CN110773085B - 一种气液反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液反应器，包括反应器壳体，反应器壳体外侧设有换热夹套装置，反应器壳体上设有气相出口和气相入口，反应器壳体内部设有集液环板，集液环板与反应器壳体的内壁之间形成上方敞口的环形集液腔室，环形集液腔室的侧部设有环板出料口。集液环板上方设有液相雾化装置，液相雾化装置包括间隔设于集液环板正上方的圆形挡板、设于圆形挡板侧部的雾化器以及设于反应器壳体外部的高压泵，所述高压泵的出液口与雾化器相通。本发明的气液反应器，可用于气液反应的连续化生产，液相物料经雾化后形成微米尺度的液滴与气相物料充分接触反应，极大的增加了气液传质面积，减小传质传热的液膜厚度，从而强化反应过程，提高反应效率。

Description

一种气液反应器

技术领域

本发明涉及一种气液反应设备，尤其涉及一种用于强化气液相传质传热的气液反应器，可广泛应用于石油、化工、轻工、医药和环境保护等邻域的气液反应场合。

背景技术

气液反应器在石油、化工、轻工、医药和环境保护等邻域有着广泛地应用。根据气液接触的方式，气液反应器可分为：气泡型（如鼓泡塔、板式塔、机械搅拌釜）、液滴型（如喷洒塔、喷射反应器、文丘里反应器）和液膜型（如填料塔、湿壁塔）。

对于大部分气液反应而言，传质过程通常是整个传质-反应过程的控制步骤，其传质阻力主要存在于液膜，如果欲进行的气液反应是瞬时反应，则传质速率是反应器生产效率的关键问题，降低液膜厚度和增大气液传质面积将有助于减小传质阻力；对于反应中的热量传递，增大换热面积将有助于增大换热效率，防止反应过程飞温，有利于安全生产。所以选择一种具有大气液传质面积的气液反应器，是获得反应器的高生产强度、高安全性、高经济效益的关键。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点,提供一种结构简单合理、反应效率高的新型气液反应器。本发明的目的是利用喷雾技术强化气液相传质传热过程，从而实现反应过程强化。

所述的一种气液反应器，其特征在于：包括反应器壳体，反应器壳体外侧设有换热夹套装置，反应器壳体顶部和底部分别设有气相出口和气相入口，反应器壳体内部侧壁设有至少一个集液环板，所述集液环板包括设于反应器壳体内部侧壁上的环形挡板以及设于环形挡板上的升气管，集液环板与反应器壳体的内壁之间形成上方敞口的环形集液腔室，所述环形集液腔室的侧部设有环板出料口；所述集液环板上方设有液相雾化装置，所述液相雾化装置包括间隔设于集液环板正上方的圆形挡板、设于圆形挡板侧部的雾化器以及设于反应器壳体外部的高压泵，所述高压泵的出液口与雾化器相通；液相物料由高压泵输送到雾化器雾化，并将雾化的液相物料向着反应器壳体的内部侧壁喷射。

所述的一种气液反应器，其特征在于：所述圆形挡板呈圆板式空腔结构，所述高压泵的出液口与圆形挡板的顶部中心由管路连通，所述圆形挡板侧部沿圆周方向均匀间隔通接有至少3个雾化器，液相物料由高压泵输送到圆形挡板的内部空腔内，并经圆形挡板的内部空腔均匀地输送到圆形挡板侧部的各个雾化器进行雾化。

所述的一种气液反应器，其特征在于：所述圆形挡板的直径略大于集液环板的升气管的孔径。

所述的一种气液反应器，其特征在于：所述反应器壳体内部侧壁自上而下间隔设置有至少两个集液环板，每个集液环板上方均设有一组所述的液相雾化装置，每个集液环板侧向的环板出料口均与相邻下一组液相雾化装置的高压泵入口由管路连通，液相物料经环形挡板收集后作为下一组液相雾化装置的输送原料，以便进行下一级雾化或出料。

所述的一种气液反应器，其特征在于：所述换热夹套装置包括设置于反应器壳体外侧的换热夹层，所述换热夹层下端和上端分别设有换热媒介入口和换热媒介出口。

所述的一种气液反应器，其特征在于：包括至少2级依次串联的反应器壳体。

本发明的有益效果是：

1、本发明公开的气液反应器，可用于气液反应的连续化生产。液相经雾化器雾化成微米级的液滴，对于50微米直径的液滴而言，体积比表面积（6/d）可达到约12万平方米/立方米，极大的增加了气液传质面积，减小传质传热的液膜厚度，从而强化反应过程，提高反应效率。

2、本发明公开的气液反应器，结构简单，便于拆装。

3、本发明公开的气液反应器包括反应器壳体，自反应器壳体底部的气相入口通入的气相物料，在上升的过程中碰撞到圆形挡板上，在圆形挡板的阻挡作用下，气相物料进行360度的环向发散，并从圆形挡板的圆周与反应器壳体内壁之间的空隙上升，在此过程中气相物料沿着反应器壳体和圆形挡板的环形区域上升，并与雾化的液相物料均匀接触，可有效增大气相与液相的传质传热的面积，减小气相与液相的传质传热的液膜厚度，从而强化反应过程，提高反应效率，可广泛应用于石油、化工、轻工、医药和环境保护等邻域的气液反应的连续化生产。

4、本发明在圆形挡板侧部沿圆周方向均匀间隔接有至少3个雾化器，在输送液相物料的过程中，所述至少3个雾化器的喷射雾化区域相互重叠，进行360度环向发散的气相物料与雾化的液相物料充分接触，提升接触反应效果。

附图说明

图1是本发明气液反应器的结构示意图；

图中：1-反应器壳体，2-换热夹层，3-气相出口，4-换热媒介出口，5-集液环板，6-气相入口，7-换热媒介入口，8-高压泵，9-环板出料口，10-液相进口，11-雾化器，12-圆形挡板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例：对照图1

一种气液反应器，包括反应器壳体1，反应器壳体1外侧设有换热夹层2，所述换热夹层2下端和上端分别设有换热媒介入口7和换热媒介出口4，反应器壳体1顶部和底部分别设有气相出口3和气相入口6。

反应器壳体1内部侧壁设有集液环板5，所述集液环板5包括设于反应器壳体1内部侧壁上的环形挡板以及设于环形挡板上的升气管，集液环板5与反应器壳体1的内壁之间形成上方敞口的环形集液腔室，所述环形集液腔室的侧部设有环板出料口9。

所述集液环板5上方设有液相雾化装置，所述液相雾化装置包括间隔设于集液环板5正上方的圆形挡板12（所述圆形挡板12的直径略大于集液环板5的升气管的孔径）、设于圆形挡板12侧部的雾化器11以及设于反应器壳体1外部的高压泵8，所述高压泵8的出液口与雾化器11相通；液相物料由高压泵8输送到雾化器11雾化，并将雾化的液相物料向着反应器壳体1的内部侧壁喷射，喷射的液相物料最终收集到所述环形集液腔室内，并经环形集液腔室侧部的环板出料口9流出。

在本实施例中，圆形挡板12呈圆板式空腔结构，所述高压泵8的出液口与圆形挡板12的顶部中心由管路连通。其中，为了提升气相物料与液相物料的接触反应效果，所述圆形挡板12侧部沿圆周方向均匀间隔通接有至少3个雾化器11（以增大在圆形挡板12侧向圆周方向上的喷射区域面积），液相物料由高压泵8输送到圆形挡板12的内部空腔内，并经圆形挡板12的内部空腔均匀地输送到圆形挡板12侧部的各个雾化器11进行雾化。

在实际工业生产中，若液相物料与气相物料进行充分接触反应下，气液两相反应速率较好、反应状况良好，反应器壳体1内部侧壁可以只设置一个集液环板5，并相匹配的设置一组液相雾化装置，即可有较好的反应效果。

但是若一级气液接触不能反应完全，则为了使液相物料在反应器壳体1内向下流动的过程中与气相物料更充分的接触反应，可以在反应器壳体1内部侧壁自上而下间隔设置有至少两个集液环板5，每个集液环板5上方均设有一组所述的液相雾化装置，每个集液环板5侧向的环板出料口9均与相邻下一组液相雾化装置的高压泵8入口由管路连通，即液相物料经环形挡板5收集后由环板出料口9接到相邻的下一组液相雾化装置的高压泵8入口，以便进行下一级雾化或出料。

在实际应用的工业生产过程中，本发明的气液反应器也可以采用多级串联的方式进行反应，即至少2级反应器壳体1串联用于气液反应，这样有利于减小单个反应设备的使用规格，在其中某一个反应设备出现状况时，也有利于进行检修维护，损坏的单个部件也有利于进行更换。

实施例1：

采用臭氧氧化裂解蓖麻油酸甲酯工艺测定本发明的反应性能，过程分两步：臭氧氧化和氧气氧化裂解。本实施例1气液反应器的装置结构示意图参照图1所示，在反应器壳体1内间隔设置有2个集液环板5，每个集液环板5上方均设有一组所述的液相雾化装置。对照图1可以看出，上一组液相雾化装置的高压泵8入口即为液相进口10，以通过液相进口10通入液相物料。在实施例1的气液反应过程中，液相物料被雾化，并向圆形挡板12的侧向四周有较好的喷射分散效果。

臭氧氧化过程工艺参数如下：反应温度25℃，油酸:醋酸=1:4质量比，臭氧流量30g/h，油酸-醋酸混合液流量40mL/min，油酸-醋酸混合液经雾化后与臭氧充分接触反应。在液体原料的进料温度25℃，高压泵的输送压力为1.0MPa的条件下，通过激光粒度仪测量液相物料被雾化的平均粒径在32微米左右。臭氧氧化反应结果表明：在连续反应过程中，液体出口油酸转化率达100%。

氧气氧化裂解过程工艺参数如下：反应温度90℃，将第一步臭氧氧化的液体产物作为第二步氧气氧化裂解的液体原料，并在液体原料中加入醋酸钴催化剂（醋酸钴的加入量是第一步臭氧氧化过程油酸原料质量的0.1%），液体原料流量40mL/min，氧气流量1.8L/min，液体原料经雾化后与氧气充分接触反应。在液体原料的进料温度90℃，高压泵的输送压力1.0MPa的条件下，通过激光粒度仪测量液相物料被雾化的平均粒径在20微米左右。

氧气氧化裂解反应结果表明：连续化生产过程的壬二酸产率达到85%以上。上述实例表明，本发明可用于油酸臭氧化裂解制备壬二酸的连续化生产。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (4)

1.一种气液反应器，其特征在于：包括反应器壳体（1），反应器壳体（1）外侧设有换热夹套装置，反应器壳体（1）顶部和底部分别设有气相出口（3）和气相入口（6），所述反应器壳体（1）内部侧壁自上而下间隔设置有至少两个集液环板（5），所述集液环板（5）包括设于反应器壳体（1）内部侧壁上的环形挡板以及设于环形挡板上的升气管，集液环板（5）与反应器壳体（1）的内壁之间形成上方敞口的环形集液腔室，所述环形集液腔室的侧部设有环板出料口（9）；

每个集液环板（5）上方均设有一组液相雾化装置，所述液相雾化装置包括间隔设于集液环板（5）正上方的圆形挡板（12）、设于圆形挡板（12）侧部的雾化器（11）以及设于反应器壳体（1）外部的高压泵（8），所述高压泵（8）的出液口与雾化器（11）相通；液相物料由高压泵（8）输送到雾化器（11）雾化，并将雾化的液相物料向着反应器壳体（1）的内部侧壁喷射；每个集液环板（5）侧向的环板出料口（9）均与相邻下一组液相雾化装置的高压泵（8）入口由管路连通，液相物料经环形挡板收集后作为下一组液相雾化装置的输送原料，以便进行下一级雾化或出料；

所述换热夹套装置包括设置于反应器壳体（1）外侧的换热夹层（2），所述换热夹层（2）下端和上端分别设有换热媒介入口（7）和换热媒介出口（4）。

2.如权利要求1所述的一种气液反应器，其特征在于：所述圆形挡板（12）呈圆板式空腔结构，所述高压泵（8）的出液口与圆形挡板（12）的顶部中心由管路连通，所述圆形挡板（12）侧部沿圆周方向均匀间隔通接有至少3个雾化器（11），液相物料由高压泵（8）输送到圆形挡板（12）的内部空腔内，并经圆形挡板（12）的内部空腔均匀地输送到圆形挡板（12）侧部的各个雾化器（11）进行雾化。

3.如权利要求1所述的一种气液反应器，其特征在于：所述圆形挡板（12）的直径略大于集液环板（5）的升气管的孔径。

4.如权利要求1所述的一种气液反应器，其特征在于：包括至少2级依次串联的反应器壳体（1）。

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