專利名稱：反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過加熱介質(zhì)和致冷劑的流動(dòng)在容器壁上進(jìn)行換熱的反應(yīng)器如聚合反應(yīng)器。
在氯乙烯和苯乙烯樹脂的懸浮聚合所用的聚合反應(yīng)器、反應(yīng)器和類似物中，一般在圓筒形殼兩端焊有碟形頭形成抗3-15kg/cm聚合壓力的耐壓密閉容器(a)，在容器外側(cè)設(shè)有夾套(b)，使致冷劑如水在夾套內(nèi)流動(dòng)，從而通過容器(a)的壁進(jìn)行換熱除去容器內(nèi)聚合產(chǎn)生的反應(yīng)熱以保持反應(yīng)溫度適當(dāng)，如圖4所示。攪拌器(c)使反應(yīng)物的溫度均勻一致，用于促進(jìn)反應(yīng)熱的去除。聚合產(chǎn)生大量反應(yīng)熱。因此，不夸張地說傳熱成為調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間決定反應(yīng)速度的因素，且傳熱的特性決定了產(chǎn)物的量。
另一方面，要增加生產(chǎn)率應(yīng)增加聚合反應(yīng)器的尺寸。然而，聚合反應(yīng)器尺寸的增加給傳熱特性帶來麻煩。更具體地，隨著聚合反應(yīng)器尺寸的增加，因強(qiáng)度的需要容器的厚度應(yīng)增加。從而通過容器壁的傳熱速率降低。此外，尺寸增加導(dǎo)致單位容量的冷卻壁面積降低。這些都與傳熱特性增加相反。為此，單位容量的產(chǎn)率降低。
傳統(tǒng)上，設(shè)置冷卻管作為非容器夾套類傳熱裝置，或設(shè)置擋板作為冷卻表面。其它手段包括在距容器一定距離處設(shè)置回流冷凝器或引導(dǎo)溶液離開容器，經(jīng)過冷卻器并在容器中循環(huán)。然而，前者存在容器中聚合物的粘結(jié)和積聚嚴(yán)重的缺陷，后者存在外設(shè)冷卻器需要操作規(guī)則并增加成本的缺陷。
還設(shè)想用內(nèi)換熱套代替換熱夾套。然而，在此情況下，與夾套相比換熱面積以內(nèi)套內(nèi)徑與容器內(nèi)徑之比降低。如果內(nèi)套與設(shè)置在兩端的夾套有相同的形式或在內(nèi)套外側(cè)的環(huán)狀空室中流動(dòng)的致冷劑的壓力低，則由于內(nèi)套的強(qiáng)度應(yīng)能耐受容器內(nèi)壓與致冷劑壓力之差，所以內(nèi)套的壁厚將幾乎等于容器的原始壁厚和給內(nèi)套一定的致冷劑壓力。因此，不能增加傳熱速率。
為增加容器壁上的傳熱而不在容器內(nèi)空間或容器外設(shè)置冷卻裝置，已提出了一種反應(yīng)器(見JP-A-3-4249)。如圖5中所示，該反應(yīng)器有以下結(jié)構(gòu)。支承件5以相同的齒距螺旋狀分布在容器1的圓筒形線性鼓2的整個(gè)長度上，支承件5為寬度很小的帶狀板，也用作通道的分隔板，容器1包括整體地焊接和聯(lián)接在殼2上下的碟狀頭3和4，支承件5裝配在容器上。支承件5的外端焊接在容器的內(nèi)表面上(焊接部分6)。橫跨支承件5設(shè)有寬度基本上等于支承件5之間排列間隔的帶狀板7，帶狀板7的兩側(cè)邊焊于支承件5的內(nèi)端(焊接部分8)。因此，有光滑內(nèi)表面的板7以等間距H與容器1的內(nèi)表面隔開，間距H與支承件5的高度相同。致冷劑從入口9流入，通過板7、支承件5和殼2的內(nèi)表面形成的螺旋狀封閉空間而從出口10流出。
EP395 080A1公開了反應(yīng)容器中由支承和套管形成的通道的尺寸，即相鄰兩支承間的垂直距離“a”，和該通道的寬度“b”。該尺寸“a”與本發(fā)明的“L”(支承件間的排列間隔)相對應(yīng)，尺寸“b”與本發(fā)明的“H”(支承件的高度)相對應(yīng)。但在該專利中未提出也未建議“a/b”比值的適當(dāng)數(shù)值范圍。
上述日本公開未描述支承件5之間的排列間隔。然而，該排列間隔對于該反應(yīng)器的制造成本和反應(yīng)物的均勻溫度非常重要。如果該排列間隔不保持在適當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)，則導(dǎo)致以下缺陷。更具體地，如果該排列間隔太小，支承件5的數(shù)量相應(yīng)增加。因此，焊接和容器制造工時(shí)增加。此外，由支承件5、板7和鼓2圍繞的封閉空間降低。因此，在該封閉空間中流動(dòng)的致冷劑的壓力損失增加。此外，其中存在支承件5的部分和封閉空間部分的傳熱速率不同。為此，如果支承件5的數(shù)量增加，易導(dǎo)致內(nèi)夾套壁(與板7和焊接部分的反應(yīng)物接觸的壁)的溫度不均勻。如果排列間隔太大，則要有耐受容器內(nèi)壓的強(qiáng)度板7的厚度會(huì)過大，在致冷劑流速不變的情況下傳熱速率降低。如果排列間隔保持在適當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)而支承件5的高度不保持在適當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)，則內(nèi)容量降低，壓力損失增加。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在容器壁上有極好傳熱特性并能保持反應(yīng)物溫度均勻而不增加制造成本的反應(yīng)器。
單獨(dú)地研究支承件間的排列間隔及其高度不能解決上述問題。因此，要進(jìn)行研究以找出它們之間的某種關(guān)系。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律。更具體地，假設(shè)L＝KH(K為常數(shù))，其中H代表支承件的高度，L代表在容器的高度方向支承件間的排列間隔。如果使L和H為保持在預(yù)定范圍內(nèi)的可選值而改變K以模擬反應(yīng)器的性能，則該反應(yīng)器在一定范圍內(nèi)的K值下表現(xiàn)出極好的性能。如果2≤L/H≤6，則支承件的數(shù)量及其高度較合適。因此，焊接和容器制造的工時(shí)相對減少，難以在內(nèi)夾套的壁上導(dǎo)致溫度不均勻。此外，由支承件、板和容器內(nèi)表面包圍的封閉空間有適當(dāng)?shù)某叽?，而不過度增加板的厚度和降低內(nèi)容量。因此，能夠得到抑制在封閉空間內(nèi)流動(dòng)的致冷劑的壓力損失的很好平衡的設(shè)計(jì)。


圖1為形成本發(fā)明反應(yīng)器的反應(yīng)容器的殼的側(cè)視剖面圖，圖1(b)為圖1(a)的局部放大圖；圖2為沿本發(fā)明反應(yīng)容器的殼的內(nèi)表面的流動(dòng)路徑的示意圖；圖3為L/H與傳熱特性和促銷指數(shù)之間的關(guān)系圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)容器的側(cè)視剖面圖；和圖5(a)為現(xiàn)有技術(shù)的另一反應(yīng)容器的側(cè)視剖面圖，圖5(b)為圖5(a)的局部放大圖。
圖6為所述歐洲專利中公開的現(xiàn)有技術(shù)的另一反應(yīng)容器的側(cè)視剖面圖。
本發(fā)明的第一方面涉及一種反應(yīng)器，其中在反應(yīng)容器的全部或部分內(nèi)表面上以等間距裝配有由小寬度的帶狀板形成的支承件，該支承件也用作加熱介質(zhì)和致冷劑的通道分隔板，其外端焊接于容器的內(nèi)表面，橫跨所述支承件設(shè)有帶狀板，所述帶狀板的寬度基本上與所述支承件間的排列間隔相同，所述帶狀板的兩邊焊接于所述支承件的內(nèi)端，在所述容器內(nèi)設(shè)有耐容器內(nèi)壓的非不均勻性板，其中設(shè)置2≤L/H≤6，H代表裝配在所述容器內(nèi)表面上的支承件的高度，L代表所述支承件間的排列間隔。
本發(fā)明的第二方面涉及該反應(yīng)器，其中代替2≤L/H≤6設(shè)置3≤L/H≤5。
本發(fā)明的第三方面涉及該反應(yīng)器，其中所述容器的內(nèi)表面經(jīng)電解拋光。
如果H為常數(shù)而L為變量，則可得到以下支承件間的排列間隔L和每個(gè)支承件的高度H之間的關(guān)系。
如果L/H小于2，則支承件的數(shù)量增加太多。從而制造工時(shí)過多。此外，由支承件、板和容器內(nèi)表面包圍的封閉空間減少，從而壓力損失增加。而且導(dǎo)致內(nèi)夾套壁的溫度不均勻。
如果L/H大于6，則如上所述支承件間的排列間隔增加太多和板7的厚度過度增加，從而在加熱介質(zhì)和致冷劑流量不變的情況下導(dǎo)致傳熱速率較差。
如果L為常數(shù)而H為變量，則可得到以下關(guān)系。
如果L/H小于2，則支承件的高度H增加太多，內(nèi)夾套的內(nèi)徑降低。因此，傳熱面積減少，去熱能力的損失增加。此外，內(nèi)容量降低。
如果L/H大于6，則支承件的高度H降低太多。因此，所述封閉空間減少太多，在封閉空間內(nèi)流動(dòng)的致冷劑的壓力損失增加。
基于以上考慮，必須設(shè)置2≤L/H≤6。
通過在容器內(nèi)表面上進(jìn)行電解拋光，可得到無加工和損壞層的光滑無瑕層。因此，反應(yīng)物難以粘附和積聚在容器內(nèi)表面，從而不降低傳熱速率。
為限制L/H獲得更顯著的效果，優(yōu)選設(shè)置3≤L/H≤5。
容器內(nèi)表面意指與反應(yīng)物接觸的表面，例如鼓、內(nèi)套的壁、上下塔頭等。
下面將更詳細(xì)地描述L/H。圖3為表明本發(fā)明反應(yīng)器的制造成本隨L/H的改變而變化(其中L/H＝4時(shí)的制造成本設(shè)為1和與其之比由促銷指數(shù)表示(標(biāo)記為“■”))和本發(fā)明反應(yīng)器的傳熱特性隨L/H的改變而變化(其中L/H＝4時(shí)的傳熱特性設(shè)為1和與其之比由傳熱特性指數(shù)表示(標(biāo)記為“○”))的圖。
必須設(shè)置制造成本等于或小于圖4中所示常規(guī)反應(yīng)器的1.6倍，這對應(yīng)于圖3中的促銷指數(shù)應(yīng)等于或小于1.3。
傳熱特性應(yīng)等于或大于圖4中所示常規(guī)反應(yīng)器的1.8倍，這對應(yīng)于圖3中的傳熱特性指數(shù)應(yīng)等于或大于0.84。
進(jìn)一步地，希望制造成本等于或小于圖4中所示常規(guī)反應(yīng)器的1.5倍，傳熱特性應(yīng)等于或大于圖4中所示常規(guī)反應(yīng)器的2.0倍，這對應(yīng)于圖3中的促銷指數(shù)應(yīng)等于或小于1.1，和傳熱特性指數(shù)應(yīng)等于或大于0.93。
考慮到這兩個(gè)指數(shù)，要求L/H值為2-6，更優(yōu)選3-5。
下面描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。例如，圖1(a)示出圖4中所示反應(yīng)容器的圓筒形殼2。如圖1(b)中所示，在容器高度方向支承件5之間的排列間隔L與裝配在容器內(nèi)表面上的每個(gè)支承件5的高度H之比(L/H)為3.4。在圖1(a)中，參考號11a、11b、11c、11d和11e代表致冷劑的輸入噴嘴，參考號12a、12b、12c、12d和12e代表致冷劑的輸出噴嘴。
如圖2中所示，從每個(gè)輸入噴嘴流入的致冷劑在由板、支承件和容器殼的內(nèi)表面形成的水平流動(dòng)路徑13a中環(huán)繞容器殼的內(nèi)表面流動(dòng)，然后移至流動(dòng)路徑13b。類似地，致冷劑在流動(dòng)路徑13b中環(huán)繞殼的內(nèi)表面流動(dòng)，然后移至流動(dòng)路徑13c。同樣，致冷劑在流動(dòng)路徑13c中環(huán)繞殼的內(nèi)表面流動(dòng)。這樣，從每個(gè)輸入噴嘴流入的致冷劑中三個(gè)水平流動(dòng)路徑中環(huán)繞殼的內(nèi)表面流動(dòng)，然后從每個(gè)輸出噴嘴排出。根據(jù)該實(shí)施方案，如該現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器，致冷劑的流動(dòng)路徑不是螺旋的而是水平的。因此，該流動(dòng)路徑易于形成并可簡單地加工該反應(yīng)器。進(jìn)一步地，流入反應(yīng)器壁的致冷劑在水平路徑中三次環(huán)繞殼內(nèi)表面流動(dòng)，然后排出。因此，與所述日本專利中公開的如圖5(a)所示和所述歐洲專利中公開的圖6中所示使致冷劑沿螺旋狀長路徑流動(dòng)的方法相比，更能降低致冷劑的壓力損失，和更能增強(qiáng)換熱效率。此外，本實(shí)施方案的容器由不銹鋼制造。用磷酸和硫酸電解溶液進(jìn)行電解拋光除去表面上的加工和損壞層，從而形成平坦的表面。
由于本發(fā)明主要涉及改進(jìn)因反應(yīng)器尺寸增加所致傳熱特性的降低，所以通常用于內(nèi)容量為40m或更大的裝置，但不限于此。例如，本發(fā)明也可用于內(nèi)容量為3m或更小的裝置。
在內(nèi)容量為50m的反應(yīng)器中，支承件的排列間隔為100mm，高度為25mm。
進(jìn)一步地，流動(dòng)路徑可形成垂直的。流動(dòng)路徑也可設(shè)在上或下頭。
由于本發(fā)明有上述結(jié)構(gòu)，所以可提供在容器壁上有極好的傳熱特性并能獲得均勻的反應(yīng)物溫度而不增加制造成本的反應(yīng)器。
盡管已通過實(shí)施例參考附圖詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解各種改變和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，除非這種改變和修改離開本發(fā)明的范圍，否則應(yīng)認(rèn)為包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)器，其中在反應(yīng)容器的全部或部分內(nèi)表面上以等間距裝配有由小寬度的帶狀板形成的支承件，該支承件也用作加熱介質(zhì)和致冷劑的通道分隔板，其外端焊接于容器的內(nèi)表面，橫跨所述支承件設(shè)有帶狀板，所述帶狀板的寬度基本上與所述支承件間的排列間隔相同，所述帶狀板的兩邊焊接于所述支承件的內(nèi)端，在所述容器內(nèi)設(shè)有耐容器內(nèi)壓的非不均勻性板，其中2≤L/H≤6，H代表裝配在所述容器內(nèi)表面上的支承件的高度，L代表所述支承件間的排列間隔。
2.權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其中代替2≤L/H≤6而設(shè)置3≤L/H≤5。
3.權(quán)利要求1或2的反應(yīng)器，其中所述容器的內(nèi)表面經(jīng)電解拋光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有極好的容器壁傳熱特性并能獲得均勻的反應(yīng)物溫度而不增加制造成本的反應(yīng)器。設(shè)置2≤L/H≤6,其中H代表裝配在所述容器內(nèi)表面上的支承件5的高度,L代表在容器高度方向支承件5間的排列間隔。
文檔編號B01J19/24GK1195579SQ98106020
公開日1998年10月14日 申請日期1998年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月5日
發(fā)明者今中照雄, 木田奉行 申請人:神鋼汎技術(shù)股份有限公司