CN110394134A - 冷却*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷却***，包括：肟化反应釜，其外周设有反应釜夹套，反应釜夹套具有第一冷却液进液口和第一冷却液出液口；重排反应釜，其具有第一重排进料口和第一重排出料口，第一重排进料口与肟化反应釜的出料口连通；重排换热器，第一重排出料口与重排换热器的进料口连通，重排换热器具有第二冷却液进液口和第二冷却液出液口，第二冷却液进液口与第一冷却液出液口连通，以使冷却液在反应釜夹套内换热冷却后流入重排换热器，对重排反应釜反应后排出的反应液进行换热冷却。本发明通过将冷却液根据反应顺序依次引入肟化反应和重排反应中进行吸热冷却，实现肟化反应冷却液的再利用，提高冷却液利用率，提高节能降耗效果。
Description
技术领域
本发明涉及化工节能技术领域，具体涉及一种冷却***。
背景技术
环己酮肟是合成己内酰胺的中间体，而己内酰胺是制备尼龙6和工程塑料的重要原料。目前，环己酮肟主要利用环己酮TS-1催化氨肟化反应制备，该反应为放热反应，冷却过程中，依靠冷却液带走反应热后，直接回流至回水总管；重排反应主要发生贝克曼重排反应，同样放出大量的热，依靠冷却液在重排冷却器内带走反应热后，直接回流至回水总管。上述氨肟化反应与重排反应的冷却***独立运行，互不干扰，造成了冷却液的浪费。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一方面的目的在于提供一种冷却***，以实现冷却液的再利用，提高节能降耗效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种冷却***，用于己内酰胺的制备过程的冷却，包括：
肟化反应釜，其外周设有反应釜夹套，所述反应釜夹套具有第一冷却液进液口和第一冷却液出液口；
重排反应釜，其具有第一重排进料口和第一重排出料口，所述第一重排进料口与所述肟化反应釜的出料口连通；
重排换热器，所述第一重排出料口与所述重排换热器的进料口连通，所述重排换热器具有第二冷却液进液口和第二冷却液出液口，所述第二冷却液进液口与所述第一冷却液出液口连通，以使冷却液在所述反应釜夹套内换热冷却后流入所述重排换热器，对所述重排反应釜反应后排出的反应液进行换热冷却。
在一些实施例中，所述冷却***还包括冷却液进液总管和冷却液回液总管，所述冷却液进液总管与所述第一冷却液进液口连接，所述冷却液回液总管与所述第二冷却液出液口连接。
在一些实施例中，所述反应釜夹套内设置有盘管，所述盘管的进口与所述第一冷却液进液口连通，所述盘管的出口与所述第一冷却液出液口连通，所述盘管盘绕在所述反应釜夹套内且通过固定件与所述反应釜夹套固定连接。
在一些实施例中，所述第二冷却液进液口通过第一管路与所述第一冷却液出液口连通，所述第一管路上设有第一控制阀；所述冷却液回液总管上设有第二控制阀。
在一些实施例中，所述反应釜夹套的所述第一冷却液出液口通过第二管路与所述冷却液回液总管连通，所述第二管路上设有第三控制阀。
在一些实施例中，所述冷却***还包括冷却液箱，所述冷却液箱的一端与所述冷却液回液总管连通，所述冷却液箱的另一端与所述冷却液进液总管连通，所述反应釜夹套、所述重排换热器以及所述冷却液箱沿冷却液流向依次连通形成冷却循环回路，所述冷却液箱与所述冷却液进液总管之间的连接管路上还设有循环水泵。
在一些实施例中，所述冷却***还包括用于对回流至所述冷却液箱的冷却液进行降温的冷却器，所述冷却器设置于所述冷却液箱内。
在一些实施例中，所述重排反应釜还包括第二重排进料口，所述第二重排进料口为循环液进料口，所述重排换热器的进料口与所述重排反应釜的所述第一重排出料口连通，所述重排换热器的所述出料口与所述第二重排进料口连通，以使所述重排反应釜内的反应液流入所述重排换热器进行换热冷却后循环进入所述重排反应釜。
在一些实施例中，所述冷却***还包括重排循环泵，所述重排循环泵设置在所述重排反应釜的所述第一重排出料口与所述重排换热器的所述进料口之间的连接管路上，所述第一重排出料口与所述重排循环泵的入口端连通，所述重排循环泵的出口端与所述重排换热器的所述进料口连通，所述重排循环泵的入口端还连接有烟酸进液管路。
在一些实施例中，所述冷却***还包括设置在连通所述重排换热器的所述进料口与所述重排循环泵的管路上的三通阀，所述三通阀的入口端与所述重排循环泵的所述出口端连通，所述三通阀的第一出口端与所述重排换热器的所述进料口连通，所述三通阀的第二出口端与所述重排反应釜的所述循环液进料口连通。
与现有技术相比较，本发明实施例提供的冷却***，通过冷却液吸收肟化反应的反应热后，再使冷却液进入重排换热器将重排反应热吸收，实现肟化反应冷却液的再利用，可以有效减少能耗损失，提高冷却液利用率，提高节能降耗效果。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为本发明实施例的冷却***的结构示意图；
附图标记：
101-冷却液进液总管、102-冷却液回液总管、103-第一管路、104-第二管路；
1-肟化反应釜、11-反应釜夹套、111-第一冷却液进液口、112-第一冷却液出液口；
2-重排反应釜、21-第一重排进料口、22-第一重排出料口、23-第二重排进料口、24-第二重排出料口、201-反应液换热通道、202-旁通通道；
3-重排换热器、31-第二冷却液进液口、32-第二冷却液出液口、33-进料口、34-出料口、301-烟酸进液管路；
41-第一控制阀、42-第二控制阀、43-第三控制阀；
5-重排循环泵；6-三通阀；
7-冷却液箱；8-循环冷却泵。
具体实施方式
为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
图1为本发明实施例的冷却***的结构示意图，图中虚线箭头表示冷却液流向，实线箭头表示反应物和产物流向。如图1所示，本发明实施例提供了一种冷却***，用于己内酰胺的制备过程的冷却，该冷却***包括：
肟化反应釜1，其外周设有反应釜夹套11，反应釜夹套11具有第一冷却液进液口111和第一冷却液出液口112；
重排反应釜2，其具有第一重排进料口21和第一重排出料口22，第一重排进料口21与肟化反应釜1的出料口连通；
重排换热器3，其设于重排反应釜2的下游，用于对重排反应的反应液进行冷却，第一重排出料口22与重排换热器3的进料口33连通，重排换热器3具有第二冷却液进液口31和第二冷却液出液口32，第二冷却液进液口31与第一冷却液出液口112连通，以使冷却液在反应釜夹套11内换热冷却后流入重排换热器3，对重排反应釜2反应后排出的反应液进行换热冷却。
本发明实施例提供的冷却***，通过将冷却液依据反应顺序依次引入肟化反应和重排反应中吸收反应热进行吸热冷却，利用肟化反应的具有一定温度的冷却液对重排反应的反应液进行冷却，实现肟化反应冷却液的再利用，可以有效减少能耗损失，提高冷却液利用率，提高节能降耗效果。
进一步地，冷却***还包括冷却液进液总管101和冷却液回液总管102，冷却液进液总管101与第一冷却液进液口111连接，用于提供冷却液；冷却液回液总管102与第二冷却液出液口32连接，用于冷却后，回收冷却液，防止污染环境，同时节能降耗。
具体地，肟化反应釜1用于进行肟化反应合成环己酮肟，其具有进料口和出料口，进料口为肟化原料入口，出料口为肟化产物出口。反应釜夹套11包覆设置在肟化反应釜1的外周，且反应釜夹套11为中空的结构，用于形成冷却通道，冷却液从第一冷却液进液口111进入冷却通道对肟化反应釜1进行冷却后从第一冷却液出液口112流出。
在一些实施例中，如图1所示，反应釜夹套11为U型结构，第一冷却液进液口111设置在反应釜夹套11的底部，第一冷却液出液口112设置在反应釜夹套11的侧壁，冷却液从反应釜夹套11的底部进入冷却通道对肟化反应釜1进行冷却降温后从反应釜夹套11的侧壁流出。由于反应时，肟化反应釜1底部的温度较高，因此，采用底部进液的方式将冷却液引入有利于肟化反应釜1快速降温，提高冷却效率；另外，由于肟化反应是可逆的放热反应，因此，尽可能快速降低肟化反应的温度，有利于反应向生成环己酮肟的方向移动，提高产物率。
在一些实施例中，反应釜夹套11内设置有盘管(图中未示出)，盘管的进口与第一冷却液进液口111连通，盘管的出口与第一冷却液出液口112连通，盘管盘绕在反应釜夹套11内且通过固定件与反应釜夹套11固定连接。在一些实施例中，盘管在反应釜夹套11内呈螺旋盘绕，可以增加冷却液的流通面积，提高换热冷却效率和换热效果。另外，设置有盘管能够使冷却液沿盘管定向流动，减少因冷却液流动无序而导致的换热时间长、换热效率低等问题，进一步提高换热效率。
在一些实施例中，反应釜夹套11的高度至少为肟化反应釜1的高度的一半，减少对肟化反应釜1温度较低的上部的冷却，可以降低成本。
本实施例中，如图1所示，反应釜夹套11的第一冷却液出液口112通过第一管路103与重排换热器3的第二冷却液进液口31连通，且第一管路103上设有用于调节冷却液流量的第一控制阀41。冷却液回液总管102上设有第二控制阀42，第二控制阀42设置在靠近重排换热器3的位置，用于调节从第二冷却液出液口32流出的冷却液流量。
在一些实施例中，如图1所示，反应釜夹套11的第一冷却液出液口112通过第二管路104与冷却液回液总管102连通，第二管路104上设有第三控制阀43。当重排反应釜2不参与反应时，即重排换热器3不进行换热冷却时，反应釜夹套11的第一冷却液出液口112通过第二管路104与冷却液回液总管102连通，冷却液对肟化反应釜1进行冷却后，直接通过冷却液回液总管102回流，缩短了冷却液的流经路径，提高了冷却***的冷却效率。
重排反应釜2用于进行重排反应，如图1所示，其包括第一重排进料口21、第一重排出料口22、第二重排进料口23以及第二重排出料口24，第一重排进料口21为原料进料口，肟化反应生成的环己酮肟从第一重排进料口21进入重排反应釜2，在重排反应釜2内与烟酸反应进行肟重排，以得到重排产物己内酰胺，己内酰胺从设置在重排反应釜2的上部的第二重排出料口24溢流流出。
第一重排出料口22为循环液出料口，第二重排进料口23为循环液进料口，第一重排出料口22设置在重排反应釜2的底部，用于排出重排反应釜2中的反应液，重排换热器3上设有进料口33和出料口34，重排换热器3的进料口33与重排反应釜2的第一重排出料口22连通，重排换热器3的出料口34与重排反应釜2的第二重排进料口23连通，以使重排反应釜2内的反应液流入重排换热器3进行换热冷却后，能够重新流入重排反应釜2中，形成循环反应液回路。
如图1所示，冷却***还包括设置在重排反应釜2和重排换热器3之间的重排循环泵5，重排循环泵5用于为循环反应液的输送提供动力。具体地，重排循环泵5设置在第一重排出料口22与重排换热器3的进料口33之间的连接管路上，第一重排出料口22与重排循环泵5入口端连通，重排循环泵5的出口端与重排换热器3的进料口33连通，重排循环泵5的入口端还连接有烟酸进液管路301，使得烟酸能够随反应液一起通过重排循环泵5泵入重排反应釜2中。通过重排循环泵5将重排反应釜2内的反应液输送至重排换热器3进行换热冷却，能够提高冷却液输出效率，进而提高冷却液的循环冷却效率。
如图1所示，冷却***还包括设置在连通重排换热器3的进料口33与重排循环泵5的管路上的三通阀6，三通阀6的入口端与重排循环泵5的出口端连通，三通阀6的第一出口端与重排换热器3的进料口33连通，重排换热器3的出料口34与第二重排进料口23连通，形成反应液换热通道201；三通阀6的第二出口端与重排反应釜2的第二重排进料口23直接连通，形成旁通通道202，反应液流经旁通通道202时不进行换热。
旁通通道202用于在重排反应初始阶段维持反应液的整体循环平衡，重排反应初始时，其温度较低，重排反应釜2中的反应液从第一重排出料口22流出并通过重排循环泵5经由旁通通道202打入重排反应釜2中进行反应，烟酸从重排循环泵5的入口加入与反应液混合进入重排反应釜2中，并与从第一重排进料口21加入的环己酮肟混合后在重排反应釜2中进行反应，随着反应的进行放出大量的热，一部分反应液从底部的第一重排出料口22流出，通过反应液换热通道201进入重排换热器3换热冷却，将反应产生的热量移除，然后循环进入重排反应釜2中进行反应形成反应液循环回路，以保持重排反应釜2内的反应温度维持在一定范围。
由于重排反应所需的温度较高，因此利用肟化反应后的一定温度的冷却液(例如60℃)进行换热冷却能够快速吸收重排反应产生的反应热，并使重排反应釜2内的温度保持在一定范围，降低另外利用冷却液(例如0℃)进行吸热时的冷却液温差，减少能耗损失，提高冷却液利用率。另外，重排冷却改用一定温度的热水换热后，降低了重排换热器列管两侧的温差，避免重排换热器长期运行造成的列管结垢现象，提高产品品质。
在一些实施例中，如图1所示，冷却***还包括冷却液箱7，冷却液箱7的一端与冷却液回液总管102连通，冷却液箱7的另一端与冷却液进液总管101连通，反应釜夹套11、重排换热器3以及冷却液箱7沿冷却液流向依次连通形成冷却循环回路，可以避免冷却液直接排放，对环境造成影响，同时也有效节约了水资源。
进一步地，冷却***还包括设置在冷却液箱7与冷却液进液总管101之间的循环冷却泵8，循环冷却泵8用于为冷却液提供动力，将冷却液泵入反应釜夹套11中进行冷却。
进一步地，冷却***还包括用于对回流至冷却液箱7的冷却液进行降温的冷却器(未示出)，冷却器设置于冷却液箱7内，冷却后回流至冷却液箱7的冷却液经冷却器冷却后可重新流入肟化反应釜1中再次参与循环冷却。
另外，冷却液进液总管101还可以与外接冷却液源连接，当冷却循环***内的冷却液不足时，及时进行冷却液的补充。
本发明实施例中，以冷却液作为冷却介质对肟化反应和重排反应进行冷却，冷却液可以为冷却水或其他任意适当类型的液体，以吸收反应热并将吸收的热运输走；在另一些实施例中，冷却介质还可以为其他任意适当类型的气体，以吸收反应热并将吸收的热运输走，本发明不具体限定。
在一些实施例中，当冷却液为腐蚀性液体，例如碱性液体时，作为优选，在反应釜夹套11内设置盘管。由于冷却液位于反应釜夹套11内的盘管中，因此，即使盘管出现腐蚀损坏，冷却液也只会流入反应釜夹套11中，而不会流入肟化反应釜1内，不会对肟化反应釜1造成破坏，降低安全事故风险。
在一些实施例中，冷却***还包括控制器(图中未示出)，控制器分别与第一控制阀41、第二控制阀42、第三控制阀43、重排循环泵5以及循环冷却泵8电连接和/或信号连接，控制器通过控制各控制阀和泵能够控制冷却液的流通并调节流量，提高控制精度。
在一些实施例中，冷却***还包括与控制器电连接的温度传感器(图中未示出)，温度传感器分别设置于肟化反应釜1和重排反应釜2中，用于实时监测肟化反应釜1和重排反应釜2内的温度，并将温度信息传输至控制器，控制器可根据温度传感器传递的温度信息控制连接管路中的控制阀和泵等部件，进而控制整个冷却***的运行。
本发明实施例提供的冷却***根据反应顺序将己内酰胺肟化反应用的冷却液重新利用，使得冷却液吸收肟化反应放出的热量后，再进入重排换热器吸收重排反应放出的热量，并循环利用冷却液，使得己内酰胺制备的冷却过程中冷却液资源(例如水资源)得到循环利用，节能降耗的同时，降低生产成本。
本发明实施例提供的冷却***的冷却过程中，首先，利用冷却液对肟化反应釜1进行冷却，获得第一温度的冷却液；其次，将第一温度的冷却液引入重排换热器3中对重排反应釜2反应排出的反应液进行冷却。
上述的第一温度表示一定温度范围内的温度，其为动态温度，随肟化反应的进行实时变化。冷却液对肟化反应进行吸热冷却后获得第一温度的冷却液，该第一温度高于从冷却液进液总管101中进入的冷却液的温度，且该第一温度小于重排反应釜2内反应液的温度，使得利用第一温度的冷却液可以对重排反应的反应液进行吸热冷却，使得重排反应釜2内的温度维持在一定范围，提高重排反应的产品品质。
在本发明中，利用环己酮肟进行贝克曼重排反应可以获得己内酰胺粗产品。本发明中，环己酮肟进行贝克曼重排反应的步骤和条件可以按照本领域常规技术手段进行，本发明对此没有特别限定。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种冷却***，用于己内酰胺的制备过程的冷却，其特征在于，所述冷却***包括：
肟化反应釜，其外周设有反应釜夹套，所述反应釜夹套具有第一冷却液进液口和第一冷却液出液口；
重排反应釜，其具有第一重排进料口和第一重排出料口，所述第一重排进料口与所述肟化反应釜的出料口连通；
重排换热器，所述第一重排出料口与所述重排换热器的进料口连通，所述重排换热器具有第二冷却液进液口和第二冷却液出液口，所述第二冷却液进液口与所述第一冷却液出液口连通，以使冷却液在所述反应釜夹套内换热冷却后流入所述重排换热器，对所述重排反应釜反应后排出的反应液进行换热冷却。
2.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括冷却液进液总管和冷却液回液总管，所述冷却液进液总管与所述第一冷却液进液口连接，所述冷却液回液总管与所述第二冷却液出液口连接。
3.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述反应釜夹套内设置有盘管，所述盘管的进口与所述第一冷却液进液口连通，所述盘管的出口与所述第一冷却液出液口连通，所述盘管盘绕在所述反应釜夹套内且通过固定件与所述反应釜夹套固定连接。
4.根据权利要求2所述的冷却***，其特征在于，所述第二冷却液进液口通过第一管路与所述第一冷却液出液口连通，所述第一管路上设有第一控制阀；所述冷却液回液总管上设有第二控制阀。
5.根据权利要求4所述的冷却***，其特征在于，所述反应釜夹套的所述第一冷却液出液口通过第二管路与所述冷却液回液总管连通，所述第二管路上设有第三控制阀。
6.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括冷却液箱，所述冷却液箱的一端与所述冷却液回液总管连通，所述冷却液箱的另一端与所述冷却液进液总管连通，所述反应釜夹套、所述重排换热器以及所述冷却液箱沿冷却液流向依次连通形成冷却循环回路，所述冷却液箱与所述冷却液进液总管之间的连接管路上还设有循环水泵。
7.根据权利要求6所述的冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括用于对回流至所述冷却液箱的冷却液进行降温的冷却器，所述冷却器设置于所述冷却液箱内。
8.根据权利要求1所述的冷却***，其特征在于，所述重排反应釜还包括第二重排进料口，所述第二重排进料口为循环液进料口，所述重排换热器的进料口与所述重排反应釜的所述第一重排出料口连通，所述重排换热器的所述出料口与所述第二重排进料口连通，以使所述重排反应釜内的反应液流入所述重排换热器进行换热冷却后循环进入所述重排反应釜。
9.根据权利要求8所述的冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括重排循环泵，所述重排循环泵设置在所述重排反应釜的所述第一重排出料口与所述重排换热器的所述进料口之间的连接管路上，所述第一重排出料口与所述重排循环泵的入口端连通，所述重排循环泵的出口端与所述重排换热器的所述进料口连通，所述重排循环泵的入口端还连接有烟酸进液管路。
10.根据权利要求9所述的冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括设置在连通所述重排换热器的所述进料口与所述重排循环泵的管路上的三通阀，所述三通阀的入口端与所述重排循环泵的所述出口端连通，所述三通阀的第一出口端与所述重排换热器的所述进料口连通，所述三通阀的第二出口端与所述重排反应釜的所述循环液进料口连通。
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