一種制備聚醚大單體的高效節(jié)能反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種制備聚醚大單體的高效節(jié)能反應(yīng)裝置,屬于精細(xì)化工生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展,作為第三代混凝土外加劑的高性能聚羧酸減水劑在諸多國家重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中得到了廣泛應(yīng)用。聚醚大單體是高性能聚羧酸減水劑專用的核心原料,占其重量的80%以上,其品質(zhì)直接影響聚羧酸減水劑的綜合性能。聚醚大單體與傳統(tǒng)聚醚(甲氧基聚醚、聚醚多元醇等)一樣,都是采用起始劑與環(huán)氧乙烷(或/和環(huán)氧丙烷)在催化劑的作用下進(jìn)行開環(huán)聚合而得,而最大的區(qū)別在于其分子結(jié)構(gòu)中含有活性雙鍵,該雙鍵將用于后續(xù)聚羧酸的聚合反應(yīng),但雙鍵容易受到高溫破壞,喪失聚合活性。因此在生產(chǎn)制備過程中,需要及時(shí)控制反應(yīng)放熱,盡量縮短反應(yīng)時(shí)間,從而提高聚醚大單體的雙鍵保留率,因此,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求相對(duì)較高。
[0003]環(huán)氧乙烷的開環(huán)聚合反應(yīng)放熱約為92.5KJ/mol,在整個(gè)聚醚大單體的制備過程中,主要的反應(yīng)為環(huán)氧乙烷的開環(huán)聚合,反應(yīng)放熱量極高。如何有效控制反應(yīng)熱,并能提高反應(yīng)效率成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。針對(duì)聚羧酸專用聚醚大單體的生產(chǎn)裝置報(bào)道相當(dāng)少,基本還是采用常規(guī)聚醚的生產(chǎn)裝置。傳統(tǒng)用于聚醚生產(chǎn)的設(shè)備主要是攪拌反應(yīng)釜,其傳質(zhì)傳熱能力有限,難以達(dá)到最佳反應(yīng)狀態(tài)。如CN202829908報(bào)道了一種聚醚多元醇反應(yīng)釜,釜內(nèi)采用折葉式攪拌槳和板框式攪拌槳組合的方式進(jìn)行物料攪拌混合;CN203030282報(bào)道的聚醚反應(yīng)裝置,其在攪拌反應(yīng)釜外增加了兩個(gè)循環(huán)回路,改善了體系換熱效果,但反應(yīng)效率有限;CN202081047公開了一種帶外循環(huán)噴霧的攪拌反應(yīng)釜,其在外循環(huán)管上增加了霧化器,可以有效提高反應(yīng)效率,但采用內(nèi)盤管換熱方式,換熱效果有限,容易造成溫度波動(dòng)大。循環(huán)噴霧反應(yīng)器是目前逐漸發(fā)展起來的新型反應(yīng)裝置。CN2204197報(bào)道了一種單循環(huán)噴霧式反應(yīng)器,其霧化器采用文丘里型噴射器,提高了氣液接觸面積和傳質(zhì)效率,但其霧化器量少而限制了反應(yīng)效率。CN201855696公開了一種多霧化器的乙氧基化裝置,大幅度提高了物料霧化效果,但是僅一個(gè)立式反應(yīng)罐和外循環(huán)換熱器,其物料增長比、反應(yīng)效率和反應(yīng)換熱效率均較低。
[0004]基于此,從反應(yīng)裝置角度,如何既能大幅度提高環(huán)氧乙烷反應(yīng)效率,提高反應(yīng)均勻性,縮短反應(yīng)耗時(shí),又能及時(shí)將大量反應(yīng)熱移除體系,保證反應(yīng)溫度的平穩(wěn)性,降低副產(chǎn)物,提高聚醚大單體雙鍵保留率,成為聚羧酸專用聚醚大單體高品質(zhì)生產(chǎn)急需解決的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種制備聚醚大單體的高效節(jié)能反應(yīng)裝置。
[0006]技術(shù)方案:本實(shí)用新型提供的一種制備聚醚大單體的高效節(jié)能反應(yīng)裝置,包括環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐、第一換熱器以及依次連接成環(huán)的立式反應(yīng)器、循環(huán)栗、第二換熱器、臥式反應(yīng)器、第三換熱器,所述環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐、第一換熱器、立式反應(yīng)器依次連接,循環(huán)栗、第二換熱器之間設(shè)有出料口。環(huán)氧乙烷的進(jìn)料采用氮?dú)鈮毫系姆绞?,較采用栗輸送的方式節(jié)能約20?30%,且進(jìn)料平穩(wěn),設(shè)備安全性更高。進(jìn)料管線上設(shè)置第一換熱器,在環(huán)氧乙烷進(jìn)入立式反應(yīng)器中進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱,能有效降低由于低溫環(huán)氧乙烷(儲(chǔ)罐中環(huán)氧乙烷溫度-5?50C )與高溫反應(yīng)體系(反應(yīng)溫度100?130°C )之間的溫差帶來反應(yīng)體系溫度的波動(dòng),提高反應(yīng)的平穩(wěn)性。由于環(huán)氧乙烷預(yù)熱溫度不需要太高,其熱源來自于換熱系統(tǒng)中換熱器的熱出水,從而將反應(yīng)體系的化學(xué)反應(yīng)熱通過循環(huán)水轉(zhuǎn)換為環(huán)氧乙烷加熱的能量,實(shí)現(xiàn)熱量的循環(huán)高效利用,大幅度降低裝置的能耗。臥式反應(yīng)器與立式反應(yīng)器之間的第三換熱器為列管式換熱器,可實(shí)現(xiàn)氣液反應(yīng)后的均勻換熱,降低體系溫度波動(dòng),從而有效降低因高溫導(dǎo)致的反應(yīng)副產(chǎn)物的含量,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0007]作為改進(jìn),所述循環(huán)栗、第二換熱器、臥式反應(yīng)器、第三換熱器的數(shù)量相同,均為1-2個(gè);雙臥式反應(yīng)器的設(shè)置,能夠較傳統(tǒng)單臥式反應(yīng)器的氣液有效接觸面增加了約I倍,提高了氣液混合的均勻性和反應(yīng)效率,大幅度縮短生產(chǎn)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。
[0008]作為另一種改進(jìn),臥式反應(yīng)器的中心軸與水平線呈15?20度夾角傾斜設(shè)置于立式反應(yīng)器頂部;采用傾斜的方式布置臥式反應(yīng)器于立式反應(yīng)器頂部,能加快氣液混合后物料下流速度,及時(shí)通過換熱器進(jìn)行降溫,有效避免超溫反應(yīng)。
[0009]作為另一種改進(jìn),所述立式反應(yīng)器的上部為反應(yīng)罐、下部為第四換熱器;其上部直徑與下部直徑比為4?5:1,上部高度與下部高度比為5?6:1,上部的長徑比為2?2.5:1。所述通過采用不等徑的反應(yīng)器結(jié)構(gòu),一方面可以降低初始起始劑的用量,提高反應(yīng)增長比,最尚增長比可達(dá)70?80:1 ;另一方面能有效降低物料返混,大幅度提尚物料循環(huán)的均勾性,實(shí)現(xiàn)聚醚大單體分子量的窄分布。
[0010]作為另一種改進(jìn),所述反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)有兩根垂直的物料進(jìn)料管,物料進(jìn)料管上以交替的形式排布噴嘴,物料進(jìn)料管的總長為立式反應(yīng)器總高度的0.2?0.3倍;進(jìn)料管連接于第二換熱器、臥式反應(yīng)器之間。采用垂直進(jìn)料管并布滿噴嘴的形式,使得物料在立式反應(yīng)器中的霧化面積較傳統(tǒng)的頂面霧化提高2?3倍,能有效提高反應(yīng)初期的氣液混合反應(yīng)效率。
[0011]作為另一種改進(jìn),所述第一換熱器、第三換熱器、第四換熱器均采用循環(huán)水和蒸汽直接換熱,采用循環(huán)水和蒸汽直接換熱,有效避免采用導(dǎo)熱油過渡的二次換熱造成的熱量損失,大幅度提高換熱效率和效能;所述第二換熱器為螺旋板式結(jié)構(gòu)換熱器,一方面提高了換熱效率,另一方面降低了循環(huán)栗出口阻力;所述第三換熱器、第四換熱器均為列管式結(jié)構(gòu)換熱器,有利于物料靠重力快速通過換熱器。
[0012]作為另一種改進(jìn),所述臥式反應(yīng)器的長徑比為4?4.5:1,其內(nèi)部設(shè)有物料進(jìn)料管,物料進(jìn)料管上以交替形式排滿噴嘴,進(jìn)料管總長為臥式反應(yīng)器長度的0.9?0.95倍,單個(gè)臥式反應(yīng)器與立式反應(yīng)器的容積比為0.6?0.7:1。
[0013]該裝置主要操作過程如下:
[0014]①通過對(duì)立式反應(yīng)器抽真空,將起始劑和催化劑混合液吸入至立式反應(yīng)器中,然后進(jìn)行外循環(huán),同時(shí)持續(xù)對(duì)立式反應(yīng)器抽真空脫水;
[0015]②脫水完畢后,向立式反應(yīng)器內(nèi)持續(xù)加入環(huán)氧乙烷,并通過換熱器進(jìn)行降溫,維持一定的反應(yīng)溫度,同時(shí)通過環(huán)氧乙烷的加入量維持一定的反應(yīng)壓力;
[0016]③當(dāng)環(huán)氧乙烷加入量累計(jì)到設(shè)定值時(shí),停止立式反應(yīng)器循環(huán),通過兩個(gè)臥式反應(yīng)器進(jìn)行外循環(huán),并持續(xù)通入環(huán)氧乙烷,并通過環(huán)氧乙烷加料速度維持反應(yīng)器一定的反應(yīng)壓力;
[0017]④當(dāng)環(huán)氧乙烷加料量達(dá)到總投料量時(shí),反應(yīng)結(jié)束,進(jìn)行熟化、降溫、脫氣、中和等后處理,然后卸料,吹掃。
[0018]有益效果:本實(shí)用新型提供的聚醚大單體的高效節(jié)能反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便,既能大幅度提高環(huán)氧乙烷反應(yīng)效率,提高反應(yīng)均勻性,縮短反應(yīng)耗時(shí),又能及時(shí)將大量反應(yīng)熱移除體系,保證反應(yīng)溫度的平穩(wěn)性,降低副產(chǎn)物,提高聚醚大單體雙鍵保留率。
[0019]本實(shí)用新型還可采用DCS控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制生產(chǎn)。
【附圖說明】
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