兩側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的通道孔，每個環(huán)形分區(qū)內(nèi)均設有加熱盤管。
2.如權(quán)利要求I所述的預縮聚反應器，其特征在于所述上層隔板的中部為向上延伸的隔離筒體，所述隔離筒體的上部設有連通所述上腔室和中腔室的引導閥門，所述上腔室上部的氣體通過所述引導閥門進入所述中腔室，所述隔離筒體的下部或所述上層隔板的主體上設有連通所述上腔室和中腔室的管道，所述管道上設有節(jié)流閥，所述上腔室下部的液體通過所述管道進入所述中腔室。
3.如權(quán)利要求2所述的預縮聚反應器，其特征在于所述下層隔板上設有連通所述中腔室和下腔室的溢流孔，軸向位置位于所述下腔室的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的上方，徑向位置位于所述管道與所述中腔室連通的進料ロ的對面。
4.如權(quán)利要求3所述的預縮聚反應器，其特征在于所述下腔室內(nèi)的最內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板的通道孔的徑向位置位于所述溢流孔的對面，其余的所述環(huán)形隔板的通道孔的徑向位置均位于其內(nèi)側(cè)的所述環(huán)形隔板的通道孔的對面。
5.如權(quán)利要求4所述的預縮聚反應器，其特征在于所述引導閥門包括設置在所述隔離筒體側(cè)壁上的豎向狹縫和可用于調(diào)節(jié)所述狹縫大小的調(diào)節(jié)閥，所述狹縫處設有向所述中腔室內(nèi)部延伸的導流板，所述導流板呈彎弧形，所述彎弧形導流板與所述隔離筒體使連通所述上腔室與中腔室的通道呈彎曲旋流通道。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的預縮聚反應器，其特征在于所述下腔室內(nèi)設有由外カ驅(qū)動的攪拌裝置，所述攪拌裝置為耙式攪拌器，通過驅(qū)動軸和設置在所述殼體頂部的驅(qū)動裝置驅(qū)動，所述驅(qū)動軸與所述殼體的中心線重合，所述耙式攪拌器的耙齒插入所述環(huán)形分區(qū)，每個所述環(huán)形分區(qū)內(nèi)至少包括ー個所述耙齒。
7.如權(quán)利要求6所述的預縮聚反應器，其特征在于所述上腔室的側(cè)壁上設有物料進ロ，所述中腔室的上部設有延伸出所述殼體外的排氣通道，所述下腔室的最外側(cè)環(huán)形分區(qū)的底部設有物料出ロ。
8.如權(quán)利要求7所述的預縮聚反應器，其特征在于所述上腔室和中腔室內(nèi)均設有加熱盤管。
9.如權(quán)利要求8所述的預縮聚反應器，其特征在于所述殼體的側(cè)壁上開設有若干熱媒介質(zhì)輸入管道的進口和熱媒介質(zhì)輸出管道的出口，若干所述熱媒介質(zhì)輸入管道與熱媒介質(zhì)輸出管道分別連接所述上腔室、中腔室和下腔室內(nèi)的加熱盤管，所有所述熱媒介質(zhì)輸入管道在所述殼體外通過組件相連匯成一條管道后或各自與熱媒源相連，所有所述熱媒介質(zhì)輸出管道在所述殼體外通過組件相連匯成一條管道后或各自與熱媒源相連。
10.如權(quán)利要求9所述的預縮聚反應器，其特征在于所述殼體的外側(cè)包覆有具有保溫功能的夾套。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預縮聚反應器，包括殼體，所述殼體內(nèi)設有上下兩層隔板，所述上下兩層隔板將所述殼體分隔為上腔室、中腔室和下腔室，所述下腔室通過同心設置的若干個環(huán)形隔板分隔成多個環(huán)形分區(qū)，同心設置的若干個所述環(huán)形隔板的中心線與所述殼體的中心線重合，所述環(huán)形隔板上設有連通其兩側(cè)的所述環(huán)形分區(qū)的通道孔，每個環(huán)形分區(qū)內(nèi)均設有加熱盤管。由于本發(fā)明的聚合反應區(qū)采用了多分區(qū)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使得聚合反應區(qū)被狹長化，有效延長了聚合反應區(qū)的流道長度，在同等流速條件下，物料在聚合反應區(qū)的流動時間延長，在不增加生產(chǎn)的時間成本和預縮聚反應器直徑的情況下，有效延長了聚合反應的總反應時間，顯著提高了最終產(chǎn)物的聚合度。
文檔編號B01J19/18GK102775584SQ201210314489
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者劉哲, 史艷華, 周華堂, 張慧書, 李夢強, 王延軍, 許賢文, 鄭寶山 申請人:中國昆侖工程公司, 中國紡織工業(yè)設計院