预缩聚反应器

摘要

本发明涉及一种预缩聚反应器，包括壳体，所述壳体内设有上下两层隔板，所述上下两层隔板将所述壳体分隔为上腔室、中腔室和下腔室，所述下腔室通过同心设置的若干个环形隔板分隔成多个环形分区，同心设置的若干个所述环形隔板的中心线与所述壳体的中心线重合，所述环形隔板上设有连通其两侧的所述环形分区的通道孔，每个环形分区内均设有加热盘管。由于本发明的聚合反应区采用了多分区串联的结构，使得聚合反应区被狭长化，有效延长了聚合反应区的流道长度，在同等流速条件下，物料在聚合反应区的流动时间延长，在不增加生产的时间成本和预缩聚反应器直径的情况下，有效延长了聚合反应的总反应时间，显著提高了最终产物的聚合度。

权利要求

1.一种预缩聚反应器，包括壳体，其特征在于所述壳体内设有上下两层隔板，所述上下两层隔板将所述壳体分隔为上腔室、中腔室和下腔室，所述下腔室通过同心设置的若干个环形隔板分隔成多个环形分区，同心设置的若干个所述环形隔板的中心线与所述壳体的中心线重合，所述环形隔板上设有连通其两侧的所述环形分区的通道孔，每个环形分区内均设有加热盘管，所述上层隔板的中部为向上延伸的隔离筒体，所述隔离筒体的上部设有连通所述上腔室和中腔室的引导阀门，所述上腔室上部的气体通过所述引导阀门进入所述中腔室，所述隔离筒体的下部或所述上层隔板的主体上设有连通所述上腔室和中腔室的管道，所述管道上设有节流阀，所述上腔室下部的液体通过所述管道进入所述中腔室，所述下层隔板上设有连通所述中腔室和下腔室的溢流孔，轴向位置位于所述下腔室的最内侧的所述环形分区的上方，径向位置位于所述管道与所述中腔室连通的进料口的对面。

2.如权利要求1所述的预缩聚反应器，其特征在于所述下腔室内的最内侧的所述环形隔板的通道孔的径向位置位于所述溢流孔的对面，其余的所述环形隔板的通道孔的径向位置均位于其内侧的所述环形隔板的通道孔的对面。

3.如权利要求2所述的预缩聚反应器，其特征在于所述引导阀门包括设置在所述隔离筒体侧壁上的竖向狭缝和可用于调节所述狭缝大小的调节阀，所述狭缝处设有向所述中腔室内部延伸的导流板，所述导流板呈弯弧形，所述弯弧形导流板与所述隔离筒体使连通所述上腔室与中腔室的通道呈弯曲旋流通道。

4.如权利要求1、2或3所述的预缩聚反应器，其特征在于所述下腔室内设有由外力驱动的搅拌装置，所述搅拌装置为耙式搅拌器，通过驱动轴和设置在所述壳体顶部的驱动装置驱动，所述驱动轴与所述壳体的中心线重合，所述耙式搅拌器的耙齿插入所述环形分区，每个所述环形分区内至少包括一个所述耙齿。

5.如权利要求4所述的预缩聚反应器，其特征在于所述上腔室的侧壁上设有物料进口，所述中腔室的上部设有延伸出所述壳体外的排气通道，所述下腔室的最外侧环形分区的底部设有物料出口。

6.如权利要求5所述的预缩聚反应器，其特征在于所述上腔室和中腔室内均设有加热盘管。

7.如权利要求6所述的预缩聚反应器，其特征在于所述壳体的侧壁上开设有若干热媒介质输入管道的进口和热媒介质输出管道的出口，若干所述热媒介质输入管道与热媒介质输出管道分别连接所述上腔室、中腔室和下腔室内的加热盘管，所有所述热媒介质输入管道在所述壳体外通过组件相连汇成一条管道后或各自与热媒源相连，所有所述热媒介质输出管道在所述壳体外通过组件相连汇成一条管道后或各自与热媒源相连。

8.如权利要求7所述的预缩聚反应器，其特征在于所述壳体的外侧包覆有具有保温功能的夹套。

说明书

预缩聚反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种化工反应装置，尤其涉及一种生产聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）预聚物熔体的预缩聚反应器。

背景技术

[0002] 聚酯生产的四釜流程，包括第一酯化反应器、第二酯化反应器、预缩聚反应器和终缩聚反应器，其中预缩聚反应器通常作为酯化反应向缩聚反应的过渡设备，不仅要保证物料的酯化反应率，更需要达到一定的聚合率要求，因此，物料在预缩聚反应器中的反应时间和反应效率显得尤为重要。

[0003] 通常的预缩聚反应器包括上腔室和下腔室，对应于聚酯反应区和聚合反应区，分别用于酯化反应和预缩聚反应的进行，该种结构的设置的不足之处在于物料在聚合反应区的流道过短，物料在聚合反应区的穿流时间较短，且存在较严重的物料返混问题，往往不能满足聚合反应的要求，尤其是对于大型化设备而言更是如此，为了保证需要的聚合率，通常需要延长总反应时间或者增大聚合反应区的面积，即使如此也往往无法满足要求，还容易因面积过大导致加热困难，且不利于物料的均匀，搅拌难度较大，不利于进一步扩大预缩聚反应器的规模。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种预缩聚反应器，通过结构的改进，将聚合空间分成不同的区域，并在不同的区域内采用不同的加热和新型搅拌，达到最佳的反应效果。

[0005] 本发明采用的技术方案为：一种预缩聚反应器，包括壳体，所述壳体内设有上下两层隔板，所述上下两层隔板将所述壳体分隔为上腔室、中腔室和下腔室，所述下腔室通过同心设置的若干个环形隔板分隔成多个环形分区，同心设置的若干个所述环形隔板的中心线与所述壳体的中心线重合，所述环形隔板上设有连通其两侧的所述环形分区的通道孔，每个环形分区内均设有加热盘管。

[0006] 所述上层隔板的中部可以为向上延伸的隔离筒体，所述隔离筒体的上部优选设有连通所述上腔室和中腔室的引导阀门，所述上腔室上部的气体通过所述引导阀门进入所述中腔室，所述隔离筒体的下部或所述上层隔板的主体上优选设有连通所述上腔室和中腔室的管道，所述管道上可以设有节流阀，所述上腔室下部的液体通过所述管道进入所述中腔室。

[0007] 所述下层隔板上优选设有连通所述中腔室和下腔室的溢流孔，轴向位置可以位于所述下腔室的最内侧的所述环形分区的上方，径向位置可以位于所述管道与所述中腔室连通的进料口的对面。

[0008] 所述下腔室内的最内侧的所述环形隔板的通道孔的径向位置优选位于所述溢流孔的对面，其余的所述环形隔板的通道孔的径向位置优选均位于其内侧的所述环形隔板的通道孔的对面。

[0009] 所述引导阀门可以包括设置在所述隔离筒体侧壁上的竖向狭缝和可用于调节所述狭缝大小的调节阀，所述狭缝处可以设有向所述中腔室内部延伸的导流板，所述导流板优选呈弯弧形，所述弯弧形导流板与所述隔离筒体使连通所述上腔室与中腔室的通道呈弯曲旋流通道。

[0010] 所述下腔室内可以设有由外力驱动的搅拌装置，所述搅拌装置优选为耙式搅拌器，可以通过驱动轴和设置在所述壳体顶部的驱动装置驱动，优选地，所述驱动轴与所述壳体的中心线重合，所述耙式搅拌器的耙齿插入所述环形分区，每个所述环形分区内至少包括一个所述耙齿。

[0011] 所述上腔室的侧壁上可以设有物料进口，所述中腔室的上部可以设有延伸出所述壳体外的排气通道，所述下腔室的最外侧环形分区的底部可以设有物料出口。

[0012] 优选地，所述上腔室和中腔室内均设有加热盘管。

[0013] 所述壳体的侧壁上可以开设有若干热媒介质输入管道的进口和热媒介质输出管道的出口，若干所述热媒介质输入管道与热媒介质输出管道分别连接所述上腔室、中腔室和下腔室内的加热盘管，所有所述热媒介质输入管道可以在所述壳体外通过组件相连汇成一条管道后或各自与热媒源相连，所有所述热媒介质输出管道可以在所述壳体外通过组件相连汇成一条管道后或各自与热媒源相连。

[0014] 所述壳体的外侧可以包覆有具有保温功能的夹套。

[0015] 本发明的有益效果为：由于本发明的预缩聚反应器的聚合反应区采用了多分区串联的结构，使得聚合反应区被狭长化，有效延长了聚合反应区的流道长度，尤其是狭长的反应槽的设置更有助于流道长度的延长，在同等流速条件下，物料在聚合反应区的流动时间延长，在不增加生产的时间成本和预缩聚反应器直径的情况下，有效延长了聚合反应的总反应时间，显著提高了最终产物的聚合度；

[0016] 同时，由于各区的流道变得狭长，使得对介质的加热和搅拌变得容易，有效降低了能耗，另外，各分区之间的物料几乎无返混，相对于各处物料特性一致的单一反应区域而言，聚合反应的进行使得各分区内的物料的聚合度逐渐提高，并且，随着聚合度的提高，各分区内的物料的粘度逐渐提高，可以根据反应的需要设置相应的加热装置和搅拌装置，以提供最佳的反应条件，提高了最终产物的聚合度，同时也在一定程度上降低了能耗，并且，物料流动时间的延长和搅拌效果的优化，不仅有利于聚合反应的进行，还有利于物料中杂质的脱除，即使物料的有效液位较高时，其中的反应副产物也有较高的脱除效率；

[0017] 另外，将整个聚合反应区划分为多个分区使得预缩聚反应器的内部空间得到了更充分的利用，在不增大预缩聚反应器直径的情况下，提高了反应效率和产品质量，即相当于减小了预缩聚反应器的体积，同时，上、中、下三个腔室的设计还有利于反应器规模的扩大。

附图说明

[0018] 图1为本发明的结构示意图；

[0019] 图2为本发明的上腔室的剖面图；

[0020] 图3为本发明的中腔室的剖面图；

[0021] 图4为本发明的下腔室的剖面图。

具体实施方式

[0022] 参见图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种预缩聚反应器，包括壳体1，所述壳体内设有上下两层隔板，所述上下两层隔板将所述壳体分隔为上腔室2、中腔室3和下腔室4，所述下腔室通过同心设置的若干个环形隔板5分隔成多个环形分区，同心设置的若干个所述环形隔板的中心线与所述壳体的中心线重合，所述环形隔板上设有连通其两侧的所述环形分区的通道孔6，每个环形分区内均设有加热盘管7。

[0023] 所述上腔室的侧壁上可以设有物料进口8，通过管道与聚酯酯化反应器连通，所述中腔室的上部可以设有延伸出所述壳体外的排气通道9，所述上腔室、中腔室和下腔室中反应产生的气体通过所述排气通道输入到尾气处理装置中，所述下腔室的最外侧环形分区的底部可以设有物料出口10，通过管道与终缩聚反应器相连通。

[0024] 优选所述环形隔板的数量为2个，将所述下腔室分隔为3个所述环形分区。所述下腔室采用此结构设计，相当于将物料聚合空间进行了分区划分处理，物料在多个串联的狭长流道内流动的过程中完成聚合反应，物料的粘度逐渐增加，利用此多分区串联的反应空间可以使物料在分区间产生粘度梯度。

[0025] 所述上层隔板11的中部可以为向上延伸的隔离筒体12，所述隔离筒体的上部优选设有连通所述上腔室和中腔室的引导阀门，所述上腔室上部的气体通过所述引导阀门进入所述中腔室，所述引导阀门可以包括设置在所述隔离筒体侧壁上的竖向狭缝13和可用于调节所述狭缝大小的调节阀14，所述狭缝处可以设有向所述中腔室内部延伸的导流板15，所述导流板优选呈弯弧形，所述弯弧形导流板与所述隔离筒体使连通所述上腔室与中腔室的通道呈弯曲旋流通道，利用所述导流板可以使上腔室内部的气体沿给定方向流动，并进入弯曲旋流通道内逐步进入中腔室，气相物料在空间突然扩大、流速减小的情况下进行气液分离，利用该导流板与弯曲旋流通道的设置，可以有效增强气相与液相的分离，使气相通过排气通道排入尾气处理装置，而液相则落入中腔室中进行缩聚反应。

[0026] 所述隔离筒体的下部或所述上层隔板的主体上优选设有连通所述上腔室和中腔室的管道16，所述上腔室连接所述管道的出口的径向位置优选设置在所述物料进口的对面，所述上腔室下部的液体通过所述管道进入所述中腔室，所述管道上可以设有节流阀17，用于控制从所述上腔室流入所述中腔室的物料的流量，从而控制所述上腔室和中腔室中的液位差，使反应器生产平稳。

[0027] 所述下层隔板18上优选设有连通所述中腔室和下腔室的溢流孔19，所述溢流孔的轴向位置可以位于所述下腔室的最内侧的所述环形分区的上方，径向位置可以位于所述管道与所述中腔室连通的进料口的对面，所述轴向位置和径向位置是指在所述壳体的轴向方向上的位置和所述壳体的径向方向上的位置。所述溢流孔的具体位置的设计，使从所述中腔室流入所述下腔室的物料均能首先进入所述下腔室的最内侧的所述环形分区内，且物料在进入所述下腔室前在所述中腔室内可以流动形成对称环流。

[0028] 所述下腔室内的最内侧的所述环形隔板的通道孔的径向位置优选位于所述溢流孔的对面，其余的所述环形隔板的通道孔的径向位置优选均位于其内侧的所述环形隔板的通道孔的对面，优选地，所述下腔室的物料出口设置在其内侧的所述环形隔板上的通道孔的对面。所述通道孔的位置的设计，使得物料从最内侧的所述环形分区向外侧的所述环形分区流动时，在各环形分区内均可以流动形成对称环流，由此可以增加物料在所述下腔室内的流动长度，有利于聚合反应的完成。

[0029] 所述下腔室内可以设有由外力驱动的搅拌装置，所述搅拌装置的设置可以增加反应速度、提高聚合度，所述搅拌装置优选为耙式搅拌器，可以通过驱动轴20和设置在所述壳体顶部的驱动装置21驱动，所述驱动轴与所述壳体的连接处为密封连接，优选地，所述驱动轴与所述壳体的中心线重合，所述耙式搅拌器的耙齿22插入所述环形分区，每个所述环形分区内至少包括一个所述耙齿，优选地，所述耙齿的数量为所述环形分区的倍数，每个所述环形分区内对称插入四个所述耙齿。由于所述耙式搅拌器的各耙齿距离驱动轴的距离不一样，因此各耙齿在搅拌时的线速度也不同，距离所述驱动轴较远的耙齿的线速度相对于距离所述驱动轴较近的耙齿的线速度要大，恰好符合物料由所述下腔室最内侧的环形分区向外侧的环形分区流动时粘度越来越大的特性，实现随着聚合反应的进行，物料粘度不断增大，搅拌速度不断增加的目的。

[0030] 优选地，所述上腔室和中腔室内均设有加热盘管，由于物料在所述中腔室内是聚合反应的开始，粘度不大，有很好的流动性，有利于热传导和反应的进行，因此，优选所述中腔室的加热盘管的数量少于所述下腔室内的加热盘管的数量，由于物料在所述下腔室内的各环形分区中的状态是位于外侧的所述环形分区内的物料的粘度大于位于内侧的所述环形分区内的物料的粘度，因此，优选所述下腔室内的位于外侧的所述环形分区的加热盘管的数量多于位于内侧的所述环形分区的加热盘管的数量，以此来实现随着聚合反应的进行，物料粘度不断增大，加热面积逐渐增加的目的。

[0031] 所述壳体的侧壁上可以开设有若干热媒介质输入管道23的进口和热媒介质输出管道24的出口，若干所述热媒介质输入管道与热媒介质输出管道分别连接所述上腔室、中腔室和下腔室内的加热盘管，所有所述热媒介质输入管道可以在所述壳体外通过组件相连汇成一条管道后或各自与热媒源相连，所有所述热媒介质输出管道可以在所述壳体外通过组件相连汇成一条管道后或各自与热媒源相连。

[0032] 所述壳体的外侧可以包覆有具有保温功能的夹套。

[0033] 本发明中所述预缩聚反应器的具体工作流程如下：

[0034] 首先将来自酯化反应器的酯化产物凭借压力差通过所述物料进口送入所述上腔室，物料在所述上腔室内由所述上腔室内的加热盘管加热，并且由于反应器逐渐减压的条件下设计，使物料进入所述上腔室内后呈沸腾状态，靠物料自身沸腾进行混合，此时酯化产物中的乙二醇被气化，产生液相物料与气相物料，其中液相物料通过所述管道流入所述中腔室，而气化后的气相物料借助于所述上腔室与中腔室之间的压力差的作用以极高的速度经所述引导阀门的狭缝进入所述中腔室，所述狭缝的大小可以根据实际生产的需要进行调节，气相物料部分变为液体滴入所述中腔室内的液相物料中，一起经所述中腔室内的加热盘管加热并在所述中腔室内流动形成对称环流后，通过所述溢流孔流入所述下腔室的最内侧的环形分区内，物料在所述下腔室的最内侧的环形分区内流动形成对称环流后通过环形隔板上的通道孔流入外侧的所述环形分区内，并在该环形分区内流动形成对称环流后流入该环形分区外侧的环形分区内，直至在最外侧的环形分区内流动形成对称环流后通过所述物料出口排出所述反应器，反应中，所述上腔室、中腔室和下腔室内缩聚反应产生的乙二醇蒸汽和水蒸气及其他气体从所述中腔室的排气通道一同排入尾气处理装置。