CN109529731A - 有机硅流化床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流化床反应器领域，公开了一种有机硅流化床反应器，包括上下依次设置的上封头（1）、第一筒体（2）、第二筒体（3）、第三筒体（4）和下封头（5），从上至下三个筒体的筒径依次增大，且三者内部分别设置有相互独立且具有导热油进口（6）和导热油出口（7）的第一换热管（8）、第二换热管（9）和第三换热管（10）；在上封头上设置成品气出口（11）和固体物料进口（12）；在下封头内部设有气体分布器（13），底部设置反应物出口（14）和高温气体进口（15），在第三筒体与下封头的衔接处设置至少一个氯甲烷总管（16）。本发明将反应器的筒体设计为上下筒径依次增大的三个部分，有利于促进反应进行和加快散热。
Description
技术领域
本发明涉及流化床反应器领域，特别涉及一种有机硅流化床反应器。
背景技术
有机硅流化床反应器是通过硅粉、铜粉和氯甲烷气体在其内部反应，最终生成甲基单体的一类反应器。反应需要大约300°高温进行，反应过程会发出大量热。硅粉、铜粉物料从上部进料口进入到反应器底部，氯甲烷气体从底部侧面氯甲烷总管进入反应器，高温气体从底部进口进入反应器。底部高温高压气体将物料从底部往上吹压，边反应边放热，热量由反应器内管道中流动的导热油带出去。反应生成的固体物从底部出料口排出，生成的气体从顶部出料口排出。
现有技术中份有机硅流化床反应器如图1所示，由依次设置的上封头1、筒体2和下封头5组成，筒体2内设置具有导热油进口6和导热油出口7的换热管8，换热管8呈S型折叠设置，上封头1上设置成品气出口11和固体物料进口12；在所述下封头5内部设有气体分布器13，底部设置反应物出口14和高温气体进口15，在筒体2与下封头5的衔接处设置氯甲烷总管16。这种结构的反应器中，由于筒体2较长且上下粗细相等，折叠的换热管8之间的间距也是上下相等，而筒体2底部是反应最激烈的地方，从高温气体进口15进入的高温高压气体不能有效将反应物持续向上推进，导致筒体2中上部的反应物无法充分反应。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种有机硅流化床反应器，将反应器的筒体设计为上下筒径依次增大的三个部分，有利于促进反应进行和加快散热。
技术方案：本发明提供了一种有机硅流化床反应器，包括从上至下依次设置的上封头、第一筒体、第二筒体、第三筒体和下封头，所述第一筒体、第二筒体和第三筒体的筒径依次增大，且三者内部分别设置有相互独立且具有导热油进口和导热油出口的第一换热管、第二换热管和第三换热管；在所述上封头上设置成品气出口和固体物料进口；在所述下封头内部设有气体分布器，底部设置反应物出口和高温气体进口，在所述第三筒体与所述下封头的衔接处设置至少一个氯甲烷总管。
进一步地，所述第一筒体与所述第二筒体的衔接处以及所述第二筒体与所述第三筒体之的衔接处均为内凹结构。将相邻两段筒体间设计成内凹结构，主要是方便安装气体增压管口，同时向上聚拢的内凹结构有利于反应物向上方中间聚集，方便管口后续增压。
进一步地，在两个内凹结构处分别设置至少一个气体增压管口。气体增压管口用于喷射与底部高温气体进口相同的高温气体，常规的有机硅流化床反应器在越往上处气压越低，温度也有所降低，反应效果越往上越差；本发明采用两段气体增压管口对气体进行增压，确保反应物持续向上，使上部筒体内的反应物也能够在充足的条件下反应完全；气体增压管口的气体进量可根据压力表数值做出实时调整，保证压力大小始终合适。
优选地，所述第二筒体的筒径为所述第一筒体的筒径的1.2倍；和/或，所述第三筒体的筒径为所述第一筒体的筒径的1.5倍。
优选地，所述第一换热管、所述第二换热管以及所述第三换热管的管径依次增大。从上至下三个换热管的管径依次增大，能方便反应物更快上升至中上层，减少在底部的反应量；此外，换热管的管径依次增大，也能够使得换热管与反应物具有更大的接触面积以及更短的进出路径，使得底部反应产生的热量能更迅速带出反应器。
进一步地，所述第二换热管的管径为所述第一换热管的管径的1.5倍；和/或，所述第三换热管的管径为所述第一换热管的管径的2倍。
优选地，所述第一换热管、所述第二换热管以及所述第三换热管在所述第一筒体、所述第二筒体以及所述第三筒体内均呈S型折叠设置，且从所述第一换热管到所述第二换热管再到所述第三换热管，各折叠的管道之间的间距依次增大。各换热管的管道之间的间距也依次增大能方便反应物更快上升至中上层，减少在底部的反应量。
进一步地，在所述下封头的底部还设置氯甲烷辅助进口。氯甲烷辅助进口的设置是为了在氯甲烷进气不足时辅助进气。
优选地，所述第一换热管由换热分管A和换热分管B组成，二者分别具有一对独立的导热油进口和导热油出口；所述第二换热管和所述第三换热管分别具有一对独立的导热油进口和导热油出口。由于第一换热管位于筒径最小的第一筒体内，且第一换热管的管径较小，所以本发明中将第一换热管设计成由换热分管A和换热分管B组成，二者内的管道分别组成一个半圆，两个半圆组成一个整体的第一换热管，两个分管分别具有独立的导热油进出口，能够有效提升换热油的换热效率，有效带走反应器内的反应热量。
优选地，各所述导热油进口和各所述导热油出口分别位于对应的所述第一筒体、所述第二筒体和所述第三筒体的上部两侧。导热油进口和导热油出口的位置改成一侧进一侧出，是为了节省筒体空间，减少反应物与换热管的接触时间，分成三部分后的换热管管长减少很多，完全可以减少一半的进出口量。
优选地，在所述第一筒体、所述第二筒体和所述第三筒体外壁上分别至少设置一个温度计；和/或，在所述第一筒体、所述第二筒体和所述第三筒体外壁上分别至少设置一个压力计。三个筒体外部的温度计和压力计用于实时监测反应器内各部分的温度和气压情况，方便及时作出调整。
有益效果：与现有技术相比，本发明中将有机硅流化床反应器的筒体设计为从上至下筒径依次增大的三个筒体，有利于促进反应进行和加快散热。
反应器底部是反应最激烈的地方，将第一筒体、第二筒体和第三筒体由上至下筒体直径依次增大，能方便反应物更快上升至中上层，减少在底部的反应量。此外，将三个筒体内的换热管单独设置，同时每个换热管单独拥有导热油进出口，使得换热管与反应物具有更大的接触面积以及更短的进出路径，使得底部反应产生的热量能更迅速带出反应器；反应物到达中部第二筒体后，第二筒体的筒径比第三筒体的筒径小，第二筒体内的反应已经没有第三筒体中那么剧烈，但也较大，这样筒体筒径的适当缩小同样有利于反应物更快向上层第一筒体内上升，也能快速散热；剩余没有反应完的反应物会到达上层第一筒体内，第一筒体内的筒体比第二筒体的筒径小，但是与现有技术中的筒体筒径无异，第一筒体内的反应相对平缓，筒径以及换热管的间距足够反应，热量也能及时排出。
附图说明
图1为现有技术中有机硅流化床反应器的结构示意图；
图2为本发明中的有机硅流化床反应器的结构示意图；
图3为图2中A-A面的剖面图；
图4为图2中B-B面的剖面图；
图5为图2中C-C面的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种有机硅流化床反应器，如图2至5所示，该反应器主要由从上至下依次设置的上封头1、第一筒体2、第二筒体3、第三筒体4和下封头5组成，在上封头1上设置成品气出口11和固体物料进口12；第一筒体2、第二筒体3和第三筒体4的筒径依次增大，第二筒体3的筒径为第一筒体2的筒径的1.2倍，第三筒体4的筒径为第一筒体2的筒径的1.5倍；第一筒体2与第二筒体3的衔接处以及第二筒体3与第三筒体4之的衔接处均为内凹结构17。
第一筒体2内通过上下设置的三个格栅20固定有呈S型折叠设置的第一换热管8，该第一换热管8具有一对独立的且分别位于第一筒体2上部两侧的导热油进口6和导热油出口7；第一换热管8的上中下部分别固定在上中下三个筋板21上，三个筋板21再分别固定在三个格栅20上，最顶部的格栅20通过吊板22与上封头1的内侧壁固定，下方两个格栅20则分别通过连接板23与第一筒体2内壁固定。在第二筒体3的内部设置有通过两个格栅20固定的呈S型折叠设置的第二换热管9，该第二换热管9也具有一对独立的且分别位于第一筒体2上部两侧的导热油进口6和导热油出口7，第二换热管9的上下部分别固定在两个筋板21上，两个筋板21再分别固定在两个格栅20上，两个格栅20再通过连接板23分别与第二筒体3内壁固定；在第三筒体4的内部设置有通过一个格栅20固定的呈S型折叠设置的第三换热管10，该第三换热管10也具有一对独立的且分别位于第一筒体2上部两侧的导热油进口6和导热油出口7，第三换热管10的上下部分别固定在两个筋板21上，两个筋板21再分别固定在两个格栅20上，两个格栅20再分别通过连接板23与第三筒体4内壁固定。
在下封头5内部设有气体分布器13，底部设置反应物出口14、高温气体进口15和氯甲烷辅助进口19，在第三筒体4与下封头5的衔接处对称设置两个氯甲烷总管16，气体分布器13位于两个氯甲烷总管16下方、氯甲烷辅助进口19上方。在第一筒体2和第二筒体3外壁上下分别设置一个温度计24和一个压力计25，在第三筒体4外壁上设置一个温度计24和一个压力计25。
在使用本发明中的有机硅流化床反应器进行工作时，固体物料从固体物料进口12投入，依次从上封头1落入第一筒体2、第二筒体3和第三筒体4内，氯甲烷从氯甲烷总管16进入，同时，从高温气体进口15进入高温气体，高温气体与氯甲烷一同经过气体分布器13的分布快速进入到第三筒体4，在第三筒体4内高温氯甲烷与固体物料进行激烈反应，反应放出的热量经第三换热管10换热排出反应器；随着高温氯甲烷的气体的上移到第二筒体3内，与第二筒体3内的固体物料发生相对激烈的反应，反应放出的热量经第二换热管9换热后排出反应器；高温氯甲烷气体再上升至第一筒体2内，与第一筒体2内的固体物料发生反应，反应放出的热量经第一换热管8换热后排出反应器，若经氯甲烷总管16进入的氯甲烷不足，则再通过氯甲烷辅助进口19补充进气；反应生成的固体产物经下封头5底部的反应物出口14排出，反应的气体产物则通过上封头1上的成品气出口11排出。
实施方式2：
本实施方式为实施方式1的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式1中，第一换热管8、第二换热管9以及第三换热管10的管径相同，且在第一筒体2、第二筒体3以及第三筒体4内，三个换热管的管道之间的间距相等，而由于反应器内第三筒体4内的反应最为激烈，越往上到第二筒体3和第一筒体2内则反应激烈程度依次递减，如果三个筒体内的三个换热管的管径相同且管道之间的间距相等，则换热效率基本相同，而三个筒体内由于反应产生的热量则是一次递减的，这样设计不利于合理散热。在本实施方式中三个换热管的合理设置能够达到合理散热的目的。
具体地说，在本实施方式中，第一换热管8、第二换热管9以及第三换热管10的管径依次增加，且在第一筒体2、第二筒体3以及第三筒体4内的三个换热管的管道之间的间距依次增大。具体地说，第二换热管9的管径为第一换热管8的管径的1.5倍，第三换热管10的管径为第一换热管8的管径的2倍。
另外，在第一筒体2内，由于第一换热管8的管径较小且管道之间的间距较小，所以如果只有一个导热油出口7和一个导热油进口6，则导热油的进入和排出速度较慢，不利于迅速散热，所以，在本实施方式中，将第一换热管8设计成由换热分管A和换热分管B组成，二者内的管道分别组成一个半圆，两个半圆组成一个整体的第一换热管8，二者分别具有一对独立的且分别位于第一筒体2上部两侧的导热油进口6和导热油出口7；换热分管A和换热分管B的上中下部分别固定在上中下三个筋板21上，三个筋板21再分别固定在三个格栅20上，最顶部的格栅20通过吊板22与上封头1的内侧壁固定，下方两个格栅20则分别通过连接板23与第一筒体2内壁固定。
从上至下三个换热管的管径依次增大、各管道之间的间距依次增大，能方便反应物更快上升至中上层，减少在底部的反应量，也能够使得换热管与反应物具有更大的接触面积以及更短的进出路径，使得底部反应产生的热量能更迅速带出反应器，能够达到合理散热的目的。
除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。
实施方式3：
本实施方式为实施方式2的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式2中，有机硅流化床反应器在越往上处气压越低，温度也有所降低，反应效果越往上越差；为了有效改善上述状况，在本实施方式中，还在两个内凹结构17处一圈圆周设置四个开口倾斜向筒体内部上方的气体增压管口18，用于喷射与底部高温气体进口15相同的高温气体，本实施方式采用两段气体增压管口18对气体进行增压，确保反应物持续向上，使上部筒体（第二筒体3和第一筒体2）内的反应物也能够在充足的条件下反应完全；气体增压管口18的气体进量可根据压力表数值做出实时调整，保证压力大小始终合适。
除此之外，本实施方式与实施方式2完全相同，此处不做赘述。
上述实施方式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能够了解本发明的内容并据以实施，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做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有机硅流化床反应器，其特征在于，包括从上至下依次设置的上封头（1）、第一筒体（2）、第二筒体（3）、第三筒体（4）和下封头（5），所述第一筒体（2）、第二筒体（3）和第三筒体（4）的筒径依次增大，且三者内部分别设置有相互独立且具有导热油进口（6）和导热油出口（7）的第一换热管（8）、第二换热管（9）和第三换热管（10）；在所述上封头（1）上设置成品气出口（11）和固体物料进口（12）；在所述下封头（5）内部设有气体分布器（13），底部设置反应物出口（14）和高温气体进口（15），在所述第三筒体（4）与所述下封头（5）的衔接处设置至少一个氯甲烷总管（16）。
2.根据权利要求1所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，所述第一筒体（2）与所述第二筒体（3）的衔接处以及所述第二筒体（2）与所述第三筒体（4）之的衔接处均为内凹结构（17）。
3.根据权利要求2所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，在两个内凹结构（17）处分别设置至少一个气体增压管口（18）。
4.根据权利要求1所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，所述第二筒体（3）的筒径为所述第一筒体（2）的筒径的1.2倍；和/或，所述第三筒体（4）的筒径为所述第一筒体（2）的筒径的1.5倍。
5.根据权利要求1所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，所述第一换热管（8）、所述第二换热管（9）以及所述第三换热管（10）的管径依次增大。
6.根据权利要求5所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，所述第二换热管（9）的管径为所述第一换热管（8）的管径的1.5倍；和/或，所述第三换热管（10）的管径为所述第一换热管（8）的管径的2倍。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，所述第一换热管（8）、所述第二换热管（9）以及所述第三换热管（10）在所述第一筒体（2）、所述第二筒体（3）以及所述第三筒体（3）内均呈S型折叠设置，且从所述第一换热管（8）到所述第二换热管（9）再到所述第三换热管（10），各折叠的管道之间的间距依次增大。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，在所述下封头（5）的底部还设置氯甲烷辅助进口（19）。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，所述第一换热管（8）由换热分管A和换热分管B组成，二者分别具有一对独立的导热油进口（6）和导热油出口（7）；所述第二换热管（9）和所述第三换热管（10）分别具有一对独立的导热油进口（6）和导热油出口（7）。
10.根据权利要求9所述的有机硅流化床反应器，其特征在于，各所述导热油进口（6）和各所述导热油出口（7）分别位于对应的所述第一筒体（2）、所述第二筒体（3）和所述第三筒体（4）的上部两侧。
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