CN109621873B - 一种酯化反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种酯化反应装置，包括反应器筒体，所述筒体包括导流筒、若干内挡板、若干外挡板和搅拌装置；所述导流筒位于筒体内腔中，所述导流筒外壁通过固定支撑与筒体内壁刚性连接，所述导流筒为中空的圆柱形，所述导流筒底部距离筒体下封头切线的长度为筒体直筒内径的30‑40%；所述导流筒内壁圆周方向均匀布设内挡板，所述内挡板沿导流筒长度方向设置；所述外挡板通过支架与筒体内部连接，所述外挡板沿着筒体内壁圆周方向均匀布设，所述外挡板沿筒体长度方向设置，其底部与筒体下封头切线齐平；本发明结构布置合理、原料损失小、产品转化率和收率高，降低吨产品原料消耗和能耗，符合产业发展相关政策。
Description
技术领域
本发明属于聚酯多元醇生产设备领域，具体涉及一种酯化反应装置。
背景技术
聚酯多元醇通常是由多元醇和有机二元羧酸（酸酐）经酯化和缩聚或者由多元醇与内脂聚合而成的以羟基封端的一类聚酯，平均分子量在1000-4000，羧基浓度不超过0.02mol•kg。聚酯多元醇主要用来作为聚氨酯合成的原料，与聚醚多元醇相比，其耐磨、耐油及耐温性能较好，机械强度高。
目前聚酯多元醇多采用间歇搅拌釜式反应器生产，传统釜式反应器由于所选用桨叶形式与内部附件结构未进行有效优化，导致反应器内部物料混合均匀度不高，换热效率低且反应产生气相带走大量多元醇原料，造成反应完成时间长、能耗高以及转化率和收率低等问题。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种酯化反应装置，根据反应器内物料物理特性和反应特征，对反应器内部结构进行优化调整，促使物料快速混合均匀、提高传热效率、缩短操作时间，减少出口气相雾沫夹带量，进而提高酯化产品转化率和收率。
技术方案：本发明所述一种酯化反应装置，包括反应器筒体，所述筒体包括导流筒、若干内挡板、若干外挡板和搅拌装置；所述导流筒位于筒体内腔中，所述导流筒外壁通过固定支撑与筒体内壁刚性连接，所述导流筒为中空的圆柱形，所述导流筒底部距离筒体下封头切线的长度为筒体直筒内径的30-40%；所述导流筒内部设置有内部加热升温装置；所述导流筒内壁圆周方向均匀布设内挡板，所述内挡板沿导流筒长度方向设置，所述内挡板的长度不大于导流筒的长度；所述外挡板通过支架与筒体内部连接，所述外挡板沿着筒体内壁圆周方向均匀布设，所述外挡板沿筒体长度方向设置，其底部与筒体下封头切线齐平；
所述搅拌装置包括位于筒体内腔中部的搅拌轴、刮板和搅拌桨，所述搅拌轴的底端穿过导流筒设置于筒体内腔底部并安装有刮板，所述搅拌轴于导流筒的中下部位置处设置搅拌桨，所述搅拌桨叶片的数量为2-6叶，其长度为导流筒内径的85-95%，所述搅拌桨分割内挡板为上下两段，所述上下两段之间的间距为导流筒内径的5%-20%，所述搅拌轴的顶端外露于筒体的顶部外壁；
所述筒体顶部上设置有进料管，所述进料管插入导流筒内部，所述进料管底部位于搅拌桨上方，所述进料管底部与搅拌桨的距离大于200mm，所述筒体顶部上设置有气相出口，所述气相出口连接有气相出口管，所述气相出口的筒体内部设置有规整填料段；所述规整填料段下方的筒体上设置液相回流口，所述液相回流口上安装有液相回流管；
所述筒体底部设置有酯化产品出口，所述酯化产品出口位于所述刮板的下方，所述筒体底部设置有气体进口，所述气体进口的外部安装有气体进口管，所述气体进口的内部上方设置有气体分布装置，所述气体分布装置位于导流筒的下方，所述气体分布装置通过支架水平设置于筒体底部封头侧；所述筒体的外壁上设置有外盘管。
优选地，所述内部升温装置为内盘管，所述内盘管沿着内挡板和搅拌轴之间环向间隙进行同心环向布置，所述内盘管的顶部伸出筒体外壁设置有内盘管蒸汽进口，所述内盘管的底部伸出筒体外壁设置有内盘管蒸汽凝液出口，蒸汽从内盘管蒸汽进口进入内盘管流通再进入内盘管蒸汽凝液出口排出内盘管，所述内盘管的底部与搅拌桨的间隔为200mm。
优选地，所述外盘管的顶部位于液相回流口的下方，所述外盘管顶部设置有外盘管蒸汽进口，其底部设置有外盘管蒸汽凝液出口，蒸汽从外盘管蒸汽进口进入内盘管流通再进入外盘管蒸汽凝液出口排出外盘管。
优选地，所述导流筒其内径为筒体直筒内径的60-70%，其高度与筒体内径相同；所述内挡板的数量为3-6块，所述内挡板上下两段之间的间距优选为导流筒内径的10%。
优选地，所述外挡板的数量为3-6块，所述外挡板的长度为筒体直筒长度的80%，其宽度为筒体直筒内径的5%-15%。
优选地，所述内挡板与外挡板数量相同，所述内挡板与外挡板在圆周方向无重合均匀布置，每相邻两块内/外挡板之间的夹角为360°/（内挡板数+外挡板数）。
优选地，所述搅拌桨采用轴径流复合式搅拌器，所述搅拌桨叶片的数量优先3叶，所述搅拌桨叶片直径为导流筒内径的85-95%。
优选地，规整填料段内的填料为不锈钢丝网波纹填料或者不锈钢板波纹填料，规整填料段高度为50-300mm。
优选地，所述气体分布装置为圆环管与径向管连接，所述圆环管最大直径为筒体内径的75%。
优选地，所述搅拌轴的顶部安装有电机。
本发明的工作原理：
本发明中将有机多元羧酸和多元醇预热到一定温度混合后形成混合物，混合物由进料管进入导流筒内，在搅拌装置、内挡板和外挡板的共同作用下，混合物自反应器筒体中心区底部向筒体内壁面处向上流动，通过内盘管和外盘管加热持续升温至设定温度；氮气通过气体进口管进入气体分布装置，通过气体分布装置的二次分布进入反应器筒体内，及时从筒体顶部设置的气相出口管带走反应生成的水、部分二元醇以及其他副产物，气相出口管采出的气相物料经过后续精馏工序将多元醇回收后通过液相回流管返回到反应器筒体内，反应后的酯化产物通过筒体底部酯化产品出口进行采出。
本发明通过合理设置导流筒、搅拌桨、内挡板和外挡板的结构、位置及数量，强化传热传质过程，降低反应器筒体内物料混合均匀和达到反应温度所需的时间和能耗，设置顶部规整填料段，减少了雾沫夹带造成的多元醇原料的损失率；通过筒体底部设置的气体分布装置，促使氮气在反应器筒体内均匀分布，及时带走反应生成的水和其他副产物，促使反应向正方向进行，提高酯化产品的转化率。
有益效果：（1）本发明通过在反应器筒体内合理设置导流筒、搅拌装置、内挡板和外挡板的结构、位置及数量，实现混合物料从导流筒中心到反应器筒体底部再沿着反应器筒体内壁向上达到反应器上部后进入导流筒上部再到导流筒下部的循环流动方式，缩短混合物料均匀混合时间的同时提升传质传热效率；
（2）本发明通过在导流筒内部设置环向内盘管，并在筒体的外表面设置有外盘管，通过内盘管和外盘管的共同作用，提升混合物料在反应器筒体内的传热强度，缩短升温时间，提高生产能力；
（3）本发明通过在反应器筒体顶部的气相出口处设置规整填料段，规整填料段能够减少气相采出的雾沫夹带，从而减少多元醇的损失；
（4）本发明通过在反应器筒体底部设置气体分布装置，气体分布装置将从筒体底部的气体进口管通入的氮气分散开，使分散的氮气及时带走筒体内反应生成的水和其他副产物，促使反应向正方向进行，提高酯化产品转化率和收率；本发明结构布置合理、原料损失小、产品转化率和收率高，降低吨产品原料消耗和能耗，符合产业发展相关政策。
附图说明
图1为本发明所述酯化反应装置的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图；
图3为图1中B-B的剖视图；
图4为本发明所述外挡板和内挡板的结构示意图。
其中，1-进料管，2-电机，3-气相出口管，4-规整填料段，5-液相回流管，6-外盘管，7-外盘管蒸汽进口，8-导流筒，9-外挡板，10-搅拌桨，11-搅拌轴，12-气体分布装置，13-外盘管蒸汽凝液出口，14-酯化产品出口，15-气体进口管，16-内盘管蒸汽凝液出口，17-内盘管，18-内挡板，19-内盘管蒸汽进口，20-筒体。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种酯化反应装置，包括反应器筒体20，筒体20的直径为2800mm，筒体20直筒段长度为3500mm，筒体20包括导流筒8、4块内挡板18、4块外挡板9和搅拌装置；
导流筒8内径为1900mm，高度为1300mm，导流筒8位于筒体20内腔中，导流筒8外壁通过固定支撑与筒体20内壁刚性连接，导流筒8为中空的圆柱形，导流筒8底部距离筒体20下封头切线的长度为700mm；导流筒8内部设置有内部加热升温装置；内部升温装置为内盘管7，内盘管7沿着内挡板18和搅拌轴11之间环向间隙进行同心环向布置，内盘管7的顶部伸出筒体20外壁设置有内盘管蒸汽进口19，内盘管7的底部伸出筒体20外壁设置有内盘管蒸汽凝液出口16，蒸汽从内盘管蒸汽进口19进入内盘管7流通再进入内盘管蒸汽凝液出口16排出内盘管7，内盘管7的底部与搅拌桨10的间隔为200mm；
根据附图2和图4中可知，导流筒8内壁圆周方向均匀布设内挡板18，内挡板18的长边沿导流筒8长度方向设置，且内挡板18垂直于与导流筒相交的切面，内挡板18的长度不大于导流筒8的长度，内挡板18总长度为920mm，宽度200mm；外挡板9的长度为2500mm，宽度为300mm；外挡板9通过支架与筒体20内部连接，外挡板9沿着筒体20内壁圆周方向均匀布设，外挡板9的长边沿筒体20长度方向设置，且外挡板9垂直于与筒体20内壁相交的切面，外挡板9底部与筒体20下封头切线齐平；导流筒8其内径为筒体20直筒内径的60-70%，其高度与筒体20内径相同；内挡板18上下两段之间的间距优选为导流筒8内径的10%；外挡板9的长度为筒体20直筒长度的80%，其宽度为筒体20直筒内径的5%-15%；内挡板18与外挡板9在圆周方向无重合均匀布置，每相邻两块内/外挡板9之间的夹角为45°；
搅拌装置包括位于筒体20内腔中部的搅拌轴11、刮板和搅拌桨10，搅拌轴11的底端穿过导流筒8设置于筒体20内腔底部并安装有刮板，搅拌轴11于导流筒8的中下部位置处设置搅拌桨10，搅拌桨10叶片的数量为3叶，搅拌桨10采用轴径流复合式搅拌器，搅拌桨10叶片直径为1800mm，搅拌桨10分割内挡板18为上下两段，上下两段之间的间距为导流筒8内径的5%-20%，上段的长度为720mm，下段的长度为200mm，搅拌轴11的顶端外露于筒体20的顶部外壁，搅拌轴11的顶端安装有电机2；
筒体20顶部上设置有进料管1，进料管1插入导流筒8与搅拌装置的环形区域内，进料管1底部位于搅拌桨10上方，进料管1底部与搅拌桨10的距离为200mm，筒体20顶部上设置有气相出口，气相出口连接有气相出口管3，气相出口的筒体20内部设置有规整填料段4，规整填料段4为不锈钢丝网波纹填料或者不锈钢板波纹填料；规整填料段4高度为200mm；规整填料段4下方的筒体20上设置液相回流口，液相回流口上安装有液相回流管5；
筒体20底部设置有酯化产品出口14，酯化产品出口14位于刮板的下方，筒体20底部设置有气体进口，气体进口的外部安装有气体进口管15，气体进口的内部上方设置有气体分布装置12，根据附图3中，气体分布装置12为圆环管与径向管连接，圆环管最大直径为2000mm，气体分布装置12位于导流筒8的下方，气体分布装置12通过支架水平设置于筒体20底部封头侧；筒体20的外壁上设置有外盘管6，外盘管6的顶部位于液相回流口的下方，外盘管6顶部设置有外盘管蒸汽进口7，其底部设置有外盘管蒸汽凝液出口13，蒸汽从外盘管蒸汽进口7进入内盘管7流通再进入外盘管蒸汽凝液出口13排出外盘管7。
本发明的工作原理：
本发明中将有机多元羧酸和多元醇预热到一定温度混合后形成混合物，混合物由进料管1进入导流筒8内，在搅拌装置、内挡板18和外挡板9的共同作用下，混合物自反应器筒体20中心区底部向筒体20内壁面处向上流动，通过内盘管7和外盘管6加热持续升温至设定温度；氮气通过气体进口管15进入气体分布装置12，通过气体分布装置12的二次分布进入反应器筒体20内，及时从筒体20顶部设置的气相出口管3带走反应生成的水、部分二元醇以及其他副产物，气相出口管3采出的气相物料经过后续精馏工序将多元醇回收后通过液相回流管5返回到反应器筒体20内，反应后的酯化产物通过筒体20底部酯化产品出口14进行采出。
本发明通过合理设置导流筒8、搅拌桨10、内挡板18和外挡板9的结构、位置及数量，强化传热传质过程，降低反应器筒体20内物料混合均匀和达到反应温度所需的时间和能耗，设置顶部规整填料段4，减少了雾沫夹带造成的多元醇原料的损失率；通过筒体20底部设置的气体分布装置12，促使氮气在反应器筒体20内均匀分布，及时带走反应生成的水和其他副产物，促使反应向正方向进行，提高酯化产品的转化率。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种酯化反应装置，包括反应器筒体，其特征在于：所述筒体包括导流筒、若干内挡板、若干外挡板和搅拌装置；所述导流筒位于筒体内腔中，所述导流筒外壁通过固定支撑与筒体内壁刚性连接，所述导流筒为中空的圆柱形，所述导流筒底部距离筒体下封头切线的长度为筒体直筒内径的30-40%；所述导流筒内部设置有内部加热升温装置；所述导流筒内壁圆周方向均匀布设内挡板，所述内挡板沿导流筒长度方向设置，所述内挡板的长度不大于导流筒的长度；所述外挡板通过支架与筒体内部连接，所述外挡板沿着筒体内壁圆周方向均匀布设，所述外挡板沿筒体长度方向设置，其底部与筒体下封头切线齐平；
所述搅拌装置包括位于筒体内腔中部的搅拌轴、刮板和搅拌桨，所述搅拌轴的底端穿过导流筒设置于筒体内腔底部并安装有刮板，所述搅拌轴于导流筒的中下部位置处设置搅拌桨，所述搅拌桨叶片的数量为2-6叶，其长度为导流筒内径的85-95%，所述搅拌桨分割内挡板为上下两段，所述上下两段之间的间距为导流筒内径的5%-20%，所述搅拌轴的顶端外露于筒体的顶部外壁；
所述筒体顶部上设置有进料管，所述进料管插入导流筒内部，所述进料管底部位于搅拌桨上方，所述进料管底部与搅拌桨的距离大于200mm，所述筒体顶部上设置有气相出口，所述气相出口连接有气相出口管，所述气相出口的筒体内部设置有规整填料段；所述规整填料段下方的筒体上设置液相回流口，所述液相回流口上安装有液相回流管；
所述筒体底部设置有酯化产品出口，所述酯化产品出口位于所述刮板的下方，所述筒体底部设置有气体进口，所述气体进口的上方设置有气体分布装置，所述气体分布装置位于导流筒的下方，所述气体分布装置通过支架水平设置于筒体底部封头侧；所述筒体的外壁上设置有外盘管。
2.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述内部加热升温装置为内盘管，所述内盘管沿着内挡板和搅拌轴之间环向间隙进行同心环向布置，所述内盘管的顶部伸出筒体外壁设置有内盘管蒸汽进口，所述内盘管的底部伸出筒体外壁设置有内盘管蒸汽凝液出口，蒸汽从内盘管蒸汽进口进入内盘管流通再进入内盘管蒸汽凝液出口排出内盘管，所述内盘管的底部与搅拌桨的间隔为200mm。
3.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述外盘管沿筒体外壁环向间隙进行同心环向布置，所述外盘管的顶部位于液相回流口的下方，所述外盘管顶部设置有外盘管蒸汽进口，其底部设置有外盘管蒸汽凝液出口，蒸汽从外盘管蒸汽进口进入内盘管流通再进入外盘管蒸汽凝液出口排出外盘管。
4.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述导流筒其内径为筒体直筒内径的60-70%，其高度与筒体内径相同；所述内挡板的数量为3-6块，所述内挡板上下两段之间的间距为导流筒内径的10%。
5.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述外挡板的数量为3-6块，所述外挡板的长度为筒体直筒长度的80%，其宽度为筒体直筒内径的5%-15%。
6.根据权利要求4或5所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述内挡板与外挡板数量相同，所述内挡板与外挡板在圆周方向无重合均匀布置，每相邻两块内/外挡板之间的夹角为360°/（内挡板数+外挡板数）。
7.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述搅拌桨采用轴径流复合式搅拌器，所述搅拌桨叶片的数量优先3叶，所述搅拌桨叶片直径为导流筒内径的85-95%。
8.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：规整填料段内的填料为不锈钢丝网波纹填料或者不锈钢板波纹填料，规整填料段高度为50-300mm。
9.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述气体分布装置为圆环管与径向管连接，所述圆环管最大直径为筒体内径的75%。
10.根据权利要求1所述的一种酯化反应装置，其特征在于：所述搅拌轴的顶部安装有电机。
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