一種撞擊流混合反應器的製作方法

2023-09-20 09:39:30 1

本實用新型涉及一種用於液-液非均相反應體系的反應裝置，特別是一種撞擊流混合反應器，屬於石油化工、精細化工領域設備。

背景技術：

反應器是化工生產過程中的核心設備，反應器對各反應物料之間傳質的效果影響巨大，是影響產品質量和生產效率的重要因素。當液相中發生化學反應時，常存在平行或連串競爭反應，反應的中間產物或終產物會與原料中的某組份進一步發生反應，使反應原料之間的初始混合效果極大地影響反應的速率、選擇性和收率，並同時影響生產過程的設計、能耗和生產成本。所以設計高效的液-液混合設備，實現液-液間的初始快速混合，對於提高反應速率、減少副反應、降低能耗和生產成本具有重要意義。

液-液混合的機理主要有層流混合和湍流混合。工業生產中，為了促進不同反應物及催化劑之間的充分混合，常利用湍流混合原理，採用的設備主要有攪拌反應釜、射流噴射混合器、撞擊流混合器、靜態混合器等。其中，最常用的反應器是帶有攪拌裝置的間歇釜式反應器，但這種反應器的缺點是內部返混不均勻，攪拌效率不高，不適合連續操作。

工業上常涉及液-液非均相化學反應，反應的效果取決於非均相液體之間是否能夠有效分散和混合。特別是採用濃硫酸、磷酸等無機液體酸或離子液體作為催化劑進行的芳烴烷基化反應，催化劑與反應物料是否能夠良好混合對反應的收率和選擇性起著決定性作用。為了強化非均相物料間的傳質傳熱效果，撞擊流反應器及其擴展裝置應運而生。然而，多數撞擊流反應器是在導流筒內設置螺旋槳結構，使不同方向的流體加速對向碰撞，但因螺旋槳的電機軸為懸臂結構，導致裝置運行中不穩定並易損傷，縮短了反應器的使用壽命；另一解決方式是利用循環泵和一組或多組噴嘴使液體對向噴射撞擊，雖然增強了混合效果和反應器穩定性，但現有設計不能實現不同反應原料之間按不同比例混合，即不能調控反應原料之間反應的摩爾比。對於無機液體酸或離子液體催化的烷基化反應，需要在接觸區有較大的不同原料間的摩爾比，並且需要較大的催化劑濃度，這樣才能更好的提高反應的選擇性，減少副反應的發生，現有設計都難以解決這一問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了提供一種解決上述問題的撞擊流混合反應器，結構設計合理、使用可靠，顯著提高反應效率、反應選擇性和反應收率，減少副反應的發生。

本實用新型的技術方案是：

一種撞擊流混合反應器，包括反應釜，其特徵在於：所述反應釜上部為圓柱體狀、下部為倒錐體狀，所述反應釜內對稱設有兩個文丘裡噴嘴，兩個文丘裡噴嘴的噴口相對且分別為重組分循環口和輕組分循環口，所述反應釜內另設有橫向布置的圓筒狀撞擊腔，所述重組分循環口和輕組分循環口被圓筒狀撞擊腔環繞其中，所述反應釜上部設有第一物料入口，設置所述輕組分循環口的文丘裡噴嘴的側壁上開設有第二物料入口，設置所述重組分循環口的文丘裡噴嘴的側壁上開設有催化劑入口，所述反應釜底部由上至下依次設有用於控制重組分物料循環的閥體Ⅰ、用於控制反應後物料排放的閥體Ⅱ，所述閥體Ⅰ的出口和設置所述重組分循環口的文丘裡噴嘴之間設有重組分循環泵和循環管線，所述反應釜中部對應物料液面以下的位置與設置所述輕組分循環口的文丘裡噴嘴之間設有輕組分循環泵和循環管線。

上述的撞擊流混合反應器，所述反應釜頂部中心設有備用口，以方便檢修和其他用途。

上述的撞擊流混合反應器，所述反應釜頂部另設有安全洩放口，以洩放反應過程中有可能產生的內部壓力，保證設備在安全壓力範圍內運行。

上述的撞擊流混合反應器，所述反應釜內下部設有通入冷媒或熱媒的換熱器管，用於物料的加熱或反應熱的排除，有效控制反應溫度在合理範圍，保證產品質量。

上述的撞擊流混合反應器，所述換熱器管呈螺旋管狀。

上述的撞擊流混合反應器，所述圓筒狀撞擊腔的中心線與兩個文丘裡噴嘴的軸心線重合。

本實用新型的有益效果是：

1、反應器通過兩個文丘裡噴嘴將反應釜內的輕重組分物料高速噴出對向撞擊，增加了液-液接觸面積，同時在文丘裡噴嘴外周設置撞擊腔，使物料通過文丘裡噴嘴撞擊後再與撞擊腔側壁形成多次撞擊，增強了物料之間的碰撞，進一步促進了液液之間混合，增加了液-液接觸面積，有效提高了反應效率。

2、反應器通過兩個文丘裡噴嘴的側管(第二物料入口和催化劑入口)分別輸入烷基化的兩種新鮮原料，用於調控原料摩爾比，另通過輕、重組分的循環，增加了液體碰撞區物料之間摩爾比和催化劑濃度，有效提高了反應選擇性，其中輕組分主要是芳烴類物料，重組分主要是催化劑，有效提高了撞擊區催化劑濃度，提高了反應收率。

3、反應釜底部設計成倒錐體狀，有利於輕重組分下降分離，有利於重組分物料的沉降，提高了催化劑在反應器底部的濃度，由於催化劑在反應器底部的濃度大，從而增加了碰撞區的催化劑濃度。

4、適用於液-液多相反應，如濃硫酸或離子液體催化的二甲苯-苯乙烯烷基化反應等，實現了兩種或兩種以上物料與催化劑之間的碰撞混合和快速反應。

5、結構穩定，使用壽命長。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖中：1.反應釜、2.輕組分循環泵、3.循環管線、4.文丘裡噴嘴、5.第二物料入口、6.安全洩放口、7.輕組分循環口、8.備用口、9.撞擊腔、10.重組分循環口、11.第一物料入口、12.催化劑入口、13.文丘裡噴嘴、14.循環管線、15.換熱器管、16.重組分循環泵、17.閥體Ⅰ、18.閥體Ⅱ。

具體實施方式

如圖1所示，該撞擊流混合反應器，包括反應釜1，所述反應釜1上部為圓柱體狀、下部為倒錐體狀。所述反應釜1內對稱設有兩個文丘裡噴嘴13、4，兩個文丘裡噴嘴13、4的噴口相對且分別為重組分循環口10和輕組分循環口7，所述反應釜1內另設有橫向布置的圓筒狀撞擊腔9，所述重組分循環口10和輕組分循環口7被圓筒狀撞擊腔9環繞其中，所述圓筒狀撞擊腔9的中心線與兩個文丘裡噴嘴4、13的軸心線重合。所述反應釜1上部設有第一物料入口11，用於投入所需摩爾數較大的第一物料，設置所述輕組分循環口7的文丘裡噴嘴4的側壁上開設有第二物料入口5，用於加入所需摩爾數較小的第二物料，設置所述重組分循環口10的文丘裡噴嘴13的側壁上開設有催化劑入口12，用於補充新鮮催化劑。所述反應釜1底部由上至下依次設有用於控制重組分物料循環的閥體Ⅰ17、用於控制反應後物料排放的閥體Ⅱ18，所述閥體Ⅰ17的出口和設置所述重組分循環口10的文丘裡噴嘴13之間設有重組分循環泵16和循環管線14，所述反應釜1中部對應物料液面以下的位置與設置所述輕組分循環口7的文丘裡噴嘴4之間設有輕組分循環泵2和循環管線3，即輕組分循環泵2的入口管線始終處於反應物料液面以下，重組分循環泵16的入口管線位於閥體Ⅰ17和閥體Ⅱ18之間。

為方便檢修和其他用途，所述反應釜1頂部中心設有備用口8。為洩放反應過程中有可能產生的內部壓力，保證設備在安全壓力範圍內運行，所述反應釜1頂部另設有安全洩放口6。為加熱物料或排除反應熱，所述反應釜1內下部設有通入熱媒或冷媒的換熱器管15，從而有效控制反應溫度在合理範圍，保證產品質量，本實施例中，所述換熱器管15呈螺旋管狀。

工作過程：首先，在保持反應釜1底部的閥體Ⅰ17和閥體Ⅱ18關閉狀態下，將第一物料通過第一物料入口11加入反應釜1，其中第一物料為反應物料中所需摩爾數較大的物料，加料完畢後，關閉第一物料入口11，打開閥體Ⅰ17，開啟重組分循環泵16和輕組分循環泵2，並按比例通過催化劑入口12吸入催化劑、通過第二物料入口5吸入第二物料，物料再經輕組分循環口7和重組分循環口10在撞擊腔9內碰撞，這樣可以保證撞擊腔9內有較大的第一物料與第二物料摩爾比，並和催化劑較好接觸；碰撞完畢的液體靠重力沉降，由於催化劑比重大，在反應釜1底部富集，並經由重組分循環泵16再次循環進入撞擊腔9；反應需要控溫時可通過換熱器管15通入冷媒或熱媒實現；催化劑和第二物料連續加入反應體系，加完後，再反應一段時間，中控分析合格後可停止反應，關閉重組分循環泵16和輕組分循環泵2，並打開反應釜1底部的閥體Ⅰ17和閥體Ⅱ18，放出物料。