CN108722322A - 一种放热反应的管道反应器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种放热反应的管道反应器装置，属于化工反应设备技术领域，包括第一供料器、第二供料器、第三供料器、循环管路和产品缓冲罐，其特征在于：所述第一供料器、第二供料器和第三供料器从左至右依次设置，所述循环管路上沿着物料的流动方向依次设置有第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器后方分别设有第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器。本发明提供一种可调节初始流量，保证充分混合、反应热快速撤去的放热反应的管道反应器装置。

Description

一种放热反应的管道反应器装置

技术领域

本发明公开一种放热反应的管道反应器装置，属于化工反应设备技术领域。

背景技术

管道反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长；其结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应。物料在管道反应器内进行放热反应，产生的热量会使反应处于危险状态或者破坏产品的化学、物料性质，需要在生产过程中及时撤去热量，保证生产的稳定进行。因此，需要改进现有的管道反应器，从而使物料在反应过程中能充分混合并快速撤热。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可调节初始流量，保证充分混合、反应热快速撤去的放热反应的管道反应器装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案来实现的：

一种放热反应的管道反应器装置，包括第一供料器、第二供料器、第三供料器、循环管路和产品缓冲罐，所述第一供料器、第二供料器和第三供料器从左至右依次设置，所述循环管路上沿着物料的流动方向依次设置有第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器后方分别设有第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；所述第一供料器包括第一原料罐、第一暂存罐和第一进料管，所述第一原料罐右侧下部连接有第一供料管，所述第一供料管上依次设有第一输送泵和第一流量传感器，所述第一暂存罐和第一原料罐之间设有第一下料管，所述第一暂存罐上部设有第一回料管，所述第一供料管的右端、第一回料管的下端和第一进料管上端相连接，所述第一原料罐下部设有第一称重传感器，所述第一进料管和第一回料管上分别设有第一电磁阀和第二电磁阀；所述第二供料器包括第二原料罐、第二暂存罐和第二进料管，所述第二原料罐右侧下部连接有第二供料管，所述第二供料管上依次设有第二输送泵和第二流量传感器，所述第二原料罐和第二暂存罐之间设有第二下料管，所述第二暂存罐上部设有第二回料管，所述第二供料管的右端、第二回料管的下端和第二进料管的上端相连接，所述第二原料罐下部设有第二称重传感器，所述第二进料管和第二回料管上分别设有第三电磁阀和第四电磁阀；所述第三供料器包括第三原料罐、第三暂存罐和第三进料管，所述第三原料罐右侧下部连接有第三供料管，所述第三供料管上依次设有第三输送泵和第三流量传感器，所述第三原料罐和第三暂存罐之间设有第三下料管，所述第三暂存罐上部设有第三回料管，所述第三供料管的右端、第三回料管的下端和第三进料管的上端相连接，所述第三原料罐下部设有第三称重传感器，所述第三进料管和第三回料管上分别设有第五电磁阀和第六电磁阀，所述第三进料管下部左右两侧分别连接有第一进料支管和第二进料支管，所述第三进料管下部中间位置连接有第三进料支管，所述第一进料支管上从上至下依次设有第一流量控制阀和第四流量传感器，所述第一流量控制阀和第四流量传感器之间电性连接，所述第二进料支管上从上至下依次设有第二流量控制阀和第五流量传感器，所述第二流量控制阀和第五流量传感器之间电性连接，所述第三进料支管上从上至下依次设有第六流量传感器和第三流量控制阀，所述第六流量传感器和第三流量控制阀之间电性连接；所述第一进料管、第二进料管、第一进料支管、第二进料支管和第三进料支管的下端均处于循环管路内部，所述第一进料支管、第二进料支管和第三进料支管插入循环管路的位置分别位于第二换热器、第三换热器和第四换热器的前端；所述产品缓冲罐右侧上部连接有产品排出管，所述产品缓冲罐下部连接有第一出料管，所述第一出料管下部设有限压阀，所述第一出料管左侧连接有第二出料管，所述第二出料管上沿着物料的流动方向依次设有PH值传感器、第五温度传感器和第七流量传感器，所述循环管路的一端与产品缓冲罐的进料口相连接，所述循环管路的另一端与第二出料管的左端相连接；所述产品缓冲罐内部设有由马达驱动的搅拌桨叶。

作为优选，所述第二出料管上设有第一出料泵。

作为优选，所述第二出料管上连接有出料管支路，所述出料管支路中间位置设有第二出料泵，所述第一出料泵和第二出料泵并联设置，所述第一出料泵左右两侧分别设有第七电磁阀和第八电磁阀，所述第二出料泵左右两侧分别设有第九电磁阀和第十电磁阀。

作为优选，所述第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵为计量泵。

作为优选，所述第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵为蠕动泵、凸轮泵、隔膜泵或柱塞泵中的一种。

作为优选，所述第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵为蠕动泵。

该装置在具体实施时，

一、进料方式

初始，调节第一供料器中第一进料管的供料流量时，通过第一流量传感器的反馈来调节第一输送泵的输出，流量没达到预定的要求时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，物料从第一回料管回流至第一暂存罐中，直至调节到希望的流量输出时，第二电磁阀关闭，第一电磁阀打开，物料开始从第一进料管进入循环管路内。

流量转换成质量时，通过第一原料罐的减重，第一称重传感器对一定时间的减重数据进行采集，再由控制软件转化成质量流量。利用质量流量来复核第一流量传感器，再通过第一流量传感器来控制第一输送泵，继而达到所需要的进料流量。

在原料补料时，短时间内不再采集质量流量数据。该过程由第一流量传感器调节第一输送泵来实现精确进料。

第二供料器中第二进料管和第三供料器中第三进料管的供料流量同理进行调节。

二、管道反应

第一供料器、第二供料器和第三供料器中的物料进入循环管路内进行混合和反应，产生的热量首先是被稀释：进入装置的所有物料的总量为X，大循环部分的流量可设计为n倍的X，在不撤热的情况下，系统放热所上升的温度被稀释了n倍；这个被称为稀释热。n大于等于1，优选为5-50，更优选5-20。

其中，第三供料器采用多点进料和多点混合的方式，一方面进一步增加了稀释倍数；另一方面有利于混合的速率和均一性，也更能够做到及时撤热的效果。

循环管路上安装有第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器，可以用来换热，起到撤热的效果。

第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器的后端分别设有第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器，可以实时监测反应后的温度。

利用第四流量传感器、第五流量传感器和第六流量传感器分别控制第一流量控制阀、第二流量控制阀和第三流量控制阀，从而调节第一进料支管、第二进料支管和第三进料支管中物料进入循环管路中的流量，确保循环管路中的物料在经过第二换热器、第三换热器和第四换热器撤热后的温度均满足相应的要求。

三、出料方式

在循环管路上安装有产品缓冲罐，产品缓冲罐的大小以可以储存一定时间(时间h)内的反应液做参考，再考虑产品缓冲罐的装料系数。h以产品缓冲罐的腾空系数计算，即“60/腾空系数”，腾空系数一般可选1-20次，优选为2-10，更优选3-6。

产品缓冲罐下部连接有第一出料管，第一出料管左侧连接有第二出料管，第二出料管上设有第七流量传感器、第五温度传感器和PH值传感器，可以实时监测产品缓冲罐出料口处的物料状态。第一出料管下部设有限压阀，当第二出料管中压力过大时，物料可以通过限压阀排出，确保整个系统的安全。

也可以在第二出料管上设置第一出料泵，达到主动出料的效果。

还可以第二出料管上增设出料管支路，在出料管支路中间位置设置第二出料泵，在第一出料泵左右两侧分别加装第七电磁阀和第八电磁阀，在第二出料泵左右两侧分别加装第九电磁阀和第十电磁阀，第九电磁阀和第十电磁阀的流量不同，根据需要选择开启第一出料泵或第二出料泵来进行出料，从而控制从第二出料管进入循环管路时物料的流量。

四、首次进料方式

一定量的反应物质A先从第一供料器进入循环管路并充满整个系统，然后在分别从第二供料器和第三供料器向循环管路内加入其他反应物质B和C，此时所有物料都在系统内循环直至达到反应液的配比；然后所有物料同一时间一起进料，同时，反应液从产品排出管中开始出料。

也可以一开始用预制好的反应液进入循环体系，然后再进入反应物质A、B和C。物料进入时，反应液就可以开始从产品排出管中进行出料。

五、检测

所有需要的技术参数，都有对应的传感器，实时进行监测并传递信息。

附图说明

图1为本发明放热反应的管道反应器装置的结构示意图；

图2为本发明放热反应的管道反应器装置中第一供料器的结构示意图；

图3为本发明放热反应的管道反应器装置中第二供料器的结构示意图；

图4为本发明放热反应的管道反应器装置中第三供料器的结构示意图；

图5为本发明放热反应的管道反应器装置中产品缓冲罐出口处的结构示意图；

图6为本发明放热反应的管道反应器装置的的流程图。

附图标记：1、第一供料器；2、第二供料器；3、第三供料器；4、循环管路；5、第一换热器；6、第二换热器；7、第三换热器；8、第四换热器；9、第一温度传感器；10、第二温度传感器；11、第三温度传感器；12、第四温度传感器；13、产品缓冲罐；14、产品排出管；15、第一原料罐；16、第一暂存罐；17、第一供料管；18、第一输送泵；19、第一流量传感器；20、第一称重传感器；21、第一电磁阀；22、第一进料管；23、第二电磁阀；24、第一回料管；25、第一下料管；26、第二原料罐；27、第二暂存罐；28、第二供料管；29、第二输送泵；30、第二流量传感器；31、第二称重传感器；32、第三电磁阀；33、第二进料管；34、第四电磁阀；35、第二回料管；36、第二下料管；37、第三原料罐；38、第三暂存罐；39、第三供料管；40、第三输送泵；41、第三流量传感器；42、第三称重传感器；43、第五电磁阀；44、第三进料管；45、第六电磁阀；46、第三回料管；47、第三下料管；48、第一进料支管；49、第二进料支管；50、第三进料支管；51、第四流量传感器；52、第一流量控制阀；53、第五流量传感器；54、第二流量控制阀；55、第六流量传感器；56、第三流量控制阀；57、第一出料管；58、第二出料管；59、出料管支路；60、第一出料泵；61、第二出料泵；62、第七电磁阀；63、第八电磁阀；64、第九电磁阀；65、第十电磁阀；66、限压阀；67、第七流量传感器；68、第五温度传感器；69、PH值传感器。

具体实施方式

下面结合附图所示对本发明一种放热反应的管道反应器装置作进一步描述。

如图1-6所示的放热反应的管道反应器装置，包括第一供料器1、第二供料器2、第三供料器3、循环管路4和产品缓冲罐13，第一供料器1、第二供料器2和第三供料器3从左至右依次设置，循环管路4上沿着物料的流动方向依次设置有第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7和第四换热器8，第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7和第四换热器8后方分别设有第一温度传感器9、第二温度传感器10、第三温度传感器11和第四温度传感器12；第一供料器1包括第一原料罐15、第一暂存罐16和第一进料管22，第一原料罐15右侧下部连接有第一供料管17，第一供料管17上依次设有第一输送泵18和第一流量传感器19，第一暂存罐16和第一原料罐15之间设有第一下料管25，第一暂存罐16上部设有第一回料管24，第一供料管17的右端、第一回料管24的下端和第一进料管22上端相连接，第一原料罐15下部设有第一称重传感器20，第一进料管22和第一回料管24上分别设有第一电磁阀21和第二电磁阀23；第二供料器2包括第二原料罐26、第二暂存罐27和第二进料管33，第二原料罐26右侧下部连接有第二供料管28，第二供料管28上依次设有第二输送泵29和第二流量传感器30，第二原料罐26和第二暂存罐27之间设有第二下料管36，第二暂存罐27上部设有第二回料管35，第二供料管28的右端、第二回料管35的下端和第二进料管33的上端相连接，第二原料罐26下部设有第二称重传感器31，，第二进料管33和第二回料管35上分别设有第三电磁阀32和第四电磁阀34；第三供料器3包括第三原料罐37、第三暂存罐38和第三进料管44，第三原料罐37右侧下部连接有第三供料管39，第三供料管39上依次设有第三输送泵40和第三流量传感器41，第三原料罐37和第三暂存罐38之间设有第三下料管47，第三暂存罐38上部设有第三回料管46，第三供料管39的右端、第三回料管46的下端和第三进料管44的上端相连接，第三原料罐37下部设有第三称重传感器42，第三进料管44和第三回料管46上分别设有第五电磁阀43和第六电磁阀45，第三进料管44下部左右两侧分别连接有第一进料支管48和第二进料支管49，第三进料管44下部中间位置连接有第三进料支管50，第一进料支管48上从上至下依次设有第一流量控制阀52和第四流量传感器51，第一流量控制阀52和第四流量传感器51之间电性连接，第二进料支管49上从上至下依次设有第二流量控制阀54和第五流量传感器53，第二流量控制阀54和第五流量传感器53之间电性连接，第三进料支管50上从上至下依次设有第六流量传感器55和第三流量控制阀56，第六流量传感器55和第三流量控制阀56之间电性连接；第一进料管22、第二进料管33、第一进料支管48、第二进料支管49和第三进料支管50的下端均处于循环管路4内部，第一进料支管48、第二进料支管49和第三进料支管50插入循环管路4的位置分别位于第二换热器6、第三换热器7和第四换热器8的前端；产品缓冲罐13右侧上部连接有产品排出管14，产品缓冲罐13下部连接有第一出料管57，第一出料管57下部设有限压阀66，第一出料管57左侧连接有第二出料管58，第二出料管58上沿着物料的流动方向依次设有PH值传感器69、第五温度传感器68和第七流量传感器67，循环管路4的一端与产品缓冲罐13的进料口相连接，循环管路4的另一端与第二出料管58的左端相连接；产品缓冲罐13内部设有由马达驱动的搅拌桨叶。第二出料管58上设有第一出料泵60。第二出料管58上连接有出料管支路59，出料管支路59中间位置设有第二出料泵61，第一出料泵60和第二出料泵61并联设置，第一出料泵60左右两侧分别设有第七电磁阀62和第八电磁阀63，第二出料泵61左右两侧分别设有第九电磁阀64和第十电磁阀65。第一输送泵18、第二输送泵29和第三输送泵40为计量泵。第一输送泵18、第二输送泵29和第三输送泵40为蠕动泵、凸轮泵、隔膜泵或柱塞泵中的一种。第一输送泵18、第二输送泵29和第三输送泵40均为蠕动泵。

该装置在具体实施时，

一、进料方式

初始，调节第一供料器1中第一进料管22的供料流量时，通过第一流量传感器19的反馈来调节第一输送泵18的输出，流量没达到预定的要求时，第一电磁阀21关闭，第二电磁阀23打开，物料从第一回料管24回流至第一暂存罐16中，直至调节到希望的流量输出时，第二电磁阀23关闭，第一电磁阀21打开，物料开始从第一进料管22进入循环管路4内。

流量转换成质量时，通过第一原料罐15的减重，第一称重传感器20对一定时间的减重数据进行采集，再由控制软件转化成质量流量。利用质量流量来复核第一流量传感器19，再通过第一流量传感器19来控制第一输送泵18，继而达到所需要的进料流量。

在原料补料时，短时间内不再采集质量流量数据。该过程由第一流量传感器19调节第一输送泵18来实现精确进料。

第二供料器2中第二进料管33和第三供料器3中第三进料管44的供料流量同理进行调节。

二、管道反应

第一供料器1、第二供料器2和第三供料器3中的物料进入循环管路4内进行混合和反应，产生的热量首先是被稀释：进入装置的所有物料的总量为X，大循环部分的流量可设计为n倍的X，在不撤热的情况下，系统放热所上升的温度被稀释了n倍；这个被称为稀释热。n大于等于1，优选为5-50，更优选5-20。

其中，第三供料器3采用多点进料和多点混合的方式，一方面进一步增加了稀释倍数；另一方面有利于混合的速率和均一性，也更能够做到及时撤热的效果。

循环管路4上安装有第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7和第四换热器8，可以用来换热，起到撤热的效果。

第一换热器5、第二换热器6、第三换热器7和第四换热器8的后端分别设有第一温度传感器9、第二温度传感器10、第三温度传感器11和第四温度传感器12，可以实时监测反应后的温度。

利用第四流量传感器51、第五流量传感器53和第六流量传感器55分别控制第一流量控制阀52、第二流量控制阀54和第三流量控制阀56，从而调节第一进料支管48、第二进料支管49和第三进料支管50中物料进入循环管路4中的流量，确保循环管路4中的物料在经过第二换热器6、第三换热器7和第四换热器8撤热后的温度均满足相应的要求。

三、出料方式

在循环管路4上安装有产品缓冲罐13，产品缓冲罐13的大小以可以储存一定时间(时间h)内的反应液做参考，再考虑产品缓冲罐13的装料系数。h以产品缓冲罐13的腾空系数计算，即“60/腾空系数”，腾空系数一般可选1-20次，优选为2-10，更优选3-6。

产品缓冲罐13下部连接有第一出料管57，第一出料管57左侧连接有第二出料管58，第二出料管58上设有第七流量传感器67、第五温度传感器68和PH值传感器69，可以实时监测产品缓冲罐13出料口处的物料状态。第一出料管57下部设有限压阀66，当第二出料管58中压力过大时，物料可以通过限压阀66排出，确保整个系统的安全。

也可以在第二出料管58上设置第一出料泵60，达到主动出料的效果。

还可以第二出料管58上增设出料管支路59，在出料管支路59中间位置设置第二出料泵61，在第一出料泵60左右两侧分别加装第七电磁阀62和第八电磁阀63，在第二出料泵61左右两侧分别加装第九电磁阀64和第十电磁阀65，第九电磁阀64和第十电磁阀65的流量不同，根据需要选择开启第一出料泵60或第二出料泵61来进行出料，从而控制从第二出料管58进入循环管路4时物料的流量。

四、首次进料方式

一定量的反应物质A先从第一供料器1进入循环管路4并充满整个系统，然后在分别从第二供料器2和第三供料器3向循环管路4内加入其他反应物质B和C，此时所有物料都在系统内循环直至达到反应液的配比；然后所有物料同一时间一起进料，同时，反应液从产品排出管14中开始出料。

也可以一开始用预制好的反应液进入循环体系，然后再进入反应物质A、B和C。物料进入时，反应液就可以开始从产品排出管14中进行出料。

五、检测

所有需要的技术参数，都有对应的传感器，实时进行监测并传递信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种放热反应的管道反应器装置，包括第一供料器、第二供料器、第三供料器、循环管路和产品缓冲罐，其特征在于：所述第一供料器、第二供料器和第三供料器从左至右依次设置，所述循环管路上沿着物料的流动方向依次设置有第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器后方分别设有第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；

所述第一供料器包括第一原料罐、第一暂存罐和第一进料管，所述第一原料罐右侧下部连接有第一供料管，所述第一供料管上依次设有第一输送泵和第一流量传感器，所述第一暂存罐和第一原料罐之间设有第一下料管，所述第一暂存罐上部设有第一回料管，所述第一供料管的右端、第一回料管的下端和第一进料管上端相连接，所述第一原料罐下部设有第一称重传感器，所述第一进料管和第一回料管上分别设有第一电磁阀和第二电磁阀；

所述第二供料器包括第二原料罐、第二暂存罐和第二进料管，所述第二原料罐右侧下部连接有第二供料管，所述第二供料管上依次设有第二输送泵和第二流量传感器，所述第二原料罐和第二暂存罐之间设有第二下料管，所述第二暂存罐上部设有第二回料管，所述第二供料管的右端、第二回料管的下端和第二进料管的上端相连接，所述第二原料罐下部设有第二称重传感器，所述第二进料管和第二回料管上分别设有第三电磁阀和第四电磁阀；

所述第三供料器包括第三原料罐、第三暂存罐和第三进料管，所述第三原料罐右侧下部连接有第三供料管，所述第三供料管上依次设有第三输送泵和第三流量传感器，所述第三原料罐和第三暂存罐之间设有第三下料管，所述第三暂存罐上部设有第三回料管，所述第三供料管的右端、第三回料管的下端和第三进料管的上端相连接，所述第三原料罐下部设有第三称重传感器，所述第三进料管和第三回料管上分别设有第五电磁阀和第六电磁阀，所述第三进料管下部左右两侧分别连接有第一进料支管和第二进料支管，所述第三进料管下部中间位置连接有第三进料支管，所述第一进料支管上从上至下依次设有第一流量控制阀和第四流量传感器，所述第一流量控制阀和第四流量传感器之间电性连接，所述第二进料支管上从上至下依次设有第二流量控制阀和第五流量传感器，所述第二流量控制阀和第五流量传感器之间电性连接，所述第三进料支管上从上至下依次设有第六流量传感器和第三流量控制阀，所述第六流量传感器和第三流量控制阀之间电性连接；

所述第一进料管、第二进料管、第一进料支管、第二进料支管和第三进料支管的下端均处于循环管路内部，所述第一进料支管、第二进料支管和第三进料支管插入循环管路的位置分别位于第二换热器、第三换热器和第四换热器的前端；

所述产品缓冲罐右侧上部连接有产品排出管，所述产品缓冲罐下部连接有第一出料管，所述第一出料管下部设有限压阀，所述第一出料管左侧连接有第二出料管，所述第二出料管上沿着物料的流动方向依次设有PH值传感器、第五温度传感器和第七流量传感器，所述循环管路的一端与产品缓冲罐的进料口相连接，所述循环管路的另一端与第二出料管的左端相连接；所述产品缓冲罐内部设有由马达驱动的搅拌桨叶。

2.根据权利要求1所述的一种放热反应的管道反应器装置，其特征在于：所述第二出料管上设有第一出料泵。

3.根据权利要求2所述的一种放热反应的管道反应器装置，其特征在于：所述第二出料管上连接有出料管支路，所述出料管支路中间位置设有第二出料泵，所述第一出料泵和第二出料泵并联设置，所述第一出料泵左右两侧分别设有第七电磁阀和第八电磁阀，所述第二出料泵左右两侧分别设有第九电磁阀和第十电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种放热反应的管道反应器装置，其特征在于：所述第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵为计量泵。

5.根据权利要求4所述的一种放热反应的管道反应器装置，其特征在于：所述第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵为蠕动泵、凸轮泵、隔膜泵或柱塞泵中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种放热反应的管道反应器装置，其特征在于：所述第一输送泵、第二输送泵和第三输送泵均为蠕动泵。