CN211586521U - 一种热耦合管式反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热耦合管式反应系统，包括刮膜蒸发机构、换热机构和管式反应机构，所述刮膜蒸发机构的底部出料口与所述换热机构的热通道相连通，所述换热机构的底部设有混合液入口，所述混合液入口与所述换热机构内的冷通道相连通，所述冷通道与所述热通道换热，所述冷通道的混合液出口通过管道与所述刮膜蒸发机构的顶部进料口相连通；所述管式反应机构包括呈蛇形盘绕的反应管，所述热通道的底部出口与所述反应管顶部的进料口相连通，所述反应管的一端管口上固定有物料入口，另一端管口上固定有物料出口，沿物料流向，所述反应管的侧壁上设有多个伴热夹层。本反应系统可充分利用热能，节能环保。

Description

一种热耦合管式反应系统

技术领域

本实用新型涉及精细化工技术领域，特别是涉及一种热耦合管式反应系统。

背景技术

传统生产PPS(聚苯硫醚)的工艺为间歇生产，先将批量的NMP(N-甲基吡咯烷酮)、硫化钠、催化剂混合液在反应釜内于170～200℃进行脱水，待脱水完全后，再加入对二氯苯，必要时补加溶剂NMP，对二氯苯和无水硫化钠在于60-150℃条件下在极性溶剂NMP中进行缩合反应得到生成物，反应生成物经冷却、分离、洗涤、烘干即可制得PPS材料原粉。

PPS的传统生产存在以下三点问题：

一，脱水反应和缩合反应是分步进行的，不可实现连续生产，生产效率低；

二，传统PPS生产为“一锅反应”，反应副产物多，后续提纯步骤繁琐；

三，脱水反应在170-200℃条件下进行，缩合反应在60-150℃条件下，两步反应之间存在热损失，浪费能源。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的PPS生产过程效率低和热损耗大的问题，而提供一种热耦合管式反应系统。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种热耦合管式反应系统，包括刮膜蒸发机构、换热机构和管式反应机构，

所述刮膜蒸发机构的底部出料口与所述换热机构的热通道相连通，所述刮膜蒸发机构的顶部设有水蒸气出口，所述换热机构的底部设有混合液入口，所述混合液入口与所述换热机构内的冷通道相连通，所述冷通道与所述热通道换热，所述冷通道的混合液出口通过管道与所述刮膜蒸发机构的顶部进料口相连通；

所述管式反应机构包括呈蛇形盘绕的反应管，所述热通道的底部出口与所述反应管顶部的进料口相连通，所述反应管的一端管口上固定有物料入口，另一端管口上固定有物料出口，沿物料流向，所述反应管的侧壁上设有多个伴热夹层，每一伴热夹层上均设有与其相连通的介质入口和介质出口。

在上述技术方案中，所述换热机构包括顶部开口的圆筒外壳，所述顶部开口与所述底部出料口相连接，所述圆筒外壳内的顶部和底部分别固定有上孔板和下孔板，所述上孔板和所述下孔板上均形成有多个圆孔，上孔板和下孔板上下相对应的两个圆孔分别由一热交换管相连通，所述热交换管内通道形成所述热通道，所述热交换管外的间隙形成所述冷通道，所述圆筒外壳侧壁上分别固定所述混合液入口和混合液出口，所述混合液入口位于下孔板的上方，所述混合液出口位于所述上孔板的下方。

在上述技术方案中，所述上孔板的圆孔上均固定有一与其相连通的短管。

在上述技术方案中，所述顶部开口与所述底部出料口通过法兰盘固定连接。

在上述技术方案中，所述圆筒外壳的底部设有与其呈一体结构的漏斗形外壳，所述漏斗形外壳的最低端设置所述底部出口。

在上述技术方案中，所述刮膜蒸发机构包括一壳体以及固定于所述壳体内中上部的气液分离器、固定于所述气液分离器底部的布液器，以及位于壳体内的刮板系统，其中：

所述壳体外壁上固定有加热套，所述加热套的底部固定有加热介质入口，所述加热套的顶部固定有加热介质出口；

所述壳体侧壁上固定所述混合液入口，所述混合液入口与所述布液器相连通，所述壳体侧壁上还设有所述水蒸气出口，所述水蒸气出口位于所述气液分离器的上部；

所述刮板系统包括固定于所述壳体顶部的电机，与所述电机的输出轴通过联轴器相连接的搅拌轴，以及固定于所述搅拌轴上靠近所述壳体内壁的刮板；

所述壳体的底部为敞口结构形成所述底部出料口。

在上述技术方案中，所述底部出口和进料口通过法兰盘固定连接。

在上述技术方案中，所述反应管包括依次首尾连接的一个入口管段、一个或多个中间管段以及一个出口管段，所述入口管段的一端固定有所述物料入口，另一端固定一连接法兰，所述中间管段的两端分别连接一连接法兰，所述出口管段的一端连接一连接法兰，另一端固定连接所述物料出口。

在上述技术方案中，所述入口管段、中间管段和出口管段的管径相同。

在上述技术方案中，每一所述入口管段、中间管段和出口管段的外壁上均至少设有一个伴热夹层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型采用换热机构可充分利用脱水反应与缩合反应之间的温度差造成的热损耗，通过脱水反应前物料与脱水反应后物料进行热交换，节能环保，降低生产成本。

2.缩合反应在管式反应机构内进行，可根据反应进程，调节每一进程的加热温度，较少副产物种类，降低副产物含量，提高了产品中聚苯硫醚的含量。

3.通过刮膜蒸发机构和管式反应机构的联用，实现了连续生产，可有效提高生产效率。

4.刮膜蒸发机构的刮板转动分配料液，在刮膜蒸发机构的壳体内增大了蒸发面积，提高了蒸发效率，相对于在反应釜内脱水，本系统的脱水效率更高。

附图说明

图1所示为本实用新型的系统结构示意图。

图2是实施例3中刮膜蒸发机构的结构示意图。

图3是实施例4中管式反应器的结构示意图。

图中：1-刮膜蒸发机构，2-换热机构，3-管式反应机构，4-底部出料口，5-混合液入口，6-管道，7-顶部进料口，8-反应管，9-底部出口，10-进料口，11-物料入口，12-物料出口，13-伴热夹层，14-介质入口，15-介质出口，16-水蒸气出口，17-上孔板，18-下孔板，19-，20-搅拌轴，21-刮板，22-加热介质入口，23-加热介质出口，24-气液分离器，25-壳体，26-布液器，27-加热套，28-短管。

5-1入口管段,5-2中间管段,5-3中间管段。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种热耦合管式反应系统，包括刮膜蒸发机构1、换热机构2和管式反应机构3，

所述刮膜蒸发机构1的底部出料口4与所述换热机构的热通道相连通，所述刮膜蒸发机构1的顶部设有水蒸气出口16，所述换热机构的底部设有混合液入口5，所述混合液入口与所述换热机构内的冷通道相连通，所述冷通道与所述热通道换热，所述冷通道的混合液出口通过管道6与所述刮膜蒸发机构的顶部进料口7相连通；

所述管式反应机构包括呈蛇形盘绕的反应管8，所述热通道的底部出口9与所述反应管顶部的进料口10相连通，所述反应管的一端管口上固定有物料入口11，另一端管口上固定有物料出口12，沿物料流向，所述反应管的侧壁上设有多个伴热夹层13，每一伴热夹层上均设有与其相连通的介质入口14和介质出口15。

所述热耦合管式反应系统的工作方式：

NMP、硫化钠、催化剂混合液通过混合液入口5进入到换热机构内，混合液在与热通道内的物料经过换热后，被初步加热，初步加热后的混合液通过顶部进料口7进入到刮膜蒸发机构内，在刮膜蒸发机构内被加热套加热至170～200℃左右，混合液中的水分被脱除，水蒸气通过水蒸气出口16排出，经过脱水后的物料进入到换热机构的热通道内，与换热机构冷通道内未脱水的NMP、硫化钠、催化剂混合液发生热交换，降温至60-150℃左右后，进入到管式反应机构的反应管8内，在反应管8内，脱水后的NMP、硫化钠、催化剂混合液和通过物料入口11加入的对二氯苯发生缩合反应，制备得到含聚苯硫醚产品，在经由反应管8时，在反应管5内，随着液体的流动，逐渐实现缩合反应，在流动过程中，可根据反应的进程分别控制每一伴热夹层13的加热温度。反应完成后，含聚苯硫醚产品溶液从物料出口7排出，进行后续提纯、干燥工序。

所述进料口4和所述物料入口6上均固定流量调节阀，以调控脱水后的物料与对二氯苯的投料比例，提高含聚苯硫醚产品中聚苯硫醚的纯度。所述刮膜蒸发机构1和管式反应机构2均固定在框架支架上，所述刮膜蒸发机构1位于所述管式反应机构2的顶部，所述反应管5从上到下呈蛇形盘绕。框架支架可由钢材焊接而成，经由刮膜蒸发机构1脱水后的物料在重力作用下进入到反应管5内，在反应管5内物料依靠重力流动，无需额外动力源。

介质入口14可作为蒸汽入口，介质出口15可作为凝液出口。

实施例2

为了提高换热效率，本实施例对换热机构的具体结构进行详细说明。

作为优选方式，所述换热机构2包括顶部开口的圆筒外壳，所述顶部开口与所述底部出料口4相连接，所述圆筒外壳内的顶部和底部分别固定有上孔板17和下孔板18，所述上孔板17和所述下孔板18上均形成有多个圆孔，上孔板17和下孔板18上下相对应的两个圆孔分别由一热交换管相连通，所述热交换管内通道形成所述热通道，所述热交换管外的间隙形成所述冷通道，所述圆筒外壳侧壁上分别固定所述混合液入口5和混合液出口，所述混合液入口5位于下孔板18的上方，所述混合液出口位于所述上孔板17的下方。

NMP、硫化钠、催化剂混合液通过混合液入口5进入到圆筒外壳内，流经热交换管外的间隙，与热交换管内脱水后的NMP、硫化钠、催化剂混合液发生热交换。

作为优选方式，所述上孔板17的圆孔上均固定有一与其相连通的短管28。从出料口4流出的脱水后的液膜在上孔板17上积聚，当液面高于短管28高度时，从短管28的顶部开口进行到相应的热交换管内。

作为优选方式，所述顶部开口与所述底部出料口4通过法兰盘固定连接。便于装配。

作为优选方式，所述圆筒外壳的底部设有与其呈一体结构的漏斗形外壳，所述漏斗形外壳的最低端设置所述底部出口9。保证脱水后的NMP、硫化钠、催化剂混合液流畅出料，并且便于与所述进料口10相衔接。从热交换管内流出的脱水后的NMP、硫化钠、催化剂混合液进入到漏斗形外壳内，再经由底部出口9排出。

实施例3

为了保证刮膜均匀，本实施例进一步说明刮膜蒸发机构的结构。

所述刮膜蒸发机构1包括一壳体25以及固定于所述壳体25内中上部的气液分离器24、固定于所述气液分离器24底部的布液器26，以及位于壳体25内的刮板系统，其中：

所述壳体25外壁上固定有加热套27，所述加热套27的底部固定有加热介质入口22，所述加热套27的顶部固定有加热介质出口23；

所述壳体25侧壁上固定所述混合液入口5，所述混合液入口5与所述布液器26相连通，所述壳体25侧壁上还设有所述水蒸气出口16，所述水蒸气出口16位于所述气液分离器24的上部；

所述刮板系统包括固定于所述壳体25顶部的电机19，与所述电机19的输出轴通过联轴器相连接的搅拌轴20，以及固定于所述搅拌轴20上靠近所述壳体25内壁的刮板21；

所述壳体25的底部为敞口结构形成所述底部出料口4。

NMP、硫化钠、催化剂混合液通过混合液入口5进入到壳体25内，并通过布液器26的布液沿壳体25侧壁流下，在刮板21的作用下，NMP、硫化钠、催化剂混合液与加热套27内的介质发生热交换，水分快速蒸发，水蒸气在气液分离器24中分离，通过二次蒸汽出口18排出，脱水后的NMP、硫化钠、催化剂混合液从出料口3排出。加热介质入口22可作为蒸汽入口，加热介质出口可作为凝液出口。所述刮板21至少设有两个。

气液分离器24和布液器26的中部均形成有供搅拌轴20穿过的通孔，所述布液器26为锯齿布液盘。布液均匀，以提高蒸发脱水速度。

实施例4

为了增加管式反应器的适用性，本实施例在实施例1的基础上进一步说明管式反应器的结构。

作为优选方式，所述底部出口9和进料口10通过法兰盘固定连接。便于拆卸维护。

作为优选方式，所述反应管5包括依次首尾连接的一个入口管段5-1、一个或多个中间管段5-2以及一个出口管段5-3，所述入口管段5-1的一端固定有所述物料入口11，另一端固定一连接法兰，所述中间管段5-2的两端分别连接一连接法兰，所述出口管段5-3的一端连接一连接法兰，另一端固定连接所述物料出口12。

如图2所示，中间管段5-2可根据实际工况选择个数，缩合反应时间长时，可适当增加中间管段5-2的个数以延长反应时间，缩合反应时间短时，可适当减少中间管段5-2的个数以缩短反应时间。

作为优选方式，所述入口管段5-1、中间管段5-2和出口管段5-3的管径相同。保证物流在反应管5内顺畅反应、流通。

作为优选方式，每一所述入口管段5-1、中间管段5-2和出口管段5-3的外壁上均至少设有一个伴热夹层13。每一管段分别控温，可根据实际含聚苯硫醚产品中的组分，调控每一管段的加热温度，尽量降低产品中杂质种类和含量，便于后续提纯。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种热耦合管式反应系统，其特征在于，包括刮膜蒸发机构、换热机构和管式反应机构，

所述刮膜蒸发机构的底部出料口与所述换热机构的热通道相连通，所述刮膜蒸发机构的顶部设有水蒸气出口，所述换热机构的底部设有混合液入口，所述混合液入口与所述换热机构内的冷通道相连通，所述冷通道与所述热通道换热，所述冷通道的混合液出口通过管道与所述刮膜蒸发机构的顶部进料口相连通；

所述管式反应机构包括呈蛇形盘绕的反应管，所述热通道的底部出口与所述反应管顶部的进料口相连通，所述反应管的一端管口上固定有物料入口，另一端管口上固定有物料出口，沿物料流向，所述反应管的侧壁上设有多个伴热夹层，每一伴热夹层上均设有与其相连通的介质入口和介质出口。

2.如权利要求1所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述换热机构包括顶部开口的圆筒外壳，所述顶部开口与所述底部出料口相连接，所述圆筒外壳内的顶部和底部分别固定有上孔板和下孔板，所述上孔板和所述下孔板上均形成有多个圆孔，上孔板和下孔板上下相对应的两个圆孔分别由一热交换管相连通，所述热交换管内通道形成所述热通道，所述热交换管外的间隙形成所述冷通道，所述圆筒外壳侧壁上分别固定所述混合液入口和混合液出口，所述混合液入口位于下孔板的上方，所述混合液出口位于所述上孔板的下方。

3.如权利要求2所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述上孔板的圆孔上均固定有一与其相连通的短管。

4.如权利要求1所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述顶部开口与所述底部出料口通过法兰盘固定连接。

5.如权利要求2所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述圆筒外壳的底部设有与其呈一体结构的漏斗形外壳，所述漏斗形外壳的最低端设置所述底部出口。

6.如权利要求1所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述刮膜蒸发机构包括一壳体以及固定于所述壳体内中上部的气液分离器、固定于所述气液分离器底部的布液器，以及位于壳体内的刮板系统，其中：

所述壳体外壁上固定有加热套，所述加热套的底部固定有加热介质入口，所述加热套的顶部固定有加热介质出口；

所述壳体侧壁上固定所述混合液入口，所述混合液入口与所述布液器相连通，所述壳体侧壁上还设有所述水蒸气出口，所述水蒸气出口位于所述气液分离器的上部；

所述刮板系统包括固定于所述壳体顶部的电机，与所述电机的输出轴通过联轴器相连接的搅拌轴，以及固定于所述搅拌轴上靠近所述壳体内壁的刮板；

所述壳体的底部为敞口结构形成所述底部出料口。

7.如权利要求1所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述底部出口和进料口通过法兰盘固定连接。

8.如权利要求1所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述反应管包括依次首尾连接的一个入口管段、一个或多个中间管段以及一个出口管段，所述入口管段的一端固定有所述物料入口，另一端固定一连接法兰，所述中间管段的两端分别连接一连接法兰，所述出口管段的一端连接一连接法兰，另一端固定连接所述物料出口。

9.如权利要求8所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，所述入口管段、中间管段和出口管段的管径相同。

10.如权利要求8所述的热耦合管式反应系统，其特征在于，每一所述入口管段、中间管段和出口管段的外壁上均至少设有一个伴热夹层。

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