CN112221459A - 一种聚醚中和反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效聚醚中和反应器，所述反应器为一密闭容器，反应器上端面设置有粗聚醚进口和磷酸溶液进口，底部设置出料口，反应器上部为旋流喷射反应区，下部为换热反应区，旋流喷射反应区包括设置在顶端的循环进液口、与循环进液口相连的喷管和沿喷管下端周向均布的旋流喷射混合器，旋流喷射混合器的喷射方向均偏向反应器轴线，换热反应区包括进水口、出水口、上下两端的管板、设置在上下管板中的换热管，换热管联通旋流喷射反应区和出料口，出料口通过循环泵连通循环进液口。本发明设计合理，通过结合喷射混合，旋流混合，纤维切割破碎混合等多种混合方式强化传质，提高反应效率，通过下部设置的换热区进行循环换热，能得到很好的换热效果。

Description

一种聚醚中和反应器
技术领域
本发明涉及一种高效聚醚中和反应器，具体涉及一种聚醚多元醇后处理过程中的高效聚醚中和反应器。属于化工设备制造技术领域，
背景技术
聚醚是合成聚氨酯的重要原料，聚醚多元醇的合成工艺中通常采用KOH或NaOH作催化剂，反应之后的混合液中会残留一定量的碱性金属阳离子，金属离子含量过高会对最终产品的质量造成很大的影响。现阶段，国内除金属阳离子的主要方法是用酸性中和剂，中和粗聚醚中残留的碱性催化剂，再通过结晶、过滤除去盐。目前，粗聚醚的中和反应通常在搅拌釜式反应器中进行，这种反应器存在着反应时间长、传质效率低、搅拌器晃动、磷酸结晶晶体容易残留及装置难以保证密封等问题，影响聚醚的分离精制过程，最终影响产品的品质。
中国专利CN109692647A公开了一种带搅拌功能的中和反应器，通过上喷头和下喷头在流体的反作用力下形成自转，从而带动容器内液体转动，达到搅拌效果；实用新型专利CN207680626U提出了一种通过第一水泵将中和罐内部的聚醚单体循环抽动来代替搅拌器，起到混合的效果，容易做密封处理，使用寿命长，通过第二水泵和盘管将水箱内的水加热，充分利用中和反应的余热；实用新型专利CN207981175U公开了一种通过倾斜设置且倾斜方向相反的两组搅拌棒以及带有底部支撑的搅拌器的方式增强混合效果并固定搅拌器，减小晃动；实用新型专利CN202570138U公开了一种利用夹套换热代替盘管换热的聚醚精制釜，解决了磷酸结晶晶体容易残留在反应釜内的问题。但是，上述设备均存在混合方式单一、传质效率低、难以密封、换热效果差、磷酸结晶晶体容易残留等问题。
因此，为了满足聚醚精制工艺的需要，本领域迫切需要开发出一种使用寿命长、密封性能好、传质效率高和换热效果好的设备。
发明内容
本发明提供了一种高效聚醚中和反应器，从而解决了现有技术中存在的问题。
本发明所要解决的技术问题是：目前，粗聚醚的中和反应通常在搅拌釜式反应器中进行，这种反应器存在着反应时间长、传质效率低、搅拌器晃动、磷酸结晶晶体容易残留、换热效果差及装置难以保证密封等问题，影响聚醚的分离精制过程，最终影响产品的品质。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种聚醚中和反应器，其特征在于，所述反应器为一密闭容器，在反应器上端面设置有粗聚醚进口和磷酸溶液进口，底部设置出料口，所述反应器上部为旋流喷射反应区，下部为换热反应区，所述旋流喷射反应区包括设置在顶端的循环进液口、与循环进液口相连的喷管和沿喷管下端周向均布的旋流喷射混合器，旋流喷射混合器的喷射方向沿着反应器轴线方向，所述换热反应区包括进水口、出水口、上下两端的管板，以及设置在上下管板中的换热管，换热管连通旋流喷射反应区和出料口，出料口通过循环泵连通循环进液口；
所述旋流喷射混合器依次包括进口法兰、喷嘴、引流室、锥形入口、混合室、扩散室，喷嘴加速段上设置的螺旋叶片，引流室上的进液腔沿着引流室外壁面切向设置，进液腔入口上有金属丝网，混合室内壁上设有带孔螺旋叶片。
所述旋流喷射混合器中进液腔入口上的金属丝网采用不锈钢丝编织而成，层数为2～5层，不锈钢丝直径为0.05～0.5mm，孔隙率为80～95％。
所述旋流喷射混合器中混合室内壁上的带孔螺旋叶片内径为喷嘴出口内径的2～4倍，其上设置有圆孔，圆孔直径为1-3mm。
所述旋流喷射混合器通过喷管周向均布，数量为3-6个。
所述旋流喷射混合器3的进液腔置于低于旋流喷射反应区液面二分之一的位置。
所述反应容器上表面还设置有压力计口和液位计口，下表面还设置有温度计口和PH计口。
所述换热管不少于800根，换热管均匀布置在上下管板上。
所述聚醚中和反应器的旋流喷射反应区，包括设置在旋流喷射反应区侧壁上的4个循环进液口，通过4个喷管分别连接4个旋流喷射混合器，其中，2个旋流喷射混合器布置在旋流喷射反应区底部，另外2个布置在旋流喷射反应区上部，所有旋流喷射混合器的喷射方向均偏向反应器轴线。
所述聚醚中和反应器的旋流喷射反应区，包括设置在旋流喷射反应区下部侧壁上的一个循环进液口，通过喷管连接3～6个旋流喷射混合器，旋流喷射混合器均通过喷管均匀布置在旋流喷射反应区底部，且所有旋流喷射混合器的喷射方向均偏向反应器轴线。
本发明的有益效果主要在于：
1.本发明结合喷射混合，旋流混合，纤维切割破碎混合多种混合方式增大液滴传质的比表面积并提高流场的湍动程度，极大提高了传质效率和中和反应速率；
2.本发明利用循环喷射混合的方式代替搅拌机构，容器晃动小、容易密封、使用寿命长；
3.本发明反应器下部设置有换热区，通过反应物的循环，能够提高换热效果，同时采用管道换热的方式代替现有的盘管换热方式，增加了换热面积，且磷酸结晶晶体不易残留在换热管内。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的高效聚醚中和反应器结构示意图；
其中，1：循环液进口、2：喷管、3：旋流喷射混合器、4：粗聚醚进口、5：磷酸溶液进口、6：旋流喷射反应区、7：换热区、8：换热管、9：上管板、10：下管板、11：进水口、12：出水口、13：出料口、14：循环泵、15：温度计口、16：PH计口、19：管线。
图2是本发明的高效聚醚中和反应器上视图；
其中，1：循环液进口、4：粗聚醚进口、5：磷酸溶液进口、6：旋流喷射反应区、11：进水口、12：出水口、17：压力计口、18：液位计口。
图3是本发明的高效聚醚中和反应器B-B剖视图；
其中，6：旋流喷射反应区、8：换热管、9：上管板、11：进水口、12：出水口。
图4是本发明的旋流喷射混合器结构示意图；
图中，3-1：进口法兰、3-2：喷嘴、3-3：螺旋叶片、3-4：进液腔、3-5：金属丝网、3-6：引流室、3-7：锥形入口、3-8：混合室、3-9：带孔螺旋叶片、3-10：扩散室。
图5a是本发明的旋流喷射混合器A-A剖视图，图5b是正视图。
其中：3-2：喷嘴、3-4：进液腔、3-6：引流室。
图6是本发明的另一个实施方式的高效聚醚中和反应器结构示意图。
图7是本发明的再一个实施方式的高效聚醚中和反应器结构示意图。
图6、图7中，1：循环液进口、2：喷管、3：旋流喷射混合器、4：粗聚醚进口、5：磷酸溶液进口、6：旋流喷射反应区、7：换热区、8：换热管、9：上管板、10：下管板、11：进水口、12：出水口、13：出料口、14：循环泵、15：温度计口、16：PH计口、19：管线。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明做进一步阐述：
实施例1：
参阅附图1-3，一种高效聚醚中和反应器，包括密闭的反应容器，设置在反应容器上端面的循环液进口1、粗聚醚进口4和磷酸溶液进口5，设置在反应容器底部的出料口13，所述反应容器包括设置在上部的旋流喷射反应区6和下部的换热反应区7，所述旋流喷射反应区6包括设置在反应容器内且与循环液进口1相连的喷管2和沿周向均布的旋流喷射混合器3，所述换热反应区7包括进水口11、出水口-12、上下两端的管板9和10，以及换热管8，换热管8联通旋流喷射反应区6和出料口13。
如图4-5所示，旋流喷射混合器3包括进口法兰3-1、喷嘴3-2、引流室3-6、锥形入口3-7、混合室3-8、扩散室3-10，设置在喷嘴加速段的螺旋叶片3-3，设置在引流室3-6上的进液腔3-4以及进液腔3-4入口上的金属丝网3-5，设置在混合室内壁上的带孔螺旋叶片3-9。
所述旋流喷射混合器3进液腔3-4沿着引流室外壁面切向设置，液体通过进液腔时会产生旋流。
所述旋流喷射混合器3上的金属丝网3-5采用不锈钢丝编织而成，层数为3层，不锈钢丝直径为0.1mm，孔隙率为90％。
所述旋流喷射混合器3带孔螺旋叶片3-9内径为喷嘴出口内径的2倍，其上设置又圆孔，圆孔直径为1mm。
所述旋流喷射混合器3通过喷管2周向均布，数量为4个。
所述旋流喷射混合器3的进液腔置于液面以下较深的位置，以保证液体量较少的情况下也能取得很好的混合效果。
所述反应容器上表面还设置有压力计口17和液位计口18，下表面还设置有温度计口15和PH计口16。
所述换热管8设置有多根，多根换热管8均匀布置在上下管板9和10上。
所述出料口13连接有循环泵14，通过循环泵14将液体输送至循环液进口1。
装置运行时时，先将粗聚醚多元醇和磷酸溶液以一定比例分别通过反应器上端面的粗聚醚进口4和磷酸溶液进口5通入反应容器进行初始的反应和换热；然后将从底部出料口13流出的反应液通过循环泵14输送至反应容器上端面的循环液进口1，通过与旋流喷射混合器3连接的喷管2将循环液通入旋流喷射混合器，旋流喷射混合器3通过喷管2沿周向均布4个；喷嘴3-2喷出的循环液以其高速度在其锥形入口3-7内形成负压，从而将反应容器中的反应液通过进液腔3-4吸入引流室3-6，反应液通过沿引流室3-6外壁面切向设置的进液腔3-4时产生旋流，同时进液腔3-4入口上的金属丝网3-5将分散相液滴切割破碎以减小液滴粒径，增加反应接触面积，进入引流室3-6的反应液通过喷嘴3-2上的螺旋叶片3-3进一步强化旋流，随后通过锥形入口3-7与循环液接触后进入混合室3-8，在混合室3-8内产生涡漩，通过带孔螺旋叶片3-9进一步强化涡漩，产生了内部高度混合和传质的混合液，带孔螺旋叶片3-9上设置小孔以减小流体压降。混合液通过扩散室3-10时速度能部分转化成压力能，使从旋流喷射混合器3喷出的混合液成圆锥状扩散，并将周围的反应液带动起来，使得反应容器内的反应液充分混合，达到反应容器内反应液中和的目的；反应液流经换热反应区中的换热管时，通过导热流体进行换热，以达到调节反应温度的目的，换热管内壁面光滑，反应液不易残留，降低了磷酸结晶晶体残留在反应器内的风险，而且相比于盘管有更大的换热面积，强化了传热效果，同时，通过循环换热的方式能达到更好的换热效果。反应完成后的物料从底部侧线19流出，进入后续的处理阶段。
利用上述的中和反应器处理粗聚醚多元醇，提高了传热传质效果，能够将反应时间降低到现有中和搅拌釜的反应时间的50％以下。磷酸结晶晶体不易残留在反应容器内，增加了使用寿命。有效利用喷射混合，旋流混合，纤维切割破碎混合多种混合方式代替搅拌混合，减小了容器的晃动，增强了密封性能，降低了反应液泄漏的风险。
实施例2：
本实施例提供一种高效聚醚中和反应器，其结构如图6所示，与实施例1提供的反应器相比，区别在于：
出料口13流出的反应液通过2个循环泵14将循环液输送至反应容器侧壁上的4个循环循环液进口1，循环液进口1通过4个喷管2分别连接4个旋流喷射混合器3，其中，2个旋流喷射混合器3布置在旋流喷射反应区6底部，2个旋流喷射混合器3布置在旋流喷射反应区上部，所有旋流喷射混合器3的喷射方向均偏向反应器轴线。
当采用该布置方式的聚醚中和反应器时，由于从旋流喷射混合器3喷出的流体任然具有一定的流速，喷出的流体之间会产生撞击，增强了旋流喷射反应区内部流场的湍动程度，从而增强流体的混合和传质效果，进一步降低反应时间。
实施例3：
本实施例提供一种高效聚醚中和反应器，其结构如图6所示，与实施例1提供的反应器相比，区别在于：
出料口13流出的反应液通过循环泵14将循环液输送至反应容器侧壁上的循环液进口1，循环液进口1通过喷管2连接4个旋流喷射混合器3，4个旋流喷射混合器3均通过喷管2均匀布置在旋流喷射反应区6底部，且所有旋流喷射混合器3的喷射方向均偏向反应器轴线。
此实施例中，旋流喷射混合器3设置在旋流喷射反应区底部，且从旋流喷射混合器3喷出的流体流动方向与整体的流动方向相反。与实施例1相比，可以起到增加反应物料停留时间的效果，同时逆向流动可以保证更大的反应接触面积，最终降低反应时间。

Claims (8)

1.一种聚醚中和反应器，其特征在于，所述反应器为一密闭容器，在反应器上端面设置有粗聚醚进口和磷酸溶液进口，底部设置出料口，所述反应器上部为旋流喷射反应区，下部为换热反应区，所述旋流喷射反应区包括设置在顶端的循环进液口、与循环进液口相连的喷管和沿喷管下端周向均布的旋流喷射混合器，旋流喷射混合器的喷射方向沿着反应器轴线方向，所述换热反应区包括进水口、出水口、上下两端的管板，以及设置在上下管板中的换热管，换热管连通旋流喷射反应区和出料口，出料口通过循环泵连通循环进液口；
所述旋流喷射混合器依次包括进口法兰、喷嘴、引流室、锥形入口、混合室、扩散室，喷嘴加速段上设置的螺旋叶片，引流室上的进液腔沿着引流室外壁面切向设置，进液腔入口上有金属丝网，混合室内壁上设有带孔螺旋叶片。
2.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述旋流喷射混合器中进液腔入口上的金属丝网采用不锈钢丝编织而成，层数为2～5层，不锈钢丝直径为0.05～0.5mm，孔隙率为80～95％。
3.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述旋流喷射混合器中混合室内壁上的带孔螺旋叶片内径为喷嘴出口内径的2～4倍，其上设置有圆孔，圆孔直径为1-3mm。
4.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述旋流喷射混合器通过喷管周向均布，数量为3-6个。
5.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述旋流喷射混合器的进液腔置于低于旋流喷射反应区液面二分之一的位置。
6.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述换热管不少于800根，换热管均匀布置在上下管板上。
7.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述聚醚中和反应器的旋流喷射反应区，包括设置在旋流喷射反应区侧壁上的4个循环进液口，通过4个喷管分别连接4个旋流喷射混合器，其中，2个旋流喷射混合器布置在旋流喷射反应区底部，另外2个布置在旋流喷射反应区上部，所有旋流喷射混合器的喷射方向均偏向反应器轴线。
8.如权利要求1所述的聚醚中和反应器，其特征在于，所述聚醚中和反应器的旋流喷射反应区，包括设置在旋流喷射反应区下部侧壁上的一个循环进液口，通过喷管连接3-6个旋流喷射混合器，旋流喷射混合器均通过喷管均匀布置在旋流喷射反应区底部，且所有旋流喷射混合器的喷射方向均偏向反应器轴线。
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