液体非淹没式撞击流反应装置及反应方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种液体非淹没式撞击流反应装置及反应方法。该装置包括反应壳体和非淹没式撞击流反应组件，反应壳体具有腔体，非淹没式撞击流反应组件设置在腔体中，用于使液体原料的喷射流体在非淹没式撞击、空化、剪切作用中完成反应。本发明专利技术利用非淹没式撞击流反应组件使液体原料在非淹没式撞击、空化、剪切过程中完成化学反应，这样能够显著提高对液体原料流体的强化效果，使其在较温和的反应条件下能够高效反应。

Liquid non-submerged impinging stream reactor and reaction method

【技术实现步骤摘要】
液体非淹没式撞击流反应装置及反应方法
本专利技术涉及有机化学领域，具体而言，涉及一种液体非淹没式撞击流反应装置及反应方法。
技术介绍
两股连续运动的液体或两股连续运动的气体(均被称为连续相工作流体)反向运动相互撞击，被定义为撞击流。实验证明，在两股连续相撞击流的撞击点上加装一块固体隔板不改变撞击流性质，因此，单股连续相工作流体(气体或液体)撞击固体隔板或不同的固体构件，同样具有撞击流的所有特征，因此也可以定义为撞击流。连续相的液体中也可以掺有少量的气体、固体或气体加固体(被称为稀疏相)；连续相的气体中也可以掺有少量的液体、固体或液体加固体(也被称为稀疏相)。撞击流的概念首先由Elperin在ElperinITHeatandmasstransferinopposingcurrents[J].JEng.Physics,1961,(6):62-68.一文中提出用于气固相的相间传递，后经以色列Ben-Curion大学Tamir所领导的研究团队研究将撞击流原理用于气-气、液-液、气固混合、气体吸收或解吸，大大地扩展了人们对撞击流原理的认识和撞击流在工业上的应用。2000年我国学者伍沅提出了淹没式连续液体撞击流反应器(CN00230326)，设计了全混流-无混流连续转换的反应过程并在工业上获得了应用，开创了我国对撞击流的研究和应用。根据环境相态和连续相工作流体的关系，撞击流可以分为淹没式撞击流和非淹没式撞击流。在撞击过程中，运动连续相工作流体边界外(环境)的相态与工作流体的相态相同，称该工作流体为淹没式撞击流，其撞击过程为淹没式撞击。例如在水下(环境)用高速水流(工作流体)冲砂，边界及边界外的环境是液相，工作流体也是液相；再如用空调给室内降温，工作流体(冷风)和环境都是气相。非淹没式撞击流的工作流体如果是液相，则边界外(环境)的相态可以是气相或固相，但不能是液相；非淹没式撞击流的工作流体如果是气相，则边界外(环境)的相态可以是液相或固相。且该流体撞击过程被称为非淹没式撞击。大多数有关撞击流的文章和专利都是讨论淹没式撞击流。例如伍沅的SCIRS专利CN00230326、计建炳等的专利ZL201420224919.4、郑莹等的专利ZL201710627354.2。然而，淹没式撞击流由于受到边界环境相同相态流体粘滞的影响，工作流体的运动速度难以提高，一般＜10m/s。因此，淹没式撞击流的强化作用主要用以提高工作流体(反应物质)传热、传质效率，促进反应物的混合效率，增加化学反应的反应速率等。然而，淹没式撞击流因流体动能不足，在破坏分子结构的内能、促进新物质的产生方面的强化作用有限，相应限制了液体化学反应的反应效率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种液体非淹没式撞击流反应装置及反应方法，以解决现有技术中淹没式撞击流在破坏分子结构的内能、促进新物质的产生方面的强化作用不足的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种液体非淹没式撞击流反应装置，其包括：反应壳体，具有腔体；非淹没式撞击流反应组件，设置在腔体中，非淹没式撞击流反应组件用于使液体原料的喷射流体在非淹没式撞击、空化、剪切作用中完成反应。进一步地，非淹没式撞击流反应组件包括：第一筒体，第一筒体具有液体原料的进口，第一筒体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，第一筒体的筒壁上设置有多个第一孔结构，且第一孔结构的轴向与第一筒体的液体原料的进口方向具有夹角。进一步地，第一筒体具有相对的两个侧端，且侧端设置有一个或多个液体原料的进口。进一步地，液体原料的进口均设置在一个侧端，第一筒体的另一个侧端设置有撞击底板；或者，液体原料的进口均设置在一个侧端，第一筒体的径向截面积沿远离液体原料的进口方向逐渐减小，且第一筒体的另一侧端封闭；或者，部分液体原料的进口设置在一个侧端，另一部分液体原料的进口设置在另一侧端，其中一个侧端的液体原料的进口中的至少一个与另一侧端的液体原料的进口中的至少一个的物料进入方向重叠。进一步地，第一筒体为锥形筒体、圆筒、方筒或不规则筒体，并且，不规则筒体的径向截面积沿第一筒体的两端向中间逐渐减小；或者，不规则筒体的径向截面积沿远离液体原料的进口方向逐渐减小或逐渐增大。进一步地，非淹没式撞击流反应组件还包括第二筒体，第二筒体套设在第一筒体的外围，且第二筒体的筒壁上设置有多个第二孔结构，且第二孔结构的轴向与第一孔结构的轴向具有夹角。进一步地，非淹没式撞击流反应组件还包括至少一个第三筒体，第三筒体套设在第二筒体的外围，第三筒体的筒壁上设置有多个第三孔结构，且第三孔结构的轴向与第二孔结构的轴向具有夹角。进一步地，第一孔结构、第二孔结构及第三孔结构的孔径分别独立地选自1～3mm。进一步地，非淹没式撞击流反应组件还包括撞击部，撞击部设置在第一筒体的内部。进一步地，撞击部包括实心固体组件，具有尖状端部，尖状端部与液体原料的进口方向相对。进一步地，撞击部还包括外壳，外壳设置在实心固体组件外部，且尖状端部穿过外壳延伸至外壳的外部，外壳的壳壁上设置有多个第四孔结构，第四孔结构的轴向方向分别与液体原料的进口方向及第一孔结构的轴向方向均具有夹角。进一步地，第四孔结构的孔径为1～3mm。进一步地，反应装置为重油加氢反应装置。进一步地，反应壳体底部设置有液相出口，反应装置还包括：循环管路，循环管路的进口与液相出口相连，出口与液体原料的进口相连；驱动设备，设置在循环管路上。进一步地，反应装置还包括混料单元，其设置在循环管路上，且混料单元设置有重油入口、氢气入口及加氢催化剂入口。进一步地，非淹没式撞击流反应组件设置在反应壳体的内部靠近顶端的位置。进一步地，反应装置还包括加氢产物收集单元，加氢产物收集单元设置在反应壳体的内部，并位于非淹没式撞击流反应组件的上方。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种液体非淹没式撞击流反应方法，其包括：将液体原料以喷射流体形态通入上述反应装置中，使其在非淹没式撞击流反应组件中通过非淹没式撞击、空化、剪切作用完成反应。进一步地，液体原料为在反应环境下呈液相的化学物质，液体原料为单纯的液相，或者为以液相为密相、以固体和/或气体为稀相的多相流体；优选地，非淹没式撞击流反应组件包括第一筒体，第一筒体具有液体原料的进口，且第一孔结构的轴向与第一筒体的液体原料的进口方向具有夹角；反应方法包括以下步骤：将液体原料以喷射流体的形态通入第一筒体的内腔，并在内腔中进行非淹没式撞击，撞击后的物料在位于筒壁的第一孔结构的空化、剪切作用下完成反应。进一步地，第一筒体具有相对的两个侧端，且侧端设置有一个或多个液体原料的进口，其中，当液体原料的进口均设置在一个侧端时，将液体原料通入内腔后，使液体原料的喷射流体撞击位于第一筒体的另一个侧端的撞击底板，完成非淹没式撞击；或者，第一筒体的径向截面积沿远离液体原料的进口方向逐渐减小，将液体原料通入内腔后，使液体原料的喷射流体直接撞击第一筒体的筒壁完成非淹没式撞击；当部分液体原料的进口设置在一个侧端，另一部分液体原料的进口设置在另一侧端时，使液体原料分别通过位于两侧的进口进入内腔，使通过两侧进入的液体原料的喷射流体在内腔中完成非淹没式撞击。进一步地，非淹没式撞击流反应组件还包括第二筒体，当液体原料在内腔中进行非淹没式撞击后，撞击后的物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液体非淹没式撞击流反应装置，其特征在于，包括：反应壳体(10)，具有腔体；非淹没式撞击流反应组件(20)，设置在所述腔体中，所述非淹没式撞击流反应组件(20)用于使液体原料的喷射流体在非淹没式撞击、空化、剪切作用中完成反应。

【技术特征摘要】
1.一种液体非淹没式撞击流反应装置，其特征在于，包括：反应壳体(10)，具有腔体；非淹没式撞击流反应组件(20)，设置在所述腔体中，所述非淹没式撞击流反应组件(20)用于使液体原料的喷射流体在非淹没式撞击、空化、剪切作用中完成反应。2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流反应组件(20)包括：第一筒体(21)，所述第一筒体(21)具有所述液体原料的进口，所述第一筒体(21)的内腔用于提供非淹没式撞击场所，所述第一筒体(21)的筒壁上设置有多个第一孔结构，且所述第一孔结构的轴向与所述第一筒体(21)的所述液体原料的进口方向具有夹角。3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述第一筒体(21)具有相对的两个侧端，且侧端设置有一个或多个所述液体原料的进口。4.根据权利要求3所述的反应装置，其特征在于，所述液体原料的进口均设置在一个侧端，所述第一筒体(21)的另一个侧端设置有撞击底板(24)；或者，所述液体原料的进口均设置在一个侧端，所述第一筒体(21)的径向截面积沿远离所述液体原料的进口方向逐渐减小，且所述第一筒体(21)的另一侧端封闭；或者，部分所述液体原料的进口设置在一个侧端，另一部分所述液体原料的进口设置在另一侧端，其中一个侧端的所述液体原料的进口中的至少一个与另一侧端的所述液体原料的进口中的至少一个的物料进入方向重叠。5.根据权利要求4所述的反应装置，其特征在于，所述第一筒体(21)为锥形筒体、圆筒、方筒或不规则筒体，并且，所述不规则筒体的径向截面积沿所述第一筒体(21)的两端向中间逐渐减小；或者，所述不规则筒体的径向截面积沿远离所述液体原料的进口方向逐渐减小或逐渐增大。6.根据权利要求2至5中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流反应组件(20)还包括第二筒体(22)，所述第二筒体(22)套设在所述第一筒体(21)的外围，且所述第二筒体(22)的筒壁上设置有多个第二孔结构，且所述第二孔结构的轴向与所述第一孔结构的轴向具有夹角。7.根据权利要求6所述的反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流反应组件(20)还包括至少一个第三筒体，所述第三筒体套设在所述第二筒体(22)的外围，所述第三筒体的筒壁上设置有多个第三孔结构，且所述第三孔结构的轴向与所述第二孔结构的轴向具有夹角。8.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述第一孔结构、所述第二孔结构及所述第三孔结构的孔径分别独立地选自1～3mm。9.根据权利要求2至5中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流反应组件(20)还包括撞击部(23)，所述撞击部(23)设置在所述第一筒体(21)的内部。10.根据权利要求9所述的反应装置，其特征在于，所述撞击部(23)包括实心固体组件(231)，具有尖状端部，所述尖状端部与所述液体原料的进口方向相对。11.根据权利要求10所述的反应装置，其特征在于，所述撞击部(23)还包括外壳(232)，所述外壳(232)设置在所述实心固体组件(231)外部，且所述尖状端部穿过所述外壳(232)延伸至所述外壳(232)的外部，所述外壳(232)的壳壁上设置有多个第四孔结构，所述第四孔结构的轴向方向分别与所述液体原料的进口方向及所述第一孔结构的轴向方向均具有夹角。12.根据权利要求11所述的反应装置，其特征在于，所述第四孔结构的孔径为1～3mm。13.根据权利要求1至5中任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置为重油加氢反应装置。14.根据权利要求13所述的反应装置，其特征在于，所述反应壳体(10)底部设置有液相出口，所述反应装置还包括：循环管路(30)，所述循环管路(30)的进口与所述液相出口相连，出口与所述液体原料的进口相连；驱动设备(40)，设置在所述循环管路(30)上。15.根据权利要求14所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括混料单元(50)，其设置在所述循环管路(30)上，且所述混料单元(50)设置有重油入口、氢气入口及加氢催化剂入口。16.根据权利要求14所述的反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流反应组件(20)设置在所述反应壳体(10)的内部靠近顶端的位置。17.根据权利要求16所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括加氢产物收集单元，所述加氢产物收集单元设置在所述反应壳体(10)的内部，并位于所述非淹没式撞击流反应组件(20)的上方。18.一种液体非淹没式撞击流反应方法，其特征在于，将液体原料以喷射流体形态通入权利要求1至17中任一项所述的反应装置中，使其在非淹没式撞击流反应组件(20)中通过非淹没式撞击、空化、剪切作用完成反应。19...

【专利技术属性】
技术研发人员：张其凯，徐鹏辉，
申请(专利权)人：张其凯，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA