CN104971673A - 一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器 - Google Patents

Abstract

一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，属于液液非均相混合设备领域，具体涉及一种集混合反应分离于一体的短接触旋流反应器。其特征在于：外筒体（4）一侧设有轻相进液管（3），内筒体（5）筒壁上设有连通内筒体（5）内腔与环形空腔的物料流通结构（9）；内筒体（5）内上部套有轻相溢流出口管（1），轻相溢流出口管（1）与内筒体（5）之间形成环形混合空腔，且轻相溢流出口管（1）上部伸出内筒体（5）外部，内筒体（5）下部通过锥形管（6）固定套接重相底流出口管（7）。本发明实现了非均相液体快速混合、快速反应、快速分离一体化的过程，设备结构紧凑，处理量大，可实现连续操作，还具有维护成本低、适应性强等优点。

Description

一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器

技术领域

一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，属于液液非均相混合设备领域，具体涉及一种集混合反应分离于一体的短接触旋流反应器。

背景技术

液液非均相反应过程广泛应用于石油化工、生物反应、环境保护等工程领域，液液非均相反应的关键之一是实现液液两相的高效混合、充分接触，实现两相的完全反应及提高反应速率。

一般来说，混合过程是在强制对流作用下通过主体扩散、涡流扩散和分子扩散，最终达到分子级均匀混合。工业中通常采用机械搅拌、设计曲折流道、液体的高速撞击或者在较高压力下喷射等方式产生湍流，以增加液体的混合效率。其中最常用的液液混合反应器是搅拌釜，反应釜是利用搅拌器的机械搅拌作用实现原料的混合及反应。但是由于反应釜设备的局限性，混合的时间尺度在几分钟甚至几个小时之间，常用于反应速率较慢的反应体系。

而且，对于部分反应过程，随着反应时间的延长和反应程度的加深会有二次反应发生，产生出非目的产物，严重降低系统的经济性。这就要求液体快速混合并进行反应，主反应完成后将产物及部分未经反应的原料进行快速分离，并移出反应器，阻止产物之间、产物与原料之间二次有害反应的发生。另外，从提高生产效率的角度考虑，必须要实现连续操作，反应过程与分离过程同时进行，基于以上液液非均相反应的特点及工程应用现状，有必要开发一种同时进行快速混合、反应分离一体化设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可连续操作、反应过程与分离过程同时进行，实现连续生产的液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，包括外筒体和内筒体，外筒体套装在内筒体外侧上部，外筒体与内筒体之间形成环形空腔，其特征在于：环形空腔为轻相液体原料的缓冲区，且外筒体一侧设有轻相进液管，内筒体筒壁上设有连通内筒体内腔与环形空腔的物料流通结构；内筒体内上部套有轻相溢流出口管，轻相溢流出口管与内筒体之间形成环形混合空腔，且轻相溢流出口管上部伸出内筒体外部，内筒体下部通过锥形管固定套接重相底流出口管；环形混合空腔上部的环形入口处设有强旋转结构，重相液体原料通过强旋转结构进入环形混合空腔并形成强旋转流场，轻相液体原料经轻相进液管和物料流通结构进入环形混合空腔，与重相液体进行混合并旋转下行，边反应边分离；轻相产物或富余的轻相原料经轻相溢流出口管上部排出，重相产物或富余的重相原料由重相底流出口管底部出口排出。轻相液体在内部重相液体强旋流作用下首先均匀布膜于内筒体内壁面，实现轻相液体的高度分散和重轻相液体的充分接触，两相液体在强旋流作用下快速混合并反应。

所述的物料流通结构为均布在内筒体筒壁上的多个流通孔或流通缝。便于轻相液体均匀且快速的进入内筒体内腔与重相液体混合。

所述的物料流通结构为嵌入式安装在内筒体上部的过滤网。

所述的强旋转结构为导向叶片，导向叶片设有多组，水平方向环形均布在环形混合空腔上部，环形混合空腔顶部为重相原料入口。通过导向叶片形成强制旋转，加速混合速率，增强混合效果，同时又有利于混合反应后的分离。

所述的强旋转结构为导向入口管，导向入口管一端固定连接在内筒体外侧上部的切线方向上，且内筒体上部的环形混合空腔顶部密封设置，导向入口管为重相原料入口管。

所述的锥形管为上开口大、下开口小的锥形管体，重相底流出口管为上下等径的直管体，重相底流出口管上部套装在锥形管外侧中部位置，且固定连接。锥形管的设置，是为了增强离心力的效果，加速反应后的分离速率。

有现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、混合速度快，反应时间短，可减少二次反应的发生：混合均匀且迅速、混合更充分：轻相液体和重相液体分别从不同的入口进入混合内腔，轻相液体从外筒体经内筒体上的物料流通结构进入内筒体内腔，在内部重相液体强旋流作用下首先均匀布膜于内筒体内壁面，实现轻相液体的高度分散和重轻相液体的充分接触，两相液体在强旋流作用下快速混合并反应。

2、连续操作，反应过程与分离过程同时进行，实现连续生产：混合、反应、分离过程可在一套设备内完成，反应进行的同时，在内筒体内腔也可进行初步分离，初步分离后进入锥行管，离心力效果加强，分离作用加强，在短时间内即可完成分离，最终轻相产物或富余的轻相原料经轻相溢流出口管上部排出，重相产物或富余的重相原料由重相底流口排出。

3、维护成本低，设备无运动部件，更加稳定可靠：实现了非均相液体在一套设备中快速混合、快速反应、快速分离的过程，且设备结构紧凑，处理量大，连续操作，维护成本低，操作方便，适应性强的优点，可替代传统的混合反应装置，在石油化工、生物反应、环境保护等领域进行推广应用。

4、适应性强，通过调节两种原料流量来控制反应程度，适应不同生产需要。

附图说明

图1为本发明实施例1主视图剖视示意图。

图2为图1的A-A剖视示意图。

图3为图1的B-B剖视示意图。

图4为本发明实施例2主视图剖视示意图。

图5为图4的C-C剖视示意图。

图6为物料流通结构为直孔结构的剖视图示意图。

图7为物料流通结构为斜孔结构的剖视图示意图。

图8为基于液相催化剂的液液非均相催化反应、分离一体化装置连接关系示意图。

其中，1、轻相溢流出口管  2、导向叶片  3、轻相进液管  4、外筒体  5、内筒体  6、锥形管  7、重相底流出口管  8、导向入口管  9、物料流通结构  10、原料进料管  11、静态混合器  12、立管式反应器  13、液体流动分布器  14、短接触旋流反应器  1401、上溢流口  15、旋流分离器底流调节阀  16、催化剂循环罐  17、新鲜催化剂补充口  18、待生催化剂出口  19、催化剂循环管  20、调速管线循环泵  21、连接管。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~8对本发明做进一步说明。

参照附图1：

实施例1

参照附图1~3：一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，包括外筒体4和内筒体5，外筒体4套装在内筒体5外侧上部，外筒体4与内筒体5之间形成环形空腔，环形空腔为轻相液体原料的缓冲区，且外筒体4一侧设有轻相进液管3，内筒体5筒壁上设有连通内筒体5内腔与环形空腔的物料流通结构9；内筒体5内上部套有轻相溢流出口管1，轻相溢流出口管1与内筒体5之间形成环形混合空腔，且轻相溢流出口管1上部伸出内筒体5外部；环形混合空腔上部的环形入口处设有强旋转结构，重相液体原料通过强旋转结构进入环形混合空腔并形成强旋转流场，轻相液体原料经轻相进液管3和物料流通结构进入环形混合空腔，与重相液体进行混合并旋转下行，边反应边分离；轻相产物或富余的轻相原料经轻相溢流出口管1上部排出，重相产物或富余的重相原料由重相底流出口管7底部出口排出。

内筒体5下部通过锥形管6固定套接重相底流出口管7，锥形管6为上开口大、下开口小的锥形管体，重相底流出口管7为上下等径的直管体，重相底流出口管7上部套装在锥形管6外侧中部位置，且固定连接。

参照附图2：强旋转结构为导向叶片2，导向叶片2设有多组，水平方向环形均布在环形混合空腔上部，环形混合空腔顶部为重相原料入口。

参照附图6和7：物料流通结构为均布在内筒体5筒壁上的多个流通孔或流通缝。流通孔可以为如图6所示的直孔，与内筒体5筒壁相垂直设置，也可为如图7所示的斜孔，倾斜设置在内筒体5上。

工作过程：本发明在工作时，重相液体原料从内筒体5上部的环形混合空腔顶部的环形入口进入，重相液体原料经过导向叶片2进入环形混合空腔，由此环形混合空腔进入内筒体5的内腔，重相液体原料在导向叶片2的作用下在内筒体5的内腔作强旋转流动；又由于内筒体5和外筒体4之间形成一个环形空腔，该环形空腔为轻相液体原料缓冲区，轻相液体原料经外筒壁上的轻相进液管3进入环形空腔，然后经过内筒体5筒壁上相应位置开设的物料流通结构，如流通孔或流通细缝风结构，轻相液体原料经内筒体5上的物料流通结构内筒体5内腔；在内筒体5内腔的重相液体强旋流作用下，首先均匀布膜于内筒体5的内壁面，实现轻相液体的高度分散，从而实现重轻相液体的充分接触，两相液体在强旋流作用下快速混合并反应；反应进行的同时，在内筒体5内腔进行初步分离，随后进入内筒体5下部连接的锥形管6，进而离心力增大，分离作用加强，短时间内完成分离，最终轻相产物或富余的轻相原料经轻相溢流出口管1排出，重相产物或富余的重相原料由锥形管6底部连接的重相底流出口管7排出。

如图8所示：本发明还可以用于基于液相催化剂的液液非均相催化反应、分离一体化装置当中，基于液相催化剂的液液非均相催化反应、分离一体化装置包括立管式反应器12、短接触旋流反应器14和催化剂循环罐16，立管式反应器12下部设有原料进料管10，立管式反应器12顶部出口通过连接管21依次连通短接触旋流反应器14和催化剂循环罐16；催化剂循环罐16下部一侧的催化剂循环管19连通立管式反应器12下部，催化剂循环罐16通过催化剂循环管19与反应器底部相连，实现催化剂的快速循环，催化剂循环管19上设有控制催化剂循环量的调速管线循环泵20，催化剂循环罐16中部一侧设有新鲜催化剂补充口17，底部设有待生催化剂出口18。

立管式反应器12为原料依次上行反应的多级反应装置，包括管体、原料进料管10和静态混合器11，管体底部设有三组或三组以上原料进料管10，管体底部的多组原料进料管10呈放射状均布在管体底部，管体一侧从下往上均布设有多组原料进料管10，在管体内部相应设有多组静态混合器11，多组静态混合器11将管体内间隔成多个原料反应空间，多组原料进料管10一端分别连通多个原料反应空间，每条原料进料管10对应一个原料反应空间，原料进料管10与静态混合器11间隔设置，管体内最上部还设有流体流动分布器13。

短接触旋流反应器14安装在连接管25与催化剂循环罐16之间，短接触旋流反应器14上部一侧连通连接管25，底部通过旋流分离器底流调节阀15连通催化剂循环罐16顶部，且短接触旋流反应器14顶部设有上溢流口1401。此结构用于催化剂比重大于反应产物的反应过程，短接触旋流反应器14的上溢流口1401为反应产物出口，短接触旋流反应器14底部出口与催化剂循环罐16相连。

由立管式反应器12、短接触旋流反应器14、催化剂循环罐16、催化剂循环管19、催化剂循环量控制用调速管线循环泵20组成一循环反应体系；立管式反应器12下部设有一组或多组原料进料管10，原料与催化剂在立管式反应器12底部混合后上行进一步混合和反应。

基于液相催化剂的液液非均相催化反应、分离一体化装置的工作过程如下：

原料自立管式反应器12底部的多组原料进料管10进入（具体数量根据需要设置），催化剂由催化剂循环罐16通过其下部一侧的催化剂循环管19进入立管式反应器12底部，催化剂循环量通过催化剂循环管19上的调速管线循环泵20控制；原料与催化剂在立管式反应器12底部初步混合，为确保液液两相的进一步充分混合，在立管式反应器12内设置多段静态混合器11，同时在立管式反应器12的管体内最上部设置流体流动分布器13；反应完毕后，反应产物和催化剂混合液通过立管式反应器12的出口直接引入短接触旋流反应器14上部，进行反应产物与催化剂的快速、高效分离，短接触旋流反应器14底部设置的旋流分离器底流调节阀15用以控制短接触旋流反应器14的分流比和调节短接触旋流反应器14的分离效率；此种结构用于催化剂比重大于反应产物的反应，短接触旋流反应器14底部直接连通催化剂循环罐16顶部，催化剂循环罐16中部一侧设置新鲜催化剂补充口17和待生催化剂出口18，在生产过程中可以实现新鲜催化剂的连续补充和待生催化剂的连续引出。

实施例2

参照附图4和5：强旋转结构为导向入口管8，导向入口管8一端固定连接在内筒体5外侧上部的切线方向上，且内筒体5上部的环形混合空腔顶部密封设置，导向入口管8为重相原料入口管。

重相液体原料经重相原料导向入口管8进入内筒体5上部，在内筒体5内作旋转流动；其他设置和工作过程与实施例1相同。

实施例3

物料流通结构为嵌入式安装在内筒体5上部的过滤网。其他设置和工作过程与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，包括外筒体（4）和内筒体（5），外筒体（4）套装在内筒体（5）外侧上部，外筒体（4）与内筒体（5）之间形成环形空腔，其特征在于：环形空腔为轻相液体原料的缓冲区，外筒体（4）一侧设有轻相进液管（3），内筒体（5）筒壁上设有连通内筒体（5）内腔与环形空腔的物料流通结构（9）；内筒体（5）内上部套有轻相溢流出口管（1），轻相溢流出口管（1）与内筒体（5）之间形成环形混合空腔，轻相溢流出口管（1）上部伸出内筒体（5）外部，内筒体（5）下部通过锥形管（6）固定套接重相底流出口管（7）；环形混合空腔上部的环形入口处设有强旋转结构，重相液体原料通过强旋转结构进入环形混合空腔并形成强旋转流场，轻相液体原料经轻相进液管（3）和物料流通结构进入环形混合空腔，与重相液体进行混合并旋转下行，边反应边分离；轻相产物或富余的轻相原料经轻相溢流出口管（1）上部排出，重相产物或富余的重相原料由重相底流出口管（7）底部出口排出。

2.根据权利要求1所述的一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，其特征在于：所述的物料流通结构（9）为均布在内筒体（5）筒壁上的多个流通孔或流通缝。

3.根据权利要求1所述的一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，其特征在于：所述的物料流通结构（9）为嵌入式安装在内筒体（5）上部的过滤网。

4.根据权利要求1所述的一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，其特征在于：所述的强旋转结构为导向叶片（2），导向叶片（2）设有多组，水平方向环形均布在环形混合空腔上部，环形混合空腔顶部为重相原料入口。

5.根据权利要求1所述的一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，其特征在于：所述的强旋转结构为导向入口管（8），导向入口管（8）一端固定连接在内筒体（5）外侧上部的切线方向上，且内筒体（5）上部的环形混合空腔顶部密封设置，导向入口管（8）为重相原料入口管。

6.根据权利要求1所述的一种液液非均相混合反应分离一体化的短接触旋流反应器，其特征在于：所述的锥形管（6）为上开口大、下开口小的锥形管体，重相底流出口管（7）为上下等径的直管体，重相底流出口管（7）上部套装在锥形管（6）外侧中部位置，且固定连接。