[实用新型]一种降膜式熔融缩聚反应器和降膜元件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种降膜式熔融缩聚反应设备和降膜元件。

背景技术

缩聚反应实施方法有熔融缩聚、溶液缩聚、固相缩聚以及界面缩聚等，其中熔融缩聚不论从产品的质量、经济性、环保性以及工业化实施来看都具有明显的优势，因此绝大部分聚酯和聚酰胺等都采用熔融缩聚法生产，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚酰胺、聚碳酸酯等。熔融缩聚过程的实施关键在于反应器，理想的缩聚反应器要求物料流动和混合状态好，传热传质效率高，过程满足平推流，以便获得品质均一的聚合产品，同时实现较高的缩聚效率。当前开发新型反应器的设计构思是强化反应过程，以最小的反应器容积、最短的停留时间，达到所希望的反应程度。

在缩聚反应中，反应速率及聚合度与反应的平衡之间有着密切的关系。随着缩聚反应的进行，聚合度的提高，体系黏度急剧增加，小分子移走越来越困难，特别是在缩聚反应的后期，熔体黏度和聚合度较高，传质逐渐成为过程的控制因素，因此需采用特殊的内构件设计，实现过程流体强化成膜更新的流动方式，以获得传递性能优良的缩聚反应设备。强化缩聚反应器传递性能除了提高传质系数和传质推动力之外，可以通过增大传质面积和增强表面更新，即提高成膜效率（单位体积流率的熔体所产生的表面积）和表面更新频率（气液表面在单位时间内被更新的次数）。

目前公开的管状薄膜反应器，降膜元件为圆管，物料依靠重力顺着圆管表面成膜状向下流淌，同时，物料与圆管内部的换热介质进行热交换，自身反应生成的副产物不断逸出并被真空抽走。这种反应器具有结构简单、热交换充分、反应温度均匀等优点。但是，经研究发现，该类反应器熔体在换热圆管上由于重力作用自上至下下滑速度越来越快，停留时间较短，单位体积流率的熔体所产生的表面积小，成膜效率较低；随着熔体不断下滑可以引起液膜流动过程的不稳定，液膜产生波动，并向下游传播，其中波峰处的液膜较厚，且其速度大于层流膜的速度，不利于缩聚过程的有效脱挥；熔体沿换热管内外层速度有差异，产生轴向返混情况，熔体均化混合不足，停留时间不够均一，分子量分布较宽。因此，如何合理设计缩聚反应器内构件的关键结构，特别是布膜和降膜元件的结构，实现高效缩聚，提高产品品质，是该类降膜缩聚反应器设计优化的关键。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的是提供一种降膜式熔融缩聚反应器，通过合理设计布膜器和降膜元件的关键结构，提高成膜效率，强化熔体的分散和混合，最终提高缩聚效率和产品品质。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种降膜式熔融缩聚反应器，包括立式壳体，连接于立式壳体上端的封头和下端的底壳，封头顶部设有进料口，立式壳体上部设有真空抽气口，底壳底部设有出料口，其特征在于：立式壳体内部上端通过紧固件连接安装柱形箱体，柱形箱体由上盖板、中间隔板和底板分成两层箱体，柱形箱体的上层箱体与传热介质进口相通，柱形箱体的下层箱体与传热介质出口相通，柱形箱体下面还挂有贮料盘；立式壳体内部垂直安装1根或多根降膜元件，降膜元件上端开口下端封闭，上端连接在柱形箱体底板上并与柱形箱体的下层箱体相通，下端悬空，上部穿过贮料盘，并与贮料盘之间形成环状间隙；中心管两端开口，插入降膜元件内，上端连接在柱形箱体中间隔板上并与柱形箱体的上层箱体相通；降膜元件采用波节管或者波纹管，或者降膜元件的上段为波节管或者波纹管，下段为圆管，上段和下段同轴。

在采用上述技术方案的基础上，本实用新型还可采用以下进一步的技术方案：

下端底壳内安装搅拌器，动力从底壳底部传入。

封头与立式壳体由封头连接法兰、连接螺栓连接，立式壳体与底壳由底壳连接法兰、底壳连接螺栓连接，便于拆卸检修、安装。

进料管的上端处于封头外面，下端有多个出口，穿过柱形箱体中的隔套进入到贮料盘的上方，贮料盘采用上下双层结构设计，上层底板为布料板，下层底板为布膜板，布料板和布膜板都开有圆孔，圆孔孔壁与降膜元件之间留有所述环形间隙。

立式壳体内壁设有支架环用于支撑装有降膜元件、贮料盘的柱形箱体。

本实用新型中，波节管由弧形段和直管段交替构成，波峰直径和直管直径之差与弧形段长L₁之比为0.05～1.0；波纹管选择圆弧型波纹管或者缩放型波纹管或者圆弧切线型波纹管或者正弦型波纹管，波峰直径和波谷直径之差与节距L之比为0.05～1.0。上述比值的数值过小，与圆管相比效果不大，反之如果数值过大，熔体容易产生“悬崖式坠落”。