一种聚合反应罐

技术领域

本发明涉及反应容器技术领域，具体涉及一种聚合反应罐。

背景技术

聚合反应是把低分子量的单体转化成高分子量的聚合物的过程，聚合物具有低分子量单体所不具备的可塑、成纤、成膜、高弹等重要性能，在塑料、纤维、橡胶、涂料、黏合剂等领域应用广泛。

聚合反应通常需要加入两种物料，如聚醚反应就需要加入反应料和循环液，为确保反应完全并便于批量化生产，通常会使其中一种料液过量，同时，还会在反应罐内加入催化剂等促使聚合反应发生，由于两种物料的混合程度严重影响聚合反应效率，为提升聚合反应效率，现有的聚合反应罐采用了将两种物料喷向同一中心点的方式，利用对冲使其充分混合，如中国专利CN108295799A就公开了这类聚醚反应器(聚合反应罐)，但该方案在实际使用过程中存在以下问题：

1.循环液喷射装置容易积料，具体地，在停止反应时，横向设置的第二环管内的循环液难以排空，特别是，在出料系统排出的未达到反应要求的物料重复进入循环液喷射装置时，会有一定的反应料残留，这部分反应料与残留的循环液在第二环管内产生聚合反应，当生成物具有一定粘性时，容易堵塞第二环管的喷射口，影响聚合反应罐的后续使用。

2.反应料与循环液仅在反应腔体的中心进行一次碰撞，单位质量的反应料接触到的循环液有限，无法确保碰撞后的混合液内反应料与循环液的占比，同时，下落过程较为迅速，反应时间较短，难以保证混合液下落过程中的反应效果。

3.在反应腔体中心碰撞后的混合液自罐体轴心线下落，与罐体内壁相距较远，下落过程中混合液的温度受罐体影响小，难以通过罐体传热对聚合反应的反应温度进行调控，将聚合反应控制在最佳状态的难度较大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种易于排空、反应效果好、反应效率高的聚合反应罐。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是，聚合反应罐，包括：

罐体，所述罐体沿上下方向延伸，所述罐体包括位于中部的圆筒状罐身、连接在所述罐身顶部的上封头和连接在所述罐身底部的下封头，所述上封头包括呈去头锥筒状的变径管、内径大于所述罐身内径的半球形封头，所述变径管的小头端与所述罐身的顶部相连接，所述半球形封头倒扣在所述变径管上并与所述变径管的大头端相连接，使所述上封头的内腔形成类球形的反应腔，所述下封头为椭圆封头；

进料口，所述进料口包括开设于所述半球形封头上的过量物料进口和反应物料进口，所述过量物料进口位于所述半球形封头的中心，所述反应物料进口有多个并分布在所述过量物料进口的四周；

过量物料喷射组件，所述过量物料喷射组件包括分流管及纵向分布管，所述分流管沿上下方向延伸，所述分流管的顶部与所述过量物料进口同轴连接，所述分流管的底部连接有封板，所述分流管的下端部侧壁开设有用于分流的贯穿孔，所述纵向分布管的上端部与所述贯穿孔对接连通，所述纵向分布管的下端部沿所述上封头的内壁向下延伸，所述纵向分布管朝向所述上封头轴心线的表面设有对准所述半球形封头的球心的喷射口，所述喷射口有多个并间隔分布；

反应物料喷管，所述反应物料喷管位于所述半球形封头内，所述反应物料喷管的上端部与所述反应物料进口对接连通，所述反应物料喷管的下端部向下倾斜延伸，所述反应物料喷管轴心线的延长线经过所述半球形封头的球心；

出料口，所述出料口开设在所述下封头的底部中心，所述出料口与位于所述罐体外侧的出料管同轴对接并相互连通；

所述纵向分布管有多根，多根所述纵向分布管沿所述分流管的轴心线均布，所述纵向分布管的底部连接有分布管封头，所述分布管封头上开设有对准所述罐身内壁的斜向喷孔，所述斜向喷孔的孔径小于所述喷射口的口径，所述分布管封头的最低点位于所述斜向喷孔的下端开口所在的平面；

所述聚合反应罐还包括同轴设置在所述罐身内的锥形分流罩，所述锥形分流罩位于所述罐身的上端部，所述锥形分流罩的最高点低于所述分布管封头，所述锥形分流罩用于将从所述半球形封头球心下落的混合液导向所述罐身的内壁，所述锥形分流罩的边沿与所述罐身的内壁之间具有用于所述混合液通过的间隙。

优选地，在同一所述纵向分布管上，所有所述喷射口的口径和为A，所述斜向喷孔的孔径为B，其中，3％≤B/A≤6％。

优选地，所述斜向喷孔为上小下大的喇叭状喷孔或扇面状喷孔，所述斜向喷孔的孔径为所述斜向喷孔上端开口的口径。

优选地，所述罐身上穿设有催化液管，所述催化液管对准所述锥形分流罩的上表面。

优选地，所述罐身上设有观察窗，所述观察窗的中心高于所述锥形分流罩的最高点，所述观察窗的下沿不低于所述锥形分流罩的最低点。

优选地，所述锥形分流罩包括位于下方的第一锥体和连接在所述第一锥体顶部的第二锥体，所述第一锥体的顶部中心开设有催化液溢流口，所述催化液溢流口通过位于所述第一椎体下方的管道与贯穿所述罐身侧壁的催化液管连通，所述第二锥体与所述第一锥体同轴设置，所述第二锥体通过多根支撑柱支撑在所述第一椎体上，并罩在所述催化液溢流口的上方，多根所述支撑柱沿所述罐身的轴心线均布。

进一步优选地，所述第二锥体的锥度与所述第一椎体的锥度相同，所述第二锥体的底部外径为所述催化液溢流口口径的4至8倍。

优选地，所述出料管内设有防旋涡挡板，所述防旋涡挡板包括若干纵横交错的纵板，相邻的所述纵板围成横截面呈方形的出料通道。

优选地，所述聚合反应器还包括混合液喷射管，所述混合液喷射管沿上下方向延伸，所述混合液喷射管的上端部贯穿所述半球形封头并位于所述过量物料进口一侧，所述混合液喷射管的下端部伸入所述罐身的下端部。

进一步优选地，所述罐身的外壁间隔设置有多个固定耳座。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.通过使纵向分布管有多根，使多根纵向分布管沿分流管的轴心线均布，在纵向分布管底部连接的分布管封头上开设对准罐身内壁的斜向喷孔，使斜向喷孔的孔径小于喷射口的口径，使分布管封头的最低点位于斜向喷孔下端开口所在的平面，在停止反应时，能够使纵向分布管内的物料自发流出，易于排空、不积料，不影响后续使用；在正常反应时，斜向喷孔喷出的物料沿罐身内壁下流，能够在罐身内壁形成不断向下流动的物料层。

2.通过在罐身内同轴设置锥形分流罩，使锥形分流罩位于罐身上端部，使锥形分流罩最高点低于分布管封头，使锥形分流罩边沿与罐身内壁之间具有用于混合液通过的间隙，能够利用锥形分流罩将从半球形封头的球心处下落的混合液导向罐身内壁，与罐身内壁形成的不断向下流动的物料层二次混合，提升过量物料的占比，尽可能地提升单位质量反应物料接触到的过量物料的量，从而提升聚合反应的应效果；同时，由于锥形分流罩的存在，滞留了混合液的下落，变向延长了反应时长，使得聚合反应能够更加充分，反应效果更好。

3.由于二次混合后的混合液沿罐身内壁向下流动，与罐身内壁处于直接接触的状态，能够利用罐身传热对向下流动过程中混合液聚合反应的反应温度进行调控，尽可能地将聚合反应控制在最佳状态，从而提升聚合反应的反应效率。

附图说明

图1是本发明实施例一的主视示意图，为便于观察，局部进行了剖视。

图2是图1的俯视示意图，为便于观察，纵向分布管处进行了透视。

图3是图1中A处的局部放大示意图。

图4是图1中B-B方向的剖视放大示意图。

图5、图6是本发明另外两种实施例的俯视示意图，展示了纵向分布管的分布。

图7是本发明实施例二的主视示意图，为便于观察，局部进行了剖视。

图8是图7中C处的局部放大示意图。

其中：11.罐身；111.催化液管；112.观察窗；12.上封头；121.变径管；122.半球形封头；123.反应腔；13.下封头；21.过量物料进口；22.反应物料进口；31.分流管；311.封板；312.贯穿孔；32.纵向分布管；321.喷射口；322.分布管封头；323.斜向喷孔；40.反应物料喷管；50.出料口；51.出料管；511.防漩涡挡板；512.纵板；513.出料通道；60.锥形分流罩；61.间隙；62.第一锥体；621.催化液溢流口；622.管道；63.第二锥体；631.支撑柱；70.混合液喷射管；80.固定耳座；90.调温夹套；91.调温液出口；92.调温液进口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解。

本发明中描述的上下方向是指图1中的上下方向。

实施例一

如图1至4所示，本发明提供的聚合反应罐，包括：罐体、进料口、过量物料喷射组件、反应物料喷管40、出料口50、锥形分流罩60，其中，罐体沿上下方向延伸，罐体包括位于中部的圆筒状罐身11、连接在罐身11顶部的上封头12和连接在罐身11底部的下封头13，上封头12包括呈去头锥筒状的变径管121、内径大于罐身11内径的半球形封头122，变径管121的小头端与罐身11的顶部相连接，半球形封头122倒扣在变径管121上并与变径管121的大头端相连接，使上封头12的内腔形成类球形的反应腔123，下封头13为椭圆封头；进料口包括开设于半球形封头122上的过量物料进21口和反应物料进口22，过量物料进口21位于半球形封头122的中心，反应物料进口22有两个并分布在过量物料进口21的四周；过量物料喷射组件包括分流管31及纵向分布管32，分流管31沿上下方向延伸，分流管31的顶部与过量物料进口21同轴连接，分流管31的底部连接有封板311，分流管31的下端部侧壁开设有用于分流的贯穿孔312，纵向分布管32的上端部与贯穿孔312对接连通，纵向分布管32的下端部沿上封头12的内壁向下延伸，并延伸至变径管121的小头端，纵向分布管32朝向上封头12轴心线的表面设有对准半球形封头122球心的喷射口321，喷射口321有七个并间隔分布；反应物料喷管40位于半球形封头122内，反应物料喷管40的上端部与反应物料进口22对接连通，反应物料喷管40的下端部向下倾斜延伸，反应物料喷管40轴心线的延长线经过半球形封头122的球心，使反应物料喷管40下端部的开口对准半球形封头122的球心；出料口50开设在下封头13的底部中心，出料口50与位于罐体外侧(下封头13下方)的出料管51同轴对接并相互连通；在本实施例中，纵向分布管32有四根(在其他实施例中，如图5和图6所示，纵向分布管32也可以有六根或八根)，这四根纵向分布管32沿分流管31的轴心线均布，每根纵向分布管32的底部均连接有分布管封头322，分布管封头322上开设有对准罐身11内壁的斜向喷孔323，斜向喷孔323的孔径小于喷射口321的口径，使得斜向喷孔323喷出的物料能够沿罐身11内壁下流，从而在罐身11内壁形成不断向下流动的物料层，分布管封头322的最低点位于斜向喷孔323的下端开口所在的平面；锥形分流罩60同轴设置在罐身11内并位于罐身11的上端部，锥形分流罩60的最高点低于分布管封头322，锥形分流罩60用于将从半球形封头122球心下落的混合液导向罐身11的内壁，锥形分流罩60的边沿与罐身11的内壁之间具有用于该混合液通过的间隙61。

这样设置的好处在于：

1.在停止反应时，能够使纵向分布管内的物料自发流出，易于排空、不积料，不影响后续使用；在正常反应时，斜向喷孔喷出的物料沿罐身内壁下流，能够在罐身内壁形成不断向下流动的物料层。

2.能够利用锥形分流罩将从半球形封头的球心处下落的混合液导向罐身内壁，与罐身内壁形成的不断向下流动的物料层二次混合，提升过量物料的占比，尽可能地提升单位质量反应物料接触到的过量物料的量，从而提升聚合反应的应效果；同时，由于锥形分流罩的存在，滞留了混合液的下落，变向延长了反应时长，使得聚合反应能够更加充分，反应效果更好。

3.由于二次混合后的混合液沿罐身内壁向下流动，与罐身内壁处于直接接触的状态，能够利用罐身传热对向下流动过程中混合液聚合反应的反应温度进行调控，尽可能地将聚合反应控制在最佳状态，从而提升聚合反应的反应效率。

在同一纵向分布管32上，所有喷射口321的口径和为A，斜向喷孔323的孔径为B，为了控制从喷射口321喷出的物料量，使得正常反应时，喷射口321喷出的物料能够顺利抵达半球形封头122球心进行混合，优选地，3％≤B/A≤6％，在本实施例中，每个喷射口321的口径为20mm，斜向喷孔323的孔径为7mm，B/A＝5％。

为进一步提升物料层(斜向喷孔323喷出的物料在罐身11内壁形成的)在罐身11周向方向上的宽度，尽肯能地使物料层在周向方向上布满罐身11内壁，在本实施例中，斜向喷孔323为上小下大的喇叭状喷孔，斜向喷孔323的孔径为斜向喷孔323上端开口的口径，在其他实施例中，斜向喷孔323也可以为扇面状喷孔。

为方便注入催化液，在本实施例中，罐身11上穿设有催化液管111，催化液管111的喷口高于锥形分流罩60的边沿，催化液管11的喷口对准锥形分流罩60的上表面。

为便于观察混合液从半球形封头122球心下落到锥形分流罩60上的情况，在本实施例中，罐身11上设有观察窗112，观察窗112的中心高于锥形分流罩60的最高点，观察窗112的下沿不低于锥形分流罩60的最低点，观察窗112的大小及位置以能够观察到锥形分流罩60顶部及边沿为好。

为避免出料时出现漩涡，在本实施例中，出料管51内设有防旋涡挡板511，防旋涡挡板511包括若干纵横交错的纵板512，相邻的纵板512围成横截面呈方形的出料通道513。

在本实施例中，该聚合反应器还包括混合液喷射管70，混合液喷射管70沿上下方向延伸，混合液喷射管70的上端部贯穿半球形封头122并位于过量物料进口30一侧，混合液喷射管70的下端部贯穿锥形分流罩60并伸入罐身11的下端部。

为便于吊运，在本实施例中，罐身11的外壁间隔设置有多个固定耳座80，为便于环境控制及检测，半球形封头122及罐身11上还设有用于连接压力检测器的压力检测接口、用于连接真空管道的真空接口、用于连接氮气管道的氮气接口等接口。

需要说明的是，在本实施例中，锥形分流罩60可以通过现有的支撑结构与罐身11内壁连接，以实现同轴悬空的设置效果。

实施例二

如图7和图8所示，实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，锥形分流罩60结构不同，具体来说，实施例二中的锥形分流罩60包括位于下方的第一锥体62和连接在第一锥体62顶部的第二锥体63，第一锥体62的顶部中心开设有催化液溢流口621，催化液溢流口621通过位于第一椎体62下方的管道622与贯穿罐身11侧壁的催化液管111连通，为便于连接，催化液管111位于锥形分流罩60下方，第二锥体63与第一锥体62同轴设置，第二锥体63通过多根支撑柱631支撑在第一椎体62上，并罩在催化液溢流口621的上方，多根支撑柱631沿罐身11的轴心线均布。

这样设置的好处在于，能够方便地将催化液导向锥形分流罩的表面，并使之沿锥形分流罩的表面均匀下流，从而与从半球形封头球心处掉落的混合液均匀混合，提升聚合反应的反应效率。

优选地，第二锥体63的锥度与第一椎体62的锥度相同，第二锥体63的底部外径为催化液溢流口621口径的4至8倍，在本实施例中，第二锥体63的底部外径为150mm，催化液溢流口621的口径为25mm，第二锥体63的底部外径为催化液溢流口621口径的6倍。

另外，在本实施例中，为提升对聚合反应的调温能力，罐身11外壁设有调温夹套90，调温夹套90的上端不高于第一锥体60，调温夹套90的下端向下延伸至下封头13，调温夹套90上端部设有调温液出口91、下端部设有调温液进口92。

需要说明的是，在使用时，本实施例可先开启催化液管11，使催化液均布第一锥体62的上表面并下流，再开启过量物料进口21通入过量物料，使过量物料在罐身11内壁形成向下流动的物料层，再开启反应物料进口22送入反应物料，以尽可能地提升反应效果及反应效率；在停止使用时，先关闭反应物料进口22，再关闭过量物料进口21，最后停止输送催化液，并将催化液沿催化液管111反向抽出，以方便下次使用。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。