适用于甲酸甲酯合成的反应器制造技术

本发明专利技术提出了适合于甲酸甲酯合成的一些改进型反应器结构，但它们也能适用于高压下的气体－液体体系中的其它反应。反应器的管状外壳（１）的下面有一隔板（２），气体和液体从隔板下进入。混合物通过管状的孔（２０）进入始于隔板上方的混合室（３）中。混合室（３）的管（１０）上端是封闭的，但上部周围有一些钻透的孔或缝，孔的直径或缝的宽度往上去逐渐增加。混合物如环流般循环。可把多个循环装置上下重叠安装，并串联在一个外壳内，为的是在体积速度高的情况下达到较长的总停留时间。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工设备制造的领域，尤其可用于通过甲醇的羰基化进行甲酸甲酯的合成。实施用一氧化碳使甲醇羰基化以生产甲酸甲酯的工业方法是困难的，因为为了达到高转化率(见DE-OS2710726，KL.CO7C 69/06)，需要在2.0至4.0兆帕斯卡(MPa)的高压下的气体(一氧化碳)和液体(甲醇)的接触面大。在化工及其相近的工业领域中有许多实现物质交换和气体一液体体系中化学反应的反应器类型。从表明这种反应器效率特征的最重要的参数一相接触面一的观点出发，可以认为有循环区的设备，更确切地说，带螺旋搅拌器和流动管(扩张器)，在壳体中有折转区的反应器〔见V.N.Sokolov，N.V.Domanski，“Gas-Flüssig-Reaktoren(气体-液体-反应器)”，出处“Maschinostrojenij”1976，第121页〕是适宜的。在这种反应器中形成一单独的循环区，而且螺旋搅拌器可起到吸入泵和局部分散剂的作用。这种设备的缺陷在于结构的麻烦，特别是搅拌器旋转部份和密封元件的麻烦，尤其是高压下的麻烦，而且体系的气体含量要保持在一定限度内。已知有气体-液体体系分散和混合用的设备，在这些设备中由于流体中的涡流脉动，同时发生反应组份通过有孔隔板上的孔和紧接着在壳体内混合，使气相受到压缩(见Ippon，Ipone J，Sizereduction of bubbles by Orifice mixer，Chem.Engng，1980，35，Nr，7，P.1571～1579)。这种设备尽管混合方法简单和结构不复杂，但混合效率低，要求消耗能量高，因为体系-液体流的主要部份能量没有得到充分利用。已知有生产甲酸甲酯用的一种反应器类型，在此类型的反应器中，一氧化碳的分散是通过液态反应混合物的循环流的能量来实现的(见DE-OS2710726)。按那里指出的工业解决办法是通过用在文丘里流量管类型的混合器中的液体对气体的喷射空吸作用和通过流体中的涡流脉动，同时使反应成分通过有孔隔板来分散气相。这样分散气体的方法，论其能量是没有意义的，也就是说，出于和以前实例中的同样原因。这种方法没有完全利用反应器(反应器的利用系数不超过0.91)。用工业上的解决办法是给本专利技术的设备在最近处配上一个适合于各种介质的混合设备，该混合设备装有一个带轴向套的扩压器和一个喷嘴，喷嘴的轴和隔板纵向连接，隔板把外壳分隔成用于预混合和最后混合的两个室(见苏联专利技术证书UdSSR Nr.816252，Kl，Boif 5/04)。所阐明的设备主要被规定用于生产水-燃料乳浊液。此设备包含一系列在本专利技术的情况下不适用的其它结构零件，并使结构不必要地复杂化(预混合室中方向性的冲孔薄板，以切线方向将反应组分导入混合室中，在喷嘴入口和在流体排出口的有孔顶盖)。本专利技术的任务是简化反应器的结构和提高甲酸甲酯的生产能力。此任务的解决是用一个有内循环装置的竖管式反应器，以及用主要是一块水平安装的有孔隔板和一个混合室来实现的。内循环装置按无扩散作用的喷射空吸装置(引射泵)原理进行操作。混合室在外壳内，装在隔板的上方，和管式反应器同心。管的上端端面是封闭的，管壁上部分有孔。在提出的反应器中，通过水平隔板上的孔以及通过在外壳中与其同心安装的管上的孔形成气体液体混合物的操作流体。此管的顶端是封闭的，上部份周围有孔。这使得形成一内部循环区，增加液相(甲醇)的气体(一氧化碳)含量和产生相之间的接触面。反应混合物中一氧化碳含量较高的结果是，在生产甲酸甲酯的方法中达到了较高的效率。附图说明图1为本专利技术反应器的纵断面投影图，图2，3，4为其它反应器变体的纵断面投影图。图5表示实验结果，它证实反应器在用典型混合物(空气-水)试验的气相中的特点。图6表示在试验所提出的反应器类型时的甲酸甲酯浓度动力学，它是在通过甲醇的羰基化作用生产甲酸甲酯时得到的。此反应器由外壳1，由水平安置的、有20个孔的隔板和混合室3组成。混合室3以管10的形式被垂直安装于隔板2的上方，管的顶端是封闭的，管的上部份有21个孔。反应器(图1)按以下原理工作液体和气体在隔板2下面进入反应器。同时通过隔板上的20个孔产生一束混合的气体射流，在此情况下通过涡流脉动使气相分散。此射流从外壳1和混合室3的管10之间的环形空隙11中抽出混合物。此混合流体进入混合室3的管10中，这时由于速度平衡而压力降低。此流体在通过混合室3上面的21个孔之后分散。在环形空隙11中的较大部份流体循环进入管10的下部，其它部份流体，根据反应组分的输入量，经过混合室的管10上端进入空间12，并从反应器中排出。形成内循环(环形流动)。在流体从混合室3中流出，突然转向进入环形空隙11中时，轻的相在转向中心分离，其结果是，将很大一部份气相(与总流体相比)拖入回流的流体中，提高回流流体中的气相到相当于相平衡的气体含量极限值。回流流体中的气相在混合室3中经历过多次分散，其结果是可保持分散度。这些结构元件没有降低气体含量极限的功能限制。为了在流体中的气体含量很高的情况下使气体在液体中的分散稳定，混合室3的管10上部份的21个穿孔是非常重要的。假如将孔径扩大超过一定的极限值或者假如以任意排列直径相等的孔的形式制出21个穿孔，都不能在流体中气体含量高的情况下得到需要的气相分散。由于这种原因，可按辐射形排列孔的形式制出管10上面的21个穿孔，孔径从一排至另一排往上去逐渐扩大。最有效的是管10或混合室3的21个穿孔为环形缝的形式，而且缝的宽度从这一缝至另一缝往上去逐渐扩大。按直径从一排至另一排逐渐变大的孔的形式或按宽度逐渐增加的环形缝的形式制出混合室中管10上部份的21个穿孔，在很大范围内改变气体和流体通过量的情况下可保证气体-液体混合物的稳定分散和循环。在任何情况下，孔和缝的尺寸都与反应器的其它几何特征及气体、流体的体积速度紧密联系。这些尺寸是靠实验确定的。假如反应器外壳的直径大，则可使用以如同在基本反应器(图1)中的气体在流体中分散的同样原理为依据的循环装置的其它变体。图2表明一种反应器变体，在此变体中隔板2有一排20个孔，这些孔位于外壳1和管状混合室3之间的环形空隙11之下。外壳1和管10之间的环形空隙在这里执行混合室3的功能。由于此原因，管10的上部份不是封闭的，而是管10上部份和外壳1之间的环形空隙。图3说明由直径不同的两个同心安装的管组成的混合室3。其中外管10b和内管10a之间的上面环形空隙是封闭的，而外管和内管的上面部份是打孔的。隔板上的20个孔按一排通孔形式制成。这些通孔位于双管(10a，10b)的环形空隙之下，流体以双环流形式循环通过这里。在所述的反应器变体(图3)中，同心管10a、10b之间的环形空隙3a执行混合室的功能。所述的混合室-反应器(图1至3)允许在反应混合物中的气体含量高，并产生气体和液体的接触表面，不过，接触时间不够长。为了延长接触时间，可使用循环区连续排列的反应器(图4)。在每区中，气体和液体的接触类似于上述过程。气体一液体流穿过各区，然后进入分离槽4，在这里进行相分离，如此结构的反应器是多个反应器的串联，它具有理想的混合作用，更何况是流体停留时间随循环区数目的增加而增加。为确立流体的稳定的分散和循环，需要气体和本文档来自技高网...

【技术保护点】
特别适合于甲酸甲酯合成的反应器结构，其中包含一些循环装置的一个管状外壳，其特征在于：为了简化结构和提高甲酸甲酯的产量，－循环装置是按喷射空吸装置（喷射器）的原理制成的，－外壳（１）下面有一块隔板（２），将气体和液体在此隔板下导入，－隔板（２）有一个或多个孔（２０），－在隔板（２）和孔（２０）的上方有在一根管（１０）内或多根同心管（１０ａ、１０ｂ）内的混合室（３、３ａ），－混合室（３、３ａ）的顶端是封闭的，－形成混合室（３、３ａ）的管（１０，１０ａ，１０ｂ）上部周围是打孔的。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：G索伯塔，SW佩特维施，TO阿历吉维施，PJ安东诺维施，KR安东维施，
申请(专利权)人：萨尔斯吉特建筑公司，鲍里斯拉夫综合科技研究院，
类型：发明
国别省市：DE[德国]