CN108675908A - 一种炸药微通道连续反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炸药微通道连续反应系统，包括三个隔离的区域，即原料区、反应区和产品区，原料区与反应区连接，反应区由n个微通道反应器串联而成，每个微通道反应器包括原料层和夹套层，夹套层对原料层进行油浴控温；原料层由多个反应单元连接而成，原料在多个反应单元内连续混合和反应；反应区连接产品区；所述夹套层设置油浴温度传感器，原料层设置原料温度传感器，原料泵设置流量计和压力传感器，油浴温度传感器、原料温度传感器、流量计和压力传感器均与CPU连接形成安全联锁；反应系统还设置了急停按钮控制所有电机。该炸药微通道连续反应系统具有混合效果好、安全性高、连续生产、无缝放大等优点。

Description

一种炸药微通道连续反应系统

技术领域

本发明涉及炸药连续反应设备及其安全控制，更具体地，本发明涉及一种炸药微通道连续反应系统。

背景技术

目前，炸药合成反应多采用传统搅拌混合釜进行，各种原料经前处理后，进入混合釜进行搅拌和混合反应，出料后进行后处理，得到产品。传统反应方式混合效果好，但存在单批次药量较大、安全风险较大、不能连续生产、工艺量级放大需要修改工艺参数等缺点。

发明内容

微通道连续反应系统，由于其总换热效率和流体混合的传质性能比传统的搅拌釜式反应器高出很多倍，在化学合成应用中具有显著的优势。在炸药合成反应中，得益于这些优势，炸药微通道合成反应系统具有混合效果好、安全性高、连续生产、无缝放大等优点。

本发明的目的是提供一种炸药微通道连续反应系统及安全控制方法，从区域隔离安全、工艺安全、控制安全、操作安全等多方面保证其安全性。炸药微通道连续反应系统具有混合效果好、安全性高、连续生产、无缝放大等优点。

本发明采用以下技术方案：

一种炸药微通道连续反应系统，分割成三个隔离的区域，包括原料区、反应区和产品区，所述原料区包括原料的称量、溶解设备，还包括原料泵，所述原料泵与反应区的微通道原料入口连接将原料区的原料泵入反应区并控制反应区每个微通道反应器中的流量≤20mL/min；所述反应区由n个微通道反应器串联而成，n为正整数，每个微通道反应器包括原料层和夹套层，原料层设置在夹套层内并且相互隔离形成各自的通道，原料层进行原料的合成反应，夹套层由恒温热油设备供给恒定工艺温度的热油对原料层进行控温，每个微通道反应器包括原料的入口和出口、热油的入口和出口；每个微通道反应器中的原料层由多个反应单元连接而成，原料在多个反应单元内连续混合和反应；所述反应单元是由基体和蜿蜒分布在基体上的内径≤5mm的微通道组成；位于反应区末尾的微通道反应器的原料出口连接产品区，在产品区对产物进行后处理，得到产品；所述夹套层设置油浴温度传感器，原料层设置原料温度传感器，原料泵设置流量计和压力传感器，所述油浴温度传感器、原料温度传感器、流量计和压力传感器均与CPU连接形成安全联锁，当油浴温度传感器检测到油浴温度超温则CPU自动报警并切断加热电源，同时向夹套层中加冷油，当原料温度传感器检测到原料温度超温则CPU自动报警并开启卸料阀，当流量计检测到原料泵超量则CPU自动报警并停止进料，当压力传感器检测到原料泵超压则CPU自动报警并停止进料；反应系统还设置了急停按钮，急停按钮与原料泵的电机和恒温热油设备中的油泵电机电路连接，当按下急停按钮，所有电机停止动力动作，CPU自动报警。

所述的炸药微通道连续反应系统，其原料泵包括第一原料泵和第二原料泵，分别与微通道的两个原料入口连接。

所述的炸药微通道连续反应系统，其第一原料泵单独连接一个微通道反应器，第二原料泵单独连接一个微通道反应器，第一原料泵、第二原料泵泵入的原料分别经过各自单独连接的微通道反应器后再共同接入下一个微通道反应器进行混合反应。

所述的炸药微通道连续反应系统，其每次连续反应完毕后，反应系统自动泵入清洗液对微通道反应器进行清洗。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明针对炸药合成反应的传统搅拌混合釜方式存在的单批次药量较大、安全风险较大、不能连续生产、工艺量级放大需要修改工艺参数等缺点，提供了一种炸药微通道连续反应系统，从区域隔离安全、工艺安全、控制安全、操作安全等多方面保证其安全性，该炸药微通道连续反应系统具有混合效果好、安全性高、连续生产、无缝放大等优点。

附图说明

图1为炸药微通道连续反应系统示意图。

图2为自动报警原理图。

图3为急停电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，炸药微通道连续反应系统分割成三个隔离的区域，包括原料区、反应区和产品区，对区域进行隔离可以形成更加安全的反应环境。原料区包括原料的称量、溶解设备，称量和溶解设备都采用常规设备，溶解后的原料由原料泵泵至反应区，因此原料区还设置了原料泵，原料泵与反应区的微通道原料入口连接将原料区的原料泵入反应区并控制反应区每个微通道反应器中的流量≤20mL/min；原料泵包括第一原料泵和第二原料泵，分别与微通道的两个原料入口连接。反应区由n个微通道反应器串联而成，n为正整数，根据流量与产物量比决定n值，比如利用5个微通道反应器串联，或者利用10个微通道反应器串联。每个微通道反应器包括原料层和夹套层，原料层设置在夹套层内并且相互隔离形成各自的通道，原料层进行原料的合成反应，原料在原料层中流动并进行反应，夹套层由恒温热油设备供给恒定工艺温度的热油对原料层进行控温，每个微通道反应器包括原料的入口和出口、热油的入口和出口，每个微通道反应器的入口、出口进行相应地连接形成串联结构；每个微通道反应器中的原料层由多个反应单元连接而成，原料在多个反应单元内连续混合和反应；反应单元是由基体和蜿蜒分布在基体上的内径≤5mm的微通道组成。位于反应区末尾的微通道反应器的原料出口连接产品区，在产品区对产物进行后处理，后处理包括洗涤、过滤、干燥等常规步骤，经过后处理得到产品。

炸药合成过程伴随着强放热反应工艺(如硝化反应、叠氮反应和脱氮反应等)，高危高毒的溶试剂(如硝酸、硫酸、氨水、叠氮化物等)，采用传统搅拌混合釜进行生产，失控时可引发燃烧爆炸等严重后果。传统釜式反应器一般采用：选择安全性较高的合成路线、逐级放大等措施提高安全性。但任何合成路线都存在单批次药量高、不能连续生产的高风险；逐级放大由于存在放大效应需长时间摸索和研究、定型工艺参数等问题。由于微通道反应器管径微小，投料量很低；原料区、反应区及产品区的区域隔离分区，使反应区正在加热反应的物料仅有数十毫升，而数十上百公斤的物料放置在完全未加热的低温区；加之微通道反应器特有的结构，其总换热效率和流体混合的传质性能比传统的搅拌釜式反应器高出很多倍，因此从本质上大大提高了安全性。由于微通道串联式反应系统无放大效应，可以实现工艺无缝放大，无需逐级放大。炸药微通道连续反应系统，各种原料经前处理后，进入微通道反应器进行混合反应，出料后进行后处理，得到产品。由于其小管径(φ5mm)、低流量(≈20mL/min)，从本质上大大提高了安全性。加之其特有的微通道反应结构，却又能达到混合好、无返流、高通量(年通量>1000m3吨/年)、连续生产、量级无缝放大的目的。

为了使反应过程更加安全，从远程控制和安全联锁两方面保证控制安全。在控制室远程控制，使操作人员与炸药区域隔离操作，并有视频监控。

夹套层设置油浴温度传感器，原料层设置原料温度传感器，原料泵设置流量计和压力传感器，所述油浴温度传感器、原料温度传感器、流量计和压力传感器均与CPU连接形成安全联锁，当油浴温度传感器检测到油浴温度超温则CPU自动报警并切断加热电源，同时向夹套层中加冷油，当原料温度传感器检测到原料温度超温则CPU自动报警并开启卸料阀，当流量计检测到原料泵超量则CPU自动报警并停止进料，当压力传感器检测到原料泵超压则CPU自动报警并停止进料；反应系统还设置了急停按钮，急停按钮与原料泵的电机和恒温热油设备中的油泵电机电路连接，当按下急停按钮，所有电机停止动力动作，CPU自动报警。

自动报警原理图如图2所示。CPU自动计算，当有油浴超温，或物料超温、进料泵超流量、进料泵超压时，常开接点闭合，驱动逻辑继电器M0.0吸合，其常开触点闭合，接通声光报警器，自动报警。

每次连续生产完毕后反应系统自动泵入清洗液对微通道反应器进行清洗，保持反应釜、阀门、管道和洗涤装置的清洁。设置急停按钮，急停按钮与原料泵的电机和恒温热油设备中的油泵电机电路连接，异常情况下按下急停按钮，停止所有电机的动力动作，并自动报警；急停电路原理图如图3所示。当急停按钮拍下时，急停接触器KM1断电，其常闭触点打开，则第一原料泵(进料泵1)、第二原料泵(进料泵2)、油泵电机的主回路供电切断。

根据本发明的一个实施例，第一原料泵、第二原料泵先分别各自连接一个微通道反应器，然后在于串联的反应器连接，使使第一原料泵、第二原料泵中泵入的原料分别经过各自单独连接的微通道反应器后再共同接入下一个微通道反应器进行混合反应，从而调节流流速和压力，保证混合物料比例达到预设要求。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (4)

1.一种炸药微通道连续反应系统，其特征在于分割成三个隔离的区域，包括原料区、反应区和产品区，所述原料区包括原料的称量、溶解设备，还包括原料泵，所述原料泵与反应区的微通道原料入口连接将原料区的原料泵入反应区并控制反应区每个微通道反应器中的流量≤20mL/min；所述反应区由n个微通道反应器串联而成，n为正整数，每个微通道反应器包括原料层和夹套层，原料层设置在夹套层内并且相互隔离形成各自的通道，原料层进行原料的合成反应，夹套层由恒温热油设备供给恒定工艺温度的热油对原料层进行控温，每个微通道反应器包括原料的入口和出口、热油的入口和出口；每个微通道反应器中的原料层由多个反应单元连接而成，原料在多个反应单元内连续混合和反应；所述反应单元是由基体和蜿蜒分布在基体上的内径≤5mm的微通道组成；位于反应区末尾的微通道反应器的原料出口连接产品区，在产品区对产物进行后处理，得到产品；所述夹套层设置油浴温度传感器，原料层设置原料温度传感器，原料泵设置流量计和压力传感器，所述油浴温度传感器、原料温度传感器、流量计和压力传感器均与CPU连接形成安全联锁，当油浴温度传感器检测到油浴温度超温则CPU自动报警并切断加热电源，同时向夹套层中加冷油，当原料温度传感器检测到原料温度超温则CPU自动报警并开启卸料阀，当流量计检测到原料泵超量则CPU自动报警并停止进料，当压力传感器检测到原料泵超压则CPU自动报警并停止进料；反应系统还设置了急停按钮，急停按钮与原料泵的电机和恒温热油设备中的油泵电机电路连接，当按下急停按钮，所有电机停止动力动作，CPU自动报警。

2.根据权利要求1所述的炸药微通道连续反应系统，其特征在于所述原料泵包括第一原料泵和第二原料泵，分别与微通道的两个原料入口连接。

3.根据权利要求2所述的炸药微通道连续反应系统，其特征在于所述第一原料泵单独连接一个微通道反应器，第二原料泵单独连接一个微通道反应器，第一原料泵、第二原料泵泵入的原料分别经过各自单独连接的微通道反应器后再共同接入下一个微通道反应器进行混合反应。

4.根据权利要求1所述的炸药微通道连续反应系统，其特征在于每次连续反应完毕后，反应系统自动泵入清洗液对微通道反应器进行清洗。