CN218189677U - 一种用于合成n-甲基吡咯烷酮的反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于合成N‑甲基吡咯烷酮的反应装置，包括反应器和预混室；预混室包括壳体、两列相对设置的圆弧板组；每一列圆弧板组均由若干个从上往下依次连接的截面呈圆弧形的分隔板组成；最下层的分隔板距离壳体的底部之间设置有容置空间；两列圆弧板组中的分隔板其开口方向均朝向中间设置；位于左侧的一列圆弧板组其最上方的分隔板上端与壳体的顶部之间连接，另一列圆弧板组其最上方的分隔板与壳体的顶部之间设置有竖直的隔挡板，隔挡板以及分隔板使得壳体内形成蛇形的物料下落空腔；壳体的顶部设置有两个进料管，进料管贯穿左侧最上方的分隔板并延伸至最上层分隔板内；壳体的底部设置有出料管，出料管通过泵体将物料输送至反应器内。
Description
技术领域
本实用新型属于N-甲基吡咯烷酮生产设备技术领域，具体涉及一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置。
背景技术
N-甲基吡咯烷酮，简称NMP，是一种高沸点、环保型的优良溶剂，具有粘度低，化学性质稳定的优点。N-甲基吡咯烷酮市场应用领域主要集中在锂电池、线路板、绝缘材料、石化、医药、农药、清洗、高分子等行业。
目前，NMP的生产主要是通过γ-丁内酯（简称GBL）与一甲胺进行氨化反应，由于氨化反应需要在280°C左右的温度下生成NMP，现有的NMP反应器可以采用管道式反应器和釜式反应器，管道式反应器相对于釜式反应器而言，具有转化率高、容积效率高的优点，因此得以推广。现有的管道式反应器，集加热、进料及反应于一体，GBL和一甲胺进入到管道内后，被夹套内的热介质加热从而进行反应，两种反应物在管道内是否能够混合均匀，会直接影响到NMP合成反应的进行，混合程度不高会导致反应产物收率不高，副反应较多。而现有的管道式反应器通过泵体将两种反应物通过机械式混合或者静态混合器后直接泵入到管道式反应器内，机械式采用搅拌叶片对物料混合，存在死角区，且能耗较高，而静态混合器的为了使得混合效果更好，采用左右扭转的螺旋片焊接而成，该种静态混合器加工难度较大，而普通的挡板式的静态混合器虽然容易加工但是混合效果则不理想；另外，现有的管道式反应器一甲胺进料时为液相进料，进料后在高温的环境下迅速变成一甲胺气体，甲胺气体易从GBL液相脱附出来位于其表面上方，直接影响到了二者的混合程度，影响了NMP的产量。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型将采用以下技术方案：
一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，包括反应器和预混室；所述预混室包括壳体以及设置在壳体内的两列相对设置的圆弧板组；每一列圆弧板组均由若干个从上往下依次连接的截面呈圆弧形的分隔板组成；最下层的分隔板的底部距离所述壳体的底部之间设置有容置空间；两列圆弧板组中的分隔板其开口方向均朝向中间设置；位于左侧的一列圆弧板组其最上方的分隔板上端与所述壳体的顶部之间连接，另一列圆弧板组其最上方的分隔板与所述壳体的顶部之间设置有竖直的隔挡板，所述隔挡板以及所述分隔板使得壳体内形成蛇形的物料下落空腔；所述壳体的顶部设置有两个进料管，所述进料管贯穿左侧最上方的分隔板并延伸至最上层分隔板内；所述壳体的底部设置有出料管，所述出料管通过泵体将物料输送至所述反应器内。
进一步地，所述分隔板的截面为优弧，且该优弧的圆心角大于180°小于270°；且两列分隔板的个数相同；两列分隔板的截面形成的圆弧其圆心的竖直连接线之间的距离为该圆弧的直径的1倍到2倍之间；下层分隔板通过其端部与其上层分隔板之间相连接。
进一步地，所述反应器包括罐体，以及位于罐体内的若干个相互平行设置螺旋盘管；所述螺旋盘管固定在所述罐体的内壁上，呈阿基米德螺旋线形式排布，且多个螺旋盘管沿水平方向分布；第一个螺旋盘管通过连通管与所述泵体的出料端之间连通，相邻的两个螺旋盘管之间通过过渡管相互连通，最后一个螺旋盘管其出口处设置有贯穿所述罐体的输料管；所述罐体的一侧设置有热介质进口，其另一侧设置有热介质出口。
进一步地，所述连通管与第一个螺旋盘管的最外层进料口之间连通；所述过渡管的两端分别与两个螺旋盘管的最内层端口之间连通或者两个最外层端口之间连通。
进一步地，所述过渡管有三部分组成，包括两个位于两端的弯曲段和一个位于中间的水平段；所述弯曲段用于与螺旋盘管连接；所述水平段内设置有混合单元，所述混合单元包括依次连通的流通面积逐渐缩小的缩小通道，流通面积不变的直流通道以及流通面积逐渐扩大的扩大通道；所述缩小通道和所述扩大通道的截面为相互对称的梯形。
进一步地，每两个相邻的螺旋盘管之间设置有依次交替固定在罐体上下两侧的折流挡板，所述过渡管贯穿所述折流挡板；所述折流挡板的自由端与所述罐体的内壁之间设有间隙；所述热介质进口和所述热介质出口均靠近所述折流挡板的固定端设置，使得热介质在所述罐体内呈S形的换热行程。
进一步地，每一个分隔板的底部设置有多个与其下方的下落空腔连通的漏液孔。
本实用新型的有益效果：本实用新型设置有预混室，该预混室采用两列圆弧板组组成，当物料进入到最上层分隔板内时，由于分隔板的截面呈圆弧形，因此物料会在分隔板内自动形成涡流，使得两种物料可以在多个方向上混合，从而实现混合一甲胺和GBL的目的，且本实用新型避免了使用左右扭转的螺旋片，采用普通的圆弧形板，因此对于分隔板的加工难度降低，且混合时不存在死角区，效果较好。且混合利用的是物料自身降落时的重力势能，因此相对于机械搅拌而言能耗低。另外本实用新型在过渡管内设置有混合单元，当物料从一个螺旋盘管进到另一个螺旋盘管时，一甲胺气体和GBL在缩小通道时，流体扰乱度增加，使得其发此处再次混合，当进入到直流通道由于其流通面积较小，因此流速较快，容易形成湍流，当在进入到扩大通道，其流速突然减小，后续的物料冲击过来，从而使物料混合的更均匀。相对于现有技术中的普通螺旋盘管其混合效果更佳；最后本实用新型设置有多个折流挡板，使得热介质的换热行程大大延长，增加热量的利用率。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的过渡管的结构示意图；
图3为本实用新型的螺旋盘管连接示意图；
附图标记：1、预混室；2、泵体；3、反应器；4、分隔板；5、进料管；6、隔挡板；7、漏液孔；8、折流挡板；9、螺旋盘管；10、水平段；11、弯曲段；12、热介质进口；13、热介质出口；14、输料管；15、连通管；16、缩小通道；17、直流通道；18、扩大通道。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步地说明，以期本领域技术人员能够更清楚地理解该技术方案的内容。
实施例1：
如附图1所示，本实用新型的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，包括反应器3和预混室1；所述预混室1包括壳体以及设置在壳体内的两列相对设置的圆弧板组；每一列圆弧板组均由若干个从上往下依次连接的截面呈圆弧形的分隔板4组成，所述分隔板固定在所述壳体的内壁上；最下层的分隔板4的底部距离所述壳体的底部之间设置有容置空间；所述壳体的底部设置有出料管，所述出料管通过泵体2将物料输送至所述反应器3内。此处的反应器可以采用现有技术中的管式反应器或者是釜式反应器均可以，本实施例主要对预混室作出改进。两列圆弧板组中的分隔板4其开口方向均朝向中间设置；位于左侧的一列圆弧板组其最上方的分隔板4上端与所述壳体的顶部之间连接，另一列圆弧板组其最上方的分隔板4与所述壳体的顶部之间设置有竖直的隔挡板6，此处设置隔挡板主要是为了使得两列圆弧板组之间在高度上有差异，使得两列分隔板之间交错设置。两列分隔板4的截面形成的圆弧其圆心的竖直连接线之间的距离为该圆弧的直径的1倍到2倍之间，此处限制了两列分隔板的间距，使得两个分隔板在水平方向上有一定的重合度。所述隔挡板6以及所述分隔板4使得壳体内形成蛇形的物料下落空腔。
所述壳体的顶部设置有两个进料管5，所述进料管5贯穿左侧最上方的分隔板4并延伸至最上层分隔板4内；此处设置两个进料管，一个用于进GBL，另一个用于进一甲胺，两者可以通过高位槽或者是泵体使得物料进入到壳体内。
所述分隔板4的截面为优弧，且该优弧的圆心角大于180°小于270°；且两列分隔板4的个数相同；下层分隔板4通过其端部与其上层分隔板4之间相连接，此处限制下层分隔板与上层分隔板之间的连接位置是下层分隔板的端部，主要是为了防止物料下落时出现死角区。
每一个分隔板4的底部设置有多个与其下方的下落空腔连通的漏液孔7。具体实施时，漏液孔的直径应设置的较小，此处设置漏液孔是为了防止当进料结束后，分隔板的底部处残留部分物料，造成浪费，当进料结束后残余的物料可以通过漏液孔逐渐向下落至容置空间内，因此漏料孔不能设置的过大过多，防止影响物料的混合效果，具体实施时，根据具体的装置尺寸以及物料的流量经过试验来确定。
本实施例中，采用多个依次相连的分隔板组成两列交错设置的圆弧板组，使得物料在分隔板内自动形成涡流，使得两种物料可以在多个方向上混合，从而实现混合一甲胺和GBL的目的，且本实用新型避免了使用左右扭转的螺旋片，采用普通的圆弧形板，因此对于分隔板的加工难度降低。
实施例2：
如附图1-3所示，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中的所述反应器3包括罐体，以及位于罐体内的若干个相互平行设置螺旋盘管9；所述螺旋盘管9固定在所述罐体的内壁上，呈阿基米德螺旋线形式排布，且多个螺旋盘管9沿水平方向分布；第一个螺旋盘管9通过连通管15与所述泵体2的出料端之间连通，相邻的两个螺旋盘管9之间通过过渡管相互连通，最后一个螺旋盘管9其出口处设置有贯穿所述罐体的输料管14；所述罐体的一侧设置有热介质进口12，其另一侧设置有热介质出口13。
所述连通管15与第一个螺旋盘管9的最外层进料口之间连通，此处的连通管设置时应该与螺旋盘管最外层进口处的外壁之间相切，主要用来降低物料进入到螺旋盘管内的阻力。所述过渡管的两端分别与两个螺旋盘管9的最内层端口之间连通或者两个最外层端口之间连通。如此设置，即相邻的两个螺旋盘管，其最内层的端口之间相互连接，或者其最外层的端口之间相互连接，如此设置，过渡管的长度为最小。
所述过渡管有三部分组成，包括两个位于两端的弯曲段11和一个位于中间的水平段10；所述弯曲段11用于与螺旋盘管9连接；此处设置弯曲段，同样是为了降低物料进入过渡管内的流动阻力。所述水平段10内设置有混合单元，所述混合单元包括依次连通的流通面积逐渐缩小的缩小通道16，流通面积不变的直流通道17以及流通面积逐渐扩大的扩大通道18；所述缩小通道16和所述扩大通道18的截面为相互对称的梯形。本实施例中由于每一个过渡管处均设置有混合单元，因此物料自一个螺旋盘管进入到另一个螺旋盘管时，其均可以实现一次混合，因此物料在流动的过程中，可以得到充分的混合，有效防止一甲胺由于加热变为气相而浮于GBL的表面影响反应效果。
每两个相邻的螺旋盘管9之间设置有依次交替固定在罐体上下两侧的折流挡板8，所述过渡管贯穿所述折流挡板8；所述折流挡板8的自由端与所述罐体的内壁之间设有间隙；所述热介质进口12和所述热介质出口13均靠近所述折流挡板8的固定端设置，使得热介质在所述罐体内呈S形的换热行程。本实施例中在罐体内设置多个折流挡板，使得加热介质自热介质进口进入到罐体内后，沿着折流挡板依次呈S型的换热行程最终自热介质出口流出罐体，因此相对未设置折流挡板的油浴式管道反应器而言，其换热效果更佳，热介质的热能利用率更佳。
上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (7)
1.一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：包括反应器（3）和预混室（1）；所述预混室（1）包括壳体以及设置在壳体内的两列相对设置的圆弧板组；每一列圆弧板组均由若干个从上往下依次连接的截面呈圆弧形的分隔板（4）组成；最下层的分隔板（4）的底部距离所述壳体的底部之间设置有容置空间；两列圆弧板组中的分隔板（4）其开口方向均朝向中间设置；位于左侧的一列圆弧板组其最上方的分隔板（4）上端与所述壳体的顶部之间连接，另一列圆弧板组其最上方的分隔板（4）与所述壳体的顶部之间设置有竖直的隔挡板（6），所述隔挡板（6）以及所述分隔板（4）使得壳体内形成蛇形的物料下落空腔；所述壳体的顶部设置有两个进料管（5），所述进料管（5）贯穿左侧最上方的分隔板（4）并延伸至最上层分隔板（4）内；所述壳体的底部设置有出料管，所述出料管通过泵体（2）将物料输送至所述反应器（3）内。
2.如权利要求1所述的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：所述分隔板（4）的截面为优弧，且该优弧的圆心角大于180°小于270°；且两列分隔板（4）的个数相同；两列分隔板（4）的截面形成的圆弧其圆心的竖直连接线之间的距离为该圆弧的直径的1倍到2倍之间；下层分隔板（4）通过其端部与其上层分隔板（4）之间相连接。
3.如权利要求1所述的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：所述反应器（3）包括罐体，以及位于罐体内的若干个相互平行设置螺旋盘管（9）；所述螺旋盘管（9）固定在所述罐体的内壁上，呈阿基米德螺旋线形式排布，且多个螺旋盘管（9）沿水平方向分布；第一个螺旋盘管（9）通过连通管（15）与所述泵体（2）的出料端之间连通，相邻的两个螺旋盘管（9）之间通过过渡管相互连通，最后一个螺旋盘管（9）其出口处设置有贯穿所述罐体的输料管（14）；所述罐体的一侧设置有热介质进口（12），其另一侧设置有热介质出口（13）。
4.如权利要求3所述的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：所述连通管（15）与第一个螺旋盘管（9）的最外层进料口之间连通；所述过渡管的两端分别与两个螺旋盘管（9）的最内层端口之间连通或者两个最外层端口之间连通。
5.如权利要求4所述的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：所述过渡管有三部分组成，包括两个位于两端的弯曲段（11）和一个位于中间的水平段（10）；所述弯曲段（11）用于与螺旋盘管（9）连接；所述水平段（10）内设置有混合单元，所述混合单元包括依次连通的流通面积逐渐缩小的缩小通道（16），流通面积不变的直流通道（17）以及流通面积逐渐扩大的扩大通道（18）；所述缩小通道（16）和所述扩大通道（18）的截面为相互对称的梯形。
6.如权利要求4所述的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：每两个相邻的螺旋盘管（9）之间设置有依次交替固定在罐体上下两侧的折流挡板（8），所述过渡管贯穿所述折流挡板（8）；所述折流挡板（8）的自由端与所述罐体的内壁之间设有间隙；所述热介质进口（12）和所述热介质出口（13）均靠近所述折流挡板（8）的固定端设置，使得热介质在所述罐体内呈S形的换热行程。
7.如权利要求1所述的一种用于合成N-甲基吡咯烷酮的反应装置，其特征在于：每一个分隔板（4）的底部设置有多个与其下方的下落空腔连通的漏液孔（7）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A reaction device for synthesizing N-methylpyrrolidone Granted publication date: 20230103 Pledgee: Henan fan County Rural Commercial Bank Limited by Share Ltd. Pledgor: PUYANG GUANGMING CHEMICALS Co.,Ltd. Registration number: Y2024980020912 |