CN103381351A - 一种使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工领域，公开了一种使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的装置，由反应釜夹套、泵、加热装置、载热体槽、冷却装置和载热体冷槽通过管道和阀门连接，形成加热单元、激冷单元和冷却单元。激冷单元利用载热体冷槽中的低温载热体对反应釜进行激冷，使反应釜快速上升的反应温度快速下降，防止聚合反应产生爆聚；通过加热和冷却单元能够将反应温度控制在最佳反应温度范围；在对反应釜进行加热、激冷和冷却时，使用同一种载热体，不需将原载热体移出就将不同温度的载热体输入夹套，直接进行替换；使用一台泵来完成载热体的输送，使得装置结构紧凑。反应釜的加热、激冷和冷却过程及其各过程的转换由控制装置控制，使其操作方便、快捷。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，特别是涉及一种使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的装置。
背景技术
某些化工产品在生产过程中，有多种化学反应，有放热反应，有吸热反应，其放热反应需要移走热量，就要对其进行冷却，吸热反应需要提供热量，就需要加热；也有的化学反应对温度的要求在整个反应过程中有所不同，特别是有机物单体进行高分子聚合，属强放热反应，在有机物单体进行高分子进行聚合时，反应需要在引发剂和一定温度下才能开始反应，而在开始反应后放出都是大量热量，聚合过程中的热量不能迅速导出，反应温度急剧上升，反应速率也急剧上升，如果链反应的速率达到失控而就会发生剧烈聚合反应。
目前，在传统的化工工艺中对反应釜加热到冷却时采用不同的载热体，在加热变为冷却时，特别在反应釜需要激冷时就需要将反应釜夹套内载热体全部移出，移出需要一定的时间，冷载热体就不能立刻进入反应釜夹套，不能及时对反应釜内物料降温，就会使上述反应釜的温度迅速上升而得不到控制，从而发生爆聚现象。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的就是克服上述缺点，提供一种能够使用同一种载热体对反应釜进行加热、激冷和冷却的装置，防止反应釜爆燃。
（二）技术方案
为了解决上述化工工艺中的缺点，本发明提供了使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的装置，由反应釜夹套R1、泵P11、加热装置M1、设有加热器和第一冷却器的载热体槽T11、冷却装置M2、设有第二冷却器的载热体冷槽T21、阀门及管道组成；所述反应釜夹套R1与反应釜热交换；其特征在于，其分为载热体加热循环、反应釜加热循环、载热体预冷却循环、反应釜激冷循环、载热体冷却循环和反应釜冷却循环组成；所述各个循环如下：
载热体加热循环由加热装置M1、载热体槽T11、阀门和管道组成，所述加热装置M1的进口和出口通过管道以及阀门与载热体槽T11的加热器连接；
反应釜加热循环由泵P11、载热体槽T11、阀门、管道和反应釜夹套R1组成，所述载热体槽T11的出口与泵P11的进口连接，所述泵P11的出口与反应釜夹套R1的夹套进口N1连接，所述反应釜夹套R1的夹套出口N2与载热体槽T11的进口连接；
载热体预冷却循环由冷却装置M2、载热体冷槽T21、阀门以及管道组成，所述冷却装置M2的进口和出口通过管道以及阀门与载热体冷槽T21的第二冷却器连接；
反应釜激冷循环由载热体冷槽T21、泵P11、阀门、管道和反应釜夹套R1组成，所述载热体冷槽T21的出口与泵P11的进口连接，所述泵P11的出口与反应釜夹套R1的夹套进口N1连接，所述反应釜夹套R1的夹套出口N2与载热体槽T11的进口连接；
载热体冷却循环由冷却装置M2、载热体槽T11、阀门以及管道组成，所述冷却装置M2的进口和出口通过管道以及阀门与载热体槽T11的第一冷却器连接；
反应釜冷却循环由泵P11、载热体槽T11、阀门、管道和反应釜夹套R1组成，所述载热体槽T11的出口与泵P11的进口连接，所述泵P11的出口与反应釜夹套R1的夹套进口N1连接，所述反应釜夹套R1的夹套出口N2与载热体槽T11的进口连接。
其中，所述泵P11为变频泵。
其中，所述载热体冷槽T21的容积为反应釜夹套R1容积的2～6倍。
其中，所述载热体为导热油。
其中，还包括控制装置，所述控制装置包括控制器和信号采集单元，信号采集单元包括设置于反应釜R1中的反应釜传感器N3、设置在载热体槽T11中的载热体槽传感器和设置在载热体冷槽T21的载热体冷槽传感器；控制器分别与信号采集单元、加热装置M1、冷却装置M2、泵P11以及各阀门连接，控制器获取信号采集单元的温度信号，经计算控制各阀门的开启和/或关闭，并控制开启的程度。
（三）有益效果
本发明提供的一种使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的工艺装置，由反应釜夹套或盘管、泵、加热装置、载热体槽、冷却装置和载热体冷槽，并通过管道、阀门连接，形成加热单元、激冷单元和冷却单元等三个单元，通过开启和/或关闭不同的阀门运行不同的单元对反应釜进行加热、激冷和冷却。载热体槽和载热体冷槽使用同一种载热体对反应釜进行加热、激冷和冷却，并且只使用同一台泵来完成载热体的循环输送，使得循环结构简单紧凑。使用载热体冷槽中低温载热体对反应釜中快速上升的温度进行激冷（快速冷却），有效防止聚合反应爆聚的现象的发生，并能够在反应釜温度下降后，启动冷却单元将反应温度控制在反应合适的范围内，使用方便、快捷。
附图说明
图1是本发明实施例使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的装置示意图；
图中，T11：载热体槽；T21：载热体冷槽；P11：泵；R1：反应釜夹套；N1：夹套进口；N2：夹套出口；N3：反应釜传感器；M1：加热装置；M2：冷却装置；V01、V02、V11、V12、V21、V22、V31、V32、V41、V42：阀门。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所述的“第一”和“第二”仅用于说明的方便，不能理解为两者存在着重要性区别，也不能理解为存在技术上的差别，不能用来限制冷却器。
如图1所示，本发明提供一种使用同一种载热体对反应釜加热、激冷（快速冷却）和冷却的工艺方法的装置，包括：反应釜夹套R1、泵P11、加热装置M1、设有加热器和第一冷却器的载热体槽T11、冷却装置M2、设有第二冷却器的载热体冷槽T21、管道和阀门V01、V02、V11、V12、V21、V22、V31、V32、V41、V42；载热体槽T11和载热体冷槽T21装有同一种载热体；反应釜夹套R1用于与反应釜进行热交换。本装置分为反应釜加热单元、反应釜激冷单元和反应釜冷却单元三个单元；所述的每个单元均由两个循环组成，共6个循环，其中反应釜加热单元由载热体加热循环和反应釜加热循环组成；反应釜激冷单元由载热体预冷却循环和反应釜激冷循环组成；反应釜冷却单元由载热体冷却循环和反应釜冷却循环组成；所述各个循环组成如下：
载热体加热循环，由加热装置M1、载热体槽T11的加热器以及阀门V01、V02和管道组成：加热装置M1的出口和进口通过管道及阀门V01、V02与载热体槽T11的加热器连接；打开阀门V01、V02，加热装置M1中的加热剂流到载热体槽T11中的加热器中，循环加热载热体，直至载热体被加热至工艺要求温度后，维持温度，以备使用。
反应釜加热循环，由泵P11、载热体槽T11、阀门V11、V12、管道和反应釜夹套R1组成：载热体槽T11出口经具有阀门V11的管道与泵P11的进口连接，泵P11的出口连接反应釜夹套R1的夹套进口N1，反应釜夹套R1的夹套出口N2通过具有阀门V12的管道与载热体槽T11的进口连接。打开阀门V11、V12及泵P11，载热体槽T11中热载热体通过泵P11带动流向反应釜夹套R1的夹套进口N1，载热体在反应釜夹套R1中与反应釜进行热交换，并由反应釜夹套R1的夹套出口N2及阀门V12流回载热体槽T11。通过对反应釜循环加热，直至将反应釜加热至反应釜内的物料能够反应的温度。
载热体预冷却循环，由冷却装置M2、载热体冷槽T21的第二冷却器、阀门V41、V42以及管道组成：冷却装置M2的出口和进口通过管道及阀门V41、V42与载热体冷槽T21的第二冷却器连接。在反应釜进行操作前，先运行该循环，制备好足够的预冷却液，以备防止反应釜爆聚现象的发生；运行时打开阀门V41、V42，冷却装置M2中的制冷剂经阀门V41及连接管进入载热体冷槽T21的第二冷却器中，对载热体冷槽T21中的载热体进行冷却，再经阀门V42返回到冷却装置M2进行循环冷却。直至载热体被冷却至载热体凝点以上5～10℃或可以满足工艺要求的最低温度，维持温度。
反应釜激冷循环，由载热体冷槽T21、泵P11、阀门V21、V22、管道和反应釜夹套R1组成：载热体冷槽T21出口经具有阀门V21的管道与泵P11的进口连接，泵P11的出口连接反应釜夹套R1的夹套进口N1，反应釜夹套R1的出口通过具有阀门V22的管道与载热体冷槽T21的进口连接。当反应釜内温度出现快速上升时，关闭阀门V11、V12，同时打开阀门V21、V22，载热体冷槽T21中的冷载热体通过泵P11、阀门V21进入反应釜夹套R1中，对反应釜进行激冷，冷却后的冷载热体通过V22返回到载热体冷槽T21中。
载热体转冷循环，由冷却装置M2、载热体槽T11中第一冷却器、阀门V31、V32以及管道组成：冷却装置M2的出口和进口通过管道及阀门V31、V32与载热体槽T11的第一冷却器连接。当反应釜温度下降至反应要求温度之上5～10℃时，开启载热体转冷循环，关闭加热装置M1和阀门V01、V02，打开阀门V31、V32，冷却装置M2中的制冷剂经阀门V31及管道进入载热体槽T11的第一冷却器中，对载热体槽T11的载热体进行循环冷却。
反应釜冷却循环，其与所述反应釜加热循环相同。由泵P11、载热体槽T11、阀门V11、V12以及管道和反应釜夹套R1组成：载热体槽T11出口经具有阀门V11的管道与泵P11的进口连接，泵P11的出口连接反应釜夹套R1的夹套进口N1，反应釜夹套R1的夹套出口N2通过具有阀门V12的管道与载热体槽T11的进口连接。当反应釜温度下降至反应要求的温度时，关闭载热体预冷却循环和反应釜激冷循环，即关闭阀门V41、V42和阀门V21、V22，同时打开阀门V11、V12；载热体槽T11内经转冷却的载热体经阀门V11、泵P11及其管道进入反应釜夹套R1，在夹套内对反应釜进行冷却，再经反应釜夹套出口N2、阀门V12返回到载热体槽T11进行循环冷却，维持反应釜在反应温度，直至反应釜内的反应完成，关闭所有阀门和泵P11。
在使用反应釜进行聚合反应时，激冷单元利用载热体冷槽中的低温载热体对反应釜进行激冷，反应釜快速上升的反应温度快速下降，防止聚合反应产生爆聚；通过加热和冷却单元能够将反应温度控制在最佳反应温度范围。本装置中与反应釜夹套R1相关的循环使用了同一种载热体，即反应釜加热循环、反应釜激冷循环和反应釜冷却循环过程使用同一种载热体。在对反应釜进行加热转激冷、激冷转冷却的转换过程中不需要将载热体排出反应釜夹套R1，只需要根据需要充入所需的载热体替换原来在反应釜夹套中的载热体即可。同时，反应釜夹套R1中始终都有载热体，不会出现压力循环变化，提高反应釜夹套R1的使用寿命。
载热体选用GB23791-2009中规定的有机载热体，也称为导热油。载热体可被加热的最高温度达到所用载热体沸点标准中的最高温度低10～20℃，冷却的最低温度可以低到载热体凝点以上5～10℃。只使用一台泵来完成载热体的输送工作，结构更加紧凑。
进一步的，泵P11选用变频泵，变频泵选用最大流量为1分钟内可以将反应釜夹套R1内的载热体置换一次的齿轮泵。根据反应釜的温度高低，调节变频泵的以调节载热体流入反应釜夹套R1的流量，精确控制温度。
进一步的，载热体冷槽T21的容积与反应釜夹套R1的容积比不小于为2，一般在2～6之间。载热体冷槽T21的容积远大于反应釜夹套R1的容积，确保冷载热体中的载热体能够多次在交换器循环使用，达到激冷（快速冷却）的效果。
进一步的，还包括控制装置，控制装置包括控制器和信号采集单元，信号采集单元包括设置于反应釜R1中的反应釜传感器N3、设置在载热体槽T11中的载热体槽传感器和设置在载热体冷槽T21的载热体冷槽传感器（图未示出）；控制器分别与信号采集单元、加热装置M1、冷却装置M2、泵P11以及各阀门连接，控制器获取信号采集单元的温度信号，经计算控制各阀门的开启和/或关闭，并控制开启的程度。控制器采用可编程控制器，根据不同的反应设置不同的控制程序。反应釜的加热、激冷和冷却过程及其各过程的转换由控制装置控制，使其操作方便、快捷。
上述各单元的使用，根据反应釜内物料温度来确定使用其中一个或者数个单元，并且不仅限于上述所述操作顺序。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种使用同一种载热体对反应釜加热、激冷和冷却的装置，由反应釜夹套（R1）、泵(P11)、加热装置(M1)、设有加热器和第一冷却器的载热体槽(T11)、冷却装置(M2)、设有第二冷却器的载热体冷槽(T21)、阀门及管道组成；所述反应釜夹套(R1)与反应釜热交换；其特征在于，其分为载热体加热循环、反应釜加热循环、载热体预冷却循环、反应釜激冷循环、载热体冷却循环和反应釜冷却循环组成；所述各个循环如下：
载热体加热循环由加热装置（M1）、载热体槽（T11）、阀门和管道组成，所述加热装置（M1）的进口和出口通过管道以及阀门与载热体槽（T11）的加热器连接；
反应釜加热循环由泵（P11）、载热体槽（T11）、阀门、管道和反应釜夹套（R1）组成，所述载热体槽（T11）的出口与泵（P11）的进口连接，所述泵（P11）的出口与反应釜夹套（R1）的夹套进口（N1）连接，所述反应釜夹套（R1）的夹套出口（N2）与载热体槽（T11）的进口连接；
载热体预冷却循环由冷却装置（M2）、载热体冷槽（T21）、阀门以及管道组成，所述冷却装置（M2）的进口和出口通过管道以及阀门与载热体冷槽（T21）的第二冷却器连接；
反应釜激冷循环由载热体冷槽（T21）、泵（P11）、阀门、管道和反应釜夹套（R1）组成，所述载热体冷槽（T21）的出口与泵（P11）的进口连接，所述泵（P11）的出口与反应釜夹套（R1）的夹套进口（N1）连接，所述反应釜夹套（R1）的夹套出口（N2）与载热体槽（T11）的进口连接；
载热体冷却循环由冷却装置（M2）、载热体槽（T11）、阀门以及管道组成，所述冷却装置（M2）的进口和出口通过管道以及阀门与载热体槽（T11）的第一冷却器连接；
反应釜冷却循环由泵（P11）、载热体槽（T11）、阀门、管道和反应釜夹套（R1）组成，所述载热体槽（T11）的出口与泵（P11）的进口连接，所述泵（P11）的出口与反应釜夹套（R1）的夹套进口（N1）连接，所述反应釜夹套（R1）的夹套出口（N2）与载热体槽（T11）的进口连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述泵（P11）为变频泵。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载热体冷槽（T21）的容积为反应釜夹套（R1）容积的2～6倍。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载热体为导热油。
5.如权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置包括控制器和信号采集单元，信号采集单元包括设置于反应釜（R1）中的反应釜传感器（N3）、设置在载热体槽（T11）中的载热体槽传感器和设置在载热体冷槽（T21）的载热体冷槽传感器；控制器分别与信号采集单元、加热装置（M1）、冷却装置（M2）、泵（P11）以及各阀门连接，控制器获取信号采集单元的温度信号，经计算控制各阀门的开启和/或关闭，并控制开启的程度。
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