一種環流混合器及其應用的製作方法

2024-03-09 12:53:15

本發明涉及混合器技術領域，特別涉及一種環流混合器。

背景技術：

在化工合成或製備組合物的過程中，用於化學合成的反應器或製備組合物的混合器一般是常規機械攪拌的容器，採用機械攪拌的容器可以有效地進行液-液和氣-液的混合，但是採用機械攪拌的機械傳動所需的軸封和軸承在長期運行中極易損壞，造成停車維修，難以實現持續、穩定和安全地運行，這是現有技術所存在的不足之處。

當混合原料或製備得到的反應物種含有腐蝕性的氣體和/或液體時，腐蝕性物質會增加對設備的腐蝕，從而損壞容器，造成停工停產和安全事故。在某些化工反應裝置包括反應器、蒸發器和脫輕塔採用昂貴的金屬材料例如鋯材或者哈氏合金，以適應反應系統苛刻的抗腐蝕性要求。然而鋯是一種價格極其昂貴的稀有金屬，一臺鋯材液體循環泵通常價值千萬以上，反應裝置的固定投資非常高。

因此，有必要針對現有技術中存在的缺點，對用於化學合成的反應器或製備組合物的混合器進行改進。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足之處，提供一種環流混合器，其包括：含有至少一個開口的罐體，懸浮固定於所述罐體的內部的導流筒；位於導流筒下方的噴嘴，所述噴嘴與穿過罐體側壁並延伸至所述罐體的內部的第一輸送管連接；固設在所述罐體的內部，且位於導流筒下方的氣體分布器，所述氣體分布器與穿過所述罐體側壁並延伸至所述罐體的內部的第二輸送管連接。本發明的環流混合器不但結構簡單，而且在混合相同量的原料時，利用在環流混合器內形成環流來達到液液或氣液混合傳質或傳熱的目的，混合器的尺寸能夠比現有技術中的混合器大大縮小，特別是混合器用作需要加熱的化學反應器時，反應器的傳熱傳質效率高。該混合器能有效解決傳統採用機械攪拌的機械傳動所需的軸封和軸承在長期運行中極易損壞的問題，以及某些新型反應器結構複雜或工藝流程複雜的問題。

在一個具體實施例中，所述氣體分布器為環狀體，且在所述環狀體上分布有多個通孔。

在一個具體實施例中，所述氣體分布器的軸向與所述導流筒的軸向重合。

在一個具體實施例中，環流混合器還包括設置於所述罐體內的支架，所述的導流筒和氣體分布器分別固定於該支架上。其中，支架的末端可以與罐體的側壁固定連接。置於支架的具體結構，例如可以是十字支架或網狀支架。優選地，導流筒的上端還可以進步通過至少兩個支杆與罐體的側壁固定連接。

在一個具體實施例中，氣體分布器的高度與罐體的直徑的比例為(0.2-0.8):1，優選所述比例為(0.4-0.6):1。

在一個具體實施例中，氣體分布器的直徑與導流筒的直徑的比例為(0.5-0.9):1，優選所述比例為(0.6-0.8):1。

在一個具體實施例中，所述導流筒的高度和其直徑的比例為(0.8-2.5):1，優選所述導流筒的高度和其直徑的比例為(1.0-1.5):1。

在一個具體實施例中，所述噴嘴包括變徑椎體與所述變徑椎體窄端固定連接的等徑管體。

在一個具體實施例中，其包括如下步驟：利用所述氣體分布器和所述噴嘴噴射液態和/或氣態原料，從而實現液態和/或氣態原料有效地混合。

在一個具體實施例中，所述原料包括甲醇、一氧化碳、催化劑和溶劑。

本發明之三提供了一種如上所述的環流混合器，和/或如上所述的方法在液態和/或氣態原料混合中的應用，特別是在甲醇低壓羰基化合成醋酸中的應用。

附圖說明

圖1顯示了環流混合器的結構整體示意圖。

圖2顯示了導流筒結構俯視示意圖。

圖3顯示了氣體分布器結構俯視示意圖。

圖4顯示了噴嘴的結構示意圖。

圖5顯示了利用本發明環流混合器製備醋酸的流程示意圖。

圖中，1為罐體，2為第一開口，3為第二開口，4為導流筒，5為噴嘴，6為氣體分布器，7為第二輸送管，8為支架，9為支杆，10為第一輸送管，11為通孔，12為變徑錐體，13為等徑管體。

具體實施方式

為能清楚說明本發明，下面通過具體實施方式結合其附圖進行說明。

實施例1

混合器的結構

圖1示意性顯示了本發明的環流混合器的大體結構。

在本發明的描述中以附圖中的環狀混合器的方向定義上和下。環流混合器包括罐體1，在罐體1下部的第一開口2和上部的第二開口3，以及懸浮固定於罐體1內的導流筒4，其中，導流筒4為上下均無蓋的圓筒狀結構。罐體1的內部還包括固設在導流筒4下方的氣體分布器6，例如，氣體分布器6可以通過支架8被固定於罐體1的內部；在罐體1的內部的一端連接有噴嘴5的第一輸送管10從罐體1的下端通入到罐體1的內部，也就是說，第一輸送管10可以穿過第一開口2處並且其兩端分別在罐體1的內部延伸和罐體1的外部延伸，也可以在罐體1的其他位置穿過並且其兩端分別在罐體1的內部延伸和罐體1的外部延伸。其中，在混合原料時，例如氣體可以通過第二輸送管7到達氣體分布器6，所述氣體經由如圖3所述的通孔11釋放氣體，液體可以通過第一輸送管10經由噴嘴5噴出釋放到導流筒4限制的空間內，從而利用噴入液體原料和氣體原料所攜帶的噴射動能和反應器內的密度差來形成規律的氣-液環流流動，使反應器內的液-液和氣-液能有效混合，實現反應裝置能持續、穩定和安全地運行。例如，當混合器用於甲醇低壓羰基化合成醋酸時，進程如下：在罐體1內存在溶劑和催化劑的情況下，將原料甲醇通過第一輸送管10輸送並經噴嘴5噴入罐體1的內部，將原料一氧化碳通過第二輸送管7輸送進入氣體分布器6，經通孔11噴入到罐體1的內部，夾帶氣泡的氣-液混合物在導流筒4內外形成規律的環流，完成傳質和反應。反應後的物料，液相部分經罐體1下部的第一開口2被抽出，進一步被送入閃蒸塔(閃蒸塔為可以是任何現有技術的設計，本發明的附圖中未顯示)進行閃蒸，分離得到液相組分和氣相組分，液相組分經冷卻後回流至反應釜，氣相組分送入輕組分精餾塔中進行精餾分離，得到輕組分和重組分，其中重組分送入重組分精餾塔中進行精餾分離，得到醋酸產品。反應後物料的氣相部分經罐體1上部的第二開口3放出，進入氣液分離器(氣液分離器為可以是任何現有技術的設計，本發明的附圖1中未顯示)，分離得到的液相部分也進如閃蒸塔等，分離得到醋酸產品。

關於導流筒4和氣體分別器6的固定問題，可以通過如下結構解決，即在罐體1中適於放置導流筒4和氣體分別器6的位置設置支架8，支架8的末端與罐體1的側壁固定連接。置於支架的具體結構，例如可以是十字支架或網狀支架。優選地，導流筒的上端還可以進步通過至少兩個支杆與罐體的側壁固定連接。

在一個優選的實施方式中，氣體分布器6位於導流筒4的正下方，所述氣體分布器6為環狀體，且分布有多個的通孔11。例如，在氣體分布器6上平均分布有50-500個直徑 為10mm的通孔7。在一個的實施方式中，氣體分布器6上分布240個直徑為10mm的通孔7。

為了實現有效的環流，需要優化氣體分布器6的直徑與導流筒4的直徑的比例，以及導流筒4的高度和其直徑的比例。因此，在一個的實施方式中，氣體分布器6的直徑與導流筒4的直徑的比例為(0.5-0.9):1，優選所述比例為(0.6-0.8):1，具體地，氣體分布器6的直徑與導流筒4的直徑的比例可以採用0.7。在另一個實施例中，導流筒4的高度和其直徑的比例為(0.8-2.5):1，優選導流筒4的高度和其直徑的比例為(1.2-1.8):1，具體地，導流筒4的高度和其直徑的比例可以採用1.6。

此外，氣體分布器6的直徑與罐體1的直徑的比例也需要優化，因此，在一個的實施方式中，氣體分布器6的直徑與罐體1的直徑的比例為(0.2-0.8):1，優選所述比例為(0.4-0.6):1，具體地，氣體分布器6的直徑與罐體1的直徑的比例可以採用0.45。

噴嘴5可以為現有技術中的噴嘴的結構，優選噴嘴5採用直管結構或變徑結構，例如噴嘴5可以包括變徑椎體12與變徑椎體12的窄端固定連接的等徑管體13兩個部分，在使用時，可以將液體進料線速度設定為5-50m/s，液體進料線速度可以設為15-25m/s，具體可以設為20m/s。

實施例2

利用本發明的混合器製備醋酸，流程示意圖見圖5。將物料流量為2316g/h的甲醇和2311g/h的CO連續送入5L鋯材罐體1中，並將含有200重量ppm的Rh，1500重量ppm的Ir，1500重量ppm的Ru，9重量％的碘甲烷，5.5重量％的水，12重量％的醋酸甲酯，其餘為醋酸的528g的反應液(反應液的體積為4L)通入罐體1中進行羰基化反應，反應的溫度為195℃，反應的壓力為2.8MPa。將反應後所得的混合物通過與第一開口2連接的管道送入閃蒸塔中進行閃蒸，在閃蒸塔內得到含醋酸的氣相組分和含Rh、Ir和Ru的醋酸溶液。閃蒸塔內的含Rh、Ir和Ru的醋酸溶液從閃蒸塔的塔底通過與其連接的第一輸送管10流回罐體1中，含醋酸的氣相組分從閃蒸塔的塔頂餾出進入輕組分精餾塔。輕組分精餾塔塔頂的蒸出物經冷凝器冷凝，含有碘甲烷、水和醋酸甲酯的冷凝液在液-液分離器中分成輕相和重相兩相，含有碘甲烷和醋酸甲酯的重相通過第一輸送管10返回罐體1中，含有水和醋酸甲酯的輕相回流至輕組分精餾塔中，輕組分精餾塔的塔頂蒸出的不凝性尾氣經液-液分離器送往吸收工序進一步吸收碘甲烷後放至火炬燃燒。醋酸、少量的副產物丙酸和少量的水從輕組分精餾塔的塔底排出進入重組分精餾塔中，經重組分精餾塔的精餾分離出產品醋酸。

雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。