新型液液多相反应器制造技术

新型液－液多相反应器设备包括三种不同的结构：喷射式环流反应器、撞击流提升管反应器和强化传质集束纤维填料反应器。其中喷射式外环流反应器（见图１）利用液体喷射产生的动能，使能够循环利用的反应液体在反应器内循环流动、良好混合并反应。撞击流提升管反应器（见图５）使三种反应液体通过多次对撞、粉碎与混合，然后在提升管内进行反应。强化传质集束纤维填料反应器（见图９）内放置多根纤维丝，使反应液体由丝表面流下，形成两个液膜层，进行反应。本发明专利技术所介绍的反应器液体粉碎、混合效果好、液－液接触面积大。可广泛用于石油、化工、环境等领域，特别适用于高粘度液－液之间的反应，如离子液体催化烷基化反应、美洛克斯法油品催化氧化反应等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型液-液多相反应器设备，特别涉及粘度较大的液-液-液多相 反应器设备，属于石油、化工环境、生物等领域。
技术介绍
不互溶液_液两相的混合效果对液-液反应的转化率和选择性具有重要影响。目前，实现液-液两相混合的设备种类很多，如搅拌釜、静态混合器、 撞击流混合器等。常见的搅拌釜主要由搅拌室、挡板、搅拌装置及密封装置构成。该装置适 用范围广，以间歇操作为主.混合的时间尺度在几分钟至几小时之间，常用于 反应速率相对较慢的反应体系。但是搅拌釜由于引入机械转动设备，因此，在 中、高压操作条件下难以保证装置的密封。静态混合器是最近20年发展起来的混合设备，是一种没有机械转动的流体 管路结构体。流体在流经静态混合器时，被混合元件分割成很薄的薄片，其数 量按元件数的幂次方增加，最终成为微小的液滴，从而达到充分的混合。静态 混合器具有操作成本低，占地面积小，结构紧凑、不易泄漏、没有转动构件和 制造安装方便等优点。但是，对于可能有固体产生的混合过程，容易使静态混 合器堵塞，m^进行清理。此外，静态混合器还存在压降过大等致命缺点.撞击流混合器是一种较新颖的混合设备。其基本构思是使两股物流由同轴 布置的喷嘴喷出并撞击。由于惯性，颗粒穿过撞击面渗入反向流，并来回作减幅振荡运动。其结果是使颗粒的相间相对速度极高，对强化热、质传递过程尤 其是外扩散控制的传递过程较为有效，但是，撞击流混合器的时间尺度一般小于1秒，且要求入口压力很高，在远离喷嘴的区域容易形成死区，^H应产物 分布不均匀.目前的撞击流反应器均为在导流筒内设置螺旋桨的结构，如中国 专利ZL00230326.4介绍了一种浸没循环撞击流反应器，这种结构的撞击流反应 器虽然提高了混合效率，但也存在一些不足。如螺旋桨的电机轴为悬臂式结构， 操作时易引起螺旋桨及电机轴的振动，其次，操作条件为中高压时也难以保证 电机轴的密封，专利200510045866.6介绍了一种没有螺旋桨的撞击流反应器， 利用离心泵为液体提供能量、产生对撞，这种结构虽然避免了传统撞击流反应 器的一些缺点，但是对于多股高粘度液体之间的反应，仍然难以达到良好的混 合效果。外环流反应器是一种高效的多相反应器，专利01272218.2介绍了一种气液、 气液固外环流反应器，通过气体喷射的动能产生环流，但其上升管采用倒锥形 结构，反应物在上升管上升的过程中不是以活塞流的形式进行流动，由此造成 返混，不利于提高反应的转化率。对于高粘度液液之间的反应，目前广泛采用的还有为带搅拌装置的卧式反 应器(如中国专利ZL200520078557.3、美国专利3281213)和带提升管的立式 反应器(如美国专利3281213)，前者主要用于硫酸法烷基化工艺，后者主要用 于氢氟酸法烷基化工艺。专利ZL200520078557.3介绍了 一种石克酸法烷基化工艺中的卧式反应器，主 体是一个卧式压力容器，有一个内循环管、 一个取走反应热的管束和一个混合 螺旋桨。反应进料和循环酸进入螺旋桨的吸入侧，在螺旋桨的驱动下，反应物料迅速扩散并与酸形成乳化液。乳化液在反应器内不停地高速循环并发生反应. 在螺旋桨的排出侧， 一部分乳化液吸入到酸沉降器，进行酸的分离。酸由于比 重较大而沉入沉降器底部，然后返回到反应器的螺旋桨吸入侧.这种反应器内的返混较大，不利于提高反应的转化率。美国专利US6194625B1介绍了一种分 段进料的烷基化反应器，反应区被分隔成几个串联的区段，将新鲜原料分隔成 几股分别引入每个反应区段，而循环使用的高粘度反应物则是串流式的，每个 反应区段内采用机械搅拌的方式进行混合。这种结构虽然克服了返混较大的问 题，但结构过于复杂。另外，这两种结构都釆用了固定转速电动机驱动的搅拌 桨，很容易因密封不严而发生泄漏。美国专利3281213提出了一种立式反应器，其主体是一根提升管，提升管 与一个卧式罐相连接，卧式罐内装有高粘度反应物，另外两种反应物通过提升 管底部的喷嘴喷入，喷射造成的引力带动着卧式罐中的高粘度反应物一起进入 提升管，反应即在这根提升管反应器中进行。提升管顶端连接有一个分离罐， 用于反应产物的分离。分离后的高粘度反应物循环进入提升管底部的卧式罐. 这种结构没有采用机械转动构件，解决了内置螺旋桨带来的一系列问题。但是， 高粘度反应物与其他反应物的混合并不能令人满意，另外，整个反应器系统采 用了一个提升管、两个卧式罐和一根下降管，设备庞大、结构也不够紧凑。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供适用于液-液、液-液-液多相反应尤其是高粘度 液体间反应的反应器。这种反应器可以将较低粘度反应液体粉碎成很小的液滴 或将较低粘度的反应液体拉成很薄的液膜，使高粘度液体与其他反应物在很短 的时间内均匀混合，提供很大的液液相接触面积，^^应达到很高的转化率。本专利技术比现有技术有着明显的优点和有益的效果本专利技术设计出的新型液液多相反应器，结构简单，液-液接触面积大，没有 搅拌部件，不易泄漏。可广泛用于石油化工领域，特别适用于高粘度的液体反 应物，如离子液体催化烃类烷基化反应等，附图说明图la是喷射式外环流反应器的结构示意图；图lb是喷射式内环流反应器的结构示意图；图2是液体喷嘴的结构示意图；图3是分层室5结构示意图；图4是液体分配管的结构示意图；图5是撞击流提升管^JL器的结构示意9是强化传质集束纤维填料反应器图IO是强化传质集束纤维填料反应器中两种液体流动、接触示意图.具体实施方式本专利技术所述的新型液-液多相反应器通过以下途径实现该反应器包括三种 不同的结构，分别为喷射式外环流反应器(图la)、喷射式内环流反应器(图lb)、 撞击流提升管式反应器(图5)和强化传质集束纤维填料反应器(图9)。以下结合附 图和具体的实施例对本专利技术作进一步的详细说明附图la所示为本专利技术的实施实例1，即喷射式外环流反应器示意图。至少 包括喷嘴系统l、上升管2、降液管3、液体分配管4、分层室5、反应产物出口 6、液体分配管进口 7、喉管8、混合室9和液体进口 10。其特征在于混合 室9位于反应器底部，其上设置有液体进口 10;喷嘴系统l的入口管固定在混 合室9器壁上，出口端设置有喷嘴，朝向喉管8;混合室9与喉管8相连；喉管 8与上升管2相连接；上升管2顶部与分层室5相连接，液体分配管4插入上升 管2中，降液管3—端与分层室5相连接，另一端与喉管8直径最小处相连接。 如附图2所示，喷嘴系统l由入口管、緩冲室、喷嘴组成；喷嘴的轴线与上升 管2的轴线平行；喷嘴出口与降液管3出口中心线距离小于喷嘴射流长度。喷 嘴开孔率为5% ~20%(以喉管8喉部最小直径处截面积为基准)，喉管8的长度 为1 4D,其中D为上升管2内径，喉管8喉部直径为0.5D 0.9D,上升管 2长度应确保液体在上升管2内的停留时间不小于液体反应时间.如附图3a所 示分层室5应包括两种结构， 一种为分层室5下部锥段与上升管2直接相连接， 另一种为分层室5内设置一段圆筒，圆筒下端与分层室5相连接，液体由圆筒2 顶部溢流ii/v分层室5。分层室5的体积应保证液体在分层室5内的停留时间不 小于液体静置分层的时间。分层室5直径为1.5~6D，圆筒直径为0.8~2.5D， 圆筒顶部距分层室5顶部间距为0.2 ~本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型液－液多相反应器，其特征在于：该反应器包括三种不同的结构。分别为喷射式环流反应器（图１ａ、图１ｂ）、撞击流提升管式反应器（图５）和强化传质集束纤维填料反应器（图９）。其中喷射式环流反应器分为外环流（图１ａ）和内环流（图１ｂ）两种结构。第一种结构的新型液－液多相反应器（见图１ａ），其特征在于：所述的喷射式外环流反应器至少包括：喷嘴系统１、上升管２、降液管３、液体分配管４、分层室５、反应产物出口６、液体分配管进口７、喉管８、混合室９和液体进口１０。其特征在于：混合室９位于反应器底部，其上设置有液体进口１０；喷嘴系统１的入口管固定在混合室９器壁上，出口端设置有喷嘴，朝向喉管８；混合室９与喉管８底部相连；喉管８顶部与上升管２相连接；上升管２顶部与分层室５相连接，液体分配管４由顶部插入上升管２中，降液管３一端与分层室５相连接，另一端与喉管８喉部直径最小处相连接。第一种结构的新型液－液多相反应器（见图１ｂ），其特征在于：所述的喷射式内环流反应器至少包括：喷嘴系统１、上升管２、降液管３、液体分配管４、分层室５、反应产物出口６、液体分配管进口７、混合室９、液体进口１０。其特征在于：混合室９位于反应器底部，其上设置有液体进口１０；喷嘴系统１的入口管固定在混合室９器壁上，出口端设置有喷嘴；混合室９与降液管３相连接；降液管３内有与其同心布置的上升管２，降液管３顶部与分层室５相连接，液体分配管４由顶部插入上升管２中。第二种结构的新型液－液多相反应器（见图５），其特征在于：所述的撞击流提升管反应器至少包括：提升管出口１’、提升管２’、伞帽挡板３’、喷嘴系统４’、液体分布器５’、撞击室６’、液体进料管７’。其特征在于：撞击室６’位于反应器底部，其上设置有相对的液体进料管７’，喷嘴系统４’固定在撞击室６’上，其喷嘴向上，轴线与提升管２’轴线重合，伞帽挡板３’通过支腿固定在喷嘴上，撞击室６’与提升管２’连接法兰间设置有液体分配器５’，喷嘴伸入提升管２’底部，提升管出口１’位于提升管２’上部，与提升管２’的连接采用Ｔ型结构。第三种结构的新型液－液多相反应器（见图９），其特征在于：所述的强化传质集束纤维填料反应器至少包括：反应器本体６”、传质空间２”、集束纤维丝填料１”、顶封头７”、反应液体分布器１０”、１１”、液体再分布器１２”、分离沉降罐３”、强化传质循环管１３”组成，其特征在于：反应器本体６”分为上、中、下部分，反应器本体６”的上部设有...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢春喜，刘植昌，刘梦溪，范怡平，周建军，徐春明，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]