CN116099483B - 异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器及生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及反应塔技术领域，具体涉及异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器及生产系统，包括塔体，塔体的一侧开设有多个原料进料口，塔体的下侧开设有氧气进料口，塔体的顶部开设有气相出口；多个塔板件将塔体内分隔成多个反应空间；氮气循环系统，包括供氮装置、塔内氮气流通管道、多个氮气调节组件与氮气循环管路。采用塔式结构，省去了各反应釜之间的输送泵；通过氮气调节组件将氮气通入反应空间内，为塔体内的气相物料提供上升力，当反应空间内的物料反应太剧烈以致温度过高时，氮气调节组件通过调节通入反应空间内的氮气的量，降低反应空间内反应物的浓度和带走反应热量。
Description
技术领域
本发明涉及反应塔技术领域，尤其涉及异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器及生产系统。
背景技术
叔丁基过氧化氢（TBHP）常用作自由基反应或聚合反应的引发剂，也用作丙烯共氧化法制备环氧丙烷PO的氧源，是一种重要的烷基过氧化物。在采用异丁烷氧化法制丙酮的工艺中，包括异丁烷无催化氧化生成TBHP部分、异丁烷回收部分与TBHP 分解反应部分，其中在异丁烷无催化氧化生成TBHP的工艺中，现有的反应装置是采用多个反应釜进行，多个反应釜占地面积大，且各反应釜之间要通过输送泵等进行反应物质的输送，设备投入大；且异丁烷与氧气反应会放出大量的热，为了控制塔内的温度，现有的方式是在塔的中段设置多个循环冷却系统，即将塔内的反应组分抽出塔外经过冷却后再送回塔内，但此种方式对于塔内中部的温度调节的效果不好。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器及生产系统，以解决现有装置占地面积大以及塔内中部的温度调节的效果不好的问题。
基于上述目的，本发明提供了一种异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，包括：
塔体，所述塔体的一侧开设有多个原料进料口，所述塔体的下侧开设有氧气进料口，所述塔体的底部开设有出料口，所述塔体的顶部开设有气相出口；
多个塔板件，多个所述塔板件沿塔体的长度方向排布，将塔体内分隔成多个反应空间；
氮气循环系统，所述氮气循环系统包括供氮装置、塔内氮气流通管道、多个氮气调节组件与氮气循环管路，所述供氮装置与塔内氮气流通管道的底部相连通，塔内氮气流通管道贯穿塔体的底部与顶部，多个氮气调节组件均与塔内氮气流通管道相连通，并分别安装在多个反应空间内，对反应空间内的气相物料的浓度进行调节，氮气循环管路连通塔内氮气流通管道的两端，并安装有动力源。
可选地，所述氮气调节组件包括多个出气管，多个所述出气管与塔内氮气流通管道相连通，并沿其径向均布排列，所述出气管包括竖直段与两个平直段，两个平直段的两端均与塔内氮气流通管道相连通，竖直段上开设有多个出气口，所述竖直段上还安装有根据反应空间内的温度变化来调节出气口敞开数量的调节件。
可选的，所述调节件包括两组伸缩套管，两组所述伸缩套管对称安装在所述竖直段的两端，所述伸缩套管的一端固定安装在竖直段，所述伸缩套管的另一端可滑动的安装在竖直段上，所述伸缩套管的一端的一侧还安装有带动杆，两个平直段远离竖直段的一侧之间安装有支撑板，所述支撑板的中部安装有第一热双金属片，两个平直段上还可滑动的安装有滑动板，所述滑动板的中部开设有滑槽，所述带动杆的一端延伸至滑槽内，所述第一热双金属片呈弯曲状，且第一热双金属片的两端延伸至滑槽内，并分别与两侧的带动杆相连接，第一热双金属片的主动层朝向竖直段。
可选的，所述塔内氮气流通管道内还安装有气流调节组件，所述气流调节组件包括固定环与活动环，所述固定环固定安装在塔内氮气流通管道内，所述活动环可滑动的安装在塔内氮气流通管道内，所述固定环与所述活动环之间安装有多个第二热双金属片，多个第二热双金属片呈环状分布，所述固定环的外环面与所述活动环的外环面之间还安装有柔性环套，所述柔性环套的内表面与第二热双金属片相连接，第二热双金属片的主动层与柔性环套相接触。
可选的，所述柔性环套由高温漆布制造。
可选的，所述高温漆布为具有聚四氟乙烯涂覆的玻璃纤维布。
可选的，所述塔板件包括圆形的板体，所述板体的一侧设有缺口，所述板体的中部开设有多个相互平行的通槽，所述通槽内可活动的安装有用于封闭所述通槽的挡板，所述板体的下部安装有与板体同等大小的孔板。
可选的，相邻所述塔板件的缺口相对设置，所述挡板朝向所述缺口的方向翻转。
可选的，所述板体的上表面的两侧均凸设有围挡沿。
基于上述实施方式，提出一种异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的生产系统，包括塔式反应器、异丁烷进料缓冲罐、供氧设备、塔顶冷凝器、回流罐与塔底冷却器，所述供氧设备通过氧气进料口与塔式反应器相连接，异丁烷进料缓冲罐通过原料进料口与塔式反应器相连接，塔顶冷凝器与气相出口相连接，回流罐的一端与塔顶冷凝器相连接，回流罐的另一端与塔式反应器的上部相连接，塔底冷却器与出料口相连接。
本发明的有益效果：异丁烷与氧气在本说明书提出的塔式反应器中进行，减少了占地面积，并且省去了各反应釜之间输送反应物料的输送泵，使异丁烷与氧气能够在塔式反应器中进行连续反应；
通过氮气调节组件将氮气通入反应空间内，氮气的通入为塔体内的气相物料提供向上的上升力，且当反应空间内的物料反应太剧烈以致温度过高时，氮气调节组件通过调节通入反应空间内的氮气的量，对反应空间内的气相物料的浓度进行调节，通过减少降低反应空间内反应物的浓度，减缓反应空间内氧化分解反应的剧烈程度，进而对塔体内各反应空间的温度进行调节；
气流调节组件根据温度的变化调节连接管的管径，与氮气调节组件相配合，调节氮气流向反应空间的量，进一步的提高了对塔体内温度的调节效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器的示意图；
图2为本发明实施例的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器的剖面示意图；
图3为本发明实施例的氮气调节组件的示意图；
图4为本发明实施例的气流调节组件的示意图；
图5为本发明实施例的气流调节组件的剖面示意图；
图6为本发明实施例的气流调节组件中的第二热双金属片发生形变时的剖面示意图；
图7为本发明实施例的两个相邻的塔板件与氮气调节组件的位置示意图；
图8为本发明实施例的塔板件的示意图一；
图9为本发明实施例的塔板件的示意图二。
图中标记为：
1、塔体；11、原料进料口；12、氧气进料口；13、出料口；14、气相出口；2、塔板件；21、反应空间；22、板体；23、缺口；24、通槽；25、挡板；26、孔板；27、围挡沿；3、氮气循环系统；31、塔内氮气流通管道；32、氮气调节组件；321、出气管；322、竖直段；323、平直段；324、出气口；325、调节件；3251、伸缩套管；3252、带动杆；3253、支撑板；3254、第一热双金属片；3255、滑动板；33、气流调节组件；331、固定环；332、活动环；333、第二热双金属片；334、柔性环套。
实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1、图2所示，一种异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，包括塔体1，塔体1的一侧开设有3-8个原料进料口11，多个原料进料口11沿塔体1的长度方向分布，以使预热后的异丁烷原料从上到下分别进入至塔体1的不同位置，塔体1的下侧开设有2-6个氧气进料口12，氧气从上到下分别进入塔体1的中下部的不同位置，塔体1的底部开设有出料口13，经反应生成的液相物料由出料口13排出，塔体1的顶部开设有气相出口14，反应后的气相物料由塔体1顶部的气相出口14排出，为使塔体1内的氧气充分反应掉，通入塔体1内的异丁烷的量要远远大于通入氧气的量，一般异丁烷的通入量为氧气通入量的5倍；
还包括多个塔板件2，多个塔板件2沿塔体1的长度方向排布，将塔体1内分隔成多个反应空间21，气相物料与液相物料在反应空间21内进行接触，并发生氧化分解反应；
还包括氮气循环系统3，氮气循环系统3包括供氮装置、塔内氮气流通管道31、多个氮气调节组件32与氮气循环管路，供氮装置为现有设备，供氮装置与塔内氮气流通管道31的底部相连通，塔内氮气流通管道31贯穿塔体1的底部与顶部，多个氮气调节组件32均与塔内氮气流通管道31相连通，并分别安装在多个反应空间21内，氮气循环管路连通塔内氮气流通管道31的两端，并安装有氮气压缩机，作为氮气循环的动力源。
其中，在塔体的一侧同样设置有多组循环冷却系统，循环冷却系统为现有技术，再次不再赘述，异丁烷与氧气在本说明书提出的塔式反应器中进行，减少了占地面积，并且省去了各反应釜之间输送反应物料的输送泵，异丁烷与氧气能够在塔式反应器中进行连续反应，供氮装置将氮气通入塔内氮气流通管道31中，异丁烷在塔体内呈现液相与气相的临界状态，氮气的通入为塔体内的气相物料提供向上的上升力，并通过氮气调节组件32通入反应空间21内，当反应空间21内的物料反应太剧烈以致温度过高时，氮气调节组件32通过调节通入反应空间21内的氮气的量，对反应空间21内的气相物料的浓度进行调节，通过减少降低反应空间21内反应物的浓度，减缓反应空间21内氧化分解反应的剧烈程度，进而对塔体1内各反应空间21的温度进行调节。
在一种实施方式中，如图3所示，氮气调节组件32包括多个出气管321，多个出气管321与塔内氮气流通管道31相连通，并沿其径向均布排列，出气管321呈C形，包括竖直段322与两个平直段323，两个平直段323的两端均与塔内氮气流通管道31相连通，竖直段322上开设有多个供氮气排出的出气口324，出气口324开设在竖直段322上，能够减少呈液相的物料从出气口324进行到塔内氮气流通管道31内，竖直段322上还安装有根据反应空间21内的温度变化调节出气口324敞开数量的调节件325，当反应空间21内的温度过高时，调节件325使更多的出气口324敞开，进而使更多的氮气进入到反应空间21内，当氮气量增加时，异丁烷与氧气的量相应的减少，反应放出的热量随之减少，进而使反应空间21内的温度降低，调节件325随之也减少出气口324的敞开数量。
具体的说，调节件325包括两组伸缩套管3251，两组伸缩套管3251对称安装在竖直段322的两端，伸缩套管3251的一端固定安装在竖直段322，在本实施例中两组伸缩套管3251相远离的一端分别固定安装在竖直段322的上下两端，两组伸缩套管3251相靠近的一端均可滑动的安装在竖直段322上，伸缩套管3251的一端的一侧还安装有带动杆3252，两个平直段323远离竖直段322的一侧之间安装有支撑板3253，支撑板3253的中部安装有第一热双金属片3254，两个平直段323上还可滑动的安装有滑动板3255，滑动板3255的中部开设有滑槽，带动杆3252的一端延伸至滑槽内，第一热双金属片3254呈弯曲状，且第一热双金属片3254的两端延伸至滑槽内，并分别与两侧的带动杆3252相连接，第一热双金属片3254的主动层朝向竖直段322，主动层的热膨胀系统较高，当温度变化时，主动层的形变大于被动层的形变，从而使热双金属片的整体向被动层一侧弯曲，当温度升高时，呈弯曲状态的第一热双金属片3254逐渐伸展，带动两侧的伸缩套管3251逐渐远离，进而减少对出气口324的遮挡，使更多的氮气能够进入到反应空间21内，因塔体1内各反应空间21内的温度控制需控制在140-150℃的范围内，热双金属片可以选用的通用型如：5J1413、5J1416、5J1580 等，其具有较高的热敏感性和较高电阻率。
在一种实施方式中，如图4、图5、图6所示，塔内氮气流通管道31内还安装有气流调节组件33，气流调节组件33包括固定环331与活动环332，为了方便气流调节组件33的安装，塔内氮气流通管道31可以采用多段可以拼装在一起的连接管组装制作，每段连接管内分别安装一组气流调节组件33，固定环331固定安装在连接管内，活动环332可滑动的安装在连接管内，固定环331与活动环332之间安装有多个第二热双金属片333，多个第二热双金属片333呈环状分布，并呈竖直状贴覆在连接管的内表面，固定环331的外环面与活动环332的外环面之间还安装有柔性环套334，柔性环套334的内表面与第二热双金属片333相连接，第二热双金属片333的主动层与柔性环套334相接触。
当塔体1内有某个反应空间21内的温度过高时，位于该段内的塔内氮气流通管道31的温度势必也会升高，氮气流通管道的温度内的氮气的温度也会升高，当温度升高时，第二热双金属片333向连接管的中部发生弯曲，并带动活动环332向固定环331靠近，第二热双金属片333带动柔性环套334发生形变，如图6所示，使连接管内的管径变小，增大了氮气沿塔内氮气流通管道31向上流动的阻力，使更多的氮气通过氮气调节组件32的出气口324排出，与氮气调节组件32相配合，实现对塔体1内温度的调节。
具体的说，柔性环套334由高温漆布制造，高温漆布即为聚四氟乙烯涂覆玻璃纤维布，其具有一定的柔性，可以随着第二热双金属片333的弯曲发生形变，且其可用于-196℃~300℃的温度之间，具有耐气候性,抗老化，使用寿命长。
在一种实施方式中，如图7、图8、图9所示，塔板件2包括圆形的板体22，板体22安装在塔体1内，板体22的一侧设有缺口23，板体22的中部开设有多个相互平行的通槽24，通槽24内通过铰接等方式安装有挡板25，用于对通槽24进行封闭，板体22的下部安装有与板体22同等大小的孔板26，在安装时，上下相邻的塔板件2的缺口23相对设置，且挡板25设置为可以朝向缺口23的方向翻转，当呈液相的物料从位于上层的缺口23处向下流下时，液相的物料沿着板体22向缺口23的一侧流动，位于下层的气相物料透过孔板26向上流动时将挡板25顶开，使通槽24敞开，挡板25形成围挡，当液相的物料的液位高过挡板25时向通槽24流去，去气相物料相接触，此设置增加了气相物料与液相物料的接触面积，提升了精馏的效果。
在一种实施方式中，所述板体22的上表面的两侧均凸设有围挡沿27，围挡沿27的设置避免液相物料绕过挡板25，之间从板体22的两侧流向缺口23。
本发明还提出一种异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的生产系统，包括塔式反应器、异丁烷进料缓冲罐、供氧设备、塔顶冷凝器、回流罐与塔底冷却器，供氧设备通过氧气进料口12与塔式反应器相连接，异丁烷进料缓冲罐通过原料进料口11与塔式反应器相连接，塔顶冷凝器与气相出口14相连接，回流罐的一端与塔顶冷凝器相连接，回流罐的另一端与塔式反应器的上部相连接，塔底冷却器与出料口13相连接。
异丁烷由泵送至异丁烷进料缓冲罐，储存一定量的异丁烷原料，异丁烷通过进料泵升压，并充至反应预热器，预热后从上至下分别进至塔式反应器的不同位置，供氧设备采用液氧成套供应装置，液氧通过预热器气化后，从上到下分别进入至塔式反应器的不同位置，氮气由氮气循环系统3通入塔体1内，通过调节塔体1内气相物料的浓度来调节温度，并为气相物料向上移动提供动力，循环氮气和少量的异丁烷通过塔顶冷凝器冷凝后，异丁烷由回流罐回流至塔体1内，氮气经压缩后循环至塔体1内。
本说明书一个或多个实施例提出的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器及生产系统，通过氮气调节组件32将氮气通入反应空间21内，当反应空间21内的物料反应太剧烈以致温度过高时，氮气调节组件32通过调节通入反应空间21内的氮气的量，对反应空间21内的气相物料的浓度进行调节，通过减少降低反应空间21内反应物的浓度，减缓反应空间21内氧化分解反应的剧烈程度，进而对塔体1内各反应空间21的温度进行调节；
气流调节组件33根据温度的变化调节连接管的管径，与氮气调节组件32相配合，调节氮气流向反应空间21的量，进一步的提高了对塔体1内温度的调节效果。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，包括：
塔体(1)，所述塔体(1)的一侧开设有多个原料进料口(11)，所述塔体(1)的下侧开设有氧气进料口(12)，所述塔体(1)的底部开设有出料口(13)，所述塔体(1)的顶部开设有气相出口(14)；
多个塔板件(2)，多个所述塔板件(2)沿塔体(1)的长度方向排布，将塔体(1)内分隔成多个反应空间(21)；
其特征在于，还包括氮气循环系统(3)，所述氮气循环系统(3)包括供氮装置、塔内氮气流通管道(31)、多个氮气调节组件(32)与氮气循环管路，所述供氮装置与塔内氮气流通管道(31)的底部相连通，塔内氮气流通管道(31)贯穿塔体(1)的底部与顶部，多个氮气调节组件(32)均与塔内氮气流通管道(31)相连通，并分别安装在多个反应空间(21)内，对反应空间(21)内的气相物料的浓度进行调节，氮气循环管路连通塔内氮气流通管道(31)的两端，并安装有动力源；
所述氮气调节组件(32)包括多个出气管(321)，多个所述出气管(321)与塔内氮气流通管道(31)相连通，并沿其径向均布排列，出气管(321)呈C形，所述出气管(321)包括竖直段(322)与两个平直段(323)，位于两个平直段(323)的出气管（321）的两端均与塔内氮气流通管道(31)相连通，竖直段(322)上开设有多个出气口(324)，所述竖直段(322)上还安装有根据反应空间(21)内的温度变化来调节出气口(324)敞开数量的调节件(325)；
所述调节件(325)包括两组伸缩套管(3251)，两组所述伸缩套管(3251)对称安装在所述竖直段(322)的两端，所述伸缩套管(3251)的一端固定安装在竖直段(322)，所述伸缩套管(3251)的另一端可滑动的安装在竖直段(322)上，所述伸缩套管(3251)的一端的一侧还安装有带动杆(3252)，两个平直段(323)远离竖直段(322)的一侧之间安装有支撑板(3253)，所述支撑板(3253)的中部安装有第一热双金属片(3254)，两个平直段(323)上还可滑动的安装有滑动板(3255)，所述滑动板(3255)的中部开设有滑槽，所述带动杆(3252)的一端延伸至滑槽内，所述第一热双金属片(3254)呈弯曲状，且第一热双金属片(3254)的两端延伸至滑槽内，并分别与两侧的带动杆(3252)相连接，第一热双金属片(3254)的主动层朝向竖直段(322)；
所述塔内氮气流通管道(31)内还安装有气流调节组件(33)，所述气流调节组件(33)包括固定环(331)与活动环(332)，所述固定环(331)固定安装在塔内氮气流通管道(31)内，所述活动环(332)可滑动的安装在塔内氮气流通管道(31)内，所述固定环(331)与所述活动环(332)之间安装有多个第二热双金属片(333)，多个第二热双金属片(333)呈环状分布，所述固定环(331)的外环面与所述活动环(332)的外环面之间还安装有柔性环套(334)，所述柔性环套(334)的内表面与第二热双金属片(333)相连接，第二热双金属片(333)的主动层与柔性环套(334)相接触。
2.根据权利要求1所述的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，其特征在于，所述柔性环套(334)由高温漆布制造。
3.根据权利要求2所述的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，其特征在于，所述高温漆布为具有聚四氟乙烯涂覆的玻璃纤维布。
4.根据权利要求1所述的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，其特征在于，所述塔板件(2)包括圆形的板体(22)，所述板体(22)的一侧设有缺口(23)，所述板体(22)的中部开设有多个相互平行的通槽(24)，所述通槽(24)内可活动的安装有用于封闭所述通槽(24)的挡板(25)，所述板体(22)的下部安装有与板体(22)同等大小的孔板(26)。
5.根据权利要求4所述的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，其特征在于，相邻所述塔板件(2)的缺口(23)交错设置，所述挡板(25)朝向所述缺口(23)的方向翻转。
6.根据权利要求5所述的异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的塔式反应器，其特征在于，所述板体(22)的上表面的两侧均凸设有围挡沿(27)。
7.一种异丁烷分解制备叔丁基过氧化氢的生产系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的塔式反应器、异丁烷进料缓冲罐、供氧设备、塔顶冷凝器、回流罐与塔底冷却器，所述供氧设备通过氧气进料口(12)与塔式反应器相连接，异丁烷进料缓冲罐通过原料进料口(11)与塔式反应器相连接，塔顶冷凝器与气相出口(14)相连接，回流罐的一端与塔顶冷凝器相连接，回流罐的另一端与塔式反应器的上部相连接，塔底冷却器与出料口(13)相连接。
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