反應裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種反應裝置，包括用于物料反應的至少一個子反應器、與至少一個子反應器連接的用于產(chǎn)物混合的主反應器、以及用于產(chǎn)物和物料在主反應器和子反應器之間循環(huán)的第一強制循環(huán)裝置，其中，子反應器的體積小于主反應器的體積。本實用新型的反應裝置是通過多個小型的反應器與一個主反應器相結合而有效的加快質(zhì)量和熱量的傳導，提高了反應效率。
【專利說明】反應裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及化工行業(yè)中使用的反應裝置。
【背景技術】
[0002]化工行業(yè)的規(guī)模效益導致化工企業(yè)規(guī)模日愈龐大，單機產(chǎn)量日愈增加。以化工企業(yè)中最常用的反應釜為例，從過去的Im3?5m3發(fā)展到IOm3?100m3，反應器的不斷增大，出現(xiàn)了一個必須解決的問題，那就是反應器內(nèi)的質(zhì)量和熱量傳遞不均衡所引起的反應質(zhì)量下降。例如對于大容量反應器而言，尤其需要對粘稠物料加溫，傳統(tǒng)的反應器壁外加溫方式，例如電加溫或蒸汽加溫，很容易造成大型反應器內(nèi)形成溫度分布不均勻，從而造成反應效率下降。即便在大型反應釜中加裝攪拌，仍然難以達到溫度和質(zhì)量的均勻分布，容易出現(xiàn)死角。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型目的在于提供一種反應裝置，以滿足大型反應器內(nèi)質(zhì)量和溫度均勻分布的要求。
[0004]為此，本實用新型提供了一種反應裝置，包括用于物料反應的至少一個子反應器、與至少一個子反應器連接的用于產(chǎn)物混合的主反應器、以及用于產(chǎn)物和物料在主反應器和子反應器之間循環(huán)的第一強制循環(huán)裝置，其中，子反應器的體積小于主反應器的體積。
[0005]進一步地，上述至少一個子反應器的數(shù)量為兩個或兩個以上，并且環(huán)繞主反應器呈衛(wèi)星式排列。
[0006]進一步地，上述在主反應器和至少一個子反應器中，至少一個子反應器設有對物料進行選擇性加熱、散熱和/或攪拌的裝置，主反應器為裝有保溫材料的反應器或者具有散熱功能的反應器。
[0007]進一步地，上述反應裝置還包括與主反應器頂部連接的氣相產(chǎn)物處理裝置。氣相產(chǎn)物可按沸點的不同而得到分離。
[0008]進一步地，上述第一強制循環(huán)裝置為物料泵和/或在子反應器中設置的攪拌槳。
[0009]進一步地，上述主反應器包括容器本體、位于容器本體下部的出料管、以及位于容器本體上部的進料管，其中，子反應器的物料進口與出料管連接，子反應器的物料出口與進料管連接。
[0010]進一步地，上述主反應器的上部和/或子反應器的底部具有供原料加入的原料入口，主反應器的底部具有最終產(chǎn)物出口。
[0011]進一步地，上述子反應器和主反應器二者的主軸線平行布置或者二者的主軸線具有一個小于或等于45°的夾角。
[0012]進一步地，上述至少一個子反應器為一級子反應器，一級子反應器還包括至少一個二級子反應器和用于物料在一級子反應器和二級子反應器之間循環(huán)的第二強制循環(huán)裝置。[0013]進一步地，上述子反應器的物料進口位于主反應器的中心部分并且子反應器的物料出口以切線方式與主反應器連接；或者子反應器的物料進口以切線方式與主反應器連接并且子反應器的物料出口位于主反應器的中心部分。
[0014]本實用新型的反應裝置是通過多個小型的反應器與一個主反應器相結合而有效的加快質(zhì)量和熱量的傳導，從而提高反應效率。本實用新型的該反應器可用于一些大型的塑料工業(yè)、石油化工、生物化工的特定反應過程。
[0015]除了上面所描述的目的、特征、和優(yōu)點之外，本實用新型具有的其它目的、特征、和優(yōu)點，將結合附圖作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]構成本說明書的一部分、用于進一步理解本實用新型的附圖示出了本實用新型的優(yōu)選實施例，并與說明書一起用來說明本實用新型的原理。圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型的反應裝置的第一實施例的結構示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)本實用新型的反應裝置的主反應器的結構示意圖；
[0019]圖3a是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器的第一種布局方式的示意圖；
[0020]圖3b是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器的第二種布局方式的示意圖；
[0021]圖4a是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器為常壓反應器的示意圖；
[0022]圖4b是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器為耐壓反應器的結構示意圖；
[0023]圖5是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器的第三種布局方式的示意圖；
[0024]圖6是根據(jù)本實用新型的反應裝置的第二實施例的結構示意圖；
[0025]圖7a是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器的物料進出口的第一種布置方式的不意圖；
[0026]圖7b是根據(jù)本實用新型的反應裝置的子反應器的物料進出口的第二種布置方式的示意圖，
[0027]圖8a是根據(jù)本實用新型的反應裝置的主反應器與蒸餾塔相連接的示意圖；以及
[0028]圖Sb是根據(jù)本實用新型的反應裝置的主反應器與冷凝塔相連接的示意圖。
[0029]附圖標記說明
[0030]10、主反應器；20、子反應器；
[0031]11、進料管；12、出料管；
[0032]26、物料出口；24、泵；
[0033]21、電動機；23、攪拌槳；
[0034]26、物料入口；25、物料出口；
[0035]24、物料泵；26、物料進口；
[0036]30、精餾塔40、二級子反應器；
[0037]10a、主反應器的主軸線；20a、子反應器的主軸線。
【具體實施方式】
[0038]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。[0039]本實用新型適用的工業(yè)過程條件:A、適用于體積大于5m3的大型或超大型反應系統(tǒng)，以IOm3?IOOm3為佳；B、反應物料為粘稠液體或含有固體微粒的粘稠液體，其粘度最低應當在常溫下高于20000厘斯(Centistokes-Cst)，物料粘度大多的集中在50000?300000Cst ;C、反應的溫度范圍:常溫?400。C ;反應的壓力范圍為:常壓?IOMPa ;D、反應可以是液_液，液_固兩項反應或氣_液-固、液_液-氣二項反應。
[0040]本實用新型的反應裝置的示意性結構如圖1所示，圖中，主反應器10的四周為多個子反應器20，主反應器10的頂部為精餾塔30。原料和催化劑加入方式有三個選擇，第一、由子反應器20底部加入；第二、由主反應器10的上部加入；第三、同時從子反應器20底部和主反應器10的上部加入。物料從主反應器的下部進入子反應器，在子反應器中反應后由子反應器的頂部推入主反應器，而形成循環(huán)。物料在子反應器中的停留時間可根據(jù)不同的反應要求而定。在優(yōu)選實施例中，本實用新型的反應裝置也稱為衛(wèi)星式多功能反應裝置。
[0041]子反應器與一般的反應器一樣，能夠完成單個反應器具有的所有功能，例如反應、攪拌、加壓、加熱或散熱功能等。氣體產(chǎn)物在主反應器中分離進入精餾塔。主反應器的功能為產(chǎn)物的均勻混合和產(chǎn)物中氣相的迅速分離和釋放。產(chǎn)物和物料在主反應器和子反應器之間反復運行。氣體產(chǎn)物在與主反應器連接的精餾塔內(nèi)按沸點范圍分離。終產(chǎn)物將由主反應器的底部取出。
[0042]主反應器的示意性結構如圖2所示，主反應器10中部為圓柱形，底部為圓弧形且有出料口 13，頂部為倒扣的漏斗形結構，以便連接精餾塔30。主反應器10的圓柱形部分的側(cè)面有兩個連接子反應器的管道11、12。位于圓柱形上部的管道11為進料管而圓柱形下部的管道12為出料管。主反應器的功能為固液或液液物料均勻混合的空間以及使物料中氣相的迅速分離和釋放。主反應由于容積巨大，故不設置攪拌加熱等功能，但對于有加熱或散熱有要求的反應，主反應器應當有良好的保溫或冷卻設置。
[0043]優(yōu)選地，主反應器的徑高比為:徑高比=D/H=0.6?1.0，其中，D為反應器直徑，H
為反應器有效高度。
[0044]子反應器圍繞著主反應器呈衛(wèi)星式排列。子反應器的數(shù)量為2?10個甚至更多，如圖3a所示，子反應器的數(shù)量為三個，如圖3b所示，子反應器的數(shù)量為5個。子反應器的數(shù)量和體積取決于主反應器的體積、物料和反應性質(zhì)，例如反應激烈，需要快速加溫、散熱或攪拌，則子反應器的數(shù)量多一些，主反應器對子反應器的體積比應當大一些。這樣可使物料在子反應器中停留的時間少一些。一般而言，子反應器體積/主反應器體積=5%?20%。
[0045]在一實施例中，子反應器體積/主反應器體積=8%，子反應器的數(shù)量為5個，在另一實施例中，子反應器體積/主反應器體積=15%，子反應器的數(shù)量為3個，在又一實施例中，子反應器體積/主反應器體積=15%，子反應器的數(shù)量為6個。
[0046]結合參照圖1、圖2、圖3a和圖3b，物料連續(xù)的從主反應器的下部的管道12流入子反應器，經(jīng)攪拌槳葉攪拌并推入上部的管道11而釋放物料，形成循環(huán)。此物料的循環(huán)是被攪拌槳或單獨的泵強制完成的，這種強制循環(huán)促使主反應器中物料混合均勻和加熱均勻。子反應器底部設有新鮮原料加入口(如圖1所示)，尤其是當需要加入不同成分的物料且需要不斷調(diào)整各種物料比例時，從子反應器加入物料的方式，就顯得更加便利。例如在多種顏色混煉且需要不斷調(diào)色時，可以從每個子反應器輸入不同的塑料粒子，調(diào)整各個子反應器加入物料的多少，即可調(diào)整總體顏色。[0047]子反應器有兩種設計選擇。第一種選擇，子反應器為常壓(表壓< lbar，如圖4a所示)，具有加熱、(或保溫或冷卻)、攪拌和輸送的功能。子反應器的物料出口 25應設在略高于或持平于主反應器內(nèi)的反應物的上表面。第二種選擇，子反應器為耐壓設備(表壓< lObar，如圖4b所示)。壓力可由反應產(chǎn)生或由物料泵24在加壓輸送物料時產(chǎn)生壓力。物料對于具有壓力的子反應器而言，子反應器物料出口 25應當以切線方向進入主反應器并高出主反應器的液面至少20cm，從而起到閃蒸的作用。對于有壓力的子反應器(如圖4b所示)，物料從子反應器進入主反應器時，壓力釋放，完成循環(huán)和閃蒸雙重過程。閃蒸可以使氣體迅速分離，避免產(chǎn)生不需要的副反應。
[0048]子反應器與主反應器的連接關系在圖4中示出，如圖4所示，子反應器20與主反應器10圓柱形部分的側(cè)面連接。每個子反應器都有一個立式的攪拌裝置包括電動機21和攪拌槳23。22是保溫材料或加熱器或冷卻裝置，根據(jù)實際的反應和要求而定。子反應器的物料入口 26 —般設置在主反應器的下部而子反應器的物料出口 25設在子反應器的頂部。物料在兩個反應器間的循環(huán)主要依靠具有推力的攪拌槳23或攪拌槳23和物料泵24的組合而實現(xiàn)的，這種強制循環(huán)促使主反應器中物料和熱量分布均勻。
[0049]若物料在子反應器內(nèi)需要較長的停留時間，調(diào)節(jié)子反應器的容量、長度和攪拌槳或泵的轉(zhuǎn)速，可以滿足反應對停留時間的要求。例如，在圖4b中的子反應器，推進和攪拌獨立控制，因而能夠滿足不同物料對反應條件的要求。
[0050]子反應器與主反應器亦有兩種安裝方式。第一種選擇是子反應器與主反應器平行，如圖4a和圖4b所示。若主反應器的高度限制了子反應器的長度時，可采用第二種選擇，即子反應器以一定的角度傾斜安裝，如圖5所示，其主軸線20a與主反應器IOa主軸線呈一個不大于450的角度。
[0051]當主反應器具有IOOm3以上的超大型容量時，子反應器會過大，甚至影響反應效率，因此，可以布置成二級衛(wèi)星式反應裝置，其平面布置優(yōu)選如圖6所示。
[0052]對于較為粘稠的物料而言，為了使主反應器中不出現(xiàn)物料死區(qū)，子反應器的物料入口 26可以有多種形式的布置。圖7a和圖7b示出了兩種布置方式的舉例。在圖7a中，子反應器物料入口 26位于主反應器的中心部分，而物料出口 25則以切線方式與主反應器連接。運行時，主反應器中物料液面呈中間低四周高的漩渦狀，液面面積的增大和中心部分的凹陷，有利于物料中氣體的逸出。在圖7b中，其物料進出口布置與圖7a所示的相反，物料出口 25位于反應器的中心部分而物料入口 26以切線方式與主反應器連接。此種布置有利于物料中的固體顆?；蛑亟M分沉留在主反應器的底部中心。
[0053]主反應器的頂端直接連接一個處理反應中產(chǎn)生氣體的冷凝器或精餾塔。當反應中的氣相也是目的產(chǎn)物時，這種直接連接的方式將獲得最高的效率和收率。冷凝器和精餾器的高度在2m?20m之間，如果反應的氣相產(chǎn)物中，通過冷凝能夠獲得的僅為I?2種組分，只需要用I?2級冷凝器串聯(lián)即可達到目標。如果反應氣相物為多組分產(chǎn)物，則需要進行蒸餾或精餾。例如氣相反應物為石油氣，則主反應器頂部可以直接連接一個只有精餾段的塔板式或填料式精餾塔。精餾、蒸餾塔或冷凝器都有成熟的設計和運行經(jīng)驗，將其直接安裝在主反應器上，以達到反應特殊的要求，其中，圖8a示意性地示出了主反應器上方與蒸餾塔連接，和圖8b示意性地示出了主反應器上方與冷凝塔的連接。
[0054]實施例[0055]設計一個年產(chǎn)1000噸生物油的反應器。為滿足要求，主反應器的體積要求為15m3，主反應器的圓柱形部分的直徑為2500mm高度為3000mm ；5個子反應器與主反應器連接，每個子反應器的直徑為1200mm，高度為2000mm。子反應器的體積為2.26m3。物料在單臺子反應器內(nèi)的停留時間為0.15小時，5臺子反應同時工作時，主反應器中物料的循環(huán)次數(shù)為
6.25次/小時。計算模擬結果表明，反應器在加熱到320°C時，溫度在主反應器和子反應器中的分布均勻。
[0056]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種反應裝置，其特征在于，包括用于物料反應的至少一個子反應器、與所述至少一個子反應器連接的用于產(chǎn)物混合的主反應器、以及用于產(chǎn)物和物料在所述主反應器和所述子反應器之間循環(huán)的第一強制循環(huán)裝置，其中，所述子反應器的體積小于所述主反應器的體積。
2.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述至少一個子反應器的數(shù)量為兩個或兩個以上，并且環(huán)繞所述主反應器呈衛(wèi)星式排列。
3.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，在所述主反應器和所述至少一個子反應器中，僅所述至少一個子反應器設有對物料進行選擇性加熱和/或攪拌的裝置，所述主反應器為裝有保溫材料的反應器或者具有散熱功能的反應器。
4.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，還包括與所述主反應器頂部連接的氣相產(chǎn)物處理裝置。
5.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述第一強制循環(huán)裝置為物料泵和/或在所述子反應器中設置的攪拌槳。
6.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述主反應器包括容器本體、位于所述容器本體下部的出料管、以及位于所述容器本體上部的進料管，其中，所述子反應器的物料進口與所述出料管連接，所述子反應器的物料出口與所述進料管連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述主反應器的上部和/或子反應器的底部具有供原料加入的原料入口，所述主反應器的底部具有最終產(chǎn)物出口。
8.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述子反應器和所述主反應器二者的主軸線平行布置或者二者的主軸線具有一個小于或等于45°的夾角。
9.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述至少一個子反應器為一級子反應器，所述一級子反應器還包括至少一個二級子反應器和用于物料在所述一級子反應器和所述二級子反應器之間循環(huán)的第二強制循環(huán)裝置。
10.根據(jù)權利要求1所述的反應裝置，其特征在于，所述子反應器的物料進口位于所述主反應器的中心部分并且所述子反應器的物料出口以切線方式與主反應器連接；或者所述子反應器的物料進口以切線方式與主反應器連接并且所述子反應器的物料出口位于所述主反應器的中心部分。
【文檔編號】B01J19/00GK203484148SQ201320582973
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】鄭瑩, 張凱, 林宏飛 申請人:鄭瑩