CN111203171B - 一种用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器，包括外筒，外筒的上部从上至下依次设有液相管道、循环液相管道、气相管道，液相管道、循环液相管道之间设有液体分布器，外筒内同轴心设置有内筒，所述循环液相管道的尾端伸入内筒的上部，循环液相管道的尾端为内径从上至下渐缩的锥形，所述气相管道的尾端伸入循环液相管道的尾端，所述内筒的顶部设有气体分布器，内筒的下方设有循环液相出口管道，内筒与外筒之间有填料层，填料层位于所述气相管道下方。本发明创造所述的新型自压强制循环式反应器在反应过程中，未反应的气相、液相反应物均可在反应器内自循环，从而增大气相液相的接触面积，提高气液相反应转化率。

Description

一种用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器

技术领域

本发明创造属于气液相反应设备领域，尤其是涉及一种用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器。

背景技术

气液相反应器广泛应用于轻工业、煤化工、石油化工等工业生产过程中，气液相反应器主要包括釜式反应器和塔式反应器两大类。釜式反应器由于其具有搅拌作用，气体分散相对更加均匀，且能将气泡破碎成更小的气泡，可以使气液相接触更加充分，所以在高黏性气体和非牛顿液体的反应中应用较为广泛。但是现有的釜式反应器往往具有搅拌速度较慢的局限性，使得液相在搅拌过程中生成漩涡，气泡连续密集地做大螺距绕轴旋转运动，很快从漩涡中心溢出，导致气泡在反应器内行程短，这使得气液传质速率降低，最终导致反应物转化率低。

塔式反应器主要包括鼓泡塔、填料塔、板式塔、喷淋塔四种类型。鼓泡塔主要应用于中速、慢速和放热量大的气液相反应，但是鼓泡塔反应器在鼓泡时所耗压降较大，而且液相轴向返混很严重，较难在单一连续反应器中达到较高的液相转化率。填料塔反应器是气液反应和化学吸收的常用设备，尤其适合在常压和低压下，压降成为主要矛盾和反应溶剂易于起泡的情况下。板式塔反应器适用于快速及中速反应，但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。喷淋塔反应器结构较为简单，液体以细小液滴的方式分散于气体中，气体为连续相，液体为分散相，具有相接触面积大和气相压降小等优点。适用于瞬间、界面和快速反应，也适用于生成固体的反应。喷淋塔反应器具有持液量小和液侧传质系数过小，气相和液相返混较为严重的缺点。

因此，对现有的气液相反应器来说，如何提高反应的转化率，增大气相液相的接触时间是行业内急需要优化的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器，在反应过程中，未反应的气相、液相反应物均可在反应器内自循环，从而增大气相液相的接触面积，提高气液相反应转化率。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器，包括外筒，外筒的上部从上至下依次设有液相管道、循环液相管道、气相管道，液相管道、循环液相管道之间设有液体分布器，外筒内同轴心设置有内筒，所述循环液相管道的尾端伸入内筒的上部，循环液相管道的尾端为内径从上至下渐缩的锥形，所述气相管道的尾端伸入循环液相管道的尾端，所述内筒的顶部设有气体分布器，内筒的下方设有循环液相出口管道，内筒与外筒之间有填料层，填料层位于所述气相管道下方。

循环液相管道的尾端为内径从上至下渐缩的锥形，该结构可以将从循环液相管道末端流出的液体高速喷射出并达到雾化的效果，因此循环液相管道尾端外部至内筒的顶部区域形成负压区，有利于内筒内未完全反应的气体从内筒底部逸出后强制经过气体分布器后进而进入内筒，进行强制循环，实现了气体的自循环过程。提高气相的循环率，进一步提高反应的转化率。

进一步的，所述循环液相管道、气相管道相对设置，循环液相管道、气相管道均固定于外筒的侧壁。

进一步的，所述气相管道的尾端底部与循环液相管道的尾端底部之间有空隙。

所述内筒的上部为内径从上至下渐缩的锥形，内筒的下部为内径从下至上渐缩的锥形。

内筒的结构与循环液相管道的尾端结构相配合，进一步增强循环液相管道尾端外部至内筒的顶部区域形成负压区的压强变化，使内筒内形成的压强分布更加明显，有利于未反应的气相、液相在反应器内进行自循环，循环效率高。

进一步的，还包括循环泵，循环泵的一端与所述循环液相出口管道连通，循环泵的另一端与所述循环液相管道连通。

循环泵可以将内筒内部未完全反应的液相物料经过循环液相出口管道泵入到循环液相管道中，进行循环，再次进行反应，实现了液体的自循环过程。提高液相物料的，循环率，进一步提高反应的转化率。

进一步的，所述填料层包括顶部压板、中部料层、底部支撑板，所述顶部压板、底部支撑板与所述外筒的内壁、内筒的外壁均固定。

强制循环的气体在循环过程中与从液体分布器向填料层上喷洒的液体物料在填料层中充分接触发生反应，反应生成的产品流至外筒的下部，与内筒内生成的产品一同通过产品出口被送出。

进一步的，所述气体分布器的开孔率为30％-90％。

进一步的，所述液体分布器的开孔率为30％-90％。

液相管道与液体分布器的结合作用，使得从液相管道中出来的液相可以经过液体分布器后均匀的喷洒在填料层上，喷洒更为均匀。

进一步的，所述外筒的底部设有产物出口，经过气液相反应后的产物因密度大而持续下降，最终产物全部沉降在外筒底部，经产物出口流出。

外筒的顶部设有安全阀，防止因反应器内压强过高而引起危险。

相对于现有技术，本发明创造所述的用于气液相反应的新型自压强制循环式反应器具有以下优势：

(1)本发明所述的新型自压强制循环式反应器，在反应过程中，未反应的气相、液相反应物均可在反应器内自循环，从而增大气相液相的接触面积，提高气液相反应转化率。

(2)本发明所述的新型自压强制循环式反应器，循环液相管道的尾端为内径从上至下渐缩的锥形结构，将循环液体雾化并高速喷射出，循环液相管道尾端外部至内筒顶部区域形成负压区，有利于气体通过气体分布器循环进入内筒。

(3)本发明所述的新型自压强制循环式反应器，内筒内气体与液相物料接触混合后进行反应，未反应的液相物料从内筒下部流出并通过循环泵重新泵入到内筒内，再次进行气液相反应，实现了液体的自循环过程。提高液相物料的循环率，进一步提高反应的转化率。

(4)本发明所述的新型自压强制循环式反应器，内筒内气体与液相物料接触混合后进行反应，未反应的气体由于反应器内压强分布的原因(内筒顶部形成负压区)而从内筒下部逸出并依次通过填料层、气体分布器而进行强制循环，实现了气体的自循环过程。提高气相的循环率，进一步提高反应的转化率。

(5)本发明所述的新型自压强制循环式反应器，强制循环的气体在循环过程中与从液体分布器向填料层上喷洒的液体物料在填料层中充分接触发生反应，反应生成的产品流至外筒下部，与内筒内生成的产品一同通过产品出口被送出。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的新型自压强制循环式反应器示意图；

图2为本发明创造说明书附图1中的A-A剖面示意图；

图3为本发明创造说明书附图1中的B-B剖面示意图。

附图标记说明：

1-外筒；2-内筒；3-气相管道；4-液相管道；5-循环液相管道；6-液体分布器；7-气体分布器；8-填料层；9-循环液相出口管道；10-循环泵；11-安全阀；12-产物出口；13-法兰。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面以乙腈与硫化氢以三乙胺为催化剂制备硫代乙酰胺为实例，结合附图，对本发明具体实施方式做进一步详细描述。

如图1至图3所示，一种新型用于气液相反应的自压强制循环式反应器，包括外筒1，外筒1的上部从上至下依次设有液相管道4、循环液相管道5、气相管道3，液相管道4、循环液相管道5之间设有液体分布器6，外筒1内同轴心设置有内筒2，所述循环液相管道5的尾端伸入内筒2的上部，循环液相管道5的尾端为内径从上至下渐缩的锥形，所述气相管道3的尾端伸入循环液相管道5的尾端，所述内筒2的顶部设有气体分布器7，内筒2的下方设有循环液相出口管道9，内筒2与外筒1之间有填料层8，填料层8位于所述气相管道3下方。

开始反应时，硫化氢气体从气相管道3中进入，按比例配制好的乙腈与三乙胺的混合液从循环液相管道5中进入，当气相与液相在循环液相管道5的尾端接触混合后，循环液相管道的尾端为内径从上至下渐缩的锥形结构使得液相物料雾化并高速喷射出，气液相接触发生反应，同时循环液相管道5尾端外部至内筒2顶部区域形成负压区。

此时未反应的乙腈与三乙胺从内筒2底部流出并依次通过循环液相出口管道9及循环泵10后，通过循环液相管道5重新泵入到内筒2中，再一次进行反应。

未反应的硫化氢气体由于反应器内压强分布，气体从内筒2底部逸出并依次通过填料层8、气体分布器7、内筒2进行强制循环。

同时，乙腈三乙胺混合液从液相管道4通过液体分布器6向填料层8喷洒，循环过程中的硫化氢气体与乙腈与三乙胺混合液在填料层8中充分接触发生反应，反应生成的产品硫代乙酰胺及未反应完全的乙腈三乙胺混合液流至外筒1的下部。

此时，内筒2中反应生成的硫代乙酰胺与填料层8中反应生成的硫代乙酰胺由于密度较大，一同向下流动至外筒1底部，最终经产品出口12被送出。

由于乙腈与三乙胺的混合液的密度小于产物硫代乙酰胺的密度，因此虽然同在外筒1的底部，但是两种液体由于密度的原因会自动分层，乙腈与三乙胺的混合液位于上层，在循环泵10的作用下泵出后继续进行循环；产物硫代乙酰胺位于下层，经产品出口被送出。

在反应过程中，未反应的反应物皆可在反应器内循环，从而达到较高的气液相反应转化率，尤其对于硫化氢气体，通过反应器内的自压强制循环而达到最大化的利用。

如图2所示，液体喷淋结构为设置在外筒1内的多孔板式的液体分布器6，其上设有若干个喷液孔，开孔率为30％-90％。多孔板式的液体分布器6可对液体物料入口输入的乙腈与三乙胺混合物料对填料塔实现均匀喷洒。

如图3所示，气体循环结构为设置在内筒2顶部的多孔板式的气体分布器7，与内筒2同心安装，气体分布器7开孔率为30％-90％。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：包括外筒(1)，外筒(1)的上部从上至下依次设有液相管道(4)、循环液相管道(5)、气相管道(3)，液相管道(4)、循环液相管道(5)之间设有液体分布器(6)，外筒(1)内同轴心设置有内筒(2)，所述循环液相管道(5)的尾端伸入内筒(2)的上部，循环液相管道(5)的尾端为内径从上至下渐缩的锥形，所述气相管道(3) 的尾端伸入循环液相管道(5)的尾端，所述内筒(2)的顶部设有气体分布器(7)，内筒(2)的下方设有循环液相出口管道(9)，内筒(2)与外筒(1)之间有填料层(8)，填料层(8)位于所述气相管道(3)下方，还包括循环泵(10)，循环泵(10)的一端与所述循环液相出口管道(9)连通，循环泵(10)的另一端与所述循环液相管道(5)连通，

开始反应时，硫化氢气体从气相管道（3）中进入，按比例配制好的乙腈与三乙胺的混合液从循环液相管道（5）中进入，当硫化氢气体与混合液在循环液相管道（5）的尾端接触混合后，循环液相管道的尾端为内径从上至下渐缩的锥形结构使得液相物料雾化并高速喷射出，硫化氢气体与混合液相接触发生反应，同时循环液相管道（5）尾端外部至内筒（2）顶部区域形成负压区，

此时未反应的乙腈与三乙胺混合液从内筒（2）底部流出并依次通过循环液相出口管道（9）及循环泵（10）后，通过循环液相管道（5）重新泵入到内筒（2）中，再一次进行反应，

未反应的硫化氢气体由于反应器内压强分布，从内筒（2）底部逸出并依次通过填料层（8）、气体分布器（7）、内筒（2）进行强制循环，

同时，乙腈三乙胺混合液从液相管道4通过液体分布器（6）向填料层（8）喷洒，循环过程中的硫化氢气体与乙腈与三乙胺混合液在填料层（8）中充分接触发生反应，反应生成的产品硫代乙酰胺及未反应完全的乙腈三乙胺混合液流至外筒（1）的下部分层，硫代乙酰胺自外筒(1)底部排出，

此时，内筒（2）中反应生成的硫代乙酰胺与填料层（8）中反应生成的硫代乙酰胺由于密度较大，一同向下流动至外筒（1）底部，最终经产品出口（12）被送出。

2.根据权利要求 1 所述的一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：所述循环液相管道(5)、气相管道(3)相对设置，循环液相管道(5)、气相管道(3)均固定于外筒(1)的侧壁。

3.根据权利要求 1 所述的一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：所述内筒(2)的上部为内径从上至下渐缩的锥形，内筒(2) 的下部为内径从下至上渐缩的锥形。

4.根据权利要求 1 所述的一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：所述填料层(8)包括顶部压板、中部料层、底部支撑板，所述顶部压板、底部支撑板与所述外筒(1)的内壁、内筒(2)的外壁均固定。

5.根据权利要求 1 所述的一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：所述气体分布器(7)的开孔率为 30%-90%。

6.根据权利要求 1 所述的一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：所述液体分布器(6)的开孔率为 30%-90%。

7.根据权利要求 1 所述的一种用于气液相反应的自压强制循环式反应器，其特征在于：所述外筒(1)的底部设有产物出口(12)，外筒(1)的顶部设有安全阀(11)。

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