CN1204552A - 反应器热交换系统 - Google Patents

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Abstract

一种反应器,具有一个容器、一个用于搅拌容器内反应物的搅拌器和一个在容器内的热交换系统,改进的热交换系统中包括:第一基本为环形的集流管,此管包括管道;第二基本为环形的集流管,此管包括管道并与第一集流管间隔开;第三基本为环形的集流管,此管包括管道并与第一集流管间隔开,但邻近第二集流管;在第一集流管和第二集流管之间延伸并连接这些集流管的第一组管子;和在第一集流管和第三集流管之间延伸并连接这些集流管的第二组管子。

Description

反应器热交换系统
本发明涉及一种在反应器例如聚合反应器中的热交换系统。
某些聚合反应会产生很多的热量。热交换系统必须放在反应器中以便冷却反应器的反应物。先前的热交换系统包括顶部和底部集流管及多根在集流管间延伸和连接集流管的管道。一种带叶轮的轴向流或不完全轴流搅拌器产生垂直流体流动。此流体向下流到反应器底部，在那里流体反转，并从叶轮的外侧向上流。某些流体是在管道和反应器壁之间流动，而某些流体是在叶轮和管道之间流动。在管道之间观察到低速流动或无流动的死角。在这些区域过份地冷却反应器的反应物，导致部分最终产品不希望的高粘滞性和随后对最终产品的均匀性产生不利作用，它也导致在管道中的冷却剂和聚合物溶液之间不良的热传导。进而，这些死角说明在这些区域中反应器的反应物的混合或掺合受到抑制，因此在此反应器中各反应物没有彻底混合。
因此，本发明的一个目的是对反应器提供一种改进的热交换系统，此交换系统可达到改进的流体流动，更多的热传导以及更均匀的热传导。
本发明的另一个目的是提供一种有改进热交换系统的反应器，其中改进的热交换系统可以提高环绕热交换管道的流体速度和使反应物更均匀分布，以便在反应器中产生充分的混合和进行较快的反应或融合。
通过改进这种反应器中的热交换系统可以实现上述目的，这种类型的反应器有一个容器和一个用于搅拌容器的反应物的搅拌器，其中热交换系统包括：第一大体为环形的包括管子的集流管；第二大体为环形的集流管，包括管子并与第一集流管间隔开；第三大体为环形的集流管，包括管子并与第一集流管间隔开而邻近第二集流管；在第一集流管和第二集流管之间延伸和连接这些集流管的第一组管道；和在第一集流管和第三集流管之间延伸和连接这些集流管的第二组管道。
按照优选的实施方案，也提供了第四集流管，它位于第一组和第二组管道之间并邻近第二和第三集流管。第三组管道在第四集流管和第一集流管之间延伸和连接这些集流管。
本发明减少或消除了在内和外管道间的内部管道周围的死角问题。避免过份冷却滞流区域，可以生产更均匀的产品，达到较高的热量消散。
图1是一种反应器的横断面图，该反应器有按照本发明第一实施方案的热交换系统；
图2是图1的反应器沿线2-2所视的横断面图；
图3是图1的反应器沿线3-3所视的横断面图；
图4是一种反应器的横断面图，该反应器有按照本发明第二实施方案的热交换系统；
图5是图4的反应器沿线5-5所视的横断面图；
图6是图4的反应器沿线6-6所视的视图。
参看图1，展示出一个反应器10，此反应器包括一个容器12，一个搅拌器14，和一个热交换系统16。这个公开的特定的反应器用作为聚合苯乙烯和丁二烯的反应器。然而，本发明也能应用于其他需要通过热交换系统冷却或加热的其它反应。
容器12有垂直取向的纵轴18。容器12在其顶端30上还有入口20，22，24，26，和28，在其底端34上有一个出口32。溶剂，偶联剂，苯乙烯，引发剂，和丁二烯可分别经入口20，22，24，26和28引入容器12中。产物，成溶液状态的苯乙烯-丁二烯共聚物经出口32从容器12中排出。
搅拌器14包括与纵轴18准直的旋转轴36和三个叶轮38。如果需要可以使用更少或更多的叶轮。搅拌器14最好是一种由电动机40以每分钟30-350转驱动的轴流或不完全轴流搅拌器，每分钟转数随聚合物溶液变化的粘滞性可以更低或更高。
热交换系统16包括：一个上部的基本为环形的包括管道的集流管42；一个下部的基本为环形的集流管44，它包括管道并与集流管42间隔开；一个下部的基本为环形的集流管46，它包括管道，并与集流管42间隔开，邻近集流管44；中间的集流管48，包括管道并邻近但垂直方向上与集流管44和46偏置，位于它们的上面；一组在集流管42和集流管44之间延伸并连接该集流管的管子50；一组在集流管42和集流管46之间延伸并连接该集流管的管子52；和一组在集流管42和集流管48之间延伸并连接该集流管的管子54。集流管42在接近上面端部30的位置环绕纵向轴线18，而集流管44，46和48在接近下面端部34的位置环绕纵向轴线18。管子50包括两排管子，而各排管子是环形间隔开的。类似地，管子52包括两排管子，而各排管子是环形间隔开的。管子54包括一排环形间隔开的管子。管子50，52和54基本上是垂直取向的，以便基本上平行于纵轴18。如从图1可见，集流管48位于管子50和52之间。
集流管44有两个间隔开180°的入口56，而集流管46相似有两个间隔开180°的入口58(在图1中只其中一个局部可见)。集流管48有四个间隔开90°的入口60(在图1中只其中两个可见)。集流管42有两个间隔开180°的出口62。因此，冷却剂从集流管44，46和48经管子50，52和54向上流至集流管42。适合的冷却剂包括一种烷烃，例如正戊烷，和水。
容器12中的流体由旋转叶轮38向下驱动。流体流向容器12的底部，然后反转，在叶轮38的外侧向上流动。流体在集流管44和46之间流动，然后进入并在集流管48周围流动。这样引起流体在管50和52之间，以及在管50和52的管排之间流动。流体继续向上流动至容器12的顶部，在顶部它受叶轮38旋转的影响折回向下流动。如前所述，尽量减少了滞流区并且尽量加大了在各内部管子中间的流动速度便可以生产出合乎需要的均匀产品。此外，本发明减少了掺和时间。
参看图2，此图更清楚地示出管50、52和54的排列，并更特别地示出在每个管排中管子的环形间隔。集流管44，46和48在形状上也可被看见是环形的。
参见图3，此图更清楚地示出入口56，58和60的排列。当然，其他排列也是可能的。
参见图4，所图解的第二个实施方案除了较大的中间集流管即集流管64和相关的一组管66外在所有方面都类似于图1的第一实施方案，该组管66有两排管，其中各排管子都是环形间隔开的。与图1的实施方案相比，此方案提供一排额外的管子，并因此提供更多的热交换面积并在某些情况下可更有效地冷却容器中的流体。
参见图5和6，这些图4的实施方案的横断面图类似于图1的实施方案的图2和3。
显然，按照上面的讲述，本发明的许多改进和变化是可能的。例如，按照本发明的广义的方面，中间集流管可以取消。或上部集流管可以分成多重集流管。最后，可以改变冷却剂入口的管路配置。因此可以理解，除了上面具体说明的以外，还可以在所附的权利要求书的范围之内实施本发明。

Claims (10)

1．一种反应器，具有一个容器，一个用于搅拌容器内反应的搅拌器，和一个在容器内的热交换系统，改进的热交换系统包括：
第一基本为环形的集流管，它包括管道；
第二基本为环形的集流管，它包括管道并与第一集流管间隔开；
第三基本为环形的集流管，它包括管道并与第一集流管间隔开而邻近第二集流管；
在第一集流管和第二集流管之间延伸并连接这些集流管的第一组管子；和
在第一集流管和第三集流管之间延伸并连接这些集流管的第二组管子。
2．如权利要求1所述的反应器，还包括：第四基本为环形的集流管，此集流管包括管道，并位于第一组管子和第二组管子之间但邻近第二和第三集流管；和在第一集流管和第四集流管之间延伸和连接这些集流管的第三组管子。
3．如权利要求2所述的反应器，其特征在于：容器有一个垂直取向的纵轴、一个上端和一个下端；第一集流管在接近上端的位置环绕纵轴，而第二，第三和第四集流管在接近下端的位置环绕纵轴；并且第一、第二和第三组管子基本上垂直取向以便基本上平行于纵轴。
4．如权利要求3中所述的反应器，其特征在于，第四集流管垂直偏离第二和第三集流管并在它们的上面。
5．如权利要求4中所述的反应器，其特征在于，第一组管子包括两排管子，其中各排管子是环形间隔的，第二组管子包括两排管子，其中各排管子是环形间隔的，而第三组管子包括一排环形间隔的管子。
6．如权利要求5中所述的反应器，其特征在于，第三组管子还包括第二排环形间隔的管子。
7．如权利要求6中所述的反应器，其特征在于，搅拌器是一种轴向流搅拌器。
8．如权利要求7中所述的反应器，其特征在于，反应器用于苯乙烯和丁二烯的聚合。
9．如权利要求6中所述反应器，其特征在于，搅拌器是一种不完全轴向流搅拌器。
10．如权利要求9中所述反应器，其特征在于，反应器用于苯乙烯和丁二烯的聚合。
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