CN117244499A - 一种圆盘反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆盘反应器，该圆盘反应器包括筒体、进料口、出料口、驱动轴以及圆盘。进料口设于筒体的一侧；出料口设于筒体的另一侧；驱动轴设于筒体内部；圆盘沿驱动轴设置，圆盘的中心设有花瓣状镂空结构。本发明的圆盘反应器充分考虑了粘性流体成膜的情况，保证粘性流体径向成膜的同时降低其轴向成膜的难度，增大了传质面积，提高了挥发性组分的脱除效率，有利于聚酯类产品质量的提高。

Description

一种圆盘反应器

技术领域

本发明涉及一种圆盘反应器，属于反应器技术领域。

背景技术

聚酯生产过程中存在水、四氢呋喃等低分子量的挥发性组分，这些副产品的存在干扰了反应的正向进行，影响聚合度的提高，降低产品性能。因此，为得到性能优异的产品，需要将这些副产品脱除。

聚酯生产前期，体系粘度较小，小分子较容易从液相中脱除进入气相；但在反应中后期，随着体系粘度的增大，小分子更容易分散在液相中。卧式圆盘反应器内物料的主要流动过程可近似视为平推流的形式，圆盘将反应器隔为多个小空间，相当于一系列串联的全混釜，表面更新效率较高，传质性能较好，可用于聚酯生产过程中的缩聚阶段实现挥发份的脱除。1967年，Ellwood用圆盘反应器作为连续聚合装置制备聚酯树脂，目前，圆盘反应器已经称在终缩聚反应过程中大量采用。

圆盘反应器的工作原理为：将预缩聚的物料从筒体一侧进入，借助筒体内部转动的圆盘，预缩聚产物在重力、内壁刮板的作用下形成一定厚度的膜，且该膜在圆盘转动和物料流动的作用下不断更新，产生新的汽液界面。

在公开的一系列可用于聚酯生产的圆盘反应器中，结构通常包括一带有物料进出口的密封卧式筒体，筒体内部设有驱动轴，且轴上设有径向拉膜钢板。CN107325291A公开了一种连续化生产聚醚酰胺弹性体的方法，利用圆盘可将反应器分割为多个小型全混流反应器的方法，设计了一种圆盘反应器，使物料在圆盘上形成液膜，降低小分子脱除的阻力。CN212595699U公开了一种终缩聚反应器，在圆盘外缘增设环形结构以增大传质面积。CN108854881A公开了一种用于生产聚碳酸脂的新型圆盘反应器，所述圆盘的斜度不同，并配有横向刮片，但仍只是关注于径向成膜。CN2707362Y公开了一种设有轴向平行拉膜钢板的圆盘反应器，促进平行膜的形成，增大了反应器的传质面积，但平行膜在圆盘转动过程中较易破损。

虽然现有技术在聚酯树脂较多使用圆盘反应器，但现阶段的圆盘反应器存在各种不足，因此实有必要提供一种新的圆盘反应器用于聚酯生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种圆盘反应器，该圆盘反应器能够提高聚酯生产过程中挥发份的脱除效率。

为达上述目的，本发明提供一种圆盘反应器，该圆盘反应器包括筒体、进料口、出料口、驱动轴以及圆盘。进料口设于筒体的一侧；出料口设于筒体的另一侧；驱动轴设于筒体内部；圆盘沿驱动轴设置，圆盘的中心设有花瓣状镂空结构。

在一实施例中，圆盘的数量为多个。

在一实施例中，相邻圆盘之间通过连接件连接，连接件的一端连接于圆盘的靠近中心的位置，连接件的另一端连接于相邻另一圆盘的边缘。

在一实施例中，连接件与圆盘的边缘具有一夹角，夹角为35-85°。

在一实施例中，多个圆盘呈变间距排列。

在一实施例中，间距于进料口至出料口依次增大。

在一实施例中，靠近出料口的圆盘之间的间距为靠近进料口的圆盘之间的距离的1.5-5倍。

在一实施例中，筒体于靠近出料口的顶部设有气相出口。

在一实施例中，圆盘转动时，花瓣状镂空结构运动的前部为弧形结构。

在一实施例中，花瓣状镂空结构的面积占圆盘面积的10％-80％。

在一实施例中，还设有刮刀结构，刮刀结构设于圆盘之间。

在一实施例中，还设有夹套，夹套设于筒体外部，夹套采用液相热媒进行加热。

在一实施例中，圆盘反应器中加入的物料量为圆盘反应器容积的35％-50％。

本发明至少具有以下优点效果：

(1)本发明的圆盘反应器在圆盘上设有花瓣状镂空结构，花瓣状镂空结构能够加快反应物料的混合，使反应物料在圆盘反应器中充分混合。

(2)优选地，本发明的圆盘反应器在圆盘之间设有连接件，连接件为倾斜式，并可以依据流动方式及流场分布调控连接件的倾斜角度，保证粘性流体径向成膜的同时降低其轴向成膜的难度，增大汽液传质面积，提高挥发份脱除效率。同时，引入倾斜式的连接件也增强了圆盘的结构稳定性。

(3)进一步优选地，本发明的圆盘在转动时，其花瓣状镂空结构的前端为弧形，有利于膜结构的稳定。

(4)本发明基于圆盘反应器的流动方式，从传质效率、成膜稳定性、结构稳定性、变粘度流体适应性等角度出发，设计额圆盘反应器，能够提高聚酯类产品的性能。

附图说明

图1为本发明的一实施例的圆盘反应器的结构示意图。

图2为本发明的圆盘及花瓣状镂空结构的一实施例的结构示意图。

图3为本发明的圆盘的一实施例的三维结构示意图。

其中，附图标记：

1筒体盖

2筒体

3气相出口

4驱动装置

5进料口

6圆盘

7刮刀结构

8连接件

9出料口

10驱动轴

11花瓣状镂空结构

α夹角

具体实施方式

下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参照图1，图1为本发明的一实施例的圆盘反应器的结构示意图。本发明的圆盘反应器包括筒体2、进料口5、出料口9、驱动轴10以及圆盘6。

筒体2的两端设有筒体盖1。进料口5设于筒体2的一侧，反应物料通过进料口5进入圆盘反应器。本发明并不特别限制进料口5的位置，在本实施例中，进料口5设于筒体2的底部，但本发明并不限制于此，在其他实施例中，出料口5可以依实际生产的需要设于筒体2的顶部、靠近顶部的位置、中部、靠近底部的位置、底部等。

驱动轴10设于筒体2的内部，驱动轴10可连接驱动装置4，驱动装置4用于驱动轴10的转动提供动力，驱动装置4可例如但不限于为电机。驱动轴10为空心轴且两端从筒体1的两侧的筒体盖1上穿出并与筒体2之间密封。

请同时参照图1和图2，图2为本发明的圆盘及花瓣状镂空结构的一实施例的结构示意图。圆盘6沿驱动轴10设置，圆盘6的中心设有花瓣状镂空结构11。

作为优选地，圆盘6的数量为多个。本发明并不特别限制多个圆盘6的设置间距，在本实施例中，多个圆盘6呈变间距排列，间距于进料口5至出料口10依次增大，优选地，靠近出料口10的圆盘6之间的间距为靠近进料口5的圆盘之间的距离的1.5-5倍。本发明的圆盘反应器沿着流体粘度增大的方向从进料口至出料口依次增大圆盘之间的间距，能够保证反应物料在圆盘上的停留时间相对一致。当然本发明并不限制于此，在其他实施例中，多个圆盘6也可以呈等间距排列，或者间距于进料口5至出料口10依次减小。

作为优选地，花瓣状镂空结构11的面积占圆盘6总面积的10％-80％。当圆盘6转动时，花瓣状镂空结构11运动的前部为弧形结构，该结构有利于表面稳定成膜，提高小分子挥发组分脱除的效率。

请同时参照图1和图3，图3为本发明的圆盘的一实施例的三维结构示意图。相邻两个圆盘6之间通过连接件8连接，连接件8的一端连接于圆盘6的靠近中心的位置，连接件8的另一端连接于相邻另一圆盘6的边缘。连接件8有利于促进轴向成膜，增大汽液接触面积。优选地，连接件8与两侧圆盘6的接触点里，靠近进料口5一端与驱动轴10之间的距离更小。

作为优选地，连接件8与圆盘6的边缘具有一夹角α，夹角α为35-85°，最优选地，夹角α为60°。

复请参照图1，筒体2的壁面上设有刮刀结构7，刮刀结构7设于相邻两个圆盘6之间，当圆盘反应器中的液体粘度较大而发生粘连时，刮刀结构7可有效将粘连截断，避免“固体回转”现象的发生，刮刀结构7在促进成膜的同时，还提高了圆盘反应器的自清洁能力。

出料口9设于筒体2的另一侧，反应后的产品从出料口9输出。本发明并不特别限制出料口9的位置，在本实施例中，出料口9设于筒体2的底部，但本发明并不限制于此，在其他实施例中，出料口9可以依实际生产的需要设于筒体2的顶部、靠近顶部的位置、中部、靠近底部的位置、底部等。

作为优选地，筒体2于靠近出料口9的顶部设有气相出口3。气相出口3用于反应后的气相输出，气相出口3可连接下游的气体回收装置或者气体储存装置。

作为优选地，筒体2的外部还设有夹套(图未示出)，夹套可例如但不限于采用液相热媒进行加热，便于控制圆盘反应器内的体系温度。

作为优选地，圆盘反应器中加入的物料量为圆盘反应器容积的35％-50％，最优选为圆盘反应器容积的40％。

在本实施例中，筒体2及两侧的筒体盖1采用904L和Q345R组成的不锈钢-钢复合材料，夹套采用Q345R钢材，驱动轴10采用904L锻件，圆盘6及连接件8等采用904L。但本发明并不特别限制筒体2、筒体盖1、夹套、驱动轴10、圆盘6及连接件8的材质，只要能够实现反应即可，在实际生产中，操作者可依实际情况选择材质。

本发明的圆盘反应器在使用时，从进料口5加入反应原料(例如但不限于为上一工段生产得到的聚丁二酸丁二醇酯的预聚物)，启动驱动装置4，使驱动轴10带动圆盘6转动，给反应物料施加扭转力并使其在圆盘6上的花瓣状镂空结构11上形成径向膜；同时，在物料流经圆盘6之间的连接件8时会形成轴向膜。随着转动的进行，薄膜在碰撞、重力、刮刀等因素的影响下破损，然后形成新的液膜，使得物料具有较大的汽液接触面积，提高了挥发性组分的脱除效率。圆盘6上的花瓣状镂空结构11靠近运动前端的部分为弧形，有利于液膜的稳定。此外，反应物料在运动过程中会随着反应的进行而粘度增大，因此将圆盘6的间距分为2类，靠近进料口5侧圆盘6的间距为靠近出料口9侧圆盘6间距的1.5-5倍以保证物料在圆盘6上的停留时间相对一致。

综上，本发明的圆盘反应器考虑了流场的影响、成膜能力以及反应过程中物质粘度的变化，增大了传质面积，提高了脱除挥发性组分的能力，有利于高品质聚丁二酸丁二醇酯的生产。

以上依据本发明的理想实施例，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种圆盘反应器，其特征在于，包括：

筒体；

进料口，设于所述筒体的一侧；

出料口，设于所述筒体的另一侧；

驱动轴，设于所述筒体内部；以及

圆盘，沿所述驱动轴设置，所述圆盘的中心设有花瓣状镂空结构。

2.根据权利要求1所述的圆盘反应器，其特征在于，所述圆盘的数量为多个。

3.根据权利要求2所述的圆盘反应器，其特征在于，相邻所述圆盘之间通过连接件连接，所述连接件的一端连接于所述圆盘的靠近中心的位置，所述连接件的另一端连接于相邻另一所述圆盘的边缘。

4.根据权利要求3所述的圆盘反应器，其特征在于，所述连接件与所述圆盘的边缘具有一夹角，所述夹角为35-85°。

5.根据权利要求2所述的圆盘反应器，其特征在于，多个所述圆盘呈变间距排列，所述间距于所述进料口至所述出料口依次增大。

6.根据权利要求5所述的圆盘反应器，其特征在于，靠近所述出料口的所述圆盘之间的间距为靠近进料口的所述圆盘之间的距离的1.5-5倍。

7.根据权利要求1所述的圆盘反应器，其特征在于，所述筒体于靠近所述出料口的顶部设有气相出口。

8.根据权利要求1所述的圆盘反应器，其特征在于，所述圆盘转动时，所述花瓣状镂空结构运动的前部为弧形结构，所述花瓣状镂空结构的面积占所述圆盘面积的10％-80％。

9.根据权利要求1所述的圆盘反应器，其特征在于，还设有刮刀结构，所述刮刀结构设于所述圆盘之间。

10.根据权利要求1所述的圆盘反应器，其特征在于，所述圆盘反应器中加入的物料量为所述圆盘反应器容积的35％-50％。