CN1191116C - 一种多层环管反应器 - Google Patents

Abstract

一种多层环管反应器，其特征包括反应环管1及换热室2；所述反应环管有m层，m为二至数百，诸环管在轴线方向同心叠排，每层反应环管的顶部和底部都均匀开设n个孔，n为一至数十，顶部孔和底部孔错开180°/n；上层环管底部孔和下层环管顶部孔角坐标相同，并用n根和环管同径的短管7连接上层环管底部孔和对应的下层环管顶部孔；首层环管顶部诸短管合并成一总管，最下层环管底部诸短管合并成一总管，分别与进、出口3、4相连；多层反应环管1整体置于换热室2中，所述换热室为圆筒或双圆筒结构，设上下封头，顶部及底部设热或冷媒进、出口5、6。该多层环管反应器兼备管式反应器和双螺杆反应器的特点，结构简单独特，成本低的高效新型多层环管反应器，被广泛用作于化学反应工程设备，特别是聚合反应器领域中，以及用作热交换器。

Description

一种多层环管反应器

技术领域

本发明涉及一种多层环管反应器。

背景技术

管道反应器结构简单，维修量低，物料接近平推流，已广泛用于化工生产。但某些场合，化学反应速度很快，反应时间很短，反应器容积很小，需及时补入或取出的反应热却相当大，一般管道反应器难以胜任。另一些场合，物料在反应过程必须充分混合，但不允许安装压力损失过大的静态混合构件，一般管道反应器亦难以胜任。在这些场合，人们通常选用双螺杆反应器。双螺杆虽能满足传热与混合要求，但结构复杂，装置难以大型化。同时，物料受剧烈剪切发热，对产品质量有相当影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种兼有管道反应器和双螺杆反应器特点的新型多层环管反应器。

本发明提供的多层环管反应器包括反应环管1及换热室2；所述反应环管有m层，m为二至数百，诸环管在轴线方向同心叠排，反应环管的环径和管径可相同或不同；每层反应环管的顶部和底部都均匀开设n个孔，n为一至数十，顶部孔和底部孔错开180°/n；上层环管底部孔和下层环管顶部孔角坐标相同，并用n根和环管同径的短管7连接上层环管底部孔和对应的下层环管顶部孔；首层环管顶部诸短管合并成一总管，最下层环管底部诸短管合并成一总管，分别与进、出口3、4相连；多层反应环管1整体置于换热室2中，所述换热室为圆筒或双圆筒结构，设上下封头，顶部及底部设热或冷媒进、出口5、6。

在本发明的多层环管反应器中，为降低反应器高度并提高反应环管外表面的给热系数，可将反应环做成双圈结构，即单层环内圈和双层环外圈的环径不同，诸单层环和诸双层环各自按其环径在轴线方向同心重叠排列，诸短管倾斜位，外圈在上内圈在下时，短管自上往下向环心倾斜，内圈在上外圈在下时，短管白上往下向外侧倾斜。相邻两层内外圈管环中心线距离为环管直径的1.2-4倍，优选1.4-2倍。

新型多层环管反应器用作聚合反应器时，因聚合前期单体浓度高，反应速率快，传热负担重，但体系粘度低，流动阻力小；聚合后期单体浓度低，反应速率慢，传热负担轻，但体系粘度高，流动阻力大。为此，可从上至下阶梯式放大环管管径，既满足传热要求，亦降低压力损失。某些粘度变化特别大的场合，可将某层环管底部短管接三通使流道一分为二，将其下层环管短管数增加一倍。

在本发明的多层环管反应器中，反应物由上总管或下总管分送至顶层或底层环管的诸短管，进入环管后分为顺时针和逆时针两股物流，相邻两短管分得的顺时针和逆时针流动的两股物料在环管底部孔汇合后，经短管流进第二层环管，再分成顺时针和逆时针两股物流，相邻两短管的顺时针和逆时针流动的两股物料在该层环管底部孔汇合后，经短管流进第三层环管，……。最后物料从最下层环管底部或最上层环管顶部诸短管流出，汇合于下总管或上总管，流出反应器。通常，上总管为进料管，下总管为出料管。根据工艺要求，亦可将下总管为进料管，上总管为出料管。

根据工艺对物料混合的要求，诸短管内还可以设置静态混合元件，以进一步提高混合效率。

在本发明的多层环管反应器中，如采用液相热(冷)媒时，热(冷)媒进口在下出口在上，如采用汽相热(冷)媒则热(冷)媒进口在上出口在下。为提高热(冷)媒流速从而增大环管外表面传热系数，换热室可取双圆筒结构，反应环管整体置于换热室双圆筒体内。

本发明提供的多层环管反应器的另一个方案，对于某些放热量大的化学反应，可将双圆筒换热室设置为蒸发器，凭借冷媒蒸发带走反应放出的热量，控制传热环内压力，保证稳定的反应温度。

本发明的新型多层环管反应器可广泛用作聚合反应器及热交换器。

本发明的新型多层环管反应器具有以下优点：

1、物料顺次流经各层环管和短管，及时破坏界膜层，提高传热系数k。n根短管将环管分成了2n个并联通道，在满足设定的体积流量及管内流速的要求下可选用较小管径来提高单位容积的传热面积系数R，满足传热要求。

2、物料在各层环管内流动时不断分割、汇合，混合充分。m层环管相当m个反应器串联，物料平推流程度高，停留时间分布均匀。

3、从上至下环管管径阶梯式放大或将某层环管下部短管连接三通使流道一分为二，即下层环管的并联通道数增加一倍，则既能满足前期传热要求，又能适应后期粘度增大的变化。

4、反应环管整体置于换热室中，无需制作套管，结构简单，制造成本低，易于大型化。

5、采用直径较小的环管，承压能力强，适应范围宽。

6、物料既可充分混合，也能将压力损失控制在适当范围。

7、高效、节能。

附图说明：

图1为多层环管反应器结构示意图。1为反应环管，2为换热室；3为物料进口，4为物料出口；5、6为液相热(冷)媒或汽相热(冷)媒进、出口。

图2为多层环管反应器物料进口至环管的分配管示意图。

图3为多层环管反应器反应环管周向展开示意图。1-1至1-m为各层环管，7为短管(或设有静态混合元件)。

图4为同径反应环管局部立体示意图。

图5为双圈结构反应环管局部立体示意图。

具体实施方式：

本发明用下列实施例结合附图进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于实施例。

实施例1：

本发明的多层环管反应器用作尼龙6阴离子聚合反应器：

该反应器为双圈结构，外圈环径2m，内圈环径1.9m，共80层，每层20孔，第1～20层环管内径25mm；第21～40层环管内径30mm，层高50mm；第41～60层环管内径35mm；第61～80层环管内径40mm；上总管内径70mm，下总管内径125mm。换热室外筒直径2.15m，换热室内筒直径1.75m。

含0.1％(重量)NaOH和0.1％(重量)甲苯二异氰酸酯己内酰胺从上总管进入反应器，温度200℃，流量4500Kg/小时。导热油从下部进入换热室，温度238～242℃，流量6000Kg/小时，从上部离开换热室。尼龙6熔体从下总管离开反应器，相对粘度可达3.4～4.1。

实施例2：

本发明的多层环管反应器用作聚对苯二甲酸乙二酯(PET)冷却器：

该反应器为双圈结构，外圈环径808mm，内圈环径700mm，共40层；各层环管内径均为40mm，短管数16，上、下总管内径150mm。换热室外筒直径950mm，内筒直径550mm。

待冷却的PET熔体温度为293℃从上总管进入冷却器，流量6000Kg/小时。导热油从底部进入换热室，流量30000～45000Kg/小时，温度263～268℃，从上部离开冷却器，温度265～270℃，PET熔体从下总管离开冷却器，温度降至282℃。

与传统的设有静态混合元件的列管式换热器比较，本发明的多层环管反应器用作PET冷却器避免了列管式换热器管板承受高压的难题，彻底消除了流动死角，可显著提高熔体质量。

Claims (6)

1、一种多层环管反应器，其特征在于包括反应环管(1)及换热室(2)；所述反应环管有m层，m为二至数百，诸环管在轴线方向同心叠排，反应环管的环径和管径相同或不同；每层反应环管的顶部和底部都均匀开设n个孔，n为一至数十，顶部孔和底部孔错开180°/n；上层环管底部孔和下层环管顶部孔角坐标相同，并用n根和环管同径的短管(7)连接上层环管底部孔和对应的下层环管顶部孔；首层环管顶部诸短管合并成一总管，最下层环管底部诸短管合并成一总管，分别与进口(3)、出口(4)相连；多层反应环管(1)整体置于换热室(2)中，所述换热室为圆筒或双圆筒结构，设上下封头，顶部及底部设热或冷媒进口(5)、出口(6)。

2、根据权利要求1所述的多层环管反应器，其特征在于所述反应环管为双圈结构，内圈和外圈的环径不同，诸单层环和诸双层环各自按其环径在轴线方向同心重叠排列，诸短管呈倾斜位，外圈在上内圈在下时，短管自上往下向环心倾斜，内圈在上外圈在下时，短管自上往下向外侧倾斜，相邻两层内外圈环管中心线距离为环管直径的1.2--4倍。

3、根据权利要求2所述的多层环管反应器，其特征在于所述反应环管的相邻两层内外圈环管中心线距离为环管直径的1.4-2倍。

4、根据权利要求1-3任一项所述的多层环管反应器，其特征在于所述环管管径从上至下阶梯式放大。

5、根据权利要求1所述的多层环管反应器，其特征在于所述短管内设静态混合元件。

6、根据权利要求1所述的多层环管反应器，其特征在于所述换热室设置为蒸发器。

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