CN107837781A - 一种用于强放热反应的反应釜 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于强放热反应的反应釜，属于化工设备领域，解决现有反应釜传质、传热差的问题。所述反应釜包括上釜体、下釜体、上釜体法兰盘、下釜体法兰盘、反应釜顶部液相原料进口、反应釜底部液相产物出口、反应釜顶部气相原料进口、夹套、夹套冷却水进口、夹套冷却水出口、导流筒、折流板、釜内蛇管、气体分布器。反应釜配置有气体分布器和导流筒，气泡尺寸小且在釜内形成环流，有利于气液传质，可大大提高反应速率；夹套内多个冷却水进口及出口、布设折流板及釜内蛇管，使冷却水温度分布更均匀，反应热可迅速地从釜内被移出，保证强放热反应稳定、快速的进行。本反应釜适用于含有气液传质的强放热反应，具有传质及传热效率高的优点。

Description

一种用于强放热反应的反应釜
技术领域
本发明属于化工设备领域，涉及一种反应釜，具体涉及一种用于强放热体系包括气液传质和反应的反应釜。
背景技术
反应釜因其可靠、易于维护、寿命长的特点而广泛应用于化工、生物科技以及医疗行业，可用于硫化、氧化、硝化、环化、重氮化等强放热反应。保持物料浓度和温度均一是控制反应进程和产品质量的关键一环，同时也利于安全生产。设计传质及传热性能好的反应釜是实现上述目标的关键所在。然而，现有反应釜存在传质及传热能力差的问题。传质差体现在：对于气液两相反应，现有设备大多采用单根管道直接将气体通入液相中，气泡大、气液传质系数低，气体不能高效利用进而导致反应速率慢。另外，传热性能差导致移出反应物料放出的热量不及时，进而产生安全问题。目前，众多重要化工产品比如三氯氧磷、乙酸等在工业生产过程中因反应釜气液传质性能差、换热性能不佳而存在反应时间长、安全性差等问题。因此，亟需开发一种气体利用充分、气液传质系数高、换热能力强的新型反应釜。
发明内容
本发明的目的在于使气液迅速完成传质以使反应快速进行，缩短反应时间；同时，使反应釜内由于生成反应物而放出的热量能及时从釜体内移出来，以保证安全生产。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
本发明是一种用于强放热反应的反应釜，包括上釜体、下釜体、上釜体法兰盘、下釜体法兰盘、反应釜顶部液相原料进口、反应釜底部液相原料出口、反应釜顶部气相原料进口、夹套、夹套冷却水进口、夹套冷却水出口、导流筒、折流板、釜内蛇管、气体分布器；液相原料通过反应釜顶部液相原料进口进入反应釜内；气相通过反应釜顶部气相原料进口进入气体分布器，呈小气泡形态分布于液相中，小气泡在导流筒作用下形成环流，与液相接触充分，且在反应釜内停留时间较长，快速与液相物料反应生成目标产物；冷却水经夹套冷却水进口进入夹套内，经过折流板时，冷却水因被扰动而形成旋转的强湍流，与釜内的物料通过间壁换热带走热量，同时，釜内蛇管冷却水辅助冷却釜内物料，在夹套与釜内蛇管冷却水共同作用下，反应釜内热量被快速移出，保证了反应快速、稳定地进行。
所述下釜体内导流筒的直径为下釜体直径的0.5~0.99倍，其底部与下釜体直筒段底部相差0~50 cm，其高度低于下釜体的持料高度0~50 cm。
所述反应釜夹套冷却水进口为2~6个，位于下釜体底部沿圆周呈均匀分布。
所述反应釜夹套冷却水出口为2~6个，位于下釜体上部沿圆周呈均匀分布。
所述气体分布器安装高度至导流筒内，与导流筒底部齐平。
所述气体分布器其布气孔朝向反应釜底部。
所述夹套内布置折流板。
所述釜内蛇管盘旋于导流筒上。
与现有技术相比，本发明对传统反应釜进行了以下改进：
1.增加夹套冷却水进口和出口数量，并在夹套内布设折流板。传统的反应釜其夹套仅一个进口和一个出口。增加夹套冷却水进口至2~6个，位于反应釜底端；同时，增加夹套冷却水出口至2~6个，并沿圆周呈均匀分布。因夹套冷却水进出口数量增多，夹套内流体分布更均匀，换热更充分。另外，在反应釜夹套内部布设折流板，使冷却水形成湍流、旋流，进一步提高换热性能，使反应釜内的热量尽快被移出。
2.在反应釜内增加蛇管。冷却水进入釜内蛇管，通过间壁与反应釜内物料进行换热，使反应釜内热量快速地被移出，进而保证强放热反应能稳定地进行。
3.增加气体分布器及导流筒。气体分布器可将与反应釜内液相发生反应的气相进行均匀布气，使气泡尺寸减小，进而导致气相与液相接触面积更大；导流筒的存在可使气泡在反应釜内形成环流，传质效果增强。两者结合可以提高反应速率，缩短反应时间，提高生产效率。另外，气体分布器其布气孔朝向反应釜底部可避免布气孔被沉淀物堵塞。
本发明一种用于强放热反应的反应釜不局限于化工合成领域，可推广至生物科技以及医疗行业，适用范围广。另外，因对夹套进行了改造、布置了气体分布器、导流筒及釜内蛇管，气液传质速率快、移除热量及时，有利于反应快速、稳定地进行。
附图说明
图1为本发明专利一种用于强放热反应的反应釜的示意图。
其中1为上釜体、2为下釜体、3为上釜体法兰盘、4为下釜体法兰盘、5为反应釜顶部液相原料进口、6为反应釜底部液相产物出口、7为反应釜顶部气相原料进口、8为夹套、9为夹套冷却水出口、10为夹套冷却水进口、11为导流筒、12为折流板、13为釜内蛇管、14为气体分布器。
具体实施方式
本发明一种用于强放热反应的反应釜，下面给出的实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，本发明一种用于强放热反应的反应釜，包括上釜体1、下釜体2、上釜体法兰盘3、下釜体法兰盘4、反应釜顶部液相原料进口5、反应釜底部液相原料出口6、反应釜顶部气相原料进口7、夹套8、夹套冷却水出口9、夹套冷却水进口10、导流筒11、折流板12、釜内蛇管13、气体分布器14。
实施例一
一种用于强放热反应的反应釜，可用于三氯氧磷合成过程。
原料三氯化磷由泵经三氯化磷贮槽输送至反应釜顶部液相原料进料口5，然后进入到反应釜中。氧气由液氧贮槽进入液氧气化器变成气体形态的氧气，氧气经反应釜顶部气相原料进口7进入气体分布器14变成小气泡分散于三氯化磷液体中。气体分布器14安装位置至导流筒11内与其底部齐平，保证气泡在反应釜内有足够长的运动路径。其中，导流筒11的直径为下釜体2直径的0.95倍，其底部与下釜体2直筒段底部齐平，其高度低于下釜体2的持料高度30 cm。小气泡向上运动，通过导流筒11在反应釜内形成环状流。因气体分布器的作用，气泡较小，气液接触面积大；又因导流筒11的存在，气泡形成环状定向流动，气泡在反应釜内停留时间长，因此气态氧迅速转化为液态氧，传质效率高，三氯化磷迅速被氧化生成三氯氧磷。气体分布器14其布气孔朝向反应釜底部可以避免固相沉积物堵塞布气孔或液相进入布气孔。冷却水持续经四个夹套冷却水进口10进入夹套8，因冷却水进口10沿圆周均匀分布，流体分配较均匀，在夹套内无短路现象；另外，冷却水经过折流板12，冷却水被扰动，形成旋转的强湍流，与反应釜内物料进行间壁换热，因湍流对边界层较薄，换热充分，反应釜内物料可被有效冷却。冷却水经反应釜上部四个夹套冷却水出口9流出夹套8。同时，釜内蛇管13盘旋于导流筒11上，其内冷却水亦可实现对反应釜内物料进行冷却，夹套8与釜内蛇管13的冷却作用相互配合实现反应热被及时移除，控制反应釜内温度均匀并保持在90oC。当反应釜中三氯氧磷含量仅为3%-5%时，通过反应釜底部液相原料出料口6进行出料，进入下一级反应釜经蒸馏纯化得到最终产品三氯氧磷。通过本发明一种用于强放热反应的反应釜，用于三氯化磷和氧气反应合成三氯氧磷的过程，可将反应时间由60多小时缩短至8小时以下，并且生产过程中安全性较高，无暴沸现象，生产效率提高效果显著且能保证安全生产。
实施例二
一种用于强放热反应的反应釜，可用于乙酸合成过程。
原料乙醛由泵经乙醛贮槽输送至反应釜顶部液相原料进口5，然后进入到反应釜中。氧气由液氧贮槽进入液氧气化器变成气体形态的氧气，氧气经反应釜顶部气相原料进口7进入气体分布器14变成小气泡分散于乙醛液体中。气体分布器14安装位置至导流筒11内且与其底部齐平，从而可保证气泡在反应釜内有足够长的运动路径。其中，导流筒11的直径为下釜体2直径的0.7倍，其底部与下釜体2直筒段底部相差10 cm，其高度低于下釜体2的持料高度20 cm。小气泡向上运动，通过导流筒11在反应釜内形成环状定向流动。因气体分布器的作用，气泡较小，气液接触面积大；又因导流筒11的存在，气泡形成环状循环流，在反应釜内停留时间长，因此气态氧可迅速转化为液态氧，再加上气液传质效率高，乙醛迅速被氧化生成乙酸。气体分布器14其布气孔朝向反应釜底部可以避免固相沉积物堵塞布气孔或液相进入布气孔。冷却水持续经四个夹套冷却水进口10进入夹套8，因冷却水进口10沿圆周均匀分布，流体分配较均匀，在夹套内无短路现象；另外，冷却水经过折流板12，冷却水被扰动，形成旋转的强湍流，与反应釜内物料进行间壁换热，因湍流对边界层较薄，换热充分，反应釜内物料可被有效冷却。冷却水经反应釜上部四个夹套冷却水出口9流出夹套8。同时，釜内蛇管13盘旋于导流筒11上，其内冷却水亦可实现反应釜内物料进行冷却，夹套8与釜内蛇管13的冷却作用相互配合实现反应热及时被移除，控制反应釜内温度均匀并保持在68~77oC。当反应釜中乙醛含量小于2%时，通过反应釜底部液相原料出料口6进行出料，料液进入下一级反应釜经分离纯化进而得到最终产品乙酸。通过本发明一种用于强放热反应的反应釜，用于乙醛和氧气反应合成乙酸的过程，可显著移除反应生成热，保障反应稳定进行。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于强放热反应的反应釜，包括上釜体（1）、下釜体（2）、上釜体法兰盘（3）、下釜体法兰盘（4）、反应釜顶部液相原料进口（5）、反应釜底部液相产物出口（6）、反应釜顶部气相原料进口（7）、夹套（8）、夹套冷却水出口（9）、夹套冷却水进口（10）、导流筒（11）、折流板（12）、釜内蛇管（13）、气体分布器（14）；液相原料通过反应釜顶部液相原料进口（5）进入反应釜内；气相通过反应釜顶部气相原料进口（7）进入气体分布器（14），呈小气泡形态分布于液相中，小气泡在导流筒（11）的作用下形成环流，与液相接触充分，且在反应釜内停留时间较长，快速与液相物料反应生成目标产物；冷却水经夹套冷却水进口（10）进入夹套（8）内，经过折流板（12）时，冷却水因被扰动而形成旋转的强湍流，与釜内的物料通过间壁换热带走热量，同时，釜内蛇管（13）冷却水辅助冷却釜内物料，在夹套（8）与釜内蛇管（13）冷却水共同作用下，反应釜内热量快速被移出，保证了反应快速、稳定地进行。
2.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述下釜体（2）内导流筒（11）的直径为下釜体（2）直径的0.5~0.99倍，其底部与下釜体（2）直筒段底部相差0~50cm，其高度低于下釜体（2）的持料高度0~50 cm。
3.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述反应釜夹套冷却水进口（10）为2~6个，位于下釜体（2）底部沿圆周呈均匀分布。
4.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述反应釜夹套冷却水出口（9）为2~6个，位于下釜体（2）上部沿圆周呈均匀分布。
5.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述气体分布器（14）安装位置在导流筒（11）内，与导流筒底部齐平。
6.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述气体分布器（14）其布气孔朝向反应釜底部。
7.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述夹套（8）内布置折流板（12）。
8.如权利要求1所述一种用于强放热反应的反应釜，其特征在于：所述釜内蛇管（13）盘旋于导流筒（11）上。
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