一种水力空化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种水力空化装置，包括通过导管依次相连的储罐、泵体和节流空化装置，还包括相互并联且一端通过导管与节流空化装置连接、另一端通过导管与所述储罐连接的套管换热器和催化剂固定床层；所述储罐外周设置有加热装置；所述节流空化装置包括一个连接在导管上的截止阀，以及一个设置在泵体和截止阀之间导管上的压力仪表；导管内液体的流动方向为从储罐流向泵体再流向节流空化装置。本实用新型专利技术能够使显著加快5‑羟甲基糠醛在水相和有机相间的传质速率，缩短其在水相中的停留时间，提高反应产率。

【技术实现步骤摘要】
一种水力空化装置
本技术涉及化工机械的
，特别是涉及一种水力空化装置。
技术介绍
5-羟甲基糠醛是一种重要生物质基平台化合物，其衍生物可以代替苯系化合物合成高分子材料，加氢可以得到一种新型的液体生物燃料。5-羟甲基糠醛的合成工艺主要有单相法和两相法。单相法工艺中，葡萄糖(或果糖等)在高沸点溶剂(如二甲基亚砜和N,N-二甲基乙酰胺等)脱水生成5-羟甲基糠醛，反应结束后，需要将5-羟甲基糠醛从溶剂中分离出来，能耗非常大；两相法工艺中包括水相和有机相(正丁醇等)，水相与有机相互不相容，水相作为反应相，葡萄糖(或果糖)在水相中脱水生成5-羟甲基糠醛，生成的5-羟甲基糠醛不断被萃取至有机相中，防止其在水相中进一步水解，两相法工艺中不需要使用高沸点且溶剂回收容易，能耗低，是一种非常有前途的合成工艺。两相法的核心是5-羟甲基糠醛在两相间的快速转移，要求水相和有机相之间的接触面积大。在传统的5-羟甲基糠醛生产装置中，依靠强烈的机械搅拌实现水相和有机相的有效混合，设备要考虑搅拌器的机械密封，结构复杂，能耗高、混合效果差。
技术实现思路
本技术的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种水力空化装置，能够使显著加快5-羟甲基糠醛在水相和有机相间的传质速率，缩短其在水相中的停留时间，提高反应产率。为实现上述目的，本技术提出了一种水力空化装置，包括通过导管依次相连的储罐、泵体和节流空化装置，还包括相互并联且一端通过导管与节流空化装置连接、另一端通过导管与所述储罐连接的套管换热器和催化剂固定床层；所述储罐外周设置有加热装置；所述节流空化装置包括一个连接在导管上的截止阀，以及一个设置在泵体和截止阀之间导管上的压力仪表；导管内液体的流动方向为从储罐流向泵体再流向节流空化装置；所述套管换热器包括管程和套装在管程外侧的壳程，所述管程的两端分别为流体出口和流体入口，所述壳程的两端侧面分别设置有冷却水进口和冷却水出口；所述流体入口靠近所述截止阀。作为优选，所述储罐上设置有第一温度检测器，储罐顶部设置有加料口，储罐顶部还设置有气体排空阀。作为优选，所述储罐与泵体之间的导管上设置有排液阀。作为优选，所述泵体为齿轮泵。作为优选，套管换热器两端的支路气管上设置有分别靠近所述流体入口和流体出口的第一球阀和第二球阀；催化剂固定床层两端的支路气管上设置有靠近截止阀的第三球阀和靠近储罐的第四球阀。作为优选，所述第二球阀和第四球阀之间设置有第二温度检测器。作为优选，所述截止阀与第三球阀之间的导管上设置有取样阀。本技术的有益效果：1)本技术通过采用水力空化原理，实现水相和有机相的有效混合，具有结构简单、能耗低、混合效果好的优点；2)果糖(或葡萄糖)在催化剂固定床层内进行脱水反应，可以省去后续的催化剂分离的工序，简化了两步法工艺的生产流程；3)通过观察温度、压力，来开关阀门，可以随时控制整个反应；4)设置的套管式换热器，用于反应结束后的流体降温，降温速度快，缩短实验时间；5)通过设置排液阀，反应结束后能直接将反应物分层，蒸发萃取得到5-羟甲基糠醛。本技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。【附图说明】图1是本技术的部件连接结构示意图；图2是本技术中套管换热器的结构示意图；图3是本技术中的流体流向示意图。图中：1-储罐、2-加热装置、3-泵体、4-截止阀、5-套管换热器、6-催化剂固定床层、7-第一球阀、8-第二球阀、9-第三球阀、10-第四球阀、11-取样阀、12-第二温度检测器、13-第一温度检测器、14-加料口、15-气体排空阀、16-压力仪表、17-排液阀、501-管程、502-壳程、503-冷却水进口、504-冷却水出口、505-流体入口、506-流体出口。【具体实施方式】参阅图1、图2和图3，本技术一种水力空化装置，包括通过导管依次相连的储罐1、泵体3和节流空化装置，还包括相互并联且一端通过导管与节流空化装置连接、另一端通过导管与所述储罐1连接的套管换热器5和催化剂固定床层6；所述储罐1外周设置有加热装置2；所述节流空化装置包括一个连接在导管上的截止阀4，以及一个设置在泵体3和截止阀4之间导管上的压力仪表16；导管内液体的流动方向为从储罐1流向泵体3再流向节流空化装置。所述套管换热器5包括管程501和套装在管程501外侧的壳程502，所述管程501的两端分别为流体出口506和流体入口505，所述壳程502的两端侧面分别设置有冷却水进口503和冷却水出口504；所述流体入口505靠近所述截止阀4。所述储罐1上设置有第一温度检测器13，储罐1顶部设置有加料口14，储罐1顶部还设置有气体排空阀15。所述储罐1与泵体3之间的导管上设置有排液阀17。所述泵体3为齿轮泵。套管换热器5两端的支路气管上设置有分别靠近所述流体入口505和流体出口506的第一球阀7和第二球阀8。催化剂固定床层6两端的支路气管上设置有靠近截止阀4的第三球阀9和靠近储罐1的第四球阀10。所述第二球阀8和第四球阀10之间设置有第二温度检测器12。所述截止阀4与第三球阀9之间的导管上设置有取样阀11。本技术工作过程：反应物从储罐1的加料口14加入，初始状态下由于物料温度低，需要通过加热装置2将反应物加热到一定温度之后再去进行反应，通过第一温度检测器13测得反应物到达合适温度之后，将泵体3打开、截止阀4关闭，通过泵体3给管道内液态反应物加压，通过压力仪表16来观察管道内液体压力值，到达目标压力之后，再将截止阀4一定程度打开，此时由于水力空化原理，高压的液态反应物进过截止阀4的内孔之后会被汽化，此时再将第一球阀7关闭，第三球阀9和第四球阀10打开，让汽化后的混合物通过催化剂固定床层6进行反应，通过第二温度检测器12监测反应物的温度变化，溶解在水中的果糖(或葡萄糖)在催化剂固定床层6内进行脱水反应，生成5-羟甲基糠醛，并且迅速的溶解在有机相中，再回流到储罐1中，如此循环进行反应，直到水中的果糖(或葡萄糖)全部反应生成5-羟甲基糠醛，反应结束；反应结束后要给反应物降温，关闭第三球阀9、第四球阀10和排液阀17，打开第一球阀7和第二球阀8，打开截止阀4，打开泵体3让反应物在管道内流动起来，反应物流经套管换热器5之后进行降温，由于套管换热器5中的管程501和壳程502之间形成了空腔，冷却水通过冷却水进口503流入空腔，通过冷却水出口504流出，将流过管程501的混合液温度降低；冷却好的混合液体储存在储罐1内并进行分层，等混合液体分层结束时，水相在下层，溶解有5-羟甲基糠醛的有机相在上层，打开排液阀17，将储罐1内的水相排放掉，排完水后关闭排液阀17，再打开气体排空阀15，通过加热装置2给储罐1加热，让有机相蒸发，待有机相全部蒸发掉之后，将5-羟甲基糠醛晶体析出留在储罐1中。在此装置中，水相和有机相经过空化装置后，会产生压降，当压力降至液体的饱和蒸气压，甚至负压时，流体气化产生大量空化泡空，泡在随流体进一步流动的过程中，遇到周围压力的增大，体积将急剧缩小直至溃灭；此过程中,产生高温高压,并使液体强烈湍动，不溶的水相和有机相充分接触，甚至乳化，然后进入催化剂固定床层进行反应生成5-羟甲基糠醛，乳化后的水相和有机相具有很大的接触面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水力空化装置，其特征在于：包括通过导管依次相连的储罐、泵体和节流空化装置，还包括相互并联且一端通过导管与节流空化装置连接、另一端通过导管与所述储罐连接的套管换热器和催化剂固定床层；所述储罐外周设置有加热装置；所述节流空化装置包括一个连接在导管上的截止阀，以及一个设置在泵体和截止阀之间导管上的压力仪表；导管内液体的流动方向为从储罐流向泵体再流向节流空化装置；所述套管换热器包括管程和套装在管程外侧的壳程，所述管程的两端分别为流体出口和流体入口，所述壳程的两端侧面分别设置有冷却水进口和冷却水出口；所述流体入口靠近所述截止阀。

【技术特征摘要】
1.一种水力空化装置，其特征在于：包括通过导管依次相连的储罐、泵体和节流空化装置，还包括相互并联且一端通过导管与节流空化装置连接、另一端通过导管与所述储罐连接的套管换热器和催化剂固定床层；所述储罐外周设置有加热装置；所述节流空化装置包括一个连接在导管上的截止阀，以及一个设置在泵体和截止阀之间导管上的压力仪表；导管内液体的流动方向为从储罐流向泵体再流向节流空化装置；所述套管换热器包括管程和套装在管程外侧的壳程，所述管程的两端分别为流体出口和流体入口，所述壳程的两端侧面分别设置有冷却水进口和冷却水出口；所述流体入口靠近所述截止阀。2.如权利要求1所述的水力空化装置，其特征在于：所述储罐上设置有第一温度检测器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永昭，吴健，俞铁铭，王聪，
申请(专利权)人：杭州职业技术学院，
类型：新型
国别省市：浙江,33