CN209271410U - 一种安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，包括反应釜、循环泵、换热器和混合器，所述混合器的第一入口与进料管线连通，反应釜的底部出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与混合器的第二入口通过设有换热器的管道连通；所述反应釜的内部上方设有与混合器的出口连通的分布器，所述分布器为旋转扩散式分布器。本实用新型的优点包括：旋转扩散式进料，分散效果好，反应均匀，降低了局部浓度过高导致暴聚的风险，提高了生产安全性。

Description

一种安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置

技术领域

本实用新型涉及石油化工反应装置，尤其是涉及一种安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置。

背景技术

烷氧基化聚合反应是环氧单体的开环聚合生成聚醚的反应。最具代表性和常用的环氧单体是环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)，它们在起始剂(含活泼氢原子的小分子化合物，如醇类、胺类等)及催化剂的作用下得到一系列烷氧基化聚合物(聚醚)。由于聚醚多元醇、表面活性剂要进行端基反应及要达到其他性能要求，所以其应具有不饱和度低、相对分子质量分布窄、产率高、杂质含量和成本低等品质。随着近几年PU等行业的发展，需要进一步改善聚醚产品的质量和产能。然而，传统的釜式反应器往往不能满足以上需求。

中国实用新型专利CN203591787U公开了一种双循环多喷头联锁控制立式烷氧基化反应器，反应釜顶部设有组合分布器并且下部设有喷雾器，喷雾器和组合分布器分别通过管路连接第一螺旋板换热器和第二螺旋板换热器，可减少起始剂量，提搞增长比，得到更高分子量的产品。然而，该反应器的进料分散效果、反应均匀性、分子量分布以及安全性等方面仍然需要改善。

因此，仍然需要改进的烷氧基化聚合反应装置以便进一步提高安全性、改善烷氧基化反应并且提高产品的性能和质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种烷氧基化聚合反应器以解决前述现有技术中的问题。具体而言，本实用新型提供以下技术方案。

在一个方面，本实用新型提供一种安全性改善的烷氧基化聚合反应装置，包括反应釜、循环泵、换热器和混合器，所述混合器的第一入口与进料管线流体连通，反应釜的底部出口与循环泵的入口通过管道流体连通，循环泵的出口与混合器的第二入口通过设有换热器的管道流体连通；所述反应釜的内部上方设有分布器和供料管，所述供料管的一端穿出反应釜的侧壁并与所述混合器的出口通过管道流体连通，所述分布器为旋转扩散式分布器并且包括：管状旋转轴、下布料管和上布料管，所述管状旋转轴的上端可旋转地连接于所述供料管的位于反应釜中的另一端并且所述管状旋转轴与所述供料管流体连通，所述下布料管的中部连接于所述管状旋转轴的下端并与所述管状旋转轴流体连通，所述上布料管的中部连接于所述管状旋转轴的中部并与所述管状旋转轴流体连通，所述下布料管的两端分别设有第一喷头和第二喷头，所述上布料管的两端分别设有第三喷头和第四喷头。

进一步地，所述管状旋转轴呈竖直状并且与所述反应釜共轴，所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头各自的朝向经设置使得在喷出料液时使所述分布器按顺时针方向或逆时针方向旋转。

进一步地，所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头位于与所述管状旋转轴共轴的同一柱面上，并且所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头各自的轴线与所述同一柱面相切。

进一步地，所述第一喷头和第二喷头位于与所述管状旋转轴垂直的第一平面，所述第三喷头和第四喷头位于与所述管状旋转轴垂直的第二平面，所述第一喷头和第二喷头所在的第一连线垂直于所述第三喷头和第四喷头所在的第二连线，所述第一平面位于第二平面的下方。

进一步地，所述上布料管和所述下布料管同为“S”形或反“S”形。

进一步地，所述所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头各自具有多个喷孔，并且所述多个喷孔的轴线与所述多个喷孔所在喷头的轴线之间的夹角自所在喷头的中心向外周方向逐渐增加。

进一步地，所述夹角自所在喷头的中心处的0度逐渐增加至所在喷头的外周处的10-30度。

进一步地，所述混合器为静态混合器、动态混合器、文丘里混合器、对撞混合器、比例混合器、微混合器中的一种。

根据本实用新型的所述聚合反应装置在用于环氧乙烷和/或环氧丙烷(EO/PO)的开环聚合时，可以通过混合器将EO/PO与循环管线中的起始剂进行预反应，然后送入反应釜通过分布器以旋转扩散的形式喷洒在反应釜中的料液(含有起始剂)中继续反应，料液料通过外循环进入换热器，降温后的物料继续进入混合器与EO/PO反应循环往复。

本实用新型的优点包括：旋转扩散点式进料，分散效果好，反应均匀，产品分子量分布均匀；副反应减少，副反应产物＜1ppm，提高了产品质量；缩短了生产周期，节约了能源。由于分散效果好，反应均匀，大大降低了局部浓度过高导致暴聚的风险，提高了生产安全性。

在本文中所用的术语具有其在本领域内公知的含义，然而为清楚起见，仍然给出以下定义。

术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

“基本”或“基本上”并不排除“完全”的意思。如一个成分“基本上不含”Y，也可以是完全不含有Y。在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5％，+/-4％，+/-3％，+/-2％，+/-1％，+/-0.5％，+/-0.2％，+/-0.1％，+/-0.05％，+/-0.01％等。如果需要，“基本”或“基本上”可以以上浮动范围代替或从本实用新型定义中删除。

“含有”既包括提到的因素，也允许包括附加的、不确定的因素。

“大约”、“约”、“左右”在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5％，+/-4％，+/-3％，+/-2％，+/-1％，+/-0.5％，+/-0.2％，+/-0.1％，+/-0.05％，+/-0.01％等。

本实用新型中，为简明起见而使用的数值范围不仅包括其端点值，也包括其所有的子范围和此范围内所有的单独的数值。例如，数值范围1-6不仅包括子范围，例如1-3、1-4、1-5、2-4、2-6、3-6等，也包括此范围内单独的数值，例如1、2、3、4、5、6。

附图说明

图1是本实用新型的烷氧基化聚合反应装置的一个实施方式的结构示意图；

图2是图1所示反应装置的分布器的一种实施方式的结构示意图；

图3是图2所示分布器的喷头的一种实施方式的结构示意图；

图4是图3所述喷头的A-A截面的结构示意图；

其中的附图标记的含义如下：1-反应釜；11-料液；12-三通阀；2-分布器；21-下布料管；211-第一喷头；212-第二喷头；22-上布料管；221-第三喷头；222-第四喷头；23-管状旋转轴；24-轴套；25-供料管；261-第一喷孔；262-第二喷孔；263-第三喷孔；264-第四喷孔；27-螺接部；28-轴线；3-混合器；4-换热器；5-循环泵；6-进料管线；71-柱面；72-第一直线；73-第二直线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的一些实施方式进行进一步的介绍，但并非意欲限制本实用新型的保护范围。

参见图1-2，本实用新型的提供一种安全性改善的烷氧基化聚合反应装置，包括反应釜1、循环泵5、换热器4和混合器3，所述混合器3的第一入口与进料管线6流体连通，所述反应釜1的底部出口与循环泵5的入口通过设有三通阀12的管道流体连通，所述循环泵5的出口与混合器3的第二入口通过设有换热器4的管道流体连通；所述反应釜1的内部上方设有分布器2和供料管25，所述供料管25的一端穿出反应釜1的侧壁并与所述混合器3的出口通过管道流体连通，所述分布器2为旋转扩散式分布器并且包括：管状旋转轴23、下布料管21和上布料管22，所述管状旋转轴的上端可旋转地连接于所述供料管25的位于反应釜中的另一端24并且所述管状旋转轴23与所述供料管25流体连通，所述下布料管21的中部连接于所述管状旋转轴23的下端并与所述管状旋转轴23流体连通，所述上布料管22的中部连接于所述管状旋转轴23的中部并与所述管状旋转轴23流体连通，所述下布料管21的两端分别设有第一喷头211和第二喷头212，所述上布料管22的两端分别设有第三喷头221和第四喷头222。所述反应釜具有竖直设置的圆柱形主体，所述管状旋转轴23呈竖直状并且与所述反应釜1共轴，所述第一喷头211、第二喷头212、第三喷头221和第四喷头222各自的朝向经设置使得在喷出料液时使所述分布器2按顺时针方向旋转。采用上述旋转扩散式分布器可以将加有原料的料液均匀第撒布在反应釜的料液上，以此避免EO/PO局部浓度过高而导致暴聚的风险，提高了生产安全性。

所述第一喷头211、第二喷头212、第三喷头221和第四喷头222位于与所述管状旋转轴23共轴的同一柱面上，并且所述第一喷头211、第二喷头212、第三喷头221和第四喷头222各自的轴线与所述同一柱面相切。所述柱面与反应釜中点的距离为反应釜半径的0.5-0.8倍，优选0.618倍，以此改善经分布器2喷洒的料液在反应釜1的半径上分布均匀性。

所述第一喷头211和第二喷头212位于与所述管状旋转轴23垂直的第一平面，所述第三喷头221和第四喷头222位于与所述管状旋转轴垂直的第二平面，所述第一喷头211和第二喷头212所在的第一直线72垂直于所述第三喷头221和第四喷头222所在的第二直线73，所述第一平面位于第二平面的下方，由此改善分布器2喷洒的料液在反应釜1中不同料液水平下的分布均匀性。

所述上布料管21和所述下布料管22同为反“S”形。在一些情况下，自管状旋转轴至每个喷头之间的布料管均为半圆形管。

如图3-4所示，在一些情况下，所述第一喷头211、第二喷头212、第三喷头221和第四喷头222各自具有多个喷孔。例如，所述第一喷头211具有多个喷孔261、262、263、264，并且所述多个喷孔261、262、263、264的轴线与所述第一喷头211的轴线28之间的夹角自所述第一喷头211的中心向外周方向逐渐增加。例如，所述夹角自所述第一喷头211的中心处的0度逐渐增加至所述第一喷头211的外周处的10-30度。在一些情况下，所述多个喷孔261、262、263、264的轴线与所述第一喷头211的轴线28之间的夹角分别是0度、5度、10度和15度。在一些情况下，第一喷头211具有螺接部27以便螺接于下布料管21的端部。第二喷头212、第三喷头221和第四喷头222的情况与第一喷头211相同。在一些情况下，如图3所示，所述多个喷孔261、262、263、264分别布置于自第一喷头211的中心向外周方向半径逐渐增加的4个圆上；例如，所述4个圆的半径可以分别是第一喷头211半径的0倍、0.1-0.25倍、0.2-0.75倍、0.4-0.9倍。在另一些情况下，所述多个喷孔可以布置在5-25个圆上，且任意相邻的两个圆的半径的差值大致相等。采用上述形式的多个喷孔可以允许经分布器2喷洒的料液沿多个不同的角度喷出，从而均匀地落在反应釜1中的料液表面，由此可以进一步地改善料液洒布的均匀性。

所述混合器3可以是任意合适的混合器，例如静态混合器、动态混合器、文丘里混合器、对撞混合器、比例混合器、微混合器中的一种。优选的混合器3为静态混合器。

本实用新型的烷氧基化聚合反应器的工作方式为：

(1)向反应釜1中投入起始剂(例如含活泼氢原子的化合物)和少量催化剂形成料液11，开启循环泵5将反应釜1中的料液抽出，依次通过换热器4和混合器3后送回反应釜1，由此形成外循环，并且通过换热器4将料液温度提升至进料温度(例如100摄氏度)；

(2)将来自进料管线6的EO/PO送入混合器3与来自循环泵5的料液混合，并且使EO/PO与料液中的起始剂在混合器3中进行预反应；

(3)将混合器3中的预反应后的料液通过供料管25送入反应釜1中，利用分布器2以旋转扩散的方式喷洒在反应釜1内含有起始剂的料液11中继续反应；

(4)将来自反应釜1的料液通过外循环送入换热器4，控制换热器4的冷却剂流量将料液冷却至设定温度以去除反应产生的多余热量；

(5)将降温后的料液继续送入混合器3与EO/PO进行混合和反应；

(6)重复步骤(2)至(5)，循环往复直至EP/PO进料结束，然后降压陈化，通过换热器4将料液冷却至工艺要求温度(例如常温)后中和包装。

本实用新型具有：旋转扩散点式进料，分散效果好，反应均匀，产品分子量分布均匀等优势；副反应少，副反应产物＜1ppm，提高了产品质量；缩短了生产周期，节约了能源。由于分散效果好，反应均匀，大大降低了局部浓度过高导致暴聚的风险，提高了生产安全性。

以上通过举例说明的方式描述了本实用新型。但是，应当理解，本实用新型绝不仅仅限于这些具体实施方式。普通技术人员可以对本实用新型进行各种修改或变动，而这些修改和变动都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，包括反应釜、循环泵、换热器和混合器，其特征在于，所述混合器的第一入口与进料管线流体连通，所述反应釜的底部出口与循环泵的入口通过管道流体连通，所述循环泵的出口与混合器的第二入口通过设有换热器的管道流体连通；所述反应釜的内部上方设有分布器和供料管，所述供料管的一端穿出反应釜的侧壁并与所述混合器的出口通过管道流体连通，所述分布器为旋转扩散式分布器并且包括：管状旋转轴、下布料管和上布料管，所述管状旋转轴的上端可旋转地连接于所述供料管的位于反应釜中的另一端并且所述管状旋转轴与所述供料管流体连通，所述下布料管的中部连接于所述管状旋转轴的下端并与所述管状旋转轴流体连通，所述上布料管的中部连接于所述管状旋转轴的中部并与所述管状旋转轴流体连通，所述下布料管的两端分别设有第一喷头和第二喷头，所述上布料管的两端分别设有第三喷头和第四喷头。

2.根据权利要求1所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述管状旋转轴呈竖直状并且与所述反应釜共轴，所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头各自的朝向经设置使得在喷出料液时使所述分布器按顺时针方向或逆时针方向旋转。

3.根据权利要求1所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头位于与所述管状旋转轴共轴的同一柱面上，并且所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头各自的轴线与所述同一柱面相切。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述第一喷头和第二喷头位于与所述管状旋转轴垂直的第一平面，所述第三喷头和第四喷头位于与所述管状旋转轴垂直的第二平面，所述第一喷头和第二喷头所在的第一直线垂直于所述第三喷头和第四喷头所在的第二直线，所述第一平面位于第二平面的下方。

5.根据权利要求4所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述上布料管和所述下布料管同为“S”形或反“S”形。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述第一喷头、第二喷头、第三喷头和第四喷头各自具有多个喷孔，并且所述多个喷孔的轴线与所述多个喷孔所在喷头的轴线之间的夹角自所在喷头的中心向外周方向逐渐增加。

7.根据权利要求6所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述夹角自所在喷头的中心处的0度逐渐增加至所在喷头的外周处的10-30度。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的安全性改善的烷氧基化安全聚合反应装置，其特征在于，所述混合器为静态混合器、动态混合器、文丘里混合器、对撞混合器、比例混合器、微混合器中的一种。