丙烯酸丁酯反應(yīng)器噴淋裝置設(shè)計(jì)改造

張欣欣 于東林 常福成

（1.吉林石化公司 吉林吉林 2.吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 吉林吉林）

一、前言

丙烯酸丁酯應(yīng)用廣泛，在工業(yè)上多采用丙烯酸與丁醇在濃硫酸催化下酯化合成。一般工藝是原料丁醇經(jīng)脫水塔流入第一酯化反應(yīng)器，原料丙烯酸和催化劑在管道混合后經(jīng)換熱器加熱后進(jìn)入第一酯化反應(yīng)器與丁醇混合后，依次經(jīng)過(guò)兩個(gè)串聯(lián)著的反應(yīng)器，兩臺(tái)反應(yīng)器采用低壓蒸汽加熱，反應(yīng)生成的水和未反應(yīng)的丁醇一起被蒸餾至脫水塔，丁醇通過(guò)脫水塔自流至第一反應(yīng)器循環(huán)使用，直至丙烯酸轉(zhuǎn)化為丙烯酸丁酯的反應(yīng)在第二酯化反應(yīng)器B區(qū)內(nèi)完成，反應(yīng)后的粗液進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)提純，工藝流程如圖1所示。反應(yīng)器內(nèi)部氣相空間物料冷凝后因無(wú)阻聚劑而易發(fā)生聚合。噴淋裝置作用在于物料發(fā)生相變過(guò)程后，防止物料在反應(yīng)器頂部長(zhǎng)時(shí)間停留、積聚而引發(fā)聚合。原內(nèi)置式噴淋裝置因無(wú)法在線清理堵塞的噴嘴和管線，而必須裝置停車(chē)處理。

二、操作與運(yùn)行維護(hù)特點(diǎn)

丁酯單元反應(yīng)器設(shè)置有噴淋管，改造前反應(yīng)器噴淋管線為反應(yīng)器出料泵脫氣管線，管線經(jīng)反應(yīng)器上部進(jìn)入，沿反應(yīng)器軸向布置噴淋管線，分接噴淋接頭，如圖2所示。由于噴淋物為反應(yīng)物料（介質(zhì)：丙烯酸丁酯+丁醇+丙烯酸），反應(yīng)器頂部空間氣相易發(fā)生相變而比較容易聚合，造成噴淋孔堵塞，使生產(chǎn)工藝不平穩(wěn)，控制與操作難度加大；由于反應(yīng)器噴嘴為固定內(nèi)裝式，正常開(kāi)車(chē)時(shí)無(wú)法拆卸清洗，一旦堵塞就需要停車(chē)處理，噴淋孔清理比較困難，同時(shí)清理過(guò)程會(huì)造成物料損失嚴(yán)重。

圖2 改造前反應(yīng)器噴淋布置

圖1 丙烯酸丁酯的工藝流程

三、改造方案

將原來(lái)單元反應(yīng)器噴淋主管線移到反應(yīng)器外，外置的噴淋主管線為加接管線，不再使用原來(lái)的脫氣管線；每個(gè)噴淋頭單獨(dú)接外置的噴淋支管線；原來(lái)噴淋裝置只在主管線安裝一塊壓力表，改為每個(gè)噴淋頭支管線安裝壓力表和閥門(mén)；在噴淋管線進(jìn)入反應(yīng)器處開(kāi)孔接噴淋管，并安裝法蘭，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)（接管補(bǔ)強(qiáng)）；帶法蘭的補(bǔ)強(qiáng)管作為噴淋管進(jìn)入反應(yīng)器的套管，噴淋管加裝帶有密封結(jié)構(gòu)的法蘭和補(bǔ)強(qiáng)接管法蘭對(duì)接。改造后的噴淋布置如圖3所示。

圖3 改造后反應(yīng)器噴淋布置

四、方案實(shí)施

由工藝可知，所需噴淋壓力為0.3 MPa，溫度90℃，噴淋物料量2600 kg/h。經(jīng)工藝核算，在反應(yīng)A區(qū)裝4個(gè)噴淋量為300 kg/h的噴淋頭，B區(qū)裝2個(gè)噴淋量為700 kg/h的噴淋頭；噴淋頭選用316L制造，噴淋角度120°，噴嘴距反應(yīng)器高度350 mm。噴嘴與DN15的支管線使用外螺紋連接，為便于檢修安裝，噴嘴最大尺寸不超過(guò)反應(yīng)器接管補(bǔ)強(qiáng)套管內(nèi)徑35 mm?？倗娏芄馨惭b壓力表和流量計(jì)。噴淋支管線與反應(yīng)器開(kāi)孔法蘭的對(duì)接密封結(jié)構(gòu)如圖4所示。

改造后，為方便巡檢和維護(hù)檢修，原有反應(yīng)器平臺(tái)做相應(yīng)改造。改造后的反應(yīng)器噴淋裝置及平臺(tái)如圖5所示。

圖4 對(duì)接法蘭密封結(jié)構(gòu)

圖5 改造后的反應(yīng)器噴淋裝置及平臺(tái)

五、改造效果

改造后，每個(gè)噴嘴外置支管線安裝有壓力表，噴嘴是否堵塞，從每個(gè)支管線的壓力表壓力情況來(lái)判斷比較容易。當(dāng)某個(gè)噴嘴堵塞，不需要停車(chē)，可以經(jīng)帶密封的補(bǔ)強(qiáng)套管取出噴嘴，對(duì)堵塞的噴嘴進(jìn)行清洗或更換。改造后反應(yīng)器噴淋管線運(yùn)行良好，聚合物較少，運(yùn)行周期延長(zhǎng)至10個(gè)月（原3個(gè)月），全年可減少停車(chē)2次（原3～4次）。全年增加丁酯產(chǎn)量324 t。減少清理過(guò)濾器造成的物料損失15.9 t。以丙烯酸丁酯每噸平均銷(xiāo)售價(jià)格8200元計(jì)算,全年創(chuàng)效益278.71萬(wàn)元。