醯胺化反應器的製作方法
2023-04-23 07:40:26
專利名稱：醯胺化反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及可用於ACH法製取MAA工藝中醯胺化工序的醯胺化反應器。技術背景ACH法製取甲基丙烯酸(MAA)工藝中，醯胺化混合反應及醯胺化階段包括下列兩個連貫的主反應第一步反應在ACH與H2SO4混合中進行，反應成α -甲醯胺基異丙基硫酸氫酯，化學反應如反應式(I)所示。
(I) CH5CE.
jVjprtA=
CH-C- CN +H3U ^^ HOSaO O0NH;+205Kj/moU!
OHCH5*-1在這個階段中，中間酯的生成非常迅速，反應具有強烈的放熱性，需要充分冷卻反應混合料至90 101 °C，此反應在帶攪拌的不鏽鋼轉化釜內完成。第二步為實際醯胺化反應過程，反應式(I)所形成的中間酯由於快速加熱轉位重排合成甲基丙烯醯胺硫酸鹽(MAAS)，化學反應如反應式(2)所示。
(2)CHiCE1 0+
Γ%Γν\ΛΑ- IT
Hi ι3ι O— OONH2—— HsC=C- C-NHi * HiSO, ^
CHs^'反應式⑵是吸熱的。反應溫度保持在120 135°C範圍內，最佳值為125 130。。。圖I是現有技術的醯胺化反應中使用的搪瓷夾套管的示意圖。如圖I所示，物料從物料進口 BI流入，並且從物料出口 B2流出。蒸汽從蒸汽進口 Al流入，並且從蒸汽出口 A2流出。因此，流經搪瓷夾套管的物料被蒸汽加熱。在這樣的醯胺化反應中，現有技術的傳統工藝採用搪瓷夾套管串連連接的方案，殼程通低壓蒸汽(O. 4MPa、160°C )，物料流經管程被加熱並實現轉位重排。該傳統工藝的缺點是1、搪瓷夾套管串連連接造成設備佔地面積大，布局鬆散；2、搪瓷換熱管傳熱係數為24. 2w/(m2 .V)，因此換熱效率較低；3、串連連接的管法蘭連接處無法完全保溫隔熱，故熱量損耗較大；物料流在該管式反應器內滯留時間長，例如管程長50m、流速O. 095m/s、歷時約8. 77min以上，導致轉位反應過程中副反應增加，若生產負荷較小，則易出現局部過熱碳化，造成原料損耗增加，且碳化物給後續各工序造成不利影響。此外，因為管線長，連接法蘭多，所以，在管線自重加之物料重量的作用下，易造成管線撓度增加。另一方面，搪瓷面抗撓性變形能力較差，易造成爆瓷而損壞，使設備維修頻率高，增加了維修費用。因此，需要一種既能提高反應效率，又能降低維修頻率，同時保障醯胺化產品質量穩定的醯胺化反應器。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供能夠提高加熱效率、減小佔地面積且保證溫度穩定的醯胺化反應器。為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種醯胺化反應器。該醯胺化反應器包括通過管路彼此連接的雙腔蛇管加熱器和氣液分離器。其中，所述雙腔體蛇管加熱器包括第一腔體，包括豎立設置的圓筒狀的中間段和分別連接在該中間段的上下邊緣上的上悶頭和下悶頭，並且包括設置在該上悶頭上的第一蒸汽進口和設置在該下悶頭上的第一蒸汽出口 ；第一蛇管，由管子盤旋成彈簧狀，其盤旋的直徑和高度適合於容放在所述中間段內，並且包括穿過上悶頭且連接其上端的第一物料出口和穿過下悶頭且連接其下端的第一物料 進口 ；第二腔體，由高度小於所述中間段的高度直徑大於所述中間段的直徑的外套筒、連接該外套筒的上邊緣和所述中間段的外壁的環形上蓋板、連接該外套筒的下邊緣和所述中間段的外壁的環形下蓋板以及所述中間段的一部分圍成，並且包括設置在所述上蓋板上的第二蒸汽進口和設置在所述下蓋板上的第二蒸汽出口 ；以及第二蛇管，由管子盤旋成彈簧狀，其盤旋的直徑和高度適合於容放在所述第二腔體中，並且包括穿過該上蓋板且連接其上端的第二物料進口和穿過該下蓋且連接其下端的第二物料出口。所述氣液分離器為圓筒形狀，包括設置在其筒壁上的物料進口和設置在其底部上的物料出口以及設置在其頂部上的廢氣排放口。從該第二物料進口進入經由該第二蛇管且從該第二物料出口輸出的物料由從該第二蒸汽進口進入該第二腔體且從該第二蒸汽出口流出的蒸汽通過該第二蛇管管壁的熱傳導加熱，從該第二物料出口輸出的物料通過管路連接到所述氣液分離器的物料進口，在所述氣液分離器中氣液分離後，廢氣從所述廢氣排風口排出，該物料經由所述氣液分離器的物料出口通過管路返回到所述雙腔體蛇管加熱器的第一物料進口，並且從該第一物料進口進入經由該第一蛇管且從該第一物料出口輸出的物料由從該第一蒸汽進口進入該第一腔體且從該第一蒸汽出口流出的蒸汽通過該第一蛇管管壁的熱傳導加熱。在本實用新型的一個技術方案中，所述雙腔體蛇管加熱器還可包括設置在該第一物料出口的第一感溫元件和連接在第一蒸汽進口的第一氣動調節閥，所述第一感溫元件測得的溫度信號發送到中控機，該中控機比較來自該第一感溫元件的溫度信號與第一標準溫度值，並且控制該第一氣動調節閥的開度。在本實用新型的一個技術方案中，該第一標準溫度值可為138°C至142°C。在本實用新型的一個技術方案中，所述雙腔體蛇管加熱器還可包括設置在該第二物料出口的第二感溫元件和連接在第二蒸汽進口的第二氣動調節閥，所述第二感溫元件測得的溫度信號發送到中控機，該中控機比較來自該第二感溫元件的溫度信號與第二標準溫度值，並且控制該第二氣動調節閥的開度。在本實用新型的一個技術方案中，該第二標準溫度值可為128°C至133°C。在本實用新型的一個技術方案中，所述上悶頭上可開設有檢修孔。在本實用新型的一個技術方案中，所述第二腔體的外套筒上可開設有檢修孔。[0021]在本實用新型的一個技術方案中，所述第一蛇管和所述第二蛇管可由316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)製作。本實用新型的醯胺化反應器可實現提高加熱效率、減小佔地面積且保證溫度穩定的有益效果。
圖I是現有技術的醯胺化反應中使用的搪瓷夾套管的示意圖。圖2是本實用新型的雙腔體蛇管加熱器的示意圖。圖3是示出本實用新型的雙腔體蛇管加熱器的溫度控制的示意圖。圖4是本實用新型的醯胺化反應器的示意圖。
具體實施方式
本實用新型的醯胺化反應器包括雙腔體蛇管加熱器100和通過管路與雙腔體蛇管加熱器100連接的氣液分離器200。下面，結合附圖進行描述。圖2是本實用新型的雙腔體蛇管加熱器100的示意圖。如圖2所示，本實用新型的雙腔體蛇管加熱器100包括第一腔體10、第二腔體20、第一蛇管30和第二蛇管40。第一腔體10包括豎立設置的圓筒狀的中間段11和分別連接在該中間段11的上下邊緣上的上悶頭12和下悶頭13，並且包括設置在該上悶頭12上的第一蒸汽進口 14和設置在該下悶頭13上的第一蒸汽出口 15。第一蛇管30由管子盤旋成彈簧狀，其盤旋的直徑和高度適合於容放在所述中間段11內，並且包括穿過上悶頭12且連接其上端的第一物料出口 32和穿過下悶頭13且連接其下端的第一物料進口 31。第二腔體20由高度小於所述中間段11的高度直徑大於所述中間段的直徑的外套筒21、連接外套筒21的上邊緣和中間段11的外壁的環形上蓋板22、連接外套筒21的下邊緣和中間段11的外壁的環形下蓋板23以及中間段11的一部分圍成，並且包括設置在上蓋板22上的第二蒸汽進口 24和設置在下蓋板23上的第二蒸汽出口 25。第二蛇管40由管子盤旋成彈簧狀，其盤旋的直徑和高度適合於容放在第二腔體20中，並且包括穿過上蓋板22且連接其上端的第二物料進口 41和穿過下蓋板23且連接其下端的第二物料出口 42。從該第一物料進口31進入經由第一蛇管30且從第一物料出口 32輸出的第一物料由從第一蒸汽進口 14進入第一腔體10且從第一蒸汽出口 15流出的蒸汽通過第一蛇管30管壁的熱傳導加熱，並且從第二物料進口 41進入經由第二蛇管40且從第二物料出口 42輸出的第二物料由從第二蒸汽進口 24進入第二腔體30且從第二蒸汽出口 25流出的蒸汽通過第二蛇管30管壁的熱傳導加熱。圖3是示出本實用新型的雙腔體蛇管加熱器的溫度控制的示意圖。如圖3所示，本實用新型的雙腔體蛇管加熱器100還可包括設置在第一物料出口32的第一感溫元件51和連接在第一蒸汽進口 14的第一氣動調節閥53，第一感溫元件51測得的溫度信號發送到中控機50，中控機50比較來自該第一感溫元件51的溫度信號與第一標準溫度值，並且控制第一氣動調節閥53的開度。該第一標準溫度值例如可為138°C至142。。。本實用新型的雙腔體蛇管加熱器100還可包括設置在該第二物料出口 42的第二感溫元件54和連接在第二蒸汽進口 24的第二氣動調節閥55，第二感溫元件54測得的溫度信號發送到中控機50，中控機50比較來自第二感溫元件54的溫度信號與第二標準溫度值，並且控制第二氣動調節閥55的開度。該第二標準溫度值例如可為128°C至133°C。參見圖2，為了檢修方便，上悶頭12上可開設有檢修孔16。對於容積較大的雙腔體蛇管加熱器100，檢修孔16可為供檢修人員進出的檢修孔。同樣，第二腔體20的外套筒21上可開設有檢修孔26。對於容積較大的雙腔體蛇管加熱器100，檢修孔26也可為供檢修人員進出的檢修孔。另外，如本領域的技術人員所知，第一蛇管30與第一腔體10之間以及第二蛇管與第二腔體之間可設置蛇管固定架以彼此固定。優選地，第一蛇管30和第二蛇管40可由316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)製作。採 用316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)的材料主要同時考慮到I、第一蛇管30和第二蛇管40內輸送的物料具有一定的化學腐蝕性，316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)的耐化學腐蝕性較好；2、第一蛇管30和第二蛇管40需分別在第一腔體10和第二腔體20盤旋成螺旋狀或彈簧狀，316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)的彎曲成形性較好；3、第一蛇管30和第二蛇管40內輸送的物料分別通過第一蛇管30和第二蛇管40的管壁與第一腔體10和第二腔體20內流過的蒸汽進行熱交換，316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)的導熱係數較高。本領域的技術人員可理解的是，上述的第一蒸汽進口 14和第二蒸汽進口 24可分別提供來自一個蒸汽源的蒸汽或來自不同蒸汽源的蒸汽，可根據實際的應用環境確定。另外，上述的第一蒸汽進口 14和第一蒸汽出口 15可反向使用，即第一蒸汽進口 14作為第一蒸汽出口，而第一蒸汽出口 15作為第一蒸汽進口。同樣，第二蒸汽進口 24和第二蒸汽出口 25可反向使用。另外，根據使用要求，第二物料出料口 42可與第一物料進料口 31通過管路連接起來，從而實現從第二物料進口 41到第一物料出口 32的連續兩次流經雙腔體蛇管加熱器100的加熱工藝系統。同樣，根據使用要求，第一物料出口 32可與第二物料進口 42通過管路連接起來，從而實現從第一物料進口 31到第二物料出口 42的連續兩次流經雙腔體蛇管加熱器100的加熱工藝系統。本實用新型的雙腔體蛇管加熱器，在第一腔體的周圍套接第二腔體，並且將用於熱交換的第一蛇管和第二蛇管分別設置在第一腔體和第二腔體之中，大大減小了設備的佔地面積。另外，第一蛇管和第二蛇管由316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)製作，其導熱係數遠高於搪瓷夾套管，可提高醯胺等的生產的產率。本實用新型的雙腔體蛇管加熱器，通過採用蛇管，特別是316L不鏽鋼(00Crl7Nil4Mo2)材質製作的盤管，較現有技術的搪瓷管道導熱率提高約30%。其次，因與環境接觸面積小、結構緊湊，易採取保溫措施，可大幅節約熱能消耗。本實用新型的雙腔體蛇管加熱器，外露的管線行程短，物料在設備內滯留時間短，例如，管程長30m，流速O. 15m/s，歷時約3. 33min，因此，化工生產中的副反應降低，可顯著提升廣品收率。本實用新型的雙腔體蛇管加熱器，在第一物料出口和第二物料出口上分別設置感溫元件，將測量料溫信息傳送至中控機，經計算機系統運算後，發出控制信號傳達至相對應的蒸汽調節閥，實現料溫自動控制，使物料控溫更平穩。[0043]圖4是本實用新型的醯胺化反應器的示意圖。如圖4所示，氣液分離器200為圓筒形狀，包括設置在其筒壁上的物料進口 210和設置在其底部上的物料出口 220以及設置在其頂部上的廢氣排放口 230。氣液分離器200可實現氣液分離，廢氣通過其頂部上設置的廢氣排放口 230排出，可做進一步處理或回收。因此，流經其間的物料得到排氣處理。具體而言，物料從氣液分離器200的側面中部進入，依靠重力分離，液體物料下落至底部，從底部的物料出口 220回到第一物料進口 31，而其在第二腔體20內反應時產生的廢氣在氣液分離器200內上升至頂部，通過廢氣排放口 230進入廢氣處理裝置內。於是，物料在通過該氣液分離器200後除去了氣泡，避免進入第一腔體10反應時因物料中夾雜氣泡導致的氣阻及受熱不均的現象發生。從第二物料進口 41進入經由第二蛇管40且從第二物料出口 42輸出的物料由從第二蒸汽進口 24進入第二腔體20且從第二蒸汽出口 25流出的蒸汽通過第二蛇管40管壁的熱傳導加熱，從第二物料出口 42輸出的物料通過管路連接到氣液分離器200的物料進口210，在氣液分離器中氣液分離後，廢氣從所述廢氣排風口 230排出，該物料經由氣液分離器200的物料出口 220通過管路返回到雙腔體蛇管加熱器100的第一物料進口 31，並且從第一物料進口 31進入經由第一蛇管30且從第一物料出口 32輸出的物料由從第一蒸汽進口 14進入該第一腔體10且從第一蒸汽出口 15流出的蒸汽通過第一蛇管30管壁的熱傳導加熱。這樣的過程實現了 ACH法製取MAA工藝中醯胺化工序。在這樣的工序中，前述物料從中間酯合成為甲基丙烯醯胺硫酸鹽(MAAS)。 本領域的技術人員應當理解的是，根據設計需要和其他因素，可以進行各種修改、結合、部分結合和替換。這樣的修改、結合、部分結合和替換落入在所附權利要求或其等同方案的範圍內。
權利要求1.一種醯胺化反應器，其特徵在於，包括通過管路彼此連接的雙腔蛇管加熱器和氣液 分離器，其中所述雙腔體蛇管加熱器包括第一腔體，包括豎立設置的圓筒狀的中間段和分別連接在該中間段的上下邊緣上的上 悶頭和下悶頭，並且包括設置在該上悶頭上的第一蒸汽進口和設置在該下悶頭上的第一蒸 汽出口，第一蛇管，由管子盤旋成彈簧狀，其盤旋的直徑和高度適合於容放在所述中間段內，並 且包括穿過上悶頭且連接其上端的第一物料出口和穿過下悶頭且連接其下端的第一物料 進口，第二腔體，由高度小於所述中間段的高度直徑大於所述中間段的直徑的外套筒、連接 該外套筒的上邊緣和所述中間段的外壁的環形上蓋板、連接該外套筒的下邊緣和所述中間 段的外壁的環形下蓋板以及所述中間段的一部分圍成，並且包括設置在所述上蓋板上的第 二蒸汽進口和設置在所述下蓋板上的第二蒸汽出口，以及第二蛇管，由管子盤旋成彈簧狀，其盤旋的直徑和高度適合於容放在所述第二腔體中， 並且包括穿過該上蓋板且連接其上端的第二物料進口和穿過該下蓋且連接其下端的第二 物料出口 ；並且所述氣液分離器為圓筒形狀，包括設置在其筒壁上的物料進口和設置在其底部上的物 料出口以及設置在其頂部上的廢氣排放口，從該第二物料進口進入經由該第二蛇管且從該第二物料出口輸出的物料由從該第二 蒸汽進口進入該第二腔體且從該第二蒸汽出口流出的蒸汽通過該第二蛇管管壁的熱傳導 加熱，從該第二物料出口輸出的物料通過管路連接到所述氣液分離器的物料進口，在所述 氣液分離器中氣液分離後，廢氣從所述廢氣排風口排出，該物料經由所述氣液分離器的物 料出口通過管路返回到所述雙腔體蛇管加熱器的第一物料進口，並且從該第一物料進口進 入經由該第一蛇管且從該第一物料出口輸出的物料由從該第一蒸汽進口進入該第一腔體 且從該第一蒸汽出口流出的蒸汽通過該第一蛇管管壁的熱傳導加熱。
2.如權利要求I所述的醯胺化反應器，其特徵在於，還包括設置在該第一物料出口的 第一感溫元件和連接在第一蒸汽進口的第一氣動調節閥，所述第一感溫元件測得的溫度信 號發送到中控機，該中控機比較來自該第一感溫元件的溫度信號與第一標準溫度值，並且 控制該第一氣動調節閥的開度。
3.如權利要求2所述的醯胺化反應器，其特徵在於，該第一標準溫度值為138°C至 142。。。
4.如權利要求2所述的醯胺化反應器，其特徵在於，還包括設置在該第二物料出口的 第二感溫元件和連接在第二蒸汽進口的第二氣動調節閥，所述第二感溫元件測得的溫度信 號發送到中控機，該中控機比較來自該第二感溫元件的溫度信號與第二標準溫度值，並且 控制該第二氣動調節閥的開度。
5.如權利要求4所述的醯胺化反應器，其特徵在於，該第二標準溫度值為128°C至 133。。。
6.如權利要求I至5任何一項所述的醯胺化反應器，其特徵在於，所述上悶頭上開設有 檢修孔。
7.如權利要求1至5任何一項所述的醯胺化反應器，其特徵在於，所述第二腔體的外套 筒上開設有檢修孔。
8.如權利要求1至5任何一項所述的醯胺化反應器，其特徵在於，所述第一蛇管和所述 第ニ蛇管由316し不鏽鋼製作。
專利摘要本實用新型涉及醯胺化反應器。該醯胺化反應器包括通過管路彼此連接的雙腔蛇管加熱器和氣液分離器。雙腔蛇管加熱器包括第一腔體和圍繞其周圍的第二腔體，第一蛇管和第二蛇管分別容放其中。流經第二蛇管的物料由流經第二腔體的蒸汽加熱，經過氣液分離器除去其中的氣泡後，返回到第一蛇管，再由流經第一腔體的蒸汽加熱。
文檔編號B01J19/00GK202376982SQ20112057555
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者俞衛祥, 徐啟林, 楊玉英, 阮玉林 申請人:浙江友聯化學工業有限公司