CN105903425A - 喷射反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷射反应器。所述喷射反应器包括：本体，本体内具有反应腔，反应腔的壁上设有进料口、出料口、循环出料口、循环进料口、进气口和排气口；喷射管，喷射管连接循环进料口且伸入反应腔内；混合管，混合管设在反应腔内，喷射管的下端部从混合管的上端口伸入混合管内；导流环，导流环设在反应腔内，导流环套设在混合管上；和分配盘，分配盘设在反应腔内，分配盘套设在混合管上且位于导流环的上方，其中分配盘上设有分配孔。根据本发明实施例的喷射反应器具有传热效率高、传质效率高、反应速率快、反应效率高等优点，使新鲜物料能够更加充分地进行反应。

Description

喷射反应器

技术领域

本发明涉及反应器，具体而言，涉及喷射反应器。

背景技术

化学反应器是化工生产的心脏部分。喷射反应器利用高速流动相去卷吸其他相，两相之间充分混合，传热效率和传质效率高，反应速率快，能大大缩小反应器的体积，缩短反应时间。

发明内容

发明人经过深入研究后发现：由于喷射反应器的湍流剧烈，气液接触时间短，流体的大量动能未被充分利用，反应过程的能耗高，而且在进料过程中会产生返混，致使部分新鲜物料尚未充分反应便被取出，降低了反应的效率。而平推流反应器（活塞流反应器）由于其在流动方向上没有返混，因此流场均匀平稳，反应过程沿着流动方向不断进行，反应过程较容易调控。

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有传热效率高、传质效率高、反应速率快、反应效率高的优点的喷射反应器。

根据本发明实施例的喷射反应器包括：本体，所述本体内具有反应腔，所述反应腔的壁上设有进料口、出料口、循环出料口、循环进料口、进气口和排气口；喷射管，所述喷射管连接所述循环进料口且伸入所述反应腔内；混合管，所述混合管设在所述反应腔内，所述喷射管的下端部从所述混合管的上端口伸入所述混合管内；导流环，所述导流环设在所述反应腔内，所述导流环套设在所述混合管上；和分配盘，所述分配盘设在所述反应腔内，所述分配盘套设在所述混合管上且位于所述导流环的上方，其中所述分配盘上设有分配孔。

根据本发明实施例的喷射反应器具有传热效率高、传质效率高、反应速率快、反应效率高的优点，使新鲜物料能够更加充分地进行反应。

另外，根据本发明实施例的喷射反应器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述出料口位于所述进料口的上方，所述循环出料口设在所述反应腔的底壁上，所述循环进料口设在所述反应腔的顶壁上，所述喷射管、所述混合管和所述环流套筒中的每一个竖直地设置，其中所述环流套筒位于所述反应腔的下部。

根据本发明的一个实施例，所述喷射反应器进一步包括溢流堰，所述溢流堰设在所述反应腔的壁上且邻近所述出料口，其中所述溢流堰的上沿位于所述出料口的上方。

根据本发明的一个实施例，所述喷射管包括第一竖直段、第一缩径段和第二竖直段，所述第一缩径段的上沿与所述第一竖直段的下沿相连，所述第一缩径段的下沿与所述第二竖直段的上沿相连，其中所述第一竖直段和所述第二竖直段中的每一个为圆柱状，所述第一缩径段为圆台状，所述第一缩径段的直径由上向下减小。

根据本发明的一个实施例，所述混合管包括第二缩径段和第三竖直段，所述第二缩径段的下沿与所述第三竖直段的上沿相连，所述第三竖直段为圆柱状，所述第二缩径段为圆台状，所述第二缩径段的直径由上向下减小，其中所述第一缩径段和所述第二竖直段容纳在所述第二缩径段内。

根据本发明的一个实施例，所述导流环包括：环形的安装板，所述安装板的外周面密封地与所述反应腔的周壁相连，所述安装板的沿所述反应腔的径向的截面为弧形面；环形的第一导流板，所述第一导流板的下沿与所述安装板的内沿相连，所述第一导流板的沿所述反应腔的径向的截面为弧形面；和环形的第二导流板，所述第二导流板位于所述第一导流板的内侧，所述混合管位于所述第二导流板的内侧，所述第二导流板的沿所述反应腔的径向的截面为弧形面。

根据本发明的一个实施例，所述分配盘水平地设置，所述分配盘的外周面密封地与所述反应腔的周壁相连，所述分配盘的内周面密封地与所述混合管的外周面相连，其中所述分配盘上设有多个所述分配孔，多个所述分配孔等间距地分布在所述分配盘上。

根据本发明的一个实施例，所述分配孔为圆孔或多边形孔，所述分配孔的直径为4毫米-20毫米，相邻两个所述分配孔的间距为所述分配孔的直径的1.2倍-2倍。

根据本发明的一个实施例，所述喷射反应器进一步包括环流套筒，所述环流套筒设在所述反应腔内且位于所述导流环的下方，其中所述混合管的下端部从所述环流套筒的上端口伸入所述环流套筒内或者所述混合管的下沿与所述环流套筒的上沿在上下方向上平齐。

根据本发明的一个实施例，所述喷射管、所述混合管、所述环流套筒、所述导流环和所述分配盘中的每一个的中心轴线与所述反应腔的中心轴线重合。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的喷射反应器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的喷射反应器的分配盘的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的喷射反应器的导流环的结构示意图。

喷射反应器10、

本体101、反应腔1011、进料口1012、出料口1013、循环出料口1014、进气口1015、排气口1016、

喷射管102、第一竖直段1021、第一缩径段1022、第二竖直段1023、

混合管103、第二缩径段1031、第三竖直段1032、

导流环104、安装板1041、第一导流板1042、第二导流板1043、

分配盘105、分配孔1051、

溢流堰106、

环流套筒107。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的喷射反应器10。如图1和图2所示，根据本发明实施例的喷射反应器10包括本体101、喷射管102、混合管103、导流环104和分配盘105。

本体101内具有反应腔1011，反应腔1011的壁上设有进料口1012、出料口1013、循环出料口1014、循环进料口1012、进气口1015和排气口1016。喷射管102连接循环进料口1012且伸入反应腔1011内，混合管103设在反应腔1011内，喷射管102的下端部从混合管103的上端口伸入混合管103内。

导流环104设在反应腔1011内，导流环104套设在混合管103上。分配盘105设在反应腔1011内，分配盘105套设在混合管103上，分配盘105位于导流环104的上方。其中，分配盘105上设有分配孔1051。

下面参考图1描述根据本发明实施例的喷射反应器10的工作过程。新鲜料液从进料口1012加入到反应腔1011内，气体从进气口1015加入到反应腔1011内直至反应腔1011内达到所需的压力。

反应腔1011内的料液从出料口1013抽出，经过换热后在泵的驱动下通过喷射管102喷射到混合管103内以便成为高速液体，并且在混合管103的内部产生负压，以便将混合管103的上方的气体吸入到混合管103内且将混合管103内的气体剪切成大量小气泡。由此可以产生大量的相界面以便为气液提供传热传质，从而可以使反应快速进行。

混合管103内的气液混合物从混合管103的下端口喷出，并向上流动。向上流动的气液混合物在导流环104的导流作用下进行预分布，然后继续向上流动并经过分配盘105，并在分配盘105的分配孔1051的作用下，形成均匀稳定的平推流反应且一直上升至反应腔1011的液面顶部。

根据本发明实施例的喷射反应器10通过在反应腔1011内设置喷射管102、导流环104和分配盘105，从而可以结合喷射反应器和平推流反应器的优点，取长补短。由此根据本发明实施例的喷射反应器10不仅具有现有的喷射反应器10的优点和性能，能够高效地传热传质、提高反应速度，而且具有平推流反应器的优点和性能，能够使喷射反应阶段充分混合的气液混合物继续进行自下而上的平推流反应，从而可以提高喷射反应器10的反应效率，使新鲜物料能够更加充分地进行反应。

因此，根据本发明实施例的喷射反应器10具有传热效率高、传质效率高、反应速率快、反应效率高等优点，使新鲜物料能够更加充分地进行反应。

如图1-图3所示，根据本发明实施例的喷射反应器10包括本体101、喷射管102、混合管103、导流环104和分配盘105。有利地，喷射反应器10的高径比在3-8之间。

本体101内具有反应腔1011，反应腔1011的壁上设有进料口1012、出料口1013、循环出料口1014、循环进料口1012、进气口1015和排气口1016。如图1所示，进料口1012、出料口1013和进气口1015设在反应腔1011的周壁上，循环进料口1012和排气口1016设在反应腔1011的顶壁上，循环出料口1014设在反应腔1011的底壁上。

有利地，出料口1013位于进料口1012的上方。随着反应产物的采出，可以通过进料口1012来补充料液以便维持反应腔1011内的液位稳定，可以通过进气口1015来补充气体以便来稳定反应腔1011内的压力。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，喷射反应器10进一步包括溢流堰106，溢流堰106设在反应腔1011的壁（例如周壁）上，溢流堰106邻近出料口1013。其中，溢流堰106的上沿位于出料口1013的上方。由此可以使喷射反应器10的结构更加合理。

喷射管102竖直地设置。如图1所示，喷射管102包括第一竖直段1021、第一缩径段1022和第二竖直段1023。第一缩径段1022的上沿与第一竖直段1021的下沿相连，第一缩径段1022的下沿与第二竖直段1023的上沿相连。有利地，第一竖直段1021、第一缩径段1022和第二竖直段1023可以一体成型，即喷射管102可以是一体件。

第一竖直段1021和第二竖直段1023中的每一个为圆柱状，第一缩径段1022为圆台状，第一缩径段1022的直径由上向下减小。换言之，第一竖直段1021的直径大于第二竖直段1023的直径。其中，第一缩径段1022和第二竖直段1023构成喷射管102的喷嘴部分。上下方向如图1中的箭头A所示。

有利地，该喷嘴的大小直径之比为2-6，该喷嘴的锥顶角为20°-90°，即第一缩径段1022的锥顶角为20°-90°。

如图1所示，混合管103竖直地设置。混合管103包括第二缩径段1031和第三竖直段1032，第二缩径段1031的下沿与第三竖直段1032的上沿相连。有利地，第二缩径段1031和第三竖直段1032一体形成，即混合管103可以是一体件。其中，第二缩径段1031可以位于反应腔1011内的液面以上，第三竖直段1032可以一直延伸至反应腔1011的中下部。

第三竖直段1032为圆柱状，第二缩径段1031为圆台状，第二缩径段1031的直径由上向下减小。也就是说，第二缩径段1031为大体漏斗状。其中，第一缩径段1022和第二竖直段1023容纳在第二缩径段1031内。换言之，第一缩径段1022和第二竖直段1023通过混合管103的上端开口伸入到第二缩径段1031内。具体地，喷射管102的下沿（即第二竖直段1023的下沿）与第二缩径段1031的下沿的高度差在±5毫米以内。

如图1所示，在本发明的一些示例中，喷射反应器10进一步包括环流套筒107，环流套筒107设在反应腔1011内，环流套筒107位于导流环104的下方。其中，混合管103的下端部从环流套筒107的上端口伸入到环流套筒107内或者混合管103的下沿与环流套筒107的上沿在上下方向上平齐。有利地，混合管103的下沿与环流套筒107的上沿在上下方向上的间距为0毫米-200毫米。

具体而言，混合管103内的气液混合物从混合管103的下端口喷出，并推动反应腔1011的下部的液体流动，在混合管103内剪切产生的大量小气泡被释放到反应腔1011的下部的液体内，即大量小气泡被释放出混合管103，以便形成高度湍流的气液混合物，从而可以进一步加快反应速度。

其中，在环流套筒107的导流作用下，该高度湍流的气液混合物围绕环流套筒107形成环流。在环流套筒107的上部，该气液混合物形成两股流向，该气液混合物的一股向下回流至环流套筒107的内部，并在混合管103喷出的气液混合物的带动下进行下一次的环流，该气液混合物的另一股含有大量气体且向上流动，并在导流环104的导流作用下进行预分布。

根据本发明实施例的喷射反应器10通过设置与混合管103配合的环流套筒107，从而可以利用环流套筒107引导反应腔1011内的流体在反应腔1011内形成环流，由此可以充分地利用反应腔1011内的流体的动能，以便提高喷射反应器10的能量利用效率，降低喷射反应器10的能耗。

而且，通过设置环流套筒107，可以利用环流套筒107对向上流动的气液混合物进行预分布，从而有利于形成均匀稳定的平推流反应。

有利地，环流套筒107可以是圆柱状，环流套筒107竖直地设置，环流套筒107位于反应腔1011的下部。

如图1和图3所示，在本发明的一个示例中，导流环104包括环形的安装板1041、环形的第一导流板1042和环形的第二导流板1043。安装板1041的外周面密封地与反应腔1011的周壁相连，安装板1041的沿反应腔1011的径向的截面为弧形面。

第一导流板1042的下沿与安装板1041的内沿相连，第一导流板1042从安装板1041向上延伸，第一导流板1042的沿反应腔1011的径向的截面为弧形面。第二导流板1043位于第一导流板1042的内侧，混合管103位于第二导流板1043的内侧，第二导流板1043的沿反应腔1011的径向的截面为弧形面。也就是说，安装板1041、第一导流板1042和第二导流板1043中的每一个的沿反应腔1011的径向的截面为经过反应腔1011的径向的竖直面。

通过使安装板1041、第一导流板1042和第二导流板1043中的每一个的沿反应腔1011的径向的截面为弧形面，从而可以使导流环104具有更好的导流作用，以便更好地对该气液混合物进行预分布。

如图1所示，分配盘105水平地设置，分配盘105的外周面密封地与反应腔1011的周壁相连。具体地，分配盘105可以焊接在反应腔1011的周壁上，或者分配盘105可以通过紧固件连接在反应腔1011的周壁上。

分配盘105的内周面密封地与混合管103的外周面相连。如图3所示，分配盘105上设有多个分配孔1051，多个分配孔1051等间距地分布在分配盘105上。该气液混合物向上流动并经过分配盘105的多个分配孔1051，在多个分配孔1051的分配作用、导流作用下，形成均匀稳定的平推流反应且一直上升至反应腔1011的液面顶部。

有利地，分配孔1051为圆孔或多边形孔，分配孔1051的直径为4毫米-20毫米，相邻两个分配孔1051的间距为分配孔1051的直径的1.2倍-2倍。其中，相邻两个分配孔1051的间距是指相邻两个分配孔1051的中心的间距。

如图1所示，在本发明的一个具体示例中，喷射管102、混合管103、环流套筒107、导流环104和分配盘105中的每一个的中心轴线与反应腔1011的中心轴线重合。由此可以使喷射反应器10的结构更加合理。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种喷射反应器，其特征在于，包括：

本体，所述本体内具有反应腔，所述反应腔的壁上设有进料口、出料口、循环出料口、循环进料口、进气口和排气口；

喷射管，所述喷射管连接所述循环进料口且伸入所述反应腔内；

混合管，所述混合管设在所述反应腔内，所述喷射管的下端部从所述混合管的上端口伸入所述混合管内；

导流环，所述导流环设在所述反应腔内，所述导流环套设在所述混合管上；和

分配盘，所述分配盘设在所述反应腔内，所述分配盘套设在所述混合管上且位于所述导流环的上方，其中所述分配盘上设有分配孔。

2.根据权利要求1所述的喷射反应器，其特征在于，所述出料口位于所述进料口的上方，所述循环出料口设在所述反应腔的底壁上，所述循环进料口设在所述反应腔的顶壁上，所述喷射管、所述混合管和所述环流套筒中的每一个竖直地设置，其中所述环流套筒位于所述反应腔的下部。

3.根据权利要求1所述的喷射反应器，其特征在于，进一步包括溢流堰，所述溢流堰设在所述反应腔的壁上且邻近所述出料口，其中所述溢流堰的上沿位于所述出料口的上方。

4.根据权利要求1所述的喷射反应器，其特征在于，所述喷射管包括第一竖直段、第一缩径段和第二竖直段，所述第一缩径段的上沿与所述第一竖直段的下沿相连，所述第一缩径段的下沿与所述第二竖直段的上沿相连，其中所述第一竖直段和所述第二竖直段中的每一个为圆柱状，所述第一缩径段为圆台状，所述第一缩径段的直径由上向下减小。

5.根据权利要求4所述的喷射反应器，其特征在于，所述混合管包括第二缩径段和第三竖直段，所述第二缩径段的下沿与所述第三竖直段的上沿相连，所述第三竖直段为圆柱状，所述第二缩径段为圆台状，所述第二缩径段的直径由上向下减小，其中所述第一缩径段和所述第二竖直段容纳在所述第二缩径段内。

6.根据权利要求1所述的喷射反应器，其特征在于，所述导流环包括：

环形的安装板，所述安装板的外周面密封地与所述反应腔的周壁相连，所述安装板的沿所述反应腔的径向的截面为弧形面；

环形的第一导流板，所述第一导流板的下沿与所述安装板的内沿相连，所述第一导流板的沿所述反应腔的径向的截面为弧形面；和

环形的第二导流板，所述第二导流板位于所述第一导流板的内侧，所述混合管位于所述第二导流板的内侧，所述第二导流板的沿所述反应腔的径向的截面为弧形面。

7.根据权利要求1所述的喷射反应器，其特征在于，所述分配盘水平地设置，所述分配盘的外周面密封地与所述反应腔的周壁相连，所述分配盘的内周面密封地与所述混合管的外周面相连，其中所述分配盘上设有多个所述分配孔，多个所述分配孔等间距地分布在所述分配盘上。

8.根据权利要求7所述的喷射反应器，其特征在于，所述分配孔为圆孔或多边形孔，所述分配孔的直径为4毫米-20毫米，相邻两个所述分配孔的间距为所述分配孔的直径的1.2倍-2倍。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的喷射反应器，其特征在于，进一步包括环流套筒，所述环流套筒设在所述反应腔内且位于所述导流环的下方，其中所述混合管的下端部从所述环流套筒的上端口伸入所述环流套筒内或者所述混合管的下沿与所述环流套筒的上沿在上下方向上平齐。

10.根据权利要求9所述的喷射反应器，其特征在于，所述喷射管、所述混合管、所述环流套筒、所述导流环和所述分配盘中的每一个的中心轴线与所述反应腔的中心轴线重合。