一种列管式反应装置及其应用
阅读说明：本技术 一种列管式反应装置及其应用 (Tube array type reaction device and application thereof ) 是由 王存申 杨法磊 赵希合 朱敬伟 李玉超 刘玉伟 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本公开属于化学反应装置技术领域,具体涉及一种列管式反应装置及其应用。一种列管式反应装置,反应器筒体之间通过反应器物料联通管连接形成循环反应床列管式反应装置；所述反应器筒体内部包括并列设置的多个反应器列管,各个反应器列管之间的空间为反应器壳层结构,反应器列管内部为反应器管层结构。该装置的反应物料与换热介质充分接触,解决了管式反应器传热效果差导致扩产需多套并联及扩大管径的问题。(The disclosure belongs to the technical field of chemical reaction devices, and particularly relates to a tubular reaction device and application thereof. A shell and tube reactor, wherein reactor cylinders are connected through a reactor material communicating pipe to form a circulating reaction bed shell and tube reactor; the reactor barrel comprises a plurality of reactor tubes arranged in parallel, the space between the reactor tubes is of a reactor shell structure, and the reactor tubes are arranged inside the reactor tubes. The reaction materials of the device are fully contacted with the heat exchange medium, so that the problems that the heat transfer effect of the tubular reactor is poor, so that the production expansion needs to be realized by a plurality of sets of parallel connection and the pipe diameter is enlarged are solved.)
技术领域
本公开属于化学反应装置技术领域，具体涉及一种列管式反应装置及其应用。
背景技术
公开该
背景技术
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。N-甲基吡咯烷酮，别名:NMP；1-甲基-2吡咯烷酮；N-甲基-2-吡咯烷酮。无色透明油状液体，微有胺的气味。能与水、醇、醚、酯、酮、卤代烃、芳烃和蓖麻油互溶。挥发度低，热稳定性、化学稳定性均佳，能随水蒸气挥发。有吸湿性，对光敏感。作为锂电生产不可或缺的有机溶剂，N-甲基吡咯烷酮(NMP)可用于溶解正极粘结剂PVDF，以及作锂电池碳纳米管导电浆料(CNT)的扩散液，分别影响涂布质量/效果、改善锂电池能量密度，具有沸点高、溶解力出众、挥发度低、选择性强、热稳定性好、吸湿性强等特性。
目前，NMP主要是通过GBL与一甲胺反应生产。现有的NMP反应器主要为两种：套管式反应器和油浴式反应器。油浴式反应器占地面积大、投资高；且导热油用量大，流动性差，调温滞后。套管式反应器单套生产能力有限，现提产多采用多套并联；如采用套管加粗提高产能，将导致换热效果差，导致副反应产生，直接影响了NMP的产量及产品质量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，提高导热换热效果，并降低副反应，从而提高NMP的产量和产品质量，本公开提供了一种列管式反应装置及其应用，该装置的反应物料与换热介质充分接触，解决了管式反应器传热效果差导致扩产需多套并联及扩大管径的问题。
具体地，本公开的技术方案如下所述：
在本公开的第一方面，一种列管式反应装置，反应器筒体之间通过反应器物料联通管连接形成循环反应床列管式反应装置；所述反应器筒体内部包括并列设置的多个反应器列管，各个反应器列管之间的空间为反应器壳层结构，反应器列管内部为反应器管层结构。
在本公开的第二方面，一种生产工艺，基于所述的列管式反应装置，反应物料由反应物料入口进入反应器管层结构，换热介质由换热介质入口进入反应器壳层结构；所述反应物料与换热介质逆向换热。
在本公开的第三方面，所述的列管式反应装置和/或所述的生产工艺在制备化学品领域中的应用。
本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：
(1)、本公开使用列管式反应器，反应物料与导热油充分接触，确保换热效果。解决了现有技术管式反应器扩产需多套并联及扩大管径导致传热效果差的问题。
(2)、本公开相比于现有的筒体结构，使用多套列管式反应器串行连接，反应物料与导热油充分接触，提高了换热效果，同时，延长了反应流程，保证停留时间，有效减少了占地面积。
(3)、由于NMP在生产过程中，反应分步进行且为可逆反应，使用传统的反应器，很容易导致产生大量的副产物，而采用本公开的反应器，则避免了副产物的产生。不仅如此，传统的管式反应器，导热油流动性差，可逆反应的产生，还会导致NMP的产率降低，而本公开反应器由于不同列管之间的作用，反应物料与导热油充分接触，提高了换热效果，极大的提高了NMP的产率，由原来的97％提高到99％以上。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
以下，结合附图来详细说明本公开的实施方案，其中：
图1：为实施例1的列管式反应装置的结构示意图。
图2：为图1中反应器筒体的剖面图；
其中，1-反应物料入口、2-反应产物出口、3-换热介质入口、4-换热介质出口、5-反应器列管、6-反应器物料联通管、7-换热介质连通管、8-隔热层、9-反应器筒体、10-反应器壳层结构、11-反应器管层结构。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本公开。应理解，这些实施例仅用于说明本公开而不用于限制本公开的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
目前，传统生产工艺NMP反应器主要为套管式反应器和油浴式反应器。油浴式反应器占地面积大、投资高；且导热油用量大，流动性差，调温滞后。套管式反应器单套生产能力有限，套管加粗提高产能，将导致换热效果差，导致副反应产生，直接影响了NMP的产量及产品质量。为此，本公开提供了一种列管式反应装置及其应用。
在本公开的一种实施方式中，一种列管式反应装置，反应器筒体之间通过反应器物料联通管连接形成循环反应床列管式反应装置；所述反应器筒体内部包括并列设置的多个反应器列管，各个反应器列管之间的空间为反应器壳层结构，反应器列管内部为反应器管层结构。
区别于现有的管式反应器，该列管式反应装置的反应器筒体内部设置若干反应器列管，这种结构的反应器具有独特的尤其是。各个反应器列管之间的空间为换热介质提供充足的流通通道，而且，反应器列管之间容易形成压差，有利于提高换热介质的均匀性流动，均匀换热有助于避免副产物的生成。
在本公开的一种实施方式中，所述反应器壳层结构用于导入换热介质；所述反应器管层结构用于导入反应物料。通过逆向换热，有助于确保换热效果。多个列管反应器管层串行连接，延长了换热时间。
在本公开的一种实施方式中，换热介质入口设置在反应产物出口附近，换热介质出口设置在反应物料入口附近。例如，为了提高换热效果，反应物料由反应器左侧入口进入反应器管层结构，换热介质由反应器换热介质入口进入反应器壳层结构，换热介质入口位于反应器筒体下部，靠近反应产物出口位置。这种结构设置，能够充分提高换热时间，提高换热效果。
在本公开的一种实施方式中，反应器筒体数量为3-6段；反应器筒体之间连接有换热介质连通管；所述换热介质连通管与反应器壳层结构连通，保证了换热效果的高效性。
在本公开的一种实施方式中，反应器筒体还设置有隔热层，隔热层降低热量损失，提高热量利用率，降低成本。
在本公开的一种实施方式中，一种生产工艺，基于所述的列管式反应装置，反应物料由反应物料入口进入反应器管层结构，换热介质由换热介质入口进入反应器壳层结构；所述反应物料与换热介质逆向换热。
在本公开的一种实施方式中，所述反应物料选自N-乙基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮、N-苄基吡咯烷酮、N-苯基吡咯烷酮或N-甲基吡咯烷酮。N-甲基吡咯烷酮在反应过程中，由于分步反应速度慢且受平衡控制，会导致反应时间延长及逆反应产生，相比于其他化学品，制备更加困难，对于反应器装置要求更高。而采用上述装置，能够很好的避免由于NMP特点带来的弊端。
在本公开的一种实施方式中，所述反应物料为N-甲基吡咯烷酮。
在本公开的一种实施方式中，所述换热介质选自蒸汽、熔盐、碱金属或导热油；优选的，为导热油。对于换热介质的选择，可以基于实际需要进行选择。但是，这种装置结构对于导热油更适用。
在本公开的一种实施方式中，所述的列管式反应装置和/或所述的生产工艺在制备化学品领域中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
如图1、2，一种列管式反应装置，反应器筒体9之间通过反应器物料联通管6连接形成循环反应床列管式反应装置；其中，各个反应器列管5之间的空间为反应器壳层结构10，反应器列管内部为反应器管层结构11。反应器筒体9数量为3段，反应器筒体9之间连接有换热介质连通管7；所述换热介质连通管7与反应器壳层结构10连通，反应物料出口2靠近换热介质入口3，反应物料入口1与反应器管层结构11连接。为了提高换热效果，在反应器筒体9上还设置有隔热层8。
实施例2：
一种生产工艺，采用实施例1的列管式反应装置，反应物料NMP由反应物料入口进入反应器管层结构，换热介质导热油由换热介质入口进入反应器壳层结构；所述反应物料与换热介质逆向换热。这种生产工艺，能够最大程度的避免副产物的生产，提高产率并提高换热效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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