CN107297184A - 一种生产n‑甲基吡咯烷酮的反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生产N‑甲基吡咯烷酮的反应器，其能解决现有夹套式反应器产量低、产品质量差、能耗高，同时还会产生大量的废水，且废水处理困难、处理成本高的问题。其包括圆筒和安装在圆筒两端的封头，圆筒内部沿其长度方向设有与其同轴的圆管，圆管通过盘管支撑架与圆筒的内壁固接，圆管的上、下两侧沿其长度方向固接有折流板，圆管与圆筒之间的区域内、沿圆筒的径向设置有4~7层盘管，每层盘管呈螺旋形并沿圆管的长度方向盘设，盘管与圆管同轴，相邻两层盘管首尾相连通，盘管支撑于盘管支撑架上，盘管的两端分别由封头上开设的内盘管进口和内盘管出口伸出；其中一个封头上设有导热油进口，另一个封头上设有导热油出口。

Description

一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器
技术领域
本发明涉及反应器技术领域，具体为一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器。
背景技术
N-甲基吡咯烷酮可作为锂离子电池溶剂、医药、染料和绝缘材料，其市场前景广阔。通常N-甲基吡咯烷酮是采用甲胺与γ-丁内酯在高温高压下反应制得，生产N-甲基吡咯烷酮的反应器主要为夹套式反应器。夹套式反应器的盘管和夹套的示意图见图1，盘管8为首尾相连的U形盘管，高压物料在U形盘管内反应，U形盘管的两侧管外侧包裹夹套24，相邻两夹套24之间通过管路25连通，夹套24内充入导热油，反应开始时，导热油为物料供热，达到反应温度后，甲胺与γ-丁内酯开始反应，放出大量热量，此时导热油起散热作用，以保证设备安全，但此种反应器具有以下缺点：
1）由于盘管为首尾相连的U形盘管，占用空间大，因此限制了设备的吨位，通常夹套式反应器的吨位仅为1000吨左右，产量低；
2）由于夹套只包裹了U形盘管的两侧管，使得导热油的传热效果差，不仅供热慢，而且无法有效散热，因此只能使用40%的甲胺水溶液与γ-丁内酯进行反应，以此减少放热，确保生产安全，而无法用纯甲胺与γ-丁内酯进行反应，故使得产量小，产品质量差，能耗高，同时还会产生大量的废水，且废水处理困难、处理成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其能解决现有夹套式反应器产量低、产品质量差、能耗高，同时还会产生大量的废水，且废水处理困难、处理成本高的问题。
其技术方案是这样的：一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：其包括横向设置的圆筒和安装在所述圆筒两端的封头，所述圆筒内部沿其长度方向设有与其同轴的圆管，所述圆管两端封闭，所述圆管通过盘管支撑架与所述圆筒的内壁固接，所述圆管的上、下两侧沿其长度方向固接有折流板，所述折流板与所述圆管的轴线垂直，位于所述圆管两侧的所述折流板错开设置；所述圆管与所述圆筒之间的区域内、沿所述圆筒的径向设置有4~7层盘管，每层所述盘管呈螺旋形并沿所述圆管的长度方向盘设，所述盘管与所述圆管同轴，相邻两层所述盘管首尾相连通，所述盘管支撑于所述盘管支撑架上，所述盘管的两端分别由所述封头上开设的内盘管进口和内盘管出口伸出；其中一个所述封头上设有导热油进口，另一个所述封头上设有导热油出口，所述圆筒的顶部分别设有测温口、压力表口和安全阀口，所述圆筒的底部设有排污口。
其进一步特征在于：
所述盘管支撑架包括两个侧板和支撑板，所述侧板呈板条状，两个所述侧板分别位于所述圆管的两端，所述侧板垂直于所述圆管且其两端分别连接所述圆管和所述圆筒；所述支撑板的数量与所述盘管的层数相等，所述支撑板并排平行设置在两个所述侧板之间、且其两端分别与两个所述侧板固接；所述支撑板上沿其长度方向设有若干个倒U形锁扣，所述倒U形锁扣的两端通过螺栓固定在所述支撑板上；所述盘管支撑架沿所述圆管的周向均布设置，所述盘管穿设在所述倒U形锁扣与所述支撑板围成的空间。
所述盘管支撑架还包括若干个加强板，所述加强板沿所述支撑板的长度方向均布设置并与所述支撑板垂直固接，所述加强板的一端固接在所述圆管上。
所述盘管的伸出所述内盘管进口和所述内盘管出口的部分均设有压力表接口和测温孔。
所述导热油进口的数量为四个并沿所述封头的周向均布设置，所述导热油出口的数量为四个并沿所述封头的周向均布设置。
所述圆管内沿其长度方向均布固接有若干个隔板，所述隔板与所述圆管的轴向垂直。
其中一个所述封头上设有人孔。
其中一个所述封头上设有放空口。
所述圆筒的底部安装有鞍座。
所述管盘为7层。
本发明的有益效果是：
1）本发明的盘管为4~7层呈螺旋形盘设的盘管，结构紧凑，充分利用了圆筒内部空间，与U形盘管相比，在反应器占用空间不变的情况下，盘管体积大大增加，可显著提高设备吨位，设备吨位可达万吨级，进而显著提高N-甲基吡咯烷酮的产量；
2）本设备的盘管完全浸在导热油内，与夹套式反应器相比，盘管的传热面积大大增加，使导热油的传热效果显著提升，导热油散热效果好且均匀，确保了反应安全，可用纯甲胺与γ-丁内酯进行反应，大大提高了产品产量和产品质量，降低能耗，由于采用纯甲胺代替了甲胺水溶液，故不会产生废水，可减少污染，节约治理成本；
3）本发明的圆筒内设有圆管，其可防止导热油沿盘管中心流动，使导热油完全浸泡盘管并沿折流板流动，保证有效传热。
附图说明
图1为夹套式反应器的夹套与盘管的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为图2中A区域的局部放大图；
图4为沿图2中B-B线的剖视图。
附图标记：1-圆筒；2-封头；3-鞍座；4-圆管；5-盘管支撑架；6-折流板；7-放空口；8-盘管；9-内盘管进口；10-内盘管出口；11-导热油进口；12-导热油出口；13-测温口；14-压力表口；15-安全阀口；16-排污口；17-支撑板；18-倒U形锁扣；19-螺栓；20-压力表接口；21-测温孔；22-隔板；23-人孔；24-夹套；25-管路；26-侧板；27-加强板。
具体实施方式
见图2，本发明的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其包括横向设置的圆筒1和安装在圆筒1两端的封头2，圆筒1的底部安装有鞍座3，圆筒1内部沿其长度方向设有与其同轴的圆管4，圆管4两端封闭，圆管4通过盘管支撑架5与圆筒1的内壁固接，圆管4的上、下两侧沿其长度方向固接有折流板6，折流板6与圆管4的轴线垂直，位于圆管4两侧的折流板6错开设置；圆管4与圆筒1之间的区域内、沿圆筒1的径向设置有4~7层盘管8，图1中盘管8为7层，每层盘管8呈螺旋形并沿圆管4的长度方向盘设，盘管8与圆管4同轴，相邻两层盘管8首尾相连通，盘管8支撑于盘管支撑架5上，盘管8的两端分别由封头2上开设的内盘管进口9和内盘管出口10伸出；其中一个封头2上设有导热油进口11，另一个封头2上设有导热油出口12，圆筒1的顶部分别设有测温口13、压力表口14和安全阀口15，圆筒1的底部设有排污口16。
见图3和图4，优选的，盘管支撑架5包括两个侧板26和支撑板17，侧板26呈板条状，两个侧板26分别位于圆管4的两端，侧板26垂直于圆管4且其两端分别连接圆管4和圆筒1；支撑板17的数量与盘管8的层数相等，支撑板17并排平行设置在两个侧板26之间、且其两端分别与两个侧板26固接；支撑板17上沿其长度方向设有若干个倒U形锁扣18，倒U形锁扣18的两端通过螺栓19固定在支撑板17上；盘管支撑架5沿圆管4的周向均布设置，盘管8穿设在倒U形锁扣18与支撑板17围成的空间。盘管支撑架5还包括若干个加强板27，加强板27沿支撑板17的长度方向均布设置并与支撑板17垂直固接，加强板27的一端固接在圆管4上。盘管支撑架的设置可以确保每层盘管以及盘管的层与层之间结构稳定。
见图2，优选的，盘管8的伸出内盘管进口9和内盘管出口10的部分均设有压力表接口20和测温孔21。如此便于对进料和出料的温度和压力进行检测。
见图2，优选的，导热油进口11的数量为四个并沿封头2的周向均布设置，导热油出口12的数量为四个并沿封头2的周向均布设置。如此可保证导热油在反应器内分布均匀。
见图2，优选的，圆管4内沿其长度方向均布固接有若干个隔板22，隔板22与圆管4的轴向垂直。如此可加强圆管的强度。
见图2，优选的，其中一个封头2上设有人孔23，可便于对反应器进行检修。
见图2，优选的，其中一个封头2上设有放空口7，放空口上可安装安全阀，确保设备运行安全。
下面具体描述下采用本发明装置生产N-甲基吡咯烷酮的过程：将导热油注入反应器，采用气相缓冲罐和小型高压氮气压缩机将纯甲胺和γ-丁内酯由内盘管进口送入盘管，在温度为270℃、压力为70kg的条件下，纯甲胺与γ-丁内酯发生反应生成N-甲基吡咯烷酮和水，由内盘管出口排出进入后续的分离装置，将N-甲基吡咯烷酮和水分离获得N-甲基吡咯烷酮。
本发明的反应器还可用于氨与γ-丁内酯反应制备α-吡咯烷酮。

Claims (10)

1.一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：其包括横向设置的圆筒和安装在所述圆筒两端的封头，所述圆筒内部沿其长度方向设有与其同轴的圆管，所述圆管两端封闭，所述圆管通过盘管支撑架与所述圆筒的内壁固接，所述圆管的上、下两侧沿其长度方向固接有折流板，所述折流板与所述圆管的轴线垂直，位于所述圆管两侧的所述折流板错开设置；所述圆管与所述圆筒之间的区域内、沿所述圆筒的径向设置有4~7层盘管，每层所述盘管呈螺旋形并沿所述圆管的长度方向盘设，所述盘管与所述圆管同轴，相邻两层所述盘管首尾相连通，所述盘管支撑于所述盘管支撑架上，所述盘管的两端分别由所述封头上开设的内盘管进口和内盘管出口伸出；其中一个所述封头上设有导热油进口，另一个所述封头上设有导热油出口，所述圆筒的顶部分别设有测温口、压力表口和安全阀口，所述圆筒的底部设有排污口。
2.根据权利要求1所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述盘管支撑架包括两个侧板和支撑板，所述侧板呈板条状，两个所述侧板分别位于所述圆管的两端，所述侧板垂直于所述圆管且其两端分别连接所述圆管和所述圆筒；所述支撑板的数量与所述盘管的层数相等，所述支撑板并排平行设置在两个所述侧板之间、且其两端分别与两个所述侧板固接；所述支撑板上沿其长度方向设有若干个倒U形锁扣，所述倒U形锁扣的两端通过螺栓固定在所述支撑板上；所述盘管支撑架沿所述圆管的周向均布设置，所述盘管穿设在所述倒U形锁扣与所述支撑板围成的空间。
3.根据权利要求2所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述盘管支撑架还包括若干个加强板，所述加强板沿所述支撑板的长度方向均布设置并与所述支撑板垂直固接，所述加强板的一端固接在所述圆管上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述盘管的伸出所述内盘管进口和所述内盘管出口的部分均设有压力表接口和测温孔。
5.根据权利要求4所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述导热油进口的数量为四个并沿所述封头的周向均布设置，所述导热油出口的数量为四个并沿所述封头的周向均布设置。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述圆管内沿其长度方向均布固接有若干个隔板，所述隔板与所述圆管的轴向垂直。
7.根据权利要求6所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：其中一个所述封头上设有人孔。
8.根据权利要求7所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：其中一个所述封头上设有放空口。
9.根据权利要求7或8所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述圆筒的底部安装有鞍座。
10.根据权利要求9所述的一种生产N-甲基吡咯烷酮的反应器，其特征在于：所述管盘为7层。
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