CN109173968A - 一种连续化生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续化生产装置，用于季铵化反应，包括气体钢瓶、第一储料罐、第二储料罐、第三储料罐、第一管式反应器、第二管式反应器组、连接管、设于连接管上的温度计和/或压力表和/或取样阀；第一管式反应器包括第一壳体、第一反应管、第一静态混合单元；气体钢瓶、第一储料罐、第二储料罐均与第一管式反应器的入口连通；第二管式反应器组包括多个依次串联的第二管式反应器，每个第二管式反应器均包括第二壳体、第二反应管、第二静态混合单元；第二储料罐、第三储料罐分别与每个第二管式反应器的入口连通；连接管用于连通相邻的管式反应器。本发明装置对温度和物料浓度单独调整，根据反应进度调整反应条件，能提高后期反应速度。

Description

一种连续化生产装置
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，特别涉及一种连续化生产装置。
背景技术
连续化管式反应器是化工设备中的一类重要生产装置，传统的连续化管式反应器有流化床、固定床、超重力、干燥塔、蒸馏塔等。此外，反应速度快、时间短的化学反应也采用简单的管式反应装置来实现。但是，绝大部分产品均由于反应时间长、缺少连续化参数或需要间隙添加等原因而不能实现连续化。间隙化生产中的人为失误率高、质量不稳定、三废量高、安全风险大等不利因素长期折磨着生产管理人员，于是连续化研究几乎从未间断，特别是近些年由于环保、安全压力增加后，连续化研究又一度火热起来。
对于季铵化反应的连续化生产，一般是将所有原料一起混合之后进行生产。直接在反应原料中加入溶剂，会造成反应中酯类叔胺单体和季铵化试剂的浓度过低，使反应速度较慢；同时，由于酯类叔胺单体和和季铵化试剂易水解，对反应也会造成一定的负面影响。
现有的连续化生产装置，一般还存在如下缺陷：对物料在装置中的过程变化缺少关注，此时应根据反应进度调整反应条件，并且随进度需干预反应浓度，调整反应速度（温度或压力等参数）；连续化装置需具备操作弹性，以适应产品指标的调整，以适应原料浓度变化而引起的反应速度变化，从而适应或兼容一类反应；连续化装置中需保持恒定压力，特别是有易汽化原料参与反应时。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续化生产装置，对反应过程多节分段，具有较高的操作弹性，通过对温度和物料浓度的单独调整，根据反应进度实时调整反应条件，能够提高后期反应速度，使反应时间进一步缩短；通过调整溶剂的添加时机和添加量，保证了酯类叔胺单体和季铵化试剂反应时的浓度，提高了季铵化反应的效率，避免了直接添加溶剂对季铵化反应造成的负面影响。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种连续化生产装置，用于季铵化反应，所述装置包括：
气体钢瓶，所述气体钢瓶用于存储氧气或空气；
第一储料罐，所述第一储料罐用于存储酯类叔胺单体；
第二储料罐，所述第二储料罐用于存储季铵化试剂；
第三储料罐，所述第三储料罐用于存储水和/或醇和/或催化剂；
第一管式反应器，所述第一管式反应器包括第一壳体、可拆卸的设于所述第一壳体中的第一反应管、可拆卸的设于所述第一反应管中的第一静态混合单元；所述气体钢瓶、所述第一储料罐、所述第二储料罐均与所述第一管式反应器的入口连通；
第二管式反应器组，所述第二管式反应器组包括多个依次串联的第二管式反应器，每个所述第二管式反应器均包括第二壳体、可拆卸的设于所述第二壳体中的第二反应管、可拆卸的设于所述第二反应管中的第二静态混合单元；所述第二储料罐、所述第三储料罐分别与每个所述第二管式反应器的入口连通；
连接管，所述连接管用于连通所述第一反应管和位于所述第二管式反应器组的入口的所述第二反应管；所述连接管还用于连通相邻的两条所述第二反应管；
设于所述连接管上的温度计和/或压力表和/或取样阀。
优选地，所述第一管式反应器还包括设于所述第一壳体内的第一换热机构，所述第二管式反应器还包括设于所述第二壳体内的第二换热机构。
优选地，所述装置还包括用于为所述第一储料罐中的介质换热的第三换热机构。
优选地，所述装置还包括与所述第二管式反应器组的出口连通的出料管、设于所述出料管上的背压阀。
优选地，所述装置还包括设于所述气体钢瓶和所述第一管式反应器之间的计量机构、设于所述第一储料罐和所述第一管式反应器之间的第一流量调节机构、一一对应的设于所述第二储料罐和所述第一管式反应器/所述第二管式反应器之间的第二流量调节机构、一一对应的设于所述第三储料罐和所述第二管式反应器之间的第三流量调节机构。
优选地，所述第一反应管包括多条相互平行的第一直管、连接在相邻的两条所述第一直管之间的第一弯管；所述第二反应管包括多条相互平行的第二直管、连接在相邻的两条所述第二直管之间的第二弯管。
优选地，所述第一反应管和所述第二反应管的内径相同，所述第一反应管和多条所述第二反应管的总长度与所述内径的比值小于2×105。
更优选地，所述第一反应管和多条所述第二反应管的总长度与所述内径的比值为20-2×105。
优选地，所述第一反应管和多条所述第二反应管的总长度为1-1000m；所述第一反应管和所述第二反应管的内径相同，均为5-50mm。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种连续化生产装置，对反应过程多节分段，具有较高的操作弹性，通过对温度和物料浓度的单独调整，根据反应进度实时调整反应条件，能够提高后期反应速度，使反应时间进一步缩短；通过调整溶剂的添加时机和添加量，保证了酯类叔胺单体和季铵化试剂反应时的浓度，提高了季铵化反应的效率，避免了直接添加溶剂对季铵化反应造成的负面影响；对反应管中的反应压力采用背压阀控制，维持恒定的反应压力，使易汽化原料能保持液化状态；反应管采用直管式，便于安装静态混合单元，使反应管中的物料始终处于湍流状态，强化了混合，使停留时间也得到缩短；反应管可拆卸的设于壳体中，使随时拆卸清洗成为可能；通过这些改进，本发明一种连续化生产装置具有操作弹性大、通用性强、反应效率高、使用成本低的优点。
附图说明
附图1为本发明装置的结构示意图。
其中：1、气体钢瓶；2、第一储料罐；3、第二储料罐；4、第三储料罐；5、第一壳体；6、第一反应管；7、第二壳体；8、第二反应管；9、连接管；10、温度计；11、压力表；12、取样阀；13、出料管；14、背压阀；15、计量机构；16、第一流量调节机构；17、第二流量调节机构；18、第三流量调节机构。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1所示，上述一种连续化生产装置，用于季铵化反应，具有返混少、容积率高、易操作、环保安全等优点。
上述一种连续化生产装置包括用于存储氧气或空气的气体钢瓶1、用于存储酯类叔胺单体的第一储料罐2、用于存储季铵化试剂的第二储料罐3、用于存储水和/或醇和/或催化剂的第三储料罐4。显然，根据实际生产需要，第一储料罐2、第二储料罐3和第三储料罐4可以有多个。由于第一储料罐2中，酯类叔胺单体在反应中的用量较大，因此，该装置还包括用于为第一储料罐2中的酯类叔胺单体换热的第三换热机构，通过设置第三换热机构，使酯类叔胺单体的温度能够升高或下降至反应所需的温度。通过设置气体钢瓶1向反应物中通入空气或氧气，能够有效的防止产品的聚合。
上述一种连续化生产装置还包括第一管式反应器，第一管式反应器包括第一壳体5、可拆卸的设于第一壳体5中的第一反应管6、可拆卸的设于第一反应管6中的第一静态混合单元。气体钢瓶1、第一储料罐2述第二储料罐3均与第一管式反应器的入口连通。在本实施例中，第一反应管6包括多条相互平行的第一直管、连接在相邻的两条第一直管之间的第一弯管。通过将第一反应管6设置成直管，便于安装第一静态混合单元，使第一反应管6中的物料始终处于湍流状态，强化了物料的混合，使停留时间也得到缩短。由于在季铵化反应中，原料容易在反应管中聚合成胶块，如果没有可灵活拆卸的结构，一旦在反应管中聚合，整个连续化生产会停止，设备也会报废，因此，将第一反应管6设置成可拆卸的结构，能够有效的避免这种问题的发生，不仅能够针对性的拆除有胶块的反应管，还能保证连续化生产的连续化进行，避免了设备报废的问题。
上述一种连续化生产装置还包括第二管式反应器组，第二管式反应器组包括多个依次串联的第二管式反应器，每个第二管式反应器均包括第二壳体7、可拆卸的设于第二壳体7中的第二反应管8、可拆卸的设于第二反应管8中的第二静态混合单元。第二储料罐3、第三储料罐4分别与每个第二管式反应器的入口连通。通过这个设置，使第一反应管6中只有酯类叔胺单体和季铵化试剂进行反应，保证了酯类叔胺单体和季铵化试剂反应时的浓度，提高了季铵化反应的效率，避免了直接添加溶剂对季铵化反应造成的负面影响。在本实施例中，第二反应管8包括多条相互平行的第二直管、连接在相邻的两条第二直管之间的第二弯管。通过将第二反应管8设置成直管，便于安装第二静态混合单元，使第二反应管8中的物料始终处于湍流状态，强化了物料的混合，使停留时间也得到缩短。由于在季铵化反应中，原料容易在反应管中聚合成胶块，如果没有可灵活拆卸的结构，一旦在反应管中聚合，整个连续化生产会停止，设备也会报废，因此，将第二反应管8设置成可拆卸的结构，能够有效的避免这种问题的发生，不仅能够针对性的拆除有胶块的反应管，还能保证连续化生产的连续化进行，避免了设备报废的问题。
上述一种连续化生产装置还包括连接管9、设于连接管9上的温度计10和/或压力表11和/或取样阀12。显然，连接管9有多条。连接管9用于连通第一反应管6和位于第二管式反应器组的入口的第二反应管8（即图1中最下方的第二反应管8）；连接管9还用于连通相邻的两条第二反应管8，使整个第二管式反应器组中的所有第二反应管8依次串联。在本实施例中，取样阀12为针形阀。
上述第一管式反应器还包括设于第一壳体5内的第一换热机构，上述第二管式反应器还包括设于第二壳体7内的第二换热机构。通过设置第一换热机构和第二换热机构，能够实时的分别对第一反应管6和第二反应管8中的物料进行换热。
上述一种连续化生产装置还包括设于气体钢瓶1和第一管式反应器之间的计量机构15、设于第一储料罐2和第一管式反应器之间的第一流量调节机构16、一一对应的设于第二储料罐3和第一管式反应器/第二管式反应器之间的第二流量调节机构17、一一对应的设于第三储料罐4和第二管式反应器之间的第三流量调节机构18。在本实施例中，计量机构15为流量计；第一流量调节机构16、第二流量调节机构17、第三流量调节机构18均为计量泵。
通过对反应管中温度和物料浓度的单独调整，根据反应进度实时调整反应条件，能够提高后期反应速度，使反应时间进一步缩短；本发明连续化生产装置具备操作弹性，能够适应产品指标的调整，能够适应原料浓度变化而引起的反应速度变化，故而能够适应或兼容一类反应。
上述一种连续化生产装置还包括与第二管式反应器组的出口（即图1中最上方的第二反应管8）连通的出料管13、设于出料管13上的背压阀14。对反应管中的反应压力采用背压阀14控制，维持恒定的反应压力，使易汽化原料能保持液化状态。
第一反应管6和第二反应管8的内径相同，第一反应管6和多条第二反应管8的总长度与内径的比值小于2×105。在本实施例中，第一反应管6和多条第二反应管8的总长度与内径的比值为20-2×105。由于反应管内径在5mm以下不具备生产条件，也不能满足该项目中产品易聚合的特点；同时，反应管内径在50mm以上会导致产能太大，不符合该类产品特点；最后，反应管长度对应于停留时间，为了保证合适的停留时间，管长不能超出1-1000米。由此得出上述比例参数。
具体的，第一反应管6和多条第二反应管8的总长度为1-1000m，由于反应管长度对应于停留时间，物料在反应管中停留时间太短，反应不充分，停留时间太长，物料会水解或聚合，而保证湍流需要一个合适流速，二者结合，得出上述反应管长度的范围；第一反应管6和第二反应管8的内径均为5-50mm，反应管内径太小，静态混合单元不好安装，一旦物料聚合也没法清洗，另外太细的话也不具备经济价值，即使用于小试也没数据意义；而反应管内径太大，容易导致来不及换热，体现不出管式反应器的优点，另外反应管内径还与产能相关，内径太大，产能就超出该行业能有的产能，由此得出上述取值范围。
在本实施例中，第一静态混合单元、第二静态混合单元均选自SV型、SK型、SX型、SL型、SH型、SN型中的一种或几种，或者其它引导流体混合的造型，本实施例中优选SK型。
在本实施例中，第一反应管6、第二反应管8、连接管9、出料管13由纯钛材料、钛合金材料、哈氏C276合金材料、奥氏体不锈钢材料、2205双相不锈钢材料、搪瓷材料、聚四氟乙烯材料中的一种或一种以上制成。
在本实施例中，第一反应管6、第二反应管8、连接管9、气体钢瓶1、第一储料罐2、第二储料罐3、第三储料罐4、计量泵相互之间的连接方式选自法兰连接、卡套接头连接、丝口连接、焊接中的一种或一种以上。
实际操作时，根据取样阀12中取出的样品的指标，来对应的调节各个管式反应器的温度、进入各个管式反应器的每种原料或溶剂的流量，如果在某个管式反应器中样品的指标已符合要求，则拆除多余的管式反应器。如果在某个管式反应器中样品的指标中，季铵化试剂的含量低于设定值或接近于完全反应，则需要拆除该管式反应器中的部分管道。
显然，通过分别调整各个管式反应器中的温度和相应的计量泵的流量，能够加快反应速度，进一步减少管式反应器的个数。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种连续化生产装置，用于季铵化反应，其特征在于：所述装置包括：
气体钢瓶，所述气体钢瓶用于存储氧气或空气；
第一储料罐，所述第一储料罐用于存储酯类叔胺单体；
第二储料罐，所述第二储料罐用于存储季铵化试剂；
第三储料罐，所述第三储料罐用于存储水和/或醇和/或催化剂；
第一管式反应器，所述第一管式反应器包括第一壳体、可拆卸的设于所述第一壳体中的第一反应管、可拆卸的设于所述第一反应管中的第一静态混合单元；所述气体钢瓶、所述第一储料罐、所述第二储料罐均与所述第一管式反应器的入口连通；
第二管式反应器组，所述第二管式反应器组包括多个依次串联的第二管式反应器，每个所述第二管式反应器均包括第二壳体、可拆卸的设于所述第二壳体中的第二反应管、可拆卸的设于所述第二反应管中的第二静态混合单元；所述第二储料罐、所述第三储料罐分别与每个所述第二管式反应器的入口连通；
连接管，所述连接管用于连通所述第一反应管和位于所述第二管式反应器组的入口的所述第二反应管；所述连接管还用于连通相邻的两条所述第二反应管；
设于所述连接管上的温度计和/或压力表和/或取样阀。
2.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述第一管式反应器还包括设于所述第一壳体内的第一换热机构，所述第二管式反应器还包括设于所述第二壳体内的第二换热机构。
3.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述装置还包括用于为所述第一储料罐中的介质换热的第三换热机构。
4.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述装置还包括与所述第二管式反应器组的出口连通的出料管、设于所述出料管上的背压阀。
5.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述装置还包括设于所述气体钢瓶和所述第一管式反应器之间的计量机构、设于所述第一储料罐和所述第一管式反应器之间的第一流量调节机构、一一对应的设于所述第二储料罐和所述第一管式反应器/所述第二管式反应器之间的第二流量调节机构、一一对应的设于所述第三储料罐和所述第二管式反应器之间的第三流量调节机构。
6.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述第一反应管包括多条相互平行的第一直管、连接在相邻的两条所述第一直管之间的第一弯管；所述第二反应管包括多条相互平行的第二直管、连接在相邻的两条所述第二直管之间的第二弯管。
7.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述第一反应管和所述第二反应管的内径相同，所述第一反应管和多条所述第二反应管的总长度与所述内径的比值小于2×105。
8.根据权利要求7所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述第一反应管和多条所述第二反应管的总长度与所述内径的比值为20-2×105。
9.根据权利要求1所述的一种连续化生产装置，其特征在于：所述第一反应管和多条所述第二反应管的总长度为1-1000m；所述第一反应管和所述第二反应管的内径相同，均为5-50mm。
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