CN1285562C - 一种酯化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酯化反应器。它包括进料管、导流构件、物料出口和壳体，进料管插入反应器内部，导流构件为在进料管出口处设有沿圆周切向布置的带有顶挡板或侧挡板的漩流导向器，在漩流导向器的上方与反应器内的中上部和中下部之间分别设置有加热元件组。本发明解决了传统酯化技术中需要机械搅拌及其引起的对搅拌器材质要求高、底部支撑磨损快的缺陷，通过内置特殊内件达到了良好的自搅拌效果，消除了涡流，大大强化了传热、传质，提高了结构的可靠性及加热效率、反应速度和反应平衡转化率，从一定程度上减缓了反应液局部酸度过高引起的腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种酯化反应器，特别是公开一种乙酸乙酯生产使用的酯化反应器。
背景技术
由于生产乙酸乙酯的直接酯化反应必须在催化剂存在的情况下进行方才有实际应用价值，因此目前大部分厂家选用硫酸作催化剂，但硫酸具有强腐蚀性，在稀溶液中其腐蚀性随其在反应体系中浓度的提高而加强。传统间歇酯化法为此大多采用带夹套搪玻璃反应釜，当夹套加热面积不够时还常常使用加热盘管。这一传统反应器面临着诸多问题：(1)搪玻璃釜几乎都是定型设备，据调查由于非标搪玻璃釜加工制造比较困难，目前尚无非标定制先例，当生产规模稍大时往往不得不采用多釜模式，占地面积大，显得很不经济，这也是全国乙酸乙酯生产厂家众多但规模都偏小(大多在1万吨/年规模以下)的主要原因之一；(2)搪瓷比较容易碰伤损坏，搪瓷一旦脱落将出现不可避免的迅速腐蚀从而导致整套设备报废；(3)加热盘管加热效率不高，往往还因为不良搅拌引起的局部酸度过高而腐蚀穿孔，导致开工率低下，据调查因此引起的装置开工率不足70％；(4)为了强化搪玻璃釜内的传热、传质、反应，常常使用搅拌器，但搅拌动设备部件易磨蚀从而加速腐蚀，并且对搅拌电机有着较高的防爆要求，还往往容易产生漩涡，降低了釜的利用率。
在一种带搅拌的新型高效酯化反应器专利ZL 00259656.3中，在带夹套的反应器壳体内搅拌桨附近设置了带挡板的导流筒，消除了涡流，强化了传质与传热，提高了转化率。但其搅拌轴设置了底部支撑，尽管此举提高了搅拌轴的稳定性，但同时也带来了对搅拌轴材质要求高、底部支撑磨损较快的缺点，而且由于采用无联箱盘管换热器，相对来说传热效率还是比较低，而且占用空间也比较大，给内构件的设置带来不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种无搅拌的酯化反应速度快、反应转化率高的酯化反应器。
本发明的技术方案是：一种酯化反应器，包括进料管、导流构件、物料出口和壳体，进料管插入反应器内部，导流构件为在进料管出口处设有沿圆周切向布置的带有顶挡板或侧挡板的漩流导向器，在漩流导向器的上方与反应器内的中上部和中下部之间分别设置有加热元件组。
在所述反应器外部设置有强制循环泵，在所述强制循环泵吸入侧反应器内部设置有防止气泡通过和防止漩涡产生的带顶挡板和侧挡板的多孔筒，在所述强制循环泵出口侧进入反应器内部设有沿圆周均匀开凿一定数量斜孔的管式喷射分配器。
所述的加热元件组为多个“U”形加热管束或宽流道板壳式加热片组或进出口联结管箱的蛇管组或这几种的组合形式按照上下方向交错的“#”字形排列或“品”字形排列或“#”字形与“品”字形的组合形式排列构成。
所述的进料管从所述反应器底部向上插入或从上部插入所述反应器内部，插入深度和位置结合加热元件的布置方式和反应器的立式或卧式形式按照流体动力学、传质传热反应推动力原理的数学模型优化设计。
所述的物料出口设有防冲除沫装置。
所述的壳体为立式或卧式不锈钢体。
采用本发明结构的酯化反应器，在无外部机械搅拌的情况下，反应物在有限的流动距离上快速充分混合、反应并汽化分离，反应器内流体自搅拌效果明显，消除了涡流，大大强化了传热、传质，提高了结构的可靠性及加热效率、反应速度和反应平衡转化率，从一定程度上减缓了反应液局部酸度过高引起的腐蚀，并且传热效率大为改善，单位反应体积需要的加热面积比原有技术减少41％～54％，反应充分，反应转化率得以提高，装置的产率得到明显提升，单位反应体积的产能达到原有普通酯化釜的2～2.7倍，降低了能耗，增加了经济效益。将50％乙酸、45％乙醇、5％水(重量百分比)的混和原料经预热至95℃以气液混和物形式分别进入材质均为不锈钢316L的立式和卧式酯化反应器和现有普通立式带加热盘管的搪玻璃釜，其中立式酯化反应器，其内置加热元件采用四组U形加热管束“#”形排列；卧式酯化反应器，四组宽流道板壳式加热片组“#”形排列组合进出口联结管箱的蛇管组“品”字形排列。对比后的效果参见表1。
附图说明
附图1立式酯化反应器结构示意图
其中：1、加热元件组 2、防冲除沫装置 3、管式喷射分配器
4、防涡流多孔筒 5、漩流导向器 6、强制循环泵
附图2卧式酯化反应器结构示意图
附图3漩流导向器结构示意图
附图4“U”形加热管束结构示意图
附图5无外壳板壳式加热板片组结构示意图
附图6蛇管组型加热元件结构示意图
具体实施方式
根据附图1和2，酯化反应器包括加热元件组1、防冲除沫装置2、管式喷射分配器3、防涡流多孔筒4、漩流导向器5、强制循环泵6。乙酸、乙醇原料及催化剂按一定比例进入酯化反应器，反应器进料可以是液相，也可以是能起到搅拌作用的汽相，或者是经过预热部分汽化的汽液两相形式，进料管插入反应器内部。在进料管出口处设有沿圆周切向布置的带有包括顶挡板或侧挡板的漩流导向器5。按照流体动力学、传质传热反应推动力原理的数学模型优化设计的多组“U”形加热管束或宽流道板壳式加热片组或进出口联结管箱的蛇管组或这几种的组合形式作为内置加热元件组1，按上下方向交错的“#”字形排列或“品”字形排列或“#”字形与“品”字形的组合形式，分组安装在反应器的中上部和中下部。对于立式酯化反应器，漩流导向器5位于按上述方式布置的加热元件组1的下方；对于卧式酯化反应器，漩流导向器5位于中上部加热元件组1下方、中下部加热元件组1侧下部。反应器汽相出口设有防冲除沫装置2，反应器外部可以有强制循环泵6，在强制循环泵6吸入侧反应器内部设置有防止气泡通过和防止漩涡产生的带顶挡板和侧挡板的防涡流多孔筒4，在强制循环泵6出口侧进入反应器内部设有沿圆周均匀开凿一定数量斜孔的管式喷射分配器3。酯化反应器选用不锈钢316L材质。
表1
| 反应器型式及加热元件 | 原有普通搪玻璃釜，立式，加热盘管 | 立式，U形加热管束“#”形布置 | 卧式，组合加热元件组合布置型式 | |
| 进料温度(℃) | 92±1 | 92±1 | 92±1 | |
| 反应器温度(℃) | 105±1 | 105±1 | 105±1 | |
| 酯化塔顶粗酯(w/w)％ | 酯 | 92.07 | 95.085 | 95.276 |
| 醇 | 1.65 | 1.06 | 1.0 | |
| 水 | 6.275 | 3.85 | 3.72 | |
| 酸 | 0.005 | 0.005 | 0.004 | |
| 检修周期 | 一般小于3个月 | 大于1年 | 大于1年 | |
Claims (5)
1、一种酯化反应器，包括进料管、导流构件、物料出口和壳体，其特征在于：所述进料管插入反应器内部，所述导流构件为在所述进料管出口处设有沿圆周切向布置的带有顶挡板或侧挡板的漩流导向器，在所述漩流导向器的上方与反应器内的中上部和中下部之间分别设置有加热元件组；在所述反应器外部设置有强制循环泵，在所述强制循环泵吸入侧反应器内部设置有防止气泡通过和防止漩涡产生的带顶挡板和侧挡板的多孔筒，在所述强制循环泵出口侧进入反应器内部设有沿圆周均匀开凿一定数量斜孔的管式喷射分配器。
2、根据权利要求1所述的酯化反应器，其特征在于：所述的加热元件组为多个“U”形加热管束或宽流道板壳式加热片组或进出口联结管箱的蛇管组或这几种的组合形式按照上下方向交错的“#”字形排列或“品”字形排列或“#”字形与“品”字形的组合形式排列构成。
3、根据权利要求1所述的酯化反应器，其特征在于：所述的进料管从所述反应器底部向上插入或从上部插入所述反应器内部，插入深度和位置结合加热元件的布置方式和反应器的立式或卧式形式按照流体动力学、传质传热反应推动力原理的数学模型优化设计。
4、根据权利要求1所述的酯化反应器，其特征在于：所述的物料出口设有防冲除沫装置。
5、根据权利要求1所述的酯化反应器，其特征在于：所述的壳体为立式或卧式不锈钢体。
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