CN112138619A - 一种反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应器，包括：反应器本体，所述反应器本体具有管状反应通道、物料进口和物料出口，所述反应通道上设置有至少一个带有流通口的间隔部件，从而使所述反应通道形成串联联通的多个反应腔室；和两个或更多个搅拌设备，所述搅拌设备设置在所述反应腔室内。由于在反应路径采用了多级强制搅拌，使得反应物在反应管道中充分接触，适用于高温高压的各种多相反应，例如气液固三相反应、液液反应、气液反应、固液反应等。

Description

一种反应器

技术领域

本申请总体涉及一种适用于化工、医药机械技术领域的反应器，更具体 地涉及管式反应器或板式反应器，特别适用于涉及高温高压、易燃、易爆物 质且生产工艺需要高温高压的化工生产。

背景技术

对于涉及高温高压、易燃、易爆物质且生产工艺需要高温高压的化工生 产，管式反应器具有传热面积大、耐压高、结构简单、加工方便、能够连续 操作、生产能力大、易于实现自动化控制、节省人力的特点，在湍流状态下 操作也具有良好的传质效果，因此在强放热反应和高压反应时，管式反应器 具有釜式反应器不具备的优势，适用于气相及均液相反应、气液相反应、有 悬浮固体或催化剂存在时的液固和气液固反应。

具体地，管式反应器具有一般连续操作设备的共同优点，即反应的浓度、 温度条件只沿管长方向改变，不随时间而变。换句话说，物料在反应器内的 停留时间与管子的长度和进料的速度有关，管子长度一定时，进料的速度慢， 则物料在管子内的停留时间长，即反应时间长。因而易于实现自动控制。由 于连续操作不占用加料、卸料、清扫等非生产时间，设备利用率高，对设计 良好的管式反应器，基本能消除返混，可以达到较高的转化率。管式反应器 特别适用于高压反应、混合物为气体的反应体系；又由于管式反应器的单位体积的表面积大，因而也适用于强的吸热反应和需要在高温下进行的反应。 生产上使用的管式反应器大多采用并行加料操作。然而，用连续管式反应器， 若不加以强化，提高其径向两液相混合程度、增加两液相间传质面积，其反 应将非常缓慢，因此，如果采用连续管式反应器必须对其传质过程进行强化。 然而，目前在反应器设计时较为常用的方法有机械振荡法与静态混合法。

然而，对于在釜式反应器中需要长时间搅拌接触的化学反应以及有固体 参与的化学反应，管式反应器无法达到较好的混合效果，需要一种具有更好 搅拌效果且适用于高温高压危险物质化工反应的反应器。

发明内容

本发明涉及一种反应器，涉及管式反应器或者板式反应器，以克服以上 所述的一种或多种缺陷。

根据第一方面，本发明提供一种反应器，包括：反应器本体，所述反应 器本体具有管状反应通道、物料进口和物料出口，所述反应通道上设置有至 少一个带有流通口的间隔部件，从而使所述反应通道形成串联联通的多个反 应腔室；和两个或更多个搅拌设备，所述搅拌设备设置在所述反应腔室内。

可选地，所述多个所述搅拌设备具有共同的搅拌轴，并且多个反应腔室 沿着所述搅拌轴的轴向方向串联布置。如此，形成沿着轴向延伸的管式反应 器的基本构造。

可选地，所述搅拌设备包括构造成多片结构的桨叶部分，并且单片桨叶 设置有向外突出的多组梳齿状凸起。如此，可以更好地打散并混合物料。

可选地，反应器本体为模块式并且包括封头部件和n个间隔部件，其中 n大于或等于1，并且所述间隔部件构造成与所述封头部件在反应器本体外 可拆卸地连接，由此间隔并形成n+1个所述反应腔室。如此，可形成模块化 构造，可根据应用要求方便地拆卸或者安装，模块式也给反应器的扩展提供 了便利性。

可选地，反应器本体为整体式并且包括管体部件和n个间隔部件，其中 n大于或等于1，并且所述间隔部件构造成在所述管体部件内可拆卸地固定， 由此间隔并形成所述反应腔室。如此，可根据应用要求方便地拆卸或者安装， 因此在保证容器本体的密封性的情况下，还可以灵活安装和拆卸以形成各个 腔室。

可选地，所述连通口设置在间隔部件的径向边缘，并且当所述反应腔室 为三个或以上时，相邻连通口沿轴向的投影错开，以增加流通路径的长度。 并提高折流返混的混合效果。

可选地，所述间隔部件包括：第一轴套部分，从第一轴套部分径向向外 延伸的第一连接部分，连接于第一连接部分的径向外侧端部的环形壁结构的 支撑壁，其中第一轴套部分、第一连接部分和支撑壁在轴向和径向上共同包 围形成密封的反应腔室。如此，可以形成充足的搅拌器的容纳空间，同时保 证密封性。

可选地，冷却夹套部对应设置在各个间隔部件的支撑壁外侧，由此若干 个冷却夹套部拼成冷却液的循环流动管道，实现冷却液的循环。

可选地，间隔部件包括：间隔板、拉杆和定距管，其中拉杆从上到下穿 通各个间隔板以及相邻两个间隔板之间的定距管。如此，可以保证容纳空间 的高度，便于调整。这里，冷却液夹套为整体式，内部设置有冷却液的循环 流动管道。

可选地，所述反应通道的内径小于500mm，小于400mm，小于300mm， 小于200mm，小于150mm，小于100mm，小于60mm，小于40mm，小于 30mm，或者小于20mm。如此，反应通道可以适合各种场合的应用。

可选地，每个所述搅拌器在所述反应腔室中搅拌时扫过的体积占总腔室 体积的80％以上，85％以上，90％以上，或者95％以上，如此，搅拌器扫过 的体积越大，越能够保证充分的搅拌效果。

可选地，所述反应通道由包含以下至少一种的材料制成：不锈钢，硅钢 合金，高碳钢，碳化硅，如此可耐高压耐高温。

可选地，所述搅拌轴与所述外部动力源采用承压密封，有利于容器密封。

可选地，支撑壁在内侧设置若干筋状凸起，有助于混流。

根据第二方面，本发明还提供一种反应器，包括：反应器本体，所述反 应器本体构造成具有多个反应腔室；和搅拌器，所述搅拌器设置在各个所述 反应腔室内，其中，所述多个反应腔室彼此独立并且通过连通口串联联通， 所述反应器为板式反应器，多个所述搅拌器具有各自的搅拌轴，并且多个反 应腔室沿与所述搅拌轴的轴向方向相交的方向串联布置。

可选地，所述搅拌器包括构造成多片结构的桨叶部分，并且单片桨叶设 置有向外突出的多组梳齿状凸起。如此，可以更好地打散并混合物料。

可选地，反应器本体平行于板式反应器的板面排布设置有凹部，即反应 腔室，搅拌器在各自的搅拌轴垂直于板面伸入的情况下布置于对应的凹部内， 并且通过连通口横向联通各个凹部。如此，形成沿着与轴向相交的平面布置 的板式反应器的基本构造。

可选地，搅拌器包括搅拌轴、盖板部件和桨叶部分，其中搅拌轴穿过盖 板部件与桨叶部分相连接，并且在搅拌器放置在凹部内时与凹部固定并围成 密封空间。如此，确保反应腔室的密封性。

可选地，反应器本体的底部在对应于各个凹部的周边包围布置有冷却通 道部件，并且由盖板覆盖密封。如此，能够对反应腔室进行冷却。

可选地，所述反应器呈卧式布置，并且用于气液固三相反应、液液反应、 气液反应或固液反应。如此，可以适应于各种物料的高温高压反应。

可选地，所述反应通道的内径小于小于200mm，小于150mm，小于 100mm，小于60mm，小于40mm，小于30mm，或者小于20mm。如此，可 以适用于各种应用场合。

可选地，每个所述搅拌器在所述反应腔室中搅拌时扫过的体积占总腔室 体积的80％以上，85％以上，90％以上，或者95％以上，如此，搅拌器扫过 的体积越大，越能够保证充分的搅拌效果。

可选地，所述反应通道由包含以下至少一种的材料制成：不锈钢，硅钢 合金，高碳钢，碳化硅。

可选地，每个反应腔室设置有磁力密封套，所述搅拌轴通过所述磁力密 封套与外部动力源连接，如此可耐高压耐高温。

本发明的技术方案，由于在反应路径采用了多级强制搅拌，使得反应物 在反应管道中充分接触，传质系数大大增加，反应管道成为了主要的反应区 域，省略了反应釜；由于反应管道直径较小，因此可以承受很高的压力；反 应管道的持液量低，进行高危化学反应时，危险性较小；整个反应管道反应 器采用强制搅拌使得反应物能够充分结合，反应器适用于各种多相反应，例 如气液固三相反应、液液反应、气液反应、固液反应等。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例， 而非对本公开的限制。

图1为根据第一实施例的模块式管式反应器1的整体剖视图。

图2为根据第一实施例的模块式管式反应器1的部件分解图。

图3a和图3b为根据第一实施例的间隔部件20的侧面剖视图和俯视图。

图4a-图4c为根据第一实施例的搅拌器30的侧面剖视图、俯视图和侧 视图。

图5为根据第二实施例的整体式管式反应器1′的整体剖视图。

图6为根据第二实施例的某一个腔室3′的侧面图，其中第一和第二间 隔部件22a′和22b′被剖切。

图7a-图7b为根据第二实施例的搅拌器30′的侧面图和俯视图。

图8a-图8b为根据第二实施例的间隔部件22′的侧面剖视图和俯视图。

图9a为根据第三实施例的板式反应器2″的正视图，图9b为图9a的板 式反应器2″沿A-A线的截面图，图9c为图9a的板式反应器2″沿B-B线的 截面图，图9d为根据第三实施例的板式反应器2″的底视图，图9e为冷却 通道盖板45″的底视图。

图10为根据第一实施例的管式反应器设备的现场布置图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公 开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然， 所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描 述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本申请中，除非特别指出或者根据上下文的理解可以得出不同的含义， 否则各个术语具有本领域通常理解的含义。

在本发明中，设计了三种反应器，分别为模块式管式反应器、整体式管 式反应器、以及板式反应器。

管式反应器具有长径比很大的管状外形，多个搅拌器沿搅拌轴的轴向方 向串联布置，其中模块式和整体式管式反应器的区别在于，反应器本体是否 为模块式还是整体式的。相比，板式反应器为平板状容器外形，多个搅拌器 垂直于搅拌轴的轴向方向(即平行于板式反应器的板面方向)并排布置。

所述反应器呈卧式或立式布置，并且用于气液固三相反应，液液反应， 气液反应或固液反应。

根据本发明的反应器，包括：反应器本体，所述反应器本体具有管状反 应通道、物料进口和物料出口，所述反应通道上设置有至少一个带有流通口 的间隔部件，从而使所述反应通道形成串联联通的多个反应腔室；和两个或 更多个搅拌器，其设置在所述反应腔室内。

在一些实施方式中，所述的搅拌器分别对应设置在各个所述搅拌腔室内， 并且能够绕轴转动以对进入搅拌腔室的反应物质进行搅拌，如此使得反应物 质能够在从进口进入所述反应通道内后，在所述多个搅拌器的搅拌作用下， 连续且顺序地通过各个搅拌腔室，最终从出口排出。在该实施方式中，所述 反应器本体具有磁力密封套，所述搅拌器具有搅拌轴和搅拌桨，所述搅拌轴 通过磁耦合与外部动力源连接，即采用静态承压密封。

本发明的反应器提高反应效率，在有限距离的管式反应通道中实现物料 的流动路径变长，实现充分混合，缩短了反应时间，减少副反应发生，提高 产物纯度，易于控制反应条件，降低持液量，降低危险性，能够在管式反应 通道中实现釜式反应器的高速搅拌，管式反应器的耐高压和连续反应，同时 由于固体在搅拌下不会堆积，因此也适用于气液固三相反应。

下面提供三个实施例，即模块式管式反应器、整体式管式反应器、以及 板式反应器，对根据本发明构思的反应器进行描述。这三个实施例各自在制 造、安装和适用性方面有着独特的特点，下面将详述。

第一实施例——模块式管式反应器

图1为根据第一实施例的模块式管式反应器1的整体剖视图。

如图1所示，一种模块式管式反应器1包括反应器本体2、动力源和输 送管路等，其中，所述反应器本体2包括若干个独立的反应腔室3。

具体地，反应器本体2包括封头部件10、间隔部件20、搅拌器30和旋 转轴40。

封头部件10包括上封头11和下封头12。所述上封头11、间隔部件20 和下封头12在周向上均设置有法兰连接，以便彼此之间在轴向(即长度方 向)上通过法兰螺栓紧固密封连接，形成可适用于例如高压反应的管式反应 容器。这样，各个间隔部件20可以分别可拆卸地安装。另外，物料进口111 和物料出口112设置在所述上封头11、间隔部件20或下封头12的外周。

在上下文中，周向、轴向、径向均相对于管式反应器为柱形管体而言， 当然不一定限制为圆柱形。

根据本实施例的模块式管式反应器1，由上封头11与间隔部件20、间 隔部件20之间、以及间隔部件20与下封头12，形成若干个反应腔室3。间 隔部件20至少为一个，具体可以根据应用情况进行设置。因此，设若间隔 部件20的数量为n个，则反应腔室3的数量是n+1个。相邻的反应腔室3 通过中间的间隔部件20上设置的连通口231彼此流体联通。另外，所述间 隔部件20在中心设置有供旋转轴40通过的轴通孔221。

所述搅拌器30设置在对应的反应腔室3内，并且能够绕旋转轴40转动， 以对进入反应腔室3的反应物料进行搅拌，如此使得反应物料能够在从物料 进口111进入所述管式反应器后，顺序地在所述多个反应腔室3内，被搅拌 器30所充分搅拌混合并发生反应后，最终从物料出口112排出。当然，反 应腔室可以设置多于一个的搅拌器30，以加强搅拌效果。

具体地，不限于上述技术方案，物料进口111也可以有多个，分不同阶 段或者按照一定的先后顺序加入物料，位置也可以根据反应物料的性质布置 在下方或上方。如图1所示，在反应物料为例如气、液、固三相时，物料进 口111布置在模块式管式反应器1的下方，固体物料由于搅拌器30的作用 下悬浮在液体中，并且被流动的液体推动。各个搅拌器30可以共用一个驱 动动力源通过旋转轴40驱动旋转，也可以分别由不同的驱动源驱动，旋转轴40通过磁力耦合与驱动动力源连接获得旋转动力，如此依靠磁力耦合器 或其他形式的耐高压密封形式，通过套在轴外侧的磁力密封套41，反应器与 外部形成密封。当然，可采用的密封方式不限于磁力耦合，也可以是其他静 密封方式，以保证反应容器内部处于恒定压力状态，特别是高压状态。

另外，根据应用场合的需要，反应器本体的管壁可以采用各种耐腐蚀以 及耐高温高压的材料制成，例如不锈钢、硅钢合金、高碳钢、碳化硅等，特 别优选的是碳化硅，具有高硬度、高熔点、高耐磨性和耐腐蚀性。

由于本发明特别设计用于高压危险化学品的生产制造，所以不仅管式反 应器的内部是密封的，而且还通过调节物料进口111和物料出口112的压力 差，或者调节物料进口111的进料量，对物料的反应时间和反应速度进行控 制，使其处于所需的范围内。在需要缩短反应时间、加快反应速度时，加大 进出口的压力差，加快流速，尽快让反应物从物料出口112排出。反之，在 需要延长反应时间、减缓反应速度时，则减小进出的压差，这时反应物会更 多地停留在各个腔室，在被搅拌器30更多地充分搅拌后，再从物料出口112 排出，如此保证反应的效率。

根据本发明的设计，为了能够充分保持搅拌效率和反应程度，本领域技 术人员可以理解的是，应当设计管式反应器的长度和直径并保持适当的长径 比。在本实施例中，采用300-1000mm范围内的管内径，更优选地是500mm、 400mm、300mm、200mm、150mm、100mm、60mm、40mm、30mm、20mm 的管内径。过大管内径会使得反应器的持液量增加，增加了危险性。过小的 管内径使得制造起来存在困难，并且搅拌时的线速度有限，并不能起到较好 的搅拌效果。

当然，除了单管使用，还可以将多个管式反应器成组使用，这样的模块 化提供了灵活配置的可能性，同时由于进入单个管式反应器的物料量有限， 也降低了危险化学品这些物料反应时的压力和危险性，保证生产安全性。在 各个反应器的物料进出口或主体设置检测器。可选地，所述检测器设置有用 于检测反应温度、压力等过程参数的检测部件。

根据本发明的管式反应器能够显著提高流体的混合程度，增强传质性能， 提高总传热效率，缩短反应时间，提高反应收率及产品纯度，减少安全隐患， 适用于多种低温、高温、高危、非均相等化学反应。例如，该管式反应器可 应用于易燃易爆的三乙基铝连续反应的生产过程，管体的设计压力为9.8Mpa， 设计温度是150℃。

下面参考图2-图4c对模块式管式反应器1的具体结构进行详述。图2 为模块式管式反应器1的部件分解图。图3a和图3b为间隔部件20的侧面 剖视图和俯视图。图4a-图4c为根据第一实施例的搅拌器30的侧面剖视图、 俯视图和侧视图。

如图2所示，上封头11、间隔部件20、搅拌器30、下封头12可拆卸 安装在一起。具体地，上封头11、搅拌器30、间隔部件20、搅拌器30、下 封头12按照顺序层叠布置并通过法兰连接四周紧固密封在一起。为简化起 见，仅示出一个间隔部件20和两个搅拌器30。本领域技术人员可理解，可 以串联更多的间隔部件20和相应的搅拌器30。

如图3a和图3b所示，间隔部件20包括：构造成凸台状的第一轴套部 分22，从第一轴套部分22径向向外延伸且构造成轮盘状的第一连接部分23， 从第一连接部分23的径向外侧端部轴向延伸且构造成环形壁结构的支撑壁 24，贴靠支撑壁24设置的冷却夹套部25，以及从冷却夹套部25径向向外突 出的上下法兰连接部26。

第一轴套部分22、第一连接部分23和支撑壁24共同包围形成轴向和 径向上的中空容纳空间，作为反应腔室3。

第一轴套部分22中心设置有轴通孔221，以供旋转轴40通过。

第一连接部分23的径向外侧设置有连通口231，以连通被该间隔部件 20分隔开的上下相邻的两个反应腔室31和32。当所述反应腔室为三个或以 上时，相邻的两个间隔部件的连通口231沿着轴向的投影不重叠，以形成折 流混合。例如，图1所示，上下腔室31和32的上下连通口231和231′径向 相对(即相对于轴呈180度)布置，保证反应物在腔室内被搅拌绕轴至少旋 转180度才会从下连通口231′排出，当然可以理解的是，绕轴旋转180度后， 如果没有足够的压力作用，物料仍可以继续绕轴旋转，直到排出为止。

支撑壁24在顶侧和底侧设置有凹凸配合的密封槽和凸起241和242(图 3a)，以便固定。另外，支撑壁24的内壁设置若干个筋状凸起243，以产生 扰流。

如图4a、图4b和4c所示，搅拌器30包括构造成套筒状的第二轴套部 分32，从第二轴套部分32的轴向一端径向向外延伸的第二连接部分33，以 及连接于第二连接部分33的径向外侧端部的桨叶部分34。在下文，上述轴 向一端为桨叶端321，轴向另一端被称为固定端322。

参见图1和图3a，当间隔部件20和搅拌器30层叠安装在一起时，上 下两个间隔部件20的支撑壁24可叠置在一起，并且通过支撑壁24上的凹 凸密封槽和凸起241和242(图3a)上下卡位固定，并且上下间隔部件20 的相邻法兰连接部26通过法兰连接孔261(图3a)由螺栓联接。由此，上 下两个间隔部件20被固定连接，在轴向和径向上密封，形成反应腔室3。此 时，搅拌器30容纳于反应腔室3内部，第二轴套部分32套入第一轴套部分 22内，即第二轴套部分32的轴孔端322伸入到第一轴套部分22的轴通孔 221内，并与旋转轴40通过例如顶丝螺钉相固定，而且第二连接部分33在 轴向上被上下两个间隔部件20的第一轴套部分22所限位(如图1所示)， 但并未固定，如此可保证搅拌器30被旋转轴40所带动而在反应腔室3稳定 搅拌。另外，由间隔部件20分隔开的上下腔室31和32彼此密封，仅能通 过连通口231连通。

另外，需要说明的是，为了适应相应的可拆卸模块结构，，所以冷却夹 套部25也是模块式的，最终上下若干个冷却夹套部25拼成冷却液的流通管 道。使用中，通过例如布置在管体上部和下部的接口251、252(图2)等向 冷却液通道253内注入加热或冷却液使其在内部循环。

而且，上封头11的下部与间隔部件20的下部类似地构造，上部密封并 且固定轴40的上端，同样，下封头12的上部与间隔部件20的上部类似地 构造，下部密封并且固定轴40的上端(图1和2)。冷却液接口251、252 分别设置在上下封头上。

显然，桨叶部分34的形式可以有多种，只要能够在反应腔室3内形成 物料围绕轴螺旋形旋转的旋流即可。例如，桨叶部分34可以为常见的螺旋 形的多片桨叶，每一片桨叶呈扁平状并且倾斜与水平面形成预定角度。

在本实施例中，第二桨叶部分34为多片结构，每一片桨叶均构造成与 第二连接部分33交叉(垂直)地向上以及向下突出的多组梳齿状凸起，类 似排梳的构造。这种桨叶形式的优点在于，可以分散物料、减小搅拌阻力而 且更高效地扰动物料进行混合，对于容易板结的反应物料而言更有利。

这里，将桨叶在反应腔室3内旋转时扫过的体积占反应腔室3的体积定 义为扫过体积比，扫过体积比越大越好，基本上充满了反应腔室3，才能最 大程度地带动所有进入该腔室的物料，因此在腔室内不需要再布置其他结构。 根据本实施例，扫过体积比为80％以上，优选地，85％以上，优选地，90％ 以上，或者优选地，95％以上。

同时，为了既能够获得较大的扫过体积比，又能保证良好的物质流动性， 例如基于根据第一实施例的搅拌器30的桨叶部分34，在单片桨叶叶片上制 出各种形式的孔隙结构，以进一步减小搅拌阻力，同时增强混合效率。优选 地，根据本实施例，每个搅拌桨叶具有槽或开口，槽或开口的体积占桨叶体 积的10-90％，更优选地，20-80％，更优选地，30-70％，或者更优选地，40-60％。

根据本发明的管式反应器具有如下优点：

1.由于反应物在管式反应器中经过充分混合搅拌，因此反应速度快、流 速高，以较短的管程实现反应物之间充分的接触，因此生产能力高。

2.由于管式反应器长径比大、单位容积的传热面积大且压强小，特别适 用于热效应较大以及压力较大的反应。

3.由于管式反应器内返混较小，能够适用于液相、气相、固相等多相反 应的大型化和连续化的化工生产。

4.因为仅需要在管状本体内安装间隔部件和搅拌器，因此根据本发明的 管式反应器的结构简单、制造方便、搅拌效果好。

由此，根据本发明的管式反应器克服了传统管式反应器对反应介质搅拌 不充分、釜式反应器持液体体积大且安全性能差、微通道反应器不耐高压和 反应液中不能有固体颗粒的缺点，能够在管式反应器中实现充分的搅拌，整 个反应器持液量低，可以进行高温高压反应，危险性小，持续的搅拌使得多 相反应中的固体不会堆积，固体被流态化，随着反应液体流动。

第二实施例——整体式管式反应器

图5为根据第二实施例的整体式管式反应器1′的整体剖视图。

根据第二实施例的整体式管式反应器1′与上面的模块式管式反应器1 的共同之处在于，两者均采用带有搅拌器的多个腔室顺序连接的构造，对进 入反应器本体内的各个腔室的物料进行充分的多次搅拌，从而完成连续反应 的过程。

不同之处在于，根据第一实施例的管式反应器1为模块式安装模式，间 隔部件20的数量是可变的，因此腔室的数量可变，腔室容积固定，而管体 的长度可以根据间隔部件20的个数变化并且可以从外部对模块式管式反应 器1进行改装，外置设计，模块化安装。相比，根据第二实施例的整体式管 式反应器1′的间隔部件20′设置在管体内部，内置设计，整体式安装，管长 是固定的，数量以及腔室的容量根据管长和定距部件的长度来设定，而且需 要从管体内部拆装，不能从外部拆装。

如图5所示，一种整体式管式反应器1′包括反应器本体2′、动力源和输 送管路(未示出)等，其中，所述反应器本体2′包括若干个独立的反应腔室 3′。

具体地，反应器本体2′包括：管体部件10′、间隔部件20′、搅拌器30′ 和旋转轴40′。

管体部件10′包括上封头11′、下封头12′、主体13′和冷却液夹套14′。 所述上封头11′、下封头12′分别与主体13′在周向上通过法兰螺栓连接，以 便彼此之间在轴向(即长度方向)上紧固密封连接，形成可适用于例如高压 反应的管式反应容器。另外，物料进口111′和物料出口112′设置在所述主体 13的两端。

在上下文中，周向、轴向、径向均相对于管式反应器为柱形管体而言， 当然不一定限制为圆柱形。

根据本发明的整体式管式反应器1′，由间隔部件20′在主体13′内部形 成若干个反应腔室3′。间隔部件20′至少为两个，具体可以根据应用情况进 行设置。因此，设若间隔部件20′的数量为n个，则反应腔室3′的数量是n+1 个。相邻的反应腔室3′通过中间的间隔部件20′上设置的连通口223a′彼此 流体联通。另外，所述间隔部件20′在中心设置有供旋转轴40′通过的轴通 孔221′。

所述搅拌器30′设置在对应的反应腔室3′内，并且能够绕旋转轴40′转 动，以对进入反应腔室3′的反应物料进行搅拌，如此使得反应物料能够在从 物料进口111′进入所述管式反应器后，顺序地在所述多个反应腔室3′内，被 搅拌器30′所充分搅拌混合并发生反应后，最终从物料出口112排出。当然， 反应腔室可以设置多于一个的搅拌器30′，以加强搅拌效果。

具体地，不限于上述技术方案，物料进口111′也可以有多个，分不同阶 段或者按照一定的先后顺序加入物料，位置也可以根据反应物料的性质布置 在下方或上方。如图5所示，在反应物料为例如气、液、固三相时，物料进 口111′布置在整体式管式反应器1′的下方，固体物料由于搅拌器30′的作用 下悬浮在液体中，并且被流动的液体推动。各个搅拌器30′可以共用一个驱 动动力源通过旋转轴40′驱动旋转，也可以分别由不同的驱动源驱动。旋转 轴40′通过磁力耦合与驱动动力源连接获得旋转动力，如此依靠磁力耦合器 或其他形式的耐高压密封形式，通过磁力密封套(未示出)，反应器与外部 形成密封。当然，可采用的密封方式不限于磁力耦合，也可以是其他承压静 密封方式，以保证反应容器内部处于恒定压力状态，特别是高压状态。

另外，根据应用场合的需要，反应器本体的管壁可以采用各种耐腐蚀以 及耐高温高压的材料制成，例如不锈钢、硅钢合金、高碳钢、碳化硅等，特 别优选的是碳化硅，具有高硬度、高熔点、高耐磨性和耐腐蚀性。

由于本发明特别设计用于高压危险化学品的生产制造，所以不仅管式反 应器的内部是密封的，而且还通过调节物料进口111′和物料出口112′的压力 差，对物料的反应时间和反应速度进行控制，使其处于所需的范围内。在需 要缩短反应时间、加快反应速度时，加大进出口的压力差，加快流速，尽快 让反应物从物料出口112′排出。反之，在需要延长反应时间、减缓反应速度 时，则减小进出的压差，这时反应物会更多地停留在各个腔室，在被搅拌器 30′更多地充分搅拌后，再从物料出口112′排出。

根据本发明的设计，为了能够充分保持搅拌效率和反应程度，本领域技 术人员可以理解的是，应当设计管式反应器的长度和直径并保持适当的长径 比。在本实施例中，采用300-1000mm范围内的管内径，更优选地是500mm、 400mm、300mm、200mm、150mm、100mm、60mm、40mm、30mm、20mm 的管内径。过大管内径会使得反应器的持液量增加，增加了危险性。过小的 管内径使得制造起来存在困难，并且搅拌时的线速度有限，并不能起到较好 的搅拌效果。

当然，除了单管使用，还可以将多个管式反应器成组使用，这样的模块 化提供了灵活配置的可能性，同时由于进入单个管式反应器的物料量有限， 也降低了危险化学品这些物料反应时的压力和危险性，保证生产安全性。在 各个反应器的物料进出口或主体设置检测器。可选地，所述检测器设置有用 于检测反应温度、压力等过程参数的检测部件。用若干台离心泵成组使用也 能够实现管式反应的效果。

根据本发明的管式反应器能够显著提高流体的混合程度，增强传质性能， 提高总传热效率，缩短反应时间，提高反应收率及产品纯度，减少安全隐患， 适用于多种低温、高温、高危、非均相等化学反应。例如，该管式反应器可 应用于易燃易爆的三乙基铝连续反应的生产过程，管体的设计压力为9.8Mpa， 设计温度是150℃。

下面参考图6-图7b对整体式管式反应器1′的具体结构进行详述。图6 为腔室3′的侧面图，其中第一和第二间隔部件22a′和22b′被剖切。图7a- 图7b为搅拌器30′的侧面图和俯视图。图8a-图8b为间隔部件22′的侧面剖 视图和俯视图。

如图6所示，第一和第二间隔部件22a′和22b′、搅拌器30′可拆卸地安 装在一起。具体地，第一和第二间隔部件22a′和22b′彼此上下相对地夹持 搅拌器30′，四周紧固密封在一起。为简化起见，仅示出两个间隔部件20′ 和一个搅拌器30′，这并非限制性的。

如图6所示，间隔部件20′包括：间隔板22′(即第一和第二间隔部件 22a′和22b′的统称)、拉杆23′和定距管24′。

如图8a和图8b所示，间隔板22′包括：构造成凸台状的第一轴套部分 222′，以及从第一轴套部分222′径向向外延伸且构造成轮盘状的第一连接部 分223′。第一轴套部分222′在中心设置有轴通孔221′。第一连接部分223′在 边缘位置设置有联通上下腔室3a′和3b′的流通孔223a′，以及拉杆孔223b′。

拉杆23′为整个长杆，从上到下穿通各个间隔板22′的拉杆孔223b′以及 每两个间隔板之间的定距管24′。定距管24′为竖直中空管状，其不但能够限 定腔室的高度，而且还类似于上一个实施例中的筋状突起，能够产生扰流作 用。

冷却液夹套14′通过例如布置在管体上部和下部的接口251′和252′(图 5)等向冷却液通道253′内注入加热或冷却液使其在内部循环。这里，不同 于第一实施例，冷却液夹套14′为整体式，设置有冷却液的流通管道。

另外，轴通孔221′设置在第一轴套部分22′中心，以供旋转轴40′通过， 并且连通口223a′设置在第一连接部分23′的径向外侧，以连通被该间隔部 件20′分隔开的上下相邻的两个反应腔室3′。当所述反应腔室为三个或以上 时，相邻的两个间隔部件20′的连通口223a′沿着轴向的投影不重叠，以形 成折流混合。例如，上下腔室3′的各自的连通口223a′径向相对(即相对于 轴呈180度)布置，保证反应物在腔室3′内被搅拌绕轴至少旋转180度才会 从下连通口223a′排出，当然可以理解的是，绕轴旋转180度后，如果没有 足够的压力作用，物料仍可以继续绕轴旋转，直到排出为止。

如图7a和图7b所示，搅拌器30′包括构造成套筒状的第二轴套部分32′， 从第二轴套部分32′的轴向中端径向向外延伸的第二连接部分33′，以及连接 于第二连接部分33′的径向外侧端部的桨叶部分34′。

装配后，在反应腔室3′内，搅拌器30′和六根定距管24′夹持在间隔板22′之间，由定距管24′的长度确定腔室3′的容积。搅拌器30′的第二轴套部 分32′的直径大于第一轴套部分222′的轴通孔221′，并且搅拌器30′与旋转 轴40′通过例如顶丝螺钉相固定，如此可保证搅拌器30′被旋转轴40′所带动 而在反应腔室3′稳定搅拌。另外，图示的连通口231′为三个，这也并非限 制性的。

如此，例如第一和第二间隔部件22a′和22b′的间距由定距管24′的长 度确定，并且第一和第二间隔部件22a′和22b′与主体13的管壁包围形成轴 向和径向上的中空容纳空间，作为反应腔室3′。

桨叶部分34′的形式可以有多种，只要能够在反应腔室3′内形成物料围 绕轴螺旋形旋转的旋流即可。

在本实施例中，第二桨叶部分34′为多片结构，并且每一片桨叶均构造 成设置有从第二连接部分33′径向向外的多组梳齿状凸起，类似梳子的构造。 这种桨叶形式的优点在于，可以分散物料、减小搅拌阻力而且更高效地扰动 物料进行混合，对于容易板结的反应物料而言更有利。

第三实施例

图9a为板式反应器2″的正视图，图9b为图9a的板式反应器2″沿A-A 线的截面图，图9b为图9a的板式反应器2″沿B-B线的截面图，图9d为板 式反应器2″的底视图，图9e为冷却通道盖板45″的底视图。

根据第三实施例的板式反应器1″与上面的模块式和整体式管式反应器 1和1′的共同之处在于，均采用带有搅拌器的多个腔室顺序连接的构造，对 进入反应器本体内的各个腔室的物料进行充分的多次搅拌，从而完成连续反 应的过程。

不同之处在于，板式反应器1″为多个搅拌器30″垂直于搅拌轴的轴向 方向(即平行于板式反应器1″的板面方向)并排布置，而模块式和整体式 管式反应器1和1′为多个搅拌器沿搅拌轴的轴向方向串联布置。

如图9a-9c所示，一种板式反应器1″包括反应器本体2″、动力源和输 送管路(未示出)等，其中，所述反应器本体2″包括若干个独立的反应腔 室3″。

具体地，反应器本体2″包括：形成反应腔室3″的凹部10″、物料通道20″、搅拌器30″和冷却通道部件40″。

如图9a和9b所示，反应器本体2″平行于板式反应器1″的板面P呈两 行排布设置有六个凹部10″，并且六个搅拌器30″在各自的搅拌轴垂直于板 面P伸入的情况下布置于对应的凹部10″内。这时，每三个凹部10″在板式 反应器1″的板平面上布置成一条线，且通过一条近似直线型的横向物料通 道20″，这三个凹部10″彼此联通，由此反应物料通过该物料通道20″的物 料入口21″平行于板面P顺序进入各个腔室3″，被其中的搅拌器30″搅拌后， 再从该物料通道20″的物料出口22″排出。

搅拌器30″包括搅拌轴31″、盖板部件32″和桨叶部分33″。搅拌轴31″ 垂直于板面P并且驱动装置可以跟搅拌轴31″封装在一起。盖板部件32″与 桨叶部分33″相连接并且在搅拌器30″放置在凹部10″内时与凹部10″固定 并围成密封空间，使得桨叶部分33″能够围绕搅拌轴31″垂直于板面P旋转。 每个反应腔室设置有磁力密封套34″，所述搅拌轴31″通过所述磁力密封套 34″与外部动力源静态密封。

这里需要说明的是，轴向方向是各个搅拌器30″的轴向方向。

另外，根据图9c-图9e可知，反应器本体2″的底部在对应于各个凹部 10″的周边包围布置有冷却通道部件40″，通过冷却液进口41″向内注入冷却 液，使其在内部循环，以对反应过程中产生的热量进行冷却，并从冷却液出 口42″排出，整个部件由冷却通道盖板45″覆盖密封。

优选地，冷却液通道部件40″在板面上形成有主通道43″和次通道44″， 两者布置位置不同，在凹部10″的侧面和底面的有足够空间位置处布置有直 径较粗的主通道43″，而在凹部10″的底面的空间有限的位置处布置有多组 直径较细的次通道44″。冷却通道盖板45″覆盖各个通道，保证提供密封并 且构成板式反应器的外形。

根据图9d的底视图来看，主通道43″对应包围每三个凹部10″的周边 呈葫芦形状延伸，次通道44″多组横贯联通两侧主通道43″，尽可能地在不 增加空间的情况下保证冷却效果。当然，具体的冷却管道的形式不限于上述 技术方案。

另外，各个搅拌器30″可以共用一个驱动动力源驱动旋转，也可以分别 由不同的驱动源驱动。

当然，除了单板使用，还可以将多个板式反应器成组使用，这样的模块 化提供了灵活配置的可能性，同时由于进入单个板式反应器的物料量有限， 也降低了危险化学品这些物料反应时的压力和危险性，保证生产安全性。在 各个反应器的物料进出口或主体设置检测器。可选地，所述检测器设置有用 于检测反应温度、压力等过程参数的检测部件。

板式反应器可以通过在单块例如金属板上用铣削等机械加工的方式形 成腔室、流动通道以及冷却液的流路制造而成。

根据本发明的板式反应器能够显著提高流体的混合程度，增强传质性能， 提高总传热效率，缩短反应时间，提高反应收率及产品纯度，减少安全隐患， 适用于多种低温、高温、高危、非均相等化学反应。例如，该板式反应器可 应用于易燃易爆的三乙基铝连续反应的生产过程。根据本发明的板式反应器 具有如下优点：1.由于反应物在板式反应器中连续通过，经过充分混合搅拌 接触，因此反应速度快、流速高，因此生产能力高。2.由于板式反应器结构 扁平化、单位容积的传热面积大且压强小，特别适用于热效应较大以及压力 较大的反应。3.由于板式反应器中的物料根据进出口压力差的作用下流动， 返混较小，并且混合强度高，特别适用于液相、气相、固相等多相反应的大 型化和连续化的化工生产。4.因为仅需要在板本体内刻印出腔室和冷却液流 路，并且在腔室内安装搅拌器，因此根据本发明的管式反应器的结构简单、 制造方便、搅拌效果好，其从制造难度上低于现有技术的微通道反应器，搅 拌效果上由于采用了强制搅拌因此优于微通道反应器。

采用本申请实施例1所述的设备(参见图10)、实施例2的设备、实施 例3的设备与釜式反应器，进行对比实验，获得结果如下。

表1 对比试验

根据上述的实验结果对比可知，根据本发明的各个实施例，相比釜式反 应器，在承受基本相当的压力条件下，具有较小的外形尺寸(占地面积)、 较轻的重量以及更低的动力要求，尺寸、重量和动力要求的降低非常明显， 基本是一个数量级的差异，相应带来的是，造价呈一个数量级的下降，但是 产量却能够保持不变甚至更高，也就是说较小的体积带来的持液量减少的问 题，能够被较高的反应效率所弥补。因此，综上可知，根据本发明的技术方 案，在外形尺寸、体积、重量、成本、动力条件方面，提供更优的选择，同 时在反应效率和反应效果方面，能够保持不变，甚至还要更好，具有技术先 进性。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例 只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围 内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根 据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本 发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等 效范围所界定。

Claims (15)

1.一种反应器，包括：

反应器本体，所述反应器本体具有管状反应通道、物料进口和物料出口，所述反应通道上设置有至少一个带有流通口的间隔部件，从而使所述反应通道形成串联联通的多个反应腔室；和

两个或更多个搅拌设备，所述搅拌设备设置在所述反应腔室内。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述多个所述搅拌设备具有共同的搅拌轴，并且多个反应腔室沿着所述搅拌轴的轴向方向串联布置。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述搅拌设备包括构造成多片结构的桨叶部分，并且单片桨叶设置有向外突出的多组梳齿状凸起。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，反应器本体为模块式并且包括封头部件和n个间隔部件，其中n大于或等于1，并且所述间隔部件构造成与所述封头部件在反应器本体外可拆卸地连接，由此间隔并形成n+1个所述反应腔室。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，反应器本体为整体式并且包括管体部件和n个间隔部件，其中n大于或等于1，并且所述间隔部件构造成在所述管体部件内可拆卸地固定，由此间隔并形成所述反应腔室。

6.根据权利要求4或5所述的反应器，其特征在于，所述连通口设置在间隔部件的径向边缘，并且当所述反应腔室为三个或以上时，相邻连通口沿轴向的投影错开。

7.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述间隔部件包括：第一轴套部分，从第一轴套部分径向向外延伸的第一连接部分，连接于第一连接部分的径向外侧端部的环形壁结构的支撑壁，其中第一轴套部分、第一连接部分和支撑壁在轴向和径向上共同包围形成密封的反应腔室。

8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，冷却夹套部对应设置在各个间隔部件的支撑壁外侧，由此若干个冷却夹套部拼成冷却液的循环流动管道。

9.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，间隔部件包括：间隔板、拉杆和定距管，其中拉杆从上到下穿通各个间隔板以及相邻两个间隔板之间的定距管。

10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，冷却液夹套为整体式，内部设置有冷却液的循环流动管道。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述反应通道的内径小于500mm，小于400mm，小于300mm，小于200mm，小于150mm，小于100mm，小于60mm，小于40mm，小于30mm，或者小于20mm。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，每个所述搅拌器在所述反应腔室中搅拌时扫过的体积占总腔室体积的80％以上，82％以上，85％以上，90％以上，或者95％以上。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述反应通道由包含以下至少一种的材料制成：不锈钢，硅钢合金，高碳钢，碳化硅。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述搅拌轴与所述外部动力源采用承压密封。

15.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，支撑壁在内侧设置若干筋状凸起。

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