CN114160083A - 一种回旋式聚合反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于聚合反应设备技术领域，提出了一种回旋式聚合反应器，进行卧式放置，反应器内部采用卷板式同心密封结构，包括如下结构：外壳体、外封头、保温材料、进料管路、跨线管路、出料管路、进料内管、内支撑柱、中心板、定向卷板、八字形折流板、流道隔板、出料内管、出料支管和地面支座。内部通过流道隔板密封隔绝各个流道，流道起始和末端配有进出料管路和跨线管路，卷板之间以及卷板与外壳体之间由支撑柱固定。本发明耦合强化了聚合反应‑换热过程，同时可以有效控温撤热，精确控制产品指标。

Description

一种回旋式聚合反应器

技术领域

本发明属于聚合反应设备技术领域，具体涉及一种回旋式聚合反应器。

背景技术

聚合反应大多为放热过程，在反应过程中需要保持反应器内保持一定的温度，因此需要反应器需要具备控制温度和及时撤热的功能，控制反应温度在适宜区间内，保证聚合产品质量。

现有技术通常采用分为釜式反应器和列管式反应器。釜式反应器内部一般采用机械搅拌的方式，提高反应器内部的湍流，强化反应器内部的反应和传热过程，但需要外部换热器进行加热和冷却操作，往往会出现撤热不及时导致产品不达标的情况；列管式反应器可直接在反应器内进行换热，但列管中的传质效果较差，导致需要较大的反应器体积才能达到相同的反应程度。

CN113368803A公开了一种釜式聚合反应器，该发明采用了中心轴和偏心轴的双轴搅拌方式，有效缩短气液两相的混合时间，提高反应效率。CN108745228A公开了一种多功能高分子树脂新材料开发制备用聚合反应器，该发明采用垂直和水平方向的双叶轮搅拌方式，叶轮搅动长度可调，使反应器内物料均匀混合，提高反应效率。但作为釜式反应器，换热体系与反应体系相分离。无法在反应器内部进行及时的撤热控温，不适用于热效应较大且反应物热容较小的反应体系。

CN112969720A公开了在管式反应器中制备乙烯均聚物或共聚物的方法，该发明采用管式反应器制备低密度聚乙烯(LDPE)，可以精确控制反应温度。但该发明中所述聚合反应器的总有效长度除以反应区的数量为230至350m，对应需要较大的反应器体积才能保证聚合反应充分进行。

发明内容

本发明的目的是解决聚合反应过程撤热不及时，导致反应器内部温度分布不均，难以精确控制反应产品指标。传统聚合反应器存在死区，导致温度分布不均，聚合程度不同等一系列问题。

一种回旋式聚合反应器，包括外壳体1和外封头2；外壳体1为圆柱形壳体，横卧放置，其与地面相近侧布置多个地面支座15，用于稳定回旋式聚合反应器；外壳体1两端均设有外封头2，用于密封；其中一外封头2上设有多个开孔，用于安装进料管路4、跨线管路5和出料管路6。

两组定向卷板10相邻盘旋于外壳体1内，以双螺旋线展开，二者的交汇处通过中心板9隔开，形成两个相互独立的冷却液流道和物料流道；中心板9位于外壳体1轴线方向中间处。

定向卷板10的各层间及定向卷板10与外壳体1之间通过内支撑柱8连接；定向卷板10与外壳体1之间填充有保温材料3；定向卷板10末端通过多个出料歧管14与出料内管13相连通，出料内管13作为出料管路6位于外封头2内的部分。

两个进料内管7分别位于两流道内，其通过内支撑柱8与中心板9、定向卷板10固定连接；进料内管7上开有多个通孔，进料内管7作为进料管路4位于外封头2内的部分。

所述的流道内设有流道隔板12，流道隔板12两侧配有跨线管路5，用于将物料引入或引出回旋式聚合反应器。

所述的进料内管7上的通孔16沿进料方向孔径逐渐增大。

所述内支撑柱8的形式包括圆柱形、鱼眼形、八字形折流板11或其他具有强化反应-换热过程的折流结构。

所述回旋式聚合反应器的外径为500～3000mm；长度直径比为1～2。适用反应压力为0.1～3.5MPa，反应温度-20～100℃。

所述定向卷板10圈数2～10圈，间距50～200mm。

所述外封头2为椭圆形或平板形。

所述跨线管路5可连通至在线检测设备或外接换热设备。

所述最外层定向卷板10外的内支撑柱可穿过外壳体1连接至地面支柱，以降低外壳体1所承载的负荷。

回旋式聚合反应器流动方式如下：

反应物和冷却液从反应器中心的两支进料路4进入反应器。物料由进料内管7上的横向通孔流入中心流道。反应物与冷却液在中心板9上均匀分布后，沿定向卷板10方向回旋式流动，反应物在冷却液的温度作用下逐渐升温，发生聚合反应并放热，冷却液同时吸热，以控制反应温度。在冷却液温度升至临界温度后，由中间的跨线管路5采出，经外部换热器降温后返回反应器，继续维持反应温度并及时移除热量。反应物也可在跨线管路5中采出，进行在线产品检测或采出不同反应停留时间的聚合产品。在定向卷板10末端，聚合反应产物和冷却液经出料管路6采出。

该回旋式聚合反应器通过两条交替的冷热流道，分别流入冷却液和反应物，冷却液选取热容较大并且在聚合反应温度下具有化学稳定性的介质，以维持聚合反应温度，保证反应产品的聚合程度均匀。反应器需设置外置泵，提高进料压力，保证物料流速，防止聚合产物在流道内堵塞。

本发明的有益效果：回旋式流道可以大幅提高反应器内部的湍流强度，提高换热系数；冷热流道交替设计，有效增加单位体积内的换热面积，及时移除反应热，控制反应温度。冷却液流道中设置跨线管路，在冷却液控温失效时，可及时切换补充新冷却液，控制反应温度。物料流道中设置跨线管路5，实时检测反应器各段的反应进行程度，也可在同一反应器中进行多种牌号的聚合物反应过程，实现不同聚合反应的耦合强化过程。

进料内路7上设由孔径逐渐增大的通孔，使进料在中心板9上均匀分布。进料内管7与中心板9间焊有内支撑柱8，固定进料内管7。定向卷板10间焊接有内支撑柱8，以保证定向卷板10间距离，提高结构强度；或制成鱼眼形或八字形折流板，提高湍流，强化反应与传热过程。定向卷板10间也焊有流道隔板12，隔绝各个流道，同时具有支撑作用。

采用上述技术方案，外壳体1与最外层卷板间填充保温材料3，可减小外部环境温度对反应的影响。

附图说明

图1为本发明一种回旋式聚合反应器的外部结构示意图；

图2为本发明一种回旋式聚合反应器的移除外封头和外壳体的正面示意图；

图3为本发明一种回旋式聚合反应器的移除外封头的截面示意图；

图4为本发明一种回旋式聚合反应器移除外壳体后出料内管13与出料支管14的连接示意图；

图5为本发明一种回旋式聚合反应器的斜剖截面示意图。

图中：1、外壳体；2、外封头；3、保温材料；4、进料管路；5、跨线管路；6、出料管路；7、进料内管；8、内支撑柱；9、中心板；10、定向卷板；11、八字形折流板；12、流道隔板；13、出料内管；14、出料支管；15、地面支座；16、通孔。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方案进行描述。

本发明提供了一种回旋式聚合反应器，如图1所示，包括外壳体1和外封头2。外封头2上开孔，供进料管路4、跨线管路5和出料管路6通过。进料管路4在反应器内部与进料内管7连接，进料内管7上沿进料方向开设孔径逐渐增大的通孔16，进料内管7通过内支撑柱8与中心板9连接。中心板9两端与定向卷板10焊接，定向卷板10沿双螺旋线展开。定向卷板10间焊有内支撑柱8，内支撑可制成八字形折流板11。定向卷板10间焊有流道隔板12，流道隔板末12端配有跨线管路5。流道末端配有出料内管13，出料内管与定向卷板10间由出料歧管14连接。外壳体1为圆柱形壳体，两端为外封头2，外壳体1内部与最外层定向卷板1间用内支撑柱8连接，外壳体1外部与地面支座15连接。

回旋式聚合反应器流动方式如下：

反应物和冷却液从反应器中心的两支进料管路4进入反应器。物料由进料内管7上的横向通孔流入中心流道。反应物与冷却液在中心板9上均匀分布后，沿定向卷板10方向回旋式流动，反应物在冷却液的温度作用下逐渐升温，发生聚合反应并放热，冷却液同时吸热，以控制反应温度。在冷却液温度升至临界温度后，由中间的跨线管路5采出，经外部换热器降温后返回反应器，继续维持反应温度并及时移除热量。反应物也可在跨线管路5中采出，进行在线产品检测或采出不同反应停留时间的聚合产品。在定向卷板10末端，聚合反应产物和冷却液经出料管路6采出。

本发明一种回旋式聚合反应器的实施原理如下：聚合反应原料和冷却液分别通过两根进料管线4送入反应器内部，经进料内管7分配后进入定向卷板10所分割出的流道内，在冷却液所控制的温度下进行聚合反应。回旋式流道大幅提高流体的湍流强度，强化反应与换热过程。在冷却液温度升至临界温度后，由中间的跨线管路5采出，经外部换热器降温后返回反应器，继续维持反应温度并及时移除热量。反应物在跨线管路5中采出，进行在线产品检测或采出不同反应停留时间的聚合产品。在定向卷板10末端，聚合反应产物和冷却液经出料歧管14、出料内管13和出料管路6采出。

实施例1

回旋式聚合反应器，用于聚丙烯反应，设计反应温度70～80℃，反应压力3.5MPa，采用循环水作为冷却液。外壳体1外径为1000mm，长度1500mm。中心板9宽200mm，双螺旋定向卷板10间距100mm，圈数5圈。内支撑柱8直径20mm，在反应器中垂直布置四排三列，柱间距300mm。地面支座15直径30mm，与内支撑柱8同轴布置。进料管路4及进料内管7Φ76*3，进料内管7通孔数为8，直径为8～24mm，直径差为2mm。冷却液流道第三圈末端和第四圈起始位置设置流道隔板及跨线管路5，将80℃冷却液采出冷却至70℃后返回冷却液流道第四圈。出料支管14Φ60*3，支管数为5，出料内管13及出料管路6Φ70*3。

实施例2

回旋式聚合反应器，用于聚丁二烯反应，设计反应温度63～67℃，反应压力0.2MPa，采用循环水作为冷却液。外壳体1外径为800mm，长度1200mm。中心板9宽180mm，双螺旋定向卷板10间距100mm，圈数4圈。内支撑柱8直径18mm，在反应器中轴线布置一列4根，柱间距240mm；45°斜向布置八字形挡板，挡板夹角135°，长50mm，宽10mm，挡板间距50mm，地面支座15直径30mm，中心与内支撑柱同轴布置，两侧在最外层流道八字形挡板下方布置。进料管路4及进料内管7Φ76*3，进料内管7通孔数为6，直径为8～20mm，直径差为2mm。出料支管14Φ60*3，支管数为5，出料内管13及出料管路6Φ70*3。

Claims (10)

1.一种回旋式聚合反应器，其特征在于，该回旋式聚合反应器，包括外壳体(1)和外封头(2)；外壳体(1)为圆柱形壳体，横卧放置，其与地面相近侧布置多个地面支座(15)，用于稳定回旋式聚合反应器；外壳体(1)两端均设有外封头(2)，用于密封；其中一外封头(2)上设有多个开孔，用于安装进料管路(4)、跨线管路(5)和出料管路(6)；

两组定向卷板(10)相邻盘旋于外壳体(1)内，以双螺旋线展开，二者的交汇处通过中心板(9)隔开，形成两个相互独立的冷却液流道和物料流道；中心板(9)位于外壳体(1)轴线方向中间处；

定向卷板(10)的各层间及定向卷板(10)与外壳体(1)之间通过内支撑柱(8)连接；定向卷板(10)与外壳体(1)之间填充有保温材料(3)；定向卷板(10)末端通过多个出料支管(14)与出料内管(13)相连通，出料内管(13)作为出料管路(6)位于外封头(2)内的部分；

两个进料内管(7)分别位于两流道内，其通过内支撑柱(8)与中心板(9)、定向卷板(10)固定连接；进料内管(7)上开有多个通孔，进料内管(7)作为进料管路(4)位于外封头(2)内的部分。

2.根据权利要求1所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述的流道内设有流道隔板(12)，流道隔板(12)两侧配有跨线管路(5)，用于将物料引入或引出回旋式聚合反应器。

3.根据权利要求1或2所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述的进料内管(7)上的通孔(16)沿进料方向孔径逐渐增大。

4.根据权利要求1或2所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述内支撑柱(8)的形式包括圆柱形、鱼眼形或八字形折流板(11)。

5.根据权利要求3所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述内支撑柱(8)的形式包括圆柱形、鱼眼形或八字形折流板(11)。

6.根据权利要求1、2或5所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述回旋式聚合反应器的外径为500～3000mm；长度直径比为1～2。

7.根据权利要求3所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述回旋式聚合反应器的外径为500～3000mm；长度直径比为1～2。

8.根据权利要求1、2、5或7所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述回旋式聚合反应器外部设置外置泵，用于提高进料压力，防止聚合产物堵塞流道。

9.根据权利要求1、2、5或7所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述定向卷板(10)圈数2～10圈，间距50～200mm。

10.根据权利要求1、2、5或7所述的回旋式聚合反应器，其特征在于，所述定向卷板(10)与外壳体(1)之间的内支撑柱(8)穿过外壳体(1)连接至地面支座(15)。

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