[實用新型]一種降膜式熔融縮聚反應器和降膜元件

有效

• 申請號: 201320349138.3
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN203400725U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 陳文興
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01J19/32
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本實用新型涉及一種降膜式熔融縮聚反應設備和降膜元件。

背景技術

縮聚反應實施方法有熔融縮聚、溶液縮聚、固相縮聚以及界面縮聚等，其中熔融縮聚不論從產品的質量、經濟性、環保性以及工業化實施來看都具有明顯的優勢，因此絕大部分聚酯和聚酰胺等都采用熔融縮聚法生產，如聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰胺、聚碳酸酯等。熔融縮聚過程的實施關鍵在于反應器，理想的縮聚反應器要求物料流動和混合狀態好，傳熱傳質效率高，過程滿足平推流，以便獲得品質均一的聚合產品，同時實現較高的縮聚效率。當前開發新型反應器的設計構思是強化反應過程，以最小的反應器容積、最短的停留時間，達到所希望的反應程度。

在縮聚反應中，反應速率及聚合度與反應的平衡之間有著密切的關系。隨著縮聚反應的進行，聚合度的提高，體系黏度急劇增加，小分子移走越來越困難，特別是在縮聚反應的后期，熔體黏度和聚合度較高，傳質逐漸成為過程的控制因素，因此需采用特殊的內構件設計，實現過程流體強化成膜更新的流動方式，以獲得傳遞性能優良的縮聚反應設備。強化縮聚反應器傳遞性能除了提高傳質系數和傳質推動力之外，可以通過增大傳質面積和增強表面更新，即提高成膜效率（單位體積流率的熔體所產生的表面積）和表面更新頻率（氣液表面在單位時間內被更新的次數）。

目前公開的管狀薄膜反應器，降膜元件為圓管，物料依靠重力順著圓管表面成膜狀向下流淌，同時，物料與圓管內部的換熱介質進行熱交換，自身反應生成的副產物不斷逸出并被真空抽走。這種反應器具有結構簡單、熱交換充分、反應溫度均勻等優點。但是，經研究發現，該類反應器熔體在換熱圓管上由于重力作用自上至下下滑速度越來越快，停留時間較短，單位體積流率的熔體所產生的表面積小，成膜效率較低；隨著熔體不斷下滑可以引起液膜流動過程的不穩定，液膜產生波動，并向下游傳播，其中波峰處的液膜較厚，且其速度大于層流膜的速度，不利于縮聚過程的有效脫揮；熔體沿換熱管內外層速度有差異，產生軸向返混情況，熔體均化混合不足，停留時間不夠均一，分子量分布較寬。因此，如何合理設計縮聚反應器內構件的關鍵結構，特別是布膜和降膜元件的結構，實現高效縮聚，提高產品品質，是該類降膜縮聚反應器設計優化的關鍵。

實用新型內容

本實用新型的第一個目的是提供一種降膜式熔融縮聚反應器，通過合理設計布膜器和降膜元件的關鍵結構，提高成膜效率，強化熔體的分散和混合，最終提高縮聚效率和產品品質。為此，本實用新型采用以下技術方案：

一種降膜式熔融縮聚反應器，包括立式殼體，連接于立式殼體上端的封頭和下端的底殼，封頭頂部設有進料口，立式殼體上部設有真空抽氣口，底殼底部設有出料口，其特征在于：立式殼體內部上端通過緊固件連接安裝柱形箱體，柱形箱體由上蓋板、中間隔板和底板分成兩層箱體，柱形箱體的上層箱體與傳熱介質進口相通，柱形箱體的下層箱體與傳熱介質出口相通，柱形箱體下面還掛有貯料盤；立式殼體內部垂直安裝1根或多根降膜元件，降膜元件上端開口下端封閉，上端連接在柱形箱體底板上并與柱形箱體的下層箱體相通，下端懸空，上部穿過貯料盤，并與貯料盤之間形成環狀間隙；中心管兩端開口，插入降膜元件內，上端連接在柱形箱體中間隔板上并與柱形箱體的上層箱體相通；降膜元件采用波節管或者波紋管，或者降膜元件的上段為波節管或者波紋管，下段為圓管，上段和下段同軸。

在采用上述技術方案的基礎上，本實用新型還可采用以下進一步的技術方案：

下端底殼內安裝攪拌器，動力從底殼底部傳入。

封頭與立式殼體由封頭連接法蘭、連接螺栓連接，立式殼體與底殼由底殼連接法蘭、底殼連接螺栓連接，便于拆卸檢修、安裝。

進料管的上端處于封頭外面，下端有多個出口，穿過柱形箱體中的隔套進入到貯料盤的上方，貯料盤采用上下雙層結構設計，上層底板為布料板，下層底板為布膜板，布料板和布膜板都開有圓孔，圓孔孔壁與降膜元件之間留有所述環形間隙。

立式殼體內壁設有支架環用于支撐裝有降膜元件、貯料盤的柱形箱體。

本實用新型中，波節管由弧形段和直管段交替構成，波峰直徑和直管直徑之差與弧形段長L₁之比為0.05～1.0；波紋管選擇圓弧型波紋管或者縮放型波紋管或者圓弧切線型波紋管或者正弦型波紋管，波峰直徑和波谷直徑之差與節距L之比為0.05～1.0。上述比值的數值過小，與圓管相比效果不大，反之如果數值過大，熔體容易產生“懸崖式墜落”。