CN108543506B - 用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例涉及一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，包括筒体(5)、左封头(1)和右封头(10)，在筒体(5)的外壁上沿反应器纵向垂直横截面中心线方向上设置有第一循环混合反应液进口(2)、进料管(3)和第二循环混合反应液进口(6)；其中，第二循环混合反应液进口(6)连接有上双向喷射器(b)和下双向喷射器(c)，循环混合反应液进口(2)连接有单向喷射器(a)。本发明的目的在于提供一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的节能高效的反应器。

Description

用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器

技术领域

本发明涉及一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器。

背景技术

乙腈是一种性能优良的有机溶剂，也是精细化工领域的一种重要原料。乙腈的用途非常广泛。当前，合成丙烯腈副产乙腈法已成为工业化乙腈生产的主要方法。当前，在丙烷或丙烯与氨氧化合成丙烯腈的生产装置中，其副产物乙腈的回收设备中的粗乙腈反应器的现状为：从外形上均采用卧式或立式反应器，反应器上附带搅拌器(搅拌器功率一般在5KW～30KW 之间)和蒸汽加热盘管。

对于立式反应器来讲，a、反应器上仅设一台搅拌器，搅拌器功率较大，如以10万吨/年丙烯腈行业最低入口门槛配套，至少需要25KW以上，为此能耗较高；b、一旦搅拌器出现故障停运，将直接影响整个生产正常运行； c、反应器采用外置式单搅拌器，在实际生产过程中会经常出现搅拌器桨叶脱落和轴套磨损搅拌器摆动量大等异常情况，将严重影响粗乙腈液与碱液在反应器内的混合效果，从而直接影响粗乙腈液中的主要杂质与碱液中的碱性物质所进行的化学和聚合反应效果，最终将直接影响粗乙腈液中主要杂质的除杂效果；d、由于搅拌器存在搅拌死角，会使得反应器内的流体存在返混或短路等混合不均匀的现象，将会直接影响到粗乙腈液内主要杂质的化学和聚合反应速度和反应效果；e、反应器采用一个搅拌器，因功率高或运行周期长等原因，搅拌器轴与反应器壁接触的密封装置处容易出现磨损过大的情况，即经常出现反应器内易燃易爆气体泄漏的现象，这样，不但不利于化工装置污染物总量的控制(环保法强制要求)，造成环境污染，特别是会给生产现场的操作人员的身心健康带来非常大的危害。

对于卧式反应器来讲，a、反应器上可设多台搅拌器，搅拌器功率会相应降低，如每台搅拌器的功率可降到1.1KW(如一个反应器上设计5台搅拌器)，虽然可大大降低能耗，但会相应增大设备投资；b、由于搅拌器的增多，虽然提高了反应器内混合反应液的搅拌及混合效果，但反应器内混合反应液的热量损失相应会增大，即会造成反应器内的混合反应液的温度波动性增大，从而将直接影响粗乙腈液内主要杂质的化学反应和聚合反应效果，这样就需要在反应器底部增设蒸汽加热器(尤其在北方的生产企业) 来补充此热量损失，为此反应器的制造成本相应会增加；c、反应器上采用多个搅拌器装置，同样存在立式反应器内易燃易爆气体泄漏的弊端。

另外，以上两种类型反应器通常将反应温度控制在45±5℃的条件下，都存在反应时间较长(超过3h以上)的实际问题。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的节能高效的反应器。

为实现上述目的，本发明提供一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，包括筒体、左封头和右封头，在筒体的外壁上沿反应器纵向垂直横截面中心线方向上设置有第一循环混合反应液进口、进料管和第二循环混合反应液进口；其中，第二循环混合反应液进口连接有上双向喷射器和下双向喷射器，第一循环混合反应液进口连接有单向喷射器。

根据本发明的实施例，筒体内设置有第一隔板、第二隔板和第三隔板；其中，左封头、筒体和第一隔板组成第一混合反应区；第一隔板、筒体和第二隔板组成第二混合反应区；第三隔板、筒体和右封头组成排液区；第二隔板和第三隔板之间为终反应液的缓流通道；其中，第一循环混合反应液进口和进料管设置在第一混合反应区，第二循环混合反应液进口设置在第二混合反应区。

根据本发明的实施例，第一隔板的上边缘和下边缘均与筒体有间隙，第二隔板上设置有多个通孔，第三隔板的上边缘与筒体有间隙。

根据本发明的实施例，在第一混合反应区设置有电耦合温控系统，用于指示并控制反应器内混合反应液的温度；在第一混合反应区设置有指示式液位计，用于混合反应液的液位指示；在排液区设置有插入式液位计，用于调控终反应液的液位。

根据本发明的实施例，与第一循环混合反应液进口相对的筒体的外壁上设置有循环反应液出口和终反应液出口，终反应液出口位于排液区。

根据本发明的实施例，循环反应液出口包括左出口和右出口，左出口和右出口分别设置在第一隔板的两侧，其中，左出口位于第一混合反应区，右出口位于第二混合反应区，且左出口与第一循环混合反应液进口连接，右出口与第二循环混合反应液进口连接。

根据本发明的实施例，循环反应液出口设置有防涡挡板。

根据本发明的实施例，反应器的筒体设置在支座上。

根据本发明的实施例，筒体的外壁上设置有人孔。

根据本发明的实施例，第一隔板和第二隔板和第三隔板上均设置有人孔。

本发明的有益技术效果在于：

循环混合反应液从具有特殊高效混合能力结构的喷射器a、b和c高速喷出在反应器内的第一和第二混合反应区内分别形成纵向旋转高速喷射流体，该流体同时带动喷射流体周边的液体湍流旋转形成循环扰动混合流体，从而使得第一和第二混合反应区内的混合反应液混合的更为高效均匀，有利于使其化学反应和聚合反应速度更快及更为彻底。

反应器内设置电耦合温控系统，控制反应器内混合反应液的温度，缩短反应时间。

反应器内设置液体喷射器，操作压力小，混合能力大，其所需功率与搅拌器功率相比，可节能50％以上。

附图说明

图1为本发明乙腈反应器的结构示意图；

图2为图1中乙腈反应器第一隔板示意图；

图3为图1中乙腈反应器第二隔板示意图；

图4为图1中乙腈反应器第三隔板示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明提供一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器。该反应器包括筒体5、左封头1和右封头10。进一步地，在筒体5的外壁上沿反应器纵向垂直横截面中心线方向上设置有第一循环混合反应液进口2、进料管3和第二循环混合反应液进口6。此外，第二循环混合反应液进口6连接有上双向喷射器b和下双向喷射器c，并且第一循环混合反应液进口2连接有单向喷射器a。

在上述实施例中，循环混合反应液体从喷射器a、b和c高速喷出，循环混合反应液在螺旋离心力和突然减压扩张力的作用下，带动周边的混合反应液螺旋式向前按照喷嘴设定方向推动液体，并形成射击流高效混合。与此同时，该射击流与喷嘴周围的混合反应液也存在着扰动高效混合和折返流再高效混合的混合过程，促使粗乙腈液与碱液混合的更为均匀，使得化学反应和聚合反应更为彻底。

如图1所示，根据本发明的实施例，筒体5内设置有第一隔板4、第二隔板7和第三隔板8。具体地，左封头1、筒体5和第一隔板4组成第一混合反应区；第一隔板4、筒体5和第二隔板7组成第二混合反应区；第三隔板8、筒体5和右封头10组成排液区。进一步，如图1所示，第二隔板7和第三隔板8之间为终反应液的缓流通道。其中，第一循环混合反应液进口2和进料管3设置在第一混合反应区，第二循环混合反应液进口6 设置在第二混合反应区。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例，第一隔板4的上边缘和下边缘均与筒体5有间隙，这种结构可以使得混合反应液在循环喷射混合过程中不出现死角，利于混合均匀及化学反应和聚合反应更为彻底。第一隔板4的上边缘和下边缘的形状可根据具体使用情况而定，本发明并不局限于此。

进一步如图1和图3所示，第二隔板7上设置有多个通孔，这种结构可以使得促进从第二循环混合反应液进口6的上双向固定器b和下双向固定器c喷出的混合反应液与混合反应区内的液体高效混合的过程中，再与第二隔板7上的通孔相互摩擦、撞击，产生更为复杂的紊流、扰动流和喷射流，更有利于混合。

进一步如图1和图4所示，第三隔板8的上边缘与筒体5有间隙，使缓流通道的反应结束的终反应液从第三隔板8的上边缘溢流进入排液区。

参照图1，可以理解的是，以上设置可以将反应器的工作过程划分为第一级混合反应过程和第二级混合反应过程，混合反应液在第一混合反应区内反应一段时间，与此同时，混合反应液通过第一隔板4和筒体5之间的间隙被送入第二混合反应区，根据液位的控制要求可开启第二混合反应过程，第二混合反应区反应结束后，终反应液通过第二隔板7和第三隔板 8之间的缓流间隙从第三隔板8的上边缘溢流进入排液区内。

根据本发明的另一个实施例，参照图3，在第二隔板7的中心线下面均匀的开有直径为20mm～50mm的通孔，便于混合反应液顺利的进入缓流通道。对于第二隔板7上的通孔数量及孔径大小均可根据具体的使用情况而定，本发明不局限于此。第二隔板7的中心线上部靠近筒体5顶部的位置开有三个直径为50mm的通孔，这样在反应器内的液体达到一定的液位后，有利于保持反应器内上部压力的平衡，开孔的数量及位置均可根据反应器内的混合反应区的液位高度的具体情况而定，本发明并不局限于此。

在上述实施例中，以第一混合反应区为例，从喷射器a喷出的混合反应液的混合过程中产生三种高效混合：

1.射流高效混合：从喷射器a高速喷出的混合反应液液体，在螺旋离心力和突然减压扩张力的作用下，带动喷射器a的喷射嘴周边的混合反应液体螺旋式向前按照喷射器a设定的方向推动液体，形成射击流，反应器内的混合反应液与喷射流在反应器内形成合理液体流流场分布，强化混合反应液体的混合过程，达到高效混合和均匀混合的目的。

2.扰动高效混合：从喷射器a喷射出来的流体，与反应器内的混合反应液在喷射区形成湍流流场，在湍流流场中两种流体进一步流动的过程中，会发生流体间的湍流扩散和振荡运动、喷射流与原有混合液体的碰撞摩擦运动等流体混合过程，这样能有效促进喷射流体与周围混合反应液流体的进一步高效均匀混合，并促进其化学反应和聚合反应顺利进行。

3.折返流再高效混合：从喷射器a高速喷出的流体与反应器内的混合反应液流体在反应器内流动混合过程中，碰到第一隔板4或筒体5的器壁后方向会发生改变，形成折返流，从而带动反应器内喷射器a喷嘴上部与液面之间的液体沿喷射器a的喷射嘴、第一隔板4向液面上方的运动，到达液面后再沿液面向下折返流动起来，这样就会在喷射器a的喷射嘴上方的一定空间内形成纵向旋涡状折返混合流体区，在该区内的粗乙腈液与碱液可达到更进一步的高效均匀混合。通过上述三种高效混合过程，使粗乙腈液与碱液中的碱性物质达到高效混合而充分接触，并发生高效的化学反应和聚合反应。

参照图1，根据本发明的实施例，在第一混合反应区设置有电耦合温控系统12，用于指示并控制反应器内混合反应液的温度，同时联动控制进入反应器的粗乙腈液温度，保持反应器内温度的稳定，确保最优反应速度。在第一混合反应区设置有指示式液位计11，用于混合反应液的液位指示。在排液区设置有插入式液位计9，用于调控终反应液的液位。

参照图1，根据本发明的实施例，与第一循环混合反应液进口2相对的筒体5的外壁上设置有循环反应液出口13和终反应液出口17，终反应液出口17位于排液区。

参照图1，根据本发明的实施例，循环反应液出口13包括左出口和右出口，左出口和右出口分别设置在第一隔板4的两侧，其中，左出口位于第一混合反应区，右出口位于第二混合反应区，且左出口与第一循环混合反应液进口2连接，右出口与第二循环混合反应液进口6连接。

在上述实施例中，粗乙腈液和碱液由进料管3被送入第一混合反应区，当反应器内指示式液位计11指示液位达到设定值(例如，30％)时，为使混合反应液均匀混合，促使粗乙腈液中的杂质和碱液中的碱性物质发生的化学反应和聚合反应更加彻底，可启动反应液循环混合模式。

此时，开启连接循环反应液出口13的左出口和第一循环混合反应液进口2单向喷射器a的混合液输送泵(图中未示出)，混合反应液从喷射器a 高速喷出，与混合区内的混合反应液在螺旋离心力和突然减压扩张力的作用下，带动喷射器周边的混合反应液体高效混合。与此同时，在第一混合反应区内的混合反应后的液体从第一隔板4的上边缘和下边缘与筒体的间隙处流入第二循环混合反应区。当液位没过第二循环混合反应液进口6的下双向固定喷射器c时，即可开启循环混合反应液输送泵(图中未示出)，将循环混合反应液从循环反应液出口13的右出口输送到第二循环混合反应液进口6的上双向固定喷射器b和下双向固定喷射器c，循环混合液从喷射器b、c高速喷出在反应器的第二混合反应区内形成高速循环流，在螺旋离心力和突然减压扩张力的作用下，带动喷射器周边的混合反应液体螺旋式的向前按照喷射器设定的方向推动液体，并形成射击流的高效混合。

此时，该射击流与喷射器周围的混合反应液也存在着扰动高效混合和折返流再高效混合的混合过程，促使粗乙腈与碱液混合的更为均匀，使得化学反应和聚合反应更为彻底。

经过第一和第二混合反应区的高效均匀混合以及发生的快速化学和聚合反应后，反应后的混合反应液通过第二隔板7和第三隔板8的缓流通道顺流流入由右封头10和第三隔板8组成的排流区内。当插入式液位计9指示的终反应液达到一定的液位后，开启终反应液出口17的阀门，终反应液通过排液泵(图中未示出)排出反应器进入下道工序进行处理。

参照图1，根据本发明的实施例，循环反应液出口13设置有防涡挡板 14，防止流出的混合反应液对混合液输送泵(图中未示出)造成气蚀。

参照图1，根据本发明的实施例，反应器的筒体5设置在支座16上。

参照图1，根据本发明的实施例，筒体5的外壁上设置有人孔15。优选地，人孔15设置在反应器筒体5的中间稍下一点的地方，以便于维修人员进入反应器内。

参照图2、图3和图4，根据本发明的实施例，第一隔板4和第二隔板 7和第三隔板8上均设置有人孔，以便于维修人员进入反应器内进行维修操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，包括筒体(5)、左封头(1)和右封头(10)；

在所述筒体(5)的外壁上沿所述反应器纵向垂直横截面中心线方向上设置有第一循环混合反应液进口(2)、进料管(3)和第二循环混合反应液进口(6)；

其中，所述第二循环混合反应液进口(6)连接有上双向喷射器(b)和下双向喷射器(c)，所述第一循环混合反应液进口(2)连接有单向喷射器(a)，

其中，所述筒体(5)内设置有第一隔板(4)、第二隔板(7)和第三隔板(8)；

其中，所述左封头(1)、所述筒体(5)和所述第一隔板(4)组成第一混合反应区；

所述第一隔板(4)、所述筒体(5)和所述第二隔板(7)组成第二混合反应区；

所述第三隔板(8)、所述筒体(5)和所述右封头(10)组成排液区；

所述第二隔板(7)和所述第三隔板(8)之间为终反应液的缓流通道；

其中，所述第一循环混合反应液进口(2)和所述进料管(3)设置在所述第一混合反应区，所述第二循环混合反应液进口(6)设置在所述第二混合反应区。

2.根据权利要求1所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，所述第一隔板(4)的上边缘和下边缘均与所述筒体(5)有间隙，所述第二隔板(7)上设置有多个通孔，所述第三隔板(8)的上边缘与所述筒体(5)有间隙。

3.根据权利要求1所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，在所述第一混合反应区设置有电耦合温控系统(12)，用于指示并控制所述反应器内混合反应液的温度；在所述第一混合反应区设置有指示式液位计(11)，用于混合反应液的液位指示；在所述排液区设置有插入式液位计(9)，用于调控终反应液的液位。

4.根据权利要求1所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，与所述第一循环混合反应液进口(2)相对的所述筒体(5)的外壁上设置有循环反应液出口(13)和终反应液出口(17)，所述终反应液出口(17)位于所述排液区。

5.根据权利要求4所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，所述循环反应液出口(13)包括左出口和右出口，所述左出口和所述右出口分别设置在所述第一隔板(4)的两侧，其中，所述左出口位于所述第一混合反应区，所述右出口位于所述第二混合反应区，且所述左出口与所述第一循环混合反应液进口(2)连接，所述右出口与所述第二循环混合反应液进口(6)连接。

6.根据权利要求4所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，所述循环反应液出口(13)设置有防涡挡板(14)。

7.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述反应器的所述筒体(5)设置在支座(16)上。

8.根据权利要求1所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，所述筒体(5)的外壁上设置有人孔(15)。

9.根据权利要求1所述的用于丙烯腈生产过程中的副产物乙腈回收的反应器，其特征在于，所述第一隔板(4)和所述第二隔板(7)和所述第三隔板(8)上均设置有人孔。

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