連續高剪切快速氣液反應器的製作方法

2024-03-26 15:37:05

本發明涉及化工、石油化工、環境、製藥、輕工等領域的氣液反應裝置，特別涉及具有傳質性能好的一種連續高剪切快速氣液反應器。

背景技術：

石油、化工、輕工、醫藥和環境保護等生產過程中廣泛存在氣液反應，比如：氫化、氯化、磺化、尾氣吸收等單元操作，屬於具有重要意義的化學反應工程領域。常用的氣液反應器根據其總體結構特點可以分為塔式反應器、釜式反應器、管式反應器、膜式反應器及噴射反應器。操作方式上有連續和半連續兩種，一般的氣體均為連續方式，液體可以間歇和連續。氣液兩相的接觸可以常用板式、填料、鼓泡和膜式等。對於氣液反應而言，存在傳質與反應兩個步驟，一般地傳質過程通常過程的控制步驟，其傳質阻力主要存在於液膜，如果欲進行的氣液反應是瞬時反應，則傳質速率是反應器生產強度的關鍵問題，強化液相湍動將有助於減小傳質阻力，所以選擇一種傳質效率高的氣液反應器型式，是獲得反應器的高生產強度和高經濟效益的關鍵之一；另外，對於管式反應器中能否維持氣泡的大小和穩定性是氣液反應效率的關鍵之二。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種連續高剪切快速氣液反應器，既有管式反應器的承壓能力高、容積小、返混少、反應參數易於控制等優點，又具有高剪切力、快速細化氣泡和液滴提高氣液比表面積、提供快速預混合、維持氣泡大小和穩定性優點。

按照本發明所提供設計方案，所述的一種連續高剪切快速氣液反應器，包括反應器的高剪切預混合器(1)、端蓋筒體(2)、液體進料口(3)、氣體進料口(4)、端蓋法蘭(5)、反應管法蘭(6)、反應管(7)、靜態混合器(8)和反應管夾套(9)，其特徵在於：高剪切預混合器(1)與端蓋筒體(2)相連，液體進料口(3)和氣體進料口(4)設置在端蓋筒體(2)內，靜態混合器(8)在反應管(7)內，反應管夾套(9)設置在反應管(7)外側，端蓋筒體(2)和反應管(7)通過端蓋法蘭(5)和反應管法蘭(6)連接。

所述的高剪切預混合器(1)包括電機(1.1)、軸(1.2)、機座(1.3)、定子(1.4)、動力轉子(1.5)、連接塊(1.6)和機械密封(1.7)。電機(1.1)與機座(1.3)連接成整體，並與軸(1.3)連接，機械密封(1.7)安裝在軸(1.2)上，並與連接塊(1.6)形成整體，定子(1.4)安裝在連接塊(1.6)上，動力轉子(1.5)安裝在軸(1.2)上，並與定子(1.4)形成配合。

所述的定子(1.4)上開有2排齒，分別為定子外圈齒(1.4.1)和定子內圈齒(1.4.2)，而內外2排齒的若干缺口為氣液兩相出口的定子槽孔。

所述的動力轉子(1.5)帶有4個轉子葉片(1.5.1)，轉子外圓環(1.5.2)和轉子內圓環(1.5.3)周向側面開有若干氣液兩相出口的轉子槽孔，轉子葉片(1.5.1)的外端與轉子內外圓環連接成整體。

所述的動力轉子(1.5)和定子(1.4)安裝配合間隙在0.5～2mm。

本發明有益效果是高剪切預混合器引入了高速旋轉的動力轉子和定子的組合，端蓋結構上有進液口和進氣口，這兩個口伸入到動力轉子的中心，動力轉子的高速旋轉提供強大的動力，動力轉子隨直徑方向的動能增加而位能減少，從而使動力轉子外圍高動能的流體壓力低於轉子中心低動能的壓力，產生空位狀態，流體由動力轉子中心向轉子外圍流動，導致轉子中心空位，形成該區域的真空，液體和氣體分別從進料口吸入；兩相流體經過動力轉子帶有槽孔的內外圓環流出，在動力轉子和定子小間隙(0.5～2mm)腔體內剪切、撞擊，由動力轉子中心到該區域離心加速度不斷增大，分散成細小氣泡，增大氣液傳質面積、傳質係數，提高了氣液反應速率；兩相流體再從定子的槽孔噴出，形成密集的小氣泡向反應管內流動，經靜態混合器增長了停留時間、控制了氣泡的直徑、抑制了氣泡的聚並形成均勻的氣液混合體系；反應管外設置了夾套，方便控制反應溫度。通過這些機構和作用使得氣液反應在本發明裝置實現連續、高剪切功能，達到提高氣液傳質速率、增大氣液接觸面積、加快氣液反應的效果。

附圖說明

圖1為連續高剪切快速氣液反應器結構示意圖。

圖2高剪切預混合器結構圖；

圖3為定子的結構；

圖4為圖3的左視圖；

圖5為動力轉子的結構；

圖6為圖5的左視圖。

具體實施方式

圖1所示為連續高剪切快速氣液反應器結構示意圖，主要由反應器的高剪切預混合器1、端蓋筒體2、液體進料口3、氣體進料口4、端蓋法蘭5、反應管法蘭6、反應管7、靜態混合器8和反應管夾套9組成，其特徵在於：高剪切預混合器1與端蓋筒體2相連，液體進料口3和氣體進料口4設置在端蓋筒體2內，靜態混合器8在反應管7內，反應管夾套9設置在反應管7外側，端蓋筒體2和反應管7通過端蓋法蘭5和反應管法蘭6連接。氣液兩相由進料管進入高剪切預混合器作用後流入反應管內，再經反應管內靜態混合器進一步反應，並利用夾套控制反應溫度，連續管式反應使得返混少。

圖2所示為高剪切預混合器結構圖，包括電機1.1、軸1.2、機座1.3、定子1.4、動力轉子1.5、連接塊1.6和機械密封1.7。電機1.1與機座1.3連接成整體，並與軸1.3連接，機械密封1.7安裝在軸1.2上，並與連接塊1.6形成整體，定子1.4安裝在連接塊1.6上，動力轉子1.5安裝在軸1.2上，並與定子1.4形成配合。高剪切預混合器為氣液兩相提供了分散、剪切，使氣泡的直徑細小，數量和比表面積極大，同時達到密閉操作。

圖3、4所示為定子的結構，定子1.4內外兩排齒周向側面開有若干氣液兩相出口的定子槽孔1.4.2和1.4.1。此結構形成的腔體使氣液兩相由各自的進口向徑向流動，先從內槽孔1.4.2噴出再經外槽孔1.4.1射出，達到分散且獲得足夠動能的目的。

圖5、6所示為動力轉子的結構，動力轉子1.5帶有4個葉片1.5.1、內外兩排圓環周向側面開有若干氣液兩相出口的轉子槽孔1.5.3和1.5.2，葉片1.5.1的外端與內外圓環連接成整體。葉片1.5.1避開槽孔略微偏離中心，可使得旋轉時流體被作用的面積加大，流體獲得的動能加大。

圖3、4和圖5、6所示的動力轉子1.5和定子1.4安裝配合間隙在0.5～2mm。間隙腔體內具有剪切、撞擊，氣液兩相被預分散，再經過定、轉子共4層流道的作用，獲得了極大的機械能，足以細化氣泡和液滴，形成巨大的傳質面積，從而強化傳質，提高反應效率。

工作時，分別把液體和氣體接上進料管3和4，開啟高剪切預混合器電機1.1，動力轉子1.5高速旋轉提供強大的動力，動力轉子隨直徑方向的動能增加而位能減少，從而使動力轉子外圍高動能的流體壓力低於轉子中心低動能的壓力，產生空位狀態，流體由動力轉子中心向轉子外圍流動，導致轉子中心空位，形成該區域的真空，進料管3和4的液體和氣體進入，氣液兩相經過動力轉子帶有槽孔1.5.3和1.5.2的內外圓環流出，在動力轉子和定子1.4小間隙(1mm)腔體內剪切、撞擊，氣液相被預分散，經過定、轉子共4層流道的作用，獲得了極大的機械能，兩相流體從定子的槽孔噴出，具有一定的動能，向反應管7流動；物料再經反應管內的靜態混合器8作用，增長了停留時間、控制了氣泡的直徑、抑制了氣泡的聚並形成均勻的氣液混合體系；達到提高氣液傳質速率、增大氣液接觸面積、加快氣液反應的效果。工藝操作溫度由夾套9加熱、冷卻介質控制。

利用本發明裝置進行三氧化硫烷基苯磺化反應製取磺酸工藝，結果表明：原先的膜式反應器需要三氧化硫與空氣進行稀釋，本裝置不需空氣稀釋即可製得合格產品，省去了空氣乾燥等工序，節省了設備投資和操作費用。