CN211246591U - 一种强化气相撤热的大容积聚合釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种强化气相撤热的大容积聚合釜，涉及化工机械的技术领域，解决了现有技术中大容积聚合釜在聚合反应后期因撤热能力不足而使产品结块的技术问题。该强化气相撤热的大容积聚合釜包括釜体、气相撤热装置，釜体包括釜筒体、下封头和上封头，下封头和上封头分别与釜筒体的两端连接。气相撤热装置位于釜体顶部的内侧和外侧，以使气相撤热装置能够撤去釜体顶部气相物料中的热量。气相撤热装置能够对聚合釜内部气相物料进行撤热，利用聚合釜内物料的气液饱和蒸汽压状态，强化对聚合釜内气相丙烯的冷凝，通过汽化潜热撤热，使得大容积聚合釜在聚合反应后期也能有效控制反应过程，防止产品结块现象，提高了单釜转化率和产品质量。

Description

一种强化气相撤热的大容积聚合釜

技术领域

本实用新型涉及化工机械的技术领域，尤其涉及间歇式聚丙烯生产工艺的一种强化气相撤热的大容积聚合釜。

背景技术

聚丙烯生产工艺按聚合类型可分为液相本体法工艺、液相本体法气相法组合工艺、气相法工艺以及间歇式液相本体法工艺。其中，间歇式液相本体法生产工艺有技术可靠，流程简单，产品牌号转换灵活等优点。间歇式聚丙烯液相本体法工艺每条生产线有一台带搅拌器的丙烯聚合釜。

间歇式聚丙烯生产时，按丙烯聚合釜70％的容积将液相丙烯及适量的催化剂及活化剂、DDS、氢气等助剂投入丙烯聚合釜，通过螺带搅拌器搅拌物料，使物料混合均匀，强化传质、传热效果，同时也强化物料与釜壁和内冷管的接触换热。

聚丙烯生产时，先向聚合釜夹套和内冷管通热水对釜内液相丙烯加温到约60°以激活正常聚合反应，然后进行冷、热水切换，即向聚合釜夹套和内冷管通入循环冷却水，以使循环冷却水能够将聚合反应热撤出。需要说明的是，釜内物料恒温反应温度最终维持在75℃，相应饱和蒸汽压为3.4Mpa，以使物料在该条件下进行2～2.5小时的聚合反应。反应结束后回收未反应丙烯，将生成的聚丙烯粉料经置换可燃气合格后出料包装。

聚丙烯生产过程中，丙烯聚合釜内的丙烯相态是随反应时间而变化的。开始反应时，釜内物料全是液相丙烯，此时聚合釜传热系数大，撤热效果好。随着反应时间的延长，液相丙烯中生成的聚丙烯固体颗粒逐渐增多，因固体颗粒传热差，聚合釜传热系数也逐渐变小。到反应后期，丙烯转化率接近70％的时候，釜内大部分物料已是固态聚丙烯，液相丙烯已很少，聚合釜此时的传热系数比反应初期下降近36％(参阅“液相本体法聚丙烯生产及应用”李玉贵、陈宁观等编著，1992年9月，中国石化出版社)，对于大容积的聚合釜(直径≥2.4m)来说，由于釜体直径大，釜中部又无法设置传热装置，搅拌器对固态物料的搅拌混合传热已有滞后情况，再加上利用聚合釜夹套和内冷管与物料进行间壁式(冷、热源分隔，需通过釜壁和内冷管管壁传热)的换热方式已经无法将固态物料中的聚合反应热充分撤出，使物料中的热量越积越多。为了避免生成的聚丙烯粉料因局部过热而出现小结块现象，只能提前结束反应，回收未反应的丙烯，进而造成大容积丙烯聚合釜单釜转化率被限制在70％左右，明显落后于小容积聚合釜单釜转化率75％左右的水平，影响了间歇式聚合釜的大型化发展。

因此，急需提供一种强化聚合反应后期撤热能力的聚合釜，以提高大容积聚合釜单釜转化率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种间歇式生产聚丙烯的大容积聚合釜，解决了现有技术中大容积聚合釜在聚合反应后期因撤热能力不足而使产品结块的技术问题。本实用新型优选技术方案能够达到诸多有益技术效果，具体见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型的聚合釜，包括釜体、气相撤热装置，釜体包括釜筒体、下封头和上封头，下封头和上封头分别与釜筒体的两端连接形成密闭空间。气相撤热装置位于釜体顶部或上封头的内侧和/或外侧，以使气相撤热装置能够撤去釜体顶部气相物料中的热量。

作为一种优选的技术方案，气相撤热装置包括夹套，夹套直径大于釜体直径并位于釜体的外侧，且夹套顶端高于上封头与釜筒体连接处，以使夹套能够套在上封头的外侧壁上。

作为一种优选的技术方案，夹套顶端通过密封盖板和釜体连接处位于上封头和釜筒体的连接处50mm以上的位置。优选的，夹套远离釜体底部的一端通过密封盖板和釜体连接处高于上封头和釜筒体的连接处50mm～300mm。

作为一种优选的技术方案，夹套包括出水口，且出水口设置有弯头管，且弯头管远离出水口的一端高于出水口。

作为一种优选的技术方案，夹套内设置有导流板，导流板为螺旋状，且导流板沿着釜体外壁螺旋上升，以使夹套内形成螺旋上升的水流通道。

作为一种优选的技术方案，夹套内还设置有折流板，折流板分布在水流通道的两侧，且折流板与水流通道中的液体流动方向之间的夹角为锐角，以使水流通道在折流板处的内径沿着液体流动方向逐渐缩小。

作为一种优选的技术方案，气相撤热装置包括撤热盘管，撤热盘管位于釜体的顶部内侧。

作为一种优选的技术方案，气相撤热装置至少包括一层撤热盘管，撤热盘管沿着上封头的内壁盘旋设置。

作为一种优选的技术方案，撤热盘管的进水端与出水端均从上封头的顶部与外部冷却水的管路接通。

作为一种优选的技术方案，聚合釜还包括螺带式搅拌器，螺带式搅拌器包括螺带、传动轴、夹壳和宽板封头刮刀，宽板封头刮刀的上端与螺带的底端安装在长支撑上，宽板封头刮刀的底部与角钢刮刀支撑连接，并通过夹壳与传动轴的端部连接。

作为一种优选的技术方案，聚合釜还包括角钢刮刀支撑，角钢刮刀支撑位于宽板封头刮刀的下方并与夹壳固定连接，且角钢刮刀支撑的刀刃曲线与下封头的内表面相吻合。

本实用新型提供的聚合釜至少具有如下有益技术效果：

本实用新型通过对现有聚合釜进行改进，在现有的聚合釜上增加气相撤热装置，使得聚合釜不仅增强了撤热能力，还能在聚合反应后期釜体传热效率低，釜体不能完全撤出反应热时，利用聚合釜内物料的气液饱和蒸汽压状态，通过强化对聚合釜内气相丙烯的冷凝和汽化潜热撤热，使得大容积聚合釜在聚合反应后期也能有效控制反应过程，防止产品结块现象，提高了单釜转化率和产品质量。

具体的，液相的丙烯通过吸热汽化，使得釜体内固液混合物料中热量减少。进一步的，汽化后的丙烯上升至釜体顶部经过气相撤热装置冷凝液化回流，通过这种换热方式使得热量由气相撤热装置中的冷却水带出釜体。因为釜体内液相的丙烯不断吸热汽化，气相的丙烯不断液化，具体的，当丙烯的汽化速率等于丙烯液化速率时，釜体内物料达到气液平衡状态。气相撤热装置加速了釜体顶部气相丙烯液化速率，进而能够更有效地利用汽化潜热撤热，从而使大容积聚合釜在聚合反应后期撤热能力得到增强，使聚合釜能有效控制聚合反应平稳运行。

此外，本实用新型优选技术方案还可以产生如下技术效果：

本实用新型中夹套顶端高于上封头与釜筒体的连接处，即一大部分上封头外表面能够被夹套包裹，以使夹套与釜体形成密封空间中的冷却水能覆盖上封头一大部分外表面，有效增加换热面积，以提高换热效率，进而有利于提高单釜转化率。

本实用新型优选技术方案的夹套的出水口的高度不低于夹套顶端的高度，不仅使得冷却水能够充满夹套，使冷却水覆盖被夹套与釜体形成密封空间所包裹的上封头外表面，使得气相换热面积达到最大，提高了气相换热效率。

本实用新型优选技术方案的宽板封头刮刀和斜角角钢刮刀支撑的连续衔接设置，在聚合反应后期，固态物料多、液相丙烯液位低时，釜体底部的物料在角钢刮刀支撑的作用下向上方翻动，上翻后的物料又经宽板封头刮刀继续向上翻动，进而实现了物料的连续翻动，加大固液混合面积，增加液相丙烯汽化潜热撤热的影响范围，充分发挥聚合反应后期，利用物料的汽化潜热撤热的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种优选实施方式聚合釜的示意图；

图2是本实用新型一种优选实施方式折流板的示意图；

图3是本实用新型一种优选实施方式宽板封头刮刀和角钢刮刀支撑的示意图；

图4是本实用新型一种优选实施方式夹套与釜***置关系的示意图；

图5是现有技术中夹套与釜***置关系的示意图。

图中：1-电机；2-减速机；3-机架；4-机械密封；5-上封头；6-传动轴；7-釜体；8-夹套；9-盖板；10-釜筒体；11-导流板；12-撤热盘管；13-焊缝；14-出水口；15-现有夹套；16-联轴器；17-内冷管；18-螺带；19-夹壳；20-搅拌轴；21-螺带支撑；22-长支撑；23-封头刮刀；25-角钢刮刀支撑；26-下封头；27-进水口；28-折流板；29-夹套下封头；30-夹套筒体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

参照图1，本实用新型一种优选实施方式的聚合釜包括釜体7、换热装置、搅拌装置、轴封四大部分。优选的，釜体7包括釜筒体10、下封头26和上封头5。进一步的，下封头26和上封头5分别与釜筒体10的两端密封焊接形成一个密闭空间。

优选的，换热装置包括气相撤热装置、夹套和内冷管17。优选的，内冷管17沿着釜筒体10的内壁设置，气相撤热装置位于釜体7顶部的内侧和外侧。

优选的，上述优选实施例的聚合釜的方案适用于大容积聚合釜。在丙烯恒温聚合反应时，聚合釜中物料是一种气液饱和蒸汽压状态，随着反应的进行，固液混合物料中的固态物料含量逐渐增大，进而导致釜体7撤热效率降低。

上述优选实施方式中的聚合釜利用气相撤热装置对釜体7顶部的气相物料进行撤热，进而通过强化气相撤热冷凝而使釜内物料维持恒温下的气液平衡状态，使得大容积聚合釜在聚合反应后期仍能平稳运行，解决了间歇式反应釜大型化应用的技术瓶颈问题，为间歇式聚丙烯装置规模化生产奠定了基础。

参照图1，气相撤装置包括夹套8顶端部分，夹套8直径大于釜体7的直径，位于釜体7的外侧，且夹套8的顶端超过上封头5与釜筒体10连接焊缝13，以使夹套8与釜体7形成的密闭空间能够覆盖住上封头5外表面的一部分。

作为一种优选的技术方案，夹套8顶端位于上封头5和釜筒体10连接的焊缝13上方至少50mm处。优选的，夹套顶端高于上封头5和釜筒体10连接的焊缝13上方50mm～350mm处。夹套高度的增加，不仅能够增加上封头5换热面积，还延长了冷却水与釜体7的热交换时间，有利于提高聚合釜的换热效率。具体的，以公称直径为2600mm的釜体7为例，当夹套8升高250mm，增加的换热面积为2.03㎡，进而提高换热效率。

优选的，夹套8的内径大于釜体7的外径，以使夹套8与釜体7之间能够形成间隙。优选的，夹套8包括密封盖板9、夹套筒体30和夹套下封头29，其中夹套下封头29与夹套筒体30连接，且套在釜筒体10和下封头26外面，密封盖板9一边与夹套筒体30最上端密封焊接，另一边与上封头5外表面密封焊接，使夹套筒体30与夹套下封头29与釜体7之间的间隙通过密封盖板9密封形成密封空间。优选的，密封盖板9为水平板。将密封盖板9设置为平板，能够有效降低夹套8的密封封口制造难度。

本申请一种优选实施方式的夹套是由夹套筒体30和夹套下封头29组焊而成。优选的，夹套筒体30和夹套下封头29的内径比釜体7的外径大300mm。夹套8套在釜体7上后，夹套8顶端比釜筒体10与上封头5连接的焊缝13高50mm以上。优选的，夹套8顶端比釜筒体10与上封头5连接的焊缝13高260mm。夹套筒体30顶端通过水平密封盖板9封堵。具体的，水平密封盖板9分别与夹套筒体30顶端和上封头5外表面焊接，使得夹套8内径与釜体7外径之间的间隙形成一个密闭空间，进而使夹套内冷却水水位能够上升到釜筒体10与上封头5连接处上方至少50mm以上处，优选的，冷却水水位上升到釜筒体10与上封头5连接的焊缝13之上260mm处。

作为一种可实施的替代方案，套在上封头5上的夹套还可以与套在釜筒体10和/或下封头26上的夹套8分体设置。

需要说明的是，现有技术中的夹套的高度主要是根据釜体7中的液相物料的液面高度设置。具体的，参照图5，现有夹套15顶端的高度低于上封头5与釜筒体10连接处焊缝13的高度。

参照图1，夹套包括出水口14，且出水口14设置有弯头管，且弯头管远离出水口14的一端高于出水口14。弯头管的设置使得冷却水位提高使其能够充满夹套与釜体7之间腔体，进而使得冷却水能够充分冷却上封头5的外表面，进而提高釜内气相物料换热效率。

优选的，夹套还设置有进水口27，以使冷却水能够从进水口27进入夹套中。进一步优选的，进水口27位于夹套的底部。优选的，进水口27和出水口14均与循环冷却水***连接，以使经过循环冷却水***冷却的冷却水能够通过进水口27进入夹套中，并且吸热后的冷却水能从出水口14排出夹套并进入循环冷却水***。

参照图1，夹套内设置有导流板11，导流板11为螺旋状，且导流板11由靠近釜体7底部的一端向远离釜体7底部的高端螺旋上升，以使夹套内形成螺旋上升的水流通道。优选的，夹套内设置有双螺旋导流板11。

上述优选实施例中，夹套内形成螺旋上升的水流通道与出水口14连通，进而使夹套内冷却水能够沿着螺旋状的水流通道上升至夹套顶部出水口14处，并带出反应热。

作为一种优选的实施方式，导流板11焊接在釜体7外壁上，增加釜体7的换热面积，且导流板11与夹套8内壁之间间隙很小，以防止夹套8内冷却水短路。优选的，导流板11与夹套8内壁之间的间隙为4mm。

参照图2，夹套8内还设置有折流板28，折流板28分布在水流通道的两侧，且折流板28与水流通道中的液体流动方向之间的夹角为锐角，以使水流通道在折流板28处的内径沿着液体流动方向逐渐缩小。优选的，折流板28错落分布在导流板11上。具体的，折流板28能够使水流通道忽宽忽窄，忽左忽右，进而使得水流通道内的冷却水能够产生湍流，以加大釜体7的换热系数，强化气相和/或液相撤热。

参照图1，气相撤热装置包括撤热盘管12，撤热盘管12位于釜体7的顶部内侧。优选的，气相撤热装置至少包括一层撤热盘管12，撤热盘管12沿着上封头5的内壁盘旋设置。优选的，气相撤热装置包括三层撤热盘管12。撤热盘管12的设置能够有效增加气相撤热的热换面积。具体的，以釜体7公称直径为2600mm为例，每三层撤热盘管12能够增加0.97㎡的换热面积，进而提高气相换热效率。

作为一种优选的实施方式，撤热盘管12的进水端与出水端均从上封头5的顶部与外部冷却水管路接通。

具体的，低温的冷却水能够从进水端进入撤热盘管12中，经过热交换吸收热量的冷却水从出水端排出撤热盘管12，进而达到撤出釜体7内气相物料中热量的目的。优选的，撤热盘管12进水端和出水端均与循环冷却水***通过管道连接，以使经过循环冷却水***降温的冷却水通过撤热盘管12的进水端进入撤热盘管12，吸收热量的冷却水从撤热盘管12排出并进入循环冷却水***进行冷却。优选的，撤热盘管12的进水端和出水端从上封头5的顶部接入。

参照图1，一种优选实施方式的聚合釜的搅拌装置位于釜体7的中轴线上。优选的，搅拌装置包括螺带式搅拌器和传动装置，其中，传动装置有电机1、减速机2、机架3、机械密封4和上传动轴6；上传动轴6通过机械密封4伸入釜内，通过联轴器16与搅拌轴20相连。

参照图1或图3，作为一种优选的实施方式，搅拌轴20上装有8个夹壳19及焊在8个夹壳19上的8个螺带支撑21、螺带支撑21上安装有至少四圈螺带18。

优选的，搅拌轴20最底端装有一对相距180°的角钢刮刀支撑25，在角钢刮刀支撑25上方装有一对相聚180°的长支撑22。优选的，该长支撑22与角钢刮刀支撑25呈十字交叉。优选的，长支撑22与角钢刮刀支撑25相互垂直。具体的，角钢刮刀支撑25分别焊接在一对夹壳19上，夹壳19通过螺栓紧固在搅拌轴20的底端。角钢刮刀支撑25不仅能够起到翻料的作用，还能够起到固定封头刮刀23的支撑作用，使得搅拌装置结构简单实用。

作为本实用新型一种优选的实施方式，长支撑22位于角钢刮刀支撑25上方300mm处。优选的，搅拌轴20上还设置有宽板封头刮刀23。优选的，宽板封头刮刀23呈螺旋状。具体的，该宽板封头刮刀23一端与角钢刮刀支撑25的上端面连接，宽板封头刮刀23的另一端按螺旋角上升旋转90°后与长支撑22上端面连接。优选的，两块宽板封头刮刀23相对搅拌轴20对称分布。

参照图3优选的，角钢刮刀支撑25的刀面与搅拌轴20的轴线夹角为锐角。进一步优选的，角钢刮刀支撑25的刀面与搅拌轴20的轴线夹角为30°。

作为一种优选的实施方式，宽板封头刮刀23的宽度最宽处为300mm。

作为一种优选的实施方式，角钢刮刀支撑25的刀刃曲线与下封头26的内表面相吻合，优选的，角钢刮刀支撑25刀刃距釜底封头内表面16mm。

宽板封头刮刀23和角钢刮刀支撑25结构及其安装位置的设计，使得釜体7底部的固态物料能够在角钢刮刀支撑25的作用下向上翻移，还能通过加宽后的宽板封头刮刀23将角钢刮刀支撑25上翻的物料继续向上翻移，进而实现釜体7底部连续翻料。具体的，电机1驱动搅拌轴20旋转，带动螺带18、封头刮刀23、角钢刮刀支撑25旋转，对物料进行反复的提升、返混的搅拌，使物料混合均匀，强化传质、传热效果。

上述优选实施方式中，宽板封头刮刀23和角钢刮刀支撑25对物料的连续上翻作用，使得釜体7中的液相丙烯与固态物料混合范围加大，有利于增强液相丙烯汽化潜热撤热作用，尤其是在聚合反应后期固态物料传热效率很低时，起了重要的辅助撤热作用，以避免聚丙烯粉料因局部过热而出现小结块现象，提高产品质量和聚合釜单釜转化率。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种强化气相撤热的大容积聚合釜，其特征在于，包括釜体(7)、气相撤热装置，所述釜体(7)包括釜筒体(10)、下封头(26)和上封头(5)，所述下封头(26)和所述上封头(5)分别与所述釜筒体(10)的两端连接；

所述气相撤热装置位于所述釜体(7)顶部或所述上封头(5)的内侧和/或外侧，以使所述气相撤热装置能够撤去所述釜体(7)顶部气相物料中的热量，

所述气相撤热装置包括夹套(8)和至少一层撤热盘管(12)，所述夹套(8)直径大于釜体(7)直径，位于所述釜体(7)的外侧，且所述夹套(8)的顶端高于所述上封头(5)与所述釜筒体(10)连接处，

所述撤热盘管(12)位于所述釜体(7)的顶部内侧，且所述撤热盘管(12)沿着所述上封头(5)的内壁盘旋设置。

2.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，所述夹套(8)包括出水口(14)，且所述出水口(14)设置有弯头管，且所述弯头管远离所述出水口(14)的一端高于所述出水口(14)。

3.根据权利要求1所述的聚合釜，其特征在于，所述夹套(8)内设置有导流板(11)，所述导流板(11)为螺旋状，且所述导流板(11)沿着所述釜体(7)外壁螺旋上升，以使所述夹套(8)内形成螺旋上升的水流通道。

4.根据权利要求3所述的聚合釜，其特征在于，所述夹套(8)内还设置有折流板(28)，所述折流板(28)分布在所述水流通道的两侧，且所述折流板(28)与所述水流通道中的液体流动方向之间的夹角为锐角。

5.根据权利要求4所述的聚合釜，其特征在于，所述撤热盘管(12)的进水端与出水端均从上封头(5)的顶部与外部冷却水的管路接通。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的聚合釜，其特征在于，还包括螺带式搅拌器，所述螺带式搅拌器包括螺带(18)、传动轴(6)、夹壳(19)和宽板封头刮刀(23)，所述宽板封头刮刀(23)的上端和所述螺带(18)的底端共同与长支撑(22)连接，所述宽板封头刮刀(23)的底部与角钢刮刀支撑(25)连接并通过所述夹壳(19)与所述传动轴(6)的端部连接。

7.根据权利要求6所述的聚合釜，其特征在于，还包括角钢刮刀支撑(25)，所述角钢刮刀支撑(25)位于所述宽板封头刮刀(23)的下方并与所述夹壳(19)固定连接，且所述角钢刮刀支撑(25)的刀刃曲线与下封头(26)的内表面相吻合。

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