CN116272685B - 一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及氧化反应装置的领域，尤其是涉及一种连续化生产2‑丁烯酸用塔式反应器，其包括安装在底部的进料筒、安装在所述进料筒上的多个反应筒以及安装在所述反应筒上的出料筒，所述进料筒下端封头上开设有多个进料口，所述反应筒内部连接有气体分布组件以及冷却组件，所述出料筒的封头上开设有出气口，所述出料筒的筒体上开设有液体出料口。本申请能够提升2‑丁烯酸的生产效率以及提高2‑丁烯酸的生产规模。
Description
技术领域
本申请涉及氧化反应装置的领域，尤其是涉及一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器。
背景技术
丁烯酸是一种不饱和脂肪酸，分子中含有双键和羧基，具有很强的反应性。2-丁烯酸在工业上具有广泛的用途，主要用于制备各种树脂、杀菌剂、表面涂料、杀菌剂、增塑剂，也可作为重要的医药中间体、农药中间体等有机化工中间体。
生产时，2-丁烯酸通常由2-丁烯醛氧化得到。参考公开号为CN101979371B，名称为2-丁烯酸的生产方法的专利，生产2-丁烯酸的方法中需要使用氧化反应器，其中，氧化反应器包括氧化反应釜和喷射泵；使用时通过喷射泵将2-丁烯醛打入氧化反应釜中，直至打满，再向氧化反应釜中通入氧气。在保持氧化反应釜中的反应压力为0.1～0.6MPa、温度为25℃～35℃的条件下进行氧化反应，经过长时间的氧化反应后，最终得到2-丁烯酸。但是由于氧化反应所需的时间较长，并且只能等反应完全结束后将2-丁烯酸取出，再进行下一次的生产，导致2-丁烯酸的生产效率较低以及难以提高2-丁烯酸的生产规模。
发明内容
为了提升2-丁烯酸的生产效率以及提高2-丁烯酸的生产规模，本申请提供一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器。
本申请提供的一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器采用如下的技术方案：
一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，包括安装在底部的进料筒、安装在进料筒上的多个反应筒以及与安装在反应筒上的出料筒，进料筒下端封头上开设有多个进料口，反应筒内部连接有气体分布组件以及冷却组件，出料筒的封头上开设有出气口，出料筒的筒体上开设有液体出料口。
通过采用上述技术方案，当需要进行氧化反应时，将反应物从进料口通入，再将氧气、空气或氧气空气混合气从气体分布组件通入，随着反应物的上升，反应物与气体相接触，生成所需产物。由于反应筒设有多个，反应物与气体能够充分反应，使得液位上升到液体出料口时，转化完全为所需产物，最终从液体出料口流出。该塔式反应器能够一直进行氧化反应，不需要将反应物打满氧化反应釜中，再向氧化反应釜中通入氧气，等反应完全结束后将2-丁烯酸取出，再进行下一次的生产，从而提升了2-丁烯酸的生产效率以及提高了2-丁烯酸的生产规模。
可选的，气体分布组件包括穿设在每个反应筒上的进气管、与进气管相连接的三通气管以及与三通气管相连接的第一环形管，第一环形管的外侧间隔开设有排气孔。
通过采用上述技术方案，反应时，向进气管内通入气体，气体从进气管流至三通气管，直至第一环形管，最终从排气孔排出，以微小气泡的形式与反应物相接触，第一环形管设置为环形，使得气泡能够从四周均发出，与反应物的接触更加充分。
可选的，第一环形管的外侧设置有第二环形管，第二环形管与第一环形管通过多个相连管相连通，排气孔同时间隔开设在第二环形管的外侧。
通过采用上述技术方案，第二环形管的设置使得能够鼓泡的范围和数量更多，保证了反应所需的氧气量，使得反应能够更加充分，保证从液体出料口流出的生成物完全为所需的产物，节省了所需的人力与时间，进一步提升了反应效率。
可选的，第二环形管与反应筒的内壁相连接，反应筒的内壁安装有支架板，第二环形管与支架板的上表面相抵接，支架板与第二环形管之间通过U形螺栓相连接。
通过采用上述技术方案，为了更好地固定气体分布组件，将第二环形管安装在支架板的上方，在通过U形螺栓固定，使得气体分布组件的能够更好地鼓泡，并且降低了在气体压力作用下，导致气体分布组件位置变动而对反应产生影响的可能性。
可选的，各反应筒的高度不超过5000mm，进气管的穿设位置距离反应筒的筒节连接处为200mm-800mm。
通过采用上述技术方案，反应时，气体气泡会随着气泡的上升不断变大，虽然气泡上升能够增加氧气的接触面积，但是气泡如果过大将对反应产生影响，为了避免气泡尺度太大，所以将每段反应筒的高度设置为不超过5000mm，气体分布器位于筒节入口处在200-800mm之间，使得气泡能够与反应物充分接触。
可选的，冷却组件包括穿设在反应筒上的进水管、与进水管相连接的多个连接管以及与连接管远离进水管一端相连接的出水管，连接管盘旋缠绕在出水管上，进水管穿设至反应筒的轴线处，且靠近反应筒轴线的端部为封闭端，出水管穿设在反应筒的筒壁上，出水管置于反应筒内的一端为封闭端。
通过采用上述技术方案，反应中，冷却水通入进水管中，然后由于封闭端，冷取水再从进水管分流进入连接管中，最终流至出水管中，再从出水管中流出，连接管盘旋设置增加了与反应物的接触面积，使得冷却效果更好。
可选的，出水管的截面为Z字形，出水管包括与连接管相连接的底管、与连接管缠绕的中管以及穿设在反应筒侧壁的顶管，顶管的安装高度与进水管的安装高度一致，底管远离中管的一端为封闭端。
通过采用上述技术方案，Z字形的设置使得连接管的展开面积达到较大，冷却水从连接管流出后，经过底管、中管以及顶管，使得与反应物以及生成物之间的接触面积变大，从而在实现冷取水的循环，使得冷却的面积变大，进一步提升冷却的效果。
可选的，每个连接管之间通过角钢相间隔，角钢的一端连接有圆钢，圆钢用于将不同高度的同一连接管相间隔。
通过采用上述技术方案，角钢的设置将每根连接管间隔开，使得环绕出不同直径的连接管能够分别开，圆钢则间隔开每层的连接管，使得每层的连接管不会堆叠在一起，两者的设置共同使得能够冷却的面积更大，进一步地提升冷却效果。
可选的，进料筒与反应筒之间、反应筒之间以及反应筒与出料筒之间通过设备法兰相连接，反应筒、进料筒以及出料筒的筒口连接处内部设置有可装填催化剂的夹持组件。
通过采用上述技术方案，通过法兰连接使得反应筒、出料筒以及进料筒之间更加便于安装拆卸，夹持组件使得反应的速率加快，使用时，将催化剂放置于夹持组件之间，并且充斥在冷却组件之间，能够均匀且充分地使得反应完全加快。
可选的，两个夹持组件设置为一组，分别设置在冷却组件上下两侧，夹持组件包括筛板以及设置在筛板上方的不锈钢丝网，催化剂装填在不锈钢丝网和筛板之间，不锈钢丝网的网孔直径小于催化剂的直径。
通过采用上述技术方案，当需要通过塔式反应器进行氧化反应时，将催化剂放置在不锈钢丝网上，避免催化剂从筛网穿过，再将进料筒、反应筒以及出料筒分别通过法兰连接；为了防止催化剂随着流体流动出现移动，在催化剂装填的上方同样有一块筛板，筛板的上方同样铺设丝网，使得催化剂置于两个夹持组件之间，这样催化剂就被固定在所需要的区域。当反应物的液体穿过不锈钢丝网和筛板时，实现了对反应的加速，并且当生成物从液体出料口流出时，催化剂不会跟随流出，不需要进行过滤。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过设置了进料筒、反应筒、出料筒、进料口、气体分布组件、冷却组件、出气口、出气管以及液体出料口，当需要进行氧化反应时，将反应物从进料口通入，再将氧气、空气或氧气空气混合气从气体分布组件通入，随着反应物的上升，反应物与气体相接触，生成所需产物；由于反应筒设置有多个，反应物与气体能够充分反应，使得液位上升到液体出料口时，为完全的所需产物，最终从液体出料口流出，该塔式反应器能够一直进行氧化反应，不需要将反应物打满氧化反应釜中，再向氧化反应釜中通入氧气，等反应完全结束后将2-丁烯酸取出，再进行下一次的生产，从而提升了2-丁烯酸的生产效率以及提高了2-丁烯酸的生产规模；
2.通过设置了进气管、三通气管、第一环形管、相连管以及第二环形管，反应时，向进气管内通入气体，气体从进气管浸入三通气管，直至第一环形管和第二环形管，最终从排气孔排出，以微小气泡的形式与反应物相接触，第一环形管和第二环形管设置为环形，使得气泡能够从四周均发出，与反应物的接触更加充分；
3.通过设置了进水管、连接管、出水管、底管、中管以及顶管，反应前，将冷却水通入进水管中，冷却水从连接管流出后，经过底管、中管以及顶管，使得与反应物以及生成物之间的接触面积变大，从而在实现循环水冷却的操作性，使得冷却的面积变大，进一步提升冷却的效果。
附图说明
图1是本申请的整体结构示意图。
图2是为展现本申请气体分布组件的剖面结构示意图。
图3是本申请气体分布组件的俯视图。
图4是为展现本申请冷却组件的剖面结构示意图。
图5是图4中A处的放大结构示意图。
图6是本申请冷却组件的俯视图。
附图标记说明：1、进料筒；2、反应筒；3、出料筒；4、进料口；5、气体分布组件；51、进气管；52、三通气管；53、第一环形管；54、第二环形管；55、相连管；6、冷却组件；61、进水管；62、连接管；63、出水管；631、底管；632、中管；633、顶管；7、出气口；10、液体出料口；11、支架板；12、U形螺栓；13、角钢；14、圆钢；15、夹持组件；151、不锈钢丝网；152、筛板。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器。
参照图1，一种连续化生产-丁烯酸用塔式反应器包括安装在底部的进料筒1、安装在进料筒1上的多个反应筒2以及安装在反应筒2上的出料筒3，进料筒1与反应筒2之间、反应筒2之间以及反应筒2与出料筒3之间通过法兰相连接，进料筒1下端封头上开设有多个进料口4，反应筒2内部连接有气体分布组件5以及冷却组件6，出料筒3的上端封头上开设有出气口7，出料筒3的侧壁上开设有供生成物流出的液体出料口10。
通过法兰连接使得反应筒2、出料筒3以及进料筒1之间更加便于安装拆卸，当需要进行氧化反应时，将反应物从进料口4通入，再将气体从气体分布组件5通入，随着反应物的上升，反应物与气体相接触，生成所需产物；由于反应筒2设置有多个，反应物与气体能够充分反应，使得液位上升到液体出料口10时，为完全的所需产物，最终从液体出料口10流出。
本申请能够在反应塔中一直进行氧化反应，不需要将反应物在氧化反应釜中打满，再向氧化反应釜中通入氧气，等反应完全结束后将2-丁烯酸取出，再进行下一次的生产，从而提升了2-丁烯酸的生产效率以及提高了2-丁烯酸的生产规模。
参照图2和图3，气体分布组件5包括穿设在每个反应筒2上的进气管51、与进气管51相固接的三通气管52以及与三通气管52相固接的第一环形管53，第一环形管53的外侧设置有第二环形管54，第二环形管54与第一环形管53通过多个相连管55相连通。第一环形管53和第二环形管54的外侧均间隔开设有多个排气孔（图中未示出）。第一环形管53和第二环形管54上开设的排气孔数量均为80个。
反应时，向进气管51内通入气体，气体从进气管51浸入三通气管52，直至第一环形管53，再通过连接管62置于第二环形管54中，最终从排气孔排出，以微小气泡的形式与反应物相接触，第一环形管53和第二环形管54均设置为环形，使得气泡能够从四周均发出，与反应物的接触更加充分。第二环形管54的设置使得能够鼓泡的范围和数量更多，保证了反应所需的氧气量，使得反应能够更加充分，保证从液体出料口10流出的生成物完全为所需的产物，节省了所需的人力与时间，进一步提升了反应效率。
第二环形管54与反应筒2的内壁相连接，反应筒2的内壁固接支架板11，第二环形管54与支架板11的上表面相抵接，支架板11与第二环形管54之间的相对位置通过U形螺栓12固定住。为了更好地固定气体分布组件5，将第二环形管54放置在支架板11的上方，在通过U形螺栓12固定，使得气体分布组件5的能够更好地鼓泡，并且降低了在气体压力作用下，导致气体分布组件5位置变动而对反应产生影响的可能性。
参照图4,冷却组件6包括穿设在反应筒2上的进水管61、与进水管61相固接的多个连接管62以及与连接管62远离进水管61一端相固接的出水管63，连接管62盘旋缠绕在出水管63上。进水管61的一端穿至反应筒2的轴线处并为封闭端。出水管63的截面为Z字形，一端穿设在反应筒2的筒壁上，另一端置于反应筒2内并且为封闭端。出水管63包括与连接管62相连接的底管631、与连接管62缠绕的中管632以及穿设在反应筒2侧壁的顶管633，顶管633的安装高度与进水管61的安装高度一致。
反应中，将冷却水通入进水管61中，然后由于封闭端，冷却水从进水管61分流进入连接管62中，在连接管62内环绕着出水管63的路径流动，最终流动至底管631内，在顺着中管632和顶管633，最终从出水管63中流出，Z字形的设置使得连接管62的展开面积达到较大，连接管62的盘旋设置增加了冷却水与反应物的接触面积，使得冷却效果更好。冷却水从连接管62流出后，经过底管631、中管632以及顶管633，进一步地使得与反应物以及生成物之间的接触面积变大，从而在实现循环水冷却的操作性，使得冷却的面积变大，进一步提升冷却的效果。
参照图5和图6，每个连接管62之间通过角钢13相间隔，角钢13的一端连接有圆钢14，圆钢14用于将不同高度的同一连接管62相间隔。角钢13的设置将每根连接管62间隔开，使得环绕出不同直径的连接管62能够分别开，圆钢14则间隔开每层的连接管62，使得每层的连接管62不会堆叠在一起，两者的设置共同使得能够冷却的面积更大，进一步地提升冷却效果。
参照图1，反应筒2、进料筒1以及出料筒3的筒口连接处内部设置有夹持组件15。两个夹持组件15设置为一组，将催化剂的流动距离限制在两个夹持组件15之间，两个夹持组件15分别设置在冷却组件6上下两侧。夹持组件15包括筛板152以及设置在筛板152上方的不锈钢丝网151，催化剂装填在筛板152上，不锈钢丝网151的网孔直径小于催化剂的直径。
夹持组件15使得反应的速率加快，并且设置在冷却组件6处，能够更好地避免催化反应产生的温度升高，均匀且充分地使得反应完全加快。当需要通过塔式反应器进行氧化反应时，将催化剂放置在不锈钢丝网151上，上方有另一个夹持组件15限制住催化剂的移动范围，再将进料筒1、反应筒2以及出料筒3分别通过法兰连接，使得催化剂置于两组夹持组件15之间，当反应物的液体穿过不锈钢丝网151和筛板152时，实现了对反应的加速，并且当生成物从液体出料口10流出时，催化剂不会跟随流出，不需要进行过滤。
反应筒2的高度选用为不超过5000mm，进气管51的穿设的位置距离反应筒2的筒顶约选用为200mm-800mm。最优选用为500mm，第一环形管53和第二环形管54选用为DN25的无缝钢管，相连管55选用为DN15的无缝钢管。
反应时，气体气泡会随着气泡的上升不断变大，虽然气泡上升能够增加氧气的接触面积，但是气泡如果过大将对反应产生影响，为了避免气泡尺度太大，所以将每段反应筒2的高度设置为不超过5000mm，气体分布器位于筒节入口处500mm左右即可，使得气泡能够与反应物充分接触。
本申请实施例一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器的实施原理为：当需要通过塔式反应器进行氧化反应时，将催化剂放置在不锈钢丝网151上，再将进料筒1、反应筒2以及出料筒3分别通过法兰连接；接着将反应物从进料口4通入，向进气管51内通入氧气、空气或氧气空气混合气，氧气、空气或氧气空气混合气从进气管51浸入三通气管52，直至第一环形管53和第二环形管54，最终从排气孔排出，以微小气泡的形式与反应物相接触，通入冷却水，冷却水从连接管62流出后，经过底管631、中管632以及顶管633；由于反应筒2设置有多个，反应物与气体能够充分反应，使得液位上升到液体出料口10时，为完全的所需产物，最终从液体出料口10流出。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，其特征在于：包括安装在底部的进料筒(1)、安装在所述进料筒(1)上的多个反应筒(2)以及安装在所述反应筒(2)上的出料筒(3)，所述进料筒(1)下端封头上开设有多个进料口(4)，所述反应筒(2)内部连接有气体分布组件(5)以及冷却组件(6)，所述出料筒(3)的封头上开设有出气口(7)，所述出料筒(3)的筒体上开设有液体出料口(10)；所述气体分布组件(5)包括穿设在每个所述反应筒(2)上的进气管(51)、与所述进气管(51)相连接的三通气管(52)以及与所述三通气管(52)相连接的第一环形管(53)，所述第一环形管(53)的外侧开设有排气孔；各所述反应筒(2)的高度不超过5000mm，所述进气管(51)的穿设位置距离所述反应筒(2)的筒节连接处为200mm-800mm；所述冷却组件(6)包括穿设在所述反应筒(2)上的进水管(61)、与所述进水管(61)相连接的多个连接管(62)以及与所述连接管(62)远离所述进水管(61)一端相连接的出水管(63)，所述连接管(62)盘旋缠绕在所述出水管(63)上，所述进水管(61)穿设至所述反应筒(2)的轴线处，且靠近所述反应筒(2)轴线的端部为封闭端，所述出水管(63)穿设在所述反应筒(2)的筒壁上，所述出水管(63)置于所述反应筒(2)内的一端为封闭端；所述出水管(63)的截面为Z字形，所述出水管(63)包括与所述连接管(62)相连接的底管(631)、与所述连接管(62)缠绕的中管(632)以及穿设在所述反应筒(2)侧壁的顶管(633)，所述顶管(633)的安装高度与所述进水管(61)的安装高度一致，所述底管(631)远离所述中管(632)的一端为封闭端。
2.根据权利要求1所述的一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，其特征在于：所述第一环形管(53)的外侧设置有第二环形管(54)，所述第二环形管(54)与所述第一环形管(53)通过多个相连管(55)相连通，所述排气孔间隔开设在所述第二环形管(54)的外侧。
3.根据权利要求2所述的一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，其特征在于：所述第二环形管(54)与所述反应筒(2)的内壁相连接，所述反应筒(2)的内壁安装有支架板(11)，所述第二环形管(54)与所述支架板(11)的上表面相抵接，所述支架板(11)与所述第二环形管(54)之间通过U形螺栓(12)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，其特征在于：每个所述连接管(62)之间通过角钢(13)相间隔，所述角钢(13)的一端连接有圆钢(14)，所述圆钢(14)用于将不同高度的同一所述连接管(62)相间隔。
5.根据权利要求1所述的一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，其特征在于：所述进料筒(1)与所述反应筒(2)之间、所述反应筒(2)之间以及所述反应筒(2)与所述出料筒(3)之间通过设备法兰相连接，所述反应筒(2)、所述进料筒(1)以及所述出料筒(3)的筒口连接处内部设置有可装填催化剂的夹持组件(15)。
6.根据权利要求5所述的一种连续化生产2-丁烯酸用塔式反应器，其特征在于：两个所述夹持组件(15)设置为一组，分别设置在所述冷却组件(6)上下两侧，所述夹持组件(15)包括筛板(152)以及设置在所述筛板(152)上方的不锈钢丝网(151)，催化剂装填在所述不锈钢丝网(151)和所述筛板(152)之间，所述不锈钢丝网(151)的网孔直径小于催化剂的直径。
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