CN106423002A - 用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置及方法。包括装置筒体、三个储料罐和三个增压泵，所述装置筒体分为反应腔和分离腔，在反应腔内设有三个主导流筒，其中两个主导流筒沿水平轴线正对设置，而循环主导流筒设置在装置筒体的中部上侧，实现两相液体的循环多次撞击，三个导流筒的端口均安装有导向叶片，而且在分离腔内设置波纹板，装置筒体的中下部设置取样口，分离腔内设有两个卸料口。有益效果是：装置筒体内部无螺旋桨等动部件，采用导向叶片的方式取代了螺旋桨式结构，减少了螺旋桨式结构引起的振动等问题；在反应腔内部设置的循环导流筒实现两相液体的多次撞击，强化了两种液体的混合过程，减少了工艺流程。

Description

用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种石油和化工生产领域的反应器，特别涉及用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置及方法。

背景技术

液液非均相反应过程广泛存在于在石油和化工生产过程中，对大多数反应过程而言，反应装置传质及混合效果对反应收率及产物质量影响重大，由于液体分子运动受到很大的限制，对在分子尺度进行的化学反应过程，微观混合显得尤为重要。目前工业上应用于液液反应体系最广泛的是带有搅拌桨的釜式反应器，但是该类型的反应器对于一些反应时间尺度较小的化学反应过程来说混合效果并不理想，存在搅拌效率不高、混合不均匀以及不适合连续操作等问题，甚至还会对反应产物的质量产生影响。因此，研究并开发新型的高效短接触水平的反应器是当前石油化工领域乃至于其他化工领域强化两相混合反应过程急需解决的问题。

通过两种物料的高速撞击实现混合过程是一种十分有效的方法，撞击流反应器也应运而生，它通过两股相向流体的高速撞击在反应器内部形成一个高雷诺数的湍流区域由于反应器内部流体的相互对撞增加了两相间的接触面积，促进了混合过程，强化了传质传热过程。经过这些年的发展，撞击流反应器也开发出了各种不同的形式，并已经广泛应用与吸收、混合、传热、结晶等化工过程。如专利“无旋立式循环撞击流反应器”（专利号：CN200720083472.3）通过导流筒内螺旋桨作用，促进流体的相互撞击，达到强化混合的目的；专利CN100364656C在反应器壳体中设置两个正对的导流筒，液体通过泵的驱动作用分别流经两侧导流筒后，在中心处发生撞击，但是该反应器容易造成两侧存在死区。上述的专利加强了两股流体的撞击但是对反应器内部死区以及多次撞击强化混合过程关注的较少，并且也仅仅是作为反应器使用，在工业应用中还需要设计附加的分离装置。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置及方法，可在装置筒体反应腔内部采用静部件实现两相液体的高速撞击，并通过循环系统实现多次撞击，强化了两相液体间的混合过程，具有良好的微观混合效果，而且附带有分离腔及时对产物进行分离，提高了生产效率，简化了工业流程。

本发明提到的一种用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，包括装置筒体、三个储料罐和三个增压泵，所述装置筒体分为反应腔（4）和分离腔（13），在反应腔（4）内设有三个主导流筒，其中第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）沿水平轴线正对设置，而循环主导流筒（16）设置在装置筒体的中部上侧，实现两相液体的循环多次撞击，三个导流筒的端口均安装有导向叶片（6），而且在分离腔（13）内设置波纹板（14），装置筒体的中下部设置取样口（12），分离腔（13）内设有两个卸料口。

上述的装置筒体的左侧设有第一平盖封头（3），第一主导流筒（5）的左端通过第一增压泵（2）连接到第一储料罐（1），第一主导流筒（5）的右端穿过第一平盖封头（3）安装在反应腔（4）的左侧。

上述的装置筒体的右侧设有第二平盖封头（9），第二主导流筒（10）的右端通过第二增压泵（8）连接到第二储料罐（7），第二主导流筒（10）的左端穿过第二平盖封头（9）安装在反应腔（4）的右侧。

上述的循环主导流筒的外端通过循环增压泵（15）连接到第二平盖封头（9）的下侧连接孔。

第一主导流筒（5）、第二主导流筒（10）和循环主导流筒（16）分别设有变径结构。

第一主导流筒（5）、第二主导流筒（10）和循环主导流筒（16）分别设有导向叶片（6），且第一主导流筒（5）、第二主导流筒（10）的导向叶片的螺旋方向相反。

上述的反应腔（4）的内壁设有倾斜设置的挡板（11），且挡板（11）的倾斜方向以反应腔的中心线为基准对称设置。

上述的分离腔（13）设有的第一卸料口（17）和第二卸料口（19），二者的水平位置不同，第二卸料口（19）的水平高度高于第一卸料口（17）的水平高度，且两个卸料口的一相可进入再生装置（18）中进行循环利用，另一相可进入储罐（20）中保存。

上述的导向叶片（6）包括上壳体（6.1）、下壳体（6.2）和导叶（6.3），所述导叶（6.3）安装在上壳体（6.1）和下壳体（6.2）组成的导叶外壳内腔，且所述导叶（6.3）由圆柱形的叶片主体（6.3.1）和螺旋形流道凸起（6.3.2）组成。

本发明提到的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置的使用方法，包括以下过程：

第一步，两相液体分别从第一储料罐（1）和第二储料罐（7）分别经增压泵输送到装置筒体的反应腔（4）中的第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）中，两相液体分别经过第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）的变径结构的加速后，通过导向叶片（6）后两相液体得以旋转起来，由于第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）的导向叶片的叶片旋转方向相反，两相液体发生一级撞击；

第二步，发生一级撞击之后，在挡板（11）的作用下，液体在反应腔内部循环流动起来，到达反应器底部后进入循环线路，通过循环增压泵（15）输送到循环导流筒（16）中，经过导向叶片的作用在反应腔内部实现二级撞击，反复进行该过程实现两相液体的多次撞击过程；

第三步，通过第一平盖封头（3）处反应腔与分离腔的连接管线旁路设计的取样口（12）取样分析反应腔内部的反应进行情况，反应进行彻底后打开通往分离腔的阀门，液体进入分离腔（13），经过波纹板（14）的分离作用后，由于分离腔内设有第一卸料口（17）和第二卸料口（19），分离后的产物，进入到储罐（20）中，可回收利用的物质通过再生装置（18）再生进行循环利用进入到第一储料罐（1）中，完成整个反应与分离过程。

本发明的有益效果是：装置筒体内部无螺旋桨等动部件，采用导向叶片的方式取代了螺旋桨式结构，减少了螺旋桨式结构引起的振动等问题；在反应腔内部设置的循环导流筒实现两相液体的多次撞击，强化了两种液体的混合过程，增强了相间的微观混合效果；反应腔内部设置的倾斜的挡板，减少了反应器内部形成死区的可能，使反应腔内部的液体混合更加均匀；分离腔的设计将反应器与分离器耦合在一起，实现了反应产物的及时分离，减少了工艺流程；本发明也因其静部件结构设计降低了故障率，更适应工业规模的应用。

附图说明

图1为反应分离一体化装置的结构示意图；

图2为主导流筒的装配示意图；

图3为主导流筒的另一角度的装配示意图；

图4为上壳体的结构示意图；

图5为下壳体的结构示意图；

图6为导向叶片的结构示意图；

上图中：第一储料罐1、第一增压泵2、第一平盖封头3、反应腔4、第一主导流筒5、导向叶片6、第二储料罐7、第二增压泵8、第二平盖封头9、第二主导流筒10、挡板11、取样口12、分离腔13、波纹板14、循环增压泵15、循环导流筒16、第一卸料口17、再生装置18、第二卸料口19、储罐20；上壳体6.1、下壳体6.2、导叶6.3，叶片主体6.3.1和螺旋形流道凸起6.3.2。

具体实施方式

结合附图1-6，对本发明作进一步的描述：

本发明提到的一种用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，包括卧式结构的装置筒体、三个储料罐和三个增压泵，所述装置筒体分为反应腔4和分离腔13，在反应腔4内设有三个主导流筒，三个导流筒均已焊接的方式连接在封头和法兰盘上；其中第一主导流筒5和第二主导流筒10沿水平轴线正对设置，而循环主导流筒16设置在装置筒体的中部上侧，实现两相液体的循环多次撞击，三个导流筒的端口均安装有导向叶片6，而且在分离腔13内设置波纹板14，装置筒体的中下部设置取样口12，分离腔13内设有两个卸料口。

其中，装置筒体的左侧设有第一平盖封头3，第一主导流筒5的左端通过第一增压泵2连接到第一储料罐1，第一主导流筒5的右端穿过第一平盖封头3安装在反应腔4的左侧。

装置筒体的右侧设有第二平盖封头9，第二主导流筒10的右端通过第二增压泵8连接到第二储料罐7，第二主导流筒10的左端穿过第二平盖封头9安装在反应腔4的右侧。

上述的循环主导流筒的外端通过循环增压泵15连接到第二平盖封头9的下侧连接孔。

第一主导流筒5、第二主导流筒10和循环主导流筒16分别设有变径结构。

第一主导流筒5、第二主导流筒10和循环主导流筒16分别设有导向叶片6，且第一主导流筒5、第二主导流筒10的导向叶片的螺旋方向相反。

另外，反应腔4的内壁设有倾斜设置的挡板11，且挡板11的倾斜方向以反应腔的中心线为基准对称设置。

再者，分离腔13设有的第一卸料口17和第二卸料口19，二者的水平位置不同，第二卸料口19的水平高度高于第一卸料口17的水平高度，且两个卸料口的一相可进入再生装置18中进行循环利用，另一相可进入储罐20中保存；两个卸料口可根据反应产物与可回收利用的物质的比重选择卸料路线，。

参照附图6，导向叶片6包括上壳体6.1、下壳体6.2和导叶6.3，所述导叶6.3安装在上壳体6.1和下壳体6.2组成的导叶外壳内腔，且所述导叶6.3由圆柱形的叶片主体6.3.1和螺旋形流道凸起6.3.2组成，另外，也可以改变螺旋形流道凸起6.3.2的个数和角度来提升撞击效果，主导流筒的两个导叶的叶片旋转方向相反。

上壳体设置内螺纹以供与主导流筒连接，下部留有空隙,设置的原则是不影响液体流经导向叶片后正常旋转而出，螺纹连接使得拆卸维修更为方便。

本发明提到的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置的使用方法，包括以下过程：

第一步，两相液体分别从第一储料罐1和第二储料罐7分别经增压泵输送到装置筒体的反应腔4中的第一主导流筒5和第二主导流筒10中，两相液体分别经过第一主导流筒5和第二主导流筒10的变径结构的加速后，通过导向叶片6后两相液体得以旋转起来，由于第一主导流筒5和第二主导流筒10的导向叶片的叶片旋转方向相反，两相液体发生一级撞击；

第二步，发生一级撞击之后，在挡板11的作用下，液体在反应腔内部循环流动起来，到达反应器底部后进入循环线路，通过循环增压泵15输送到循环导流筒16中，经过导向叶片的作用在反应腔内部实现二级撞击，反复进行该过程实现两相液体的多次撞击过程；

第三步，通过第一平盖封头3处反应腔与分离腔的连接管线旁路设计的取样口12取样分析反应腔内部的反应进行情况，反应进行彻底后打开通往分离腔的阀门，液体进入分离腔13，经过波纹板14的分离作用后，由于分离腔内设有第一卸料口17和第二卸料口19，分离后的产物，进入到储罐20中，可回收利用的物质通过再生装置18再生进行循环利用进入到第一储料罐1中，完成整个反应与分离过程。

本发明的有益效果是：装置筒体内部无螺旋桨等动部件，采用导向叶片的方式取代了螺旋桨式结构，减少了螺旋桨式结构引起的振动等问题；在反应腔内部设置的循环导流筒实现两相液体的多次撞击，强化了两种液体的混合过程，增强了相间的微观混合效果；反应腔内部设置的倾斜的挡板，减少了反应器内部形成死区的可能，使反应腔内部的液体混合更加均匀；分离腔的设计将反应器与分离器耦合在一起，实现了反应产物的及时分离，减少了工艺流程；本发明也因其静部件结构设计降低了故障率，更适应工业规模的应用。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：包括装置筒体、三个储料罐和三个增压泵，所述装置筒体分为反应腔（4）和分离腔（13），在反应腔（4）内设有三个主导流筒，其中第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）沿水平轴线正对设置，而循环主导流筒（16）设置在装置筒体的中部上侧，实现两相液体的循环多次撞击，三个导流筒的端口均安装有导向叶片（6），而且在分离腔（13）内设置波纹板（14），装置筒体的中下部设置取样口（12），分离腔（13）内设有两个卸料口。

2.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：所述的装置筒体的左侧设有第一平盖封头（3），第一主导流筒（5）的左端通过第一增压泵（2）连接到第一储料罐（1），第一主导流筒（5）的右端穿过第一平盖封头（3）安装在反应腔（4）的左侧。

3.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：所述的装置筒体的右侧设有第二平盖封头（9），第二主导流筒（10）的右端通过第二增压泵（8）连接到第二储料罐（7），第二主导流筒（10）的左端穿过第二平盖封头（9）安装在反应腔（4）的右侧。

4.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：所述的循环主导流筒的外端通过循环增压泵（15）连接到第二平盖封头（9）的下侧连接孔。

5.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：第一主导流筒（5）、第二主导流筒（10）和循环主导流筒（16）分别设有变径结构。

6.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：第一主导流筒（5）、第二主导流筒（10）和循环主导流筒（16）分别设有导向叶片（6），且第一主导流筒（5）、第二主导流筒（10）的导向叶片的螺旋方向相反。

7.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：所述的反应腔（4）的内壁设有倾斜设置的挡板（11），且挡板（11）的倾斜方向以反应腔的中心线为基准对称设置。

8.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：所述的分离腔（13）设有的第一卸料口（17）和第二卸料口（19），二者的水平位置不同，第二卸料口（19）的水平高度高于第一卸料口（17）的水平高度，且两个卸料口的一相可进入再生装置（18）中进行循环利用，另一相可进入储罐（20）中保存。

9.根据权利要求1所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置，其特征是：所述的导向叶片（6）包括上壳体（6.1）、下壳体（6.2）和导叶（6.3），所述导叶（6.3）安装在上壳体（6.1）和下壳体（6.2）组成的导叶外壳内腔，且所述导叶（6.3）由圆柱形的叶片主体（6.3.1）和螺旋形流道凸起（6.3.2）组成。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的用于液液反应体系的撞击流反应分离一体化装置的使用方法，其特征是包括以下过程：

第一步，两相液体分别从第一储料罐（1）和第二储料罐（7）分别经增压泵输送到装置筒体的反应腔（4）中的第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）中，两相液体分别经过第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）的变径结构的加速后，通过导向叶片（6）后两相液体得以旋转起来，由于第一主导流筒（5）和第二主导流筒（10）的导向叶片的叶片旋转方向相反，两相液体发生一级撞击；

第二步，发生一级撞击之后，在挡板（11）的作用下，液体在反应腔内部循环流动起来，到达反应器底部后进入循环线路，通过循环增压泵（15）输送到循环导流筒（16）中，经过导向叶片的作用在反应腔内部实现二级撞击，反复进行该过程实现两相液体的多次撞击过程；

第三步，通过第一平盖封头（3）处反应腔与分离腔的连接管线旁路设计的取样口（12）取样分析反应腔内部的反应进行情况，反应进行彻底后打开通往分离腔的阀门，液体进入分离腔（13），经过波纹板（14）的分离作用后，由于分离腔内设有第一卸料口（17）和第二卸料口（19），分离后的产物，进入到储罐（20）中，可回收利用的物质通过再生装置（18）再生进行循环利用进入到第一储料罐（1）中，完成整个反应与分离过程。