CN202376982U - 酰胺化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及酰胺化反应器。该酰胺化反应器包括通过管路彼此连接的双腔蛇管加热器和气液分离器。双腔蛇管加热器包括第一腔体和围绕其周围的第二腔体，第一蛇管和第二蛇管分别容放其中。流经第二蛇管的物料由流经第二腔体的蒸汽加热，经过气液分离器除去其中的气泡后，返回到第一蛇管，再由流经第一腔体的蒸汽加热。
Description
技术领域
本实用新型涉及可用于ACH法制取MAA工艺中酰胺化工序的酰胺化反应器。
技术背景
ACH法制取甲基丙烯酸(MAA)工艺中，酰胺化混合反应及酰胺化阶段包括下列两个连贯的主反应：
第一步反应在ACH与H2SO4混合中进行，反应成α-甲酰胺基异丙基硫酸氢酯，化学反应如反应式(1)所示。
在这个阶段中，中间酯的生成非常迅速，反应具有强烈的放热性，需要充分冷却反应混合料至90～101℃，此反应在带搅拌的不锈钢转化釜内完成。
第二步为实际酰胺化反应过程，反应式(1)所形成的中间酯由于快速加热转位重排合成甲基丙烯酰胺硫酸盐(MAAS)，化学反应如反应式(2)所示。
反应式(2)是吸热的。反应温度保持在120～135℃范围内，最佳值为125～130℃。
图1是现有技术的酰胺化反应中使用的搪瓷夹套管的示意图。
如图1所示，物料从物料进口B1流入，并且从物料出口B2流出。蒸汽从蒸汽进口A1流入，并且从蒸汽出口A2流出。因此，流经搪瓷夹套管的物料被蒸汽加热。在这样的酰胺化反应中，现有技术的传统工艺采用搪瓷夹套管串连连接的方案，壳程通低压蒸汽(0.4MPa、160℃)，物料流经管程被加热并实现转位重排。该传统工艺的缺点是：1、搪瓷夹套管串连连接造成设备占地面积大，布局松散；2、搪瓷换热管传热系数为24.2w/(m2·℃)，因此换热效率较低；3、串连连接的管法兰连接处无法完全保温隔热，故热量损耗较大；物料流在该管式反应器内滞留时间长，例如管程长50m、流速0.095m/s、历时约8.77min以上，导致转位反应过程中副反应增加，若生产负荷较小，则易出现局部过热碳化，造成原料损耗增加，且碳化物给后续各工序造成不利影响。
此外，因为管线长，连接法兰多，所以，在管线自重加之物料重量的作用下，易造成管线挠度增加。另一方面，搪瓷面抗挠性变形能力较差，易造成爆瓷而损坏，使设备维修频率高，增加了维修费用。
因此，需要一种既能提高反应效率，又能降低维修频率，同时保障酰胺化产品质量稳定的酰胺化反应器。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供能够提高加热效率、减小占地面积且保证温度稳定的酰胺化反应器。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种酰胺化反应器。该酰胺化反应器包括通过管路彼此连接的双腔蛇管加热器和气液分离器。其中，所述双腔体蛇管加热器包括：第一腔体，包括竖立设置的圆筒状的中间段和分别连接在该中间段的上下边缘上的上闷头和下闷头，并且包括设置在该上闷头上的第一蒸汽进口和设置在该下闷头上的第一蒸汽出口；第一蛇管，由管子盘旋成弹簧状，其盘旋的直径和高度适合于容放在所述中间段内，并且包括穿过上闷头且连接其上端的第一物料出口和穿过下闷头且连接其下端的第一物料进口；第二腔体，由高度小于所述中间段的高度直径大于所述中间段的直径的外套筒、连接该外套筒的上边缘和所述中间段的外壁的环形上盖板、连接该外套筒的下边缘和所述中间段的外壁的环形下盖板以及所述中间段的一部分围成，并且包括设置在所述上盖板上的第二蒸汽进口和设置在所述下盖板上的第二蒸汽出口；以及第二蛇管，由管子盘旋成弹簧状，其盘旋的直径和高度适合于容放在所述第二腔体中，并且包括穿过该上盖板且连接其上端的第二物料进口和穿过该下盖且连接其下端的第二物料出口。所述气液分离器为圆筒形状，包括设置在其筒壁上的物料进口和设置在其底部上的物料出口以及设置在其顶部上的废气排放口。从该第二物料进口进入经由该第二蛇管且从该第二物料出口输出的物料由从该第二蒸汽进口进入该第二腔体且从该第二蒸汽出口流出的蒸汽通过该第二蛇管管壁的热传导加热，从该第二物料出口输出的物料通过管路连接到所述气液分离器的物料进口，在所述气液分离器中气液分离后，废气从所述废气排风口排出，该物料经由所述气液分离器的物料出口通过管路返回到所述双腔体蛇管加热器的第一物料进口，并且从该第一物料进口进入经由该第一蛇管且从该第一物料出口输出的物料由从该第一蒸汽进口进入该第一腔体且从该第一蒸汽出口流出的蒸汽通过该第一蛇管管壁的热传导加热。
在本实用新型的一个技术方案中，所述双腔体蛇管加热器还可包括设置在该第一物料出口的第一感温元件和连接在第一蒸汽进口的第一气动调节阀，所述第一感温元件测得的温度信号发送到中控机，该中控机比较来自该第一感温元件的温度信号与第一标准温度值，并且控制该第一气动调节阀的开度。
在本实用新型的一个技术方案中，该第一标准温度值可为138℃至142℃。
在本实用新型的一个技术方案中，所述双腔体蛇管加热器还可包括设置在该第二物料出口的第二感温元件和连接在第二蒸汽进口的第二气动调节阀，所述第二感温元件测得的温度信号发送到中控机，该中控机比较来自该第二感温元件的温度信号与第二标准温度值，并且控制该第二气动调节阀的开度。
在本实用新型的一个技术方案中，该第二标准温度值可为128℃至133℃。
在本实用新型的一个技术方案中，所述上闷头上可开设有检修孔。
在本实用新型的一个技术方案中，所述第二腔体的外套筒上可开设有检修孔。
在本实用新型的一个技术方案中，所述第一蛇管和所述第二蛇管可由316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)制作。
本实用新型的酰胺化反应器可实现提高加热效率、减小占地面积且保证温度稳定的有益效果。
附图说明
图1是现有技术的酰胺化反应中使用的搪瓷夹套管的示意图。
图2是本实用新型的双腔体蛇管加热器的示意图。
图3是示出本实用新型的双腔体蛇管加热器的温度控制的示意图。
图4是本实用新型的酰胺化反应器的示意图。
具体实施方式
本实用新型的酰胺化反应器包括双腔体蛇管加热器100和通过管路与双腔体蛇管加热器100连接的气液分离器200。下面，结合附图进行描述。
图2是本实用新型的双腔体蛇管加热器100的示意图。
如图2所示，本实用新型的双腔体蛇管加热器100包括第一腔体10、第二腔体20、第一蛇管30和第二蛇管40。第一腔体10包括竖立设置的圆筒状的中间段11和分别连接在该中间段11的上下边缘上的上闷头12和下闷头13，并且包括设置在该上闷头12上的第一蒸汽进口14和设置在该下闷头13上的第一蒸汽出口15。第一蛇管30由管子盘旋成弹簧状，其盘旋的直径和高度适合于容放在所述中间段11内，并且包括穿过上闷头12且连接其上端的第一物料出口32和穿过下闷头13且连接其下端的第一物料进口31。第二腔体20由高度小于所述中间段11的高度直径大于所述中间段的直径的外套筒21、连接外套筒21的上边缘和中间段11的外壁的环形上盖板22、连接外套筒21的下边缘和中间段11的外壁的环形下盖板23以及中间段11的一部分围成，并且包括设置在上盖板22上的第二蒸汽进口24和设置在下盖板23上的第二蒸汽出口25。第二蛇管40由管子盘旋成弹簧状，其盘旋的直径和高度适合于容放在第二腔体20中，并且包括穿过上盖板22且连接其上端的第二物料进口41和穿过下盖板23且连接其下端的第二物料出口42。从该第一物料进口31进入经由第一蛇管30且从第一物料出口32输出的第一物料由从第一蒸汽进口14进入第一腔体10且从第一蒸汽出口15流出的蒸汽通过第一蛇管30管壁的热传导加热，并且从第二物料进口41进入经由第二蛇管40且从第二物料出口42输出的第二物料由从第二蒸汽进口24进入第二腔体30且从第二蒸汽出口25流出的蒸汽通过第二蛇管30管壁的热传导加热。
图3是示出本实用新型的双腔体蛇管加热器的温度控制的示意图。
如图3所示，本实用新型的双腔体蛇管加热器100还可包括设置在第一物料出口32的第一感温元件51和连接在第一蒸汽进口14的第一气动调节阀53，第一感温元件51测得的温度信号发送到中控机50，中控机50比较来自该第一感温元件51的温度信号与第一标准温度值，并且控制第一气动调节阀53的开度。该第一标准温度值例如可为138℃至142℃。
本实用新型的双腔体蛇管加热器100还可包括设置在该第二物料出口42的第二感温元件54和连接在第二蒸汽进口24的第二气动调节阀55，第二感温元件54测得的温度信号发送到中控机50，中控机50比较来自第二感温元件54的温度信号与第二标准温度值，并且控制第二气动调节阀55的开度。该第二标准温度值例如可为128℃至133℃。
参见图2，为了检修方便，上闷头12上可开设有检修孔16。对于容积较大的双腔体蛇管加热器100，检修孔16可为供检修人员进出的检修孔。同样，第二腔体20的外套筒21上可开设有检修孔26。对于容积较大的双腔体蛇管加热器100，检修孔26也可为供检修人员进出的检修孔。
另外，如本领域的技术人员所知，第一蛇管30与第一腔体10之间以及第二蛇管与第二腔体之间可设置蛇管固定架以彼此固定。
优选地，第一蛇管30和第二蛇管40可由316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)制作。采用316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)的材料主要同时考虑到：1、第一蛇管30和第二蛇管40内输送的物料具有一定的化学腐蚀性，316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)的耐化学腐蚀性较好；2、第一蛇管30和第二蛇管40需分别在第一腔体10和第二腔体20盘旋成螺旋状或弹簧状，316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)的弯曲成形性较好；3、第一蛇管30和第二蛇管40内输送的物料分别通过第一蛇管30和第二蛇管40的管壁与第一腔体10和第二腔体20内流过的蒸汽进行热交换，316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)的导热系数较高。
本领域的技术人员可理解的是，上述的第一蒸汽进口14和第二蒸汽进口24可分别提供来自一个蒸汽源的蒸汽或来自不同蒸汽源的蒸汽，可根据实际的应用环境确定。
另外，上述的第一蒸汽进口14和第一蒸汽出口15可反向使用，即第一蒸汽进口14作为第一蒸汽出口，而第一蒸汽出口15作为第一蒸汽进口。同样，第二蒸汽进口24和第二蒸汽出口25可反向使用。
另外，根据使用要求，第二物料出料口42可与第一物料进料口31通过管路连接起来，从而实现从第二物料进口41到第一物料出口32的连续两次流经双腔体蛇管加热器100的加热工艺系统。同样，根据使用要求，第一物料出口32可与第二物料进口42通过管路连接起来，从而实现从第一物料进口31到第二物料出口42的连续两次流经双腔体蛇管加热器100的加热工艺系统。
本实用新型的双腔体蛇管加热器，在第一腔体的周围套接第二腔体，并且将用于热交换的第一蛇管和第二蛇管分别设置在第一腔体和第二腔体之中，大大减小了设备的占地面积。另外，第一蛇管和第二蛇管由316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)制作，其导热系数远高于搪瓷夹套管，可提高酰胺等的生产的产率。
本实用新型的双腔体蛇管加热器，通过采用蛇管，特别是316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)材质制作的盘管，较现有技术的搪瓷管道导热率提高约30％。其次，因与环境接触面积小、结构紧凑，易采取保温措施，可大幅节约热能消耗。
本实用新型的双腔体蛇管加热器，外露的管线行程短，物料在设备内滞留时间短，例如，管程长30m，流速0.15m/s，历时约3.33min，因此，化工生产中的副反应降低，可显著提升产品收率。
本实用新型的双腔体蛇管加热器，在第一物料出口和第二物料出口上分别设置感温元件，将测量料温信息传送至中控机，经计算机系统运算后，发出控制信号传达至相对应的蒸汽调节阀，实现料温自动控制，使物料控温更平稳。
图4是本实用新型的酰胺化反应器的示意图。
如图4所示，气液分离器200为圆筒形状，包括设置在其筒壁上的物料进口210和设置在其底部上的物料出口220以及设置在其顶部上的废气排放口230。气液分离器200可实现气液分离，废气通过其顶部上设置的废气排放口230排出，可做进一步处理或回收。因此，流经其间的物料得到排气处理。
具体而言，物料从气液分离器200的侧面中部进入，依靠重力分离，液体物料下落至底部，从底部的物料出口220回到第一物料进口31，而其在第二腔体20内反应时产生的废气在气液分离器200内上升至顶部，通过废气排放口230进入废气处理装置内。于是，物料在通过该气液分离器200后除去了气泡，避免进入第一腔体10反应时因物料中夹杂气泡导致的气阻及受热不均的现象发生。
从第二物料进口41进入经由第二蛇管40且从第二物料出口42输出的物料由从第二蒸汽进口24进入第二腔体20且从第二蒸汽出口25流出的蒸汽通过第二蛇管40管壁的热传导加热，从第二物料出口42输出的物料通过管路连接到气液分离器200的物料进口210，在气液分离器中气液分离后，废气从所述废气排风口230排出，该物料经由气液分离器200的物料出口220通过管路返回到双腔体蛇管加热器100的第一物料进口31，并且从第一物料进口31进入经由第一蛇管30且从第一物料出口32输出的物料由从第一蒸汽进口14进入该第一腔体10且从第一蒸汽出口15流出的蒸汽通过第一蛇管30管壁的热传导加热。这样的过程实现了ACH法制取MAA工艺中酰胺化工序。在这样的工序中，前述物料从中间酯合成为甲基丙烯酰胺硫酸盐(MAAS)。
本领域的技术人员应当理解的是，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。这样的修改、结合、部分结合和替换落入在所附权利要求或其等同方案的范围内。
Claims (8)
1.一种酰胺化反应器，其特征在于，包括通过管路彼此连接的双腔蛇管加热器和气液分离器，其中
所述双腔体蛇管加热器包括：
第一腔体，包括竖立设置的圆筒状的中间段和分别连接在该中间段的上下边缘上的上闷头和下闷头，并且包括设置在该上闷头上的第一蒸汽进口和设置在该下闷头上的第一蒸汽出口，
第一蛇管，由管子盘旋成弹簧状，其盘旋的直径和高度适合于容放在所述中间段内，并且包括穿过上闷头且连接其上端的第一物料出口和穿过下闷头且连接其下端的第一物料进口，
第二腔体，由高度小于所述中间段的高度直径大于所述中间段的直径的外套筒、连接该外套筒的上边缘和所述中间段的外壁的环形上盖板、连接该外套筒的下边缘和所述中间段的外壁的环形下盖板以及所述中间段的一部分围成，并且包括设置在所述上盖板上的第二蒸汽进口和设置在所述下盖板上的第二蒸汽出口，以及
第二蛇管，由管子盘旋成弹簧状，其盘旋的直径和高度适合于容放在所述第二腔体中，并且包括穿过该上盖板且连接其上端的第二物料进口和穿过该下盖且连接其下端的第二物料出口；并且
所述气液分离器为圆筒形状，包括设置在其筒壁上的物料进口和设置在其底部上的物料出口以及设置在其顶部上的废气排放口，
从该第二物料进口进入经由该第二蛇管且从该第二物料出口输出的物料由从该第二蒸汽进口进入该第二腔体且从该第二蒸汽出口流出的蒸汽通过该第二蛇管管壁的热传导加热，从该第二物料出口输出的物料通过管路连接到所述气液分离器的物料进口，在所述气液分离器中气液分离后，废气从所述废气排风口排出，该物料经由所述气液分离器的物料出口通过管路返回到所述双腔体蛇管加热器的第一物料进口，并且从该第一物料进口进入经由该第一蛇管且从该第一物料出口输出的物料由从该第一蒸汽进口进入该第一腔体且从该第一蒸汽出口流出的蒸汽通过该第一蛇管管壁的热传导加热。
2.如权利要求1所述的酰胺化反应器，其特征在于，还包括设置在该第一物料出口的第一感温元件和连接在第一蒸汽进口的第一气动调节阀，所述第一感温元件测得的温度信号发送到中控机，该中控机比较来自该第一感温元件的温度信号与第一标准温度值，并且控制该第一气动调节阀的开度。
3.如权利要求2所述的酰胺化反应器，其特征在于，该第一标准温度值为138℃至142℃。
4.如权利要求2所述的酰胺化反应器，其特征在于，还包括设置在该第二物料出口的第二感温元件和连接在第二蒸汽进口的第二气动调节阀，所述第二感温元件测得的温度信号发送到中控机，该中控机比较来自该第二感温元件的温度信号与第二标准温度值，并且控制该第二气动调节阀的开度。
5.如权利要求4所述的酰胺化反应器，其特征在于，该第二标准温度值为128℃至133℃。
6.如权利要求1至5任何一项所述的酰胺化反应器，其特征在于，所述上闷头上开设有检修孔。
7.如权利要求1至5任何一项所述的酰胺化反应器，其特征在于，所述第二腔体的外套筒上开设有检修孔。
8.如权利要求1至5任何一项所述的酰胺化反应器，其特征在于，所述第一蛇管和所述第二蛇管由316L不锈钢制作。
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