CN104028178B - 强化水力学反应器混合效果的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种强化水力学反应器混合效果的方法，主要解决现有技术存在气-液和液-液混合效果不理想，结构复杂的问题。本发明通过采用在甲醇低压液相合成醋酸反应中使用下述水力学反应器，所述水力学反应器包括出气口1、挡板2、液体喷射装置3、进气口4、气体分布器5、出液口6和进液口7；其中，进气口4位于反应器侧下部，出气口1位于反应器顶部，进液口7位于反应器底部，出液口6对称置于反应器下封头两侧；气体分布器5位于挡板2和液体喷射装置3之间；挡板2位于上封头以下；挡板2上开有出气孔的技术方案较好地解决了该问题，可用于甲醇低压液相合成醋酸的工业生产中。

Description

强化水力学反应器混合效果的方法
技术领域
本发明涉及一种强化水力学反应器混合效果的方法。
背景技术
利用甲醇低压液相羰基化反应，使一氧化碳与甲醇在反应器中进行充分的气液混合来合成醋酸技术是目前世界上最常用的醋酸生产技术。文献CN101090880A公开了一种醋酸的制造方法，该方法包括在铑催化剂、碘盐、甲基碘、醋酸甲酯以及水的存在下，使甲醇和一氧化碳连续反应，将反应液中的乙醛浓度维持在500ppm以下，以11mol/小时以上的生成速度制造醋酸。现有反应器中常采用机械搅拌的方式来达到气-液和液-液的充分混合，但是由于醋酸合成过程中有大量的腐蚀性介质，对机械传动的轴封和搅拌设备具有强烈的腐蚀作用，常造成搅拌设备损坏，造成停车维修，难以实现持续、稳定和安全的运行。因此开发一种通过自身进料达到良好气液混合效果的新型反应器是目前醋酸合成技术的迫切需要。
文献CN101885678A公开了一种甲醇低压羰基化合成醋酸用反应设备，该反应设备采用液体循环用液力来达到搅拌目的。该方案包括有反应罐和在反应罐上部的上出料口与下出料口以及反应罐底部的进料口，反应罐连接有液体循环装置和气体输入装置；液体循环装置是在反应罐内有至少一个引液管连接伸出反应罐外的输液管，反应罐外的输液管连接循环泵的输入口，循环泵的输出口连接加压输液管，加压输液管连接带有冷却水入口和冷却水出口的换热器输入口，换热器的输出口连接排液管，排液管由反应罐的顶部插入反应罐内，在反应罐内的排液管开口端连接至少一个喷头；气体输入装置是在反应罐内的下部设置有至少一个带排气孔的排气管，排气管连接伸出反应罐的输气管，输气管在反应罐外通过气体分配器连接进气管。但是，该设备的气-液和液-液混合效果还是不理想，并且结构复杂，对于锆材设备来说需要较高的设备制造水平以及较大的成本投入。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术存在气-液和液-液混合效果不理想，反应器结构复杂的问题，提供一种新的强化水力学反应器混合效果的方法。该方法具有气-液和液-液混合效果好，结构简单，安全可靠的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种强化水力学反应器混合效果的方法，在甲醇低压液相合成醋酸反应中使用下述水力学反应器，所述水力学反应器包括出气口1、挡板2、液体喷射装置3、进气口4、气体分布器5、出液口6和进液口7；其中，进气口4位于反应器侧下部，出气口1位于反应器顶部，进液口7位于反应器底部，出液口6对称置于反应器下封头两侧；气体分布器5位于挡板2和液体喷射装置3之间；挡板2位于上封头以下；挡板2上开有出气孔。
优选地，挡板2和气体分布器5之间的距离h1与液体喷射装置3和气体分布器5之间的距离h2的关系为：h2：h1=0～0.5。
更优选地，挡板2和气体分布器5之间的距离h1与液体喷射装置3和气体分布器5之间的距离h2的关系为：h2：h1=0.1～0.35。
优选地，挡板直径为反应器直径的0.6～0.9；挡板上出气孔的直径为5～15mm；挡板开孔率为0.1～0.5。
优选地，所述挡板带有裙边，裙边高度为50～100mm，裙边与挡板主体呈10°～70°。
优选地，所述气体分布器为环式气体分布器。
更优选地，所述气体分布器为双环式气体分布器。
优选地，所述双环式气体分布器外管径与反应器直径之比为0.3～0.8，内管径与反应器直径之比为0.2～0.7，开孔数为100～500，开孔之间等距均匀分布。
本发明中，液体喷射装置的喷射方向与气流方向是相同的，即气液相是顺流接触。所述液体喷射装置液相垂直向上喷射，缩径管可以提高出口流速；所述气体分布器优选为双环气体分布器，气体从外部通入相连通的不同管径的气体分布器，均匀等距开孔，促进气相的均匀分布；所述挡板为带有裙边及开孔的筛板，气体可以从开孔处通过，挡板上方空间得到了利用。本发明通过气相分布进料和液相喷射进料相结合的方式以及挡板的配合作用，增加了反应体积，实现了反应器内气-液和液-液的充分混合，消除了机械搅拌带来的不稳定因素，减少了反应器内死区，结构简单且安全可靠。本发明的水力学反应器用于甲醇低压液相合成醋酸的反应中，可以14mol/小时以上的生成速度生产醋酸，达到了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明中的水力学反应器示意图。
图1中，1为出气口，2为挡板，3为液体喷射装置，4为进气口，5为气体分布器，6为出液口，7为进液口。
本发明中的反应器主要由出气口1，挡板2，液体喷射装置3，进气口4，气体分布器5，出液口6，进液口7组成。出气口1主要为反应过程中的气相物料出口，挡板2是带有出气孔和裙边的筛板式挡板，出气孔的设置有利于气相物料穿过挡板，液相物料也可以穿过，但大部分液相物料被挡回，有利于汽液相的返混，增加停留时间，具体实施时可以根据气相量调整开孔率。所述的液体喷射装置3为缩径管，入口管径为200～400mm，出口管径为100～200mm，可以根据进液量和所需的进液速度调整管径，喷射装置所伸入的位置也可以相应调整，垂直向上喷射有利于液液混合，同时利用了液相自身重力行为，促进汽液和液液混合，强化了传质作用。气体分布器5采用双环气体分布器。出液口6采用对称布置的方式置于反应器两侧，对称布置的方式有利于反应器内流形稳定。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1】
采用图1所示的水力学反应器，包括出气口1、挡板2、液体喷射装置3、进气口4、气体分布器5、出液口6和进液口7；其中，进气口4位于反应器侧下部，出气口1位于反应器顶部，进液口7位于反应器底部，出液口6对称置于反应器下封头两侧；气体分布器5位于挡板2和液体喷射装置3之间；挡板2位于上封头以下；挡板2上开有出气孔。
其中，挡板2和气体分布器5之间的距离h1与液体喷射装置3和气体分布器5之间的距离h2的关系为：h2：h1=0.1。反应器直径为4000mm，挡板直径为3600mm。挡板上出气孔的直径为8mm。挡板开孔率为0.2。挡板带有裙边，裙边高度为70mm，裙边与挡板主体呈45°。气体分布器为双环式气体分布器，外管径为2500mm，内管径为1500mm，开孔数为250，开孔之间等距均匀分布。液体喷射装置为缩径管式，入口管径为300mm，出口管径为200mm。
上述反应器用于甲醇合成醋酸的反应中。原料甲醇与CO和催化剂在190℃、3.0MPa条件下在反应器内发生羰基合成反应，反应器内气-液和液-液混合充分。反应结果为：醋酸时空产率(STY)为15.1mol/(L·h)
【实施例2】
同【实施例1】，只是挡板2和气体分布器5之间的距离h1与液体喷射装置3和气体分布器5之间的距离h2的关系为：h2：h1=0.2。反应器直径为4000mm，挡板直径为3400mm。挡板上出气孔的直径为5mm。挡板开孔率为0.2。挡板带有裙边，裙边高度为100mm，裙边与挡板主体呈30°。气体分布器为双环式气体分布器，外管径为2000mm，内管径为1000mm，开孔数为300，开孔之间等距均匀分布。液体喷射装置为缩径管式，入口管径为300mm，出口管径为150mm。
上述反应器用于甲醇合成醋酸的反应中。原料甲醇与CO和催化剂在190℃、3.0MPa条件下使用新型国产催化剂在反应器内发生羰基合成反应，反应器内气-液和液-液混合充分。反应结果为：醋酸时空产率(STY)为14.4mol/(L·h)。
【实施例3】
同【实施例1】，只是挡板2和气体分布器5之间的距离h1与液体喷射装置3和气体分布器5之间的距离h2的关系为：h2：h1=0。反应器直径为4000mm，挡板直径为3500mm。挡板上出气孔的直径为10mm。挡板开孔率为0.25。挡板带有裙边，裙边高度为100mm，裙边与挡板主体呈60°。气体分布器为双环式气体分布器，外管径为2800mm，内管径为1800mm，开孔数为300，开孔之间等距均匀分布。液体喷射装置为缩径管式，入口管径为300mm，出口管径为150mm。
上述反应器用于甲醇合成醋酸的反应中。原料甲醇与CO和催化剂在190℃、3.0MPa条件下使用新型国产催化剂在反应器内发生羰基合成反应，反应器内气-液和液-液混合充分。反应结果为：醋酸时空产率(STY)为14.8mol/(L·h)。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种强化水力学反应器混合效果的方法，在甲醇低压液相合成醋酸反应中使用下述水力学反应器，所述水力学反应器包括出气口(1)、挡板(2)、液体喷射装置(3)、进气口(4)、气体分布器(5)、出液口(6)和进液口(7)；其中，进气口(4)位于反应器侧下部，出气口(1)位于反应器顶部，进液口(7)位于反应器底部，出液口(6)对称置于反应器下封头两侧；气体分布器(5)位于挡板(2)和液体喷射装置(3)之间；挡板(2)位于上封头以下；挡板(2)上开有出气孔；
挡板(2)和气体分布器(5)之间的距离h1与液体喷射装置(3)和气体分布器(5)之间的距离h2的关系为：h2：h1＝0.1～0.35；
挡板直径为反应器直径的0.6～0.9；挡板上出气孔的直径为5～15mm；挡板开孔率为0.1～0.5；
所述挡板带有裙边，裙边高度为50～100mm，裙边与挡板主体呈10°～70°；
所述液体喷射装置为缩径管式。
2.根据权利要求1所述强化水力学反应器混合效果的方法，其特征在于所述气体分布器为环式气体分布器。
3.根据权利要求2所述强化水力学反应器混合效果的方法，其特征在于所述气体分布器为双环式气体分布器。
4.根据权利要求3所述强化水力学反应器混合效果的方法，其特征在于所述双环式气体分布器外管径与反应器直径之比为0.3～0.8，内管径与反应器直径之比为0.2～0.7，开孔数为100～500，开孔之间等距均匀分布。
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