CN102989372A

CN102989372A - 大型氨化高压球形搅拌反应釜

Info

Publication number: CN102989372A
Application number: CN2012105855261A
Authority: CN
Inventors: 李德昌; 潘颖; 陈明峰
Original assignee: Anhui Bayi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Anhui Bayi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2012-12-30
Filing date: 2012-12-30
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-12-30
Also published as: CN102989372B

Abstract

本发明涉及一种大型氨化高压球形搅拌反应釜，釜体是用两个半球形焊接而成，釜体上部设有加料口、出料口、安全泄放装置及仪表控制装置，釜体下部设置裙座支撑；搅拌装置设在釜体的上端且两者密封配合，电机、减速机与搅拌装置依次相连，搅拌轴下穿入釜体内，搅拌轴上固定有搅拌器；出料管顺着釜体内壁延伸到釜体下部中心处；釜体内设置有换热装置；釜体材质选用爆炸双层复合板材料，内层选用不锈钢，外层选用碳钢；釜内搅拌轴及搅拌器材质为不锈钢，换热装置材质为钛材。采用本发明的优点是，实现了随着反应釜体积的增大，氨化高压球形搅拌反应釜的节能降耗、传热能力、均质能力、防腐性能以及产品质量均能得到保证。

Description

大型氨化高压球形搅拌反应釜

技术领域

本发明涉及一种化工反应容器，特别是涉及一种适用于高温、高压条件下，具有优良的高传质、高传热能力的带搅拌反应的大型氨化高压球形搅拌反应釜。

背景技术

对（邻）硝基苯胺是重要的有机化工中间体，主要用于农药、染料、助剂及感光材料等领域，对（邻）硝基苯胺采用对（邻）硝基氯化苯加氨反应制备，该方法中进行氨化反应的核心设备——氨化高压搅拌反应釜是生产对（邻）硝基苯胺的关键设备，氨化反应为高温、高压反应，釜内温度反应为170℃～210℃，压力在5.0～6.8MPa之间。

目前对（邻）硝基氯化苯氨化高压反应釜体积为3 m³～10m³、多采用立式釜体外壁上设置整体筒形夹套，夹套与釜体的外壁之间为一腔室（或立式釜体内加蛇形换热管），材质多选用Q345R或不锈钢材料。搅拌设置在釜体的上端且两者密封配合，搅拌轴上部与减速器和电机依次相连、下穿入釜体内，搅拌轴上固定有1～3层搅拌器，搅拌器形式为圆盘式涡轮搅拌器或桨叶式搅拌器。釜体的上封头设有物料进口，出料管设在反应釜下封头处或经釜体上封头穿入釜体内，所述出料管的下端延伸至釜体内的下封头处，出料管斜开口，呈45°或60°。蛇形换热管进出口接管与釜体直接焊接。按照传统的高压氨化釜设计，因为氨化反应是高温、高压反应，计算出的反应釜筒体壁厚较厚。

该氨化高压反应釜存在以下缺陷：随着氨化高压反应釜设备大型化，直径的增加导致筒体及封头壁厚增加较多，增加了制造成本和加工难度，降低了传热效率；夹套与釜体的外壁之间仅为一腔室，使用时，整体筒形夹套内蒸汽流道面积大，流速低，釜体升温、降温较慢，换热效果较差；升温慢，影响反应釜工作台时，降温慢，反应釜压力不易控制，易发生安全事故，同时对氨化反应产生不利影响；内部蛇管出现问题维修不方便；蛇管进出口接管与筒体直接焊接，由于热胀冷缩导致蛇形换热管与筒体焊接的焊缝容易撕裂；物料对Q345R或不锈钢的腐蚀较为严重。

随着对（邻）硝基苯胺生产规模的不断扩大，为了节约生产成本，降低劳动强度，节能降耗，采用大容量氨化高压反应釜生产装置已成为未来的发展趋势。随着反应釜体积的增大，节能降耗、传热能力、均质能力、防腐性能以及产品质量如何保证成为必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对目前随着氨化高压反应釜设备大型化，导致了制造成本提高、维修不方便，换热效果较差、降低了传热效率，反应釜压力不易控制、易发生安全事故，同时对氨化反应产生不利影响等问题，提供了一种大型氨化高压球形搅拌反应釜。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大型氨化高压球形搅拌反应釜，包括釜体，釜体上部设有加料口、出料口、安全泄放装置及仪表控制装置，釜体下部设置裙座支撑整个釜体；搅拌装置设在釜体的上端且两者密封配合，电机、减速机与搅拌装置依次相连，搅拌轴下穿入釜体内，搅拌轴上固定有2～3层搅拌器；出料管顺着釜体内壁一直延伸到釜体下部中心处；釜体内设置有换热装置。

所述釜体是用两个整体半球形封头焊接而成，球形釜体容积为20～35m³，公称直径为3.4～4.0m。

所述换热装置由上、下环管、中间直排管、进口管和出口管组成，采用法兰将直排管和上、下环管相连接，上环管设有进口管向上伸出于釜体上部，下环管设有出口管向下伸出于釜体底部；进口管、出口管分别穿过填料箱，填料箱与釜体焊接，用填料密封进口管、出口管与填料箱的间隙，再用填料压盖压紧填料，填料箱与填料压盖用螺栓、螺母相连接。

所述出料管在尾端下部开孔，开孔直径小于螺栓、螺母直径，开孔总截面积大于出料管截面积。

所述搅拌轴上安装的搅拌器，其桨叶直径与筒体内径之比为0.38～0.50，桨叶与搅拌轴连接的穿心螺栓采用细牙钛螺栓，并使用双螺母紧固。

所述筒体材质选用爆炸双层复合板材料，内层选用不锈钢，外层选用碳钢，内层材料厚度3～4mm，外层材料厚度48～58mm；釜内搅拌轴及搅拌器材质为不锈钢，换热装置材质为钛材。

为能简洁说明问题起见，以下对本发明所述大型氨化高压球形搅拌反应釜均简称为本反应釜。

采用本反应釜的优点是：

1、釜体是用两个半球形封头焊接而成，整个釜体只有一条对接焊缝，焊接工作量少，加工方便；球形釜内介质在搅拌的作用下反应时，在全容积中获得更加均匀的流动场，更易实现无死角且均质，同时搅拌轴转速和轴功率可以相对降低；由于球形壳体在空间360°受力分布最好、最均匀，从而使球形釜体承受内外压力可以实现最大化，提高了反应釜的承压能力，在同样材质、同等压力和温度条件下，球形壳体比相同直径的圆筒形壳体壁厚可以约减少一半，反之，在同样的材质、同等压力和温度条件下，球形壳体比相同厚度的圆筒形壳体承受的压力要高出一倍，各种应力分布更均匀，使用更为安全。

总之，相对于各种类型的圆筒形容器，球形反应釜在承压能力、传质与传热、耗材(釜壁厚度减薄)等方面都具有独特的优越性。

2、反应釜内部换热装置，组成方式为进口管、出口管分别与上下环管连接，上下环管与直排管之间用法兰连接，环管、直排管装拆方便，可以从人孔进出，加工、安装、维修方便；直排式钛换热管采用双层结构，可以保证较大换热面积的需求而又不增加换热管组数，减少贵重材料的使用量；内置式高效釜内换热管对氨化反应快速升温、快速降温的效果较佳，对反应速率的控制更易实现，防止安全事故的发生，同时提高了氨化反应的质量和速率；进出口管与釜体的连接采用填料密封形式替代直接焊接，温差变化过程中接管和釜体之间可以产生相对位移，避免了直接焊接因温差变化剧烈，筒体和接管膨胀量不同而产生的应力和易撕裂焊缝的问题。

3、出料管底部开孔，开孔直径小于螺栓、螺母直径，开孔总截面积大于出料管截面积，这样可防止出料管出现随着料液减少而漏气，料打不尽有残余的现象；另外，防止螺栓、螺母因意外出现脱落时，顺着出料管而进入泵的入口，损坏打料泵现象。

4、搅拌轴上安装2～3层搅拌器，搅拌器形式为圆盘式涡轮搅拌器或桨叶式搅拌器，桨叶直径与筒体内径之比为0.38～0.50，桨叶与搅拌轴连接的穿心螺栓采用细牙钛螺栓，有很好的自锁作用,并使用双螺母紧固。

5、釜体采用爆炸双层复合板球形结构，复合板的内层为不锈钢，外层为碳钢材料，搅拌轴及搅拌器为不锈钢材质，釜内换热管材质为钛材料，有更好的耐腐蚀性及防应力腐蚀开裂能力。这样，球釜的耐压、耐腐蚀性能大大提高，可在较高压力下良好地工作，与传统反应釜相比较，全容积得以增大，大大提高单台氨化高压搅拌反应釜的产量和效率，同时保证产品品质，防止安全事故的发生。

综上所述，采用本反应釜的结构，实现了随着反应釜体积的增大，节能降耗、传热能力、均质能力、防腐性能以及产品质量均能得到保证。适用于在高温、高压条件下，作为一种具有优良的高传质、高传热能力的带搅拌反应的大型氨化高压球形搅拌反应釜。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的换热装置结构示意图；

图3图2的俯视图（略去角铁及进、出口管）；

图4是图2中直排管结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明的换热装置进、出口管与釜体连接部位示意图；

图7是本发明的出料管示意图；

图8是图7的A向视图。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步详细说明：

参见图1，本高压球形搅拌反应釜由釜体5、裙座6、搅拌装置3、换热装置及出料管7组成。

如图1所示，釜体5为两半球形封头焊接而成，中间只有一条对接焊缝，釜体5的上部设有投料口（附图中未示出投料口）、出料管口7a及人孔4，釜体5底部用裙座6支撑。

搅拌装置3设置在釜体5的上端且两者密封配合，搅拌装置3上端与减速器2和电机1依次相连、搅拌装置3的搅拌轴8下穿入釜体5内；搅拌轴8上设置三层搅拌器（分别为9、10、11），搅拌器可为折叶桨式搅拌器或圆盘式涡轮搅拌器。

如图1所示，出料管7经釜体5上部出料管口7a伸出，釜体5内出料管7呈蛇形沿釜体5内腔向下延伸至釜体5内的下侧处；如图7、图8所示出料管下部开有数个小孔，开孔总截面积大于出料管截面积，开孔直径小于螺栓、螺母直径，以防止螺栓、螺母脱落后进入出料管。

如图2、图3所示，釜体内的换热装置由蒸汽进口管12、上环管13、下环管16、直排管15和出口管17组成，进口管12向上伸出于釜体5上部，进口管12向下与上环管13连接通，上环管13向下连接数组直排管15，直排管15下部连接下环管16，下环管16向下设有出口管17伸出于釜体5底部；上、下环管的半环管之间用法兰18相连接；

如图4、图5所示，每组直排管15由两列直管24和25组成，每列的数量可以根据换热面积及人孔大小确定，直管24（25）分别与管箱23相连，再用法兰18分别与上环管13、下环管16连接；

如图1、图2所示，上、下环管和直排管15分别用角钢14固定于釜体5内侧，上环管13、下环管16和直排管15拆装时可以从人孔4进出；

如图6所示，换热装置进口管12、出口管17与釜体5的连接采用填料密封形式，填料箱19与釜体5焊接，用填料20密封接管与填料箱19的间隙，再用填料压盖21压紧填料20，填料箱19与填料压盖21用螺栓螺母组22相连接。

釜体5采用双层复合板结构，复合板的内层为不锈钢（如316L）、外层为碳钢材料（如Q345R），搅拌轴8及搅拌器9、10、11为316L材料，换热装置材质为TA2。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出显而易见的若干变换或替代以及改型，这些也应视为属于本发明发明的保护范围。

Claims

1.一种大型氨化高压球形搅拌反应釜，包括釜体，釜体上部设有加料口、出料口、安全泄放装置及仪表控制装置，釜体下部设置裙座支撑整个釜体；搅拌装置设在釜体的上端且两者密封配合，电机、减速机与搅拌装置依次相连，搅拌轴下穿入釜体内，搅拌轴上固定有2～3层搅拌器；出料管顺着釜体内壁一直延伸到釜体下部中心处；釜体内设置有换热装置；其特征在于：

所述釜体是用两个整体半球形封头焊接而成，球形釜体容积为20～35m³，公称直径为3.4～4.0m；

所述换热装置由上、下环管、中间直排管、进口管和出口管组成，采用法兰将直排管和上、下环管相连接，上环管设有进口管向上伸出于釜体上部，下环管设有出口管向下伸出于釜体底部；进口管、出口管分别穿过填料箱伸出至釜体外部，填料箱与釜体焊接，用填料密封进口管、出口管与填料箱的间隙，再用填料压盖压紧填料，填料箱与填料压盖用螺栓、螺母相连接；

所述出料管在尾端下部开孔，开孔直径小于螺栓、螺母直径，开孔总截面积大于出料管截面积；

2.根据权利要求1所述的大型氨化高压球形搅拌反应釜，其特征在于：所述釜体材质选用爆炸双层复合板材料，内层选用不锈钢，外层选用碳钢，内层材料厚度3～4mm，外层材料厚度48～58mm；釜内搅拌轴及搅拌器材质为不锈钢，换热装置材质为钛材。