CN112654424A - 具有挡板的间歇式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供了一种用于通过双管式挡板结构和借助多个搅拌器的多级结构来保持工业现场的最佳流动性能和温度控制性能的间歇式反应器。根据本发明的一个实施方式的间歇式反应器包括：圆柱形反应器主体；搅拌装置；排放喷嘴；以及沿反应器主体的圆周方向定位并位于反应器主体的内壁和搅拌装置之间的挡板，其中，搅拌装置包括一个旋转轴和至少两个搅拌器，挡板包括至少两个管，以及，所述管彼此分开并且沿着反应器主体的径向方向定位成直线。

Description

具有挡板的间歇式反应器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0108360的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及间歇式反应器，更具体地涉及具有挡板的间歇式反应器。

背景技术

典型的间歇式反应器包括：包含反应物的反应器主体；安装在反应器主体内部以搅拌反应物的搅拌器；以及使搅拌器旋转的驱动电机。

通常，间歇式放热反应过程需要适当控制反应室的内部温度，以产生均匀的产物，提高生产率，并改善产物质量的稳定性。因此，间歇式反应器可以包括反应器夹套、挡板，回流冷凝器等作为用于控制反应物的温度的组成元件。

挡板由流体流过的管构成，并且被布置成从搅拌器的外侧靠近反应器主体的内壁。挡板根据搅拌器在竖直方向上的旋转来改变在圆周方向上流动的反应物以使反应物更好地混合，并且通过反应物和在管内流动的流体之间的热交换来提供热控制性能以保持反应物的温度恒定。

然而，当改变搅拌器和挡板的安装方式时，可能发生由此导致的内部流动特性的改变以及产品质量的改变，这引起反应物的搅拌性能和除热性能的很大差异。

因此，已经对这种间歇式反应器进行了研究，该间歇式反应器能够最小化工业现场的限制，同时展现出最佳的搅拌性能和除热性能。

发明内容

技术问题

设计本发明的实施方式以解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种根据挡板的布置和搅拌器的结构的改进来分析流动特性和除热特性的反应器，该反应器确保最佳的除热性能，并最小化与工业现场相关的过程问题。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施方式的间歇式反应器包括：圆柱形反应器主体；搅拌装置；排放喷嘴；以及沿反应器主体的圆周方向定位并位于反应器主体的内壁和搅拌装置之间的挡板，其中，搅拌装置包括一个旋转轴和至少两个搅拌器，挡板包括至少两个管，所述管彼此分开并且沿着反应器主体的径向方向定位成直线。

所述至少两个搅拌器可以沿着旋转轴的高度方向以规则的间隔定位。

每个管可以是圆柱形的，并且彼此相邻的管之间的间隔可以是管直径的0.5至2倍。

反应器主体包括侧壁部、盖部和底部，并且排放喷嘴可以在底部中位于旋转轴和侧壁部之间。

所述间歇式反应器包括围绕旋转轴彼此间隔开定位的至少一对挡板，其中，在所述至少一对挡板中的靠近排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的管之间的间隔可以小于所述至少一对挡板中的远离排放喷嘴定位的挡板中彼此相邻的管之间的间隔。

在所述至少一对挡板中的靠近排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的管之间的间隔可以是管的直径的0.5至1倍。

在所述至少一对挡板中的远离排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的管之间的间隔可以是管的直径的0.5至2倍。

在所述至少一对挡板中的远离排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的管之间的间隔可以是管的直径的1至1.3倍。

有益效果

根据本发明的实施方式，可以提供一种间歇式反应器，其通过双管挡板结构在工业现场保持最佳的流动性能和除热性能。

另外，可以提供一种间歇反应器，其能够通过多个搅拌器有效地搅拌通过多级结构的反应流体，并且可以保持反应流体的均匀流动。

附图说明

图1是根据本发明的示例1的间歇式反应器的示意图。

图2是沿着图1的线I-I'截取的间歇式反应器的示意性剖面图。

图3是根据本发明的示例2的间歇式反应器的示意性剖面图。

图4是示出根据比较示例的间歇式反应器的示意性剖面图。

图5是示例1、示例2和比较示例的湍流耗散率的分布图。

图6是示出图1的下端部分的间歇式反应器的示意图。

图7示出了根据时间在图6的P1至P10处的浆料体积分数。

图8示出了最初的20秒内在图6的P1至P10处的浆料累积。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的各种实施方式，从而本领域技术人员可以容易地实现它们。本发明可以以各种不同的方式修改，并且不限于本文阐述的实施方式。

与本说明书无关的部分将被省略以清楚地描述本发明，并且在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

此外，在附图中，为了便于描述而任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，并且本发明不必限于附图中示出的那些尺寸和厚度。在附图中，为了清楚起见，而放大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，某些层和区域的厚度被放大地示出。

另外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或板之类的元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，它可以直接在该另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，则意味着不存在其他中间元件。此外，词语“在……上”或“在……上方”是指设置在参考部分之上或之下，并且不一定意味着被设置在参考部分的朝向重力的相反方向的上端上。

此外，在整个说明书中，当将一部分称为“包括”某个部件时，意味着它还可以包括其他部件而不排除其他部件，除非另有说明。

此外，在整个说明书中，当称为“平面的”时，是指从上侧观察目标部分；当称为“截面”时，是指从垂直切开的截面侧观察目标部分。

图1是根据本发明的示例1的间歇式反应器的示意图，图2是沿着图1的线I-I'截取的间歇式反应器的示意性剖面图。

参照图1和图2，根据本发明的示例1的间歇式反应器100包括圆柱形反应器主体120、搅拌装置130、排放喷嘴150、和沿反应器主体120的圆周方向定位并在反应器主体120的内壁和搅拌装置130之间的挡板140。

间歇式反应器100可以是例如用于聚合物聚合的聚合反应器。反应器主体120的形状不受限制，但是优选地具有圆柱形结构，并且可以包括侧壁部121、底部122和盖部123。尽管省略了图示，但是反应器主体120以双壁结构形成，从而流体可以在双壁结构内部循环，并且可以在流体和反应物之间进行热交换。即，可以将热交换夹套安装在反应器主体120中。

搅拌装置130包括：安装在反应器主体120内部以搅拌反应物110的搅拌器133、134和135；使搅拌器133、134和135旋转的电机131；以及连接电机131与搅拌器133、134和135的一个旋转轴132。

根据本发明的示例1，搅拌装置130包括三个搅拌器133、134和135，但是当至少两个搅拌器沿着旋转轴132的高度方向以规则的间隔定位以形成具有多级结构的间歇式反应器时，搅拌器的数量没有特别限制。重要的是间歇反应过程产生均匀的产物，并且根据本发明的示例1的搅拌器133、134和135沿着旋转轴132的高度方向以规则的间隔定位以形成多级结构，因此，与具有单个搅拌器的一级结构相比，可以有效地搅拌反应物，并且可以使每个区域的反应物的流动保持均匀。因此，可以最终产生均匀的产物，从而提高生产率并改善产品质量的稳定性。

搅拌器133、134和135的搅拌性能影响间歇式反应器100的反应性能。搅拌器133、134和135可以以桨式、螺旋桨式和涡轮式搅拌叶片的形式构造。在图1和图2中，作为示例示出了由桨式搅拌叶片构成的搅拌器133、134和135，但是该结构没有特别限制，只要其是能够有效地混合反应物110的结构即可。搅拌叶片的数量没有特别限制，可以由2至4个叶片构成。

挡板140用于通过根据搅拌器133、134和135的旋转将反应物110的周向流动改变为竖直流动来使反应物110更好地混合。另外，挡板140由管构成，诸如冷却水之类的用于热交换的流体在管内流动，这起到通过与反应物进行热交换来保持反应物的温度恒定以控制温度的作用，即，除热作用。

用于热交换的流体在低温的情况下可以具有大约4至35摄氏度的温度，并且在高温的情况下可以具有大约50至200摄氏度的温度。

多个挡板140沿着反应器主体120的圆周方向彼此隔开一定距离地布置。即，多个挡板140沿着反应器主体120的圆周方向以与搅拌器133、134和135规则的间隔安装，优选沿圆周方向等间隔地安装。

每个挡板140可包括多个管，并且每个管可具有圆柱形形状。每个挡板140的管彼此分开，并且当在平面图中观察时沿反应器主体120的径向方向定位成一直线。根据本发明的示例1的挡板140具有包括由第一管141和第二管142组成的两个管的结构。参照图1，第一管141和第二管142彼此分开，并且用于热交换的流体沿着每个路径流动。第一管141和第二管142可以分别穿过反应器主体120的底部122并连接至冷却水排出口(未示出)，并且它们可以分别穿过反应器主体120的侧壁部121并连接至冷却水排放流入口(未示出)。然而，对在反应器主体120处穿透的部分没有特别限制，并且其可以穿透盖部123和底部122、盖部123和侧壁部121、或侧壁部121和侧壁部121。如果对于每根管，冷却水排出口和冷却水流入口一个接一个地连接，则位置不受限制，因此，穿过反应器主体120的底部122的第一管141和第二管142连接到冷却水流入口，穿过反应器主体120的侧壁部121的第一管141和第二管142可以连接到冷却水排出口。

由于第一管141和第二管142不彼此连接，并且用于热交换的流体沿着各自的路径流动，所以可以容易地进行用于改善除热性能的表面处理过程。

每个挡板140可包括多个管，并且在平面图中观察时沿反应器主体120的径向方向定位成一直线。参照图2，在本发明的示例1中，挡板140包括第一管141和第二管142，并且第一管141和第二管142沿着反应器主体120的径向方向定位成一直线。

图3是根据本发明的示例2的间歇式反应器的示意性剖面图。除了每个挡板中包括的管的数量之外，根据本发明的示例2的间歇式反应器200具有与根据本发明的示例1的间歇式反应器100相同或相似的构造。参照图3，间歇式反应器200包括反应器主体220和挡板240，挡板240包括第一管241、第二管242和第三管243。第一管241、第二管242和第三管243沿着反应器主体220的径向方向定位成一直线。

图4是示出根据比较示例的间歇式反应器的示意性剖面图。参照图4，根据本发明的比较示例的间歇式反应器300包括反应器主体320和挡板340，并且挡板340包括第一管341、第二管342和第三管343。第一管341、第二管342和第三管343形成为彼此呈规则的间隔的三角形图案，以形成交叉排列的结构。

图5是示例1、示例2和比较示例的湍流耗散率的分布图。参照图5，可以确认，在根据本发明的比较示例的具有交叉排列结构的管中，与根据本发明的示例1和2的具有单排结构的管相比，没有足够的湍流能量传递到最外面的管。因此，可以确认，与具有单排结构的管相比，具有交叉排列结构的管的除热性能降低。

就除热性能而言，挡板优选地包括具有单排结构的管，并且管的数量没有特别限制，只要其为至少两个或更多个即可。然而，随着管数量的增加，冷却水流过的路径增加，这在除热性能方面可能是有效的。然而，在工业现场，随着每个挡板中包括的管的数量的增加，要安装的冷却水喷嘴的数量增加，并且在反应物和管之间形成的浆料的量可能增加。当由于浆料量增加而无法正确进行顺利清洁时，能够在下一个聚合过程中导致异常反应。因此，为了使在工业现场的上述限制最小化，管的数量优选是两个。

返回参照图1，根据本发明的示例1的间歇式反应器100还可以包括排放喷嘴150。排放喷嘴150可以位于反应器主体120的底部122中。具体地，排放喷嘴150可以在反应器主体120的底部122中位于旋转轴132和侧壁部121之间。排放喷嘴150负责排出已经完成反应的反应物110，并且所有反应已经完成的反应物110被通过排放喷嘴150排出，然后被纯化并干燥以产生最终产物。

返回参照图2，优选地，构成每个挡板140的多个管中彼此相邻的管之间的间隔X为管的直径的0.5至2倍。当管之间的间隔(X)小于直径的0.5倍时，在反应物和管之间在管的下端部分处形成的浆料的量可能增加，并且当管之间的间隔(X)超过直径的两倍时，则在搅拌器和相邻管道之间不能确保足够的空间，这会导致整体流动特性的不平衡。

图6是示出图1的下端部分的间歇式反应器的示意图。一对挡板140在相对于旋转轴132彼此相对应的部分处分开定位。构成该对挡板的任何一个挡板140的第一管141和第二管142也基本上平行于旋转轴132布置。构成另一个挡板140的第一管141和第二管142中的每个管可以在相对于旋转轴132彼此相对应的部分处定位。第一管141和第二管142可以被布置为彼此分开。

P1、P3、P5、P7和P9表示包括在更靠近排放喷嘴150的挡板140中包括的第一管141和第二管142、侧壁部121和排放喷嘴150中的相邻构造之间的点。P2、P4、P6、P8和P10表示在相对远离排放喷嘴150定位的挡板140中包括的第一管141和第二管142、旋转轴132和侧壁部121中的相邻构造之间的点。

图7示出了根据时间在图6的P1至P10处的浆料体积分数。具体地，分为管之间的间隔与管直径相同的情况和管之间的间隔为管直径的1.3倍的情况，图7示出了根据时间在P1至P10处的浆料体积比。

图8示出了最初的20秒内在图6的P1至P10处的浆料累积。具体地，分为管之间的间隔与管直径相同的情况和管之间的间隔为管直径的1.3倍的情况，图8示出了最初20秒内在P1至P10处的浆料积累程度。

参照图7和图8，出现如下现象：在反应的最初阶段直到反应开始后20秒浆料累积，并且随着时间的流逝，浆料与反应物流体一起被排出。在最初阶段累积的浆料成为抑制反应物混合的因素。

对于相对靠近排放喷嘴150的点P1、P3、P5、P7和P9，当管之间的间隔与管直径相同时，累积的浆料量相对较小。对于相对远离排放喷嘴150的点P2、P4、P6、P8和P10，当管之间的间隔是管直径的1.3倍时，累积的浆料量相对较小。

因此，优选的是，靠近排放喷嘴150的挡板140的相邻管之间的间隔比远离排放喷嘴150定位的挡板140的相邻管之间的间隔小。具体地，更优选的是，在靠近排放喷嘴150定位的挡板140中，管之间的间隔是管的直径的0.5至1倍，以及在远离排放喷嘴150定位的挡板140中，管之间的间隔是管的直径的0.5至2倍、或1至1.3倍。

尽管上面已经详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明的范围不限于此，并且本领域技术人员使用所附权利要求书中限定的本发明的基本概念进行的各种修改和改进也属于该权利范围。

附图标记说明

100：间歇式反应器

120：反应器主体

133、134、135：搅拌器

140：挡板

141：第一管

142：第二管

Claims (8)

1.一种间歇式反应器，包括：

圆柱形反应器主体；

搅拌装置；

排放喷嘴；以及

挡板，所述挡板沿所述反应器主体的圆周方向定位并位于所述反应器主体的内壁和所述搅拌装置之间，

其中，所述搅拌装置包括一个旋转轴和至少两个搅拌器，

其中，所述挡板包括至少两个管，以及

其中，所述管彼此分开并且沿着所述反应器主体的径向方向定位成直线。

2.根据权利要求1所述的间歇式反应器，

其中，所述至少两个搅拌器沿着所述旋转轴的高度方向以规则的间隔定位。

3.根据权利要求1所述的间歇式反应器，

其中，每个管是圆柱形的，并且

彼此相邻的所述管之间的间隔是所述管的直径的0.5至2倍。

4.根据权利要求1所述的间歇式反应器，

其中，所述反应器主体包括侧壁部、盖部和底部，并且

所述排放喷嘴在所述底部中位于所述旋转轴和所述侧壁部之间。

5.根据权利要求4所述的间歇式反应器，

包括围绕所述旋转轴彼此间隔开定位的至少一对挡板，

其中，在所述至少一对挡板中的靠近所述排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的所述管之间的间隔小于所述至少一对挡板中的远离所述排放喷嘴定位的挡板中彼此相邻的所述管之间的间隔。

6.根据权利要求5所述的间歇式反应器，

其中，在所述至少一对挡板中的靠近所述排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的所述管之间的间隔是所述管的直径的0.5至1倍。

7.根据权利要求5所述的间歇式反应器，

其中，在所述至少一对挡板中的远离所述排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的所述管之间的间隔是所述管的直径的0.5至2倍。

8.根据权利要求7所述的间歇式反应器，

其中，在所述至少一对挡板中的远离所述排放喷嘴定位的挡板中，彼此相邻的所述管之间的间隔是所述管的直径的1至1.3倍。

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