用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊及其裝填方法與流程

2023-05-14 21:51:46

本發明屬於微連續流體器件領域，公開了一種用於微通道反應器內構件及其裝填方法。
背景技術：
：微通道反應器是一種藉助於特殊微加工技術的新型反應器，具有返混小、傳質傳熱效率高、反應時間與反應溫度便於控制、易於放大等特徵。但微通道加工難度大，製作成本高，因此開發簡單的微通道構件加工方法，降低微通道反應器的成本是急需要解決的難題。CN105396528A公開了一種具有防腐性能的微通道反應器，該反應器結構緊湊、密封簡單、加工難度小、換熱和反應效率高、可移動、可實現成套設備微型化。CN105126721A公開一種帶有冷卻系統的非疊層結構微反應器，可進行拆卸清洗和系統冷卻，有效防止微反應器微通道的堵塞和微反應器裝置的局部過熱。CN102421515A公開了一種送液量小、混合性能高的微反應器，通過至少一次的流體分割混合來實現流體的均勻混合與快速反應。已經公開的專利致力於增加防腐性能、提高傳熱傳質速率及強化流體的混合與分布，未能有效的降低微通道反應器的加工成本。技術實現要素：針對微通道反應器製作成本高的缺陷，本發明公開了一種用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊及其裝填方法，可精準控制反應溫度，提高傳質速率與宏觀反應速率。微通道構件具有耐酸，耐腐蝕性能，可實現高效、節能、安全、低碳和環保的連續化生產。為解決上述技術問題，本發明是這樣實現的。一種用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊，它包括纖維布、框架、支撐筋、穿釘及纖維捻;所述支撐筋與框架活動相接；所述纖維布通過框架立柱及支撐筋實現多層摺疊；所述纖維布始端及終端通過纖維捻與框架固定相接；所述穿釘穿過纖維布。作為一種優選方案，本發明所述框架為圓鋼構成的長方體，長度為200～1000mm，寬度為200～1000mm，高度為200～1000mm，圓鋼直徑為3～30mm。進一步地，本發明在所述框架頂部兩根平行的橫梁下方設置若干圓環，圓環內徑為3～20mm，圓環間距為100～500mm；所述穿釘端部與圓環固定相接。進一步地，本發明所述支撐筋為圓鋼或鋼絲，兩端做成彎鉤，搭載在框架非設置圓環的上下兩根橫梁之上；支撐筋直徑為2～10mm，長度與框架高度相同。進一步地，本發明所述穿釘為圓鋼或鋼絲製成，直徑略小於所述圓環內徑，差值為2～5mm，長度與框架寬度相同；穿釘兩端設置螺紋，螺紋長度為5～20mm。進一步地，本發明所述纖維布由膨化纖維編織而成，具有緻密孔隙狀結構；骨架密度為0.1～3.0g/mL，平均直徑為10～240μm，比表面積為0.1～30m2/g。上述用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊的裝填方法，可按如下步驟進行。A、稱取膨化纖維，加工製成寬度與框架高度相同的纖維布。B、利用纖維捻將纖維布始端縫製在框架中的一根立柱上，將纖維布依次繞過框架對面立柱與各個支撐筋實現多層摺疊後，使用纖維捻將纖維布終端縫製固定。C、每摺疊一次，將穿釘穿過該層纖維布，摺疊完成之後，將穿釘兩端鎖死在框架頂部橫梁下方的圓環之上，並均勻分布橫梁之上的支撐筋。本發明上述纖維布厚度優選0.5～20mm。通過改變纖維模塊的填充率，可靈活的調控反應過程的壓降與物料停留時間。若異丁烷或注入反應器的惰性製冷劑的飽和蒸汽壓接近反應器的平均壓力，此時反應器壓降的變化，可用於調整異丁烷或惰性取熱介質的汽化量，精準調控反應溫度。與現有技術相比，本發明具有的優點和積極效果是：使用模塊化的纖維填料作為微通道構件，降低了微通道反應器的製作成本；反應物料與催化劑實現膜接觸，提高傳質速率與宏觀反應速率；通過改變纖維模塊的填充率，可靈活的調控反應過程的壓降與物料停留時間，並精準控制反應溫度。本發明的微通道構件模塊具有耐酸，耐腐蝕性能，可實現高效、節能、安全、低碳和環保的連續化生產。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。本發明的保護範圍不僅局限於下列內容的表述。圖1為本發明用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊結構示意圖。圖2為本發明用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊裝填方法示意圖。圖中：1、纖維布；2、框架；3、支撐筋；4、穿釘；5、纖維捻；6、反應區；7、死區。具體實施方式如圖所示，用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊，包括纖維布1、框架2、支撐筋3、穿釘4及纖維捻5;所述支撐筋3與框架2活動相接；所述纖維布1通過框架2立柱及支撐筋3實現多層摺疊；所述纖維布1始端及終端通過纖維捻5與框架2固定相接；所述穿釘4穿過纖維布1。本發明所述框架2為圓鋼構成的長方體，長度為200～1000mm，寬度為200～1000mm，高度為200～1000mm，圓鋼直徑為3～30mm。本發明在所述框架2頂部兩根平行的橫梁下方設置若干圓環，圓環內徑為3～20mm，圓環間距為100～500mm；所述穿釘4端部與圓環固定相接。本發明所述支撐筋3為圓鋼或鋼絲，兩端做成彎鉤，搭載在框架2非設置圓環的上下兩根橫梁之上；支撐筋3直徑為2～10mm，長度與框架高度相同。本發明所述穿釘4為圓鋼或鋼絲製成，直徑略小於所述圓環內徑，差值為2～5mm，長度與框架寬度相同；穿釘兩端設置螺紋，螺紋長度為5～20mm。本發明所述纖維布1由膨化纖維編織而成，具有緻密孔隙狀結構；骨架密度為0.1～3.0g/mL，平均直徑為10～240μm，比表面積為0.1～30m2/g。上述用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊的裝填方法，可按如下步驟進行。A、稱取膨化纖維，加工製成寬度與框架高度相同的纖維布1；纖維布厚度為0.5～20mm。B、利用纖維捻5將纖維布1始端縫製在框架2中的一根立柱上，將纖維布1依次繞過框架對面立柱與各個支撐筋3實現多層摺疊後，使用纖維捻5將纖維布1終端縫製固定。C、每摺疊一次，將穿釘4穿過該層纖維布1，摺疊完成之後，將穿釘4兩端鎖死在框架2頂部橫梁下方的圓環之上，並均勻分布橫梁之上的支撐筋3。本發明纖維布由膨化纖維編織而成，纖維可以是玻璃纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、丙綸纖維、芳綸纖維、聚苯硫醚纖維或耐酸聚醯亞胺纖維中的一種或幾種。纖維骨架密度為0.1～3.0g/mL，平均直徑為10～240μm，比表面積為0.1～30m2/g。編織而成的纖維布具有緻密孔隙狀結構，耐腐蝕，適用於有強酸參與的化學反應。纖維布具有親酸疏烴性能，可在外表面形成酸膜，反應物在酸膜外流動，酸粘度相對較大，而反應物粘度相對較小，反應物與酸之間存在速度差，液液兩相之間形成內摩擦力將酸膜變薄實現膜接觸，增大傳質面積，提高傳質效率。使用纖維模塊替代微加工技術，保留微通道反應器諸多優點的同時降低製造成本。本發明框架為圓鋼構成的長方體，為內構件模塊提供固定的外形結構與尺寸。框架長度a為200～1000mm，寬度b為200～1000mm，高度h為200～1000mm，構成框架的圓鋼直徑為3～30mm。在框架頂部橫梁CD與橫梁GH下方設置若干圓環，用懸掛穿釘，圓環內徑為3～20mm，圓環間距為100～500mm。支撐筋為圓鋼或鋼絲製成，為纖維布在框架內摺疊過程提供支撐。支撐筋兩端做成彎鉤，左側搭載在橫梁DH與橫梁AE之上，右側搭載在橫梁CG與橫梁BF之上，支撐筋在橫梁上可沿著框架寬度的方向自由滑動。支撐筋直徑為2～10mm，長度與框架2高度h相同。穿釘為圓鋼或鋼絲製成，穿透纖維布，防止纖維布塌陷。穿釘直徑略小於框架頂部橫梁CD與橫梁GH下方圓環內徑，差值為2～5mm，長度與框架寬度b相同。穿釘兩端設置螺紋，螺紋長度為5～20mm，一端螺紋連接釘頭，用於穿透纖維布，另一端螺紋連接螺母，用於將穿釘鎖死在橫梁CD與橫梁GH下方的圓環上。纖維捻材質與纖維布相同，用於縫製纖維布，即將纖維布兩端固定在框架的立柱上。將反應器劃分為反應區與死區兩部分，以反應區最大化為原則，對反應器橫截面進行規劃，確定用於液體酸烷基化反應的微通道反應器內構件模塊尺寸，並使用隔板將反應區與死區之間隔開。按照微通道構件模塊填充容重的要求，稱取一定重量的膨化纖維，加工製成寬度與框架高度h相同的纖維布，纖維布厚度為0.5～20mm，利用纖維捻將纖維布始端縫製在框架中的一根立柱AD上，將纖維布繞過對面立柱BC，並在橫梁DH與橫梁AE之上搭載一根支撐筋，繼續將纖維布繞過該支撐筋之後，在對面的橫梁CG與橫梁BF之上搭載另一根支撐筋，按照相同的方法將纖維布依次繞過各個支撐筋實現多層摺疊。通過螺紋，在穿釘4的一端加裝釘頭，纖維布每摺疊一次，推進穿釘，將全部穿釘4穿過該層纖維布，同時將支撐筋緊靠一起，全部纖維布摺疊完成之後，卸下釘頭，使用螺母將穿釘兩端鎖死在框架頂部橫梁CD與橫梁GH下方的圓環之上，同時使用纖維捻將纖維布終端進行縫製固定，並均勻分布橫梁之上的支撐筋。不同內構件模塊的高度必須一致，但長度與寬度可以存在差異。在反應器底部設置支撐板，按照預期的規劃方案，將內構件模塊以整砌的方式裝入反應器支撐板之上的反應區，完成裝填，進一步加裝頂部封頭與底部封頭之後即構成微通道反應器。在本發明微通道內構件的反應器內，以硫酸為催化劑，以異丁烷或丙烷作為冷劑進行烷基化反應。具體反應條件見表1，反應結果見表2。比較例1~2。比較例1採用常規的內部設置製冷管束的臥式機械攪拌反應器，比較例2採用常規微通道反應器（微通道構件同實施例1），反應條件參見表1，反應結果參見表2。表1實施例與比較例烷基化反應主要條件。實施例1比較例1比較例2烷烯摩爾比9:19:19:1酸烴體積比1:11:11:1反應溫度，℃0℃4℃4℃反應壓力，MPa0.30.30.3停留時間，min102020表2實施例與比較例烷基化反應結果。實施例1比較例1比較例2丁烯轉化率，mol%100100100酸耗，kg酸/t烷基化油436574烷基化油辛烷值（馬達法）95.492.793.1以上所述僅為本發明較佳的實施例而已，並不用以限制本發明，凡在發明的精神和原則之內所做的任何修改，等同替換和改進等，均應包含在本發明保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp